CN112867467A - 多焦点人工晶状体 - Google Patents

Abstract

多焦点IOL，其包括至少一个衍射表面，该衍射表面包括多个离散的、相邻的、衍射的同心环，同心环具有带有近似对称的衍射表面形貌的径向相位轮廓横截面、以及大于3的奇数个衍射级和在衍射级上的能量通量的不对称分布。

Description

多焦点人工晶状体

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2018年9月13日提交的题为“多焦点人工晶状体(MULTIFOCALINTRAOCULAR LENS)”的美国临时专利申请号62/730,769的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

在本发明的一些实施方式中，本发明通常涉及多焦点人工晶状体，并且更具体地但非排他地涉及多焦点、衍射的、眼内眼科晶状体。

背景技术

人工晶状体(intraocular lens，IOL)是作为白内障或近视治疗的一部分的植入眼内的晶状体。可获得的多焦点人工晶状体(IOL)通常能够恢复视觉功能，并在其植入后允许眼镜的独立性(eyeglasses independence)，其中患者满意度很高。

多焦点IOL可以矫正远视、近视和所有中范围距离。多焦点IOL通过将光划分成不同的焦点来改善近视力，由于光进入眼睛中的时候会发生光色散，从而改变了视觉生理。现代的多焦点IOL提供了更生理上的光划分，并以此方式优化了眼镜的独立性，且还为患者提供了更好的视觉质量和更少的视觉症状。

相关技术的前述实例和与之相关的限制意在是说明性的而不是排他性的。通过阅读说明书和研究附图，相关领域的其它限制对于本领域技术人员将变得明显。

发明内容

下面的实施方式及其方面结合系统、工具和方法来描述和说明，这些系统、工具和方法意在示例性和说明性，而不是限制范围。

根据本发明的一些实施方式，提供了多焦点IOL，其包括至少一个衍射表面，衍射表面包括多个离散的、相邻的、衍射的同心环，同心环具有带有近似对称的衍射表面形貌的径向相位轮廓横截面、以及大于3的奇数个衍射级(diffractive orders)。在一些实施方式中，IOL包括在衍射级上的能量通量(energy flux)的不对称分布。

在一些实施方式中，IOL包括5个衍射级。在一些实施方式中，衍射表面包括衍射阶梯，该衍射阶梯被设计以将衍射轮廓(diffractive profile)在阶梯之间维持不变，并且其中衍射阶梯部分地在IOL的基本曲率之内和部分地在IOL的基本曲率之外。

在一些实施方式中，衍射的、同心环包括衍射轮廓的重复图样。在一些实施方式中，轮廓是不对称的。

在一些实施方式中，衍射环包括单一衍射轮廓的重复图样。在一些实施方式中，衍射环包括两种不同的衍射轮廓的重复图样，并且其中衍射环包括从具有一个衍射轮廓的重复图样的第一区到具有第二衍射轮廓的重复图样的第二外围区的单一转换。

