CN102883681A - 用于形成和修改透镜的系统及由此形成的透镜 - Google Patents

Abstract

用于放置到人眼中的透镜，如人工晶状体，所具有的至少一些光学特性利用激光进行修改。该透镜优选地包含按重量计算至少5%的UV吸收剂，因此可以实现商业上可行的产出率。激光在透镜中形成修改轨迹，其中该修改轨迹具有与修改之前的材料的折射率不同的折射率。使用相同的激光修改技术可原位修改角膜。

Description

用于形成和修改透镜的系统及由此形成的透镜

交叉引用

本申请要求下列优先权：2010年3月4日提交的序列号为12/717886的美国专利申请、2010年3月4日提交的申请号为PCT/US10/26280的PCT专利申请、2010年3月4日提交的序列号为12/717，866的美国专利申请，以及2010年3月4日提交的申请号为PCT/US10/26281的PCT专利申请。这些申请通过参考合并于此。当以下描述与上述那些申请的公开内容不一致时，以下面的说明为准。

背景技术

透镜被植入到眼睛中以改善视力。通常，存在两种类型的人工晶状体。一种类型替代眼睛自然晶状体，通常来替代白内障晶状体。另一种类型用来辅助已有晶状体，并充当永久性校正透镜。替代类型的透镜被植入到眼后房中。辅助类型的透镜，称为有晶状体眼人工晶状体IOL（intraocular lens），被植入到眼前房或眼后房，以校正眼睛的屈光不正。

用于形成人工晶状体的常用技术有两种。一种技术是模制（molding），其中光学聚合物材料形成具有预定的屈光能力的所需形状。这些透镜可获得标准的屈光力（diopter powers），典型地相差大约0.5屈光力。该模制技术的问题是，制作定制透镜（customized lens）是非常昂贵的，因此，对于大多数病人来说，只能获得一种相近的方法以使视力清晰。对于一些病人来说，屈光力可差0.25或更大。而且，对于具有异常形状的角膜的病人（包括一些经历了诸如LASIK手术等角膜手术的病人）来说，这种透镜一般不是那么有效。

使用的其它技术是车和铣（lathing and milling），其中圆盘状透镜毛坯被磨成所需形状。由于用于人工晶状体的材料的特性，优选的是，在例如在-10°F的低温下加工透镜。车和铣的问题是，处于-10°F的透镜的光学特性与处于体温下的透镜的光学特性不同，因此，这种透镜只能是接近最佳视力。此外，随着透镜变暖，其会吸收水分并且透镜的尺寸会改变，因此改变透镜的屈光力。

对于一些病人来说，需要的是，透镜是非球面的以校正角膜的球面像差，或者是复曲面以在屈光度的范围内校正或减轻角膜散光。市场上可买到的IOLs一般不能统一校正这些光学缺陷，因为，即使不是上千种，也需要盘存上百种不同类型的透镜（所有的这些透镜在屈光力、非球面特征以及复曲面特征方面存在差异）。

与现有制造技术相关的另一个问题是透镜经常不能满足经历了LASIK（激光辅助原位角膜磨镶术）手术的病人的需求。LASIK手术能够校正近视、远视和/或散光。然而，在LASIK手术中产生的角膜变化使得难以找到一种适应于非球面性调节的IOL。因为库存适用这种病人的IOL存在挑战，所以现有IOL一般不能使经历了LASIK手术或具有异常角膜的病人所满意。

在Knox等人的美国公开号2008/0001320文件中对一种用于修改光学聚合物材料（如IOL中的）的折射率的技术进行了讨论。该技术使用了用于改变光学材料的小面积的折射率的激光，导致了高达大约0.06的折射率的改变，而对于大多数应用情况来说，这在屈光力方面改变得不充分。

因此，需要一种用于形成人工晶状体的系统，该系统克服现有制造技术的缺点并且还为进行了LASIK手术的病人考虑了透镜的定制以提供多校正特征，从而接近最佳视力。

发明内容

本发明提供了一种满足该需要的系统，并且还提供了通过该系统形成和修改的透镜。通过该系统形成的透镜具有独特特性。这些透镜通常地为IOLs，但是本发明具有其它应用，如下文所讨论的。根据本发明的透镜包括由具有折射率的光学材料形成的透镜体。该透镜体具有相对的前表面和后表面以及光轴。该透镜体包含修改轨迹（loci）。该修改轨迹由激光束形成，并且具有与修改之前的材料不同的折射率。

为放置到人眼中而定制的聚合物透镜的光学特性通过用激光束修改透镜的轨迹来修改，因此该修改轨迹具有与修改之前的材料不同的折射率。优选地，该激光束以至少每秒50mm的速率移动，但典型地以不超过大约每秒200mm的速率移动。

为了达到如此快的修改速率，理想的是，为透镜掺杂足够的UV吸收剂和/或黄色染料。因此，透镜可以包含按重量计算至少5%的UV吸收剂以及具有按重量计算至少150ppm的黄色染料。黄色染料的量优选地为按重量计算至少大约500ppm，并且按重量计算可以高达大约1000ppm。理想的是，透镜具有等于或小于37℃（更为优选的是小于大约20℃）的玻璃化温度，使得其可以被折叠以插入到人眼中。

该激光系统也可以通过用激光束修改角膜中的轨迹以在人眼中原位修改角膜的至少一种光学特性，该修改轨迹具有与修改之前不同的折射率。该修改轨迹处于大体上平行于角膜的前表面的平面层中。该层的上表面位于角膜的前表面下方大约100微米处。该层典型地为大约50微米厚。

附图说明

通过下面的描述、所附权利要求以及附图，本发明的这些及其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中：

图1A为具有本发明的特征的人工晶状体的正视图；

图1B为图1A的透镜的俯视图；

图2示意性地示出具有两层修改轨迹的人工晶状体的透镜体的一部分；

图3示意性地示出具有多层修改轨迹的透镜体，其中一些层在眼中放置该透镜之后形成；

图4A为图1的透镜的一层的示意图，所述层被修改以产生球面聚焦效应；

图4B为图4A所示的层的俯视图；

图4C为图1的透镜的一层的示意图，所述层被修改以产生非球面聚焦效应；

图4D为图1的透镜的一层的示意图，所述层提供了散焦子午线（defocusing meridian）以调节散光；

图4E为图4D的透镜层在水平子午线的示意性俯视图；

图5和图6示意性地示出了用于形成修改轨迹所使用的原理；

图7示意性地示出了根据本发明的用于形成上面提及的透镜的设备的布局；

图8示出了在图7的设备中用到的算法的流程图；

图9图形化地示出了用于形成透镜的材料中的包括UV吸收剂的效果；

图10A图形化地示出了修改轨迹的折射率的变化与激光脉冲能量之间的关系函数；

图10B图形化地示出了修改的透镜的折射率的变化与固定脉冲能量的激光束脉冲的数量之间的关系函数；

图11示意性地表示了使用分层光栅扫描（layered raster-scan）方法形成根据本发明的透镜；

图12示意性地表示了使用分层飞点扫描（layered flying spot scanning）方法形成根据本发明的透镜；

图13示意性地示出了通过逐点改变以改变折射率来产生折射层结构的过程；

图14示意性地示出了如何在原位修改自然晶状体；

图15示意性地示出了人类角膜中的修改层；以及

图16和图17图形化地示出了实验的结果。

具体实施方式

概要

定制人工晶状体，称为定制眼内相移膜（Customized Intraocular Phase Shifting Membrane）（C-IPSM），是使用产生脉冲激光束的激光单元制造的。更具体地，激光单元可以选择性地产生处于50MHz的激光束脉冲，每一个脉冲具有大约100飞秒的持续时间以及大约0.2纳焦至大约1纳焦的能级。如本发明所设想的，激光束的焦点在具有折射率“n₀”的塑料的表面移动。这通过建立材料的折射率的变化模式（Δn）改变了次表面层。

