CN107468377B - 一种用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体 - Google Patents

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    • A61F2/1602—Corrective lenses for use in addition to the natural lenses of the eyes or for pseudo-phakic eyes

Abstract

本发明涉及一种用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体，包括光学部前表面(1)和后表面(2)。用于替代老视人眼的自然晶状体，使老年人获得类似于年轻人的连续清晰视物范围。该人工晶体采用了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料，前后表面为轴向对称的偶次非球面，光学部直径为5.2mm，中心厚度为0.604mm，具有大焦深的性能。所设计的人工晶体植入眼模型后，可以对0.35m到光学无穷远的连续物距范围清晰成像，且其成像性能在2.25mm～5mm的瞳孔变化范围内保持稳定。

Description

一种用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体
技术领域
本发明属于视觉矫正技术领域，具体涉及一种具有大焦深性能的非球面人工晶体，能为人眼提供从远距离到近距离的连续清晰视力。
技术背景
人眼的调节能力随着年龄的增长约以每年0.2D的幅度线性下降，大多数人会在40岁左右出现不能将附近物体聚焦的现象，50岁时人眼的调节能力通常不足1D。目前老视眼是眼科最为普遍的问题之一，逐渐成为屈光不正治疗的下一个挑战。大焦深人工晶体的设计，可以让老视患者摆脱框架眼镜和隐形眼镜，同时提高术后视觉质量，解决当前老视矫正最迫切的问题，具有潜在的应用价值和广阔的市场前景。
现今临床矫正老视的方法正在由传统的单焦点、双焦点、多焦点人工晶体向大焦深人工晶体过渡。多焦点人工晶体的设计克服了单焦点和双焦点人工晶体的缺点，使得远距离、近距离以及中间距离的视力得到同时矫正，但由于多焦点人工晶体基于同时视觉原理，不同距离的物体重叠聚焦到视网膜上，离焦像的存在可能会降低清晰像的对比度，同时出现眩光和光晕的现象。大焦深人工晶体的设计旨在扩展焦深的同时避免眩光和光晕，实现连续范围内清晰成像。AMO公司最新推出的Symfony大焦深人工晶体(SymfonyIOL)，目前已在50个国家推广使用，该人工晶体在扩大焦深的同时解决了色差的问题，近距离的矫正效果介于单焦点人工晶体和多焦点人工晶体之间，夜视矫正质量以及产生的眩光和光晕可与单焦点人工晶体相媲美，但调节范围只有1.5D。有研究也已经将各类大焦深元件用于老视眼的矫正，光剑元件的屈光度随着旋转角度的改变发生渐变，具有连续范围的视力矫正能力,但尚未用于人工晶体的设计；基于人眼剩余调节力的大焦深人工晶体(专利CN104849782A)，通过曲率半径的连续变化，现实了连续范围的清晰成像，但该人工晶体的性能受限于瞳孔的变化；大焦深非球面衍射型人工晶体(专利CN106491244A)，间视觉下具有对应于5m-0.6m物距的连续焦深，明视觉下具有对应于5m-1m物距的连续焦深，但焦深范围没有扩展到近距离且视觉质量有待提高。
上述人工晶体存在的主要问题是，提供的视觉矫正范围不连续或者不够大，矫正效果依赖于人眼的剩余调节力，成像性能受瞳孔变化的影响较大。为了提高人工晶体的光学性能，扩大其适用范围，能够实现从远距离到近距离连续清晰成像，且像质不受瞳孔变化影响的大焦深人工晶体的设计十分重要。
发明内容
本发明旨在克服现有人工晶体的上述不足，提供了一种用于老视矫正的大焦深非球面人工晶体，可提高植入人工晶体眼的光学性能，改善患者术后视觉质量。
本发明提出的大焦深非球面人工晶体，光学部件包括前表面和后表面，能够实现从近距离(0.35m)到远距离(光学无穷远)的连续清晰成像，且像质在2.25mm～5mm的瞳孔变化范围内保持稳定。
本发明所述人工晶体的大焦深性能，由光学部件的前表面和后表面所提供，前、后表面的面型均为偶次非球面，该面型可表述为：
其中，c为非球面顶点处的曲率，r为非球面上任一点到光轴的径向距离，k为二次曲面系数，a1～a8依次为从2阶到16阶的偶次非球面系数。
此发明光学部件的前后表面均使用了4个非球面系数，所述前表面的非球面系数为：a2＝-7.397E-003、a3＝6.5229E-004、a4＝-1.202E-004、a5＝4.5766E-006。
所述后表面的非球面系数为：a2＝-0.01664081、a3＝2.2550E-003、a4＝-2.121E-004、a5＝3.1664E-006。
