CN103959139B - 用于设计非圆形软质接触镜片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于使接触镜片的向心性、旋转性和稳定性最佳化的方法，所述方法利用所述上下眼睑的几何形状以使所述眼睛上两个不同接触镜片位置的所述镜片-眼睑相互作用最大化。所述接触镜片为非圆形镜片以使与所述眼睑的相互作用最大化。

Description

用于设计非圆形软质接触镜片的方法

背景技术

1.技术领域

本发明涉及用于设计非圆形软质接触镜片的方法，并且更具体地讲，涉及用于设计非圆形软质接触镜片的方法，该方法的目的为通过使镜片-眼睑接触面积的变化最佳化来改善镜片在眼睛上的稳定性、旋转性和向心性，所述镜片-眼睑接触面积为佩戴者眼睛上向心/旋转的镜片位置的函数。

2.相关领域的讨论

已知的是，可通过将非旋转对称性矫正特性(例如，柱面、双焦点、多焦点、波前矫正特性或者光学区的偏心性)施加到接触镜片的一个或多个表面来实现某些视力缺陷的矫正。还已知的是，需要将某些美容特征(例如印刷图案、标记物等)放置在相对于佩戴者的眼睛的特定方向上。接触镜片的使用为有问题的，因为每副接触镜片必须被有效地保持在特定取向处同时保持在眼睛上。当第一次将接触镜片佩戴在眼睛上时，它必须自动定位或自定位并随后一直保持该位置。然而，一旦接触镜片定位之后，其往往由于眼睑在眨眼期间施加到接触镜片上的力而在眼睛上旋转。

通常通过改变接触镜片的机械特性来保持接触镜片在眼睛上的取向。例如，棱镜稳定(包括接触镜片的前表面相对于后表面的偏心化)、下接触镜片周边的增厚、在接触镜片表面上形成凹陷或凸起、以及截去接触镜片边缘均为已使用的方法。

另外，已使用了动态稳定，其中通过使用厚区域和薄区域，或接触镜片周边厚度增大或减小的区域来稳定接触镜片，具体视情况而定。通常，厚区域和薄区域位于接触镜片的周边中且具有围绕竖直和水平轴线的对称性。例如，可将两个厚区域中的每一个定位在光学区域的任一侧上，并沿角膜接触镜片的0-180度轴居中。因此，例如，大部分人的上眼睑会在其碰触到另一个厚区域之前先碰触到一个厚区域的上端。这会导致接触镜片倾斜，使其偏离试图保持的取向。

迄今为止已使用接触镜片上的机械特性来保持接触镜片的取向和向心性，但目前尚无利用上下眼睑的几何形状的设计以根据这些几何形状来调整接触镜片外部轮廓的形状，这些设计可改善取向、旋转和向心性的稳定性。

美国专利No.7,216,978中说明了上眼睑和下眼睑在眨眼期间上下轻触时并非严格地沿竖直方向运动。上眼睑基本上竖直地运动，且在眨眼期间具有小的鼻侧分量，下眼睑基本上水平地运动，由此在眨眼期间朝鼻部运动。此外，上眼睑和下眼睑相对于穿过竖直子午线的平面并不对称。换句话讲，个体并非相对于在上眼睑和下眼睑之间绘制出的水平轴线而对称性地眨眼。此外，已知当观看者向下注视以阅读时，眼睛会聚。另外，其本身在眨眼时可能不会使接触镜片理想地平移。

因此，开发用于设计接触镜片以使接触镜片外部轮廓的形状最佳化的方法将是有利的，从而使接触镜片取向不正确时的镜片-眼睑接触面积与接触镜片取向正确时镜片-眼睑接触面积之间的差值最大化。

发明内容

本发明中用于设计非圆形软质接触镜片的方法可克服诸多与接触镜片在佩戴者眼睛上的取向相关的缺点。

本发明涉及用于设计非圆形软质接触镜片的新方法，其目的为改善镜片在眼睛上的稳定性、旋转性和向心性。该方法使镜片-眼睑接触面积随着佩戴者眼睛上向心/旋转的接触镜片位置的变化最佳化。镜片-眼睑接触面积定义为由上下眼睑所重叠的接触镜片表面区域。该方法使接触镜片外部轮廓的形状最佳化，从而使镜片取向不正确时的镜片-眼睑接触面积与接触镜片取向正确时的镜片-眼睑接触面积之间的差值最大化。

