DE60011440T2

DE60011440T2 - Entwurf einer weichen kontaktlinse, welche auf einem neuen verfahren zur hornhaut-topographie-analyse basiert

Info

Publication number: DE60011440T2
Application number: DE60011440T
Authority: DE
Inventors: A. Brett DAVIS; J. Michael COLLINS; H. Jeffrey ROFFMAN; F. Denwood ROSS; R. Daoud ISKANDER
Original assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: BR0013261A; EP1206343B1; JP4698908B2; CA2378359A1; KR20020047118A; TW539884B; KR100752534B1; WO2001010633A3; US6511179B1; AU7055200A; DE60011440D1; EP1206343A2; AU781181B2; JP2003506749A; BR0013261B1; CA2378359C; WO2001010633A2; CN1368864A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf weiche Kontaktlinsen und ein Verfahren zur Konstruktion solcher Linsen.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine weiche Kontaktlinse und die Konstruktion einer derartigen Linse unter Einsatz neuer Verfahren der kornealen topogafischen Analyse. Derartige Verfahren sind aus den Dokumenten IT-B-1291809 und US 5,114,628 bekannt.
Hintergrund der Erfindung
Die Biegung einer unverbogenen weichen Kontaktlinse, z.B. einer in einer physiologischen Kochsalzlösung platzierten Linse, ist verschieden von der Biegung derselben Linse, wenn auf dem Auge platziert. Diese Veränderung der Biegung wird häufig auch als Durchbiegung bezeichnet (siehe beispielsweise A.B. Bennet, „Power changes in soff contact lenses due to bending", The Ophthalmic Optician, 16:939–945, 1976). Im Fall dünner, auf einem typischen Auge platzierter Linsen beeinflußt diese Veränderung in der Biegung nicht wesentlich die Linsenstärke. Im Fall dicker Linsen mit hoher positiver Stärke, bifokaler weicher Linsen oder bei Gegenständen mit kornealen Anomalitäten (beispielsweise bedingt durch Keratakonus) kann die Veränderung in der Stärke bedingt durch die Biegung beträchtlich sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bildet die Topographie der Kornea auf eine korrespondierende Topographie einer weichen Kontaktlinse ab. Eine geometrische Transformation wird genutzt, welche die korneale Erhebung auf die Rückseite einer unverbogenen weichen Kontaktlinse in der Weise überträgt, daß der durch die Biegung der Linse induzierte Fehler minimiert wird.
Die Abbildungstransformation zieht die Effekte der Biegung in Betracht. Die resultierende Kontaktlinse verfügt über eine hintere Oberfläche mit einer Biegung, die die spezifischen Erhebungen der Kornea abbildet, während die vordere Oberfläche sphärisch sein oder jede gewünschte symmetrische oder asymmetrische Form annehmen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer weichen Kontaktlinse gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt. Eine geometrische Transformation wird verwendet, welche die kornealen Erhebungen, beispielsweise gemessen durch ein Videokeratoskop, auf die hintere Oberfläche einer unverbogenen Linse abträgt. Das Abtragen wird in der Weise durchgeführt, daß der durch die Biegung eingeführte Fehler minimiert wird. Der Ansatz der vorliegenden Erfindung macht von einer Anzahl an Vereinfachungen bei der Erreichung des gewünschten Linsendesigns Gebrauch. Die erste Vereinfachung besteht darin, daß die kornealen Erhebungen (d.h. Abweichungen weg von der zugrunde liegenden am besten angepaßten Sphäre als wesentlich kleiner angenommen werden als der Radius der Biegung der Kornea. Die zweite Vereinfachung besteht darin, daß das Linsenmaterial, wenn verbogen, einheitlich deformiert wird und daß alle Punkte auf der Linse in demselben azimuthalen Winkel verbleiben. Diese Vereinfachungen helfen dabei, eine praktikable Konstruktionslösung für das Design derartiger Linsen zu erreichen.