优选地，定制的人工晶状体（C-IPSM）由具有第一侧面和第二侧面的塑料板制作而成，其中在两个侧面之间的厚度为大约50mm至大约400mm。在定制的人工晶状体（C-IPSM）的制造期间，该激光单元改变了具有仅大约50微米深度的次表面层。在该层中材料改变的层的目的是补偿佩带C-IPSM的病人的光学像差。具体地，这补偿了通过光学系统（例如，眼睛）引入的光束中的光学像差。

在塑料板中产生的折射率变化的模式是由将塑料材料暴露于由层以预定方式产生的电子干扰和热量中而产生的。特别地，这种折射率的变化是通过依次将激光束聚焦到材料中的大量的连续位点上来实现的。在每一轨迹（locus）处的结果是光通过该点的光程差（OPD）。对于具有给定的折射率变化（Δn）（例如，Δn=0.01）的给定材料（例如，塑料），并且对于穿过该材料的给定距离（例如，5微米），可以确定波长（λ）的光的OPD（即，相变）。具体地，每5微米的轨迹深度可以确定λ/10的OPD。因而，依据每一个光点所需的折射，光点深度处于5微米与50微米之间。

对于不同的轨迹位置，折射率的变化量（Δn）可有所改变，例如，位于最低值Δn=0.001至最高值Δn=0.01之间。因而，采用2π模相位回卷技术，可依据所需的折射使用Δn=0.001与Δn=0.01之间的值。

可以利用激光单元使用预定数量的激光脉冲串（laser burst）（即，“i”个脉冲）来产生每一轨迹。优选地，每一个脉冲串包括大概50个脉冲，并且具有近似1微秒的持续时间。在每一个脉冲串期间，产生深度为大约五微米、直径为大约一微米的大体圆柱形体积的材料变化。因而，轨迹包含至少一个点（site），并且典型地高达10个点。一般来说，每一个脉冲会造成大约1/10波长（λ/10）的OPD。对于“i”个脉冲：OPD=i(×(λ/10))。优选地，对于本发明，每5微米的轨迹深度具有近似λ/10的变化（即，“i”处于1至10的范围）。例如，考虑这样的情况，其中需要产生0.3λ的OPD。这种情况下，激光单元的最初脉冲串聚焦的深度为二十微米（即，i=3）。之后，该激光单元在该轨迹上又再重新聚焦两次，为了每一个随后的脉冲串，激光束的焦点每次都后退五微米的距离。依据该轨迹处所需要的折射量来选择数量“i”（例如，0.2λ时，i=2；而0.7λ时i=7）。也可以通过使激光束的焦点向前而不是后退来产生轨迹。

根据本发明的另一个实施例，采用Δn的变化，利用激光单元使用每激光脉冲串中具有不同数量的脉冲来产生每一轨迹。每一个激光脉冲串均产生一个点，每一轨迹存在1至10个点。优选地，每一个脉冲串包括5个脉冲至50个脉冲之间的脉冲，并且具有近似100纳秒至1微秒的持续时间。在每一个脉冲串期间，产生深度为近似五微米、直径为大约一微米的大体圆柱形体积的材料变化。一般来说，如上文提到的，每一个脉冲串造成大约1/100波长（λ/100）至1/10波长（λ/10）的OPD。因而，通过保持每一点处每一脉冲串的特定的脉冲数量（例如，5个脉冲），在一个特定点的每一个随后的位置上使用预定的OPD，在该实例中，为（10×(λ/100）），即1/10波长（λ/10）。当飞秒激光束沿横向方向（即，平行于塑料薄膜的表面）移动时，由于各个轨迹的Δn的变化引起了OPD的变化。

一旦确定了定制人工晶状体（C-IPSM）期望的折射特性，则可计算出人工晶状体的前表面层的模板（template）。然后，该信息被发送到制造台，并用于编程人工晶状体的这些层的各个像素。随后，在植入该定制人工晶状体之后，入射光被人工晶状体眼中的光学部件折射，以在眼睛的视网膜上形成经改善的图像。

由定制人工晶状体（C-IPSM）导致的入射光束的折射使任何入射光束中的各个光束的光程长度彼此基本相等。以这种方式，携带图像信息的入射光束由定制人工晶状体（C-IPSM）来进行补偿，以解释人工晶状体眼的折射像差，这已由适当的测量数据证明了。

对于定制人工晶状体（C-IPSM）的微结构表面层的光学性能，可采用几种折射和衍射光学原理来对定制人工晶状体（C-IPSM）的性能进行不同的修改。这些设计包括折射相位结构（具有或不具有相位回卷）和衍射相位（“GRIN”）结构。球面的、非球面的、消色差的、双焦点的以及多焦的实施例都是可行的。

透镜

具有本发明特征的透镜可以是植入到眼睛中的任何类型的透镜，包括隐形眼镜、放置到眼前房或眼后房中的人工晶状体以及角膜镜。当自然晶状体存在且是人工晶状体眼时，其中该自然晶状体已通过例如白内障手术去除，放置在眼后房中的IOLs经常是有晶状体眼（phakic）。本发明还用于在原位修改透镜，包括诸如眼前房中的接触镜、眼后房或眼前房中的IOLs、自然角膜镜以及自然晶状体等透镜。

对于图1A和图1B，具有本发明特征的人工晶状体10包括具有前表面14和后表面16的中央圆盘状透镜体12。优选地，前表面14和后表面16两者基本上都是平坦的，即，它们具有的曲率小或不具有曲率（如凹面曲率或凸面曲率）。使用本发明的技术可以形成平-平人工晶状体。如许多现有的人工晶状体那样，可有一对用于将透镜固定在眼后房中的触角（haptics）18。

术语“前面”和“后面”指的是当通常放置到人眼中时透镜的表面，前表面14面朝外，后表面16向内面向视网膜。透镜10具有光轴19，该光轴19为限定路径（光沿其在透镜10中传播）的假想线。在图1A和图1B所示的本发明的实施例中，光轴19与透镜的机械轴一致，但这不是必需的。

虽然，优选的是，通过透镜体12中的修改轨迹来设置透镜的所有光学效果，然而，如下文所描述的，也可以以现有方式来设置校正的光学效果，例如，使前表面、后表面，或者两个表面均是弯曲的，比如凸面的、凹面的或复杂的弯曲。虽然是优选的，然而，并不需要所有的光学校正都通过根据本发明的修改轨迹来进行设置。

具有本发明特征的透镜可以用于校正诸如近视（近视的）、远视（远视的）以及散光等视觉误差。这些透镜可以是非球面的和/或复曲面的。

透镜10的透镜体12由光学材料制成，该光学材料是目前存在的或将来存在的适用于制作用于植入到眼中的透镜的任何材料。该材料典型地为聚合物。如下文详细描述的，当利用激光进行处理时，用于透镜体12的材料显示出了折射率的变化。

这种材料的非限制性实例包括在诸如接触镜和IOLs等眼科设备的制造中使用的那些材料。例如，本发明可以应用含硅氧基的聚合物、丙烯酸聚合物、其它亲水性或疏水性聚合物、其共聚物及其混合物。

可以用作光学材料的含硅氧基聚合物的非限制性实例在美国专利6762271、6770728、6777522、6849671、6858218、6881809、6908978、6951914、7005494、7022749、7033391以及7037954中有描述。

