CN116687620A - 一种改善中距离视力的三焦点人工晶状体 - Google Patents
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Abstract
本发明属于人工晶状体制备技术领域,具体涉及一种改善中距离视力的三焦点人工晶状体。其包括:透镜主体和支撑袢;透镜主体包括基础透镜和光学表面,光学表面包括第一光学表面和第二光学表面,第一光学表面或第二光学表面上设置有衍射轮廓,衍射轮廓由多个衍射轮廓区组合,多个衍射轮廓区满足平滑相位分布。本发明所述人工晶状体使用平滑连续相位函数来设计衍射轮廓区,利用其衍射效率高,能量调控灵活的特性,为中距离焦点分配更多能量,在保证优秀的远近距离视力的基础上,获得了更好的中距离视力。
Description
技术领域
本发明属于人工晶状体制备技术领域,具体涉及一种改善中距离视力的三焦点人工晶状体。
背景技术
植入人工晶状体(IOL)替换病变的天然晶状体是目前白内障的主流治疗手段。随着技术的发展,为了给患者提供更加接近健康人眼的视力水平,不同类型的人工晶状体相继被推出。最开始的人工晶状体设计主要为单焦点、双焦点设计,旨在提供良好的远、近距离视力,满足日常生活的部分需求。
由于平板电脑和智能手机等移动互联网设备的普及,以及电脑办公在几乎所有职业环境中的必要性,使得人们对功能性视觉的需求转移到了中距离视力上。如果选择植入单焦点IOL或双焦点IOL,患者经常需要通过额外的视力矫正手段,如老花镜或隐形眼镜来完成中距离视力任务。扩展焦深(EDoF)镜片是提出改善中距离视力的一种设计方案,主要通过加宽焦距并改善中距离视觉性能。但有临床研究认为,EDOF IOL拓展的焦深范围并没有明显改善患者植入后的中距离视力,同时在近距离视力方面的性能低下。除了EDOF IOL,为了满足中距离视力的需求,还可以在双焦点设计的基础上进一步,使用三焦点设计。相较于双焦点设计,三焦点设计在中距离视力额外提供了一个焦点,配合原本就较为出色的近距离视力满足患者日常生活中对手机等移动设备的使用需求。但目前市面上的商业三焦点IOL对于中间距离通常分配较少的能量,设计的重心还是提供较好的远、近距离视力。
发明内容
为了解决上述问题,本发明基于所使用的改进平滑相位分布函数,在设计过程中调整能量比例,将设计重心向中距离焦点倾斜,以达到改善中距离视力的目的。将根据设计目标优化后的衍射轮廓叠加在具有一定基础光焦度的透镜上,得到改善中距离视力的三焦点人工晶状体。
为了达到上述目的,本发明可以采用以下技术方案:
本发明提供一种改善中距离视力的三焦点人工晶状体,包括:透镜主体和支撑袢;所述透镜主体包括基础透镜和光学表面,所述光学表面包括第一光学表面和第二光学表面,第一光学面或第二光学表面上设置有衍射轮廓,衍射轮廓区满足平滑相位分布。
进一步的,所述第一光学表面和第二光学表面均为偶次非球面,所述偶次非球面的轮廓高度z(r)满足以下公式:
其中,c为偶次非球面曲率半径的倒数,k为偶次非球面的圆锥系数,r为光轴向面上一点的径向距离,αi为非球面高次项系数,ρ为归一化径向坐标。
进一步的,所述基础透镜的边缘厚度为0.15mm-0.3mm,所述基础透镜的中心厚度为0.7mm-1.2mm;所述透镜主体的表面设置有衍射轮廓的区域直径为6mm。
进一步的,第二光学表面的总表面轮廓高度Ztotol满足以下公式:
Ztotol=Z(r)+h(r)
其中,Z(r)为偶次非球面的轮廓高度;h(r)为衍射轮廓的高度;r为光轴向面上一点的径向距离。
进一步的,所述衍射轮廓的高度h(r)满足以下公式:
其中,λ为设计波长,n2为人工晶状体的折射率,n1为人工晶状体周围介质的折射率,为衍射轮廓所对应的相位函数。
进一步的,衍射轮廓区对应相位函数满足以下公式:
其中,Po为相位函数用于调整衍射轮廓高度的参数,α为正弦幅值调控参数,So为反正切函数的幅角调控参数,Bo、Co为相位函数用于焦面间性能比例的调控参数,T为所述相位函数的周期。
进一步的,所述透镜主体满足设定条件的一种或多种;所述设定条件包括:透镜主体的材质和透镜主体的波长。
进一步的,所述透镜主体由疏水性丙烯酸脂、亲水性丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸甲脂制备而成;所述透镜主体的波长为555nm。
进一步的,人工晶状体基础光焦度的范围为+10D~+30D。
本发明的技术效果:
(1)本发明提供的改善中距离视力的三焦点人工晶状体使用平滑连续相位函数来设计衍射轮廓区,提高了衍射效率并降低加工难度。所使用的衍射轮廓对应的相位函数能够灵活调控焦点之间的能量比例。通过调整设计参数,能够快速实现侧重中距离视力的设计结果;
(2)本发明根据设计目标对衍射轮廓进行优化,得到相应的参数组合。将设计的组合平滑衍射轮廓叠加在基础光学透镜上,能在提供基础光焦度的前提下,实现改善中距离视力三焦点光学性能。
附图说明
附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例,并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候,在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的,而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1为本发明中具有组合平滑相位分布的人工晶状体结构见图;
