CN106714731B - 改进周边视觉的眼科装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于改进或优化周边视觉的装置、系统和方法。具体来说，公开包括在改进或优化周边视觉中利用视网膜的特定特性的方法。另外，公开改进或优化周边视觉的各种IOL设计以及IOL植入位置。

Description

改进周边视觉的眼科装置、系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求美国临时申请No.61/982,135(2014年4月21日提交，标题为“OPHTHALMIC DEVICES,SYSTEM AND METHODS FOR IMPROVING PERIPHERALVISION”)的权益。本申请还根据35U.S.C.§119(e)要求美国临时申请No.62/038,667(2014年8月18日提交，标题为“OPHTHALMIC DEVICES,SYSTEM AND METHODS FOR IMPROVINGPERIPHERAL VISION”)的权益。通过引用将上述申请的每个的全部内容完整地结合到本文中，并且成为本说明书的部分。
技术领域
本公开一般涉及改进周边视觉的装置、系统和方法。
背景技术
眼内透镜(IOL)可用于在白内障或其他眼科手术(其中采用IOL的植入来替代或补充天然晶状体)之后恢复视觉性能。当这种手术改变眼睛的光学时，一般来说，目标是改进中心场中的视觉。最近的研究发现，当植入单焦点IOL时，周边像差改变，并且这些像差与正常有晶状体眼的那些显著不同。相对周边散光(其是天然眼睛中的主要周边像差，之后接着球面，并且然后是高阶像差)看见最显著的变化。这类变化可对总体功能视觉、对近视发展以及—对于新生儿和儿童—对眼睛发育具有影响。
还存在降低中枢视觉的某些视网膜条件，例如AMD或中心暗点。其他疾病，甚至在很小年纪，也可能影响中枢视觉，例如Stargardt疾病、Best疾病和反转色素性视网膜炎。遭受这些条件的患者的视觉结果能够通过改进周边视觉来改进。
发明内容
本公开的系统、方法和装置各具有若干创新方面，并非其中的单个方面单独负责本文所公开的合意属性。
本文所公开的各种系统、方法和装置针对眼内透镜(IOL)，包括例如后腔IOL、有晶状体IOL和背驮式IOL，其配置成改进周边视觉。对于正常患者、例如单纯性白内障患者，周边视觉可与良好中枢视觉来平衡，以便改进或最大化总体功能视觉。对于具有中枢视觉的病理性损失的那些患者，可考虑视网膜是健康的视角来改进或最大化周边视觉。
在一些实施例中，IOL能够配置成通过按照光阑移位(stop-shift)方程(其在本文中更详细论述)来制做IOL的参数以降低周边像差。IOL能够配置成通过制做透镜的形状因数、透镜的轴向位移(物理的或虚拟的)、透镜的折射率、透镜的一个或多个表面的非球面性，通过添加额外孔径或者这些技术的任何组合，在标准IOL的主平面后方(相对于瞳孔)定位其主平面。在各个实施例中，主平面能够通过触觉的移动来移位大约0.1mm与大约4.5mm之间的距离。在一些实施例中，能够通过改变几何结构(例如曲率半径和/或厚度)或者改变IOL的材料的折射率，来改变IOL的形状因数。改变IOL的形状因数能够使主平面移位大约几百微米。在各个实施例中，通过触觉的移动并且通过改变透镜的形状因数使主平面移位能够有利地降低周边散光。
在一个实施例中，透镜的主平面向后方移动,与标准IOL相比，更远离虹膜(其作为眼睛的自然孔径)，或者更靠近眼睛的结点。这有效地改变图像平面中的场曲率，以便与视网膜的形状更好地对齐。在一些实施例中，IOL的轴向位置处于虹膜后面的大约1.5mm与大约2.5mm之间。例如，IOL的轴向位置可以是虹膜后面的大约1.9mm。在某些实施例中，IOL的轴向位置处于虹膜后面的大约2.5mm与大约3.5mm之间。例如，IOL的轴向位置可以是虹膜后面的大约2.9mm。
在一些实施例中，IOL的轴向位置可处于虹膜后面的大约3.5mm与大约4.1mm之间。例如，IOL的轴向位置可以是虹膜后面的大约3.9mm。对于常规眼睛尺寸，透镜的位置可被玻璃体限制成不超过虹膜后面的大约4.5mm。对于这个示例中使用的透镜的一些实施例，主平面是在前透镜表面后方的大约0.4mm。在前透镜表面后方的主平面的位置能够通过修改形状因数来改变。例如，取决于透镜的形状因数，主平面能够定位成放置在不同距离，诸如，例如大于或等于前透镜表面的后方0.1mm、大于或等于前透镜表面的后方0.5mm、大于或等于前透镜表面的后方0.8mm、大于或等于前透镜表面的后方1.0mm、大于或等于前透镜表面的后方1.5mm、大于或等于前透镜表面的后方1.8mm、大于或等于前透镜表面的后方2.1mm、大于或等于前透镜表面的后方2.5mm、大于或等于前透镜表面的后方3.0mm、大于或等于前透镜表面的后方3.5mm以及大于或等于前透镜表面的后方4.0mm。因此，当本示例提到例如虹膜后面1.5mm的透镜的距离时，表示透镜的主平面是虹膜后面大约1.9mm。
不是相对于眼睛中的常规位置向后方移动透镜，而是可应用一种透镜配置，其向后方移动透镜的主平面，同时物理透镜仍然处于眼睛中的常规位置。实现这个方面的一种方式是改变透镜的形状因数，例如改变成具有凹前表面和凸后表面的凹凸透镜。凹凸透镜还能够有利地降低散光。不是同意任何特定理论，形状因数的修改能够通过改变透镜的几何结构(例如曲率半径、厚度)、透镜材料的折射率或者两者的组合来实现。相应地，在一些实施例中，主地点的位置能够通过增加或减少透镜的厚度来改变。在一些实施例中，主地点的位置能够通过增加或减少透镜的曲率半径来改变。在一些实施例中，使用例如具有负焦度前透镜和正焦度后透镜的2个透镜的眼内透镜系统。本领域的技术人员会理解，其他组合是可能的。
透镜可以是多焦点透镜、包括棱镜的透镜或者望远镜透镜，其具有通过上述方法之一向后方移动的主平面。在多焦点透镜中，主平面的位置可基于使用多焦点透镜的一个焦点、若干焦点或全部焦点的分析来确定。在优选实施例中，多焦点IOL具有至少2个区域，其中该至少2个区域具有大致相同的光焦度。内区可以是产生良好中心焦点的球面透镜。(一个或多个)外区包括与棱镜相结合的球面透镜，从而在周边的预定斑点产生良好焦点。如果(一个或多个)外区是非球面的，则可实现类似效果。备选地，可使用具有梯度折射率的袋填充(bag-filling)透镜。这类透镜还能够有利地降低年龄相关黄斑变性(AMD)。
在一些实施例中，人工瞳孔可植入双透镜系统的透镜之间或者IOL或透镜组合的后方。这种人工瞳孔可具有与向后方移动IOL相似的影响。
在一些实施例中，充当相移概图的单一圆形表面结构延伸周边场中的景深。在美国专利No.8430508中描述这类结构的实现，通过引用将其完整地结合到本文中。单环IOL的实现包括前表面和后表面。概图能够施加于前或后表面或正面。概图能够具有内部部分和外部部分。内部部分通常呈现抛物线弯曲形状。内部部分又可称作微结构、隔离小阶梯光栅或中心小阶梯光栅。在内部部分与外部部分之间可存在过渡区，其连接内部和外部部分。具有这种结构的IOL提供周边像差的降低，包括散光和其他高阶像差。在某些实施例中，多焦点IOL用来引起多个焦点。虽然传统多焦点IOL利用多个焦度下的多个焦点，但是在这个实施例中，多个焦点具有相同光焦度。另外，多个焦点将图像聚焦在视网膜的不同部分上，因而在视网膜中是健康的那些区域产生最佳光学质量。
在一些实施例中，对IOL设计考虑视网膜的特性。具体来说，视网膜功能性和/或视网膜形状的地理地图与其他眼几何结构，例如瞳孔大小和位置、瞳孔、透镜和视网膜的轴向位置、前和/或后角膜像差、眼睛中的倾斜及轴偏以及角kappa，相结合。度量函数能够用来改进或优化IOL，从而考虑中心和周边光学质量。在一些实施例中，在周边的IOL焦度分布能够与视网膜形状相关。因此，在测量视网膜形状时，也许有可能选择具有匹配患者视网膜的周边焦度分布的IOL。
在一些实施例中，双光学器件IOL系统能够用来通过降低周边像差来改进自然视觉。双光学器件透镜能够包括前透镜和后透镜。双光学器件透镜能够具有基于前和后透镜的光焦度的形状因数，形状因数制做成降低周边像差。能够在将总光焦度保持为相对恒定的同时对各透镜修改形状因数。能够通过调整各透镜(例如前透镜和后透镜)的前和后曲率半径来修改形状因数。形状因数能够制做成在保持视网膜上的轴上光学质量的同时降低视网膜的周边中的散光和等效球镜。
在一些实施例中，能够使用一个或多个IOL，其具有配置成通过降低周边像差来改进周边视觉的一个或多个非球面表面。表面的非球面性能够制做成改进轴外对比度，由此改进相对于具有典型表面几何结构的IOL的周边视觉。
在一些实施例中，提供一种用于使用降低周边像差的眼内透镜来改进视觉的方法。该方法包括：确定眼内透镜的主平面；至少部分基于眼睛中的眼内透镜的主平面的初始建议放置并且至少部分基于眼睛的计算机模型，来确定眼睛视网膜处的至少一个周边像差的值；修改眼内透镜的参数，其中参数由眼内透镜的形状因数、眼内透镜的轴向位移、眼内透镜的折射率或者眼内透镜的非球面性中的至少一个来组成；将至少一个周边像差的值与参数的修改之后的至少一个周边像差的值进行比较；以及在修改通过降低至少一个周边像差来改进患者视觉时，将修改参数结合到眼内透镜中。
该方法的各个实现能够包括使用至少一个光阑移位方程来确定参数的修改之后的至少一个周边像差的修改值。该至少一个周边像差能够包括彗差或散光。该方法还能够包括确定对眼内透镜的参数的限制。使用上述方法所设计的眼内透镜能够包括具有非球面表面的透镜元件。眼内透镜的表面的非球面性能够进一步修改，以增加眼内透镜所产生的轴外对比度。在该方法的各个实现中，修改眼内透镜的参数能够包括提供附加孔径。该方法能够包括确定患者眼睛中的眼内透镜的目标位置，其中眼内透镜的目标位置是使得眼内透镜的主平面处于虹膜后面的1.9mm与4.5mm之间。
在一些实施例中，提供一种用于使用双光学器件眼内透镜(其包括具有前光焦度的前透镜元件和具有后光焦度的后透镜元件)来改进视觉的方法。该方法包括：计算眼内透镜的形状因数，其中形状因数等于前光焦度和后光焦度之和除以后光焦度与前光焦度之间的差；至少部分基于眼内透镜的形状因数并且至少部分基于眼睛的计算机模型来确定眼睛的视网膜处的至少一个周边像差；通过修改前透镜元件的前半径或者前透镜元件的后半径来修改前透镜元件的前形状因数；通过修改后透镜元件的前半径或者后透镜元件的后半径来修改后透镜元件的后形状因数；至少部分基于眼内透镜的形状因数并且至少部分基于眼睛的计算机模型来确定眼睛视网膜处的至少一个周边像差的修改值；将至少一个周边像差的值与至少一个周边像差的修改值进行比较；以及在修改通过降低至少一个周边像差来改进患者视觉时时将经修改的前透镜元件和后透镜元件结合到眼内透镜中，其中眼内透镜的总光焦度在前形状因数和后变化因数的修改之后保持为基本上不变。在通过上述方法所设计的双光学器件眼内透镜的各个实现中，前透镜元件的表面或者后透镜元件的表面能够是非球面的。前透镜元件的表面或者后透镜元件的表面的非球面性能够修改成增加眼内透镜所产生的轴外对比度。
本文所公开的创新方面的一个方面能够在包括前光学器件和后光学器件的双光学器件眼内透镜中实现。前光学器件能够具有前光焦度。前光学器件能够包括具有第一曲率半径的第一表面以及与第一表面相对的具有第二曲率半径的第二表面。前光学器件能够具有前形状因数，其与第一和第二曲率半径关联。后光学器件能够具有后光焦度。后光学器件能够包括具有第三曲率半径的第三表面以及与第三表面相对的具有第四曲率半径的第四表面。后光学器件能够具有后形状因数，其与第三和第四曲率半径关联。通过前光焦度和后光焦度之和除以后光焦度与前光焦度之间的差所给出的、眼内透镜的形状因数能够通过优化前形状因数或者后形状因数来优化，使得从周边视网膜位置所得到的视觉信息的降级低于阈值降级。眼内透镜的总光焦度在前形状因数或者后形状因数的修改之后能够保持为基本上不变。
在各个实现中，后光学器件能够设置在患者眼睛的囊袋中。前光学器件能够设置在患者眼睛的囊袋中或者设置在虹膜与囊袋之间的位置。在各个实现中，第一、第二、第三或第四表面的至少一个能够是非球面的。
在一些实施例中，提供一种用于增加周边视觉的对比敏感度函数(CSF)的方法。该方法包括：提供用于植入患者的第一眼睛中的第一IOL，第一IOL配置成增加矢形图像的锐度；以及提供用于植入患者的第二眼睛中的第二眼内透镜(IOL)，第二IOL配置成增加切线图像的CSF。
在该方法的各个实现中，第一IOL能够配置成在离瞳孔的第一距离被植入时增加矢形图像的对比度。第二IOL能够配置成在离瞳孔的第二距离被植入时增加切线图像的对比度。第一IOL能够配置成在离瞳孔的第一距离植入第一眼睛中，以及第二IOL能够配置成在离瞳孔的第二距离植入第二眼睛中。第一距离能够小于第二距离。第一距离与第二距离之间的差能够在大约0.5mm与大约5mm之间。
在一些实施例中，提供一种IOL，其配置成在没有增加垂直视场的CSF的情况下增加水平视场的CSF，以改进周边视觉。IOL包括至少一个环面部分和至少一个非环面部分。在IOL的各个实现中，该至少一个环面部分能够沿垂直轴能够具有比水平轴更高的光焦度。该至少一个环面部分能够设置在IOL的中心区域中。该至少一个环面部分能够设置在IOL的周边区域中。IOL能够包括引起球面像差的特征。IOL能够包括引起非球面像差的特征。IOL能够包括衍射特征。IOL能够配置成提供散光校正。IOL能够配置成提供延长的景深。IOL能够配置成提供周边视觉的锐度。环面部分能够改进沿水平方向的周边视觉的锐度。
在一些实施例中，提供一种IOL，其配置成补偿周边像差，例如周边散光和产生于以斜角入射的光的水平彗差。补偿周边像差的IOL的各个实施例能够降低周边视场中的彗差和/或散光。由于眼睛中的光的斜入射，散光随偏心率而增加。散光随偏心率的增加跟随固定趋势。如先前研究已经发现，对于中央凹球面或散光来说，这种相关性没有随年龄和/或中央凹屈光不正而变化。因此，患者能够获益于具有引起随偏心率而降低的周边散光的光学特征(例如光学元件、凹槽、体积或表面衍射特征、变化折射率的区域等)的布置的IOL的实施例。随IOL的偏心率的散光的降低能够跟随相反趋势。
最近的研究表明，与周边散光相似，水平彗差也与患者年龄和/或中央凹屈光不正、角膜的轴向长度、角膜曲率等无关，而取决于按照固定趋势的偏心率或视场。相应地，周边视觉中的误差能够通过具有光学特征(例如光学元件、凹槽、体积或表面衍射特征、变化折射率的区域等)的布置的IOL来补偿，使得IOL的水平彗差与偏心率或视场的相关性具有相反趋势。
例如，在各个实现中，配置成校正患者的周边像差的IOL能够包括光学特征的第一集合的布置和光学特征的第二集合的布置，其补偿周边像差。光学特征的第一集合的布置能够基于入射光的方向来确定，而与实现正视眼所需的球面焦度无关。光学特征的第二集合的布置能够基于实现正视眼所需的球面焦度来确定。光学特征的第一集合的布置能够补偿周边散光和/或水平彗差。光学特征的第二集合的布置能够补偿周边散焦。光学特征的第二集合的布置能够基于患者眼睛的轴向长度或者角膜的曲率来确定。
一般来说，周边散焦作为中央凹屈光状态的函数发生变化。相应地，在IOL的各个实施例中，散焦量能够基于IOL的屈光焦度而改变，其最终取决于患者的术前屈光状态或术前生物统计。例如，由于具有远视的患者与具有近视的患者相比具有不同散焦分布，所以补偿周边散焦的光学特征的布置在两种情况下将是不同的。作为举例，具有远视的患者具有相对周边近视。在这类患者中，与中心焦度相比，IOL的较高中心焦度能够与较低周边焦度分布关联。另一方面，具有近视的患者倾向于具有相对周边远视。在这类患者中，相对于中心焦度，IOL的较低中心焦度能够与较高周边焦度分布关联。
因此，本公开提供至少部分通过在保持产生于定向到最敏感或低场角或中央视网膜区域的光的良好视觉(本文中有时称作中枢视觉)的同时降低产生于相对于标准IOL定向到周边或高场角视网膜区域的像差(本文中有时称作周边像差)来改进周边视觉锐度的透镜设备、系统和方法。
配置成校正患者眼睛中的周边像差的IOL的各个实现能够包括：第一光焦度分布，其补偿周边散光；第二光焦度分布，其补偿周边区域中的水平彗差；以及第三光焦度分布，其补偿周边区域中的散焦。第一和第二光焦度分布能够与患者眼睛的中央凹屈光状态无关，以及第三光焦度分布能够取决于患者眼睛的中央凹屈光状态和/或患者实现中央凹正视眼所需的IOL焦度。第一焦度分布能够随视觉场角非线性地改变。第一焦度分布能够随视觉场角二次地改变。与在具有小于10度的绝对值的视觉场角下的柱面焦度(cylinderpower)的绝对值相比，第一焦度分布能够具有在具有大于或等于10度的绝对值的视觉场角下的柱面焦度的更高绝对值。第一焦度分布能够具有周边区域中的增加的散光校正焦度以及中心区域中的降低的散光校正焦度。第二焦度分布能够随视觉场角线性地改变。第二焦度分布能够对左眼从颞向定向的第一周边区域到鼻向定向的第二周边区域线性降低，以及在右眼中从颞向定向的第一周边区域到鼻向定向的第二周边区域而增加。第三焦度分布能够配置成对具有正视眼、远视或低度近视的患者提供周边区域中的近视校正焦度。第三焦度分布能够配置成使得对于具有正视眼、远视或低度近视的患者，具有大于或等于10度的绝对值的视觉场角的球面光焦度的绝对幅值比具有小于10度的绝对值的视觉场角的球面光焦度的绝对幅值更大。第三焦度分布能够配置成使得对于具有中等或高度近视的患者具有大于或等于10度的绝对值的视觉场角的球面光焦度的绝对幅值比具有小于或等于10度的绝对值的视觉场角的球面光焦度的绝对幅值更小。
本文所公开主题的新方面能够在补偿周边像差的方法中实现。该方法包括：确定第一光焦度分布，其补偿产生于光的斜入射的周边像差；以及确定第二光焦度分布，其基于患者的眼特性来补偿周边像差。在各个实现中，第二光焦度分布能够基于中央凹屈光焦度、眼睛的轴向长度或角膜的曲率中的至少一个来确定。第二焦度分布能够配置成对具有正视眼、远视或低度近视的患者提供周边区域中的近视校正焦度。第二光焦度分布能够基于实现中央凹正视眼的所需IOL焦度来确定。第二焦度分布能够配置成使得对于具有正视眼、远视或低度近视的患者，具有大于或等于10度的绝对值的视觉场角的球面光焦度的绝对幅值大于具有小于10度的绝对值的视觉场角的球面光焦度的绝对幅值。第二焦度分布能够配置成对具有中等或高度近视的患者提供周边区域中的远视校正。第二焦度分布能够配置成使得对于具有中等或高度近视的患者，具有大于或等于10度的绝对值的视觉场角的球面光焦度的绝对幅值小于具有小于10度的绝对值的视觉场角的球面光焦度的绝对幅值。
本文所公开的各个实现包括配置成补偿患者的周边散光的IOL。IOL能够配置成对于具有大于或等于10度的绝对值的至少一个视觉场角，提供具有至少0.5屈光度的绝对幅值的柱面焦度。IOL能够配置成，对于右眼在鼻视觉场中以及对于左眼在颞视觉场中，对于大于或等于10度的至少一个视觉场角具有至少0.01微米的水平彗差系数。备选地，IOL能够配置成，对于右眼在颞视觉场中以及对于左眼在鼻视觉场中，对于大于或等于+10度的至少一个视觉场角具有至少-0.01微米的水平彗差系数。IOL的这类实现能够配置成补偿水平彗差。
本文所述的IOL的各个实现能够配置成补偿周边散焦。配置成补偿周边散焦的IOL的实现，对于对具有大于或等于10度的绝对值的至少一个视觉场角具有大约-0.5屈光度与大约+0.5屈光度之间的等效球镜焦度的患者，能够提供大约-0.1屈光度与大约+1.0屈光度之间的散焦。配置成补偿周边散焦的IOL的实现，对于对具有大于或等于10度的绝对值的至少一个视觉场角具有大约-0.5屈光度与大约-1.5屈光度之间的等效球镜焦度的患者，能够提供大约-0.1屈光度与大约+2.0屈光度之间的散焦。配置成补偿周边散焦的IOL的实现，对于对具有大于或等于10度的绝对值的至少一个视觉场角具有大约-1.5屈光度与大约-2.5屈光度之间的等效球镜焦度的患者，能够提供大约+1.0屈光度与大约+3.0屈光度之间的散焦。配置成补偿周边散焦的IOL的各个实现，对于对具有大于或等于10度的绝对值的至少一个视觉场角具有大约-2.5屈光度与大约-6.0屈光度之间的等效球镜焦度的患者，能够提供大约+2.5屈光度与大约+6.0屈光度之间的散焦。