在一些实施方式中，当相对于IOL的中心高度径向向外推进时，第二外围区的衍射表面形貌的高度维持恒定。在一些实施方式中，径向相位轮廓横截面具有不对称的双峰几何形状。

在一些实施方式中，IOL的厚度是可变的，并且曲率被保持。在一些实施方式中，IOL的厚度是可变的，并且曲率是可变的。

除了上述示例性方面和实施方式之外，通过参考附图并通过研究以下详细描述，其它方面和实施方式将变得明显。

附图说明

专利或申请文件含有至少一幅彩色附图。专利局将根据要求和必要费用的支付，提供带有彩色附图(一幅或多幅)的本专利或专利申请公开的副本。

在参考附图中示例了示例性实施方式。图中所示的部件和特征的尺寸通常是为了方便和清楚的表示而选择的，并且不一定按比例示出。这些附图在下面列出。

图1A是多焦点IOL的平面图的简化示例；和

图1B是根据本发明一些实施方式的多焦点IOL的衍射表面的横截面图的简化示例。

图2A是IOL的一部分的衍射表面形貌的径向、横截面的简化示例；和

图2B是在与图2A中所示的衍射表面形貌有关的具体衍射级上的能量通量(能量(power))水平的分布图；

图3A是IOL的一部分的衍射表面形貌的径向、横截面的简化示例；和

图3B是在与图3A中所示的衍射表面形貌有关的具体衍射级上的能量通量(能量)水平的分布图。

图4是根据本发明的一些实例的叠加两个径向相位轮廓的图；

图5A是IOL的一部分的衍射表面形貌的径向横截面的简化示例；

图5B是在与图5A中所示的衍射表面形貌有关的具体衍射级上的能量通量(能量)水平的分布图；

图6是根据本发明一些实施方式的IOL的离焦调制传递函数(MTF)的模拟的图；和

图7是根据当前发明的一些实施方式描绘示例性晶状体的衍射部分的轮廓的简化图示例。

具体实施方式

如附图的图1A至图6中示例的，为了更好地理解本发明的一些实施方式，首先参考多焦点人工晶状体(IOL)的构造和操作。

多焦点人工晶状体(IOL)被设计为，使得在光轴上产生一个、两个、三个或更多个衍射级或焦点，使得当与图像相关联的物体位于距眼睛对应的距离处时，每个图像焦点形成在视网膜上。大多数人工晶状体被设计成具有与远视觉相对应的衍射(晶状体)焦点和能量通量(能量)，即，晶状体的球形/非球形表面被设计成当物体位于距眼睛的远视觉距离(>5-6米)时，将物体的图像聚焦在视网膜上。在大多数双焦点和三焦点透镜中的衍射表面创建在近距离(30-40cm)和中距离(60-80cm)处的额外的焦点。

大多数折射-衍射IOL具有相同的通常结构-包含多个环的晶状体，每个环具有扩展到环宽度的衍射轮廓。沿每个菲涅耳区(Fresnel zone)的半径重复衍射轮廓。在一些情况下，环也会垂直扩展(渐进(apodization))。

根据本发明的方面，提供了IOL，其包括衍射阶梯，该衍射阶梯部分地在IOL的基本曲率之内和部分地在IOL的基本曲率之外。在一些实施方式中，IOL的厚度是可变的，并且曲率是恒定的。在一些实施方式中，曲率的改变是通过阶梯之间的球形度(sphericity)的优化而产生的。

根据本发明的一些实施方式的方面，提供了IOL，其具有球形表面和非球形表面。在一些实施方式中，IOL包括沿着眼睛的光轴的不对称数量的有源衍射级(activediffractive orders)。在一些实施方式中，IOL在眼睛的光轴上包括多于三个的衍射级。在一些实施方式中，IOL在光轴上包括5个衍射级。

在一些实施方式中，IOL在晶状体的一个或多个表面上包括衍射图样。在一些实施方式中，衍射图样包括衍射轮廓的重复图样。在一些实施方式中，轮廓是不对称的。

现在参考图1A和图1B(未按比例绘制)，其中图1A是多焦点IOL的平面图的简化示例，和图1B是根据本发明的一些实施方式的多焦点IOL的衍射表面的横截面图的简化示例。

如图1A中描绘的示例性实施方式中所示，IOL 100包括具有多个离散的、相邻的、衍射的、同心区段或环102的衍射表面。

在一些实施方式中，IOL衍射表面包括衍射阶梯，衍射阶梯部分地在IOL的基本曲率之内和部分地在IOL的基本曲率之外。这引起了两个阶梯之间衍射状态的改变。在一些实施方式中，IOL的厚度是可变的，但是曲率被保持。在一些实施方式中，曲率的改变是通过阶梯之间的球形度的优化而产生的。