图2为本发明实施例1的改善中距离视力的三焦点人工晶状体衍射轮廓曲线图;
图3为本发明实施例1的改善中距离视力的三焦点人工晶状体离焦MTF曲线图;
图4为本发明实施例1的改善中距离视力的三焦点人工晶状体离焦视觉敏锐度(visual acuity,VA)曲线图;
图中,1-透镜主体;2-第一光学表面;3-第二光学表面;4-衍射轮廓;5-支撑袢。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明实施例提供一种改善中距离视力的三焦点人工晶状体,参照图1,包括:透镜主体和支撑袢;透镜主体包括基础透镜和光学表面,光学表面包括第一光学表面和第二光学表面,第一光学面或第二光学表面上设置有衍射轮廓,衍射轮廓区满足平滑相位分布。
需要说明的是,衍射轮廓位于基础透镜的表面上,与基础透镜的表面相连接,即透镜主体1的表面包括设置有衍射轮廓的区域和未设置衍射轮廓的区域,未设置衍射轮廓的区域与基础透镜相同,满足偶次非球面的轮廓高度。
上述改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,所设计人工晶状体提供远、中、近三个焦点,对应三个不同的视距,远、中焦点的能量比例接近且多于近距离焦点。
上述任意改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,第一光学表面和第二光学表面均为偶次非球面,偶次非球面的轮廓高度z(r)满足以下公式:
其中,c为偶次非球面曲率半径的倒数,k为偶次非球面的圆锥系数,r为光轴向面上一点的径向距离,αi为非球面高次项系数,ρ为归一化径向坐标。
上述任意改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,基础透镜的边缘厚度为0.15mm-0.3mm,比如0.25mm,中心厚度为0.7mm-1.2mm,比如0.9mm或1.1mm等。衍射轮廓光学区即透镜主体表面设置有衍射轮廓的区域直径为6mm。
需要说明的是,基础透镜的中心厚度即为透镜主体的厚度(透镜主体的厚度为透镜主体在其光轴位置处的厚度)。
上述任意改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,在叠加衍射轮廓后,通过衍射轮廓参数不同的取值,实现包括三焦点光学性能。比如,第二光学表面的总表面轮廓高度Ztotol可以满足以下公式:
Ztotol=Z(r)+h(r)
其中,Z(r)为偶次非球面的轮廓高度;h(r)为衍射轮廓的高度;r为光轴向面上一点的径向距离。
上述改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,
其中,λ为设计波长,n2为人工晶状体的折射率,n1为人工晶状体周围介质的折射率,为衍射轮廓所对应的相位函数。
上述任意改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,衍射轮廓区对应相位函数满足以下公式:
其中,Po为相位函数用于调整衍射轮廓高度的参数,α为正弦幅值调控参数,So为反正切函数的幅角调控参数,Bo、Co为相位函数用于焦面间性能比例的调控参数,T为所述相位函数的周期。
上述任意改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,透镜主体满足以下条件中一种或多种:(a)透镜主体由疏水性丙烯酸脂、亲水性丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸甲脂制备而成;(b)透镜主体的波长为555nm。
需要说明的是,本发明的人工晶状体的材料折射率设置为1.46-1.55之间,即本发明中的人工晶状体的材料折射率大于或者等于1.46且小于或者等于1.55,优选疏水性丙烯酸脂、亲水性丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸甲脂。
需要说明的是,基础透镜仅使用偶次非球面作为设计面型,尽力保证后表面不使用高阶偶次非球面项,减小设计难度。同时,衍射轮廓为平滑连续分布,减小了能量的损耗,光学性能上有所提高,有着更加优秀的成像质量。
上述任意改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,人工晶状体基础光焦度的范围为+10D~+30D。需要说明的是,人工晶状体基础光焦度由基础面型曲率半径决定,本发明中的人工晶状体能够通过叠加组合平滑衍射轮廓实现改善中距离视力的三焦点光学性能。
需要说明的是,本发明的改善中距离视力的三焦点人工晶状体中,基于改进的平滑相位函数,根据其灵活调控焦点能量的特性,提高了中距离视力的能量比例,将设计重心向中距离焦点倾斜,以达到改善中距离视力的目的。将根据设计目标优化后的衍射轮廓叠加在具有一定基础光焦度的透镜上,得到改善中距离视力的三焦点人工晶状体。所得到的设计结果保留了平滑相位分布设计衍射轮廓的连续特点,加工难度低,光学污染现象较轻,为患者提供更加优秀的术后视觉质量。
实施例1
(1)人工晶状体设计
本发明实施中,人工晶状体的材料选择折射率为1.492的PMMA材料,与有效光学部连接的支撑袢材料相同,人工晶状体的设计波长为555nm,衍射轮廓叠加在第二光学表面(后光学表面);人工晶状体的基础光焦度为+20D,附加平滑衍射轮廓后具有三焦点光学性能,附加光焦度为+1.75D,+3.50D。
