ES2962140T3 - Aparatos y métodos para reducir la frecuencia o gravedad de las respuestas fotófobas o modular los ciclos circadianos - Google Patents
Aparatos y métodos para reducir la frecuencia o gravedad de las respuestas fotófobas o modular los ciclos circadianos Download PDFInfo
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Abstract
La presente divulgación describe sistemas, métodos y aparatos para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotofóbicas o para modular los ciclos circadianos controlando la exposición a la luz de las células ganglionares de melanopsina en una retina sobre el espectro de potencial de acción de las células de melanopsina del ojo humano. y una respuesta visual espectral del ojo humano. Se describen realizaciones de un filtro óptico. En una realización, se puede configurar un filtro óptico para transmitir menos de una primera cantidad de luz ponderada a través del espectro de potencial de acción de las células de melanopsina y para transmitir más de una segunda cantidad de luz ponderada a través de la respuesta espectral visual. También se describen métodos de fabricación de filtros ópticos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Aparatos y métodos para reducir la frecuencia o gravedad de las respuestas fotófobas o modular los ciclos circadianos
Referencia cruzada con solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional de EE.UU. n.° de serie 61/433.344, presentada el 17 de enero de 2011.
Antecedentes de la divulgación
1. Campo de la invención
La fotofobia o sensibilidad a la luz describe una respuesta adversa a la luz que caracteriza varias afecciones neurológicas. La presente invención se refiere a la gestión de los efectos de la luz sobre un sujeto. Más en concreto, la presente invención se refiere a los métodos, sistemas y aparatos para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas o para modular los ciclos circadianos.
2. La tecnología relevante
La retina del ojo contiene varias células fotorreceptoras. Estas células fotorreceptoras incluyen bastones (que participan en la visión en blanco y negro y con poca luz), conos (que participan en la visión diurna y la percepción del color) y células ganglionares de melanopsina.
Las células ganglionares de melanopsina son fotosensibles. Esta fotosensibilidad puede transmitir dolor a través de las vías del dolor del cerebro. Estas vías se describen con más detalle en Noseda.et al. A Neural Mechanism for Exacerbation of Headache by Light Nat Neurosa.febrero de 2010; 13(2):239-45 PMID 20062053. Se ha demostrado previamente que la modulación de la luz ambiental mediante el uso de tintes para gafas puede ser eficaz en el tratamiento de afecciones neurológicas sensibles a la luz, incluidas la migraña y el blefaroespasmo esencial benigno. Una descripción de estos efectos beneficiosos se puede encontrar en Goodet al. The Use of Tinted Glasses in Childhood Migraine Headache.septiembre de 1991; 31(8):533-6 PMID 1960058 y en Blackburnet al. FL-41 Tint Improves Blink Frequency Light Sensitivity and Functional Limitations in Patients with Benign Essential Blepharospasm Ophthalmology;mayo de 2009; 116(5):997-1001 PMID 19410958. Además de a las vías del dolor, las células ganglionares de melanopsina también se conectan al núcleo supraquiasmático, donde participan en la sincronización de los ritmos circadianos. Estas conexiones se describen con más detalle en Hannibal J.Roles of PACAP-containing retinal ganglion cells in circadian timing.Int Rev Cytol. 2006; 251:1 (39). Revisión. PMID de PubMed: 16939776.
Todos los animales tienen un "reloj" intrínseco que los sincroniza con el ciclo de 24 horas de luz y oscuridad de la Tierra. Este reloj establece un ritmo interno de aproximadamente ("circa") un día ("diano"). Este fenómeno lo describe Czeisler CA, Gooley JJ.Sleep and circadian rhythms in humans.Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 2007; 72:579-97. Review. PMID de PubMed: 18419318. Sin embargo, para mantenerse sincronizado de manera óptima con el ciclo de luz/oscuridad, el reloj interno del cuerpo debe reiniciarse cada día. Esta sincronización se produce cuando la luz del entorno es absorbida por las células ganglionares de melanopsina y se transmite una señal a la parte del cerebro que sirve como "reloj maestro" del cuerpo, el núcleo supraquiasmático, como se describe en Czeisler CA.The effect of light on the human circadian pacemaker.Ciba Found Symp. 1995; 183:254-90; análisis 290-302. Revisión. PMID de PubMed: 7656689 y Duffy JF, Wright KP Jr.Entrainment of the human circadian system by light.J Biol Rhythms. agosto de 2005; 20(4):326-38. Revisión. PMID de PubMed: 16077152.
Por lo tanto, sería deseable poder controlar los efectos de la luz en un sujeto. Más en concreto, sería deseable proporcionar los métodos, sistemas y aparatos para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas. También sería deseable proporcionar los métodos, sistemas y aparatos para modular los ciclos circadianos.
