CN103217808A - 用于增强泪液交换的分形结构 - Google Patents

Abstract

一种用于增强泪液交换的分形结构。可将结构图案结合到角膜接触镜片的后曲面的周边区内以便增加所述角膜接触镜片和所述角膜之间的泪液交换。所述结构图案可基于分形几何并且可结合到所述镜片的周边中的任何位置。优选利用模拟和实验的组合来确定所述结构图案的位置。

Description

用于增强泪液交换的分形结构

技术领域

本发明涉及具有改善的泪液交换的角膜接触镜片，并且更具体地讲涉及下述角膜接触镜片，所述角膜接触镜片具有形成于其后曲面的周边中以改善泪液交换的分形结构。

背景技术

角膜接触镜片或接触镜为只是放置在眼上的透镜。角膜接触镜片被视为医疗装置并且可被佩戴以校正视力和/或用于美容或其他治疗原因。自20世纪50年代起，市场上就可购买到改善视力的角膜接触镜片。早期的角膜接触镜片由硬性材料构成或制成，相对较为昂贵并且易碎。另外，这些早期的角膜接触镜片由下述材料制成，所述材料不允许足够的氧气通过角膜接触镜片传输到结膜和角膜，由此可潜在地引起多种不良临床效应。尽管仍使用这些角膜接触镜片，但它们因其不良的初始舒适度而并不适用于所有患者。该领域的后续发展导致了基于水凝胶的软性角膜接触镜片，所述软性角膜接触镜片在当今为极其流行和广泛应用的。具体地讲，当今可用的有机硅水凝胶角膜接触镜片将具有极高透氧度的有机硅的有益效果与水凝胶的经证实的舒适度和临床性能结合在一起。事实上，与由早期硬性材料构成的角膜接触镜片相比，这些基于有机硅水凝胶的角膜接触镜片具有较高的透氧度并且通常具有较高的佩戴舒适度。然而，这些新型角膜接触镜片并非完全没有缺陷。

许多使用者可连续佩戴角膜接触镜片八(8)小时至数天而不出现任何不良反应，例如发红、疼痛、粘蛋白积聚以及与眼睛干涩相关的角膜接触镜片症状。然而，一些使用者在使用仅几个小时后就开始出现这些症状。这些角膜接触镜片佩戴者中的许多人使用再润湿溶液来缓解与这些不良反应相关的不适，这取得了一些成效。然而，使用这些溶液需要使用者携带额外的溶液并且这可证实为不便的。对于这些使用者而言，不需要使用再润湿溶液的更为舒适的角膜接触镜片将是有用的。

与佩戴角膜接触镜片相关的潜在问题可影响眼睑、结膜、角膜的各个层以及覆盖眼睛外表面的泪膜。

当将角膜接触镜片定位到眼上时，泪膜的各个层形成在角膜接触镜片的后曲面或后表面与角膜之间以及角膜接触镜片的前表面之上。复新这两个区域中的泪液或泪膜以便移除积聚在泪膜中的污染物是有益的，并且复新角膜接触镜片后面的泪膜或者更精确地讲角膜接触镜片的后表面与角膜之间的泪膜是尤其有益的。因此，存在对有利于角膜接触镜片后面的泪液交换的改善角膜接触镜片的需要。

发明内容

形成于本发明的角膜接触镜片的后曲面或后曲面的周边中的分形结构克服了与上文简述的现有技术相关的缺陷。

根据第一方面，本发明涉及眼科装置。所述装置包括具有后曲面、前曲面、视区和周边区的角膜接触镜片以及结合到所述角膜接触镜片的周边区中的后曲面内的至少一种结构图案，所述至少一种结构图案基于分形几何。

根据另一个方面，本发明涉及眼科装置。所述装置包括具有后曲面、前曲面、视区和周边区的角膜接触镜片以及结合到所述角膜接触镜片的周边区中的后曲面内的至少一种结构图案，所述至少一种结构图案基于具有随机分量的迭代函数系统。

根据又另一个方面，本发明涉及用于制备眼科装置的方法。所述方法包括形成具有后曲面、前曲面、视区和周边区的角膜接触镜片、生成至少一种结构图案、以及将所述至少一种结构图案结合到角膜接触镜片的周边区中的后曲面内，所述至少一种结构图案基于分形几何。