本文所述的IOL的各个实现能够包括多个光学特征，其具有补偿周边旋转和非旋转对称像差的总光焦度分布。非旋转对称像差能够包括周边散光和水平彗差。旋转对称像差能够包括散焦。补偿非旋转对称像差的多个光学特征的一部分的布置能够与IOL的球面焦度无关。补偿非旋转对称像差的多个光学特征的一部分的布置能够取决于待植入眼睛是右还是左。补偿旋转对称像差的多个光学特征的一部分的布置能够取决于IOL的球面焦度。补偿旋转对称像差的多个光学特征的一部分的布置对于0.0D与10.0D、10.0D与25.0D以及25.0D与34.0D之间的光焦度能够是不同的。
本文所述的IOL的各个实现能够包括示出IOL的取向和待植入眼睛的标记。
IOL的各个实施例包括：第一表面，其接收经过角膜和自然瞳孔进入的入射光；以及第二表面，与第一表面相对，入射光经过其离开IOL并且传播到视网膜。在一些这类实施例中，能够在IOL的第二表面之后(例如在第二表面或者其后方)提供额外孔径。这个额外孔径能够降低产生于角膜的周边像差。角膜的形状以及角膜与IOL的后表面之间的距离(其在一些实施例中能够较大)能够增强降低产生于角膜的周边像差的额外孔径能力。自然瞳孔能够降低来自IOL本身的周边像差。
本文所公开主题的新方面能够在配置成改进患者眼睛的视觉的眼内透镜中实现。眼内透镜包括光学器件，其包括第一表面以及与第一表面相对的第二表面。第一表面和第二表面通过光轴相交。光学器件关于光轴是对称的。光学器件的第一或第二表面能够是非球面的。光学器件配置成将沿与光轴平行的方向入射的光聚焦在中央凹，以产生功能中央凹图像。光学器件还配置成以相对光轴的斜角将入射在患者眼睛上的光聚焦在设置于离中央凹某个距离的周边视网膜位置。光能够以大约1度与大约30度之间的一个或多个斜角入射。在各个实现中，光能够以例如大于30度的斜角、以高达45度、高达60度、高达75度或以上的斜角入射。周边视网膜位置能够具有相对光轴的1与30度之间的偏心率。在各个实现中，周边视网膜位置能够具有大于30度的偏心率。例如，周边视网膜位置能够具有相对眼睛光轴的高达45-50度的偏心率。
光学器件配置成通过降低周边视网膜位置的至少一个光学像差来改进周边视网膜位置的图像质量。至少一个光学像差能够从由散焦、周边散光和彗差所组成的组中选取。中央凹图像对于3-5mm之间的瞳孔大小对于绿光中的切线和矢形焦点在100周期/毫米的空间频率能够具有至少0.5的调制传递函数(MTF)。在周边视网膜位置所形成的图像能够具有至少0.5的质量因数。在各个实现中，质量因数能够是以在1与30度之间的不同偏心率所得到的0周期/毫米与30周期/毫米之间的空间频率范围的平均MTF。光学器件的第一或第二表面能够包括多个光学特征，其配置成降低至少一个光学像差。
在各个实现中，光学器件能够是具有从光学器件边缘向内弯曲的顶点的凹凸透镜。光学器件能够具有大约0.3mm与大约2.0mm之间的最大厚度。在各个实现中，透镜能够是双光学器件IOL，其还包括与光学器件分隔固定或可变距离的第二光学器件。在两个光学器件之间的距离是可变的双光学器件IOL的实现中，距离能够通过施加眼力来改变。双光学器件IOL的第一光学器件能够设置在患者眼睛的囊袋中，以及第二光学器件能够设置在虹膜与患者眼睛之间。备选地，双光学器件IOL的两种光学器件均能够设置在患者眼睛的囊袋中。
光学器件能够配置成通过调整光学器件的形状因数以使得降低至少一个周边光学像差，来改进周边视网膜位置的图像质量。光学器件的形状因数能够通过调整光学器件的参数来调整。参数能够从由第一或第二表面的曲率、光学器件相对视网膜的轴向位置和光学器件的厚度所组成的组中选取。
本文所公开主题的另一个创新方面能够在选择配置成植入患者眼睛中的眼内透镜(IOL)的方法中实现。该方法包括：使用诊断仪器来得到患者眼睛的至少一个物理或光学特性；以及选择具有形状因数的IOL，其配置成将沿与光轴平行的方向入射的光聚焦在中央凹以产生功能中央凹图像，并且还配置成通过降低周边视网膜位置的至少一个光学像差来改进设置在离中央凹某个距离的周边视网膜位置的图像质量。周边视网膜位置能够具有1与30度之间的偏心率。在各个实现中，周边视网膜位置能够具有大于30度(例如高达45-50度)的偏心率。IOL的形状因数能够基于患者眼睛的至少一个物理或光学特性来选择。IOL的形状因数能够通过调整光学器件的参数来调整。光学器件的参数能够包括第一或第二表面的曲率、光学器件相对视网膜的轴向位置和/或光学器件的厚度。IOL的至少一个表面能够是非球面的。光学器件能够配置成提供一种中央凹图像，其对于3-5mm之间的瞳孔大小对于绿光中的切线和矢形焦点在100周期/毫米的空间频率能够具有至少0.5的调制传递函数(MTF)。由光学器件在周边视网膜位置所形成的图像能够具有至少0.5的质量因数。在各个实现中，质量因数能够是以在1与30度之间的不同偏心率所得到的0周期/毫米与30周期/毫米之间的空间频率范围的平均MTF。
附图说明
通过结合仅为了便于说明的所附示意图阅读以下详细描述，可更好地了解系统、方法和装置。附图包括下列附图：
图1是包含自然晶状体的有晶状体眼的截面图。
图2是包含眼内透镜的人工晶状体眼的截面图。
图3是示出具有场角(单位为度)和柱面(单位为屈光度)的周边散光的图表。
图4是示出具有场角(单位为度)和球面(单位为屈光度)的周边散光的图表。
图5是示出具有场角(单位为度)和高阶像差(单位为微米)的周边散光的图表。
图6示出包括环形微结构的透镜的方面。
图7示出衍射透镜的方面。
图8是示出在不同轴向焦点位置的离焦MTF的图表。
图9是示出在不同轴向焦点位置的离焦MTF的图表。
图10示出眼睛中的多焦点IOL的方面。
图11示出自然透镜中的散光和作为偏心率(单位为度)的函数的人工IOL的实现。
图12是示出作为具有0.15的形状因数的IOL的位移的函数的散光和彗差的图表。
图13是示出作为具有-1.5的形状因数的IOL的位移的函数的散光和彗差的图表。
图14是示出形状因数对散光的影响和IOL相对瞳孔的位置的图表。
图15A-D是示出作为多种IOL位移的场角的函数的等效球镜、柱面、球面像差和彗差的图表。
图16是示出作为从附加孔径的角膜的位移的函数的散光和彗差的图表。
图17示出用于使用光阑移位方程来设计IOL性质以降低周边像差的示例方法的流程图。
图18是示出作为双光学器件配置的形状因数的函数的30度偏心率下相对屈光的图表。
图19是示出作为双光学器件配置的偏心率的函数的相对屈光的图表。
图20A-B是示出全局形状因数和非球面性对散光和等效球镜的相对屈光的影响的图表。
图21A-B是示出作为切线和矢形方向的偏心率的函数的、全局形状因数和非球面性对于对比度的影响的图表。
图22示出用于制做双光学器件IOL的全局形状因数以降低周边像差的示例方法的流程图。
图23示出对于植入眼睛中的IOL的实现、双眼可见的周边视场的实质部分。
图24A是示出对于在第一轴向焦点位置的IOL的实现、作为矢形和切线视觉的偏心率的函数的调制传递函数(或MTF)的图表。图24B是示出对于在第二轴向焦点位置的IOL的实现、作为矢形和切线视觉的偏心率的函数的MTF的图表。
图25是示出沿四个不同场方向的对比敏感度函数的图表。
图26示出有晶状体和人工晶状体眼的周边中的光学图像质量(水平散光)的比较。
图27是示出作为具有轴上的不同屈光不正的患者的视觉场的函数的、柱面焦度沿相对赤道(J0)以0度所定向的轴的变化的图表。
图28是示出作为视觉场的函数的水平彗差的变化的图表。
图29是示出作为具有轴上的不同屈光不正的患者的视觉场的函数的散焦的变化的图表。
图30A示出对于对在10周期/毫米的绿光中以25度偏心率为中心的周边视网膜的位置所形成的图像具有大约8.4屈光度的柱面误差的透镜的实现的离焦(through-focus)MTF。图30B示出对于对在10周期/毫米的绿光中以25度偏心率为中心的周边视网膜的位置所形成的图像具有大约1.2屈光度的柱面误差的透镜的实现的离焦MTF。图30C示出对于对在10周期/毫米的绿光中以25度偏心率为中心的周边视网膜的位置所形成的图像具有大约0.75屈光度的柱面误差的透镜的实现的离焦MTF。
图31是示出得到用来评估透镜的实现所提供的周边图像质量的度量的方法的实现的流程图。
图32示出基于在不同偏心率的神经节细胞强度可实现的空间频率。
图33示出对于绿光中的透镜的实现的0周期/毫米与20周期/毫米之间的空间频率在20度偏心率的切线和矢形射线的MTF曲线。
图34A示出标准IOL的实现的第一表面的表面凹陷，以及图34B示出标准IOL的第二表面的表面凹陷。图34C示出对于标准IOL所提供的5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF。
图35A示出弯月IOL的实现的第一表面的表面凹陷，以及图35B示出弯月IOL的第二表面的表面凹陷。图35C示出对于弯月IOL所提供的5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF。
图36A示出双非球面IOL的实现的第一表面的表面凹陷，以及图36B示出双非球面IOL的第二表面的表面凹陷。图36C示出对于双非球面IOL所提供的5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF。
图37A示出厚IOL的实现的第一表面的表面凹陷，以及图37B示出厚IOL的第二表面的表面凹陷。图37C示出对于厚IOL所提供的5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF。
图38A示出移位非球面IOL的实现的第一表面的表面凹陷，以及图38B示出移位非球面IOL的第二表面的表面凹陷。图38C示出对于移位非球面IOL所提供的5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF。
图39A示出双光学器件IOL的第一光学器件的第一表面的表面凹陷，以及图39B示出第一光学器件的第二表面的表面凹陷。图39C示出双光学器件IOL的第二光学器件的第一表面的表面凹陷，以及图39D示出第二光学器件的第二表面的表面凹陷。图39E示出对于双光学器件IOL所提供的5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF。
图40A示出适应双光学器件IOL的第一光学器件的第一表面的表面凹陷，以及图40B示出第一光学器件的第二表面的表面凹陷。图40C示出适应双光学器件IOL的第二光学器件的第一表面的表面凹陷，以及图40D示出第二光学器件的第二表面的表面凹陷。图40E示出对于适应双光学器件IOL所提供的5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF。
图41是将IOL设计成补偿周边像差的方法的流程图。
图42是估计植入眼睛中的IOL或光学器件的位置的方法的实现的流程图。
图43是用于选择眼透镜的计算系统的元件的图形表示。
具体实施方式
本公开一般提供用于通过降低周边像差来改进或优化周边视觉的装置、系统和方法。周边像差是广义术语，并且意在具有其明显和普通含意，例如包括例如来自定向到周边或高场角视网膜区域的光、在中枢视觉场外部发生的像差。周边像差能够非限制性地包括例如球面像差、散光、彗差、场曲率、失真、散焦和/或色差。如本文所公开，改进或优化周边视觉包括降低周边像差，同时保持良好轴上视觉质量或者在中枢视觉场处或附近的良好视觉质量。
虽然本文所述的实现针对可植入眼内透镜，但是要理解，本文所公开的实施例可直接或间接应用于其他类型的眼科透镜，包括但不限于角膜植入、角膜外科手术(例如LASIK或PRK)、隐形眼镜和其他这类装置。在一些实施例中，组合各种类型的眼科装置，例如，眼内透镜和LASIC手术可共同用来提供预定视觉结果。本文所公开的实施例还可对多焦点或适应眼内透镜得到具体应用。
术语“焦度”或“光焦度”在本文中用来指示透镜、光学器件、光学表面或者光学表面的至少一部分为了便于形成实际或虚拟焦点而聚焦入射光的能力。光焦度可产生于反射、折射、衍射或者它们的某种组合，并且一般按照屈光度的单位来表达。本领域的技术人员将会理解，当焦距按照米的单位来表达时，表面、透镜或光学器件的光焦度一般等于包围表面、透镜或光学器件的介质的介质(n)的折射率除以表面、透镜或光学器件的焦距。
本公开中为周边视网膜位置的偏心率所提供的角范围表示具有中央凹上的对应视网膜图像的对象与具有周边视网膜位置上的对应视网膜图像的对象之间的对象空间中的视觉场角。
有晶状体和人工晶状体眼
可通过参照图1来了解本文所公开的实施例，图1是具有自然晶状体的有晶状体眼的截面图，眼睛10包括视网膜12，其接收采取通过角膜14和自然晶状体16(其一般均关于光轴OA设置)的光焦度的组合所产生的图像的形式的光。如本文所使用的“前方向”是一般沿相对于眼睛中心朝向角膜14的方向，而“后方向”是一般沿相对于眼睛中心朝向视网膜12的方向。
自然透镜16包含在囊袋20中，其是完全包封自然透镜16并且经由小带24附连到睫状肌22的薄隔膜。设置在角膜14与自然透镜16之间的虹膜26提供可变瞳孔，其在较低照明条件下扩大(过渡或暗视觉)并且在较亮照明条件下收缩(亮视觉)。睫状肌22经由小带24来控制自然透镜16(其允许眼睛10聚焦在远和近对象上)的形状和位置。当睫状肌22放松时提供远视觉，其中小带24拉取自然透镜16，使得囊袋20一般更平，并且具有更长焦距(更低光焦度)。近视觉随着睫状肌收缩而提供，由此放松小带24，并且允许自然透镜16返回到更圆、无应力状态，其产生更短焦距(更高光焦度)。
眼睛10的光学性能还取决于自然透镜16的位置。这可在眼外科手术ACDpre之前作为角膜14与自然透镜之间的间距(其有时称作前腔深度)来测量。
还参照图2，其是人工晶状体眼10的截面图，自然晶状体16由眼内透镜100替换。眼内透镜100包括光学器件102和触觉104，触觉104一般配置成将光学器件102定位在囊袋20中，其中ALP表示实际透镜位置。触觉相对于光学器件102的许多配置是本领域众所周知的，并且本文所公开的实施例可适用于它们的任一个。为了便于本文所公开的实施例，眼内透镜的位置作为虹膜与透镜的前表面之间的间距来测量。例如，透镜能够具有主平面，其在前透镜表面后方例如距离P。对于这种示例透镜，在本公开提到虹膜后面的透镜的距离、例如距离L的情况下，透镜的主平面是虹膜后面的距离P+L。为了提供示例值，在主平面为后透镜表面后面大约0.4mm并且透镜为虹膜后面大约1.5mm的情况下，透镜的主平面则为虹膜后面大约1.9mm。如上所述，透镜的主平面的位置能够根据IOL的形状因数而改变。相应地，对于具有不同形状因数的透镜的实施例，主平面能够位于离透镜的前表面与0.4mm不同的距离。
IOL的主平面的放置
在一个实施例中，透镜的主平面与标准IOL相比向后方或者更靠近眼睛的结点来移动。如在图3-5中看到，向后方放置IOL改进周边视觉。为了便于图3-5中详述的计算，使用Escudero-Sanz,I.和Navarro,R.的非专利文献“Off-axis aberrations of a wide-angleschematic eye model,”(J.Opt.Soc.Am.A.Opt.Image Sci.Vis.，vol.16(8)，第1881-1891页，1999)中所述的眼睛模型。通过引用将该非专利文献的完整内容结合到本文中。
自然眼睛的周边像差按照这个参考文献来计算，并且在图3-5中作为“自然透镜”来公开。自然透镜由标准单焦点IOL来替换。对于平均眼睛，透镜的主平面的轴向位置通常为虹膜后面大约0.9mm。然后对IOL的不同轴向位置(如从虹膜所测量)来计算周边屈光(球面和柱面)。如本文所使用的术语“周边屈光”包括球面和柱面像差或误差。
图表示出，当透镜在眼睛中更向后方放置(图3)时，显著降低周边散光，同时对周边球面(图4)和高阶像差(图5)具有有限影响。如本文所使用的，术语“高阶像差”是高阶像差，诸如，例如彗形和三叶形的RMS值。图表还示出，当透镜放置在虹膜(其在IOL的当前正常位置后方大约2.0mm)后面大约2.9mm时，周边屈光(球面和散光)与自然眼睛大致相同。在当前IOL或多或少放置在囊袋的赤道时，更向后方的2.0mm的位置意味着透镜大约靠着玻璃质来定位。由于自然透镜为大约4.5mm厚，所以存在更向后方放置IOL的空间。
可实现各种透镜触觉/光学配置，以便更向后方放置光学器件。例如，触觉可向前方成角度，使得当IOL放置在眼中时，光学部分向后方成穹状。可通过改变IOL的形状因数以使得透镜的分布焦度是使得更大焦度处于后侧，来实现IOL的“虚拟”后方放置。对于单个光学器件，例如，这能够使用在前表面具有负焦度并且在后表面具有正焦度的凹凸透镜进行。对于双光学器件设计，例如，这能够通过具有带负焦度的前透镜和带正焦度的后透镜来实现。增加透镜厚度是本文所公开的另一个选项。如本文将更详细描述，相对于瞳孔(其充当眼睛光学系统中的光阑)移动主平面基于能够用来设计IOL光学器件的参数的框架来影响周边像差，以便在保持良好轴上光学质量的同时降低周边像差。
又一个选项是提供利用3个透镜的光学系统。这类透镜系统能够优化场曲率以及散光。
在另一个实施例中，人工瞳孔可植入双透镜系统的透镜之间或者IOL或透镜组合的后方。这种人工瞳孔能够有利地降低产生于角膜的周边像差。
在一些实施例中，周边视觉通过采用双眼求和来改进。为了使用双眼求和来优化周边视觉，一个眼睛植入有改进或优化周边的矢形图像质量的IOL，以及另一个植入有改进或优化切线图像质量的IOL。下面描述矢形/切线图像质量改进或优化的各种方式。改进矢形/切线图像质量的一种方式包括将IOL配置成使得矢形射线和切线射线的光学传递函数(MTF)的模量高于阈值。
在一些实施例中，周边视觉通过植入具有环面组件的IOL来改进。在各个实施例中，甚至当患者具有良好中枢视觉并且不需要散光或环面校正时，也能够包含环面组件。具有环面组件的IOL沿与使用共同负柱面符号惯例的90度的轴对应的垂直轴具有比与使用共同负柱面符号惯例的180度的轴对应的水平轴具有更高光焦度。这种透镜能够改进水平视场中的图像质量。这对患者能够是有益的，因为最相关视觉任务在水平视场中执行。
另外，IOL能够配置成沿垂直和/或水平轴提供散光校正。散光校正在与正确高阶像差相结合时能够提供良好轴上景深，其能够有利地降低对改进近距离视觉的眼镜的需要。
延长的景深
在另一个实施例中，周边视觉通过具有周边的延长景深的IOL设计来改进。存在能够应用的延长景深的若干方法。下面是基于采用单个环形微结构来延长景深的具体示例。
图6公开一种用于延长景深的单环微结构，如美国专利申请序号12/971506(现在的美国专利No.8430508)中详述，通过引用将其完整地结合到本文中。图6中仅示出透镜的光学表面概图200的一半，但是由于单环微结构是旋转对称的，所以另一半是补充图6左边的透镜的镜像。单环表面的概图200包括内部部分或单环210、阶跃或过渡220和外部部分230。内部部分210在概图200的中心位置270与过渡220之间延伸，以及外部部分230在过渡220与概图200的周边位置280之间延伸。中心位置270通常设置在光轴。过渡220设置在离光轴大约1.5mm的距离，以及周边位置280设置在透镜的通光孔径的直径，在这里设置在离光轴大约3.0mm的距离。在一些情况下，过渡220能够设置在离光轴的某个距离(其处于从大约0.5mm至大约2.0mm的范围之内)，以及周边位置280能够设置在离光轴的某个距离(其处于从大约2.0至大约3.5mm或以上的范围之内(例如，对于隐形眼镜，范围因隐形眼镜与IOL相比的更大尺寸而缩放))。