亲水性聚合物的非限制性实例包括由N-乙烯基吡咯烷酮、甲基丙烯酸羟乙酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、聚（乙二醇单甲基丙烯酸酯）、4-羟丁基乙烯基醚（1,4-butanediolmono vinyl ether）、2-氨乙基乙烯醚、二乙二醇单乙烯基醚、乙烯二醇丁基乙烯基醚、乙二醇单乙烯基醚、环氧丙基乙烯醚（glycidy1 vinyl ether）、丙三基乙烯醚、碳酸乙烯酯以及乙烯基氨基甲酸酯的单元组成的聚合物。

疏水性聚合物的非限制性实例包括由Ci-Cio甲基丙烯酸烷基酯（例如，甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸辛酯或甲基丙烯酸-2-乙基己酯，优选为甲基丙烯酸甲酯以控制机械性能）、Ci-Cio烷基丙烯酸酯（例如，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羟丙酯或正己基丙烯酸酯，优选为丙烯酸丁酯以控制机械性能）、C₆-C₄₀芳基烷基丙烯酸酯（例如，2-苯乙基丙烯酸酯（2-phenylethyl acrylate）、丙烯酸苄酯、3-苯丙基丙烯酸酯、4-苯丁基丙烯酸酯、5-苯乙基丙烯酸酯、8-苯辛基丙烯酸酯或2-苯基乙氧基丙烯酸酯，优选为2-苯乙基丙烯酸酯以提高折射率）以及C₆-C₄₀芳基烷基甲基丙烯酸酯（例如，2-苯乙基甲基丙烯酸酯、3-苯丙基甲基丙烯酸酯、4-苯丁基甲基丙烯酸酯、5-苯戊基甲基丙烯酸酯、8-苯辛基甲基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、3,3-二苯丙基甲基丙烯酸酯、2-（1-萘乙基）甲基丙烯酸酯、苯甲基甲基丙烯酸酯或2-（2-萘乙基）甲基丙烯酸酯，优选为2苯乙基甲基丙烯酸酯以提高折射率）的单元组成的聚合物。

优选的材料为由N-苯甲基N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸乙酯以及由乙二醇二甲基丙烯酸酯交联的丙烯酸丁酯制成的疏水性丙烯酸聚合物。

对于典型IOL来说，透镜体12具有大约6mm的直径，并且优选具有大约50μm至大约1000μm的厚度20，典型为大约200μm至大约400μm，最优选为大约250μm。这是比传统IOL小的厚度。当透镜10被折叠以放置到眼后房中时，因为其相对薄，外科医生可以制作一个比传统透镜小的切口。这可以为病人提高安全性，并且认为能够减少手术后恢复时间，以及减少手术引起的散光。而且，在本发明的实施例中，其中前表面和后表面是平坦的，易于插入透镜，从而使白内障手术的一些案例的创伤更小。典型屈光度处于-10至+40的范围中。

由透镜10提供的光学效果是由于透镜体12中的修改轨迹的存在，其中通过激光束形成修改轨迹，该激光束使修改轨迹具有与修改之前的透镜材料不同的折射率。

图2示出的示例性透镜体12的一部分，其中透镜体12具有通常平行于透镜体12的前表面14的两个间隔开的平面层，上层22和下层23。层22和23的厚度优选为50μm。只示出了每层的一部分，只示例性出示了上层22的修改轨迹。层22包含示例性的连续修改的轨迹24a-24j。每一个轨迹24是直径为大约1μm的圆柱形，其轴通常平行于透镜的光轴19。每一个轨迹24a-j包含由来自激光器的单一脉冲形成的一个或多个点26。每一个点的高度典型为大约5μm，因此，修改轨迹的高度的范围为大约5μm至大约50μm。如图2所示，轨迹24a包含10个点26，轨迹24b包含9个点，一直到包含一个点的轨迹24j。

修改轨迹中呈现的材料结果是光程长度变化了。尤其是，相对于选定波长的光，每一个修改轨迹的光程长度与未修改轨迹的光程长度相比增大了大约0.1个波。通常，波长具有大约555nm的绿光是用于修改的基础，因为典型地，该波长的光能被人眼最佳地接收。因此，每一个修改轨迹比未修改轨迹的光程长度的大于大约0.1个波至大约1个波的光程长度，其中该波长是相对于波长555nm的光来讲。

优选地，存在充足的修改轨迹，使得通常沿平行于光轴19方向投射到透镜10的前表面14上的光的至少90%，以及更优选的至少99%通过至少一个修改轨迹24。

图3示出定制人工晶状体10的多层微结构示意图，该人工晶状体10是膜状的，展现出盘状平面的外观，并具有大约6mm的直径62和大约500μm的宽度64。微结构的定制人工晶状体的折射特性是写入（inscribed）在表示为66至88的薄层（其典型地为50μm厚）中的。首先，例如在后表面16与平面69之间，在深度65处生成后层。因此，层72、74、76、78、80、82、84、86以及88是微结构的。附加层66、68以及70在所植入的定制人工晶状体折射特性的活体内微调（in-vivo fine-tuning）过程期间可以是微结构的，覆盖了位于平面69与平面71之间的眼内相移膜的前部，具有厚度67。

每一个层66-88包含修改轨迹，典型地包含多于1000000的修改轨迹，并且可高达大约30000000的轨迹，并且每一个层典型地处于大体平行于透镜体14的前表面14的平面中。

图4示出用于实现不同的光学效果的修改轨迹的模式。图4A和图4B所示的层提供了总计大约+0.4屈光度的球面调节。其包含三个与光轴19同心且围绕中心区域408的圆形环402、404以及406。因而，修改轨迹为与光轴同心的圆形组合（circular pattern）。最外面圆环402的外缘处于离光轴19为3mm的r4处，即，其处于透镜体12的外围边缘处。第二环404的外缘处于离光轴19为2.5mm的r3处。第三环406的外缘处于离光轴19为2mm的r2处。中心部分408的外缘r1处于1.4mm处。每一个环由多个连续修改轨迹制成，其中每一个轨迹中的点的数量随着该轨迹靠近光轴19而增加。因而，在第一环402的外缘处的修改轨迹具有一个点，并因而具有大约5μm的高度，同时离光轴19最近的修改轨迹具有10个点，并因而具有大约50μm的高度。

图4C所示的层是图案化的提供非球面聚焦效应。在该层中，最内环406'和中心区域408'具有分别与图4A中的环406和中心区域408相同的模式。然而，外环402'和404'具有翻转的修改轨迹，使得在离光轴19更远的修改轨迹中比径向向内的修改轨迹有更多点。因为r1、r2以及r3在图4C所示的实施例中与在图4A中相同，图4B的俯视示意图也适用于图4C所示的布局。

图4D示出一种修改轨迹的图案，以适应在透镜的水平子午线上的散光和/或复曲面（toricitytaken）。在该实施例中，对于所有的环402"、404"和406"以及中心区域408"，在任何单个环中的修改轨迹的高度在接近光轴19的方向上逐渐降低，展现出了水平子午线上的散焦效果。

图4D的层的俯视图在图4E中示出，其中图4D所示的层是水平地放置的。图4D的散光连接层（astigmatic connecting layer）的垂直子午线与图4A所示的相同。水平子午线提供-0.4屈光力，而垂直子午线提供+0.4屈光力。在45°对角线处，不存在折射效果。

在所描绘的层的不同区域之间存在平滑过渡。

每一个轨迹具有非常小的直径，大约1μm数量级。因为存在具有相同数量的彼此相邻的点的多个轨迹，所以从环的外侧到环的内侧的过渡不需要点的数量稳定逐步地降低。

通过改变环的数量可以容易地提高或降低由透镜10提供的光学效果。例如，利用在图4A中示意性地示出的透镜，每一个环提供0.1屈光力，因而，图4A所示的透镜提供0.4屈光力。为了制作具有10屈光力的透镜，其中每一个环贡献0.1屈光度，该透镜由大约100个环制作而成，其中99个环具有与图4A中的环402、404以及406相同的一般构造，而中心环具有图4A所示的中心环408的构造。然而，由于在相同的表面面积中存在更多的环，每一个环具有比图4A中的环小得多的宽度。

