CN110123488A - 人工晶状体屈光度校验镜片及定值方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人工晶状体屈光度校验镜片及定值方法，属于测试计量技术及仪器领域。本发明通过设计具有不同屈光度的负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片，并制定合理的定值方法，不仅可以在空气中实现人工晶状体屈光度测量仪器的检验，而且还可以在溶液中实现测量仪器的屈光度检验。本发明通过对负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的材料折射率、前表面曲率半径、后表面曲率半径、中心厚度和人眼内环境介质折射率等参数的设计和严格控制与测量，可以实现人工晶状体屈光度测量仪器的示值检验，保证仪器给出的测量结果准确可靠。同时，具有结构简单、操作方便、适用范围广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工晶状体屈光度校验镜片及定值方法，属于测试计量技术及仪器领域。
背景技术
人的眼球近似为球形，包括眼球壁和眼内容物两大部分。眼内容物又由房水、晶状体和玻璃体组成，三者构成眼的屈光介质，与角膜一起组成眼球的屈光系统。晶状体作为重要的屈光介质之一，起到使物体清晰地成像在视网膜上的作用。当晶状体由于各种原因发生混浊时，就成为我们常说的“白内障”。临床医学表明，“白内障”是致盲的首要病因。目前，治愈白内障唯一有效的方法是通过手术摘除混浊的晶状体，然后植入人工晶状体(Intraocular lens,缩写IOL)。IOL植入术在发达国家早已普遍采用，近十年来在我国也有了迅猛发展，不仅广泛应用于白内障的治疗，而且也应用于屈光矫正治疗高度近视、远视和散光等。随着IOL植入手术设备和技术的不断发展，患者对术后视功能恢复的要求也越来越高，而术后能否获得良好的视力及满意度，除了与术前计算、选择IOL的类型有关之外，更重要的是植入的IOL质量要好。评价IOL质量好坏的性能参数有很多，光学性能是主要指标，而屈光度又是评价IOL光学性能的重要参数，准确与否直接关系到患者术后的视力矫正和恢复效果。由于人工晶状体领域，没有建立统一的屈光度计量标准，也没有统一的校准方法可以依据，导致人工晶状体的屈光度数无法准确计量，产品的计量监督和质量控制缺乏有效手段。在临床应用上，各大医院也只能通过临床效果来评价人工晶状体的质量，如果患者对植入人工晶状体后的视力恢复不满意，没有达到预期的矫正效果或出现并发症，则需要重新进行手术，这无疑给患者带来巨大的痛苦。
在生产领域，人工晶状体设计加工完成之后，需要用屈光度测量仪器对其进行测量给出屈光度值。临床医生将根据人工晶状体产品标签上的屈光度值，结合术前计算的屈光度来选择合适的人工晶状体，因此人工晶状体的屈光度值准确与否非常重要。随着人工晶状体测量技术的发展，人工晶状体屈光度测量仪器的种类繁多，原理各异，质量良莠不齐，不同仪器给出的测量结果之间缺乏可比性。因此，要保证人工晶状体屈光度的准确，前提是人工晶状体屈光度测量仪器必须准确、可靠，而这就需要设计研制相应的人工晶状体屈光度校验镜片，并准确定值，来解决上述仪器的计量检测和校准，从而保证仪器可靠、有效，最终达到保护消费者视力健康的目的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有测量仪器无法校验，导致对人工晶状体的屈光度检测不准确的问题,提供一种人工晶状体屈光度校验镜片及定值方法，该校验镜片可实现空气中以及溶液中的不同人工晶状体屈光度测量仪器的检验。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种人工晶状体屈光度校验镜片，所述校验镜片为圆形透镜，前表面为曲率半径不同的球面，后表面均为平面；所述校验镜片包括负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片；该校验镜片结构从实际出发且能够按照定值方法的要求准确复现。