Dos documentos relevantes de la técnica anterior que divulgan aparatos para modular los ritmos circadianos son los documentos de patente WO2006/097794 A1 y WO2010/111499 A1.
Breve sumario de la invención
Dado que las células ganglionares de melanopsina están asociadas a las vías del dolor en los seres humanos, sería deseable controlar los efectos dolorosos provocados por ciertos tipos de luz. Por ejemplo, la estimulación de las células ganglionares de melanopsina afecta a la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas. Estas respuestas fotófobas incluyen migraña, sensibilidad a la luz asociada a traumatismo craneoencefálico y sensibilidad a la luz asociada a bleforaspasmo esencial benigno. Las células ganglionares de melanopsina también están asociadas a los ciclos circadianos. Por tanto, se proporcionan los métodos, sistemas y aparatos para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas y/o para modular los ciclos circadianos controlando la exposición a la luz de las células ganglionares de melanopsina.
Se describe una realización de un aparato para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas o para modular los ciclos circadianos. El aparato incluye un filtro óptico configurado para transmitir menos de una primera cantidad de luz ponderada a través del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y para transmitir más de una segunda cantidad de luz ponderada a través de la respuesta espectral visual.
Según la invención, la primera cantidad de luz es aproximadamente el 50 % de la luz ponderada a lo largo del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y la segunda cantidad de luz es aproximadamente el 75 % o más de la luz ponderada a lo largo de la respuesta espectral visual. La primera cantidad de luz, en ejemplos no incluidos en la invención, es aproximadamente el 25 % de la luz ponderada a lo largo del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y la segunda cantidad de luz es aproximadamente el 60 % o más de la luz ponderada a lo largo de la respuesta espectral visual. En ejemplos no incluidos en la invención, la primera cantidad de luz es aproximadamente toda la luz ponderada en todo el espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina. La segunda cantidad de luz, en ejemplos no incluidos en la invención, es aproximadamente toda la luz fuera del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, ponderada en todo el espectro de respuesta visual. En ejemplos no incluidos en la invención, una relación entre la atenuación de la primera cantidad de luz ponderada a través del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y la atenuación de la segunda cantidad de luz ponderada a través de la respuesta espectral visual es más de uno.
La primera cantidad de luz, en algunos ejemplos no incluidos en la invención, es sustancialmente toda luz por debajo de una longitud de onda del filtro de paso largo dentro del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y la segunda cantidad de luz es toda luz a través de la respuesta espectral visual con una longitud de onda por encima de la longitud de onda del filtro de paso largo. En estos ejemplos, la longitud de onda del filtro de paso largo es de 500 nm. El espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina está entre aproximadamente 454 nm y aproximadamente 506 nm.
En algunos ejemplos no incluidos en la invención, la segunda cantidad de luz incluye una tercera cantidad de luz que tiene una longitud de onda que es inferior a una respuesta relativa máxima del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina. La segunda cantidad de luz, en otros ejemplos no incluidos en la invención, incluye una tercera cantidad de luz que tiene una longitud de onda que es mayor que una respuesta relativa máxima del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina. En otros ejemplos no incluidos en la invención, la segunda cantidad de luz incluye una tercera cantidad de luz que tiene una longitud de onda que es menor que una respuesta relativa máxima del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y una cuarta cantidad de luz que es mayor que la respuesta relativa máxima del espectro del potencial de acción de la melanopsina. La segunda cantidad de luz, en aún otros ejemplos no incluidos en la invención, incluye una tercera cantidad de luz que tiene una longitud de onda que es inferior a una respuesta relativa máxima del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y es inferior a una respuesta relativa a una desviación estándar del espectro del potencial de acción de la melanopsina. En otros ejemplos más no incluidos en la invención, la segunda cantidad de luz incluye una tercera cantidad de luz que tiene una longitud de onda que es mayor que una respuesta relativa máxima del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y es mayor que una respuesta relativa a una desviación estándar del espectro del potencial de acción de la melanopsina. La segunda cantidad de luz, en incluso otros ejemplos no incluidos en la invención, incluye una tercera cantidad de luz que tiene una longitud de onda que es inferior a una respuesta relativa máxima del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y es inferior a una respuesta relativa a una desviación estándar del espectro del potencial de acción de la melanopsina y una cuarta cantidad de luz que tiene una longitud de onda que es mayor que la respuesta relativa máxima del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y es mayor que la respuesta relativa en la desviación estándar del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina.