如图6所示，透镜概图上的每个点从与光轴垂直的参考平面的表面高度或凹陷(d)针对离透镜的光轴的径向距离(r)来绘制。如这里所示，位移或总凹陷(d)的值能够具有在从大约0mm至大约0.07mm的范围之内的值。总凹陷能够取决于表面的屈光形状，并且在表面为凹面的情况下，对IOL能够具有通常在0mm与大约2mm之间或者大约-2mm的值。
延长的景深—内部部分
内部部分或小阶梯光栅210包括中心210a和周边边缘210b。在内部部分210的中心或中心段210a，内部部分210的凹陷(d)基本上相当于周边曲线260的位移或凹陷(d)。在周边边缘210b，内部部分210的凹陷(d)基本上相当于衍射基本曲线240的凹陷(d)。在径向距离(r)为零的情况下，内部部分210的凹陷(d)相当于周边曲线260的值。径向距离零与在周边边缘210b、例如在1.5mm的径向距离之间的凹陷(d)的值按照抛物线方式从周边曲线260的值(在r＝0)逐渐平滑地改变成衍射基本曲线240(在1-1.5mm)。如这里所示，内部部分210能够呈现抛物线形状，如Cohen(Applied Optics，31:19，第3750-3754页(1992年))的等式4a所述，通过引用将其完整地结合到本文中。
延长的景深—过渡
在周边边缘210b，在径向距离(r)为1.5mm的情况下，凹陷(d)的值从衍射基本曲线240的值变到或者改变成周边曲线260的值。在径向距离(r)对应于过渡220的情况下，内部部分210的凹陷(d)相当于衍射基本曲线240的值。相关地，当径向距离从零值增加到大约1.5mm的值时，概图200的位移接近周边曲线260。偏移值能够沿垂直轴来确定。偏移值可根据相位延迟量来选择。按照一个实施例，内部部分210和外部部分230可能不是终止在位置210b/230a的相同垂直高度。连接这两个端点的一种方式是通过使用垂直直线。如这里所示，衍射过渡阶跃提供概图中的锐阶跃。在一些情况下，过渡的特征在于具有处于从大约0.5微米和大约4微米的范围之内的值的阶跃高度。
延长的景深—外部部分
外部部分230包括内或中心边缘230a和周边边缘230b。在内边缘230a，外部部分230的凹陷(d)基本上相当于周边曲线260的凹陷(d)。在周边边缘230b，外部部分230的凹陷(d)保持为基本上相当于周边曲线260的凹陷(d)。径向距离1.5mm与径向距离3.0mm之间的概图100的外部部分230的凹陷(d)的值相当于周边曲线260的值。概图200的凹陷和周边曲线260在1.5mm和3.0mm的径向距离值之间近似等同。
延长景深—示例实施例
除了单环之外，如申请序号12/971607所公开，有限环形延长景深实施例能够通过对以上详述的单环微结构添加有限数量的小阶梯光栅来实现。一般来说，这类有限环形实施例包括有限数量的小阶梯光栅，其与内中心小阶梯光栅相邻或者不相邻，并且可以或者可以不通过屈光区域来分隔。应当理解，单和有限环形实施例的任何变化落入本文所公开实施例的范围之内。
图7提供按照一些实施例、具有中心小阶梯光栅和一个周边相邻小阶梯光栅的透镜衍射概图的一部分的图形表示。图7中，小阶梯光栅表面上的每个点的表面浮凸概图的高度(从与光射线垂直的平面)针对离透镜的光轴的距离来绘制。小阶梯光栅能够具有特性光学区域930和过渡区域931。光学区域930能够具有当针对p所绘制时可以是线性的形状或向下的斜面，如图7所示。当针对半径r所绘制时，光学区域930能够具有抛物线的形状或下降斜率。中心和周边小阶梯光栅能够具有在0.7与7mm2之间的表面面积。例如，小阶梯光栅可具有0.85mm2的表面面积。外部(屈光)区域能够以固定偏移来跟随基本半径。示例实施例包括(一个或多个)周边小阶梯光栅，其形状(例如椭圆)和可变阶跃高度与中心小阶梯光栅相似。当然，本公开包括(一个或多个)周边小阶梯光栅的形状和/或可变阶跃高度与中心小阶梯光栅有所不同的那些实施例。
延长的景深—周边像差
上述结构能够延长景深，并且降低周边场中的像差。如在图8和图9中看到，如与标准单焦点IOL相比，延长景深IOL没有显著周边散光。为了便于分析，标准单焦点色度IOL基于下列Liou和Brennan发表物用于示意眼睛模型中：Liou,H.L.和Brennan,N.A.，“Anatomically accurate,finite model eye for optical modeling”(J.Opt.Soc.Am.A，14(8)，1684-16951997)(将其完整地结合到本文中)，其中视网膜曲率半径为12mm、瞳孔直径为3mm。在50c/mm的离焦白光MTF在周边并且在2个垂直取向(切线和矢形)中的15度偏心率来计算。如在图8中看到，切线射线的峰值MTF值和矢形射线的峰值MTF值不在相同轴向位置发生。实际上，如从图8所观察，单焦点IOL在切线峰值具有降低的矢形MTF，反过来也是一样。这能够归因于周边散光。如在图9中看到，单环延长景深IOL在零散焦在两种取向中具有大致相等MTF，指示散光的降低。因此，单焦点IOL与延长景深IOL相比具有周边的更大散光。
虽然其他解决方案可对特定周边波前像差具有很特定的影响，但是周边的延长景深对特定患者的眼睛的特定像差和尺寸相对不敏感。另外，这种延长景深解决方案还对与像差的外科手术引起的变化相关的可能问题以及IOL放置问题的增加容差。因此，它能够用作通用解决方案。
类似地，IOL向后方或者更靠近结点的移动还提供更一般解决方案，与具有解决特定像差的特定设计的IOL相反。
多焦点IOL
在另一个实施例中，多焦点IOL用来引起相同光焦度的多个焦点。换言之，与传统多焦点IOL不同，本文所述具体实施例的添加焦度大约为零。多个焦点将图像聚焦在视网膜的不同部分上，因而在视网膜中是健康的那些区域或者备选地按照优化视觉的比率来产生最佳光学质量。
在一些实施例中，多焦点IOL具有至少2个区域，其中至少2个区域具有大致相同的光焦度。内区可以是产生中心中央凹上的良好中心焦点的球面透镜。(一个或多个)外区由与棱镜相结合的球面透镜来组成，从而在周边的预定光斑产生良好焦点，如在图10中看到。本领域的技术人员将会理解，许多区域变化是可能的，包括但不限于同中心或者非同中心变化。另外，可形成两个以上图像，并且可改变光分布，以便优化视觉锐度。多焦点透镜具有小增加焦度，通常小于大约6屈光度。优选地，多焦点透镜具有小于大约4屈光度的增加焦度。在另一个优选实施例中，多焦点透镜具有小于大约2屈光度的增加焦度。优选地，增加焦度为大约等于零。
类似效果可通过使用非球面的(一个或多个)外部区域来实现。备选地，衍射光学器件可用来引起具有相同光焦度的视网膜的不同部分上的多个焦点。本公开还考虑包括具有梯度折射率的袋填充透镜的IOL的实现，以取得与上述结果相似的结果。
视网膜特性的考虑
在另一个实施例中，对IOL设计考虑视网膜的特性。具体来说，视网膜功能性和/或视网膜形状的地理地图与其他眼几何结构相结合，例如瞳孔大小和位置、瞳孔、透镜和视网膜的轴向位置、前和/或后角膜像差、眼睛中的倾斜偏心以及角κ。视网膜的形状可使用MRI、断层扫描或者本领域的技术人员显而易见的其他技术来测量。度量函数能够用来改进或优化IOL，其中度量函数包括中心和周边光学质量。考虑对中央凹或视网膜的另一区域的任何特定损坏来测量光学质量。例如，可确定可能视网膜盲点的大小和位置。如果患者具有覆盖整个中央凹的中心盲点，则使周边区域中的视觉锐度为最大会包含到光学设计中。
周边视觉的这种最大化取决于周边阈值MTF，其取决于神经节细胞大小和间距。例如，在周边所看到的大神经节细胞大小限制空间分辨率。因此，改进在超出神经节细胞所施加的取样极限截止的空间频率的光学质量不会改进分辨率锐度。因此，用于分辨率的任何优化过程能够限制为低于那个截止频率。
但是，如果考虑检测锐度，则超出视网膜截止频率的优化对周边视觉是有益的。
另外，近来的数据表明，近视者中的周边光学器件与正视者中的那个有所不同。例如，近视者能够具有相对周边远视，而正视者能够具有相对周边正视眼或相对周边近视。因此，定制IOL以便在平衡周边MTF的同时计及特定周边像差可引起改进的总视觉。
改进IOL所提供的周边视觉
如上所述，人眼能够遭受许多减损，例如老花、近视、远视、降级周边视觉等。遭受老花的患者具有对近距离的对象聚焦的降低能力。植入有IOL以校正各种减损的患者能够具有IOL因轴外散光、周边散焦和高阶像差、例如彗差引而引起的降级周边视觉(相对于自然眼睛)。如本文所使用的，轴上和轴外分别表示处于眼睛的光轴或视觉中心(例如中央凹)上(例如沿其或者其附近)或其外(例如远离)。图11示出自然透镜中的散光和作为偏心率(单位为度)的函数的典型IOL的实现。如本文所使用的偏心率表示离视觉场中心(例如中心中央凹)的角距离。通过参考标号1105所表示的曲线示出作为偏心率的函数的自然透镜中的散光，以及通过参考标号1110所表示的曲线示出作为偏心率的函数的典型IOL的实现中的散光。如从图11所观察，曲线1110与曲线1105相比在偏心率的较高值具有较低光焦度，指示实现典型IOL与自然透镜相比使接收者的周边视觉降级。降级的周边视觉能够引起关于检测锐度、低对比分辨率锐度和周边的对比敏感度函数的光学误差。降级的周边视觉可不利地影响其中需要良好周边视觉(例如场景主旨识别、汽车驾驶和移动)的日常任务。相应地，存在对改进典型IOL所提供的周边视觉的需要。
本文中论述改进IOL所提供的周边视觉的若干方法。例如，周边视觉能够通过具有如上所述的周边的延长景深的IOL设计来改进。作为另一个示例，能够通过基于使用光阑移位方程(以下所述)(其能够用来计算由改变孔径(例如瞳孔)和透镜的主平面的相对位移的透镜修改所产生的像差)的周边像差的计算来制作IOL的参数，以改进周边视觉。作为另一个示例，能够通过修改双光学器件透镜IOL的形状因数和/或非球面性来改进周边视觉，以便在使IOL的总光焦度保持为基本上恒定的同时降低周边像差。作为另一个示例，能够经过使用通过植入IOL(其优化一个眼睛中的周边的矢形图像质量)并且植入另一个IOL(其优化另一眼睛中的切线图像质量)的双眼求和，来改进周边视觉。还能够通过将所植入IOL配置为至少部分环面的以使得提供水平视觉场中的散光校正，来改进周边视觉。下面更详细论述这些方式。
使用光阑移位方程来制做IOL
由人工IOL所产生的图像质量并且具体来说是轴外图像质量能够通过改变IOL的不同参数来改进或优化。这类参数的变化能够通过在保持良好轴上图像质量的同时降低周边像差，来改进轴外图像质量。能够制做成在IOL的植入之后改进周边视觉的参数的示例包括，例如，透镜的形状因数、直通几何半径(through geometrical radius)和材料折射率、透镜或透镜主平面的轴向位移、附加孔径或者这些的任何组合。修改这些参数的一个或多个能够因此修改透镜的主平面相对孔径的位置。透镜的主平面相对于孔径的位移影响光学系统中的像差。对像差的这些影响能够使用称作光阑移位方程的一组方程来建模和预测，其提供用于当距离在孔径(例如瞳孔)与屈光表面(例如IOL透镜元件、角膜等)之间发生变化时预测对像差的变更的理论框架。相应地，修改能够设计成改进或优化一个或多个周边像差，以改进相对于典型IOL的周边视觉，同时考虑其他视觉折衷、例如轴上图像质量。
光阑移位方程提供用于计算孔径和屈光表面的相对移动(其包括透镜的主平面的移动)所引起的像差的框架。并非同意任何特定理论，表1中提供的赛德尔(Seidel)像差描述放置在空气中的单个薄透镜的像差。
波像差系数 赛德尔像差 名称
W<sub>040</sub> 1/8S’<sub>I</sub> 球面像差
W<sub>131</sub> 1/2S’<sub>II</sub> 彗差
W<sub>222</sub> 1/2S’<sub>III</sub> 散光
W<sub>220</sub> 1/4(S’<sub>III</sub>+S’<sub>IV</sub>) 场曲率
W<sub>311</sub> 1/2S’<sub>V</sub> 失真
δ<sub>λ</sub>W<sub>020</sub> 1/2C’<sub>L</sub> 纵向色差
δ<sub>λ</sub>W<sub>111</sub> C’<sub>T</sub> 横向色差
表1
表2将赛德尔像差表达为透镜的结构系数(σi’)的函数。结构系数在透镜相对孔径位移时发生变化。这个变化通过光阑移位方程来描述，在表3中列示。
赛德尔像差 结构系数
S’<sub>I</sub> 1/4h<sup>4</sup>K<sup>3</sup>σ’<sub>I</sub>
S’<sub>II</sub> 1/2Lh<sup>2</sup>K<sup>2</sup>σ’<sub>II</sub>
S’<sub>III</sub> L<sup>2</sup>Kσ’<sub>III</sub>
S’<sub>IV</sub> L<sup>2</sup>Kσ’<sub>IV</sub>
S’<sub>V</sub> (2/h<sup>2</sup>)L<sup>3</sup>σ’<sub>V</sub>
C’<sub>L</sub> h<sup>2</sup>Kσ’<sub>L</sub>
C’<sub>T</sub> 2Lσ’<sub>T</sub>
表2
远端光阑 透镜处的光阑
σ’<sub>I</sub> σ<sub>I</sub>
σ’<sub>II</sub> σ<sub>II</sub>+χσ<sub>I</sub>
σ’<sub>III</sub> σ<sub>III</sub>+2χσ<sub>II</sub>+χ<sup>2</sup>σ<sub>I</sub>
σ’<sub>IV</sub> σ<sub>IV</sub>
σ’<sub>V</sub> σ<sub>V</sub>+χ(σ<sub>IV</sub>+3σ<sub>III</sub>)+3χ<sup>2</sup>σ<sub>II</sub>+χ<sup>3</sup>σ<sub>I</sub>
σ’<sub>L</sub> σ<sub>L</sub>
σ’<sub>T</sub> σ<sub>T</sub>+χσ<sub>L</sub>
表3
表4包括光阑处于透镜时的空气中的薄透镜的结构系数。表4中，X是透镜的形状因数(一般计算为(Rp+Ra)/(Rp-Ra)，其中Ra是透镜的前表面的曲率半径，以及Rp是透镜的后表面的曲率半径)，Y是共轭因子(一般计算为(1/L1-1/L2)/(1/L1+1/L2)，其中L1是到对象的距离，以及L2是到图像的距离)。在所考虑的大多数情况下，假定对象为无穷远，其将方程简化成使得Y＝-1，n是透镜的折射率。表5根据透镜的折射率来表达某些材料系数。
表4
材料系数 值
A (n+2)/[n(n-1)<sup>2</sup>]
B [4(n+1)]/[n(n-1)]
C (3n+2)/n
D n<sup>2</sup>/(n-1)<sup>2</sup>
E (n+1)/[n(n-1)]
F (2n+1)/n
表5
光阑移位因数χ通过下式给出，其中s是表面与孔径光阑之间的距离，其能够移位。Ks是被考虑的表面、角膜或IOL的焦度。要注意，s＞0表示孔径放置在屈光表面或透镜后面的情况。
χ＝-KS/[(1+Y)Ks+2]for s＜0
χ＝KS/[(1-Y)KS-2]for s＞0
这些方程能够适合用于除了空气之外的介质中。例如，具有多个屈光表面的系统的光学性质在其浸入不同于空气的另一个介质时能够被制做或优化。对于介质的变更，能够进行下列置换：n＝nlens-naqueous+1。对于多个表面，还能够考虑角膜。
如表1-3所示，球面像差不受光阑位置中的移位所影响。如表4和5所示，球面像差取决于相关结构参数。当透镜具有非位移状态的球面像差时，彗差受到移动所影响。散光受到影响，只要存在非位移状态的彗差或球面像差。相应地，能够存在彗差，其通过相对光阑位置中的移位来消除，这仍然支持周边散光的降低。因此，彗差和散光均能够潜在地通过设计IOL的结构参数和/或相对光阑位置被去除。
如从表和光阑移位方程能够看到，形状因数X是影响许多像差的参数。作为参考，对称透镜的形状因数为0，平凸透镜具有-1或1的形状因数(取决于其取向)，以及凹凸透镜具有小于-1或大于1的形状因数。相应地，确定哪些形状因数提供周边像差的更大降低能够是有利的。
现在参照图12和图13，示出具有不同形状因数的IOL的位移的效果。图表使用计算机模拟基于本文所述光阑概念来产生。图表1200和1300示出对于具有0.15的形状因数(图表1200)和-1.5的形状因数(图表1300)的IOL、作为IOL的位移的函数的散光和彗差。
典型IOL具有大约0.15的形状因数，因此图12示出从孔径位移时的典型IOL的行为。散光(线条1205)针对左边轴1210来绘制，以及彗差(线条1215)针对右边轴1220来绘制。随着位移增加，散光和彗差均接近零。如本文所述，透镜不能相对典型患者的虹膜来位移远多于5mm。
当要求用于降低散光和彗差的较小位移时，具有弯月形状(例如-1.5的形状因数)的IOL相对于典型IOL改进相对散光和彗差的性能，如图13所示。散光(线条1305)和彗差(线条1315)均在特定位移值通过零。通过达到负散光，IOL能够配置成降低或去除角膜所引起的散光。
改进的或最佳的位移是其中诸如散光和彗差之类的周边像差最大地降低或消除，或者其中组合像差因数被降低或最小化的位移。组合像差因数能够是本文所述的各种像差的加权和或者平均。在一些实施例中，查找改进或优化位移包括考虑轴外和轴上图像质量。用于查找或计算本章所提供的改进或最佳位移的考虑因素适用于查找本文所述IOL的改进或最佳形状因数或任何其他参数。
如通过图12和图13显而易见，形状因数影响最佳位移，其降低或消除一个或多个周边像差。为了调查形状因数对最佳位移具有的影响，图14示出形状因数对散光和IOL的最佳位置的影响的图表1400。IOL的最佳位移在图表1400中能够定义为对给定形状因数使散光校正为最大(或者使散光感应(induction)为最小)的位移。在一些实施例中，最佳位移能够定义为最大地降低彗差、球面像差、场曲率、失真、色差或者这些的任何组合的引起的位移。存在对基于系统的限制的改进或优化量、例如因眼睛的几何结构引起的最大位移的限制。例如，IOL能够在典型眼睛中具有大约5mm的最大位移，如本文所述。通过施加那个限制，存在对能够实现的散光校正量的限制。但是，使形状因数更为负值降低对从虹膜的位移以保持散光校正的需要。相应地，图14示出，随着形状因数从-4增加到零，示为针对轴1420所绘制的曲线1415的最佳位移从0mm增加到5mm。当形状因数变成大于-1时，示为针对轴1410所绘制的曲线1405的散光开始增加。这指示具有负形状因数(例如小于-1的形状因数)的凹凸透镜能够提供散光校正，同时从虹膜位移小于5mm。
射线跟踪模拟使用植入有表示典型IOL(例如，大约0.15的形状因数)的透镜并且植入有相反弯月IOL(例如1.5的形状因数)的眼睛模型来执行。表6示出对于相对瞳孔的不同IOL位移的20度偏心率的完整眼睛模型所计算的等效球镜(SE)、柱面(CYL)、彗差和球面像差。第一距离设置成表示相对瞳孔的典型IOL位置(例如大约0.9mm)，同时还考虑相对瞳孔的附加2mm位移。对于两种形状因数，2mm的位移相对原始IOL位置降低眼柱面(CYL)和彗差。
20度 0.9mm(位移) 2.9mm(位移)
X＝0.15 SE＝-1D SE～0
CYL＝-2D CYL＝-1D
coma＝0.25um coma＝0um
SA～0 SA＝0.07um
X＝-1.5 SE＝0D SE＝2D
CYL＝-1.2D CYL＝-0.4D
coma＝-0.7um coma＝-0.66um
SA＝0.08um SA＝0.02um
表6
对植入模型眼睛中时的典型IOL的物理位移的影响执行模拟。相对瞳孔的不同场角和IOL位置的眼像差在图15A-D中示出。通过相对典型IOL位置(例如相对瞳孔大约0.9mm)的大约2mm的位移，具有0.15的形状因数的IOL设计提供与典型晶状体相似的周边柱面，但是没有引起球面或彗差。这说明，甚至对于非弯月IOL(例如具有接近0的形状因数的IOL)，透镜从虹膜或瞳孔的物理位移也能够设计成降低或消除相对于典型放置的周边像差。