该方法包括初始设定上下眼睑的几何形状。这些几何形状可为代表例如高加索人、亚洲人、非洲人的种族的群体平均，或者这些几何形状可基于定制。一旦设定眼睑几何形状后，下一步为设定眼几何形状，包括角膜形状、角膜缘形状和巩膜形状。下一步包括设定接触镜片几何形状(前后光学区、前后周边、边缘几何形状、中心厚度、材料等)。一旦设定完所有几何形状后，下一步包括估算接触镜片在眼睛上的向心性，必要时使用有限元素分析，以将该接触镜片包覆在先前所述的眼形状上。接触镜片的向心性对应于最小应变能的位置。下一步包括选择两个极端的接触镜片取向，这些取向中的一个为接触镜片在眼睛上的最终位置/取向。最终步骤包括使接触镜片形状最佳化，以使这两个极端接触镜片取向之间的镜片-眼睑接触面积差最大化。

用于设计非圆形软质接触镜片的方法为眼睛上的接触镜片提供了改善的镜片稳定性、旋转性和向心性。由于适当的定位，这些接触镜片还提供清楚舒适的佩戴以及增强的视敏度。

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示出了传统圆形接触镜片与根据本发明的非圆形接触镜片之间的镜片-眼睑接触面积差值。

图2为根据本发明的用于设计非圆形软质接触镜片的方法的流程图。

图3A和3B为根据本发明在眼睛上两个不同位置中的非圆形接触镜片与对应的镜片-眼睑交叉点的示意图。

图4为根据本发明使用极坐标中的四个控制点得到的第一非圆形轮廓接触镜片的示意图。

图5A、5B和5C为圆形、椭圆形和非圆形接触镜片的正常厚度的等高线图。

图6为根据本发明使用极坐标中的四个控制点得到的第二非圆形轮廓接触镜片的示意图。

图7A和7B为根据本发明的镜片-眼睑接触面积表面差值分别与椭圆形接触镜片和非圆形接触镜片的接触镜片取向的关系的图示说明。

图8为根据本发明的圆形、椭圆和非圆形接触镜片的接触镜片重新取向反应的示意图。

具体实施方式

本发明涉及用于设计非圆形软质接触镜片的新方法，其目的为改善镜片在眼睛上的稳定性、旋转性和向心性。该方法使镜片-眼睑接触面积随着佩戴者眼睛上向心/旋转的接触镜片位置的变化最佳化。镜片-眼睑接触面积定义为由上下眼睑所重叠的接触镜片表面区域。该方法使接触镜片外部轮廓的形状最佳化，从而使镜片取向不正确时的镜片-眼睑接触面积与接触镜片取向正确时的镜片-眼睑接触面积之间的差值最大化。

就本发明的目的而言，接触镜片由至少三个不同区域限定。从其获得视力矫正的内部区域、提供接触镜片在眼睛上的机械稳定性的接触镜片的外部周边、以及位于内部区域与外部区域之间的中间区域，所述中间区域用于以平滑方式融合上述两个区域，使得不出现中断部分。

内部区域或光学区提供了视力矫正并且经设计用于特定需求，例如单视力矫正、散光视力矫正、双焦点视力矫正、多焦点视力矫正、定制矫正或者可提供视力矫正的任何其他设计。外部周边或周边区域提供了接触镜片在眼睛上的稳定性(包括向心和取向)。当光学区包括非旋转对称特征(例如散光矫正和/或高阶像差矫正)时，取向稳定为基本要求。中间区域或中间区确保光学区和周边区以正切曲线融合。重要的是应当指出，光学区和周边区两者可进行独立地设计，但有时当特定需求为必要时它们的设计是极为相关的。例如，具有散光光学区的复曲面镜片的设计可需要特定的周边区以用于将接触镜片以预定取向保持在眼上。

就本发明的目的而言，接触镜片也由前表面或表面焦度、后表面或基弧和边缘限定。接触镜片的前表面和后表面由至少三个区域描述：从其获得视力矫正的内部区域、提供接触镜片在眼睛上的机械稳定性的接触镜片的外部区域或周边、以及位于内部区域与外部区域之间的中间区域，所述中间区域用于以平滑方式融合上述两个区域，使得不出现中断部分。

已知目前的复曲面镜片设计使用上下眼睑的压力以使接触镜片在眼睛上重新取向。复曲面镜片为在两个方向上具有两种不同光焦度的镜片，这两个方向彼此垂直并且通常用来矫正散光。另一种控制眼睑施加到接触镜片上的力的方法为控制镜片与眼睑之间的表面接触面积。对于恒定的眼睑压力，增加(减少)镜片-眼睑接触面积将增加(减少)眼睑施加到接触镜片上的力。因此，对于给定的眼睑缝隙和眼睑形状，可调整接触镜片的形状以使得镜片取向不正确时镜片-眼睑接触面积最大化，并在镜片取向正确时最小化。本发明的目的为提供设计接触镜片的方法，该方法可控制作为接触镜片在眼睛上的取向的函数的镜片-眼睑接触面积。