所述设计的潜在优势在于：

1.衍射阶梯的设计不会改变阶梯之间的衍射轮廓。这样就可以在不损失距离对比的情况下，允许具有任何增加的能量的多焦点IOL和对于近焦距更高的效率。

2.衍射阶梯的设计允许光线平行于阶梯，这是衍射的理想条件。

在一些实施方式中，环沿着菲涅耳区(102-1/102-2)分布。在一些实施方式中，并且如图1B中所示，IOL表面150形貌特征在于重复的三角形形式、正方形形式或抛物线形式，这取决于晶状体的类型。

现在参考图2A和图2B，图2A是IOL的一部分的衍射表面形貌的径向的、横截面的简化示例，且图2B是在与图2A中所示的衍射表面形貌有关的具体衍射级上的能量通量(能量)水平的分布图。

图2A描绘了整个同心环的衍射表面形貌的径向横截面或径向相位轮廓200。通过使用Gerchberg-Saxton(GS)迭代算法来生成径向相位轮廓的具体横截面。图2A描绘了径向相位轮廓横截面的示例性实施方式，该径向相位轮廓横截面示出了具有近似对称的局部衍射表面形貌的不对称双峰横截面。径向相位轮廓200被转换成高度分布，该高度分布被径向地且抛物线地整合到具有具体焦距的衍射晶状体的菲涅耳区(环)中的每一个。

本公开的作者已经研知对称的局部衍射表面形貌功能与奇数个绕射衍射级(diffraction diffractive orders)(例如1、3、5、7或9个绕射衍射级)结合，并且具体地，大于3的绕射衍射级的数量将IOL的整体透光率增加90％以上，且在一些情况下上至至少93％。

在一些实施方式中，IOL 100在光轴上包括5个衍射级。在一些实施方式中，衍射级中的一个(例如远视觉焦距)具有高能量通量水平。在一些实施方式中，衍射级中的一个被完全抑制。在一些实施方式中，5个衍射级或焦点对应于以下5个衍射级：-2、-1、+1和+2(其是由衍射图样产生的衍射的衍射级)和单一级0(其是通过IOL的球形/非球形表面产生的衍射能量(屈光力，refractive power)。在一些实施方式中，晶状体的球面/非球面表面被设计成使得当被成像物体位于距眼睛的中间距离——在近视觉(约30-40cm)和远视觉(几米)之间——时，将图像聚焦在视网膜上。

在一些实施方式中，并且如图2B中描绘的，在5个衍射级中，对应于远视觉的衍射级-2具有最高能量通量水平。在一些实施方式中，在其余的衍射级中，对应于近视觉的衍射级+2具有最高的能量通量水平。在该实施方式中，衍射级-1被抑制。

现在参考图3A和图3B，图3A是IOL的一部分的衍射表面形貌的径向横截面的简化示例，且图3B是与图3A中所示的衍射表面形貌有关的具体衍射级上的能量通量水平分布的图。

图3A和3B显示的设计与图2A和2B中示例的设计不同，然而两者均利用Gerchberg-Saxton(GS)迭代算法使用相同的轮廓生成方法进行设计，并将相位轮廓转换为高度分布，高度分布被径向地和抛物线地整合到具有具体焦距的衍射晶状体的菲涅耳区(环)中的每一个。

图3A描绘了整个同心环的衍射表面形貌的径向横截面或径向相位轮廓300的另一实例。图3A描绘了径向相位轮廓的示例性实施方式，其示出了具有近似对称的局部衍射表面形貌的不对称的双峰横截面。径向相位轮廓300被转换成高度轮廓，该高度轮廓被径向地且抛物线地整合到具有具体焦距的衍射晶状体的菲涅耳区(环)的每一个。

在一些实施方式中，并且如图3B中描绘的，在5个衍射级中，对应于远视觉的衍射级-2具有最高能量通量水平。在一些实施方式中，在其余的衍射级中，对应于近视觉的衍射级+2具有最高的能量通量水平，并且在0级的能量通量水平高于在衍射级+1的能量通量水平。在该实施方式中，衍射级-1被抑制。