En algunas realizaciones, la primera cantidad de luz es una dosis de luz experimentada por las células ganglionares de melanopsina de un sujeto (Dmela) y la segunda cantidad de luz es una dosis de luz experimentada en todo el espectro de respuesta visual (Dvis), y en donde una relación que incluye la primera cantidad de luz y la segunda cantidad de luz se define como una cifra de mérito (FOM), estando determinada la cifra de mérito por:
donde Dmela(T=1) es la primera cantidad de luz en ausencia de un filtro óptico, y Dv¡s(T=1) es la segunda cantidad de luz en ausencia de un filtro óptico. La cifra de mérito del filtro óptico, en algunas realizaciones, puede incluir más de aproximadamente 2, más de aproximadamente 2,75, más de aproximadamente 3, más de aproximadamente 3,3. Se pueden usar otras cifras de mérito en otras realizaciones.
En algunos ejemplos no incluidos en la invención, la primera cantidad de luz define una anchura espectral que tiene una mediana en una mediana del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina. La primera cantidad de luz y la segunda cantidad de luz, en realizaciones adicionales, se determinan en función de las características de la luz ambiental. En aún otras realizaciones adicionales, la primera cantidad de luz y la segunda cantidad de luz se pueden ajustar selectivamente mediante un revestimiento de tipo transición.
El filtro óptico, en algunas realizaciones, incluye al menos una capa configurada para minimizar o reducir el efecto de un ángulo de incidencia de la luz recibida. En realizaciones adicionales, el filtro óptico comprende además un sustrato que incluye un tinte por impregnación o por revestimiento.
En algunas realizaciones, el filtro óptico está configurado además para atenuar una tercera cantidad de luz retrorreflejada ponderada a través del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina. La tercera cantidad de luz retrorreflejada en todo el espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, en realizaciones adicionales, es inferior a aproximadamente el 50 %. En otras realizaciones más, la tercera cantidad de luz retrorreflejada ponderada a lo largo del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina es inferior a aproximadamente el 25 %. La tercera cantidad de luz retrorreflejada en todo el espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, en todavía otras realizaciones adicionales, es inferior a aproximadamente el 10%. En otras realizaciones adicionales más, el filtro óptico está configurado además para atenuar más de una cuarta cantidad de luz retrorreflejada ponderada a lo largo de la respuesta espectral visual.
La cuarta cantidad de luz retrorreflejada en la respuesta espectral visual, en algunas realizaciones, es inferior a aproximadamente el 50 %. En realizaciones adicionales, la cuarta cantidad de luz retrorreflejada ponderada a lo largo de la respuesta espectral visual es inferior a aproximadamente el 25 %. La cuarta cantidad de luz retrorreflejada en la respuesta espectral visual, en aún otras realizaciones adicionales, es inferior a aproximadamente el 10 %.
Se describe una realización de un aparato para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas o para modular los ciclos circadianos. El filtro óptico comprendido en el aparato incluye un sustrato, una primera capa dispuesta sobre el sustrato, y una segunda capa dispuesta adyacente a la primera capa. La primera capa incluye un material de alto índice. La segunda capa incluye un material de bajo índice.
En algunas realizaciones, el sustrato tiene una superficie frontal y una superficie posterior, en donde la primera capa y la segunda capa están dispuestas en la superficie frontal. El sustrato, en realizaciones adicionales, está teñido.
El material de alto índice, en algunas realizaciones, incluye TiO<2>. En realizaciones adicionales, el grosor de la primera capa es de 165 nm. El material de bajo índice, en aún otras realizaciones adicionales, incluye SiOn. En todavía otras realizaciones adicionales, el material de bajo índice incluye MgF<2>. El grosor de la primera capa, en otras realizaciones adicionales más, es de 40 nm.
En algunas realizaciones, el material de alto índice de la primera capa es TiO2 y el material de bajo índice de la segunda capa es SiO2 y comprende además una o más capas adyacentes alternas adicionales de TiO2 y SiO2, en donde la primera capa adicional es adyacente a la segunda capa y en donde la última capa adicional puede ser MgF2, SiO2 o TiO2 y es adyacente a la capa externa. En realizaciones adicionales, el sistema puede incluir capas adicionales y/o tipos de material, en donde los materiales cooperan para transmitir menos de una primera cantidad de luz ponderada a través del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina y para transmitir más de una segunda cantidad de luz ponderada a través de la respuesta espectral visual. En algunas realizaciones, aumentar el número de capas en el filtro óptico aumenta la transmisión de luz fuera del espectro del potencial de acción.