所述的屈光度校验镜片的屈光度范围为-30D到+40D，可根据实际需要截取任意区间并进行任意布点，可根据定值方法确定任意屈光度校验镜片的设计。
所述的负屈光度校验镜片，包括-5D和-10D两片，前表面曲率半径不同，后表面均为平面，中心厚度相同；
所述的正屈光度校验镜片，包括+5D、+10D、+15D、+20D、+25D和+30D六片，前表面曲率半径不同，后表面均为平面，中心厚度不同。
前表面曲率半径不同所以校验镜片具有不同屈光度。
一种人工晶状体屈光度校验镜片的定值方法：在模拟人眼内环境下，屈光度为测得的校验镜片等效近轴焦距的倒数；所述的模拟人眼内环境，温度为35℃，介质折射率为1.336；所述的等效近轴焦距，为人眼内环境介质折射率除以近轴焦距；所述的近轴焦距为人眼内环境下校验镜片后主面到近轴焦点之间的距离，通过测量校验镜片的曲率半径、中心厚度和材料折射率、人眼内环境介质折射率，利用物像位置关系公式，采用光线追击法计算得到模拟人眼内环境下的屈光度实际值。
所述的校验镜片的曲率半径、中心厚度和材料折射率、人眼内环境介质折射率测量量值均可有效溯源至长度和折射率计量标准；屈光度定值所使用的光源波长为546.07nm，测量孔径为3mm。
所述负屈光度校验镜片为凹平透镜，外形为圆形，前表面为凹球面，后表面为平面；所述正屈光度校验镜片为凸平透镜，外形为圆形，前表面为凸球面，后表面为平面。
所述校验镜片的外径范围6mm～10mm。
所述的负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的材料为无色光学玻璃。
所述的负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的前表面、后表面均精细抛光。
所述的负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片既能在空气中应用，也能在溶液中应用，以满足不同人工晶状体屈光度测量仪器的检验。
有益效果
1、本发明的一种人工晶状体屈光度校验镜片及定值方法，通过设计具有不同屈光度的负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片，并制定合理的定值方法，不仅可以在空气中实现人工晶状体屈光度测量仪器的检验，而且还可以在溶液中实现测量仪器的屈光度检验。
2、本发明的一种人工晶状体屈光度校验镜片及定值方法，通过对负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的材料折射率、前表面曲率半径、后表面曲率半径、中心厚度和人眼内环境介质折射率等参数的设计和严格控制与测量，可以实现人工晶状体屈光度测量仪器在-10D、-5D、+5D、+10D、+15D、+20D、+25D和+30D的示值检验，保证仪器给出的测量结果准确可靠。同时，人工晶状体屈光度校验镜片的屈光度量值根据定值方法和原则，可以实现定期复现，保证精度。具有结构简单、操作方便、适用范围广的优点。
附图说明
图1为本发明的负屈光度校验镜片的示意图；
图2为本发明的正屈光度校验镜片的示意图；
图3为本发明的人工晶状体屈光度校验镜片的设计及定值方法的示意图。
其中，1-负屈光度校验镜片、2-正屈光度校验镜片、3-前表面、4-后表面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种人工晶状体屈光度校验镜片及定值方法，包括具有不同屈光度的负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的设计，并给出定值方法；主要用于检验人工晶状体屈光度测量仪器的屈光度示值。
如图1、图2和图3所示，本发明提供一种人工晶状体屈光度校验镜片，包括负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片，如图1和图2所示。负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片为圆形透镜，前表面均为球面，后表面均为平面，前、后表面均精细抛光，材料为无色光学玻璃；