如图4中所示，该图是将径向相位轮廓300叠加在径向相位轮廓200上的图，其展示了根据本发明的一些实例的设计之间的相位差。当在焦点超过5个(例如7个)的情况下使用此技术时，衍射焦距确定远焦点(衍射级-3)和近焦点(衍射级+3)的位置，并且折射焦距(球形表面)确定中间焦点(级0)中的一个的位置。在图4中描绘的示例性实施方式中，径向相位轮廓200包括相位：1、0、0.333、0.38和0.637，其中径向相位轮廓300包括相位：1、0、0.6、0.45和0.65。在一些实施方式中，IOL包括两个区-中心区102-1(图1A和图1B)以及外围区102-2。在一些实施方式中，中心区102-1的衍射图样不渐进。在一些环境中，外围区102-2的衍射图样不渐进。当相对于IOL的中心高度径向向外推进时，区102-2的衍射表面形貌的高度维持恒定并且不具有逐渐的阶梯高度减小。按衍射级计划这种布置和设计，以在增加孔径时改变强度分布，并且在瞳孔扩大(低强度环境的)光的情况下允许光通量增加，即使不是最佳聚焦。

该设计的潜在优势在于渐进设计允许接近100％的衍射效率，因此将光的损失降至最低。

为了根据孔径大小修改强度分布，为了更好的性能，本文使用的技术是改变人工晶状体的任何半径处或菲涅耳区中的一个(或它们中的一个的附近)处的衍射图样。对于本发明，设计转换发生在半径约1.228mm处。

如图5A和5B中所示，其中图5A描绘了根据本发明的一些实施方式的IOL的外围区的整个同心环的衍射表面形貌的径向横截面或径向相位轮廓500的实例。图5A描绘了IOL外围区102-2处的径向相位轮廓横截面的示例性实施方式，其示出了具有近似对称的局部衍射表面形貌的不对称单峰横截面。

在一些实施方式中，在IOL外围区102-2处的径向相位轮廓横截面包括具有近似对称的局部衍射表面形貌的不对称的双峰横截面。径向相位轮廓500被转换成高度轮廓，该高度轮廓被径向地和抛物线地整合到具有具体焦距的衍射晶状体的菲涅耳区(环)中的每一个。

在一些实施方式中，并且如图5B中描绘的，通量能量水平从远衍射级到近衍射级下降，其中在-1和+1处为两个抑制级。

在源平面处获得的并且在图5A和5B中描绘的设计(在半径>1.228mm处)中使用的相位使用Gerchberg-Saxton(GS)算法中的归一化目标强度[1,0,0.5,0,0.34]来获得。

然而，在一些实施方式中，另一衍射轮廓(转换之后)可以是基于三个或更多个焦点的不同衍射设计，并且也可以是在远视觉下具有全能量的单焦点设计或在远视觉下具有能量的双焦点，以及在中间视觉或近视觉下的其它焦点。

同样，为了人工晶状体的调谐，整个衍射高度轮廓(从IOL区102-1到IOL区102-2的转换之前和之后)可以是可调谐的。在图5A和图5B中描绘的示例性实施方式中，转换之前的第一衍射轮廓增加了5％，而转换之后的第二衍射轮廓增加了12％。基于用于中间视觉的零级，我们的多焦点IOL在使用的衍射级(-2、-1、0、1、2)中具有90％以上的高效率。

现在参考图6，图6是根据本发明的一些实施方式的IOL的离焦调制传递函数(MTF)的模拟的图。如图5中描绘的示例性实施方式中所示，针对三个水平的眼瞳孔直径绘制了三幅图：对于2mm瞳孔直径(即，强光条件)的图602、对于4.5mm瞳孔直径(即，弱光条件)的图604和对于3mm瞳孔直径(即，正常光条件)的图606。