当将角膜接触镜片放置到眼上时，泪膜的各个层形成在角膜接触镜片的后表面与角膜之间以及角膜接触镜片的前表面上。此泪膜的适当分布对于实现舒适的镜片贴合和视力改善为至关重要的。本发明涉及下述角膜接触镜片设计，所述角膜接触镜片设计着重于改善发生在角膜接触镜片的后表面与角膜之间的泪液交换或泪液复新，因为据信角膜接触镜片佩戴者的眼内的不良泪液交换可导致不利事件。例如，较薄的后泪膜可转化成相对眼表面的较高剪切力，由此导致相对角膜的上皮层的较高应力。另外，不良或降低的泪液交换可导致污染物在眼内的积聚。

考虑到低或不足的泪液交换与不良眼反应之间的潜在关系，则即时地移除污染物和恢复角膜接触镜片后面的厚泪膜将有可能优选地导致显著较少的不良眼事件。因此，本发明涉及下述结构图案，所述结构图案形成于角膜接触镜片的后曲面的周边区中以便增加泪膜厚度并由此增加泪液交换。所述结构图案可具有任何合适的设计，但优选具有基于分形几何的图案。

分形图案能够相对简单地生成并且能够相对容易地结合到角膜接触镜片的后曲面的周边区内。可将分形图案结合到现有的角膜接触镜片制造方法中，由此确保制造成本的最低增长。由于将分形图案结合到角膜接触镜片的周边区内，因此它们将不会妨碍佩戴者的视力。

附图说明

下文是附图所示的本发明优选实施例的更为具体的说明，通过这些说明，本发明的上述及其他特征和优点将显而易见。

图1示出了人眼的泪液排出系统的解剖图。

图2为根据本发明的在其后曲面中结合有结构图案的角膜接触镜片的第一示例性实施例的图解示意图。

图3为根据本发明的在其后曲面中结合有结构图案的角膜接触镜片的第二示例性实施例的图解示意图。

具体实施方式

图1示出了人眼100的排出系统的解剖图。泪液由泪腺（未示出)产生，所述泪腺在每只眼100的外部之上。泪液在眼100的表面上流动至称为泪湖102的浅池，所述浅池位于上下眼睑的内端集合处或鼻腔端。从此处，泪液通过眼睑中的每一个中的小开口，即上泪点104和下泪点106排出。泪液从上泪点104和下泪点106分别通入上泪小管108和下泪小管110中，所述上泪小管108和下泪小管110分别为通向泪囊112的导管状通道。泪囊112为鼻泪管（未示出）的上膨胀部分，所述鼻泪管将泪液排出至鼻腔系统中。上泪点104和相关的小管108通常仅从眼100排出约10%的泪液，使得它们的栓塞几乎从未导致泪液溢流。

泪液或泪膜包括三层。第一层或底层为涂布眼的层，并且包含粘蛋白，所述粘蛋白由称为杯状细胞的结膜中的细胞产生。粘蛋白填充眼表面上或眼表面中的微观不规则部分，这对于使视力清晰是重要的。泪膜的第二层或中间层基本包含水，并且组成泪膜的主体。水组分的大多数由主泪腺或泪腺产生或提供。情感性泪液和反射泪液（即源自刺激，如亮光或外来物的泪液）来自主泪腺。被称为Wolfing腺体和Kraus腺体的副泪腺存在于眼睑组织中，并且也贡献水组分。泪膜的第三层或顶层包含由睑腺分泌的油薄层，并且用于防止泪液过快蒸发。

在人眼中，泪膜分布在角膜之上以产生平滑表面。由于眼内的最大折射率差值出现在空气-泪膜界面处，所以此表面贡献出眼睛的光焦度中的大部分。除了其光学特性之外，泪膜用于润滑眼睛并且通常将眼睛保持在健康状态。

当人眨眼时，将新的泪膜分布在角膜上。眨眼之后，泪膜变得稳定。在此时间点，泪膜为最平滑的。基本上，这是泪膜的最佳状态。如果不眨眼，则泪膜通常在约四(4)至约十五(15)秒的时间段之后开始破裂。在破裂期间，泪膜变成紊流的并且在某些地方开始干燥。这可引起与不适相伴在一起的下降的视敏度。泪膜中的不均匀性还可导致由光散射引起的屈光不正。