负屈光度校验镜片，设计为凹平透镜，外形为圆形，前表面为凹球面，后表面为平面；包括-5D和-10D两片，前表面曲率半径不同，后表面均为平面，中心厚度相同，结构形状模拟实际的负屈光度人工晶状体。
正屈光度校验镜片，设计为凸平透镜，外形为圆形，前表面为凸球面，后表面为平面；包括+5D、+10D、+15D、+20D、+25D和+30D六片，前表面曲率半径不同，后表面均为平面，中心厚度不同，结构形状模拟实际的正屈光度人工晶状体。
定值方法为：在模拟人眼内环境下，屈光度为测得的校验镜片等效近轴焦距的倒数；所述的模拟人眼内环境，温度为35℃，介质折射率为1.336；所述的等效近轴焦距，为人眼内环境介质折射率除以近轴焦距；所述的近轴焦距为人眼内环境下校验镜片后主面到近轴焦点之间的距离，通过测量校验镜片的曲率半径、中心厚度和材料折射率、人眼内环境介质折射率，利用物像位置关系公式，采用光线追击法计算得到屈光度的实际值。
所述的校验镜片的曲率半径、中心厚度和材料折射率、人眼内环境介质折射率测量量值均可有效溯源至长度和折射率计量标准；所使用的光源波长为546.07nm，测量孔径为3mm。
图1和图2是本发明的负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的示意图。负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片均为圆形透镜，前表面和后表面均精细抛光；为保持量值的稳定和每年量值的周期复现，材料选为无色冕牌光学玻璃。
图3是本发明的人工晶状体屈光度校验镜片的设计及定值方法示意图。在模拟人眼内环境下，通过对校验镜片的材料折射率、前/后表面曲率半径、中心厚度和模拟人眼内环境介质折射率的准确测量，利用光线追击法，计算得到校验镜片屈光度的实际值。同时，保证校验镜片的材料折射率、前/后表面曲率半径、中心厚度和模拟人眼内环境介质折射率测量量值可溯源至国家长度和折射率计量标准，并能定期复现。
为满足人工晶状体屈光度测量仪器在一定量程范围内的屈光度示值检验，需要设计具有不同屈光度的校验镜片。根据定值方法，可以推出负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的设计公式如下所示。可见，校验镜片的屈光度与镜片材料折射率、中心厚度、前表面曲率半径、后表面曲率半径和眼内环境介质折射率直接相关。
式中：D——校验镜片屈光度，单位D；
Rf——前表面曲率半径，单位m；
Rb——后表面曲率半径，单位m；
tc——中心厚度，单位m；
nIOL——校验镜片的材料折射率；
nmed——模拟人眼内环境的介质折射率；
人工晶状体要实现一定的屈光度数，可以设计成平凸/平凹、对称双凸/双凹、弯月以及凸平/凹平等多种结构形式。在设计校验镜片时，必须从实际出发来选择结构形式，同时要能按照定值方法的要求准确复现。影响人工晶状体屈光度的一个最重要的参量就是近轴焦距，而在实际测量中由于各项误差的影响是无法得到近轴焦距的，所测得的焦距实际上是后主面到最佳焦点之间的距离，因此可以看出要想使测得的焦距尽可能的接近于近轴焦距，就要尽量减少测量系统本身以及校验镜片的误差，而对于校验镜片来说，像差是影响近轴焦点位置判断的重要因素。另外，像差的大小也直接影响到成像质量，因此，在设计人工晶状体屈光度校验镜片时，应选择合理的设计结构，尽量减少像差的影响。为此，分别对不同类型结构设计的人工晶状体的像差进行了分析，在此以+20D和-10D人工晶状体为例进行说明，测量孔径为3mm，所以选择边缘光入射高度为1.5mm，球差计算数据见下表1。
表1不同结构人工晶状体的球差计算
可以看出，虽然人工晶状体的屈光度数一样，但由于设计结构不同引入的球差差别却很大，其中弯月型结构和平凸、平凹结构引入的球差明显增大，而凸平、凹平结构和对称双凸、对称双凹结构引入的球差则相对较小。以表1中的-10D人工晶状体为例，在空气中弯月结构的球差高达0.84mm，而凹平结构的球差仅为0.07mm，球差减少了约90％。根据理论分析可知凸平、凹平结构比对称双凸、对称双凹结构更理想，由于其中有一面是平面，不仅利于加工而且有利于保证精度。所以人工晶状体校验镜片的设计结构确定选用凸平和凹平的结构型式，即正屈光度校验镜片选用凸平结构，负屈光度校验镜片选用凹平结构。