图5和图6展示了可以用来表征本发明的2π模相位回卷技术的原理。具体而言，产生所形成的微结构，以补偿相邻光线（例如，光线542、光线544以及光线546）的阵列内的光程长度差，使得所有连续的各个光束542、544以及546彼此同相。为了在此进行讨论，各个连续的光束542、544以及546考虑为示例性的。

在图5中，第一光束542和第二光束544的正弦特性被示为时间的函数。如果光束542和544彼此同相（在图5中它们不同），则第二光束544将示出叠加在第一光束542上。然而，如图所示，光束542和544彼此不同相，并且该相位中的差被示为相移590。概念性地，该相移590可以被认为是时间差或传播的距离差。例如，在特定时间点592处，第一光束542处于自由空间的某一位置处。然而，由于相移590，直到随后的时间点594第二光束544才处于该相同位置处。对于图5所示的情况，当考虑到第一光束542从时间点592到时间点596而传播360°（2π弧度）的完整周期或循环时，第一光束542与第二光束544之间的相移590的幅度小于2π。

对于图6中描述的第一光束542和第三光束546，第一光束542的时间点592对应于第三光束546的时间点598。因此，存在于第一光束542与第三光束546之间的总相移604大于2π。如所预期的，对于本发明，总相移604实际上包括等于2π的模块相移（modular phaseshift）500和小于2π的单个相移502。使用该记法，在任何两个光束之间的总相移604可以表示为等于n2π的模块相移500与小于2π的单个相移502的总和，其中，“n”是整数，单个相移502是所谓的模2π相移。因而，该整数“n”可以取不同的值（例如，0、1、2、3......），具体而言，对于光束544（图3A），n=0，而对于光束546（图3B），n=1。在所有情况下，通过与相应的作为参考的光束542比较来确定每一个光束544和546的总相移604。然后，可以从总相移604减去模块相移500，以获得特定光束544和546的单个相移502。然而，首先，确定总相移604。

参考图4A，在每一个轨迹处，从总相移604减去模块相移500（=n×2π），以得到单个相移502，例如，在图4A中，在中心区域中的模块相移500总计为0×2π=0，在第二区域（r1至r2）中为1×2π，在第三区域（r2至r3）中为2×2π=4π，以及在第四区域（r3至r4）中为3×2π=6π。单个相移502（0π至2π，对应于0.0至1.0个波）被刻入到相当于5μm至50μm深的轨迹中。

因此，进一步参考图4A，绘制了当放置微结构的定制人工晶状体时局部相移（localphase-shift）对离瞳孔轴的距离的相关性，在径向位置r1上，相移从光轴19处的2π（相当于1.0个波）变为零。假设，撞击在微结构的定制人工晶状体上的最初光束是校准了的，展现了各个光线具有相同的光程长度，形成平坦的光波。各个光线在微结构的定制人工晶状体中移动的结果是，产生了聚焦的光波。在光束的中心部位，在由半径r1限定的面积内，光学相移相对于离光轴的距离呈二次方变化。在位置r1处，执行零移相，相当于0.0个波。侧向邻近半径r1的相邻光线经受了相当于1.0个波的2π相移，在2π模相位回卷技术的区域边界处，导致了相当于1.0个波的2π的特性相位跳跃（phase-jumps）。参考图5，该相位跳跃了2π的量，多个2π（“相移500”）可分别视为“赶上下一个波”，其与相邻的光束的关系是延迟了一个全周期2π。一般来说，在径向位置r1、r3以及r4的每一个处，局部相移跳跃了2π（对应于1.0个波），然而，在这些跳跃之间，相位从相当于1.0个波的2π呈二次方变化为相当于0.0个波的零。

通常，存在充足的修改轨迹，使得透镜体的折射率已被充分修改，以将透镜体的屈光力改变为至少+0.5（+0.5至+X）或至少（-0.5至-Y），其中X可以为大约48，Y可以为大约15。

在本发明的多层实施例中，典型地这些层间隔至少一微米，优选地间隔至少5μm。

在该多层实施例中，可以为特定选择光的波长优化不同的层。例如，可以为第一波长的光（如绿色）优化第一层，为与第一波长相差至少50nm的第二波长的光（如红光）优化第二层，以及可以为与第一波长和第二波长两者均相差至少50nm的第三波长的光（如蓝光）优化第三层。

而且，可以形成不同的层以将光聚焦在不同的焦点。

多层的另一种使用是使单层实现多个光学校正，而不是将所有视力校正都在单个层中实现。因而，可以是第一层提供屈光度调节，而其它层以提供诸如复曲面调节或非球面调节等其它光学校正。因而，第一层可以提供屈光度调节，第二层轨迹可以提供复曲面调节，以及第三层可以提供非球面调节。

用于制作和修改透镜的系统

本发明使用紧密聚焦在光学聚合物材料上的足够能量的短激光脉冲，以形成透镜。焦点处的高密度光引起光子的非线性吸收（典型的多光子吸收）并造成在该焦点处的材料的折射率的变化。只要在聚集区外侧的材料区域受到激光的影响最小。因此，利用激光来修改光学聚合物材料的选择区域导致了在这些区域的折射率的正向改变。

因而，可以通过利用具有0.05nJ至1000nJ脉冲能量的聚焦的可见或近红外激光照射光学聚合物材料的选择区来形成透镜。所照射的区域展现了小的或没有散射损失，这表示在所照射的区域中形成的结构在适当放大无对比增强（contrast enhancement）的情况下不清晰可见。

该方法中使用的聚焦激光的脉冲能量部分地取决于被照射的光学材料的类型、所期望的折射率的变化是多少以及想要在材料内刻入的结构类型。所选择的脉冲能量也取决于将这些结构写入光学材料中的扫描速率。典型地，扫描速率越大需要的脉冲能量越大。例如，一些材料需要0.2nJ至100nJ的脉冲能量，然而，其它光学材料需要0.5nJ至10nJ的脉冲能量。

保持脉冲宽度，以使得脉冲峰功率足够强以超过光学材料的非线性吸收的阈值。然而，由于玻璃的正色散，使用的聚焦物镜的玻璃能够显著地提高脉冲宽度。补偿方案用来提供的相应的负色散，其能够补偿由聚焦物镜引入的正色散。因此，在该申请中的术语“聚焦的”指的是：使用补偿方案校正由聚焦物镜引入的正色散，来自激光器的光在光学聚合物材料内的光的聚焦。该补偿方案可以包括从由至少两个棱镜和至少一个反射镜、至少两个衍射光栅、一啁啾反射镜和色散补偿镜组成的组中选择的光学装置，以补偿由聚焦物镜引入的正色散。

具有聚焦物镜的补偿方案的使用能够产生具有0.01nJ至100nJ或0.01nJ至50nJ的脉冲能量以及4fs至200fs的脉冲宽度的脉冲。有时，产生具有0.2nJ至20nJ的能量以及4fs至100fs的脉冲宽度的激光脉冲是有利的。可替代地，产生具有0.2nJ至10nJ的能量以及5fs至50fs的脉冲宽度的激光脉冲也是有利的。

该激光器能够产生波长处于紫辐射到近红外辐射范围的光。在不同的实施例中，激光的波长处于400nm至1500nm、400nm至1200nm或600nm至900nm的范围。