El filtro óptico, en algunas realizaciones, es un filtro de muesca que comprende 10 capas dieléctricas, estando configurado el filtro de muesca para bloquear aproximadamente el 61 % de la luz ponderada en todo el espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, al tiempo que provoca aproximadamente un 21 % de atenuación ponderada en toda la respuesta espectral visual. En realizaciones adicionales, en donde el filtro de muesca comprende 15 capas dieléctricas, estando configurado el filtro de muesca para bloquear aproximadamente el 70 % de la luz ponderada en todo el espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, al tiempo que provoca aproximadamente un 25 % de atenuación ponderada en toda la respuesta espectral visual. El filtro de muesca, en aún otras realizaciones adicionales, incluye 19 capas dieléctricas, estando configurado el filtro de muesca para bloquear aproximadamente el 89 % de la luz ponderada en todo el espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, al tiempo que provoca aproximadamente un 29 % de atenuación ponderada en toda la respuesta espectral visual. En todavía otras realizaciones adicionales, el sustrato comprende además un primer lado, y en donde la primera capa se aplica en el primer lado, y en donde se aplica un revestimiento antirreflectante a un lado del sustrato opuesto al primer lado.
Se describe un método de fabricación de un filtro óptico para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas. El método incluye determinar un espectro de luz apropiado. Se determina una primera dosis de luz que experimentarán las células ganglionares de melanopsina del sujeto. Se determina una segunda dosis de luz asociada al espectro de respuesta visual. Se fabrica un filtro óptico utilizando la primera dosis de luz y la segunda dosis de luz.
En algunos ejemplos no incluidos en la invención, se determina un espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina de una persona. El filtro óptico, en otros ejemplos no incluidos en la invención, está configurado para atenuar la primera cantidad de luz en función de las células ganglionares de melanopsina del individuo. En aún otros ejemplos no incluidos en la invención, el filtro óptico se fabrica en función de las características del espectro de respuesta visual.
El filtro óptico, en algunas realizaciones, es un filtro de muesca. En realizaciones adicionales, el filtro de muesca está configurado para bloquear la luz que incide en un ángulo de incidencia no normal. El filtro de muesca, en aún otras realizaciones adicionales, incluye un filtro optimizado para una pluralidad de ángulos de incidencia inclinados. En todavía otras realizaciones adicionales, el filtro de muesca está diseñado con un ligero desplazamiento al rojo. El filtro de muesca, en otras realizaciones adicionales más, incluye una muesca de filtro que atenúa la luz en un ancho espectral.
En algunas realizaciones, la fabricación del filtro óptico incluye ampliar la muesca del filtro para aumentar la atenuación del espectro del potencial de acción efectivo de la melanopsina. La fabricación del filtro óptico, en realizaciones adicionales, incluye hacer más profunda la muesca del filtro para aumentar la atenuación del espectro del potencial de acción efectivo de la melanopsina. En aún otras realizaciones adicionales, la fabricación del filtro óptico incluye ensanchar la muesca del filtro y hacer más profunda la muesca del filtro para aumentar la atenuación del espectro del potencial de acción efectivo de la melanopsina. La fabricación del filtro óptico, en todavía otras realizaciones adicionales, incluye la deposición de material que incorpora la modificación de la geometría objetivo-fuente.
En algunas realizaciones, la fabricación del filtro óptico incluye el uso de multicapas dieléctricas, revestimientos de nanopartículas incrustados, un filtro de color, tinte, filtro de resonancia de modo guiado, un filtro rugate, y cualquier combinación de los mismos. Los revestimientos de nanopartículas incrustados, en realizaciones adicionales, incluyen al menos una de las nanopartículas metálicas, nanopartículas dieléctricas, nanopartículas semiconductoras, puntos cuánticos, nanopartículas magnéticas o partículas de núcleo-cubierta que tienen un material de núcleo en un núcleo y un material de cubierta que sirve como cubierta. En aún otras realizaciones adicionales, las al menos nanopartículas metálicas incluyen al menos uno de Al, Ag, Au, CU, Ni, Pt u otras nanopartículas metálicas, en donde las nanopartículas dieléctricas incluyen al menos uno de TiO<2>, Ta<2>O<5>u otras nanopartículas dieléctricas. Las nanopartículas semiconductoras o puntos cuánticos, en todavía otras realizaciones adicionales, incluyen al menos uno de Si, GaAs, GaN, CdSe, CdS u otras nanopartículas semiconductoras. En otras realizaciones adicionales más, la forma de las nanopartículas incrustadas en los revestimientos de nanopartículas incrustadas es esférica, elíptica o de otra forma. En algunas realizaciones, se determina un espectro de extinción de las nanopartículas incrustadas utilizando la teoría de dispersión de Mie.
En realizaciones adicionales, se determina una tercera dosis de luz de luz retrorreflejada que experimentarán las células ganglionares de melanopsina en el sujeto. En otras realizaciones adicionales, se determina una cuarta dosis de luz de luz retrorreflejada asociada al espectro de respuesta visual. En todavía otras realizaciones adicionales, fabricar un filtro óptico incluye utilizar la tercera dosis de luz y la cuarta dosis de luz.
Se describe un método no incluido en la invención para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas o para modular los ciclos circadianos. El método incluye recibir una cantidad de luz. Se transmite menos de una primera cantidad de luz ponderada a través del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina.