大部分的眼睑压力沿着眼睑刷分布，为沿着上下眼睑边缘的约0.40mm至0.60mm宽的压力带。另外已知眼睑结膜(衬贴眼睑的结膜)不会直接接触眼球结膜(衬贴眼白的结膜)。在这两个组织之间存在填充有薄泪膜的间隙。虽然大部分的压力由眼睑刷产生，但可假设眼睑结膜也会通过该泪膜造成一定量的压力。

如图1所示，对于传统的圆形镜片，镜片-眼睑接触面积与接触镜片取向无关。使作为接触镜片取向的函数的该镜片-眼睑接触面积最大化可仅利用非圆形形状来获得，同样如图1所示。该非圆形形状的最佳化可仅通过以下方式获得，将上下眼睑几何形状视为限定这些上部和下部接触面积的边界中的一个的这些几何形状。如图所示，对于传统的圆形接触镜片，上眼睑在180度时的接触面积与下眼睑在180度时的接触面积等于上眼睑在90度时的接触面积与下眼睑在90度时的接触面积，这对于非圆形边缘形状接触镜片而言则非如此。

本发明的方法包括使眼睛上的两个或多个不同镜片位置之间的镜片-眼睑接触面积差值最佳化。这些位置对应于镜片在眼睛上所需的最终位置，以及佩戴期间至少另一个较少所需的镜片位置。

在根据本发明方法的一个示例性实施例中，上或上部镜片-眼睑接触面积差值仅使用由上眼睑的轮廓与由上眼睑所重叠的接触镜片部分的接触镜片边缘所限定的表面区域来计算。在根据本发明方法的另一个示例性实施例中，另外考虑由下眼睑所重叠的下或下部镜片-眼睑接触面积，无论是仅考虑其自身或与上部镜片-眼睑接触面积的贡献一起考虑。

在根据本发明方法的又一个示例性实施例中，上部镜片-眼睑压力带面积差值仅使用由上眼睑的压力带与由上眼睑所重叠的接触镜片部分的接触镜片边缘所限定的表面区域来计算。在根据本发明方法的又一个示例性实施例中，另外考虑由下眼睑所重叠的下部镜片-眼睑压力带面积，无论是仅考虑其自身或与上部镜片-眼睑压力带的贡献一起考虑。

如果待计算的表面的边界是已知的，则可使用任何合适的数学工具来进行表面区域计算。在本发明中，表面区域限定在上/下眼睑轮廓与眼睑在定义为垂直于眼睛光轴的平面的X-Y坐标平面中所重叠的上/下接触镜片边缘之间。在本发明的另一个示例性实施例中，可使用真实形貌表面区域(其使用前述相同的边界)来进行表面区域计算。该第二种方法会考虑添加到接触镜片前表面上的可能增加或减少接触镜片表面区域的任何结构(例如稳定区域)或任何其他提供接触镜片在眼睛上的机械稳定性的结构。

根据本发明的示例性方法可广泛地如下所述。在第一步骤中，指定或描述上下眼睑中的一者和/或两者的几何形状。这些几何形状可用数学方式通过二阶或更高阶的多项式来描述；然而，可使用其他数学工具。在第二步骤中，指定或描述眼部表面的几何形状，所述眼部表面包括角膜(眼睛覆盖虹膜、瞳孔和眼前房的前方透明部分)、巩膜(眼白)和连接巩膜与角膜的角膜缘区域(巩膜结束而角膜开始的结合处)。在第三步骤中，选择或描述稍后待最佳化的接触镜片的初始几何形状。接触镜片的几何形状包括中心厚度、前后表面几何形状、边缘轮廓和材料特性。在第四步骤中，基于所指定的眼睑几何形状和所指定的眼部表面几何形状来估算初始接触镜片的向心性。在第五步骤中，设定最佳化所需的不同限制条件。在最终步骤中，基于第五步骤中所设定的限制条件最佳化镜片边缘轮廓，以使眼睛上的两个或多个不同接触镜片位置的镜片-眼睑接触面积差值最大化。图2为根据本发明的示例性方法的流程图示，并在下文中进行详细说明。