所述大焦深非球面人工晶体的基本参数为：前表面的曲率半径为2.843283468mm，二次曲面系数为-66.5076693；后表面的曲率半径为-1.134E-040mm，二次曲面系数为-5.933E+005。人工晶体的中心厚度为0.604mm，边缘厚度为0.177mm。
本发明的优点和有益效果
本发明通过对非球面面型参数的优化，获得了具有大焦深性能的人工晶体。该发明具有以下功能及优点：
第一，人工晶体的表面采用非球面面型，减少了人工晶体眼球差，可减小术后炫光，提高清晰像的对比度。
第二，此非球面人工晶体实现了从近距离(0.35m)到远距离(光学无穷远)的连续清晰成像,展现出了优异的大焦深性能。
第三，无论在明视觉还是间视觉环境下，物距在0.35m到光学无穷远的范围内变化时，植入此人工晶体的眼模型，空间频率在50c/mm处的MTF值均高于0.2，成像质量优异。
第四，成像质量在2.25mm～5mm的瞳孔变化范围内基本保持稳定。
第五，此人工晶体光学部的直径为5.2mm，满足实际人眼的需求。
附图说明
图1是大焦深非球面人工晶体的侧视图。(1为前表面，2为后表面)
图2是人工晶体的屈光度分布曲线。
图3是明视觉环境下，植入此人工晶体眼模型在不同物距下的MTF曲线。
图4是间视觉环境下，植入此人工晶体眼模型在不同物距下的MTF曲线。
图5是瞳孔大小变化时，植入此人工晶体眼模型在不同物距下50c/mm处的MTF曲线。
图6是明视觉环境下，像面上焦点位置移动时的MTF曲线。
图7是间视觉环境下，像面上焦点位置移动时的MTF曲线。
具体的实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提出的用于老视矫正的大焦深非球面人工晶体的具体内容做进一步说明。
实施例1
如图1所示，大焦深非球面人工晶体的侧视图，此人工晶体包括光学部前表面1和后表面2。光学部的直径为5.2mm，中心厚度为0.604mm，边缘厚度为0.177mm，屈光度随着口径大小的分布如图2所示。人工晶体整体是轴向对称的，所述光学部前、后表面均为偶次非球面。
通过对面型参数的优化，最终设计了具有大焦深(对应于0.35m到光学无穷远的物距范围)性能的非球面人工晶体，选用的材料是PMMA，折射率为1.494，阿贝数为51.27，人工晶体前、后表面的面型可表述为：
其中，c为非球面顶点处的曲率，r为非球面上任一点到光轴的径向距离，k为二次曲面系数，a1～a8依次为从2阶到16阶的非球面系数。此发明的每个表面共使用了4个非球面系数，前表面的非球面系数依次为：a2＝-7.397E-003、a3＝6.5229E-004、a4＝-1.202E-004、a5＝4.5766E-006；后表面的非球面系数依次为：a2＝-0.01664081、a3＝2.2550E-003、a4＝-2.121E-004、a5＝3.1664E-006。大焦深非球面人工晶体的基本参数为：中心厚度为0.603796369mm，边缘厚度为0.177mm；前表面的曲率半径为2.843283468mm，二次曲面系数为-66.5076693；后表面的曲率半径为-1.134E-040mm，二次曲面系数为-5.933E+005。
进一步研究并分析了植入该大焦深非球面人工晶体的眼模型的性能，如下：
1.如图3所示，明视觉(3mm瞳孔)环境下，物距在0.35m到光学无穷远的范围内变化时，50c/mm处的MTF值均高于0.38，其中0.4m～5m的物距范围对应的MTF值均高于0.5；在整个物距变化的范围内，100c/mm处MTF值均高于0.09。
2.如图4所示，间视觉(4.5mm瞳孔)环境下，物距在0.35m到光学无穷远的范围内变化时，50c/mm处的MTF值均高于0.2，其中1m处的MTF值达到了0.5；在整个物距的变化范围内，100c/mm处的MTF值均高于0.1。
3.如图5所示，随机选取了0.35m到光学无穷远的六个物距，得到了空间频率50c/mm处的MTF值随瞳孔大小(2.25mm～5mm)变化的曲线，由图可知，MTF值随着瞳孔大小的变化较为平缓，表明成像质量在2.25mm～5mm瞳孔变化范围内保持稳定。
4.如图6所示，当物距为0.65m时，在3mm瞳孔下，焦点距像面前后移动1mm的范围内，各个空间频率处的MTF值变化平缓；空间频率为80c/mm时，MTF值在2mm的焦深范围内均大于0.2,表明了此人工晶体具有较好的扩展焦深能力。
5.如图7所示，当物距为0.5m时，在4.5mm瞳孔下，焦点距像面前后移动1mm的范围内，各个空间频率处的MTF值变化幅度较小且均大于0.2，表明此人工晶体无论在明视觉还是间视觉环境下均展现了优异的扩展焦深能力。
综上，植入人工晶体的人眼模型，在0.35m到光学无穷远的范围内，均获得了良好的光学性能，且其成像性能基本不受瞳孔变化的影响，表明此款大焦深非球面人工晶体具有优异的大焦深性能。