图7示意性地示出用于形成修改轨迹的优选设备702。设备702包括激光器704（优选地如在双光子显微镜中使用的飞秒激光器）、控制单元706、扫描单元708、用于透镜盘12的支架710以及用于移动在其中正形成修改轨迹的透镜盘12的装置712。从加利福尼亚森尼维耳市Calmar Laser有限公司（Calmar Laser,Inc,Sunnyvale,California）可获得适合的激光器。由激光器发射的每一个脉冲可以具有大约50飞秒至大约100飞秒的持续时间以及至少大约0.2nJ的能级。优选地，激光器704每秒产生波长为780nm 且脉冲宽度为大约50fs的大约5千万个脉冲，其中每一个脉冲具有大约10nJ的脉冲能量，该激光器为500mW激光器。发射的激光束721经由控制脉冲频率（典型地大约50MHz至100MHz的重复率）的声光调制器724由转镜722进行定向。当由激光器发射时，激光束721典型地具有2mm的直径。然后，激光束721在将脉冲空间地分成多种光束的扫描单元708中传播。该模式可以是光栅扫描模式或飞点模式。通过计算机控制系统726来控制扫描单元708以在透镜盘12中提供修改轨迹的所需构造。

从激光器发射的光束721具有大约2nm至大约2.5nm的直径。光束721在射出扫描器708之后聚焦成适用形成修改轨迹的大小，典型地形成直径为大约1μm至大约3μm的轨迹。可以利用伸缩镜对（telescopic lens pair）742和744以及显微物镜746来进行聚焦，其中另一个转镜748将光束从透镜对指向到显微物镜。聚焦显微物镜可以是具有3.3mm焦距的40×/0.8物镜。扫描和控制单元优选为从位于德国海德堡的海德堡工程（HeidelbergEngineering）获得的海德堡光谱（Heidelberg Spectralis）HRA扫描单元。

扫描单元中的光学器件允许直径为大约150μm至大约450μm的区域被修改，而无需移动透镜盘12或者光学器件。典型地，厚度为50μm的单层可以在大约一分钟内在一个区域中被微结构化。

为了修改透镜盘12的其它区域，有必要利用移动装置712移动支架710。移动装置712允许沿“z”方向移动，以在不同的层中提供修改轨迹，并且允许沿“x”方向和“y”方向移动，以处理处于相同深度的不同区域。移动装置712用作精确定位系统，以涵盖眼内圆盘（intraocular disk）的外径，典型地其具有6mm的直径。

支架710可以是托架、具有透镜大小的凹槽的传送带、具有透镜大小的凹槽的托盘，以及能够足够稳定地支撑透镜以形成期望的折射模式的任何其它结构。

移动装置可以是典型地由电机驱动的任何机械结构，提供沿x方向、y方向以及z方向的移动（即，三维移动）。这些电机可以是步进电机。典型地，移动高达大约10mm/秒。

透镜制造过程使用步进通过xyz定位从双光子显微镜的一个扫描区段（直径典型的为450μm）到下一个扫描区段（光栅扫描或飞点扫描）。双光子显微镜提供深度扫描。典型地，在双光子显微镜的范围内可以完成一个折射层。可替代地，由机械z定位来提供z定位，以便延伸抵达至盘14中更深的层。

控制单元706可以是包括存储器、处理器、显示器以及输入装置（如鼠标和/或键盘）的任何计算机。当对移动装置712来说必要时，控制单元被编程为通过将控制指令提供给扫描单元708而在盘12中提供修改轨迹所期望的模式。

形成圆盘的示例性过程在图8中示出，其中光束保持静止（即，不使用扫描器），并且机械地移动目标圆盘。当该过程开始时，提示用户在步骤801中选择所需的透镜。接下来，用户在步骤802中提供用于在激光脉冲期间扫描圆盘14的所需速度。只有当该计算机确定这个速度为安全速度（典型地，每秒移动4mm或更少）时，程序在步骤803中接收输入。该程序接下来将激光器设定为使用最大功率，并在步骤804中提示用户确认以继续进行。在这一阶段，程序为用户提供在步骤805之前避免透镜写入的最后机会。如果用户已选择放弃写入，该程序终止。否则的话，该程序在步骤806中修改记录文件，以记录适合于记录保持和前进的变量。

该激光沿x方向和y方向两者的一个极点位置（其构成原点位置）开始。修改透镜中的每一个层可以被认为是深度等于点的厚度的小层的堆叠。在一给定小层上，激光跨越一个维度（例如，x），同时保持其它两个（例如，y和z）不变，从而写入一系列的点。该程序在步骤807中通过找出构成当前系列的起点的栅格位置来启动每个系列。接下来，在步骤808中，该程序在适当的位置写入该系列。当程序已将激光扫描到给定系列的外边界时，其在步骤809中修改记录文件以反映完成了该系列。然后，该程序在步骤810中查询输入指令以确定是否存在待形成的后续系列。继续该过程直到给定小层中的所有系列的修改轨迹都形成了。每当需要准备新系列时，该程序进展到第二变量（例如，y），并且重设第一维（例如，x）以开始新系列807。一旦激光在小层的所有栅格位置中完成了扫描，相继考虑了每一个且在适当时写入了该系列，则该程序完成了该小层的写入。然后，在步骤811中扫描器将第一维和第二维重设为最初位置，从而激光返回到其原点位置。程序在步骤812中更新记录文件以显示完成该层。

该程序然后在步骤813中查询以确定是否需要更多的小层来实现用户期望的透镜。如果需要更多的小层，则该程序前进到第三维（例如，z），并且重复上述过程，以为新层817的第一条线找出第一栅格位置开始。如果不需要更多的小层，则该程序在步骤814中将激光返回到全部三维的最初的原点位置，在步骤815中修改记录文件以反映完成写入以及系统时间，并终止执行。典型地，一旦完成具有1至10个小层的层，则需要制备的任何其它层可以使用相同的过程进行制备。在一可选的程序中，扫描器708的焦点可以沿z方向（深度）移动，以形成更深的点。通常，形成处于相同深度的全部点，然后形成处于该层中下一个深度的全部点，直到形成该层中的全部点。

存储器可以是用于存储数据的一个或多个设备：包括只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备和/或其它用于存储信息的机器可读介质。

可以通过硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现该控制。当在软件、固件、中间件或微码中实现时，用来执行必需任务的程序代码或代码段可以被存储在诸如存储介质或其它存储器等机器可读介质中。处理器可以执行该必需任务。代码段可以表示流程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类，或者是指令、数据结构或程序语句的组合。通过传递和/或接收信息、数据、命令行参数（arguments）、参数或存储内容，代码段可以耦合到另一个代码段或硬件电路。可以经由包括内存共享、消息传递、令牌传递、网络传输等合适途径来传递、转发或发送信息、命令行参数、参数、数据等。

任选地，对于图像清晰度和焦深，自适应光学模块（AO-module）可以用来模拟折射校正的效果。AO模块可以由相点补偿器和用于预补偿由激光器704产生的单个光束的主动镜组成。用来补偿光束中的非对称像差的适应性光学器件用于申请号为7611244的美国专利中描述的发明。利用自适应光反馈控制来预补偿人眼的折射特性的方法和设备在专利号为6155684的美国专利中得到了描述。主动镜的使用在美国专利号6220707中得到了描述。

用于双光子信号的光学分辨率（Δxy，Δz）总计为：2Δxy=2×（0.325λ）/（NA0.91）=622nm（l/e2直径），Δz=2×0.532×l/（n-√n2-NA2）=3102nm（NA=数值孔径，例如，0.8）。这得出了点的大小。

光栅扫描方式中典型的扫描区域总计为：150μm视场（field of view）：5Hz的1536×1536像素或10Hz的786×786像素；300μm视场：5Hz的1536×1536像素或9Hz的786×786像素；450μm视场：5Hz的1536×1536像素或9Hz的786×786像素。