在根据本发明的示例性方法的第一步(由流程图中的元素202、204和206表示)中，指定上下眼睑的一者和/或两者的几何形状。这些几何形状可为代表诸如高加索人、亚洲人或非洲人的种族的群体平均，或这些几何形状可与独特的患者右和/或左眼相关。当这些几何形状相对简单时，可用数学方式通过二阶或更高阶的多项式来描述这些几何形状。然而，可使用其他数学工具来描述这些几何形状。使用多项式的一个优点是(例如)当以连续曲线描述眼睑轮廓时可直接计算上/下眼睑与水平X轴之间的表面区域。因此，积分方法不需要使用任何数值方法来确定该表面区域。从该多项式的积分可直接得到该面积。

对于给定的种族，存在可用数学方式以上述多项式来表示的可预测的或平均眼睑几何形状。可通过拍摄受试者眼睛的数字图像来确定定制的眼睑几何形状，然后确定多项式拟合以得出最能代表该眼睑几何形状的多项式。

在根据本发明的示例性方法的第二步(由流程图中的元素208、210、212和214表示)中，指定眼部表面的几何形状，所述眼部表面包括角膜、巩膜和连接巩膜与角膜的角膜缘区域。在优选的示例性实施例中，可通过由公式1描述的非球面表面来描述角膜：

Z＝CS²/(1+(1-(1+k)C²S²)^1/2)，(1)

其中Z为表面的矢状深度，C为角膜的曲率(C＝1/R，其中R为曲率半径)，k为圆锥常数，并且S为径向位置。如果非球面表面的R和k值由临床形貌数据来限定，则可对角膜进行最佳的描述。例如，一组描述高加索人眼睛的角膜的良好数据为(但不限于)R＝7.85mm并且k＝-0.26。如果要描述含散光的角膜，可另外用复曲面非球面或双锥表面来取代该非球面表面。可用以下给定的公式2来描述复曲面非球面或双锥表面

Z＝(C_xX²+C_yY²)/(1+(1-(1+k_x)C_x ²X²-(1+k_y)C_y ²Y²)^1/2)，(2)

其中Z为表面在坐标位置(X，Y)处的矢状深度，C_x＝1/R_x，其中R_x为沿着X轴的曲率半径，C_y＝1/R_y，其中R_y为沿着Y轴的曲率半径，k_x和k_y为分别沿着X轴和Y轴的圆锥常数。公式(1)的S²项在公式(2)中被描述为或替换成X²+Y²。换句话讲，S²＝X²+Y²，其中S为如上所定义的径向位置。

可用半径R_s的球形表面来描述巩膜。如果R_s由临床形貌数据限定，则可对该球形表面进行最佳的描述。在优选的示例性实施例中，可用更复杂的表面(例如非球面表面)来描述巩膜。技术人员已知的是沿着眼睛的上部和下部区域巩膜的曲率不会有太大的差异，但颞区的曲率比鼻区更陡。可用连接两个相邻区域的半径R_L的圆角来描述角膜缘区域，以使得这些区域之间的过渡是平滑且连续的。对于角膜缘区域使用第三曲率的优点是将能够模拟从角膜至巩膜的不同过渡轮廓。

在根据本发明的示例性方法的第三步(由流程图中的元素216、218、220、222和224表示)中，指定稍后需最佳化的接触镜片的初始几何形状。接触镜片的几何形状选择包括选择中心厚度，其基于所描述的镜片材料和镜片类型(元素218)，光学区以及周边内的前后表面几何形状，镜片边缘轮廓(元素225)，以及初始镜片的外部轮廓形状(元素224)。接触镜片的外部轮廓形状可简单地为常用于接触镜片的圆形，或为更复杂的形状(例如椭圆形)或甚至更复杂的形状，以使得初始镜片边缘轮廓为非圆形。用于制备接触镜片的材料的选择也很重要，因为其是下一个程序步骤的重要参数。材料性能以及接触镜片几何形状将会在接触镜片包覆于眼睛的几何形状上之后控制该接触镜片中所含的应变能。

在根据本发明的示例性方法的第四步(由流程图中的元素226、228、230和232表示)中，如果需要，使用有限元素方法(元素228)或任何其他合适的估算方法来估算初始镜片的向心性。一旦完成镜片包覆的有限元素分析，即可获得最大角膜压力和最大巩膜压力(元素230)。接触镜片的向心性对应于最小应变能的位置。根据接触镜片的初始几何形状的复杂性，优选地对眼睛上不同接触镜片取向的接触镜片向心性进行估算。在该方法的优选示例性实施例中，对每个选定的位置进行接触镜片向心性的估算，并将确定镜片-眼睑接触面积。

在根据本发明的示例性方法的第五步(以流程图中的元素234表示)中，定义最佳化限制条件。这些限制条件包括接触镜片沿着水平轴的水平直径范围、接触镜片沿着垂直轴的垂直直径范围、最大水平接触镜片半径差值、最大垂直接触镜片半径差值、在上下眼睑处的最小与最大镜片-眼睑重叠以及接触镜片的向心性。可将任何数目的额外限制条件加入上述条件中。或者，可使用任何合适的设计限制条件集合。