能够改变一系列透镜特性，以改进或优化轴上和轴外图像的所产生图像质量。例如，为了降低散光和彗差，透镜放置、透镜形状因数、透镜的球面像差或者非球面性、透镜的折射率、透镜厚度或者这些的任何组合能够配置成改进或优化周边视觉。一般来说，透镜位移可在增加(例如远离虹膜)时改进散光和彗差。类似地，一些特定透镜形状因数在减小时(例如，更负的形状因数为更好)改进散光和彗差。同样，具有高正球面像差(例如以提供光阑移位效应的增加)或者高负球面像差(例如以补偿角膜球面像差)是优选的。对于折射率，一般较低值降低对增加透镜位移的需要。另外，具有若干折射率的梯度指标类型透镜改进周边像差。最后，更厚的透镜一般给出更好的周边效果。下面详细论述能够降低至少一个周边光学像差的不同透镜设计的实现。
在一些实施例中，能够实现针对各患者的定制过程，其改变一个或多个透镜特性(例如周边焦度、周边散光)，以适合患者视网膜的形状。这种过程在本文中参照图42更详细描述。
在一些实施例中，在IOL的平面插入附加孔径。附加孔径的引入不一定降低IOL本身的散光和彗差。但是，它能够降低通过角膜本身上的斜入射所引起的散光和彗差。这个效果随着角膜与附加孔径之间的距离而增加。在某些实施例中，当附加孔径在离角膜大约5mm与6mm之间时，实现最大或最佳效果。最佳位移的这个值取决于角膜的光焦度。这在图16中示出，图16示出作为附加孔径的位移的函数的散光(针对轴1610所绘制的曲线1605)和彗差(针对轴1620所绘制的曲线1615)的图表1600，其中IOL具有1.3的形状因数。如通过图表1600所示，在大约5mm至6mm的位移，散光为最小并且彗差最接近0。这证明，在IOL之后引入附加孔径可以是有益的，因为提供降低散光和/或彗差方面的增加性能的瞳孔位置为角膜后面大约5-6mm，与自然瞳孔的位置不同。
本文所述的光阑移位方程、附加孔径的放置和相关概念能够适用于其他IOL类型，例如非限制性地包括，双焦点或者多焦点IOL、适应IOL或者具有过滤器的IOL。
在一些实施例中，能够在包括具有形状因数的相同绝对值但是具有相反符号(即，一个正而一个负或者均为0)的两个透镜的双光学器件系统的中间引入附加孔径。对于这种配置，彗差、失真和横向色差至少部分基于光学系统的对称性为零。相应地，在某些实施例中，孔径光阑后面的元件能够配置为光阑前面的那些的镜像，其中光学系统按单位放大来起作用。在一些实施例中，IOL光学系统能够设计成在放入患者眼睛中时是对称的，例如关于角膜、形状因数(例如大约-1.3)和相对瞳孔的位置是对称的。
图17示出用于使用光阑移位方程来设计IOL性质以降低周边像差的示例方法1700的流程图。方法1700能够使用配置成运行指令的计算机来执行，如本文参照图43所述。当患者接收按照方法1700所设计的IOL时，能够改进或优化患者的周边对比敏感度，其中改进相对于在离虹膜的典型距离(例如大约0.9mm)所植入的典型IOL(例如大约0.15的形状因数)。
在框1705，计算机模型能够用来模拟或确定在具有IOL的患者的视网膜的周边像差。能够对不同偏心率、场角等考虑周边像差。周边像差能够是从由球面像差、彗差、散光、散焦、场曲率、失真、纵向色差或横向色差所组成的组中选取的像差的一个或多个。在一些实施例中，能够计算周边像差的组合，其包括像差的加权和或加权平均。像差的加权能够至少部分基于它对周边对比敏感度的损失的份额进行。
能够改变诸如形状因数和/或主平面的位移之类的IOL的各种参数，以降低所确定的周边像差。这能够按照若干方式来实现。例如，在所示方法1700中，对IOL的放置和形状因数的各种限制如在框1710所示来确定，以及如在框1715所示使用本文所述的光阑移位方程来确定降低周边像差的放置和形状因数的组合。
确定降低周边像差的IOL的参数的另一个示例能够包括开始于IOL的初始形状因数和主平面的初始位置。使主平面的位置保持为固定，通过光阑移位方程所给出的IOL的初始形状因数能够改变成降低周边像差的新形状因数。能够改变诸如透镜的曲率半径、透镜的厚度、透镜材料的折射率之类的透镜的各种参数，以得到IOL的最终形状因数。主平面能够移位到新位置，以及能够改变IOL的形状因数，直至得到进一步降低周边像差的IOL的主平面的位置和形状因数的新组合。这个过程能够迭代地重复进行，直至得到将周边像差降低到阈值或者可接受值或范围(例如使周边像差为最小)的IOL的主平面的位置和形状因数的组合。
确定降低周边像差的IOL的参数的又一个示例能够包括开始于光阑移位方程所给出的IOL的初始形状因数和主平面的初始位置。将IOL的初始形状因数保持为固定，主平面的初始位置能够改变成降低周边像差的主平面的新位置。主平面的位置能够在主平面的初始位置附近的范围中改变。主平面能够移位到新位置，以及能够改变IOL的形状因数，直至得到进一步降低周边像差的IOL的主平面的位置和形状因数的新组合。这个过程能够迭代地重复进行，直至得到将周边像差降低到阈值或者可接受值或范围(例如使周边像差为最小)的IOL的主平面的位置和形状因数的组合。
如果图像质量至少部分基于周边像差的降低来改进，则修改IOL能够用来代替前一个IOL。这个过程能够迭代任何次数和/或直到产生最佳或者可接受IOL。最佳IOL能够是使一个或多个周边像差(例如像差的加权组合)为最小的IOL。可接受IOL能够是基于所确定、所选或预期的性能阈值来改进视觉锐度的IOL，其中性能阈值能够至少部分基于一个或多个周边像差(或者像差的加权组合)。
双光学器件IOL和非球面性
在一些实施例中，双光学器件IOL设计能够配置成降低周边的散光和等效球镜，同时保持良好轴上光学质量。双光学器件IOL包括前透镜和后透镜，其中前和后相对于虹膜的位置。前透镜包括前表面和后表面，以及后透镜包括前表面和后表面。在一些实施例中，前和/或后透镜的表面的一个或多个能够修改为非球面，其也可降低周边屈光。下面描述包括一个或多个非球面表面的双光学器件IOL的适应和非适应实现。
在双光学器件IOL设计中，能够修改IOL的全局形状因数，以降低周边屈光。与形状因数等于(Rp+Ra)/(Rp-Ra)的单透镜(上文所述)类似，双光学器件IOL的全局形状因数能够定义为(Pp+Pa)(Pp-Pa)，其中Pp是后透镜的焦度，以及Pa是前透镜的焦度。能够在将总光焦度保持为恒定的同时修改每个单独透镜的形状因数。各透镜的形状因数能够通过调整相应透镜的前和/或后表面来修改。
如本文所述，利用眼睛模型和射线跟踪的计算机模拟能够用来确定形状因数对周边的散光和等效球镜的影响。参照图18，图表1800示出作为形状因数的函数、在30度偏心率的相对屈光。标记为“原始设计”的框1805包括具有典型形状因数的单透镜设计。左边的框1810用于具有-1.268的修改形状因数并且具有与“原始设计”相同的光焦度的IOL，其引起2.6D的散光和0.4D的等效球镜的降低。散光和等效球镜计算基于利用50c/mm的聚焦频率的调制传递函数的最大数。图表1800上的每个点用于具有与“原始设计”相同的光焦度的IOL。这说明，在保持相同光焦度的同时修改形状因数提供周边屈光的改进。
对于双光学器件IOL设计，结果与图表1800中的单透镜设计相似。例如，图19示出作为双光学器件设计的偏心率的函数的相对屈光的图表1900a和1900b。图表1900a示出对两个形状因数的散光的影响，第一形状因数为通过曲线1905a所表示的-0.4342，以及第二形状因数为通过曲线1910a所表示的-8.3487。当偏心率离开0度移动时，具有第二形状因数的双透镜设计证明改进散光，因为相对屈光的绝对值比具有第一形状因数的IOL要小。对等效球镜观察到类似行为，其中当偏心率离开0度移动时，与具有通过曲线1910b所表示的第二形状因数的IOL相比，通过曲线1905b所表示的第一形状因数具有更远离0的等效球镜。如在图表1900a和1900b中看到，双透镜设计的修改形状因数在30度偏心率将散光降低2.2D并且将等效球镜降低0.6D(例如，当取相对屈光值的绝对值的差时)。如同单透镜一样，双透镜设计的总光焦度配置成通过形状因数的修改保持相同。将总光焦度对双透镜设计的一个或多个配置保持为基本上相同提供良好轴上视觉质量。
除了修改形状因数以降低或最小化周边像差之外，前和/或后透镜的每个的任一表面还能够是非球面的，其中非球面项制做成改进轴外对比度。图20A-B演示将非球面项指配给各透镜(前和后透镜，在这个示例中各具有相似非球面性)的前表面时的比较结果。图20A包含散光的图表2000a，以及图20B包含等效球镜的图表2000b，其两者均证明形状因数和非球面性对相对屈光的影响。与原始设计相比，在30度偏心率，散光降低2.5D以及等效球镜降低0.6D。相应线条2010a和2010b表示具有-0.4342的形状因数而没有非球面性的“原始设计”。相应线条2005a和2005b表示具有-8.3487的修改形状因数和非球面性的修改设计，其中每个单独透镜的非球面表面通过下式给出：
其中R是前曲率半径，Z是光轴的方向，r与Z轴垂直，cc是圆锥常数，以及AD和AE是高阶项的系数。对于修改设计，cc为-1.0228，AD为-7.26e-4，以及AE为-9.26e-6。
类似地，图21A-B证明形状因数和非球面性对于对比度的影响，其中对比度表达为调制传递函数的最大数。虽然调制传递函数对于轴上值是相似的，但是当形状因数设计成改进对比度并且在双光学器件IOL的两种透镜上添加非球面项时，最大轴外值在切线(图表2100a)和矢形(图表2100b)方向较高，如本文所述。相应线条2110a和2110b表示具有-0.4342的形状因数而没有非球面性的“原始设计”。相应线条2105a和2105b表示具有-8.3487的修改形状因数和非球面性的修改设计，其中每个单独透镜的非球面表面通过以上等式和系数给出。对于图2000A-B和2100A-B中的图表，调制传递函数计算中使用的聚焦频率是使用5mm孔径的10c/mm。
图22示出用于设计双光学器件IOL的形状因数以降低周边像差的示例方法2200的流程图。方法2200能够使用配置成运行指令的计算机来执行，如本文参照图43所述。当患者接收具有按照方法2200所设计的形状因数的双光学器件IOL时，能够改进或优化患者的周边对比敏感度，其中改进相对于典型IOL或者具有典型形状因数的双光学器件IOL。
步骤2205包括计算IOL的形状因数。IOL的形状因数取决于双光学器件IOL的前和后透镜的光焦度，如本文所述。
在步骤2210，计算机模型能够用来模拟或确定在具有步骤2205的双光学器件IOL的患者的视网膜的周边像差。能够对不同偏心率、场角等考虑周边像差。周边像差能够是从由球面像差、彗差、散光、场曲率、失真、纵向色差或横向色差所组成的组中选取的像差的一个或多个。在一些实施例中，能够计算周边像差的组合，其包括像差的加权和或加权平均。像差的加权能够至少部分基于它对视觉锐度的损失的份额进行。
在步骤2215，修改双光学器件IOL的形状因数，以改变周边像差。如在步骤2225所测试，双光学器件IOL的总光焦度能够配置成在对形状因数进行变更时保持为恒定。
在步骤2220，将修改双光学器件IOL(如在步骤2215所修改)的性能与前一迭代的双光学器件IOL进行比较。如果图像质量至少部分基于周边像差的降低来改进，则修改IOL能够用来代替前一个IOL。这个过程能够迭代任何次数和/或直到产生最佳或者可接受IOL。最佳IOL能够是使一个或多个周边像差(例如像差的加权组合)为最小的IOL。可接受IOL能够是基于所确定、所选或预期的性能阈值来改进周边对比敏感度的IOL，其中性能阈值能够至少部分基于一个或多个周边像差(或者像差的加权组合)。
在步骤2225，计算双光学器件IOL的总光焦度。如果总光焦度发生变化，则方法2200返回到步骤2215，以便修改形状因数以保持恒定总光焦度。
在步骤2230，当确定了可接受或优化双光学器件IOL时，双光学器件IOL能够植入患者眼睛中，以便通过降低相对于典型IOL的周边像差来改进患者的视觉。
在一些实施例中，方法2200能够对具有两个以上透镜的IOL来实现。在一些实施例中，方法2200能够包括修改前和/或后透镜的一个或多个表面的非球面性的附加步骤。通过这类修改，接着进行类似过程，其中检验对周边像差的影响以改进周边屈光效果，并且检验总光焦度以保持恒定。
双眼求和以改进周边视觉
由人工IOL所产生的图像质量能够通过改变不同设计参数(例如IOL材料的折射率、曲率半径、非球面性等)来优化。在人工IOL的各个实现中，因有限可用的自由度，同时优化中枢视觉的锐度以及周边视觉的对比敏感度可能不是切实可行的。相应地，在这类实现中，优化中枢视觉的锐度可使周边视觉的锐度降级。此外，由于有限可用的自由度，甚至当只对周边视觉执行优化过程时去除所有周边散光、彗差和周边散焦也可能不是切实可行的。本文所述的方法和系统能够使用双眼求和来克服周边像差所引起的视觉损失。
并非同意任何特定理论，人们以双眼而具有大致190度的前向水平视场，其中大致120度组成双眼视场(即，由两眼所看到)。图23表示前向水平视场。前向水平视场包括表示双眼视场的中心区域2305以及表示单眼视场(即，通过一个眼睛所看到)的边缘区域2310。一般来说，双眼视场包括用于大多数日常任务的周边视场。因此，优化双眼视场中的视觉锐度也能够增加周边视觉的对比敏感度。
增加双眼视场中的对比敏感度的一种方式是在一个眼睛中植入适合比矢形目标更好地查看切线目标(切线平面中的目标)的第一IOL，以及在另一个眼睛中植入适合比切线目标更好地查看矢形目标(矢形平面中的目标)的第二IOL。例如，在水平视觉场中，左眼可植入有更好地查看垂直线条的IOL，而右眼可植入有更好地查看水平线条的IOL。大脑经过双眼求和来组合从第一和第二眼睛所接收的信息，使得组合视觉具有比一个眼睛单独提供的视觉要大的对比敏感度。
在各个实施例中，能够通过在第一眼睛中植入经优化以提供矢形平面中的增加对比敏感度的IOL，并且通过在第二眼睛中植入经优化以提供切线平面中的对比敏感度的IOL，来增加双眼视场中的视觉锐度。在各个实施例中，增加矢形平面中的对比敏感度能够以切线平面中的降低视觉锐度为代价来达到。在各个实施例中，配置成提供矢形和切线平面中的增加视觉锐度的IOL能够包括如上所述的单环微结构。在各个实施例中，配置成提供矢形和切线平面中的增加对比敏感度的IOL也能够在近或远距离提供增加视觉锐度。不失一般性，切线平面是包含IOL的主射线和光轴的平面，以及矢形平面是仅包含主射线并且与切线平面垂直定向的平面。
优化矢形/切线平面中的视觉图像的一种方式是在第一眼睛中以离瞳孔的第一距离植入IOL并且在第二眼睛中以离瞳孔的第二距离植入IOL。第一和第二距离能够是不同的。例如，在各个实施例中，第一与第二距离之间的差能够为近似0.5mm至近似10mm。
图24A是示出对于在第一眼睛中以离瞳孔的第一距离所植入以使得入射光聚焦在第一轴向焦点位置的IOL的实现、作为矢形和切线视觉的偏心率的函数的MTF的图表。图24B是示出对于在第二眼睛中以离瞳孔的第二距离所植入以使得入射光聚焦在第二轴向焦点位置的IOL的实现、作为矢形和切线视觉的偏心率的函数的MTF的图表。与第一距离相比，第二距离为远离瞳孔大约2mm。如从图24A注意到，对于以第一距离所植入的IOL，矢形视觉(通过实线所表示)在从大约0至大约30度的偏心率的不同值具有几乎均匀的视觉锐度。但是，切线视觉(通过虚线所表示)的视觉锐度对于以第一距离所植入的IOL随着偏心率从大约0增加到大约30度时急剧降低。
从图24B注意到，对偏心率的较高值，对于以第二距离所植入的IOL的切线视觉(通过虚线所表示)的光学质量比对于以第一距离所植入的IOL的切线视觉(通过虚线所表示)的光学质量要好。从图24B还注意到，对偏心率的较高值，对于以第二距离所植入的IOL的矢形视觉(通过实线所表示)的光学质量比对于以第一距离所植入的IOL的矢形视觉(通过实线所表示)的光学质量更低。相应地，由于双眼求和，与以相同距离所植入的两个IOL相比，通过以不同距离所植入的两个IOL所产生的组合图像对于切线和矢形视觉将给出更好的视觉。
在各个实施例中，诸如彗差、曲率半径、焦距等的IOL的其他参数能够单独地单眼优化，使得通过采用双眼求和以组合来自各眼睛的信息所产生的图像的周边的视觉锐度能够增加。双眼视觉模拟器能够用来对患者的各眼睛优化IOL的不同参数(例如彗差、曲率半径、焦距、植入距离等)，以得到包括中枢视觉区域和周边视觉区域的整个双眼视场中的增加视觉锐度。在一些实施例中，本文所述的光阑移位方程和关联方法能够用来改进或优化双眼系统中的单独IOL，其中改进或优化每侧，以实现适当性能标准(例如通过降低沿适当方向的周边像差)。
提供散光校正以改进周边视觉的IOL
视场能够垂直地划分为鼻向定向的第一垂直半场(称作鼻视场)和颞向定向的第二垂直半场(称作颞视场)。视场能够水平地划分为向上朝眉毛定向的上水平半场(称作上视场)和向下朝脸颊定向的下水平半场(称作下视场)。鼻和颞视场对应于沿水平方向的视图，而上和下视场对应于沿垂直方向的视图。图25是示出鼻、颞、上和下视场中的对比敏感度函数(CSF)的图表。使用自适应光学系统对图表中绘制的CSF值校正光学误差。因此，CSF值仅取决于神经极限。曲线2505示出鼻视场的周边的CSF 20度。曲线2505示出颞视场的周边的CSF 20度。曲线2515示出下视场的周边的CSF 20度。曲线2520示出上视场的周边的CSF20度。从图25注意到，鼻和颞视场的周边的CSF值20度大于下和上视场的周边的CSF值20度。这指示，与沿对应于下和上视场的垂直方向相比，视觉沿对应于鼻和颞视场的水平方向更少受到神经因素所限制。因此，提供沿水平方向的光学校正可比提供沿垂直方向的光学校正更为有利。
在各个实施例中，沿水平方向的光学校正能够通过植入具有环面组件的IOL来提供。在各个实施例中，甚至当患者具有良好中枢视觉并且不需要散光或环面校正时，也能够包含环面组件。具有环面组件的IOL沿与使用共同负柱面符号惯例的90度的轴对应的垂直轴具有比与使用共同负柱面符号惯例的180度的轴对应的水平轴具有更高光焦度。这种透镜能够改进水平视场中的图像质量。这对患者能够是有益的，因为最相关视觉任务在水平视场中执行。
另外，IOL能够配置成沿垂直和/或水平轴提供散光校正。散光校正在与正确高阶像差相结合时能够提供良好轴上景深，其能够有利地降低对改进近距离视觉的眼镜的需要。例如，如上所述，如与提供沿垂直方向的光学校正相比，视觉更少受到沿水平方向的神经因素所限制，因而提供沿水平方向的光学校正是有益的。
此外，对于大多数日常活动，与沿垂直方向的周边视觉相比，沿水平方向的周边视觉是更常见和相关的。例如，当驾驶时，沿垂直方向的周边视觉中的对象包括天空和汽车内部的部分，其监测与沿水平方向的周边视觉中的对象(其包括街道、路灯、进入交通、交通信号、行人等)相比相对更不重要。为了安全驾驶，沿水平方向的周边视觉中的对象应当以充分锐度来监测、检测、识别和解析。因此，提供改进沿水平方向的周边视觉中的物体的视觉锐度的光学校正对于实现大多数日常活动能够是有益的。
在各个实施例中，被提供以增加沿水平方向的视觉锐度的光学校正能够包括屈光IOL，其配置成使得IOL的前或后表面的一部分是环面表面，以及IOL的相同前或后表面的一部分是非环面表面。在各个实施例中，IOL的非环面部分能够是球面表面或者非球面表面。环面表面能够提供散光校正。在各个实施例中，环面表面沿垂直轴比水平轴能够具有更高的光焦度。经过这种IOL的视图能够在比沿垂直视场的对比敏感度要大的程度上增加沿水平视场的对比敏感度。
在各个实施例中，IOL的环面表面能够配置成提供单个增加焦度。在一些实施例中，IOL的环面表面能够配置成提供多个增加焦度。在各个实施例中，IOL能够包括一个以上环面表面。在各个实施例中，IOL的一个或多个环面表面能够是扇形或者同中心的。