负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的材料为无色冕牌光学玻璃，当材料确定之后，利用经过计量校准或检定的多波长阿贝折射仪以及恒温水浴装置，可以对校验镜片材料折射率在35℃下的人眼内环境进行精确测定，折射率测量误差为3×10-4。为满足人工晶状体屈光度测量仪器在-10D～+30D范围内的屈光度示值误差检验，设计的负屈光度校验镜片包括-5D和-10D两片凹平透镜，正屈光度校验镜片包括+5D、+10D、+15D、+20D、+25D和+30D六片凸平透镜，负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片为圆形透镜，结构形状尽可能模拟实际的人工晶状体，以模拟屈光度测量仪器测量人工晶状体的实际状态和条件；后表面曲率半径相同，均为平面，外径均为10mm(除+30D校验镜片外径为8mm之外)。根据公式可知，当校验镜片的材料折射率和后表面曲率半径一定时，可以通过改变校验镜片的前表面曲率半径和中心厚度两项参数，来实现不同的屈光度设计值。根据光学加工常用的样板曲率半径推荐值，负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的各项结构参数设计值如表2所示。
表2负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片设计值
负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的前表面均为球面，后表面均为平面，球面面形和平面面形加工基于干涉法原理严格控制，球面面形误差小于1.5个光圈，平面面形误差小于0.5个光圈，并精确测量计算出校验镜片的前表面曲率半径和后表面曲率半径；中心厚度通过高精度测厚仪进行测量，测量误差0.001mm；将校验镜片材料折射率、中心厚度、前表面曲率半径、后表面曲率半径和人眼内环境介质折射率的实测值带入上述公式，即可得到负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片的屈光度实际值。利用该方法对各项结构参数进行控制，得到的屈光度实际值的扩展不确定度为0.02D～0.06D(k＝2)，完全满足人工晶状体屈光度测量仪器的检验要求。
图1和图2给出了本发明的一种人工晶状体屈光度测量仪器的校准方法的实例。前面所述的负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片，放入仪器自带的专用夹具内，可以分别解决在空气中和溶液中对人工晶状体屈光度测量仪器在-10D～+30D范围内的屈光度检验。
具体工作过程如下：
当在溶液中对人工晶状体屈光度测量仪器进行屈光度示值误差检验时，分别使用负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片；首先选用-5D校验镜片，将其后表面(平面)朝下放入测量仪器的专用夹具内，专用夹具内充入符合要求的标准溶液，排出气泡，然后将放有-5D校验镜片的专用夹具放到仪器的测量光路中，在仪器测量软件内输入必要的测量参数，调整测量位置并选定测量区域，即可进行测量；将得到的测量值与-5D校验镜片的屈光度实际值进行比较，即可得到该仪器在该测量点上的屈光度示值误差；依照此方法，依次对-10D、+5D、+10D、+15D、+20D、+25D和+30D校验镜片进行测量，分别得到各点的屈光度示值误差；
当在空气中对人工晶状体屈光度测量仪器进行屈光度示值误差检验时，分别使用负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片；首先选用-5D校验镜片，将其后表面(平面)朝下放入测量仪器的专用夹具内，然后将放有-5D校验镜片的专用夹具放到仪器的测量光路中，在仪器测量软件内输入必要的测量参数，调整测量位置并选定测量区域，即可进行测量；将得到的测量值与-5D校验镜片的屈光度实际值进行比较，即可得到该仪器在该测量点上的屈光度示值误差；依照此方法，依次对-10D、+5D、+10D、+15D、+20D、+25D和+30D校验镜片进行测量，分别得到各点的屈光度示值误差。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.人工晶状体屈光度校验镜片，其特征在于：所述校验镜片为圆形透镜，前表面为曲率半径不同的球面，后表面均为平面；所述校验镜片包括负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片；该校验镜片结构从实际出发且能够按照定值方法的要求准确复现。