在根据本发明的示例性方法的第六步(由流程图中的元素236、238、240和242表示)中，进行接触镜片形状的最佳化直至达到解决方案。将最佳化设定为对于接触镜片在眼睛上的至少两个不同位置，使接触镜片的上部区域，或接触镜片的下部区域，或在接触镜片的两个区域中的镜片-眼睑接触面积最大化。在该方法的优选示例性实施例中，这些位置对应于接触镜片在眼睛上所需的最终位置，以及在佩戴期间所出现的至少一个其他不太所需或最不所需的镜片位置。当接触镜片的旋转位置最远地远离其预期的最终位置时，该不太所需或最不所需的位置通常偏离所需最终位置九十(90)度。

本发明的目标或目的为确定或估算上部镜片-眼睑接触面积，或下部镜片-眼睑接触面积，或上部和下部镜片-眼睑接触面积两者，以最好地确定使至少两个不同接触镜片取向的接触面积差值最大化的接触镜片边缘轮廓。下列示例性程序可用来使接触面积差值最大化。

图3A和3B示出了相同的任意非圆形接触镜片的两个不同位置的镜片-眼睑取向的例子。在图3A中，非圆形接触镜片302在眼睛上处于其最终静止取向(在上眼睑304与下眼睑306之间)。在图3B中，非圆形接触镜片302以逆时针方向偏离其在眼睛上的最终取向(在上眼睑304与下眼睑306之间)九十(90)度。出于描述该方法的目的，将该九十(90)度取向错误假设为非圆形接触镜片可能在眼睛上所采用的最差或最不稳定的位置。上眼睑304和下眼睑306之间的交叉点由圆形308、310、312、314、316、318、320和322表示。这些点将指定用来确定上部和下部镜片-眼睑接触面积的界限。

接触面积可按如下方式计算。首先，对于第一接触镜片取向，以数学方式确定上部和下部区域的交叉点308、310、312和314。然后，计算包含介于上眼睑304与水平轴之间的区域且受到交叉点308和310在水平轴上的投影限制的表面区域。该表面区域在将交叉点308和310作为界限或积分边界的情况下仅通过积分即可计算。然后，计算包括介于上部接触镜片302边缘与水平轴之间的区域且受到交叉点308和310在水平轴上的投影限制的表面区域。再次，该表面区域可在将交叉点308和310作为边界的情况下通过积分计算，或利用任何其他合适的方法来计算。然后，计算这两个表面区域之间的差值。可使用交叉点312和314对下眼睑306重复所有这些步骤，以确定接触镜片的下部区域中的表面区域差值。一旦上述步骤完成后，接着对不同的接触镜片位置重复全部流程，例如图3B中所示，以使得可以确定镜片-眼睑接触面积差值。

对于技术人员来说，可使用多种数学工具来定义限定接触镜片边缘的非圆形轮廓。在一个示例性实施例中，接触镜片边缘轮廓可由一系列控制点来简单地表示，其中每个控制点P_n(R_n，θ_n)由径向距离R_n和角度θ_n限定在极坐标系中。如果(R_n，θ_n)和(R_n+1，θ_n+1)为极坐标系中描述接触镜片的边缘的一部分的两个连续控制点，则在该部分中从镜片中心至边缘的径向距离R由公式3定义，其中

R＝R_n+(R_n+1-R_n)sin(90((θ-θ_n)/θ_n+1-θ_n))，(3)

其中θ_n<θ≤θ_n+1。

需要至少两个控制点来确定轮廓，但优选地使用至少四个控制点以使得每个象限可含有至少一个控制点。对于更复杂的接触镜片边缘轮廓，可使用的点的数目不受限制。现在参见图4，示出了由四个具有各自的半径和角度的控制点402、404、406和408限定的接触镜片边缘轮廓。

虽然上述具体实施方式提出了发明构思的示例性实施例，但下文给出的例子将能够使人们更好地理解具体实施例和与其相关的优点。首先将提供下文给出的例子的设定和参数，然后讨论结果。