在各个实施例中，能够通过选择环面表面所提供的增加焦度以及环面表面的位置和/或取向，来优化视场的对比敏感度，以满足患者的单独需要。例如，期望室内良好图像质量的患者可提供有一种IOL，其包括IOL的中心的非环面部分以及朝IOL的边缘的环面部分。另一个患者可期望具有周边视觉中的增加视觉锐度连同增加景深。这类患者能够提供有包括IOL的中心的环面部分的IOL。
被提供以增加沿水平方向的对比敏感度的光学校正能够包括针对散光(例如具有规则和/或反规则散光)和其他球面和/或非球面像差(例如彗形、三叶形等)的校正。在各个实施例中，被提供以增加沿水平方向的视觉锐度的光学校正也能够增加轴上景深。在各个实施例中，像差能够包含在IOL中，以提供轴上景深。被包含以提供轴上景深的像差能够是球面像差和彗差或者其他高阶像差的组合。在各个实施例中，IOL能够包括衍射特征，以延长景深。在各个实施例中，一个眼睛能够植入有具有第一散光校正量和第一像差量的IOL，以及第二眼睛能够植入有具有第二散光校正量和第二像差量的IOL，使得因双眼求和而得到周边视觉的增加视觉锐度和增加景深。
补偿周边屈光不正的IOL
图26示出有晶状体(具有自然透镜)眼(通过曲线2603所表示)和人工晶状体(植入有IOL)眼(通过曲线2605所表示)的周边中的柱面的比较。对64与80岁之间的年龄组中的12个受检者在有晶状体和人工晶状体眼(具有3mm的瞳孔大小)中使用扫描像差计来得到通过曲线2603和2605所表示的数据。从Bart Jaeken、Sandra Mirabet、Jose Maria Marin和Pablo Artal的论文“Comparison of the Optical Image Quality in the Periphery ofPhakic and Pseudophakic Eyes”(在杂志Investigative Ophthalmology&VisualScience发表，Vol.54，No.5，第3594-3599页，2013年5月)复制使用曲线2603和2605。扫描像差计(例如Hartmann-Shack(HS)波前传感器)用来得到散焦(M)、沿以0度和45度(J0和J45)所定向的两个轴的柱面焦度以及曲线2603和2605中包含的高阶像差(例如球面像差和彗差)的值。图26还示出从小于30岁的年龄组中的14个有晶状体眼所得到的数据(通过曲线2601所表示)。数据包括使用完整眼科分析系统(COAS)所得到的散焦(M)、沿以相对IOL的赤道的0度和45度(J0和J45)所定向的两个轴的柱面焦度以及高阶像差(例如球面像差和彗差)的值。图26示出作为视觉场的函数、沿以相对赤道(J0)的0度所定向的柱面轴的焦度的变化。视觉场按照度来测量，并且随着患者凝视沿自然会聚路径从颞视觉到鼻视觉移位而在大约±40度之间改变。术语“视觉场角”和“偏心率”能够在本申请的上下文中可互换地使用。
曲线2601和2603的比较示出COAS与扫描像差计系统之间的良好协议。曲线2601和2603的比较还示出柱面焦度与年龄无关。从图26还观察到，与指示植入有IOL的患者的周边屈光不正的可能增加的有晶状体眼相比，柱面焦度分量J0在人工晶状体眼中的颞和鼻周边视觉中增加。周边屈光不正的这个增加能够对视觉功能具有可测量影响，并且可影响日常任务(例如驾驶、运动、主旨识别等)。本文所公开的改进周边视觉的各种系统和方法基于如下认识：某些周边像差能够不仅取决于视觉场角，而且还取决于中央凹屈光校正并且因此取决于IOL焦度。因此，如果IOL的实施例考虑IOL的屈光焦度对周边视觉的影响，并且相应地优化IOL的周边的屈光特性，则会是有利的。
最近的数据指示周边散光和/或水平彗差能够是患者无关的。例如，周边散光和/或水平彗差能够与患者年龄以及其几何和光学性质无关。图27是示出对于具有不同视觉条件(例如正视者、低度近视、中等近视和高度近视)的年轻受检者、作为视觉场的函数、沿以相对赤道(J0)的0度所定向的轴的柱面焦度的变化的图表。曲线2701示出对于正视眼状态的眼睛、J0随视觉场角的变化。不失一般性，正视眼状态下的眼睛具有大约-0.5屈光度与大约+0.5屈光度之间的中央凹等效球镜焦度。曲线2703示出对具有低近视量的患者、J0随视觉场角的变化。不失一般性，具有低近视量的患者具有大约-0.5屈光度与大约-1.5屈光度之间的中央凹等效球镜焦度。曲线2705示出对遭受中等近视量的患者、J0随视觉场角的变化。不失一般性，具有中等近视量的患者具有大约-1.5屈光度与大约-2.5屈光度之间的中央凹等效球镜焦度。曲线2707示出对遭受高近视量的患者、J0随视觉场角的变化。不失一般性，具有高近视量的患者具有大约-2.5屈光度与-6.0屈光度之间的中央凹等效球镜焦度。从图27注意到，不存在正视眼和具有低、中等和高近视量的患者的柱面焦度J0的显著差异。从图27还注意到，柱面焦度J0对于与中心区(例如在-10度与+10度之间的视觉场角)具有周边区域(例如在具有大于大约10度的绝对值的视觉场角)中增加的散光的不同患者组随视觉场角而改变。
最近的研究表明，周边散光量对正视眼、远视、低度近视、中等近视和高度近视大致相同。因此，周边散光能够被认为与患者的中央凹屈光状态无关。相应地，配置成校正周边散光的IOL的光学屈光特性能够无需获取患者眼睛的中央凹屈光状态来确定。例如，在IOL的各个实施例中，配置成校正周边散光的IOL的光学屈光特性能够通过仅考虑光的斜入射来确定，而无需考虑患者的任何其他眼特性，例如中央凹屈光数据、眼睛的轴向长度、角膜的曲率等。
如上所述并且从图27注意到，柱面焦度随视觉场角非线性地改变。柱面焦度随视觉场角的这个非线性变化能够是二次的，其中与中心区域(例如在-10度与+10度之间的视觉场角)相比，在周边区域(例如在具有大于或等于10度的绝对值的视觉场角)中具有柱面焦度的更高幅值。图27中，柱面焦度的变化从例如大约±10度的视觉场角之内的中心区域中的较低柱面焦度降低到例如在大于或等于大约+10度和/或小于或等于-10度的周边区域中的较高负柱面焦度。相应地，配置成校正周边散光的IOL能够具有一种光焦度分布，其随柱面焦度的变化反向改变，使得眼睛和IOL的组合降低周边散光。例如，补偿周边散光的IOL的柱面焦度能够从中心区域中的较低柱面焦度非线性地增加到周边区域中的较高正柱面焦度，使得眼睛和IOL的组合具有周边区域中的可忽略散光焦度。IOL的各个实施例能够配置成提供在所有视觉场角的周边散光校正。IOL的一些实施例能够配置成提供在某些特定视觉场角(例如±15度、±20度、±25度、±30度)的散光校正。配置成校正周边散光的IOL能够包括光学特征(例如光学元件、凹槽、体积或表面衍射特征、变化折射率的区域、变化曲率的区域等)的布置，其引起具有与偏心率或视场的预期相关性的周边散光。以上所述的补偿周边散光的其他方法(例如使用不同形状因数、透镜位移或双眼求和的IOL来校正周边散光)能够与设计具有随视觉场角非线性改变(例如，本文所述的二次)的柱面焦度的IOL同时使用。
能够补偿以改进周边视觉的另一个周边像差是水平彗差。最近的研究表明，与周边散光相似，水平彗差也与患者的眼数据(例如中央凹屈光状态、角膜的轴向长度、角膜曲率等)无关。图28是示出作为视觉场的函数的水平彗差的变化的图表。从图28观察到，水平彗差从在大约-30度的视觉场角的负值线性增加到在大约+30度的视觉场角的正值。相应地，配置成补偿水平彗差的IOL能够具有一种水平彗差，其从在大约-30度的视觉场角的正值线性降低到在大约+30度的视觉场角的负值，使得眼睛和IOL的组合具有周边区域中的可忽略水平彗差。IOL的各个实施例能够配置成补偿在所有视觉场角的水平彗差。备选地，IOL的一些实施例能够配置成补偿在某些特定视觉场角(例如±15度、±20度、±25度、±30度)的水平彗差。配置成校正水平彗差的IOL能够包括光学特征(例如光学元件、凹槽、体积或表面衍射特征、变化折射率的区域等)的布置，其引起具有与偏心率或视场的预期相关性的水平彗差。如上所述的补偿水平彗差的其他方法(例如使用不同形状因数、透镜位移等的IOL来校正水平)能够与设计具有随视觉场角线性改变(例如线性降低)的水平彗差的IOL同时使用。有利的是考虑配置成校正彗差的IOL中的高阶像差的双眼反射镜对称性。例如，由于双眼反射镜对称性，右和左眼中的水平彗差具有相同幅值但是相反符号。因此，对于右眼，水平彗差从鼻周边区域中的负值增加到颞周边区域中的正值，以及对于左眼，水平彗差从颞周边区域中的负值增加到鼻周边区域中的正值。相应地，配置成校正水平彗差的IOL的实施例能够通过采用右和左眼的适当符号惯例来设计。备选地，配置成校正水平彗差的IOL的实施例能够包括指示用于右和左眼中的放置的取向的标记。
能够补偿以改进周边视觉的另一个周边像差是散焦。与周边散光和彗差不同，周边散焦取决于患者的中央凹屈光状态。中央凹屈光状态对周边散焦的影响在图29中示出，图29示出对于具有不同中央凹屈光状态(例如正视眼、低度近视、中等近视和高度近视)的患者、作为视觉场角的函数的散焦的变化。参照图29，曲线2901示出对于如COAS所测量的正视眼的散焦与视觉场角的变化。图29中，曲线2903示出对于具有如COAS所测量的低近视量的患者的散焦与视觉场角的变化。图29中，曲线2905示出对于具有如COAS所测量的中等近视量的患者的散焦与视觉场角的变化。图29中，曲线2907示出对于具有如COAS所测量的高近视量的患者的球面光焦度与视觉场角的变化。
如从图29注意到，周边散焦从特征在于对于正视眼或者具有低近视量的患者如与中心区域(例如在-10度与+10度之间的视觉场角)相比在周边区域中(例如在具有大于10度的绝对值的视觉场角)更高的负光焦度的相对近视移位改变成特征在于对于具有中等至高近视量的患者如与中心区域相比在周边区域中更低的负光焦度的相对远视移位。相应地，配置成补偿周边散焦的IOL对于正视眼或者具有低度近视的患者如与中心区域中的光焦度量相比能够具有周边区域中的更大光焦度量以及对于具有中等至高度近视的患者如与中心区域中的光焦度相比具有周边区域中的更小光焦度量。
配置成补偿正视眼或者具有低近视量的患者中的周边散焦的IOL的各个实施例能够具有从中心区域到周边区域非线性增加的散焦焦度分布。在各个实施例中，光焦度分布能够关于中心区域是对称的，使得配置成补偿正视眼或者具有低近视量的患者中的周边散焦的IOL的各个实施例的散焦焦度分布是递增抛物线。配置成补偿具有中等至高近视量的患者中的周边散焦的IOL的各个实施例能够具有从中心区域到周边区域非线性降低的散焦焦度分布。在各个实施例中，散焦焦度分布能够关于中心区域是对称的，使得配置成补偿具有中等至高近视量的患者中的周边散焦的IOL的各个实施例的散焦焦度分布是递减抛物线。
在各个实现中，能够校正周边像差(例如散光、彗差、散焦)的光焦度分布能够取决于IOL的屈光焦度。在各个实施例中，IOL的屈光焦度能够是能够实现正视眼的球面和/或柱面焦度。因此，具有高度近视的患者能够获益于低IOL焦度，而正视眼能够获益于20-24D左右的光焦度，以及具有远视的患者能够获益于高柱面焦度。因此，能够降低周边散焦的光焦度分布取决于IOL的屈光焦度。配置成补偿具有与曲线2901所示分布相似的周边散焦焦度分布的正视眼(例如具有大约-0.5屈光度与大约+0.5屈光度之间的等效球镜误差的眼睛)中的周边散焦的IOL的示例实施例在大约+10度至+30度之间和/或大约-10度至-30度之间的视觉场角具有大约-0.1-+1.0屈光度之间的光学散焦。配置成补偿具有与曲线2903所示分布相似的散焦焦度分布的低度近视(例如具有大约-0.5屈光度与大约-1.5屈光度之间的等效球镜焦度)的患者中的周边散焦的IOL的另一个示例实施例在大约+10度至+30度之间和/或大约-10度至-30度之间的视觉场角具有大约-0.1-+2.0屈光度之间的光学散焦。配置成补偿具有与曲线2905所示分布相似的散焦焦度分布的中等近视(例如具有大约-1.5屈光度与大约-2.5屈光度之间的等效球镜焦度)的患者中的周边散焦的IOL的又一个示例实施例在大约+10度至+30度之间和/或大约-10度至-30度之间的视觉场角具有大约+1.0-+3.0屈光度之间的光学散焦。配置成补偿具有与曲线2907所示分布相似的散焦焦度分布的高度近视(例如具有大约-2.5屈光度与大约-6.0屈光度之间的等效球镜焦度)的患者中的周边散焦的IOL的另一个示例实施例在大约+10度至+30度之间和/或大约-10度至-30度之间的视觉场角具有大约+2.5-+6.0屈光度之间的光学散焦。IOL的各个实施例能够配置成补偿在所有视觉场角的散焦。备选地，IOL的一些实施例能够配置成补偿在某些特定视觉场角(例如±15度、±20度、±25度、±30度)的散焦。以上所述的补偿周边散焦的其他方法(例如使用不同形状因数、透镜位移等的IOL来校正水平)能够与设计具有基于患者的中央凹屈光状态的散焦焦度分布的IOL同时使用。
因为周边散焦与轴向长度和角膜焦度相关，并且这些参数是IOL焦度确定的基本输入，所以校正周边散焦的IOL设计还取决于IOL球面焦度，以实现正视眼。正视眼(例如具有大约+0.5屈光度与大约-0.5屈光度之间的等效球镜误差的眼睛)具有20-24D左右的IOL焦度。因此，校正正视眼中的周边散焦的先前实施例能够扩展到具有20-24D左右的IOL焦度的透镜。近视者要求比正视者更低的IOL焦度(近视误差越高，则IOL焦度越低)，以及远视者要求比正视者更高的IOL焦度(远视误差越高，则IOL焦度越高)。因此，本文所述的校正周边散焦的IOL设计能够取决于IOL的周边焦度。
用于评估IOL的周边图像质量的度量
本文所述IOL的各个实现能够通过校正周边误差来改进周边图像质量。设计能够改进周边图像质量的IOL的实现的一种方法包括优化在视网膜的多个区域(例如中央凹以及关于中央凹的视网膜的区域中的附加点)的图像质量。虽然也许有可能优化在中心和周边视觉场的每一个点的图像质量，但是这种方式可能是时间密集和/或计算密集的。相应地，设想确定在沿视网膜的较少点的图像质量的算法用来设计能够在没有使中央凹图像质量降级的情况下改进周边图像质量的IOL的实现。不同度量能够用来评估各种透镜设计的周边图像质量。群体中的大量周边像差、例如彗差的存在能够使已经开发以评估现有IOL的中央凹图像质量的传统度量不足以评估配置成改进周边图像质量的IOL的周边图像质量。例如，表征在现有IOL的中央凹的图像质量的频繁使用的度量、视觉Strehl OTF比率取决于中央凹神经敏感度，其可能不适合评估周边图像质量。
已经提出使用周边视觉场中的球面和柱面误差作为用于评估不同周边光学器件的光学性能的度量。这种方式对有晶状体眼可能是适当的，但是如果也包含高阶像差，则能够获得某种精度。但是，当对能够改进周边图像质量的透镜设计建模时，仅基于球面和/或柱面误差或者单像差系数的度量能够是不充分的。这参照图30A-30C来说明，图30A-30C示出在10周期/毫米的绿光中的25度偏心率所评估的三个透镜设计的离焦MTF曲线。全部三个透镜设计具有0的球面误差。其性能在图30A中示出的第一透镜设计具有柱面(或散光)误差J0＝8.4屈光度。通过第一透镜设计所聚焦的切线射线的峰值MTF为大约0.78，以及通过第一透镜设计所聚焦的矢形射线的峰值MTF为大约0.7。其性能在图30B中示出的第二透镜设计具有柱面(或散光)误差J0＝1.2屈光度。通过第二透镜设计所聚焦的切线射线的峰值MTF为大约0.55，以及通过第一透镜设计所聚焦的矢形射线的峰值MTF为大约0.8。其性能在图30C中示出的第三透镜设计具有柱面(或散光)误差J0＝0.75屈光度。通过第三透镜设计所聚焦的切线射线的峰值MTF为大约0.35，以及通过第一透镜设计所聚焦的矢形射线的峰值MTF为大约0.4。从MTF曲线观察到，虽然第三透镜设计的散光误差是三个透镜设计中最低的，但是通过第三透镜设计所聚焦的切线射线和矢形射线的峰值MTF值低于第一和第二透镜的峰值MTF值。因此，如果仅考虑屈光和柱面误差以评估不同的透镜设计，则第三透镜设计会优于第一和第二透镜设计被选择，即使在周边视网膜位置的第一和第二透镜设计所提供的图像质量比第三透镜设计要好。因此，开发能够评估在周边视网膜位置的不同透镜设计所提供的图像质量的新度量能够是有利的。
本公开考虑利用基于调制传递函数(MTF)的度量来评估配置成改进周边图像质量的不同透镜设计的周边图像质量。评估周边图像质量的度量的示例能够是在不同空间频率和不同偏心率的MTF值的加权平均。评估周边图像质量的度量的另一个示例能够是对多个空间频率和不同偏心率所得到的离焦MTF曲线下的区域。
本文所述的度量能够从台式光学系统所执行的IOL设计的临床前测量或者通过使用眼睛模型执行模拟来得到。度量能够用来对空间频率范围在不同偏心率来预测视觉性能。例如，本文所述的度量能够对不同偏心率(例如5度、10度、15度、20度、25度、30度或者其之间的值)并且对于每毫米大约0周期与每毫米大约50或者每毫米大约0周期与每毫米大约100周期或者每毫米大约0周期与每毫米大约200周期之间预测被植入眼睛时的透镜设计的图像质量。
本文所述的度量能够用来对不同透镜设计的视觉性能评级，并且因而能够用来选择提供在被植入患者眼睛时最好地适合患者需要的光学性能的透镜。本文所述的度量还能够用来执行新透镜设计的安全性和效能的临床前评估，并且在新IOL设计之中选择哪一个能够用于临床试验中。本文所述的度量还能够用作改进新的和现有IOL的性能的设计工具。本文所述的度量能够用于单焦点透镜、增强单焦点透镜、延长景深透镜、多焦点透镜、延长视觉范围透镜的开发和优化。本文所述的度量能够用来开发新类别的透镜。
图31是示出得到能够用来评估透镜设计所提供的周边图像质量的度量(又称作质量因数(FoM))的方法的实现的流程图3100。该方法包括如框3105所示识别感兴趣视觉场。识别感兴趣视觉场能够包括确定应当考虑视觉场的哪一部分来评估透镜设计的光学性能。例如，感兴趣视觉场能够包括中央凹区域以及周边视网膜区域。作为另一个示例，感兴趣视觉场能够仅包括视网膜的周边部分。在各个实现中，感兴趣视觉场能够包括具有大于或等于大约0度(对应于中央凹位置)但小于或等于大约30度的偏心率的区域。例如，感兴趣视觉场能够包括具有大于或等于大约0度(对应于中央凹位置)但小于或等于大约10度、大于或等于大约0度(对应于中央凹位置)但小于或等于大约15度、大于或等于0度(对应于中央凹位置)但小于或等于大约20度、大于或等于大约0度(对应于中央凹位置)但小于或等于大约30度、大于或等于大约5度(对应于中央凹位置)但小于或等于大约30度、大于或等于大约10度(对应于中央凹位置)但小于或等于大约30度等的偏心率的区域。不失一般性，具有θ度的偏心率的视网膜位置能够位于一个圆上，其以中央凹为中心并且定向成使得圆的切线相对眼睛的光轴形成大约θ度的角度。
该方法还包括识别对其计算MTF的感兴趣空间频率，如框3110所示。感兴趣空间频率能够在大于或等于0周期/毫米与小于或等于200周期/毫米之间。例如，感兴趣空间频率能够大于或等于0周期/毫米但小于或等于30周期/毫米、大于或等于0周期/毫米但小于或等于50周期/毫米、大于或等于0周期/毫米但小于或等于100周期/毫米、大于或等于10周期/毫米但小于或等于200周期/毫米、大于或等于50周期/毫米但小于或等于200周期/毫米、大于或等于0周期/毫米但小于或等于100周期/毫米等。能够对不同照明条件，诸如，例如通过白光源或绿光源所提供的照明来计算MTF。
该方法还包括基于对所识别感兴趣视觉场中的所识别空间频率所得到的MTF值来计算度量，如框3115所示。度量能够通过取所得MTF值的平均来计算。例如，度量能够是所得MTF值的加权平均，其中将不同权重指配给对不同空间频率和不同偏心率所得到的MTF值。
感兴趣视觉场和空间频率的识别能够基于预期改进的眼解剖和功能任务。功能任务能够包括模式检测、模式识别、亮度检测、汽车驾驶、行走、导航、阅读、在适光条件中执行的任务、在暗适应条件中执行的任务等。眼解剖能够包括光感受器密度、虹膜结构、神经节细胞密度、瞳孔大小、视网膜的形状和大小等。本文所述的度量能够基于平均人口统计对整个人口或一组患者来计算。备选地，能够基于患者特定眼睛几何结构和患者的特定功能要求对特定患者计算度量。