Das Verfahren wird in zwei Schritten vorgenommen. Zuerst werden die Erhebungen der Kornea auf einer vergrößerten Oberfläche mit einem Krümmungsradius abgebildet, der zu dem einer unverbogenen weichen Kontaktlinse korrespondiert. Als zweites werden die vergrößerten Erhebungsdaten unter Verwendung eines die Transformation bewahrenden Bereichs verkleinert.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, die beispielhaft die Merkmale der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Veranschaulichung der eigentlichen kornealen Erhebungen mitsamt ihrer bestmöglichen sphärischen Anpassung (in der Bedeutung der kleinsten Fehlerquadrate), bezeichnet mit f(x) bzw. g(x), dar;
2 stellt eine Veranschaulichung der ursprünglichen Erhebung, f(θ), der bestmöglichen sphärischen Anpassung für die ursprüngliche Erhebung, g(θ), der vergrößerten Erhebung, f(θ), und der bestmöglichen sphärischen Anpassung für die vergrößerte Erhebung, g⁽¹⁾ (θ), dar;
3 stellt eine Veranschaulichung der ursprünglichen kornealen Erhebung, f(θ), der vergrößerten Erhebung, f⁽¹ ⁾ (θ), und der verkleinerten Erhebung f⁽²⁾ (θ), gemeinsam mit den bestmöglichen sphärischen Anpassungen, g(θ) und g⁽²⁾ (θ), dar;
4 stellt eine Veranschaulichung eines Beispiels dar, bei dem die ursprünglichen kornealen Erhebungen über eine Sphäre mit einer überlagerten zweidimensionalen Sinusfunktion gebildet werden;
5 stellt eine Veranschaulichung einer vergrößerten Version der in 4 veranschaulichten kornealen Erhebungen dar; und
6 stellt eine Veranschaulichung der verkleinerten Version der unter Verwendung der von Gleichung (4) erhaltenen kornealen Erhebungen dar.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden beliebige korneale topographische Informationen über das Auge eines Subjekts erfaßt. Diese Informationen werden unter Einsatz eines kornealen Topographen erfaßt, der über eine hohe Auflösung entlang der z-Achse sowie ober- und unterhalb der mittleren sphärischen Oberfläche der Kornea verfügt. Diese Informationen werden anschließend mathematisch in Erhebungsdaten transformiert. Die Erhebungsdaten werden dann auf ein Gittermuster transformiert, das geradlinig, polar-konzentrisch oder von spiralförmigem Format sein kann, und das zu dem Mechanismus, über den die Oberfläche der Linse oder der Linsengießform unter Einsatz einer CNC (computer numeric control)-Drehbank-, Mühlen- oder -Bohrer-adressierbaren Vorrichtung korrespondiert. Die Oberfläche, die bearbeitet oder gedreht wird, kann die Oberfläche eines nicht hydratisierten kornealen polymeren Kontaktlinsenknopfes oder eines spritzgegossenen Werkzeugeinsatzes darstellen. Die Oberfläche kann ebenfalls unter Einsatz einer programmierbaren Laser-Ablationsvorrichtung bearbeitet oder gedreht werden.
Anfänglich werden die Erhebungsdaten auf das weiche Kontaktlinsenmodel in seinem unverbogenen Zustand angewendet. Die Erhebungsdaten können ebenfalls ausschließlich auf die Rückseite, ausschließlich auf die Vorderseite oder auf eine definierte Kombination von Vorder- und Rückseite angewendet werden.
Als nächstes werden die Erhebungsdaten unter Berücksichtigung der Krümmung der weichen Linse (d.h. der Umhüllenden) transformiert, wenn die Linse auf dem Auge platziert wird. Üblicherweise sind weiche Linsen flacher, beispielsweise um 1,0 bis 1,5 mm, als die Kornea auf der sie platziert werden. Demgemäß müssen sowohl die Erhebung als auch die Umhüllende berücksichtigt werden, wenn die ursprünglichen kornealen Topographiedaten verwendet werden, um eine weiche Kontaktlinsenoberfläche oder einen Gießformeinsatz zu machen.