对于形成修改轨迹时的质量控制，激光器可以用来从透镜材料的自发荧光产生光。修改轨迹比未经修改的材料产生更多的荧光。如果在发射的荧光中未检测到适当增加，则表示没有恰当地形成修改轨迹。用于检测自发荧光的合适的系统在2010年3月4日提交的同时待审的（copending）美国专利，其申请序列号12/717866（律师档案号19330-1）题目为“Systemfor Characterizing A Cornea And Obtaining An Ophthalmic Lens”的图7中示出。而且，检测的自发荧光可以用于定位来自显微镜物镜746的激光束的系统焦点，以使用所检测的修改轨迹作为参考位置来形成额外的轨迹。

针对任何特定病人，使用常规的设计透镜的技术可确定由透镜10提供的光学效果。参见例如在专利号为5050981（Roffman）、5589982（Faklis）、6626535（Altman）、6413276（Werblin）、6511180（Guirao等人）以及7241311（Norrby等人）的美国专利中描述的技术。合适的技术在上文提及的同时待审的美国专利申请中得到了描述，其申请序列号12/717866（档案号19330-1）。

任选地，在圆盘中可包含激光束波长范围的光吸收剂，以降低用于形成修改轨迹所需的能量。可取的是，为此目的使用尽可能少的能量，这是因为，曝光于过多能量可导致透镜体12的破裂或其它不良的机械变化。可与激光器704一起使用的UV吸收剂的实例是苯并三唑（benzotriozoles）的衍生物（如2-（5-氯-2-H-苯并三唑-2-基）-6-（l,l-二甲基乙基）-4-（丙烯基氧丙基（propyenyloxypropyl））苯酚以及作为吸收390nm波长的黄色染料的苯酮（benzophenol）衍生物，如3-乙烯基-4-苯偶氮苯胺（3-vinyl-4-phenylazophenylamine）。优选地，提供的UV吸收剂的量是按用于形成透镜体12的材料的重量计算，至少0.01%，和高达按重量计算的大约1%。

在图9中，示出了在塑料材料中实现永久性结构变化的阈值能量（I）（nJ）与芳烃UV吸收剂浓度（%）的关系。典型的特性展现了阈能对UV吸收剂浓度的强依赖性，表示了随着UV吸收剂的浓度局部永久性结构变化的增强，这是由于处于390nm波长（半个参考入射飞秒激光脉冲的波长780nm）的双光子吸收过程的概率增大。塑料主体分子的局部相互作用导致局部的塑料材料的部分微晶化，使得折射率n增大Δn。如在商用人工晶状体材料中使用的处于0.8%浓度的UV吸收剂需要大约0.lnJ的阈能。相反，在非掺杂块状塑料中需要大约1nJ的阈能。基于直径大约为1μm的光点大小，来规定阈能，分别产生大约0.01J/cm²和0.1J/cm²的阈值激光能量密度。

图10示出利用飞秒激光脉冲改变塑料折射率的激光-材料相互作用过程。在图10A中，折射率的变化Δn被绘制为脉冲能量的函数；在图10B中，折射率的变化Δn被绘制为聚焦面积中在固定的脉冲能量下（例如，0.2nJ）的脉冲数量的函数。图10A中的曲线1050展示出随着脉冲能量从0.lnJ上升至8nJ，折射率n的变化Δn从大约0.1%增强为大约1.0%。在曲线1050的位置1052处表示最初出现的可测量的折射率n的变化Δn的阈值；在近似8nJ的脉冲能级处，与近似0.8J/cm²的激光通量对应，达到了塑料光分裂的阈值，导致材料的附带损坏和浑浊化，使得更容易引起塑料中传播的光的不良散射损失。如从曲线1050可看出，可行的脉冲激光能量范围跨越两个数量级，从0.05nJ至8nJ，在近似0.2nJ的脉冲能量处，允许在该范围的较低端发生的制造过程安全运行。在非掺杂塑料中，相应的制造过程安全范围只跨越接近一个数量级。此外，由于掺入UV吸收剂而导致的低脉冲能量允许特别光滑地修改材料的特性，以提供眼内相移膜具有极低的光散射损失。在图10B中，曲线1060表示在聚焦体积中大约50个激光脉冲的累积效应产生了大约1%的折射率变化Δn，足以在厚度为50μm的塑料层中实现1.0个波的光程长度差（OPD=（Δn）×厚度），选择0.2nJ的低脉冲能量。

在图11中，示例性地显示了眼内相移透镜的制造过程，其中扫描单元708提供一光栅扫描模式。展示了十个相邻小层的连续定位的流程，其中每一个区域包括密集地隔开的光栅扫描模式。光栅扫描小层1176、1178、1180、1182、1184、1186、1188、1190、1192以及1194的堆叠1170在x-（1172）和y-（1174）坐标系中示出，并延伸为近似50μm的厚度1202，即，每一个小层相当于近似5μm。对于x（1198）和y（1199）的尺度，各个小层的横向尺寸典型地在150μm至450μm之间变化，允许在每点直径为1μm的焦点体积内激光脉冲的叠加变化具有因子10。该表面1996是层的端部。

在图12中，呈现了眼内相移透镜的制造过程，其中扫描单元708提供分层飞点模式。例如，示出了十个紧密隔开的圆形扫描（circular scans）的连续定位。圆形扫描1216、1218、1220、1222、1224、1226、1228、1230、1232以及1234的堆叠1210在x（1212）和y（1214）坐标系中示出，并延伸到近似50μm的厚度1238，即，在各个圆形扫描或小层之间的距离相当于近似5μm。圆形扫描的直径1236可从几微米小至大约450μm，使得对于每一可分辨点激光脉冲的叠加的量可在较大的范围内改变。通过改变扫描线的长度，可以根据需求选择每一线的序列点（sequence of spots）的速度。各个扫描线可展现出不同的形状。最小的扫描细节的分辨率符合直径为近似1μm的双光子显微镜的分辨率限制，其中，如参考图11描述的，当由双光子显微镜给定最小光栅扫描区域时，光栅扫描过程限制在近似150μm的分辨率。为了实际应用，眼内相移薄膜的制造过程由双扫描系统以互补方式来完成：利用时间最优的光栅扫描方法来执行该过程的大部分，而通过具有固有的高空间分辨率的飞点扫描器来提供所需折射特性的细节。

在图13中，展示出了通过逐点改变折射率变化Δn而产生的折射分层结构。一般来说，折射结构集合在眼内相移透镜体12中的矩形层中。在图13中，示出了眼内相移薄膜器件的一部分，包括例如宽度分别为150μm、300μm和450μm的三个相邻条纹1344、1348、1350和1384。透镜体14的区域的总尺寸为900μm的宽度1340和50μm的厚度1342。由于沿x方向和y方向的每一扫描线的标准像素数量被选择为1536×1536像素，因而每一扫描线1346、1350和1354的脉冲密度分别相当于每微米10个脉冲、每微米5个脉冲和每微米3个脉冲，产生的二维叠加因子为每光点100个脉冲、每光点25个脉冲和每光点9个脉冲。

这种用于形成透镜的方法被我们称为“折射率成形（Refractive Index Shaping）”（RIS），其中使用红外飞秒激光脉冲瞄准在圆盘内的预定三维空间，其中圆盘位于IOL的前表面和后表面之间，直径高达大约6mm 且高度为50-100μm的。具有的折射率（RI）高于周围IOL透镜材料的层或区域限定了最终的透镜。这种由激光制造的“透镜”的屈光力由其几何形状和Δ（RI）来确定，其中，Δ（RI）=（修改区域的RI）-（IOL材料的RI）。“透镜”的几何形状由冲击圆盘内目标位置的激光束的模式来确定，这个过程被我们称为“写入透镜”的过程。