评估周边图像质量的示例度量
下面描述能够用来评估周边图像质量的度量的示例。识别感兴趣视觉场。如上所述，感兴趣视觉场能够基于待执行功能任务和/或眼解剖来选择。为了便于说明性示例，感兴趣视觉场选择为具有高达30度的偏心率的视网膜的圆形区域。具有高达30度的偏心率的视网膜区域对驾驶是有利的。能够为其他任务来选择不同偏心率。例如，为模式检测和/或模式识别所选择的感兴趣视觉场可小于30度。在说明性示例中，能够对0度与30度之间的5度增量的偏心率来得到MTF曲线。例如，能够在0度(对应于中央凹区域)、5度、10度、15度、20度、25度和30度的偏心率来得到MTF曲线。在其他实现中，能够对所选的感兴趣视觉场中的更多或更少偏心率来得到MTF曲线。
如上所述，感兴趣空间频率能够基于眼解剖和将要执行的功能任务来选择。周边视网膜中的神经节细胞密度小于中心视网膜中的神经节细胞密度。相应地，在周边视网膜上形成的图像的对比率能够低于在中心视网膜上形成的图像的对比率。另外，能够获益于改进周边图像质量的任务(例如驾驶、行走等)能够在低空间频率和低对比率来执行。因此，可能不需要评估较高空间频率(例如50周期/毫米、100周期/毫米或以上)的透镜设计。而是评估较低空间频率的透镜设计可能是有利的。由于神经节细胞密度在校正所有周边误差和像差时限制能够实现的最大周边分辨率，所以空间频率的范围能够使用感兴趣视觉场中的神经节细胞密度的分布来选择。图32示出基于在不同偏心率的神经节细胞强度可实现的空间频率。从图32观察到，神经节细胞密度将最大可实现空间频率在大约5度的偏心率限制到大约50周期/毫米以及在大约15度的偏心率限制到大约15周期/毫米。在说明性示例中，空间频率的所选范围是从0周期/毫米至20周期/毫米。在另一示例中，对空间频率范围的上限能够大于20周期/毫米。例如，空间频率的所选范围能够从0周期/毫米至25周期/毫米、0周期/毫米至30周期/毫米、0周期/毫米至35周期/毫米、0周期/毫米至40周期/毫米、0周期/毫米至45周期/毫米或者0周期/毫米至50周期/毫米。
在说明性示例中，为了计算度量，对0周期/毫米与20周期/毫米之间的不同空间频率在按照5度增量从5度至30度在不同偏心率值来得到切线和矢形射线的MTF曲线。图33示出对于绿光中的透镜设计的0周期/毫米与20周期/毫米之间的空间频率在20度偏心率的切线和矢形射线的MTF曲线。能够对各偏心率得到度量，以评估在各偏心率所得到的图像质量。偏心率的整个范围的度量能够通过对于对各偏心率所得到的度量求平均来得到。
在说明性示例中，在各偏心率所得到的度量基于在10周期/毫米和20周期/毫米的空间频率的切线和矢形射线的MTF值。例如，度量能够是在10周期/毫米和20周期/毫米的空间频率的切线和矢形射线的MTF值的算术平均或几何平均。作为另一个示例，度量能够是在10周期/毫米和20周期/毫米的空间频率的切线和矢形射线的MTF值的加权平均。
在其他示例中，在各偏心率所得到的度量能够与所选范围中的所有空间频率的MTF曲线下的区域相等或者成比例。
为了便于说明性示例，通过取在10周期/毫米和20周期/毫米的空间频率的切线和矢形射线的MTF值的几何平均来得到各偏心率的度量。选择几何平均作为度量能够简化优化过程，使得它朝切线和矢形射线的MTF值主高于阈值的透镜设计收敛，由此降低图像质量与透镜的取向的相关性。
参照图33，20度的偏心率的度量FoM20通过下式给出：
一旦得到各偏心率(例如说明性示例中的5度、10度、15度、20度、25度和30度)的度量，能够计算周边视网膜的总(也称为全体)度量。总度量能够是在各偏心率所得到的度量的算术平均、几何平均或加权平均。
参照图33，总度量FoMtotal通过下式给出：
上述度量能够用来比较和评估不同的透镜设计。中央凹性能能够对各透镜设计单独评估。备选地，中央凹性能能够直接包含在度量中。例如，在各个实现中，能够通过包含在0度偏心率(F0M0)的质量因数来计算的总度量能够对一个或多个空间频率来得到，以包含中央凹性能。当直接包含在度量中时，中央凹性能能够采用适当因子来加权。
在各个实现中，空间频率的范围能够基于光感受器数据而不是神经节细胞密度来计算。基于光感受器数据而不是神经节细胞密度所优化的透镜能够适合于检测任务而不是要求分辨率的任务。瞳孔大小能够根据任务而改变。相应地，在计算度量时能够考虑瞳孔大小的变化。，以评估不同透镜设计的光学性能。色度影响也能够包含到度量中。例如，横向色差在周边视网膜中能够比在中央凹中要大。相应地，横向色差的校正在改进周边图像质量中能够是有利的。适合中央凹条件的其他现有度量也能够适合周边条件。例如，考虑椭圆瞳孔形状和降低的神经敏感度的中央凹度量也能够适合评估各种透镜设计的周边图像质量。
用于改进IOL中的周边图像质量的透镜设计
本公开考虑能够在保持中央凹图像质量的同时改进周边图像质量的透镜设计范围。本文所述的透镜设计能够适用于IOL和其他光学解决方案(例如隐形眼镜/眼镜片、激光消融模式等)。以下所述的透镜设计的实现包括具有通过光轴相交的第一表面和第二表面的透镜。光轴能够经过透镜的几何中心，并且接合第一和第二表面的曲率中心。配置成改进周边图像质量的本文所述透镜的各个实现能够配置为关于光轴是对称的。具有对称透镜的优点在于，不同视觉场中的图像质量能够基本上相等。例如，如果对称透镜配置成提供左视觉场中的良好图像质量，则它也能够提供右视觉场中的良好图像质量。类似地，如果对称透镜配置成提供相对与光轴垂直的轴向上的视觉场中的良好图像质量，则它也能够提供相对那个轴向下的良好图像质量。具有对称透镜的另一个优点在于，关于光轴的区域中的图像质量是均匀的。相应地，图像质量能够对透镜的取向不敏感。这可使植入过程对外科医生更简易。对称透镜还可具有优于不对称透镜的制造优点。本文所述透镜的实现的第一和第二表面能够是球面、非球面、锥形或任何其他形状。在透镜的各个实现中，一个或两个表面能够是通过2阶、4阶、6阶、8阶、10阶和12阶系数所描述的更高阶非球面。高阶非球面表面能够有利地在设计透镜时提供多个自由度。具有多个自由度在设计透镜(其在中央凹以及周边视网膜位置提供充分图像质量)中能够是有用的。
本文所述透镜的实现配置成改进周边图像质量，而无需损失中央凹图像质量。以下描述的透镜的实现能够使用上述原理来设计。例如，光阑移位方程能够用来基于其在眼睛中的放置来优化透镜的表面，以降低在周边视网膜位置的至少一个光学像差(例如散焦、散光、彗差等)。作为另一个示例，能够优化以下描述的透镜的形状因数，以降低从周边视网膜位置所得到的视觉信息的降级。作为又一个示例，以下描述的透镜的主平面能够通过修改透镜的形状因数和/或通过轴向位移透镜来移位，以改进在周边视网膜位置的图像质量。另外，本文所述透镜的实现配置成改进周边图像质量，而无需损失亮光(适光条件)以及暗光(暗适应条件)中的中央凹图像质量。透镜的各实现的周边图像质量使用如上所述的度量来评估，而中央凹图像质量通过MTF在绿光中的100周期/毫米的空间频率来评估。本文所述透镜的各个实现对于具有5mm的直径的大瞳孔以及具有3mm的直径的小瞳孔对绿光中的100周期/毫米的空间频率具有至少0.5的离焦MTF。以下描述的各种透镜的表面概图对应于20屈光度的基本光焦度。
市场中当前可用的包括非球面表面的透镜(标准透镜)的实现
市场中当前可用的透镜(又称作标准透镜)的实现的周边图像质量使用上述度量作为用于比较不同光学解决方案的基准来评估。标准透镜能够与标准环面IOL(例如)相似。通过如以上对标准透镜的实现所述按照5度的增量在5度与30度之间的不同偏心度所得到的质量因数的几何平均所给出的总质量因数为0.40。
标准透镜的实现具有通过光轴(其经过标准透镜的几何中心，并且接合第一和第二表面的曲率中心)相交的第一表面和第二表面。如从图34A和图34B所示的表面凹陷概图注意到，第一表面和第二表面均为凸面。图34A示出来自对象的光入射到其上的第一表面的表面凹陷。透镜的第一表面能够称作前表面，其在透镜植入眼睛中时将面向角膜。图34B示出入射到透镜上的光从其中离开透镜的第二表面的表面凹陷。透镜的第二表面能够称作后表面，其在透镜植入眼睛中时将面向视网膜。透镜的第一或第二表面的至少一个是非球面的，使得透镜配置成增强中央凹图像质量。
图34C示出对5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF，其能够用来测量中央凹图像质量。如从图34C注意到，在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF为大约0.76，指示在中央凹的充分图像质量。按照5度的增量在0至30度之间的不同偏心率的透镜的光学性能能够从下表7.1所提供的数据来推断。参照表7.1，M是球面散焦，以及J0是散光误差。从表7.1观察到，在大约30度的偏心率，标准透镜的实现具有-1.89屈光度的散光误差以及大约-1.28屈光度的球面散焦值。
沿光轴的标准透镜的两个表面之间的最大距离(又称作标准透镜的厚度)能够在0.5mm与1mm之间。标准透镜能够放置在囊中，使得瞳孔与透镜的前表面之间的距离较小。例如，能够植入以上所公开的透镜的实现，使得瞳孔与透镜的前表面之间的距离在0.9mm与1.5mm之间(例如0.75mm)。
表7.1
凹凸透镜
凹凸透镜的实现按照上述概念来设计，以改进周边图像质量，而无需损失中央凹图像质量。凹凸透镜的实现具有通过光轴(其经过凹凸透镜的几何中心，并且接合第一和第二表面的曲率中心)相交的第一表面和第二表面。图35A示出来自对象的光入射到其上的第一表面的表面凹陷。透镜的第一表面能够称作前表面，其在透镜植入眼睛中时将面向角膜。图35B示出入射到透镜上的光从其中离开透镜的第二表面的表面凹陷。透镜的第二表面能够称作后表面，其在透镜植入眼睛中时将面向视网膜。如从图35A和图35B所示的表面凹陷概图注意到，第一表面是凹面，而第二表面是凸面。换言之，第一表面和第二表面同样地弯曲，其中透镜的顶点从透镜边缘向内弯曲。凹凸透镜的厚度和放置能够与上述标准透镜的厚度和放置相似。凹凸透镜基于如下假设来设计：瞳孔与透镜之间的距离在与正确形状因数相结合时基本上降低周边散光。通过如以上对凹凸透镜的实现所述按照5度的增量在5度与30度之间的不同偏心度所得到的质量因数的几何平均所给出的总质量因数为0.41。
凹凸透镜的实现的中央凹图像质量能够使用离焦MTF对5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率来评估，在图35C中示出。如从图35C注意到，在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF为大约0.75，指示在中央凹的充分图像质量。按照5度的增量在0至30度之间的不同偏心率的透镜的光学性能能够从下表7.2所提供的数据来推断。参照表7.2，M是球面散焦，以及J0是散光误差。从表7.2观察到，在大约30度的偏心率，凹凸透镜的实现具有-1.14屈光度的散光误差以及大约-0.31屈光度的球面散焦值。
角度 M J0
0 0 0
5 0 -0.04
10 0 -0.15
15 0 -0.33
20 0.04 -0.57
25 0.13 -0.84
30 0.31 -1.14
表7.2
凹凸透镜和标准透镜的实现的光学性能的比较表明，配置成改进周边图像质量的凹凸透镜的实现具有基本上等于或者处于标准透镜的中央凹图像质量的误差的余量之内的中央凹图像质量。另外，凹凸透镜的实现具有通过在阈值MTF值(例如0.2、0.3、0.4或0.5)的离焦MTF峰值的全宽度所表示的景深，其基本上等于或者处于标准透镜所提供的景深的误差的余量之内。通过凹凸透镜的实现所提供的球面散焦(M)和散光误差(J0)低于标准透镜所提供的球面散焦(M)和散光误差(J0)。相应地，凹凸透镜的实现能够降低周边屈光不正，而没有使中央凹图像质量降级。本文所述的凹凸透镜的各种物理和光学特性能够与配置成将斜入射光聚焦在周边视网膜位置的各种透镜的物理和光学特性相似，如美国申请No.14/644101(2015年3月10日提交，标题为“Dual-Optic Intraocular Lens thatImproves Overall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)、美国申请No.14/644110(2015年3月10日提交，标题为“Enhanced Toric Lens that ImprovesOverall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)、美国申请No.14/644107(2015年3月10日提交，标题为“Piggyback Intraocular Lens thatImproves Overall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”以及美国申请No.14/644082(2015年3月10日提交，标题为“Intraocular Lens that ImprovesOverall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)中所述。通过引用将上述申请的每个的所公开内容完整地结合到本文中并且成为本申请的一部分。
双非球面透镜
双非球面透镜的实现按照上述概念来设计，以改进周边图像质量，而无需损失中央凹图像质量。双非球面透镜的实现具有通过光轴(其经过双非球面透镜的几何中心，并且接合第一和第二表面的曲率中心)相交的第一表面和第二表面。图36A示出来自对象的光入射到其上的第一表面的表面凹陷。透镜的第一表面能够称作前表面，其在透镜植入眼睛中时将面向角膜。图36B示出入射到透镜上的光从其中离开透镜的第二表面的表面凹陷。透镜的第二表面能够称作后表面，其在透镜植入眼睛中时将面向视网膜。第一和第二表面均为高阶非球面表面，包括最高达十二(12)阶非球面项。例如，第一表面和/或第二表面能够通过下式以数学方式来描述：
其中z是表面的凹陷，c是表面的曲率，r是离光轴的径向距离，k是圆锥常数，以及α1、…、α12是非球面系数。不失一般性，表面的曲率能够与曲率半径R的逆相互关连。通过上式所述的表面是关于光轴对称的，并且因而没有任何角相关性。相应地，光学效果(和/或图像质量)与角位置无关。
诸如曲率半径、非球面系数、圆锥常数等的表面参数的值对于第一和第二表面能够是不同的。例如，面向角膜的表面能够具有高圆锥常数(例如在10与1000之间)，以及面向视网膜的表面能够具有低圆锥常数(例如在0与10之间)。第二表面的曲率能够大于或小于第一表面的曲率。在本文所述的具体实现中，透镜的其他参数(例如厚度和放置)与标准透镜相似。
双非球面透镜的实现的中央凹图像质量能够使用离焦MTF对5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率来评估，在图36C中示出。如从图36C注意到，在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF为大约0.74，指示在中央凹的充分图像质量。按照5度的增量在0至30度之间的不同偏心率的双非球面透镜的光学性能能够从下表7.3所提供的数据来推断。参照表7.3，M是球面散焦，以及J0是散光误差。从表7.3观察到，在大约30度的偏心率，双非球面透镜的实现具有-1.39屈光度的散光误差以及大约-0.27屈光度的球面散焦值。通过如以上对双非球面透镜的实现所述按照5度的增量在5度与30度之间的不同偏心度所得到的质量因数的几何平均所给出的总质量因数为0.50，对应于如与标准透镜相比的大约25％的平均对比率增加。
表7.3
双非球面透镜和标准透镜的实现的光学性能的比较表明，配置成改进周边图像质量的双非球面透镜的实现具有基本上等于或者处于标准透镜的中央凹图像质量的误差的余量之内的中央凹图像质量。另外，双非球面透镜的实现具有通过在阈值MTF值(例如0.2、0.3、0.4或0.5)的离焦MTF峰值的全宽度所表示的景深，其基本上等于或者处于标准透镜所提供的景深的误差的余量之内。通过双非球面透镜的实现所提供的球面散焦(M)和散光误差(J0)低于标准透镜所提供的球面散焦(M)和散光误差(J0)。另外，双非球面透镜的实现与标准透镜相比提供对比率的25％增加。相应地，双非球面透镜的实现能够降低周边屈光不正，并且改进周边图像质量，而没有使中央凹图像质量降级。本文所述的双非球面透镜的各种物理和光学特性能够与配置成将斜入射光聚焦在周边视网膜位置的各种透镜的物理和光学特性相似，如美国申请No.14/644101(2015年3月10日提交，标题为“Dual-OpticIntraocular Lens that Improves Overall Vision where there is a Local Loss ofRetinal Function”)、美国申请No.14/644110(2015年3月10日提交，标题为“EnhancedToric Lens that Improves Overall Vision where there is a Local Loss ofRetinal Function”)、美国申请No.14/644107(2015年3月10日提交，标题为“PiggybackIntraocular Lens that Improves Overall Vision where there is a Local Loss ofRetinal Function”以及美国申请No.14/644082(2015年3月10日提交，标题为“Intraocular Lens that Improves Overall Vision where there is a Local Loss ofRetinal Function”)中所述。通过引用将上述申请的每个的所公开内容完整地结合到本文中并且成为本申请的一部分。
厚透镜
厚透镜的实现按照上述概念来设计，以改进周边图像质量，而无需损失中央凹图像质量。厚透镜的实现具有通过光轴(其经过厚透镜的几何中心，并且接合第一和第二表面的曲率中心)相交的第一表面和第二表面。图37A示出来自对象的光入射到其上的第一表面的表面凹陷。透镜的第一表面能够称作前表面，其在透镜植入眼睛中时将面向角膜。图37B示出入射到透镜上的光从其中离开透镜的第二表面的表面凹陷。透镜的第二表面能够称作后表面，其在透镜植入眼睛中时将面向视网膜。第一和第二表面均为高阶非球面表面，包括高达八(8)阶非球面项。在本文所述的具体实现中，厚透镜在眼睛中的放置与标准透镜相似。但是，厚透镜的厚度增加到1.5mm。
厚透镜的实现的中央凹图像质量能够使用离焦MTF对5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率来评估，在图37C中示出。如从图37C注意到，在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF为大约0.73，指示在中央凹的充分图像质量。按照5度的增量在0至30度之间的不同偏心率的双非球面透镜的光学性能能够从下表7.4所提供的数据来推断。参照表7.4，M是球面散焦，以及J0是散光误差。从表7.4观察到，在大约30度的偏心率，双非球面透镜的实现具有-1.19屈光度的散光误差以及大约-0.15屈光度的球面散焦值。通过如以上对厚透镜的实现所述按照5度的增量在5度与30度之间的不同偏心度所得到的质量因数的几何平均所给出的总质量因数为0.48，对应于如与标准透镜相比的大约25％的平均对比率增加。
表7.4