当将角膜接触镜片放置在眼上时，泪膜的各个层形成在角膜接触镜片与角膜之间以及角膜接触镜片前表面之上。泪膜的适当分布对于实现舒适的镜片贴合和视力改善来说为至关重要的，因此镜片材料必须被设计为具有适当的润湿性。尽管一些镜片材料提供改善效果，例如提高的透氧度，但它们对泪膜分布的影响仍为未知的。目前，在临床试验期间必须对镜片进行体内测试，其中使用定性和仅半定量的泪膜分析方法，例如使用荧光素眼染色和裂隙灯成像来评价泪膜的演化和破裂。

就本发明而言，所关注的泪膜为形成在角膜接触镜片的后表面与角膜之间的泪膜。更具体地讲，本发明的焦点为出现在角膜接触镜片的后表面与角膜之间的泪液交换而非泪膜本身。据信，角膜接触镜片佩戴者的眼内的不良泪液交换导致不利事件比率增加。另外据信，通过增加泪膜的厚度，可提高泪液交换率。现有技术的角膜接触镜片已利用角膜接触镜片的后曲面上的简单结构例如通道或凹槽来增加泪膜厚度并由此来增加泪液交换；然而据信，本文所述的较复杂的结构可因增加的表面积和图案本身而为更好的。

通常，对于软性角膜接触镜片而言，后表面泪膜厚度小于五(5)微米。这种薄泪膜或层使泪液交换可能为困难的。因此，可在角膜接触镜片的后曲面的非视力部分或周边之上或之中来形成基于分形几何的结构图案。这种结构图案优选地允许增加泪膜厚度，这继而通过一种或更多种作用机制来改善泪液交换，所述作用机制包括增加角膜接触镜片在眼上的线性移动以及横向抽运，如下文更详细所述。

如上文所述，较厚的泪膜优选地导致增加的角膜接触镜片的线性移动，这继而优选地改善泪液交换。角膜接触镜片的后表面与角膜之间的较厚泪膜用于降低剪切力，从而允许角膜接触镜片的更容易的线性移动。重要的是应当注意，这种移动为线性移动而并非为旋转移动，因此本发明可与任何类型的角膜接触镜片（包括需要旋转取向的镜片，例如环形圆纹曲面的角膜接触镜片）结合使用。另外重要的是应当注意，结构图案可被优化为定位在角膜接触镜片的周边上以便控制角膜接触镜片沿任何方向的移动。基本上，角膜接触镜片的移动允许新鲜的或新的泪液经由结构图案移动到角膜接触镜片下面，以使得包含在先前泪液中的污染物向新的或新鲜的泪液中的扩散以及扩散速率可得到增加。更重要的是，扩散特性可得到优化。

另外如上文所述，较厚的泪膜优选地导致横向抽运，这继而会改善泪液交换。在横向抽运中，当新的泪液经由结构图案移动到角膜接触镜片下面时，角膜接触镜片趋于以某种方式自身重新定位使得其迫使新的较厚的泪膜进行重新分布，从而优选地迫使先前的泪膜从角膜接触镜片下面排出。重要的是应当注意，由于使用本发明的结构图案，可存在其他泪液交换机制。

尽管在本文中描述基于分形几何的结构图案，但重要的是应当注意，可使用任何合适的图案。简而言之，分形体可被定义为可分成若干部分的粗糙或碎片几何形状，其中每个部分均为或至少大致为整体的减小尺寸副本。这种特性称为自相似性。更具体地讲，分形体具有多个结构，包括任意小尺度的细小结构，所述细小结构太不规则而不能利用欧几里得几何语言进行简单描述，其为自相似的（至少大致地或随机地），其具有大于其拓扑维数的豪斯多夫维数并且具有简单且递归的定义。由于近似分形体可存在于大自然中，例如，存在于形成的霜晶、雪片、云、以及甚至断层线和山脉中，因此基于分形几何的人工结构图案可为泪液在角膜接触镜片下面的移动提供优选的结果。

现在参见图2，其示出了具有一系列或成组的结构图案202的示例性角膜接触镜片200，所述结构图案202形成于角膜接触镜片200的后曲面上的周边区204中以使得视区206未被触及。可利用随后更详细描述的迭代函数结构来生成这些结构图案202。另外，可利用也在随后描述的任何合适的制造技术来形成实际的结构图案202。