Die krümmungstransformierten Erhebungsdaten können auf einem CNC Gittermuster abgebildet und eingesetzt werden, um eine Linse oder eine Formwerkzeugoberfläche herzustellen. Die resultierende, derartige Informationen verwendende Linse wird eine Linse darstellen, die Fluktuationen der Dicke auf dem Gittermuster aufweist, die rotationssymmetrisch in Bezug auf das Zentrum der Linse sein können oder auch nicht. Wenn die produzierte weiche Linse sich perfekt an die unterliegende Kornea anschmiegt, werden die Fluktuationen der Oberflächenerhebung (d.h. ober- und unterhalb der mittleren sphärischen Oberfläche der Kornea) üblicherweise verschwinden. Auf diese Weise können korneale Unregelmäßigkeiten neutralisiert werden, und optische Anomalien bedingt durch irreguläre korneale Topographien können in ähnlicher Weise eliminiert werden. Um jedweden zusätzlichen Grad an optischer Korrektur, wie z.B. sphärischer oder astigmatischer Fokussierung, zu erreichen, können entsprechende Krümmungen in die vordere Oberfläche, die hintere Oberfläche oder sowohl die vordere als auch die hintere Oberfläche der Linse eingearbeitet werden.
Aus praktischen Gründen wird davon ausgegangen, daß die ideale Kornea sphärisch ist. In einem solchen Fall werden die eigentlichen kornealen Erhebungen und ihre bestmöglichen sphärischen Anpassungen (in der Bedeutung der kleinsten Fehlerquadrate) mit f(x) bzw. g(x) bezeichnet, wie in 1 gezeigt. Die Funktion g(x) ist Teil der Sphäre mit dem Radius R₁.
Im allgemeinen ist der Radius R₂ einer unverbogenen weichen Kontaktlinse sphärisch und ist größer als derjenige der bestmöglichen sphärischen Anpassung, g(x). Folglich besteht der erste Schritt darin, die kornealen Erhebungen f(x) in eine vergrößerte Form zu transformieren, für die die bestmögliche sphärische Anpassung einen Radius in Übereinstimmung mit R₂ haben wird. Ein Ansatz, die Transformation zu vereinfachen, besteht darin, die Funktion f(x) in polare Koordinaten gemäß f(θ) zu transformieren. Unter Verwendung eines Vergrößerungsfaktors (α) = R₂/R₁, kann die vergrößerte Version der kornealen Erhebung dann ausgedrückt werden über: f(1) (θ) = α f(θ) (1)
2 veranschaulicht die ursprüngliche Erhebung f(θ), die bestmögliche sphärische Anpassung für die ursprüngliche Erhebung, g(θ), die vergrößerte Erhebung, f⁽¹⁾ (θ), und die bestmögliche Anpassung für die vergrößerte Erhebung, g⁽¹⁾ (θ).
Auf der zweiten Stufe wird die vergrößerte korneale Erhebung f⁽¹⁾ (θ) in der Weise verkleinert, daß die durch die weiche Linse bedeckte Fläche mit der Fläche der Kornea korrespondiert. In einem zweidimensionalen Fall wird diese Verkleinerung gemäß der folgenden Beziehung erhalten: f (2)(θ) = α–1 f(1) [(θ – π/2)/α + π/2] + R2 (1–1/α) (2)
3 veranschaulicht die ursprüngliche korneale Erhebung, f(θ), die vergrößerte Erhebung, f⁽¹ ⁾ (θ), und die verkleinerte Erhebung, f⁽²⁾ (θ), gemeinsam mit den bestmöglichen sphärischen Anpassungen, g(θ) und g⁽¹⁾ (θ).