利用如提交于2009年12月17日的美国专利申请序列号12/641,089中所述的模拟模型来获得下列三个例子中的接触镜片的旋转和向心性能，该专利申请以引用方式并入本文中在该模拟模型中，接触镜片可在眼睛上自由运动和旋转，从而可确定其向心和旋转行为。在该模拟模型中，假设泪膜(水层)存在于接触镜片和眼睛(角膜和巩膜)之间，接触镜片和眼睑之间，并且眼睑对接触镜片施加压力。当眼睑运动时，例如在眨眼期间，在泪膜中发生剪切，并因此剪切应力作用于接触镜片。考虑接触镜片的厚度分布对接触镜片与眼睑之间相互作用(眼睑压力)的影响。当佩戴到眼睛上时，接触镜片会变形，并呈现与眼睛形状相同的形状。与位置相关的接触镜片变形会影响接触镜片的弹性能量含量，并从而对位置产生影响。

实例1

用于散光患者的圆形的先前技术接触镜片502示于图5A中，并使用常规的接触镜片设计软件和以下输入设计参数来设计：

稳定区是添加到该接触镜片的厚度轮廓的超厚区。该接触镜片502为基本上圆形的复曲面镜片的典型例子。当接触镜片边缘几何形状为圆形时，镜片-眼睑接触面积差值保持为0，与接触镜片502在眼睛上的取向无关。呈现该设计是因为其为可在商购获得的用于矫正散光的接触镜片中找到的良好代表。图5A示出了正常厚度的接触镜片502的等高线图。

实例2

用于散光患者的椭圆形接触镜片504示于图5B中，并使用常规的接触镜片设计软件和以下输入设计参数来设计：

接触镜片504的稳定区具有与接触镜片502(实例1)的稳定区相同的轮廓；然而，量级已降低至接触镜片502的最大厚度差值的六十六(66)％。稳定区的最大厚度位置遵循接触镜片504的边缘轮廓。图5B示出了正常厚度的接触镜片504的等高线图。

实例3

用于散光患者的非圆形接触镜片506示于图5C中，并以下述方式获得，并使用常规的镜片设计软件和下列输入参数来设计：

接触镜片506的非圆形边缘轮廓通过上述提出的方法利用四个控制点来限定。这些控制点的坐标在图6中给出。接触镜片506的稳定区还具有与圆形接触镜片502(实例1)的稳定区相同的轮廓，并且量级再一次降低至圆形接触镜片502的最大厚度差值的六十六(66)％。稳定区的最大厚度位置遵循接触镜片506的边缘轮廓。图5C示出了正常厚度的接触镜片506的等高线图。

利用本发明的方法，针对实例2(椭圆形)和实例3(非圆形)的接触镜片504和506建立镜片-眼睑接触面积差值。将每个接触镜片的最终位置或静止位置作为估算接触面积差值的参考位置。未对实例1的圆形接触镜片502(圆形)的接触面积差值进行估算，因为其轮廓保持对称而与其在眼睛上的位置无关。对于该计算未考虑接触镜片的向心性。虽然向心性为该流程的重要参数，但其会使该流程明显更加复杂，从而减损用于说明和简化该流程的实例的教导内容。虽然上部镜片-眼睑接触面积最有助于镜片旋转，因为在眨眼时仅上眼睑有垂直运动，但图7A和7B中提供了上部和下部接触面积差值两者。

图7A以图形方式示出了上部和下部镜片-眼睑接触面积差值与实例2的接触镜片504的接触镜片取向的关系，并且图7B以图形方式示出了上部和下部镜片-眼睑接触面积差值与实例3的接触镜片506的接触镜片取向的关系。相对于具体的眼睑几何形状(例如，针对具体的人测量的眼睑几何形状)，眼睑几何形状得自为了收集关于群体群组或群体子组的眼睛和眼睑计量生物学数据而特别进行的临床研究。在本文所述的实例中，使用了这些样本群体的眼睑几何形状。每个群体子组包含约一百(100)位个体。下表1总结了三个群体子组的眼睑几何形状。基本上，该数据代表了所研究的具体群体的平均值。表中的数字为代表几何形状的多项式的系数，其中A2代表X²项，A1代表X项，并且A0代表常数项。

表1：不同群体的上下眼睑几何形状。

在图7A中，曲线702、704和706分别代表群组2群体眼睛、群组1群体眼睛和群组3群体眼睛的下眼睑表面区域差值与实例2的接触镜片504的接触镜片取向的关系。曲线708、710和712分别代表群组1群体眼睛、群组3群体眼睛和群组2群体眼睛的上眼睑表面区域差值与实例2的接触镜片504的接触镜片取向的关系。在图7B中，曲线714、716和718分别代表群组3群体眼睛、群组2群体眼睛和群组1群体眼睛的下眼睑表面区域差值与实例3的接触镜片506的接触镜片取向的关系。曲线720、722和724分别代表群组1群体眼睛、群组3群体眼睛和群组2群体眼睛的上眼睑表面区域差值与实例3的接触镜片的接触镜片取向的关系。