Se transmite una segunda cantidad de luz ponderada a través de la respuesta espectral visual.
Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos
Los dibujos constituyen parte de esta memoria descriptiva e incluyen realizaciones ilustrativas de la invención, que pueden materializarse de diversas formas. Debe entenderse que, en algunos casos, varios aspectos de la invención pueden mostrarse exagerados o agrandados para facilitar la comprensión de la invención.
La figura 1 ilustra un espectro del potencial de acción medido a modo de ejemplo para células de melanopsina, que está normalizado a magnitud unitaria, con un ajuste gaussiano en los puntos de datos medidos.
La figura 2 ilustra el espectro de transmisión medido de un filtro "FL-41 35" de ejemplo a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 3 ilustra el espectro de transmisión medido de un filtro "FL-41 35" de ejemplo a través del espectro de luz visible.
La figura 4 ilustra el espectro de transmisión medido de un filtro "FL-41 55" de ejemplo a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 5 ilustra el espectro de transmisión medido de un filtro "FL-41 55" de ejemplo a través del espectro de luz visible.
La figura 6 es un ejemplo de un filtro que utiliza películas delgadas dieléctricas multicapa de distintos índices de refracción.
La figura 7 es un ejemplo de un filtro que utiliza un revestimiento de nanopartículas incrustado, diseñado para dispersar la luz en la región agua del espectro de luz visible.
La figura 8 ilustra un método de ejemplo para diseñar un filtro óptico para bloquear la absorción de luz por las células de melanopsina.
La figura 9 ilustra el espectro de transmisión medido de una realización de un filtro a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 10 ilustra el espectro de transmisión medido de la realización de un filtro en la figura 9 en todo el espectro de luz visible.
La figura 11 ilustra el espectro de transmisión medido de otra realización de un filtro a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 12 ilustra el espectro de transmisión medido de una realización adicional de un filtro a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 13 ilustra el espectro de transmisión medido de un ejemplo no incluido en la invención de un filtro a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 14 ilustra el espectro de transmisión medido de un ejemplo no incluido en la invención de un filtro de la figura 13 en todo el espectro de luz visible.
La figura 15 ilustra el espectro de transmisión medido de una realización adicional más de un filtro con el centro del filtro colocado a 485 nm para una incidencia de luz normal a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 16 ilustra el espectro de transmisión medido de la realización de la figura 15 con un ángulo de incidencia de 15 grados a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 17 ilustra el espectro de transmisión medido de otra realización más de un filtro que excluye una capa de MgF<2>de índice bajo a través del "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina.
La figura 18 ilustra el espectro de transmisión medido de una realización de un filtro centrado a 482,9 nm con un ancho de aproximadamente 55,5 nm.
La figura 19 ilustra el espectro de transmisión medido de múltiples realizaciones de filtros con diversos grados de tinte.
La figura 20 ilustra los espectros de reflexión posterior de las realizaciones de filtros de la figura 19.
La figura 21 ilustra un método de ejemplo de fabricación de un filtro óptico.
La figura 22 ilustra un método no incluido en la invención para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas o para modular los ciclos circadianos.
Descripción detallada de las realizaciones de la invención
En el presente documento se proporcionan descripciones detalladas de las realizaciones de la invención. Debe entenderse, sin embargo, que la presente invención puede materializarse de diversas formas. Por lo tanto, los detalles específicos divulgados en el presente documento no deben interpretarse como limitantes, sino más bien como una base representativa para enseñar a una persona experta en la materia cómo emplear la presente invención prácticamente en cualquier sistema, estructura o forma detallada.
La presente invención se refiere a la gestión de los efectos de la luz sobre un sujeto.
La presente invención se refiere a un aparato para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas o para modular los ciclos circadianos.
Debido a que las células ganglionares de la melanopsina están involucradas en la fotofobia y en la aparición de migrañas en diversas personas fotófobas, es conveniente bloquear al menos porciones de esa parte del espectro visible que activa estas células. La fotofobia está asociada con afecciones neurológicas sensibles a la luz, incluyendo jaquecas, blefaroespasmo esencial benigno y traumatismo craneoencefálico (TCE). La figura 1 ilustra un ejemplo del espectro del potencial de acción medido de las células de melanopsina, que está normalizado a magnitud unitaria y un ajuste gaussiano en los puntos de datos medidos. Este ajuste gaussiano se utiliza para el diseño del filtro. Las mediciones refinadas del espectro del potencial de acción pueden motivar, en ejemplos no incluidos en la invención, diseños o métodos de filtro adicionales que sigan el proceso descrito aquí, o mediante procesos similares. Se contemplan las optimizaciones de los métodos, sistemas y aparatos descritos en el presente documento en función de mediciones más refinadas del espectro del potencial de acción.