图3示出了具有一系列或成组的结构图案302的另一个示例性角膜接触镜片300，所述结构图案302形成于角膜接触镜片300的后曲面上的周边区304的仅一部分中。如上文所述，可优化所述结构图案302以控制角膜接触镜片的移动并且此优化包括定位角膜接触镜片300上的图案302以及改变图案本身。换句话讲，可优化所述结构图案以控制线性移动和旋转移动。因此，对于环形圆纹曲面的角膜接触镜片而言，可将结构图案以提供或控制旋转稳定性的方式设计和结合到后曲面内。同样，视区306未被触及。

存在五种用于生成分形体的常见技术，所述技术包括在空间中的每个点处使用公式或递推关系（逃逸时间分形体）、使用随机过程（例如布朗运动、Lévy飞行、渗流集群、自我回避行走、分形景观和布朗树（随机分形体）的轨迹）、显示混沌（奇怪吸引子）的初值微分方程的映射的迭代或系统的解、使用字符串重写（L-系统）、以及迭代函数系统。根据本发明，可利用迭代函数系统来生成分形图案，其中所述系统中的每个函数作用于集合上并且为压缩映射。在第一迭代处，所述函数系统作用于单个集合上，从而为所述系统中的每个函数生成新集合。在第二迭代处，所述函数系统作用于新集合上，从而为所述系统中的函数中的每一个和先前集合中的每一个生成新集合。迭代可重复任意次数。

可利用迭代函数系统来形成图2和3所示的示例性图案。在此示例性系统中，种子集合为线段并且迭代函数系统包括三个压缩映射。在此示例性实施例中，两个集合之间的度量（即，距离）被定义为任意两个集合之间的对称差的测度，其中为对称差具有零测度的集合定义等价关系。另外，单个集合的测度被定义为线段的长度。

集合A和B的距离度量被定义为

d(A,B)=测度(A并B–A交B)=长度A+长度B–两个集合之间的公共部分的长度。    (1)

用于函数f_i的映射被给定为

$f_i=R_i*e^{\sqrt{-1}{\mathrm{\θ}}_i},---\left(2\right)$

其中i=1，2和3并且R_i<1。R_i和θ_i限定f_i的长度和角度参数。

因此，f_i(A)被给定为

$f_i\left(A\right)={A*R}_i*e^{\sqrt{-1}{\mathrm{\&theta;}}_i},---\left(3\right)$

其中此线段的起点值为A的端点并且此线段的终点值按照笛卡儿坐标分别为x=real(f_i(A))和y=imag(f_i(A))。这些均为明确的压缩映射，并且已知的是此迭代系统将会聚为分形体。然而，本文所述的结构图案并不会聚。

在可供选择的示例性实施例中，可通过随机元素来增强迭代函数系统。换句话讲，包括迭代函数系统的函数f_i可按照随机方式进行改变。具体地讲，所述函数的长度R_i和角度θ_i部分可为随机的而非固定的。然而，R_i应仍小于1以使得存在压缩映射。

与R₁=0.99和θ₁=1.10、R₂=0.70和θ₂=0.00、以及R₃=0.99和θ₃=-1.10的实例输出相结合的样本或示例性代码列于下表中并且分别以图形方式示于图2和3中。执行四次迭代以生成图案。

表

所生成的结构图案可重复性地施用到角膜接触镜片中位于视区之外的所有部分，或者可放置在仅一些或选定位置中以便有助于稳定角膜接触镜片。换句话讲，可在围绕角膜接触镜片的周边的离散位置中或者可围绕角膜接触镜片的周边连续地放置或定位结构图案。优选利用模拟和实验的组合来确定所述位置。换句话讲，可通过产生较厚或较薄泪膜区来操纵角膜接触镜片的移动并且这可用于帮助稳定角膜接触镜片而无需旋转式稳定区。例如，这可通过下述方式来完成：将图案放置在某些位置中以对抗眨眼期间在角膜接触镜片上产生的扭矩。这对于环形圆纹曲面的角膜接触镜片来说可为尤其有利的。