厚透镜和标准透镜的实现的光学性能的比较表明，配置成改进周边图像质量的厚透镜的实现具有基本上等于或者处于标准透镜的中央凹图像质量的误差的余量之内的中央凹图像质量。另外，厚透镜的实现具有通过在阈值MTF值(例如0.2、0.3、0.4或0.5)的离焦MTF峰值的全宽度所表示的景深，其基本上等于或者处于标准透镜所提供的景深的误差的余量之内。通过厚透镜的实现所提供的球面散焦(M)和散光误差(J0)低于标准透镜所提供的球面散焦(M)和散光误差(J0)。另外，厚透镜的实现与标准透镜相比提供对比率的25％增加。相应地，厚透镜的实现能够降低周边屈光不正，并且改进周边图像质量，而没有使中央凹图像质量降级。
从双非球面透镜和厚透镜的比较还注意到，虽然厚透镜的额外厚度降低球面和柱面误差，但是它没有充分影响总质量因数。本文所述的厚透镜的各种物理和光学特性能够与配置成将斜入射光聚焦在周边视网膜位置的各种透镜的物理和光学特性相似，如美国申请No.14/644101(2015年3月10日提交，标题为“Dual-Optic Intraocular Lens thatImproves Overall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)、美国申请No.14/644110(2015年3月10日提交，标题为“Enhanced Toric Lens that ImprovesOverall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)、美国申请No.14/644107(2015年3月10日提交，标题为“Piggyback Intraocular Lens thatImproves Overall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”以及美国申请No.14/644082(2015年3月10日提交，标题为“Intraocular Lens that ImprovesOverall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)中所述。通过引用将上述申请的每个的所公开内容完整地结合到本文中并且成为本申请的一部分。
移位或(移动)的非球面透镜
如上所述，上述透镜的实现能够植入眼睛中，使得瞳孔与透镜的前表面之间的距离较小。例如，能够植入以上所公开的透镜的实现，使得瞳孔与透镜的前表面之间的距离在0.9mm与1.5mm之间。但是还设想上述透镜的实现能够尽可能靠后植入眼睛中。例如，在一些实现中，能够植入透镜，使得它仍然在囊袋中但是更接近视网膜。在这类实现中，瞳孔与透镜的前表面之间的距离能够在1.5mm与3.2mm之间的距离。如上所述，轴向移位透镜能够修改透镜的主平面，其又能够影响周边像差。相应地，如果透镜放置成更接近视网膜，则非球面透镜的各种表面的参数(例如非球面性)能够发生变化。放置成更接近视网膜(其会降低周边像差)的非球面透镜的表面概图能够使用上述光阑移位方程来得到。配置成在被植入时放置在离标准透镜的位置大约2mm的距离的非球面透镜的表面概图在图38A和图38B中示出。移位非球面透镜的实现按照上述概念来设计，以改进周边图像质量，而无需损失中央凹图像质量。图38A示出来自对象的光入射到其上的第一表面(又称作前表面)的表面凹陷，以及图38示出入射到透镜上的光从其中离开透镜的第二表面(又称作后表面)的表面凹陷。第一和第二表面均配置为高阶非球面表面，包括最高达十(10)阶非球面项。在本文所述的具体实现中，非球面透镜的厚度与标准透镜相似。但是，如与标准透镜相比，非球面透镜在被植入眼睛中时朝视网膜移位大约2.0mm。
移位非球面透镜的实现的中央凹图像质量能够使用离焦MTF对5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率来评估，在图38C中示出。如从图38C注意到，在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF为大约0.73，指示在中央凹的充分图像质量。按照5度的增量在0至30度之间的不同偏心率的双非球面透镜的光学性能能够从下表7.5所提供的数据来推断。参照表7.5，M是球面散焦，以及J0是散光误差。从表7.5观察到，在大约30度的偏心率，双非球面透镜的实现具有-1.87屈光度的散光误差以及大约-0.75的球面散焦值。通过如以上对移位非球面透镜的实现所述按照5度的增量在5度与30度之间的不同偏心度所得到的质量因数的几何平均所给出的总质量因数为0.56，对应于如与标准透镜相比的大约40％的平均对比率增加。
角度 M J0
0 -0.01 0
5 0 -0.03
10 0.02 -0.12
15 0.06 -0.28
20 0.08 -0.52
25 -0.05 -0.94
30 -0.75 -1.87
表7.5
厚透镜和标准透镜的实现的光学性能的比较表明，配置成改进周边图像质量的移位非球面透镜的实现具有基本上等于或者处于标准透镜的中央凹图像质量的误差的余量之内的中央凹图像质量。另外，厚透镜的实现具有通过在阈值MTF值(例如0.2、0.3、0.4或0.5)的离焦MTF峰值的全宽度所表示的景深，其基本上等于或者处于标准透镜所提供的景深的误差的余量之内。移位非球面透镜提供优于标准透镜的球面散焦(M)的某种降低，但是没有提供优于标准透镜的散光误差(J0)的显著改进。另外，移位非球面透镜的实现与标准透镜相比提供对比率的50％增加。相应地，移位非球面透镜的实现能够降低周边屈光不正，并且改进周边图像质量，而没有使中央凹图像质量降级。本文所述的移位非球面透镜的各种物理和光学特性能够与配置成将斜入射光聚焦在周边视网膜位置的各种透镜的物理和光学特性相似，如美国申请No.14/644101(2015年3月10日提交，标题为“Dual-OpticIntraocular Lens that Improves Overall Vision where there is a Local Loss ofRetinal Function”)、美国申请No.14/644110(2015年3月10日提交，标题为“EnhancedToric Lens that Improves Overall Vision where there is a Local Loss ofRetinal Function”)、美国申请No.14/644107(2015年3月10日提交，标题为“PiggybackIntraocular Lens that Improves Overall Vision where there is a Local Loss ofRetinal Function”以及美国申请No.14/644082(2015年3月10日提交，标题为“Intraocular Lens that Improves Overall Vision where there is a Local Loss ofRetinal Function”)中所述。通过引用将上述申请的每个的所公开内容完整地结合到本文中并且成为本申请的一部分。
双光学器件透镜
双光学器件非球面透镜的实现按照上述概念来设计，以改进周边图像质量，而无需损失中央凹图像质量。双光学器件透镜的实现包括两个光学器件，其相互分隔1.5mm的距离。双光学器件透镜的两个光学器件之间的距离在本文所述的具体实现中是固定的。双光学器件透镜的各光学器件具有通过光轴(其经过透镜的几何中心，并且接合第一和第二表面的曲率中心)相交的第一表面和第二表面。两个光学器件的每个的光轴能够相互重合、相互之间倾斜或者相互偏移。图39A示出双光学器件透镜的第一光学器件的第一表面的表面凹陷，第一光学器件的第一表面能够是其上入射来自对象的光的表面，并且能够称作前表面，其双光学器件透镜植入眼睛中时将面向角膜。图39B示出光从其中离开第一光学器件的双光学器件透镜的第一光学器件的第二表面的表面凹陷。图39C示出接收离开第一光学器件的光的双光学器件透镜的第二光学器件的第一表面的表面凹陷。图39D示出光从其中离开双光学器件透镜的双光学器件透镜的第二光学器件的第二表面的表面凹陷。第二光学器件的第二表面能够称作后表面，其在双光学器件透镜植入眼睛中时将面向视网膜。第一和第二光学器件的第一和第二表面能够是非球面表面，包括最高达八(8)阶非球面项。在本文所述的具体实现中，第一光学器件的厚度为0.557mm，以及第二光学器件的厚度为0.916mm。
双光学器件透镜的实现的中央凹图像质量能够使用离焦MTF对5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率来评估，在图39C中示出。如从图39C注意到，在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF为大约0.74，指示在中央凹的充分图像质量。按照5度的增量在0至30度之间的不同偏心率的双光学器件透镜的光学性能能够从下表7.6所提供的数据来推断。参照表7.6，M是球面散焦，以及J0是散光误差。从表7.6观察到，在大约30度的偏心率，双非球面透镜的实现具有-0.66屈光度的散光误差以及大约-1.03屈光度的球面散焦值。通过如以上对双光学器件透镜的实现所述按照5度的增量在5度与30度之间的不同偏心度所得到的质量因数的几何平均所给出的总质量因数为0.56，对应于如与标准透镜相比的大约40％的平均对比率增加。
角度 M J0
0 0.01 0
5 0.05 -0.03
10 0.07 -0.10
15 0.17 -0.22
20 0.33 -0.39
25 0.58 -0.55
30 1.03 -0.66
表7.6
双光学器件透镜和标准透镜的实现的光学性能的比较表明，配置成改进周边图像质量的双光学器件透镜的实现具有基本上等于或者处于标准透镜的中央凹图像质量的误差的余量之内的中央凹图像质量。另外，双光学器件透镜的实现具有通过在阈值MTF值(例如0.2、0.3、0.4或0.5)的离焦MTF峰值的全宽度所表示的景深，其基本上等于或者处于标准透镜所提供的景深的误差的余量之内。通过双光学器件透镜的实现所提供的球面散焦(M)和散光误差(J0)低于标准透镜所提供的球面散焦(M)和散光误差(J0)。另外，双光学器件透镜的实现与标准透镜相比提供对比率的50％增加。相应地，双光学器件透镜的实现能够降低周边屈光不正，并且改进周边图像质量，而没有使中央凹图像质量降级。本文所述的双光学器件透镜的各种物理和光学特性能够与配置成将斜入射光聚焦在周边视网膜位置的各种透镜的物理和光学特性相似，如美国申请No.14/644101(2015年3月10日提交，标题为“Dual-Optic Intraocular Lens that Improves Overall Vision where there is aLocal Loss of Retinal Function”)、美国申请No.14/644110(2015年3月10日提交，标题为“Enhanced Toric Lens that Improves Overall Vision where there is a LocalLoss of Retinal Function”)、美国申请No.14/644107(2015年3月10日提交，标题为“Piggyback Intraocular Lens that Improves Overall Vision where there is aLocal Loss of Retinal Function”以及美国申请No.14/644082(2015年3月10日提交，标题为“Intraocular Lens that Improves Overall Vision where there is a LocalLoss of Retinal Function”)中所述。通过引用将上述申请的每个的所公开内容完整地结合到本文中并且成为本申请的一部分。
适应双光学器件透镜
适应双光学器件透镜的实现按照上述概念来设计，以改进周边图像质量，而无需损失中央凹图像质量。不失一般性，配置成响应囊袋和/或睫状肌所施加的眼力而改变光学器件的轴向位置和/或光学器件的形状和大小的IOL能够称作适应透镜。适应双光学器件透镜的实现包括两个光学器件，其相互分隔可变距离。适应双光学器件透镜的两个光学器件之间的距离能够响应囊袋、小带和/或睫状肌所施加的眼力而改变。双光学器件透镜能够配置成在改变两个光学器件之间的距离时提供高达大约1.0屈光度的附加光焦度。
双光学器件透镜的各光学器件具有通过光轴(其经过透镜的几何中心，并且接合第一和第二表面的曲率中心)相交的第一表面和第二表面。两个光学器件的每个的光轴能够相互重合、相互之间倾斜或者相互偏移。在本文所述的具体实现中，配置成接收来自对象的入射光的适应双光学器件透镜的第一光学器件(称作前光学器件)能够是具有大约25屈光度的光焦度的球面透镜。在本文所述的具体实现中，光从其中离开双光学器件透镜的适应双光学器件透镜的第二光学器件(又称作后光学器件)包括两个非球面表面。后光学器件的表面能够包括高达八(8)阶非球面项。在本文所述的具体实现中，第一和第二光学器件的厚度为大约0.9mm。本文所述的适应双光学器件透镜的各种物理和光学特性能够与配置成将斜入射光聚焦在周边视网膜位置的各种透镜的物理和光学特性相似，如美国申请No.14/644101(2015年3月10日提交，标题为“Dual-Optic Intraocular Lens that ImprovesOverall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)、美国申请No.14/644110(2015年3月10日提交，标题为“Enhanced Toric Lens that ImprovesOverall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)、美国申请No.14/644107(2015年3月10日提交，标题为“Piggyback Intraocular Lens thatImproves Overall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”以及美国申请No.14/644082(2015年3月10日提交，标题为“Intraocular Lens that ImprovesOverall Vision where there is a Local Loss of Retinal Function”)中所述。通过引用将上述申请的每个的所公开内容完整地结合到本文中并且成为本申请的一部分。
图40A示出双光学器件透镜的第一光学器件的第一表面的表面凹陷，第一光学器件的第一表面能够是其上入射来自对象的光的表面，并且能够称作前表面，其在眼睛中植入双光学器件透镜时将面向角膜。图40B示出光从其中离开第一光学器件的双光学器件透镜的第一光学器件的第二表面的表面凹陷。图40C示出接收离开第一光学器件的光的双光学器件透镜的第二光学器件的第一表面的表面凹陷。图40D示出光从其中离开双光学器件透镜的双光学器件透镜的第二光学器件的第二表面的表面凹陷。第二光学器件的第二表面能够称作后表面，其在双光学器件透镜植入眼睛中时将面向视网膜。
适应双光学器件透镜的实现的中央凹图像质量能够使用离焦MTF对5mm瞳孔在绿光中的100周期/毫米的空间频率来评估，在图40C中示出。如从图40C注意到，在绿光中的100周期/毫米的空间频率的离焦MTF为大约0.57，其小于上述标准透镜的MTF。但是，在绿光中的100周期/毫米的空间频率的适应双光学器件透镜的MTF与通过具有适应能力的标准球面透镜所实现的MTF相似。
按照5度的增量在0至30度之间的不同偏心率的双光学器件透镜的光学性能能够从下表7.7所提供的数据来推断。参照表7.7，M是球面散焦，以及J0是散光误差。从表7.7观察到，在大约30度的偏心率，双非球面透镜的实现具有-13.7屈光度的散光误差以及大约-21.15屈光度的球面散焦值。虽然屈光不正与标准透镜相比更大，但是通过如以上对适应双光学器件透镜的实现所述按照5度的增量在5度与30度之间的不同偏心度所得到的质量因数的几何平均所给出的总质量因数为0.53，对应于如与标准透镜相比的大约40％的平均对比率增加。
角度 M J0
0 -0.13 0
5 -0.29 0.12
10 -0.92 -0.56
15 -0.246 -1.63
20 -5.61 -3.73
25 -11.36 -7.47
30 -21.15 -13.70
表7.7
各种光学透镜设计的概述
上述各种透镜设计的周边和中央凹图像质量在下表7.8和7.9中概括。表7.8提供5mm瞳孔的光学性能的概述，以及表7.9提供3mm瞳孔的光学性能的概述。如上所述，各种透镜设计表示不同的光学表面配置，其通过如上所述使用优化算法和度量，配置成提供改进周边图像质量。从表7.8和7.9注意到，除了凹凸透镜设计之外的不同透镜设计给出与周边图像中如与标准透镜相比大约25％-50％之间的平均MTF增益对应的质量因数增加，其中更复杂设计提供更高MTF增益。还要注意，使用基于MTF的度量来评估周边图像质量代替周边图像中的光学误差(例如球面散焦或散光误差)是有利的。例如，虽然凹凸透镜设计如与标准透镜相比显著降低周边图像中的光学误差，但是凹凸透镜设计的总质量因数等于标准透镜的总质量因数。缺乏凹凸透镜的总MTF的改进能够归因于高阶像差的组合。作为另一个示例，适应双光学器件透镜，与标准透镜相比，具有更高的总质量因数，尽管具有大光学误差。
设计 总质量因数 中央凹MTF 100c/mm
标准透镜 0.40 0.76
凹凸透镜 0.41 0.75
双非球面透镜 0.50 0.74
厚透镜 0.48 0.73
移位非球面透镜 0.56 0.72
双光学器件透镜 0.56 0.74
适应双光学器件透镜 0.53 0.57
表7.8：针对5mm瞳孔的各种透镜设计的光学性能
设计 总质量因数 中央凹MTF 100c/mm
标准透镜 0.44 0.61
凹凸透镜 0.61 0.59
双非球面透镜 0.66 0.61
厚透镜 0.70 0.61
移位非球面透镜 0.69 0.60
双光学器件透镜 0.68 0.62
适应双光学器件透镜 0.67 0.61
表7.9：针对3mm瞳孔的各种透镜设计的光学性能
表7.9中制表的亮条件中(3mm的瞳孔大小)的不同透镜设计的光学性能的比较表明，总质量因数如与标准透镜相比对不同透镜设计增加，而中央凹MTF保持为基本上等于标准透镜所提供的中央凹MTF。还要注意，厚透镜厚度的光学性能可比拟其他透镜设计的光学性能。此外，凹凸透镜如与标准透镜的总质量因数相比具有更高总质量因数，因为凹凸透镜所引入的高阶像差在瞳孔大小较小时不相干。还观察到，适应双光学器件透镜的中央凹图像质量可比拟其他透镜设计。
上述各种透镜设计能够在包括具有与上述表面概图相似的表面的光学器件以及在眼睛中植入时将IOL保持到位的触觉的IOL中实现。触觉能够包括生物相容材料，其适合接合眼睛的囊袋、虹膜、脑沟和/或眼睛的睫状肌。例如，触觉能够包括诸如丙烯酸、硅酮、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物(C-FLEX)或其他苯乙烯基共聚物、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯、聚亚安酯、水凝胶等的材料。在各个实现中，触觉能够包括一个或多个支臂，其耦合到IOL的光学器件。例如，触觉能够配置成具有与美国发表No.2013/0013060所公开的偏置元件的结构相似的结构，通过引用将其完整地结合到本文中。在各个实现中，触觉能够包括一个或多个支臂，其突出到光学器件中。在各个实现中，触觉能够配置成响应由囊袋和/或睫状肌所施加的眼力而沿眼睛的光轴移动光学器件。例如，触觉能够包括一个或多个铰链，以促进光学器件的轴向移动。作为另一个示例，触觉能够包括弹簧，或者配置为弹簧状，以实行光学器件的移动。这样，光学器件的轴向位置能够响应眼力而改变，以提供对大范围距离的视觉。在各个实现中，触觉还能够配置成响应眼力而改变光学器件的形状。如上所述，改变光学器件的轴向位置或者光学器件的形状能够使主平面移位，其能够影响(例如降低)一个或多个周边光学像差。因此，触觉能够配置成降低在周边视网膜位置所形成的图像中的至少一个光学像差。