图6中描绘的图表现了在所有三个所示的环境光水平下IOL的两相性质，然而，随着环境光水平的降低，瞳孔直径从2mm变为4.5mm，MTF值在IOL的远视觉范围上相应地增加，即使它从大约22到24.5之间的屈光度范围限制到大约23到23.75之间的较窄屈光度范围，并且允许改进的弱光强度视觉。

图7是描绘根据当前发明的一些实施方式的示例性晶状体的衍射部分的轮廓的简化图示例。如图7中所示，描绘的横截面轮廓包括不对称的单峰形貌，该不对称的单峰形貌包括多个峰，具有沿着在0至3000uM之间的晶状体半径的一部分分散在1.5至2.5uM之间的高度。

贯穿本申请，本发明的各种实施方式可以以范围格式呈现。应当理解，范围格式的描述仅是为了方便和简洁，而不应被解释为对本发明范围的不灵活的限制。因此，应该将范围的描述视为已具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，对范围(如从1到6)的描述应被视为已具体公开了子范围(如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等)，以及该范围内的单一数字(例如1、2、3、4、5和6)。无论范围的广度如何，这都适用。

每当本文指出数值范围时，其意在是包括在所指出的范围内的任何引用的数字(分数或整数)。短语“在第一指示数字和第二指示数字之间的范围(ranging/ranges)”和“从第一指示数字到第二指示数字的范围(ranging/ranges)”在本文中可互换使用，并且意在包括第一和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数。

在本申请的说明书和权利要求书中，单词“包含”、“包括”和“具有”中的每一个及其形式不一定限于与这些词语相关联的列表中的成员。另外，在本申请与通过引用并入的任何文件之间存在不一致的地方，在此意在以本申请为准。

已经出于示例的目的给出了对本发明的各种实施方式的描述，但是这些描述并非意在是详尽的或限于所公开的实施方式。在不脱离所描述的实施方式的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员将是明显的。选择本文使用的术语是为了最好地解释实施方式的原理、对市场上发现的技术的实际应用或技术上的改进、或者使本领域的其它普通技术人员能够理解本文公开的实施方式。

Claims (14)

1.多焦点IOL，其包括

至少一个衍射表面，所述衍射表面包括多个离散的、相邻的、衍射的同心环，所述同心环具有

带有近似对称的衍射表面形貌的径向相位轮廓横截面；和

大于3的奇数个衍射级。

2.根据权利要求1所述的IOL，其中所述IOL包括在所述衍射级上的能量通量的不对称分布。

3.根据权利要求1和权利要求2中任一项所述的IOL，其中所述IOL包括5个衍射级。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的IOL，其中所述衍射表面包括，所述衍射阶梯被设计为将衍射轮廓在所述阶梯之间保持不变。

5.根据权利要求4所述的IOL，其中所述衍射阶梯部分地在所述IOL的基本曲率之内和部分地在所述IOL的基本曲率之外。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的IOL，其中所述衍射的、同心环包括衍射轮廓的重复图样。

7.根据权利要求6所述的IOL，其中所述轮廓是不对称的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的IOL，其中所述衍射环包括单一衍射轮廓的重复图样。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的IOL，其中所述衍射环包括两个不同的衍射轮廓的重复图样。

10.根据权利要求9所述的IOL，其中所述衍射环包括从具有一个衍射轮廓的重复图样的第一区到具有第二衍射轮廓的重复图样的第二外围区的单一转换。

11.根据权利要求9和权利要求10中任一项所述的IOL，其中当相对于所述IOL的中心高度径向向外推进时，所述第二外围区的衍射表面形貌的高度保持恒定。

12.根据权利要求1至8中任一项所述的IOL，其中所述径向相位轮廓横截面具有不对称的双峰几何形状。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的IOL，其中所述IOL的厚度是可变的，并且所述曲率被保持。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的IOL，其中所述IOL的厚度是可变的，并且所述曲率是可变的。

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