对于最不稳定的位置(接触镜片取向为九十(90)度)，实例2的接触镜片504和实例3的接触镜片506之间的镜片-眼睑接触面积差值在接触镜片的上部区域增加约一百(100)％，并在下部区域增加约六十(60)％。非圆形接触镜片506(实例3)在不同位置与群体中呈现较微小的接触面积差值，这意味着该设计将适合所有三个群体。椭圆形接触镜片504将优选地用于群组1群体，因为其对于该种群显示最大的接触面积差值。非圆形接触镜片506在静止位置附近的微小接触镜片取向不正确(接触镜片取向在静止位置的十五(15)度内)时，也呈现较小的镜片-眼睑接触面积差值变化，这意味着接触镜片在眼睛上有较佳的角度稳定性。

图8以图示方式示出了或总结了得自右眼上的模拟模型的接触镜片的重新取向。曲线802代表实例1的接触镜片结果，曲线804代表实例2的接触镜片结果，并且曲线806代表实例3的接触镜片结果。每个接触镜片的初始取向为在逆时针方向上偏离水平线四十五(45)度。将所用的眼睛和眼睑几何形状选定为最能代表高加索人眼睛。接触镜片的重新取向在代表约七十八(78)秒的时间范围的一组二十四(24)次眨眼周期的时间内计算。实例1的接触镜片502并未完全达到最终静止位置，因为其仍然偏离水平线二十一(21)度。实例2和3的接触镜片504和506在二十四(24)次眨眼周期后会达到相同的位置。然而，实例3的接触镜片506呈现较快的初始重新取向，从而导致在眼睛上有较快的整体重新取向。

下表2提供了在最后眨眼周期中的接触镜片位置和运动。沿着垂直轴的位置改变主要是以每个接触镜片边缘如何与上下眼睑相互作用来解释。由于大部分这些接触镜片的形状沿着垂直轴而有所不同，因此可以在垂直位置上看出明显的不同。实例1和2的接触镜片显示了颞部的偏心性，而实例3的接触镜片506显示了鼻部的偏心性。该水平偏心性的偏移由最大水平半径差值来控制。优选的是，在鼻侧具有较短的半径，以使得接触镜片包覆倾向于在该方向上重新居中。三个接触镜片502、504和506之间的接触镜片运动保持大致相同。然而，实例3的接触镜片506显示了较好的旋转稳定性。角运动的范围为约实例1和2的接触镜片502和504上所观察到的一半。

表2：实例1、2和3中提供的镜片所得到的偏心性和运动数据。

根据本发明的示例性实施例的另一方面，所提出的方法使技术人员在设计接触镜片时有相当大的灵活性。人们可以想到，控制对称轴以使得在一种情况下接触镜片边缘轮廓沿着Y轴或垂直轴为对称的，从而使得相同的设计可以同时适用于左眼和右眼。人们还可想到，接触镜片边缘轮廓完全不具有任何对称性，以使得接触镜片边缘轮廓完全定制为患者眼睑几何形状与眼睛形状的几何形状。

人们还可以考虑下列情况：接触镜片边缘轮廓尤其大使得在插入前如何在手指或手掌上处理接触镜片对于患者而言是显而易见的。对于此类设计，镜片-眼睑接触面积差值计算的第二取向位置的选择可能不是最大应变能的取向，而是接触镜片仅偏离其最终位置二十(20)或三十(30)度的取向，因为患者将在插入前在他/她的手指上预先对接触镜片进行取向。

人们可以考虑下列情况：选择全部度数范围中的一个SKU以使接触镜片边缘轮廓最佳化，并且在剩下的SKU中应用获得的解决方案。人们还可以考虑下列情况：由于接触镜片的中心和周边处的厚度在整个SKU范围内变化，因此使每个单独的SKU最佳化。那些厚度变化将影响来自眼睛上的接触镜片包覆的应变能，从而改变接触镜片在眼睛上的向心性。这些向心性变化将改变接触镜片边缘轮廓与眼睑轮廓之间的交叉点的位置，从而影响到每个SKU的镜片-眼睑接触面积差值。

对于评估接触镜片在眼睛上的性能的本领域技术人员来说，已知的是眼睑几何形状随着注视方向而改变，尤其是在垂直方向上。显而易见的是，此类眼睑几何形状改变将影响接触镜片在眼睛上的性能。因此，还通过在设计过程中考虑因注视方向改变而造成的眼睑几何形状变化来改善设计性能。此外，对于评估接触镜片在眼睛上的性能的本领域技术人员来说，已知的是眼睑几何形状会在种族之间改变。因此，还可以根据接触镜片设计所针对的群体来设计接触镜片边缘轮廓。本发明可用来形成用于具体群体的接触镜片设计，包括高加索人、亚洲人(中国人、日本人)、非洲人或具有计量生物学眼睑和眼部表面数据的任何群体。