Die in den Gleichungen (1) und (2) wiedergegebenen Abbildungstransformationen sind nicht auf den Fall begrenzt, bei dem die Kornea und die rückseitige Oberfläche der Kontaktlinse sphärisch sind. Vielmehr können die tatsächlichen kornealen Krümmungen sowie Linsenkrümmungen, wie mit Hilfe eines Videokeratoskops gemessen, verwendet werden, um den Vergrößerungsparameter α als ein Verhältnis zwischen dem Linsen- und dem kornealen Radius der Krümmung zu verwenden. Im allgemeinen ist der Vergrößerungsparameter eine Funktion von α, das heißt α = R₂(θ)/R₁(θ) = α(θ).
Die vorangehend diskutierte Abbildungstransformation kann auf den Fall einer dreidimensionalen Transformation verallgemeinert werden. In einem derartigen Fall können die kornealen Erhebungen durch eine Funktion f⁽¹⁾(θ,φ), wobei θ und φ den Azimuth- bzw. den Erhebungswinkel wiedergeben. Wie vorangehend diskutiert, werden die ursprünglichen Erhöhungsdaten von einem Krümmungsradius R₁ (θ,φ) vergrößert auf eine Oberfläche mit einem Krümmungsradius R₂ (θ,φ) unter der Verwendung der folgenden Transformationsbeziehung: f(1)(θ,φ) = αf(θ,φ) (3)wobei α=R₂ (θ,φ)/R(θ,φ).
4 veranschaulicht ein Beispiel, worin die ursprünglichen kornealen Erhebungen durch eine Sphäre mit überlagerten zweidimensionalen Sinusfunktionen geformt werden. 5 veranschaulicht eine vergrößerte Version der kornealen Erhebungen, wie in 4 veranschaulicht, erhalten unter Verwendung der obigen Gleichung (3).
Um eine gewünschte hintere Oberfläche der weichen Kontaktlinse zu erhalten, wird die Funktion f⁽¹ ⁾ (θ,φ) zurückverkleinert, wie vorangehend diskutiert. In dem dreidimensionalen Fall gibt es jedoch eine Anzahl an Optionen, aus denen auszuwählen ist, um die Skalierungsoperation in der Weise durchzuführen, daß die Fläche bewahrt bleibt. Wenn beispielsweise angenommen wird, das die Deformation des Materials einheitlich radial ist, kann die Skalierung durch ausschließliche Skalierung des Skalierungswinkels vorgenommen werden, wobei es bei dem ursprünglichen Azimuthwinkel bleibt. Dieses wird durch die folgende Beziehung ausgedrückt: f(2)(θ,φ) = α–1 f(1)[θ, (φ–π/2)/α+π/2] + R2 (1–1/α) (4)
6 veranschaulicht die verkleinerte Version der kornealen Erhebungen, erhalten unter Einsatz der Gleichung (4).
Während Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist es nicht beabsichtigt, daß die Erfindung begrenzt wird, ausgenommen wie durch die angehängten Ansprüche ausgeführt.