经优化得到对应基础光焦度为+20D的偶次非球面透镜主体,优化得到的偶次非球面透镜为直径为6mm,有效光学区为6mm,中心厚度为0.85mm的双凸透镜。其中,第一光学表面(前光学表面)的曲率半径为-15.45mm,K=-15.30,第二光学表面(后光学表面)的曲率半径为-15.45mm;两个光学表面的偶次非球面系数均为0。
所设计的人工晶状体需要在实现三焦点光学性能的基础上,将中距离焦点的能量比例提高,达到改善中距离视力的目的。根据设计目标,所设计人工晶状体远、中、近三个焦点的能量比例为0.44:0.35:0.25。根据设置的能量比例,衍射轮廓得到的设计结果为Po=0.935,So=0.38,Co=0.1,最终得到的组合平滑衍射轮廓矢高曲线如图2所示。
上述人工晶状体在设计过程中将单色光(555nm)下中心视场的离焦光学传递函数(Through Focus Modulation Transfer Function,TF MTF)及白光(475nm-645nm)的视觉敏感度(visual acuity,VA)作为评估指标,视觉敏感度能够较好的反应植入后患者的实际视力水平。所有的评估均在3mm瞳孔尺寸下进行。
(2)人工晶状体性能研究
将所设计组合平滑相位分布三焦点人工晶状体放入L-B眼模型中进行光学性能分析,绘制其在中心视场内的子TF MTF曲线(3mm瞳孔大小,50lp/mm),结果如图3所示。可以看到该人工晶状体体现出预期的三焦点性能特点,并且每个焦点均具有较大焦深,符合植入后提供多个距离良好视觉的设计要求。观察视觉敏感度的曲线可以看到,所设计IOL在3.0D的范围内保持良好的预期视力,特别是中距离视力得到明显改善,有着最高的视觉敏感度峰值。
本发明提供设计的具有组合平滑相位分布三焦点人工晶状体,在提供优秀三焦点性能的基础上,改善了中距离视力。患者实际植入后预期能够得到更加优秀的多距离视力,特别是中距离视力。该类人工晶状体相较于传统的非连续衍射轮廓人工晶状体,还具有加工难度低,光学污染现象不明显等优点。根据相同的设计流程,也能够得到侧重于远距离、近距离视力的三焦点人工晶状体。
以上所述,仅为本发明优选的具体实施方式,但本发明的保护范围不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,包括:透镜主体和支撑袢;所述透镜主体包括基础透镜和光学表面所述光学表面包括第一光学表面和第二光学表面,所述第一光学面或所述第二光学表面上设置有衍射轮廓,所述衍射轮廓区满足平滑相位分布。
2.根据权利要求1所述的改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,所述第一光学表面和所述第二光学表面均为偶次非球面,所述偶次非球面的轮廓高度z(r)满足以下公式:
其中,c为偶次非球面曲率半径的倒数,k为偶次非球面的圆锥系数,r为光轴向面上一点的径向距离,αi为非球面高次项系数,ρ为归一化径向坐标。
3.根据权利要求1所述的改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,所述基础透镜的边缘厚度为0.15mm-0.3mm,所述基础透镜的中心厚度为0.7mm-1.2mm;所述透镜主体的表面设置有衍射轮廓的区域直径为6mm。
4.根据权利要求2所述的改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,第二光学表面的总表面轮廓高度Ztotol满足以下公式:
Ztotol=Z(r)+h(r)
其中,Z(r)为偶次非球面的轮廓高度;h(r)为衍射轮廓的高度;r为光轴向面上一点的径向距离。
5.根据权利要求4所述的改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,所述衍射轮廓的高度h(r)满足以下公式:
其中,λ为设计波长,n2为人工晶状体的折射率,n1为人工晶状体周围介质的折射率,为衍射轮廓所对应的相位函数。
6.根据权利要求1所述的改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,衍射轮廓区对应相位函数满足以下公式:
其中,Po为相位函数用于调整衍射轮廓高度的参数,α为正弦幅值调控参数,So为反正切函数的幅角调控参数,Bo、Co为相位函数用于焦面间性能比例的调控参数,T为所述相位函数的周期。
7.根据权利要求1所述的改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,所述透镜主体满足设定条件的一种或多种;所述设定条件包括:透镜主体的材质和透镜主体的波长。
8.根据权利要求8述的改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,所述透镜主体由疏水性丙烯酸脂、亲水性丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸甲脂制备而成;所述透镜主体的波长为555nm。
9.根据权利要求1所述的改善中距离视力的三焦点人工晶状体,其特征在于,人工晶状体基础光焦度的范围为+10D~+30D。
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