术语“RIS速度”被定义为这样一种速度，μm/秒，激光束以这种速度在透镜中移动，以改变处理区域的折射率。通常，存在RIS速度范围。如果激光束移动太慢（慢于该RIS速度），则激光束会在一个位置处停留过长，而这会烧伤透镜聚合物材料。如果激光束移动太快（快于该RIS速度），则不能改变所处理的区域的折射率。许多因素会影响该RIS速度，例如，激光功率以及黄色染料和UV吸收剂作为掺杂剂的使用。

通过增加UV吸收剂和/或黄色染料，可提高RIS速度。现有IOL包含1%或更少的UV吸收剂，典型地所提供的量足以在大约385nm处提供90%的截止，即，处于200-380nm范围中的90%或更多UV光线被UV吸收剂吸收或吸入。通常使用的UV吸收剂是取代苯并三唑（benzotrazoles）和取代苯酮（benzophenoes）。UV吸收剂可以是苯并噻唑（benzotriozoles）的丙烯酸衍生物，并且最优选的是按重量计算至少大约15%的UV吸收剂。优选地，为了提高RIS，聚合物透镜体包含按重量计算至少5%的UV吸收剂，更优选的是按重量计算至少10%。

而且，该材料可以提供有黄色染料。一些IOL的制造使用了黄色染料以阻挡有害蓝光进入眼睛而抵达视网膜。常规黄色染料通常具有芳族偶氮结构，并且其在IOL中的浓度按重量计算通常低于0.5%。优选的量是按重量计算至少大约100ppm（百万分之），以加快RIS。优选地，黄色染料浓度为至少大约150ppm，更优选的为至少大约500ppm，并通常高达大约1000ppm。合适的黄色染料是3VPADPA（N-苯基-4-（3-乙烯基苯基偶氮）-苯胺）（N-Phenyl-4-（3-Vinylphenylazo）-Aniline）。它可以以大约4000ppm的浓度溶解在乙二醇二甲基丙烯酸酯中且被添加到用于形成透镜的单体。

利用这些量的黄色染料和UV吸收剂，使用40mW（毫瓦）的激光器，可以实现至少每秒400μm（典型地为每秒大约100μm至大约200μm）的RIS速度。优选地，500mW激光器使用至少每秒50mm的RIS速度。

通常，通过将人工晶状体折叠并经由缝隙引入眼中而将其插入人眼中。优选地使用更高等级的染料和UV吸收剂来增加最终透镜的硬度。这需要通过单体的恰当选择来适应，以维持透镜可折叠，并且具有体温（即，37℃或更小）或更小的玻璃转化温度（Tg），更优选地为小于室温（即，等于或小于20℃）。为了实现该结果，修改单体以及在形成透镜过程中使用的单体浓度的相对量都在该技术领域的技巧内。

原位修改

大体上，可以使用上文讨论的相同的方法和设备用于原位修改透镜。这包括人工晶状体、角膜镜、角膜接触镜以及自然晶状体。在大多数例子中，透镜已具有诸如屈光力、复曲面和/或非球面性等光学特征。该方法用于微调透镜，并为LASIK手术提供选择。

对于原位修改，使用了图7的设备，除了不需要透镜架710或用于移动透镜的装置712之外。更确切地说，由聚焦系统提供的修改的领域范围只涵盖正被修改的透镜的部分，可以改变该聚焦系统聚焦到其它区域。参考图14，使用图7的设备可以修改自然晶状体的直径大约6mm的层1410。该层1410包含修改轨迹，每一个修改轨迹具有1到10个点。典型地，作为一个扫描区域，直径大约2mm的区域被修改。图7的设备的透镜系统依次移动以修改其它区域。每一个区域可以具有一个或多个修改轨迹平面。

利用定制透镜设计和原位修改的概念，可以通过例如修改角膜，在人眼中实现定制化的屈光矫正。可选用本文描述的方法以在人类角膜中产生折射层。例如，假设在胶原组织中有1%的折射率改变，则暴露角膜前面的基质在厚度50μm的层中就足以促成高达+/-20屈光度的折射校正。一系列的修改轨迹层优选地被放置位于角膜表面下方100μm至150μm处。也可实现校正复曲面和非球面屈光不正以及高阶光学像差。与定制IOL-设计的情况类似，通过在该领域中熟知的技术或者通过上述序列号为12/717866的同时待审申请（代理人档案号19330-1）中描述的技术可以计算出所需的校正。基于各种角膜组织的自体荧光成像，并提供在线过程控制，通过双光子显微镜704可促成原位组织替换过程。

与聚合物透镜材料相反，角膜组织是不均匀的。利用荧光和二次谐波发生（SHG）成像方式，通过双光子显微镜可以看到角膜的结构。

在图14中，描述了人类晶状体的前面部分内侧的折射层的产生。优选地，选择位于晶状体前囊下方大约100μm的层1410。修改晶状体组织的应用方法尤其适合于产生多焦点的老花眼中，以有助于近视力（near vision）或校正近视症（近视眼）或远视症（远视眼）以及散光症（复曲面（toricity））。

参考图15，人眼中的角膜2000从其前表面到其后表面包括以下部分：即，扁平上皮2002、前弹性层2004、基质2006、后弹性层2008以及内皮层2010。修改层2012处于基质中，并且其上表面2014位于角膜2000的前表面2016下方大约100微米处。优选地，该层的厚度为大约50微米。为了有效修改角膜，需要精确了解角膜的前表面所在位置。确定角膜的前表面的位置的优选技术是根据于2010年3月4日提交的序列号为12/717866的共同待审申请中所描述的。具体地，一波长的红外光照明角膜的前表面，当照明时，所述波长为能够从角膜的前表面产生的荧光的波长，并能检测到所产生的荧光。典型地，红外光具有大约780nm的波长。

用激光修改角膜的效果取决于所处理角膜部分的密度。用于确定角膜前表面位置的技术可以用于确定角膜的不同部分的密度。一旦确定，可改变由激光器提供的功率，其中，当激光束修改角膜的具有更高密度的部分时所提供的能量比当修改具有较低密度的部分时的能量多。例如，大约多3%的能量用于更高的密度区域。

实例1（标准透镜）

微分干涉差（DIC）显微镜用来确定有效的RIS速度范围。使用40mW激光器，对于标准的Aaren疏水性丙烯酸IOL（Aaren科技有限公司，150ppm黄色染料），有效RIS速度处于5μm/秒至75μm/秒的范围内。当经由DIC显微镜进行观察时，如果RIS速度慢于5μm/秒，则激光束会过长地停留在同一光点处，结果会烧坏材料。如果RIS速度大于75μm/秒，激光在改变材料的折射率方面是无效的。

实例2（变化激光功率、黄色染料以及UV吸收剂的效果）

重复实例1的方案，不同的是激光能量从10mW变化为20mW、从10mW变化为40mW；黄色染料的量从按重量计算从150ppm改变为500ppm、从150ppm改变为1000ppm；而UV吸收剂的量从按重量计算从0.8%改变为4%。在图16和图17中示出其结果。如图16所示，当激光能量从20mW加倍到40mW时，对于全部三个测试材料，高RIS速度极限增大了将近8倍。

当黄色染料浓度从150ppm增大到500ppm以及从150ppm增大1000ppm时，RIS速度增大，如图16所示。图16中的全部材料包含相同量的UV吸收剂（0.8%）。