Claims

Verfahren zur Bildung einer weichen Kontaktlinse, umfassend die folgenden Schritte: Erfassen von Daten zur kornealen Topographie eines Auges unter Verwendung eines kornealen Topographen; Transformieren der topographischen Daten in Höhendaten; Abbilden der Höhendaten auf ein Gittermuster; Verwenden des Gittermusters, um eine Oberfläche der Linse zu bilden; gekennzeichnet durch Anwenden der Höhendaten auf eine Topographie der weichen Kontaktlinse in einem unverbogenen Zustand; und Transformieren der Höhendaten unter Berücksichtigung der Linse in einen verbogenen Zustand.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verwendens die Bearbeitung der Oberfläche der Linse via einer CNC Drehbank-, Mühlen- oder Bohrer-adressierbaren Vorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei besagte Oberfläche einen nicht-hydratisierten kornealen Linsenpolymerknopf oder einen spritzformgegossenen Werkzeugeinsatz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagtes Verwenden das Bearbeiten der Oberfläche via einer programmierbaren Laser-Ablationsvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den folgenden Schritt: Einführen von Krümmungen in zumindest einer hinteren Oberfläche, einer vorderen Oberfläche oder einer hinteren und vorderen Oberfläche der Linse.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei besagter Schritt der Einführung den folgenden Schritt umfasst: Transformieren der kornealen Erhöhungen der Linse in vergrößerte korneale Erhöhungen um eine optimale sphärische Anpassung für die ursprünglichen kornealen Erhöhungen zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der besagte Schritt des Transformierens der kornealen Erhöhungen durchgeführt wird gemäß der folgenden Beziehung: f(1)(θ) = α f(θ);wobei α= R₂/R₁, f(θ) die kornealen Erhebungen in polaren Koordinaten darstellt, f⁽¹⁾(θ) die vergrößerten kornealen Erhebungen darstellt, R₁ einen ersten Linsenradius und R₂ einen zweiten Linsenradius darstellen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei R₂ den Radius der Linse, wenn unverbogen, darstellt, und R₁ einen Radius einer Kornea des Auges darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend den folgenden Schritt: Verkleinern der vergrößerten kornealen Erhebungen, um einen durch die Linse bedeckten Bereich zu erhalten, der mit einer Kornea des Auges korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der durch die Linse bedeckte Bereich, der mit der Kornea des Auges korrespondiert, die hintere Oberfläche der Linse darstellt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei besagter Schritt des Verkleinerns gemäß der folgenden Funktion durchgeführt wird: f⁽²⁾(θ) = α^–1f⁽¹⁾[(θ–π/2)/α+ π/2] + R₂(1–1/α); wobei α^–1 R₁/R₂ darstellt, f⁽²⁾(θ) eine verkleinerte korneale Erhebung darstellt, R₁ einen ersten Linsenradius und R₂ einen zweiten Linsenradius darstellen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei R₂ einen Radius der Linse, wenn unverbogen, darstellt und R₁ einen Radius der Kornea darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei besagter Schritt des Transformierens der kornealen Erhebungen durchgeführt wird gemäß folgender Funktion: f(1)(θ,Φ) = α f(θ,Φ); wobei αR₂(θ,φ)/R₁(θ,φ) ist , θ einen Azimuthwinkel darstellt, φ einen Höhenwinkel darstellt, f⁽¹⁾(θ,φ) eine vergrößerte erste korneale Erhebung darstellt, f(θ,φ) dreidimensionale korneale Erhebungen darstellen, R1 einen ersten Linsenradius darstellt und R2 einen zweiten Linsenradius darstellt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei R₂(θ, φ) einen Radius einer Krümmung der Linse darstellt und R₁(θ,φ) einen Radius der Krümmung einer Kornea des Auges darstellt.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend den folgenden Schritt: Verkleinern der vergrößerten kornealen Erhebungen, um die gewünschte hintere Oberfläche zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei besagter Schritt des Verkleinerns das Skalieren nur eines Höhenwinkels umfasst, um eine gewünschte hintere Oberflächenkrümmung der Linse zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei besagter Schritt des Skalierens nur des Höhenwinkels durchgeführt wird gemäß einer Funktion: f(2)(θ,φ) = α–1f(1)[θ,(φ-π/2)/α+ π/2] + R2(1–1/α);wobei α^–1 R₁(θ,φ)/R₂(θ,φ) ist, θ einen Azimuthwinkel darstellt, φ einen Höhenwinkel darstellt, f⁽²⁾(θ,φ) verkleinerte korneale Erhebungen darstellen, R₁ einen ersten Linsenradius und R₂ einen zweiten Linsenradius darstellen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei R₂(θ,φ) einen Krümmungsradius der Linse und R₁(θ,φ) einen Krümmungsradius der Kornea darstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gittermuster in einem rechteckigen, polaren, konzentrischen, zylindrischen oder spiralförmigen Format formatiert ist.