透镜的光学器件能够配置成使得光学器件的屈光性质能够响应眼睛的自然适应过程而改变。例如，光学器件能够包括可变形材料，其能够响应由囊袋和/或睫状肌所施加的眼力而压缩或膨胀。作为另一个示例，光学器件能够配置成响应大约1克至大约10克、5至10克、1至5克、大约1至3克之间的范围中或者它们之间的值的眼力而改变其形状，以提供大约0.5屈光度与大约6.0屈光度之间的光焦度变化。在各个实现中，光学器件能够包括诸如丙烯酸、硅酮、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物(C-FLEX)或其他苯乙烯基共聚物、聚乙烯醇(PVA)、聚苯乙烯、聚亚安酯、水凝胶等的材料。光学器件能够包括美国发表No.2013/0013060中描述的结构和材料，通过引用将其完整地结合到本文中。
上述透镜设计能够配置成使得入射到与眼睛的光轴平行的角膜上的光聚焦在视网膜的中心部分，以便产生具有充分图像质量的功能中央凹图像。例如，中央凹图像对3-5mm的瞳孔大小在大于或等于绿光中的50周期/毫米的空间频率能够具有至少0.5的MTF。另外，以斜角入射的光聚焦在远离中央凹的周边视网膜的位置，以便产生具有充分图像质量的功能周边图像。光能够从垂直视场或水平视场倾斜地入射。例如，本文所公开透镜的实现能够配置成聚焦以相对眼睛的光轴的大约5度与大约30度之间、相对眼睛的光轴的大约10度与大约25度之间、相对眼睛的光轴的大约15度与大约20度之间或者其之间在远离中央凹的周边视网膜上的位置的斜角入射的光。另外，本文所述的透镜还能够配置成适应响应由囊袋和/或睫状肌所施加的眼力而将位于不同距离的对象聚焦到视网膜上(例如在视网膜和/或中央凹的周边的位置)。上述透镜的第一或第二表面的部分能够是环面的，以便提供角膜散光校正。上述透镜的第一或第二表面能够包括衍射特征，以提供更大景深。上述透镜的第一或第二表面能够包括额外孔径，以便进一步增强周边图像质量。上述透镜的第一或第二表面能够包括不对称部分，以便有选择地改进视觉场的部分。例如，如上所述，上述透镜的第一或第二表面能够包括环面组件，其沿与使用共同负柱面符号惯例的90度的轴对应的垂直轴具有比与使用共同负柱面符号惯例的180度的轴对应的水平轴具有更高光焦度。这种透镜能够改进水平视场中的图像质量，这对患者能够是有益的，因为大多数相关视觉任务在水平视场中执行。上述各种透镜设计能够实现为现有IOL的附件透镜，以改进现有IOL的周边图像质量。
上述透镜的实现能够配置成校正产生于在周边视网膜的位置所形成的图像中的光的斜入射的低阶误差(例如球面和柱面)、高阶像差(例如彗差、三叶形)或两者。本公开所述透镜的各种表面的几何结构、本公开所述透镜的厚度、本公开所述透镜的各个实现的放置以及其他参数能够配置成使得透镜能够以充分视觉对比度将与光轴平行入射的光聚焦在中央凹，以及以充分视觉对比度将在以多个斜角(例如相对眼睛的光轴的大约-25度与大约+25度之间)入射的光聚焦在与中央凹间隔开的周边视网膜上的某个位置周围的区域中。上述各种透镜设计能够实现为附件透镜，以便通过降低配备有市场上当前可用的标准眼内透镜的患者的周边位置的一个或多个光学像差来改进周边位置的图像质量。
将IOL设计成补偿周边像差的示例方法
将IOL设计成补偿周边像差的示例方法在图41中示出。方法3000包括如框3005所示得到患者的眼测量。眼测量能够使用COAS和眼科实践中当前可用的任何生物计来得到。眼测量能够包括得到眼睛的轴向长度、角膜焦度和实现正视眼的球面焦度。眼测量能够包括得到作为视觉场角的函数的周边散光、水平彗差和球面光焦度的变化。
方法3000配置成如框3025所示来确定包括多个光学特征的IOL设计，其补偿周边散光、水平彗差和周边散焦。多个光学特征能够包括一个或多个光学元件(例如聚焦元件、衍射元件)、凹槽、体积或表面衍射特征等。在各个实施例中，多个光学特征能够包括变化折射率的区域和/或具有变化曲率的区域。在各个实施例中，多个光学特征的部分能够规则地排列以形成图案。在各个实施例中，多个光学特征的部分能够按照随机方式排列。多个光学特征能够包括或基于如框3010所示配置成补偿周边散光的光学特征的第一集合、如框3015所示配置成补偿水平彗差的光学特征的第二集合以及如框3020所示配置成补偿周边散焦的光学特征的第三集合。
如上所述，周边散光与患者的生物计量输入无关。相应地，产生校正周边散光的光焦度分布的光学特征的第一集合的确定能够与患者的生物计量输入无关。在各个实施例中，如与在大约-10度与大约+10度之间的视觉场角的中心区域所提供的柱面焦度相比，光学特征的第一集合的布置能够在具有大于大约10度的绝对值的视觉场角提供周边区域中更大的柱面焦度。在各个实施例中，光学特征的第一集合的布置能够提供从中心区域到周边区域连续增加的柱面焦度，使得在大多数或全部视觉场角补偿周边散光。这个变化在不同实施例中能够是非线性的。例如，在各个实施例中，产生于光学特征的第一集合的布置的柱面焦度能够从中心区域到周边区域二次地增加。在一些实施例中，光学特征的第一集合的布置能够提供补偿仅在某些特定视觉场角(例如±15度、±20度、±25度、±30度)的周边散光的附加柱面焦度。
如上所述，水平彗差与患者的生物计量输入无关。相应地，产生校正水平彗差的光焦度分布的光学特征的第二集合的确定能够与患者的生物计量输入无关。在各个实施例中，通过光学特征的第二集合的布置所提供的水平彗差量能够从在大约-40度的视觉场角的正值线性减少到在大约+40度的视觉场角的负值。在各个实施例中，光学特征的第二集合的布置能够提供从颞周边区域到鼻颞区域连续改变(例如对右眼增加而对左眼减少)的水平彗差值，使得在大多数或全部视觉场角补偿水平彗差。备选地，在一些实施例中，IOL能够配置成仅补偿在某些特定视觉场角(例如±15度、±20度、±25度、±30度)的水平彗差。
如上所述，周边散焦与患者的生物计量(例如轴向长度和角膜焦度)相关。由于这些参数还用来计算IOL的球面焦度，所以配置成校正周边散焦的IOL还取决于中央凹屈光状态或IOL球面焦度，以实现正视眼。在配置成补偿正视眼或者具有低近视量的患者中的周边散焦的IOL的各个实施例中，光学特征的第三集合的布置如与中心区域相比能够在周边区域中提供更大的光学散焦量。在配置成补偿具有中等至高近视量的患者中的周边散焦的IOL的各个实施例中，光学特征的第三集合的布置如与中心区域相比能够在周边区域中提供更小的光学散焦量。在各个实施例中，光学特征的第三集合的布置能够产生关于中心区域是对称的光焦度分布。在各个实施例中，光学特征的第三集合的布置能够产生与偏心率是非线性的光焦度分布。在各个实施例中，光学特征的第三集合的布置能够产生从中心区域到周边区域连续改变的光学焦度分布，使得在大多数或全部视觉场角补偿散焦。备选地，在一些实施例中，IOL光学特征的第三集合的布置能够配置成仅补偿在某些特定视觉场角(例如±15度、±20度、±25度、±30度)的散焦。方法3000所示的各种操作能够依次或同时执行。在各个实施例中，光学特征的第一、第二和第三集合能够设置在具有基本光焦度的IOL上。在各个实施例中，能够考虑周边散光、周边散焦和水平彗差相对视场的同时变化来设计IOL。在各个实施例中，方法3000能够是迭代的，其中在框3010、3015、3020和3025的操作能够重复若干次，以得到校正周边误差(例如周边散光、水平彗差和周边散焦)的优化IOL焦度分布。
参照图42，在某些实施例中，用于优化周边视觉的方法200包括确定眼睛100的一个或多个物理和/或光学性质(包括视网膜功能性的地理地图和/或视网膜形状)的元素205。
方法200还包括设计或确定适合于优化视觉锐度(包括周边视觉锐度)的眼内透镜100的类型的元素210。透镜的设计可具有本文详述的任一种以及本领域的技术人员显而易见的修改和备选构造。
方法200还包括计算眼外科手术之后的眼内透镜100或光学器件102的期望位置。
参照图43，在某些实施例中，用于改进或优化周边视觉的计算机系统300包括处理器302以及耦合到处理器302的计算机可读存储器304。计算机可读存储器304中存储了有序值阵列308和指令序列310，其在由处理器302运行时使处理器302执行某些功能或运行某些模块。例如，能够运行模块，其配置成计算眼睛中的术后透镜位置和/或用于选择眼科透镜或者其光焦度。作为另一个示例，能够运行模块，其配置成执行如分别参照图17、图22、图31、图41和图42所述的方法1700、2200、3100、3000或200中的步骤的一个或多个。作为另一个示例，能够运行模块，其配置成经过通过使用本文所述的光阑移位方程评估光阑和透镜的相对位置中的移位之后的像差来确定改进或最佳IOL设计。作为另一个示例，能够运行模块，其配置成确定用于改进周边对比敏感度的双眼IOL性质。作为另一个示例，能够运行模块，其配置成确定被提供以沿水平方向增加对比敏感度的光学校正，其能够包括用于散光和其他球面和/或非球面像差的校正。
有序值阵列308可包括例如来自数据库的一个或多个眼睛的一个或多个眼尺寸、期望屈光结果、基于至少一个眼睛的一个或多个特性的眼睛模型的参数以及与IOL或者IOL的集合相关的数据(例如焦度、非球面概图和/或透镜平面)。在一些实施例中，指令序列310包括确定IOL的位置，执行一个或多个计算以基于眼睛模型和射线跟踪算法来确定预测屈光结果，将预测屈光结果与预期屈光结果进行比较，并且基于该比较对具有不同焦度、不同设计和/或不同IOL位置中的至少一个的IOL重复进行计算。
计算机系统300可以是通用台式或膝上型计算机，或者可包括专门配置成执行预期计算的硬件。在一些实施例中，计算机系统300配置成电子耦合到另一个装置、例如晶状体乳化控制台或者一个或多个仪器以用于得到一个或多个眼睛的测量。在其他实施例中，计算机系统300是手持装置，其可适合电子耦合到刚才所列装置其中之一。在又一些实施例中，计算机系统300是屈光规划器或者作为其部分，其配置成基于眼睛的物理、结构和/或几何特性并且基于患者的其他特性或患者历史(例如患者年龄、医疗历史、眼科手术历史、生活偏好等)来提供一个或多个适当眼内透镜供植入。
一般来说，系统300的指令将包括方法200、1700、2200、3000、3100的元素和/或用于执行上述方程(例如光阑移位方程)或度量的一个或多个的计算的参数和例程。
在某些实施例中，系统300包括晶状体乳化系统、激光治疗系统、光学诊断仪器(例如自动屈光计、像差计和/或角膜地形图仪等)或者作为其部分。例如，计算机可读存储器304还可包含用于控制晶状体乳化系统或类似外科系统的机头的指令。作为补充或替代，计算机可读存储器304还可包含用于控制或者与自动屈光计、像差计、断层扫描仪和/或地形图仪等交换数据的指令。
在一些实施例中，系统300包括屈光规划器或者作为其部分。屈光规划器可以是用于基于诸如患者年龄、家族历史、视觉偏好(例如近、中间、远视觉)、活动类型/水平、以往外科手术之类的参数来确定受检者的一个或多个治疗选项的系统。
结论
以上在使有关领域的技术人员能够制作和使用本文所述概念的全面、清楚、简明和准确方面提供预期执行本文所公开概念的最佳模式以及制作和使用它的描述。但是，本文所公开的系统、方法和装置可受到来自以上所述的完全等效的修改和备选构造。因此，不是意在将本公开的范围限制到所公开的具体实施例。相反，意在涵盖落入如以下权利要求书一般表达的本公开的精神和范围之内的修改和备选构造，权利要求书具体指出和明确要求保护本文所述实现的主题。
虽然通过示例形式以某种程度的特殊性描述和示出实施例，但是应当理解，本公开作为举例进行，并且可进行构造的细节以及部件和步骤的组合和布置，而没有背离如以下权利要求书所述的本公开的精神和范围。
如本文所使用的术语“处理器”广义地表示任何适当装置、逻辑块、模块、电路或者用于运行指令的元件的组合。例如，处理器302能够包括任何常规通用单芯片或多芯片微处理器，例如处理器、处理器、处理器、处理器、ARM处理器或者处理器。另外，处理器302能够包括任何常规专用微处理器、例如数字信号处理器。结合本文所公开实施例所述的各种说明性逻辑块、模块和电路能够采用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑装置、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或者设计成执行本文所述功能的它们的任何组合来实现或执行。处理器302能够实现为计算装置的组合，例如DSP和微处理器、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器或者任何其他这种配置的组合。
计算机可读存储器304能够表示允许信息、通常为计算机或数字数据被存储和检索的电子电路。计算机可读存储器304能够表示外部装置或系统，例如磁盘驱动器或固态驱动器。计算机可读存储器304还能够表示快速半导体存储(芯片)，例如随机存取存储器(RAM)或者各种形式的只读存储器(ROM)，其直接连接到通信总线或处理器302。其他类型的存储器包括磁泡存储器和核心存储器。计算机可读存储器304能够是配置成在非暂时介质中存储信息的物理硬件。
本文所述的方法和过程可通过一个或多个通用和/或专用计算机所运行的软件代码模块来体现或者经由其部分或完全自动化。词语“模块”能够表示通过硬件和/或固件所体现的逻辑，或者表示软件指令的集合，其可能具有入口和出口点，通过编程语言、例如C或C++所编写。软件模块可经过编译并且链接到可执行程序，安装在动态链接库中，或者可通过例如BASIC、Perl或Python等的解释编程语言来编写。将会理解，软件模块可以是从其他模块或者从其本身可调用的，和/或可响应检测事件或中断而被调用。软件指令可通过固件(例如可擦可编程只读存储器(EPROM))来体现。还将会理解，硬件模块可包括诸如门电路和触发器之类的连接逻辑单元，和/或可包括诸如可编程门阵列、专用集成电路和/或处理器之类的可编程单元。本文所述的模块能够实现为软件模块，但是也可通过硬件和/或固件来表示。此外，虽然在一些实施例中，模块可单独编译，但是在其他实施例中，模块可表示单独编译程序的指令的子集，并且可能没有其他逻辑程序单元可用的接口。
在某些实施例中，代码模块可在任何类型的计算机可读介质或另一计算机存储装置中实现和/或存储。在一些系统中，输入到系统的数据(和/或元数据)、由系统所生成的数据和/或由系统所使用的数据能够存储在任何类型的计算机数据库、例如关系数据库和/或平面文件系统中。本文所述系统、方法和过程的任一个可包括配置成准许与用户、操作员、其他系统、组件、程序等进行交互的接口。

Claims (21)

1.一种眼内透镜，配置成改进患者眼睛的视觉，所述眼内透镜包括：
光学器件(102)，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面和所述第二表面通过光轴(OA)相交，所述光学器件(102)关于所述光轴(OA)是对称的，其中所述光学器件(102)的所述第一或所述第二表面是非球面的，
其中所述光学器件(102)配置成将沿与所述光轴(OA)平行的方向入射的光聚焦在中央凹，以产生功能中央凹图像，
所述光学器件(102)配置成将以相对所述光轴(OA)的斜角入射在患者眼睛上的光聚焦在设置于离所述中央凹某个距离的周边视网膜位置，所述周边视网膜位置具有1与30度之间的偏心率，
其中通过降低所述周边视网膜位置的至少一个光学像差来改进所述周边视网膜位置的图像质量，以及
其中所述光学器件(102)的水平彗差随视觉场角线性改变。
2.如权利要求1所述的眼内透镜，其中，所述斜角在1度与30度之间。
3.如权利要求1所述的眼内透镜，其中，所述中央凹图像对于3-5mm之间的瞳孔大小对于绿光中的切线和矢形焦点在100周期/毫米的空间频率具有至少0.5的调制传递函数。
4.如权利要求1所述的眼内透镜，其中，在所述周边视网膜位置所形成的图像具有至少0.5的质量因数，其中所述质量因数是以在1与30度之间的不同偏心率所得到的0周期/毫米与30周期/毫米之间的空间频率范围的平均调制传递函数。
5.如权利要求1所述的眼内透镜，其中，所述至少一个光学像差从由散焦、周边散光和彗 差所组成的组中选取。
6.如权利要求1所述的眼内透镜，其中，所述第一或所述第二表面包括多个光学特征，其配置成降低所述至少一个光学像差。
7.如权利要求1所述的眼内透镜，其中，所述光学器件(102)是具有从所述光学器件(102)的边缘向内弯曲的顶点的凹凸透镜。
8.如权利要求1所述的眼内透镜，其中，所述光学器件(102)具有0.3mm与2.0mm之间的厚度。
9.如权利要求1所述的眼内透镜，还包括与所述光学器件分隔某个距离的第二光学器件。
10.如权利要求9所述的眼内透镜，其中，所述光学器件与所述第二光学器件之间的所述距离是固定的。
11.如权利要求9所述的眼内透镜，其中，所述光学器件与所述第二光学器件之间的所述距离配置成通过施加眼力来改变。
12.如权利要求9所述的眼内透镜，其中，所述光学器件配置成设置在所述患者眼睛的囊袋(20)中，以及所述第二光学器件配置成设置在所述患者眼睛的虹膜(26)与囊袋(20)之间。
13.如权利要求9所述的眼内透镜，其中，所述光学器件和所述第二光学器件均配置成设置在所述患者眼睛的囊袋(20)中。
14.如权利要求1所述的眼内透镜，其中，所述光学器件(102)配置成通过调整降低所述至少一个光学像差的所述光学器件(102)的形状因数来改进所述周边视网膜位置的图像质量。
15.如权利要求14所述的眼内透镜，其中，所述光学器件(102)的所述形状因数通过调整所述光学器件(102)的参数来调整，所述参数从由所述第一或所述第二表面的曲率、所述光学器件(102)相对所述视网膜的轴向位置以及所述光学器件(102)的厚度所组成的组中选取。
16.一种选择配置成被植入患者眼睛中的眼内透镜的方法，所述方法包括：
使用诊断仪器来得到所述患者眼睛的至少一个物理特性；以及
选择具有形状因数的眼内透镜(100)，其配置成将沿与光轴(OA) 平行的方向入射的光聚焦在中央凹以产生功能中央凹图像，并且配置成通过降低周边视网膜位置的至少一个光学像差来改进设置在离所述中央凹某个距离的周边视网膜位置的图像质量，所述周边视网膜位置具有1与30度之间的偏心率，其中所述眼内透镜(100)的所述形状因数基于所述患者眼睛的所述至少一个物理特性来选择，以及
其中所述眼内透镜的水平彗差随视觉场角线性改变。
17.如权利要求16所述的方法：
其中所述眼内透镜(100)的所述形状因数通过调整所述眼内透镜的参数来调整，所述参数从由所述眼内透镜的第一或第二表面的曲率、所述眼内透镜相对所述周边视网膜的轴向位置以及所述眼内透镜的厚度所组成的组中选取。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述眼内透镜(100)的至少一个表面是非球面的。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述中央凹图像对于3-5mm之间的瞳孔大小对于绿光中的切线和矢形焦点在100周期/毫米的空间频率具有至少0.5的调制传递函数。
20.如权利要求16所述的方法，其中，在所述周边视网膜位置所形成的图像具有至少0.5的质量因数，其中所述质量因数是以在1与30度之间的不同偏心率所得到的0周期/毫米与30周期/毫米之间的空间频率范围的平均调制传递函数。
21.如权利要求16所述的方法，其中所述物理特性是光学特性。
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