En algunas realizaciones, la luz puede bloquearse (es decir, atenuarse) en un cierto rango de longitud de onda apropiado para la prevención de la fotofobia, minimizando al mismo tiempo la distorsión del espectro visible. El aparato descrito en esta solicitud también puede usarse para manipular el sistema circadiano del cuerpo.
Se describen realizaciones de filtros ópticos que bloquean una cierta parte del espectro óptico que se sospecha que desencadena y/o exacerba estas respuestas fotófobas. Estos filtros se pueden aplicar en gafas (como gafas de ver, gafas de buceo, gafasclip-onu otro tipo de gafas), lentes (incluidas las lentes de contacto), pantallas de ordenador, ventanas, parabrisas de automóviles, sustratos de iluminación, bombillas (incandescentes, fluorescentes, CFL, LED, de vapor de gas, etc.), o cualquier otro elemento óptico. Estos filtros ópticos se pueden aplicar en vidrioscrown(incluido el BK7), vidrios de pedernal (incluido el BaFa), SiO<2>, plásticos (como policarbonato, CR-39 y trivex), otros sustratos y combinaciones de los mismos.
Aunque la mayor parte de la descripción se centra en la prevención de la fotofobia, los sistemas, métodos y aparatos descritos en el presente documento también son aplicables para modular el ritmo circadiano. Por ejemplo, la gente de negocios, los atletas, los que viajan entre lugares con diferentes zonas horarias o aquellos que deseen alterar el sistema circadiano del cuerpo pueden emplear estos filtros para modificar el sistema circadiano del cuerpo. En un ejemplo, un sujeto podría emplear al menos uno de los filtros descritos en el presente documento para adaptarse al ciclo de luz/oscuridad del lugar al que viaja. En otro ejemplo, al menos uno de los filtros descritos en el presente documento también podría usarse para limitar la excitación de las células ganglionares de melanopsina en pacientes con trastornos del sueño. En este uso, un sujeto podría emplear estos filtros para limitar su exposición a la luz artificial por la noche y evitar que sus relojes internos piensen que es hora de permanecer despierto. Además, los sujetos pueden aumentar la exposición a la luz antes del amanecer para ajustar su ciclo de luz/oscuridad.
El tinte de lentes FL-41 a veces se prescribe para pacientes con migraña. El tinte FL-41 bloquea (mediante absorción) un amplio abanico de longitudes de onda. Estas longitudes de onda incluyen longitudes de onda asociadas con la absorción de melanopsina. El tinte FL-41 se puede infiltrar en ciertos tipos de lentes de plástico para gafas. La cantidad de tinte infiltrado generalmente determina la cantidad de intensidad de luz bloqueada. El tinte "FL-41 35" es eficaz para diversos pacientes en ambientes interiores. Sin embargo, si aumenta la intensidad de la fuente de luz, por ejemplo, si se mueve a un entorno al aire libre, el "FL-41 35" puede no ser tan efectivo.
La figura 2 muestra el espectro de transmisión medido de "FL-41 35". La figura 2 también ilustra el efecto del filtro "FL-41 35" sobre el espectro del potencial de acción de la melanopsina, el llamado "espectro del potencial de acción efectivo". El tinte "FL-41 35" bloquea o atenúa aproximadamente el 55 % de la luz que, de otro modo, sería absorbida por las células ganglionares de melanopsina. El tinte FL-41 bloquea adicionalmente una porción significativa del espectro visible que no está asociada a la melanopsina, como se muestra en la figura 3, con aproximadamente un 47 % de atenuación en todo el espectro de respuesta visual. El bloqueo adicional del espectro de respuesta visible puede resultar desventajoso. Por ejemplo, bloquear el espectro de respuesta visible puede afectar negativamente a la visión normal. En otro ejemplo, bloquear el espectro de respuesta visible puede producir una coloración falsa que puede distraer o ser menos deseable para el usuario.
Para situaciones de luz brillante, por ejemplo, al aire libre, se puede utilizar un tinte con mayor nivel de atenuación espectral, como "FL-41 55". El espectro de transmisión de este filtro, junto con su efecto sobre el espectro del potencial de acción, se muestra en las figuras 4 (en todo el "espectro del potencial de acción efectivo" de la melanopsina) y 5 (en todo el espectro de luz visible). Este filtro atenúa aproximadamente el 89 % de la luz que, de otro modo, sería absorbida por las células de melanopsina, pero también atenúa alrededor del 81 % del espectro de respuesta visual. Esta atenuación espectral adicional también puede afectar a la visión en niveles reducidos de luz u otras situaciones.