如图17所示，IOL中UV吸收剂百分比的增加会增加RIS速度，甚至比黄色染料更加有效。

实例3（利用额外的UV吸收剂形成聚合物透镜体）

成功制备具有8%的UV吸收剂量的聚合物材料，如下：在配备有磁性搅拌棒的圆底烧瓶中加入20.15克的BPA（N-苄基N-异丙基丙烯酰胺）、11.4克的UV吸收剂UVAM（2-（5-氯-2H-苯并三唑-2-基）-6-（1,1-二甲基乙基）-4-乙烯苯酚）（2-（5-Chloro-2H-benzotriazol-2-yl）-6-（l，l-dimethylethyl）-4-ethenylphenol）、0.18克的AIBN（2,2-偶氮二异丁腈）、30.88克的EMA（甲基丙烯酸乙酯）、5.20克的黄色染料溶液（不纯的黄色染料）、2.18克的交链剂-EDGMA（乙二醇二甲基丙烯酸酯）、以及73.75克的BA（丙烯酸丁酯）。EGDMA（乙二醇二甲基丙烯酸酯）中由具有4000ppm浓度的3VPADPA（N-苯基-4-（3-乙烯基苯基偶氮）-苯胺（N-Phenyl-4-（3-Vinylphenylazo）-Aniline））组成的黄色染料溶液。在该圆底烧瓶被放置在磁搅拌板上并搅动了60至90分钟之后，混合溶液被转移到玻璃板模具中。该模具被放置到预加热的处于65℃的对流烘箱中用于固化过程。温度在8小时内被提高到140℃，然后冷却到30℃。

在将该片材从玻璃模具移开之后，其被冲压成直径为16mm的圆钮。在被加工成IOL之前，在酒精中提取该圆钮，然后在真空中将其干燥。

用如下不同浓度的UV吸收剂重复该过程：对于具有4%的UV吸收剂，加入了5.7克的UVAM；对于具有16%的UV吸收剂，加入了22.8克的UVAM。

在硬度计上测量硬度特性，由DSC来测量玻璃转化温度。结果呈现在表1中。

表1  透镜材料硬度和玻璃转化温度

UV吸收剂%	黄色染料%	硬度	Tg(℃)
				0.8%（标准）	150ppm	54	11
4%	150ppm	57	12
				8%	150ppm	60	13
16%	150ppm	62	13

非晶材料（IOL典型地由该材料形成）的玻璃转化温度（Tg）是材料将其特性从“玻璃状的”转变为“橡胶状的”的临界温度。在该背景中的“玻璃状的”表示坚硬且易碎的，从而比较易于破碎，而“橡胶状的”表示有弹性且柔韧的。玻璃转化温度Tg是聚合物材料从玻璃状状态（坚硬且易碎的）改变为弹性状态（橡胶状且柔韧的）温度。如此处所使用的，“Tg”指的是通过差分扫描量热法对聚合物的转化温度用ASTMD3418-99标准试验方法获得的值。

可以相信，角膜和晶状体组织的原位修改最终能替代LASIK手术、屈光性晶状体置换（RLE）过程、提供以非入侵式的便于患者的人工晶状体过程。

虽然已参考其优选实施例详细描述了本发明，然而其它实施例也是可行的。因此，所附权利要求的范围应当不限于其所包含的优选实施例的描述。

Claims (32)

1.一种聚合物透镜体，其特征在于被设计为可植入到人眼中的人工晶状体，并且按重量计算包含至少5%的UV吸收剂。

2.根据权利要求1所述的透镜体，其按重量计算包含至少10%的UV吸收剂。

3.根据权利要求2所述的透镜体，其按重量计算包括高达大约15%的UV吸收剂。

4.根据权利要求1所述的透镜体，其可充分折叠用于植入到人眼中。

5.根据权利要求1所述的透镜体，其中所述透镜体具有至少一个触角。

6.根据权利要求1所述的透镜体，其具有相对的前表面和后表面，其中，所述表面的至少一个大体是凸的或大体是凹的。

7.根据权利要求1所述的透镜体，其具有等于或小于37℃的玻璃转化温度。

8.根据权利要求7所述的透镜体，其具有小于20℃的玻璃转化温度。

9.根据权利要求1所述的透镜体，其按重量计算包括至少大约150ppm的黄色染料。

10.根据权利要求9所述的透镜体，其按重量计算包括至少大约500ppm的黄色染料。

11.根据权利要求9所述的透镜体，其按重量计算包括高达大约1000ppm的黄色染料。

12.一种用于修改被设计为放置到人眼中的聚合物透镜的光学特性的方法，所述透镜具有前表面和后表面，所述方法包括利用激光束在所述透镜修改轨迹的步骤，所述修改轨迹具有与修改之前的材料不同的折射率，其中，所述激光束以至少每秒40μm的速率移动。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述激光束以至少每秒50毫米的速率移动。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述透镜按重量计算包含至少5%的UV吸收剂。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述透镜具有等于或小于37℃的玻璃转化温度。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述透镜具有等于或小于20℃的玻璃转化温度。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述透镜按重量计算包含至少150ppm的UV吸收剂。

18.一种用于在人眼中原位修改角膜的至少一个光学特性的方法，所述角膜具有前表面，所述方法包括利用激光束在所述角膜中修改轨迹的步骤，所述修改轨迹具有与其修改之前的折射率不同的折射率，所述修改轨迹处于大体平行于所述角膜的所述前表面的平面层中，所述层的上表面位于所述角膜的所述前表面下方大约100微米处。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述层为大约50微米厚。

20.根据权利要求18所述的方法，包括，在所述修改步骤之前，进行如下附加步骤：通过用一波长的红外光照明所述前表面来确定所述角膜的所述前表面的位置，当照明时，所述波长能够从所述角膜的所述前表面产生荧光，并且检测所产生的荧光。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述红外光具有大约780nm的波长。

22.根据权利要求18所述的方法，在修改步骤之前，确定所述层的至少一部分的密度。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述确定所述层的至少一部分的密度的步骤包括利用一波长红外光照明所述层的一部分，所述波长能够从所述层产生荧光，并且检测所产生的荧光。

24.根据权利要求18所述的方法，其中，所述层的第一部分具有第一密度，所述层的第二部分具有第二密度，所述第一密度大于所述第二密度，并且其中所述修改步骤包括使所述激光束修改所述第一部分时具有的能量高于用于修改所述第二部分具有的能量。

25.一种交联聚合物透镜体，其特征在于被设计为植入到人眼中的人工晶状体，其中，所述透镜体

a)包含充足的UV吸收剂，使得当利用飞秒红外激光以40mW的功率进行处理时，所述透镜体具有至少400μm/秒的RIS速度，并且所述UV吸收剂阻截波长处于200nm至400nm范围内的90%或更多的UV光；以及

b)具有等于或小于37℃的玻璃转化温度。

26.根据权利要求25所述的透镜体，其包含充足的黄色染料，以阻截波长处于400nm-480nm范围内的至少50%的可见光。

27.根据权利要求26所述的透镜体，其按重量计算包括至少150ppm的黄色染料。

28.根据权利要求25所述的透镜体，其按重量计算包括至少5%的UV吸收剂。

29.一种交联聚合物透镜体，其特征在于被定制为植入到人眼中的人工晶状体，其中，所述透镜体

a)包含充足的UV吸收剂和充足的黄色染料，使得当利用飞秒红外激光以40mW的功率进行处理时，所述透镜体具有至少400μm/秒的RIS速度，其中，所述UV吸收剂阻截波长处于200nm至400nm范围内的90%或更多的UV光，而所述黄色染料阻截波长处于400nm-480nm范围的至少50%的可见光；以及

b)具有等于或小于37℃的玻璃转化温度。

30.根据权利要求29所述的透镜体，其按重量计算包括至少150ppm的黄色染料。

31.根据权利要求30所述的透镜体，其按重量计算包括至少5%的UV吸收剂。

32.根据权利要求29所述的透镜体，其按重量计算包括至少5%的UV吸收剂。

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