一旦生成结构图案，就必须将其转移到角膜接触镜片。可使用任何合适的方法以将结构图案形成到角膜接触镜片的后曲面内或者将结构图案切割到角膜接触镜片的后曲面内。重要的是应当注意，将结构图案形成到或切割到角膜接触镜片的后曲面内而非只是将其印刷到角膜接触镜片的后曲面上。例如，可将结构图案转移到用于产生具有结构图案的模具的工具上并且随后按照与当前制造角膜接触镜片相同的方式来模制角膜接触镜片。重要的是应当注意，可利用本行业中已知的任何合适的技术来制造角膜接触镜片，并且也可利用本领域中已知的任何合适的方法来将结构图案结合到其后曲面内，因为用于形成角膜接触镜片的方法可因制造商以及镜片不同而有所变化。

可将结构图案结合到任何数量的角膜接触镜片内。角膜接触镜片可由任何数量的合适生物相容性材料形成以提供一定的透氧度、润湿性和便利性。存在多种角膜接触镜片设计，包括日常佩戴式软性角膜接触镜片、彩色软性角膜接触镜片、刚性透气式硬性角膜接触镜片、双焦点角膜接触镜片、环形圆纹曲面的角膜接触镜片和角膜再成形处理式角膜接触镜片。

在可供选择的示例性实施例中，结构图案用于改善眼睛的外观和/或提供增强的泪液交换以及改善的外观。在此示例性实施例中，结构图案可为突出的和/或有齿的，由此产生其设计图案。

尽管所示出并描述的据信是最为实用和优选的实施例，但显然，对所述和所示的具体设计和方法的变更对本领域中的技术人员来说不言自明，并且可在不脱离本发明的实质和范围的条件下使用所述变更。本发明并非局限于所述和所示的具体构造，而是应该理解为与落入所附权利要求书的范围内的全部修改形式相符。

Claims (16)

1.一种眼科装置，包括：

具有后曲面、前曲面、视区和周边区的角膜接触镜片；和

结合到所述角膜接触镜片的周边区中的后曲面内的至少一种结构图案，所述至少一种结构图案基于分形几何。

2.根据权利要求1所述的眼科装置，其中所述角膜接触镜片包括软性角膜接触镜片。

3.根据权利要求1所述的眼科装置，其中所述角膜接触镜片包括刚性透气式硬性角膜接触镜片。

4.根据权利要求1所述的眼科装置，其中所述角膜接触镜片包括环形圆纹曲面的角膜接触镜片。

5.根据权利要求1所述的眼科装置，其中所述至少一种结构图案是利用迭代函数系统生成的，其中所述系统中的每个函数在集合上和压缩映射中起作用。

6.根据权利要求1所述的眼科装置，其中可将所述结构图案结合到所述角膜接触镜片的后曲面的周边区中的一个或更多个离散位置内。

7.根据权利要求1所述的眼科装置，其中可将所述结构图案连续地结合到所述角膜接触镜片的后曲面的周边区内。

8.根据权利要求4所述的眼科装置，其中可将所述结构图案结合到所述环形圆纹曲面的角膜接触镜片的后曲面内以控制旋转稳定性。

9.一种眼科装置，包括：

具有后曲面、前曲面、视区和周边区的角膜接触镜片；和

结合到所述角膜接触镜片的周边区中的后曲面内的至少一种结构图案，所述至少一种结构图案基于具有随机分量的迭代函数系统。

10.根据权利要求9所述的眼科装置，其中所述角膜接触镜片包括软性角膜接触镜片。

11.根据权利要求9所述的眼科装置，其中所述角膜接触镜片包括刚性透气式硬性角膜接触镜片。

12.根据权利要求9所述的眼科装置，其中所述角膜接触镜片包括环形圆纹曲面的角膜接触镜片。

13.根据权利要求9所述的眼科装置，其中可将所述结构图案结合到所述角膜接触镜片的后曲面的周边区中的一个或更多个离散位置内。

14.根据权利要求9所述的眼科装置，其中可将所述结构图案连续地结合到所述角膜接触镜片的后曲面的周边区内。

15.根据权利要求12所述的眼科装置，其中可将所述结构图案结合到所述环形圆纹曲面的角膜接触镜片的后曲面内以控制旋转稳定性。

16.一种用于制备眼科装置的方法，所述方法包括：

形成具有后曲面、前曲面、视区和周边区的角膜接触镜片；

生成至少一种结构图案；

将所述至少一种结构图案结合到所述角膜接触镜片的周边区中的后曲面内，所述至少一种结构图案基于分形几何。

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