En general, los inconvenientes generales del FL-41 incluyen: un aspecto de color rosa, percepción del color distorsionada; aplicabilidad limitada (es decir, solo se puede aplicar en ciertos plásticos y no se puede aplicar en lentes de vidrio, pantallas de ordenador, ventanas, parabrisas de automóviles, sustratos de iluminación, bombillas u otros elementos ópticos); y control de calidad deficiente durante el proceso de teñido (debido, en parte, a variaciones en las capas de revestimiento duro teñibles). Aunque el FL-41 puede ser efectivo en ciertas aplicaciones, no está diseñado para inhibir la estimulación de las células ganglionares de melanopsina y sus conexiones con los centros del dolor del cerebro. Por estos motivos, puede ser deseable crear otras realizaciones de filtros.
Un ejemplo de un filtro óptico más deseable para el tratamiento de afecciones sensibles a la luz puede incluir un filtro de paso largo. Un filtro de paso largo puede transmitir longitudes de onda superiores a aproximadamente 500 nm o 520 nm, al tiempo que atenúa la luz en longitudes de onda inferiores a aproximadamente 500 nm o 520 nm. Otros ejemplos de filtros ópticos más convenientes pueden incluir filtros que solo bloqueen el espectro de luz absorbido por la melanopsina, mientras que, por lo general, transmitan el resto del espectro de luz, adoptando la respuesta de transmisión espectral del filtro la forma de una muesca, en ocasiones denominada eliminador de banda o filtro negativo. La posición central de la muesca puede estar cerca del máximo de absorción de la vía de la melanopsina (aproximadamente 480 nm), aunque pueden ser efectivas otras posiciones. El ancho espectral de la muesca puede coincidir aproximadamente con el ancho del espectro del potencial de acción, que es de aproximadamente 50 a 60 nm, aunque se contemplan otros anchos.
Se pueden emplear las tecnologías de filtrado óptico, como tintes que comprenden mezclas de tintes, multicapas dieléctricas (un ejemplo de las cuales se muestra en la figura 6) y revestimientos de nanopartículas incrustados (un ejemplo de los cuales se muestra en la figura 7) u otras tecnologías de filtrado, tales como filtros de guía de ondas resonantes o combinaciones de los mismos, para crear un filtro según la presente divulgación. Los revestimientos de nanopartículas que se pueden usar para filtros ópticos según la presente divulgación pueden incluir nanopartículas metálicas (por ejemplo, Al, Ag, Au, Cu, Ni, Pt), nanopartículas dieléctricas (por ejemplo, TiO<2>, Ta<2>O<5>, etc.), nanopartículas semiconductoras o puntos cuánticos (por ejemplo, Si, GaAs, GaN, CdSe, CdS, etc.), nanopartículas magnéticas, partículas núcleo-cubierta que consisten en un material en el núcleo y otro que sirve como capa, otras nanopartículas, o combinaciones de las mismas. Las formas de estas partículas pueden ser esféricas, elipsoides, con otra forma, o combinaciones de las mismas. Los materiales hospedadores pueden incluir polímeros, sol-geles, otros materiales hospedadores o combinaciones de los mismos. El espectro de extinción de estas nanopartículas se puede calcular utilizando la teoría de dispersión de Mie o variaciones de la misma.
Una realización de un filtro multicapa 600, que se muestra en la figura 6, incluye un sustrato 602, una primera capa 604 y una segunda capa 606. Como se muestra, la primera capa 604 puede incluir un material de alto índice y la segunda capa 606 puede incluir un material de bajo índice. En otras realizaciones, la primera capa 604 puede incluir un material de índice bajo y la segunda capa puede incluir un material de índice alto. Adicionalmente, la primera capa 604 se muestra adyacente al sustrato 602. En otras realizaciones, la primera capa 604 puede tener otra capa (por ejemplo, la segunda capa 606 y/u otra capa) entre el sustrato 602 y la primera capa 604. También se muestran capas adicionales (aunque no numeradas). El sustrato 602 puede utilizar cualquier sustrato descrito en el presente documento. Por ejemplo, el sustrato 602 puede incluir una capa teñida (no mostrada) en el mismo lado y/o en el opuesto de la primera capa 604 y la segunda capa 606 (es decir, el lado frontal y/o posterior del sustrato). En otro ejemplo, el propio sustrato 602 puede estar impregnado con tinte. Más adelante, se describen ejemplos de técnicas de teñido y cantidades. En el presente documento se describen con más detalle otras realizaciones de filtros multicapa. Un filtro 700, que se muestra en la figura 7, incluye un sustrato 702, una capa hospedadora 704 y una pluralidad de nanopartículas 706. La capa hospedadora 704 se muestra adyacente al sustrato 702. En otras realizaciones, la capa hospedadora 704 puede tener otra capa (por ejemplo, la segunda capa 606 de la figura 6 y/u otra capa) entre el sustrato 702 y la capa hospedadora 704. Aunque las nanopartículas 706 se muestran como esféricas y de tamaño uniforme, como se ha descrito anteriormente, se contemplan otras formas y tamaños. Al igual que con el filtro multicapa de la figura 6, se pueden emplear varios sustratos, tintes, otras características o combinaciones de los mismos con el filtro de nanopartículas 700. En el presente documento se describen otras realizaciones de filtros de nanopartículas. Otros tipos de filtros que pueden usarse pueden incluir filtros de color (colorantes orgánicos y semiconductores), filtros de resonancia de modo guiado, filtros rugate o combinaciones de los mismos. Un filtro rugate utiliza una variación sinusoidal del índice de refracción en todo su grosor. Es posible que no se pueda obtener una sinusoide verdadera y, a menudo, se aproxima mediante una aproximación escalonada del índice de refracción utilizando la mezcla de dos o más materiales.