2.如权利要求1所述人工晶状体屈光度校验镜片定值的方法，其特征在于：在模拟人眼内环境下，屈光度为测得的校验镜片等效近轴焦距的倒数；所述的模拟人眼内环境，温度为35℃，介质折射率为1.336；所述的等效近轴焦距，为人眼内环境介质折射率除以近轴焦距；所述的近轴焦距为人眼内环境下校验镜片后主面到近轴焦点之间的距离，通过测量校验镜片的曲率半径、中心厚度和材料折射率、人眼内环境介质折射率，利用物像位置关系公式，采用光线追击法计算得到模拟人眼内环境下的屈光度实际值。
3.如权利要求1所述的人工晶状体屈光度校验镜片，其特征在于：所述的负屈光度校验镜片的中心厚度相同，所述的正屈光度校验镜片的中心厚度不同。
4.如权利要求1或3所述的人工晶状体屈光度校验镜片，其特征在于：所述的屈光度校验镜片的屈光度范围为-30D到+40D，根据实际需要截取任意区间并进行任意布点，可根据定值方法确定任意屈光度校验镜片的设计。
5.如权利要求4所述的人工晶状体屈光度校验镜片，其特征在于：所述的负屈光度校验镜片的屈光度范围包括-5D和-10D；所述的正屈光度校验镜片的屈光度范围包括+5D、+10D、+15D、+20D、+25D和+30D。
6.如权利要求2所述方法，其特征在于：所述屈光度的实际值通过下述公式计算得到：
式中：D——校验镜片屈光度，单位D；
Rf——前表面曲率半径，单位m；
Rb——后表面曲率半径，单位m；
tc——中心厚度，单位m；
nIOL——校验镜片的材料折射率；
nmed——模拟人眼内环境的介质折射率。
7.如权利要求1所述的人工晶状体屈光度校验镜片，其特征在于：所述的校验镜片的曲率半径、中心厚度和材料折射率、人眼内环境介质折射率测量量值均可有效溯源至长度和折射率计量标准；屈光度定值所使用的光源波长为546.07nm，测量孔径为3mm。
8.如权利要求1或3或5或7所述的人工晶状体屈光度校验镜片，其特征在于：所述校验镜片的外径范围6mm～10mm；所述校验镜片的材料为无色光学玻璃；所述校验镜片的前表面和后表面均精细抛光。
9.采用权利要求1或3或5或7所述的人工晶状体屈光度校验镜片在溶液中对人工晶状体屈光度测量仪器进行屈光度示值误差检验的方法，其特征在于：分别使用负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片；首先选用-5D校验镜片，将其后表面(平面)朝下放入测量仪器的专用夹具内，专用夹具内充入符合要求的标准溶液，排出气泡，然后将放有-5D校验镜片的专用夹具放到仪器的测量光路中，在仪器测量软件内输入必要的测量参数，调整测量位置并选定测量区域，即可进行测量；将得到的测量值与-5D校验镜片的屈光度实际值进行比较，即可得到该仪器在该测量点上的屈光度示值误差；依照此方法，依次对-10D～+30D范围内其他校验镜片进行测量，分别得到各点的屈光度示值误差。
10.采用权利要求1或3或5或7所述的校验镜片在空气中对人工晶状体屈光度测量仪器进行屈光度示值误差检验的方法，其特征在于：分别使用负屈光度校验镜片和正屈光度校验镜片；首先选用-5D校验镜片，将其后表面(平面)朝下放入测量仪器的专用夹具内，然后将放有-5D校验镜片的专用夹具放到仪器的测量光路中，在仪器测量软件内输入必要的测量参数，调整测量位置并选定测量区域，即可进行测量；将得到的测量值与-5D校验镜片的屈光度实际值进行比较，即可得到该仪器在该测量点上的屈光度示值误差；依照此方法，依次对-10D～+30D范围内其他校验镜片进行测量，分别得到各点的屈光度示值误差。
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