人们还可以想到，商购的接触镜片可能无法对眼睑变形的患者提供最佳的解决方案，这些变形可能是由先天性畸形、外伤或任何其他影响或引发眼睑异常变形的原因所造成的。那些变形可影响接触镜片的性能以至患者可能需要基于其眼睑几何形状来定制接触镜片的程度。本发明可为那些患者提供将使患者能够佩戴接触镜片而不会影响其性能的解决方案。

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前提下使用这些变更形式。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 (17)

1.一种用于设计非圆形接触镜片以改善镜片在眼睛上的稳定性、旋转性和向心性的方法，所述方法包括：

确定患者至少一个眼睛的上眼睑的几何形状；

确定所述患者至少一个眼睛的眼部表面的表面几何形状；

设定非圆形接触镜片的外部轮廓的初始几何形状；

当所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最佳的最终位置时，基于所述眼部表面的所述几何形状计算在所述上眼睑与所述非圆形接触镜片的上部之间的第一表面区域重叠；

当所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最不佳的位置时，基于所述眼部表面的所述几何形状计算所述上眼睑与所述非圆形接触镜片的上部之间的第二表面区域重叠；以及

通过改变所述非圆形接触镜片的外部轮廓的所述几何形状，使在所述第一表面区域重叠和所述第二表面区域重叠之间的差值最大化，

其中所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最佳的最终位置指所述非圆形接触镜片处于其在所述眼睛上的、所述上眼睑和下眼睑之间的最终静止取向，所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最不佳的位置指所述非圆形接触镜片以逆时针方向偏离其在所述眼睛上的、所述上眼睑和所述下眼睑之间的最终静止取向九十度。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定患者至少一个眼睛的下眼睑的几何形状；

当所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最佳的最终位置时，基于所述眼部表面的所述几何形状计算在所述下眼睑与所述非圆形接触镜片的下部之间的第一表面区域重叠；

当所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最不佳的位置时，基于所述眼部表面的所述几何形状计算在所述下眼睑与所述非圆形接触镜片的下部之间的第二表面区域重叠；以及

通过改变所述非圆形接触镜片的外部轮廓的所述几何形状，使在所述第一表面区域重叠和所述第二表面区域重叠之间的差值最大化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述外部轮廓通过单独的患者的眼睛和眼睑几何形状来确定。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述外部轮廓通过具体群体子组眼睛和眼睑几何形状的平均几何形状来确定。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述外部轮廓通过单独的患者用于不同注视的眼睛和眼睑几何形状来确定。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述外部轮廓为平面的。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述外部轮廓为非平面的。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述外部轮廓关于所述非圆形接触镜片的垂直轴是对称的。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述外部轮廓关于所述非圆形接触镜片的垂直轴是非对称的。

10.一种用于设计非圆形接触镜片以改善镜片在眼睛上的稳定性、旋转性和向心性的方法，所述方法包括：

确定患者至少一个眼睛的下眼睑的几何形状；

确定所述患者至少一个眼睛的眼部表面的表面几何形状；

设定非圆形接触镜片的外部轮廓的初始几何形状；

当所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最佳的最终位置时，基于所述眼部表面的所述几何形状计算在所述下眼睑与所述非圆形接触镜片的下部之间的第一表面区域重叠；

当所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最不佳的位置时，基于所述眼部表面的所述几何形状计算在所述下眼睑与所述非圆形接触镜片的下部之间的第二表面区域重叠；以及

通过改变所述非圆形接触镜片的外部轮廓的所述几何形状，使在所述第一表面区域重叠和所述第二表面区域重叠之间的差值最大化，

其中所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最佳的最终位置指所述非圆形接触镜片处于其在所述眼睛上的、上眼睑和所述下眼睑之间的最终静止取向，所述非圆形接触镜片在所述眼睛上处于其最不佳的位置指所述非圆形接触镜片以逆时针方向偏离其在所述眼睛上的、所述上眼睑和所述下眼睑之间的最终静止取向九十度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部轮廓通过单独的患者的眼睛和眼睑几何形状来确定。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部轮廓通过具体群体子组眼睛和眼睑几何形状的平均几何形状来确定。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部轮廓通过单独的患者用于不同注视的眼睛和眼睑几何形状来确定。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部轮廓为平面的。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部轮廓为非平面的。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部轮廓关于所述非圆形接触镜片的垂直轴是对称的。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述外部轮廓关于所述非圆形接触镜片的垂直轴是非对称的。