Claims (7)

1.一种用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体，人工晶体的光学部件采用聚甲基丙烯酸甲酯材料，包括前表面(1)和后表面(2)，其特征在于所述光学部件的前表面(1)和后表面(2)均为偶次非球面，通过对面型参数的优化，实现了从0.35m到光学无穷远的连续范围内的视力矫正；
大焦深非球面人工晶体的基本参数：前表面的曲率半径为2.843283468mm，二次曲面系数为-66.5076693；后表面的曲率半径为-1.134E-040mm，二次曲面系数为-5.933E+005；人工晶体的中心厚度介于0.4mm～0.7mm之间，边缘厚度为0.177mm。
2.根据权利要求1所述的用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体，其特征在于：前表面和后表面的面型均为偶次非球面，该面型可表述为：
其中，c为非球面顶点处的曲率，r为非球面上任一点到光轴的径向距离，k为二次曲面系数，a1～a8为各阶非球面系数。
3.根据权利要求1或2所述的用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体，其特征在于：人工晶体前表面的非球面系数为：a2＝-7.397E-003、a3＝6.5229E-004、a4＝-1.202E-004、a5＝4.5766E-006。
4.根据权利要求1或2所述的用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体，其特征在于：人工晶体后表面的非球面系数为：a2＝-0.01664081、a3＝2.2550E-003、a4＝-2.121E-004、a5＝3.1664E-006。
5.根据权利要求1所述的用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体，其特征在于：人工晶体的中心厚度为0.604mm。
6.根据权利要求1或2所述的用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体，其特征在于：人工晶体光学部直径为5.2mm。
7.根据权利要求1或2所述的用于矫正老视眼的大焦深非球面人工晶体，其特征在于：在2.25mm～5mm的瞳孔变化范围内，人工晶体的光学性能保持稳定，从而保证了适用于老视患者的广泛性。
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