Además de estos diversos tipos de filtros, ciertas consideraciones adicionales pueden tener en cuenta el efecto del filtro diseñado en el espectro de respuesta visual, según lo que determine la fotorespuesta de los bastones y conos. Una consideración puede incluir minimizar la distorsión espectral. Se puede considerar también añadir restricciones adicionales o de otro tipo al diseño del filtro, incluyendo métodos de optimización, tal como tener en cuenta la sensibilidad angular, que se puede compensar utilizando multicapas dieléctricas, por ejemplo, diseñando el centro de la muesca para que se desplace ligeramente hacia el rojo desde aproximadamente 480 nm para tener en cuenta el desplazamiento hacia el azul de la respuesta del filtro que se produce para la iluminación fuera del eje. La optimización puede incluir además ampliar el ancho espectral del filtro para compensar ángulos de incidencia no normales y/o mediante el uso de capas de filtro adicionales para compensar el ángulo de incidencia. La posibilidad de que se produzca una reflexión posterior puede ser una consideración. Una o más de estas consideraciones pueden abordarse combinando el filtro con algún tipo de tinte.
En el presente documento se describe una realización de un método para fabricar un filtro óptico para bloquear la absorción de luz por las células de melanopsina. La dosis de luz D experimentada por las células de melanopsina se puede expresar así
donde L es el espectro de luz (en términos de intensidad, potencia, fotones/s, etc.), T es la transmisión espectral de un filtro que se encuentra entre la fuente de luz y el ojo, y M es el espectro de respuesta al potencial de acción normalizado de la melanopsina, como se estima actualmente a partir de la figura 1 como una función gaussiana centrada en 480 nm con un ancho completo a la mitad del máximo de 52 nm. Por generalidad, se supone que L=1 para no limitar la descripción a ninguna fuente de luz específica, sin embargo, se pueden realizar análisis para cualquier fuente de luz de espectro conocido.
Se puede calcular una dosis similar en asociación con el espectro de respuesta visual
£>„, = JL(X)T{Á)V{A)dA(2)
donde V representa el espectro de respuesta visual normalizado.
El efecto de un filtro óptico, como el tinte FL-41, es reducir la dosis, como se describe utilizando la relación entre la dosis calculada con el filtro y la dosis sin el filtro, por ejemplo
La "atenuación" de la dosis puede expresarse, por ejemplo,
También se puede definir una cifra de mérito (FOM) que compara el bloqueo de la respuesta de la melanopsina con el bloqueo del espectro de respuesta visual
^m ela
FOM =°meDUiaV(IST=1) ('3)'
vîs(T=1)
que representa la relación entre la atenuación de la luz en el espectro de la melanopsina y la atenuación de la luz en el espectro visible, donde puede ser deseable un valor de FOM>1. Para el tinte FL-41, FOM es aproximadamente 1.
La figura 8 ilustra una realización de un método 800 para diseñar un filtro óptico para bloquear la absorción de luz por las células de melanopsina que puede incluir determinar la dosis de luz D experimentada por las células de melanopsina (usando, por ejemplo, la Ecuación 1, como lo ilustra la etapa 802. Se puede determinar la dosis de luz experimentada en todo el espectro de respuesta visual (utilizando, por ejemplo, la Ecuación 2, como lo ilustra la etapa 804. Se puede determinar una cifra de mérito (FOM) con respecto a la dosis de luz experimentada por las células de melanopsina y a la dosis de luz experimentada en todo el espectro de respuesta visual, como lo ilustra la etapa 806. En otras realizaciones, la dosis en todo el espectro de respuesta visual puede reducirse o separarse. Por ejemplo, solo se puede utilizar una porción o porciones del espectro de respuesta visual, o se pueden tener en cuenta longitudes de onda fuera del espectro de respuesta visual. La cifra de mérito puede usarse para diseñar un elemento óptico para reducir y/o prevenir respuestas fotófobas.
Muchas realizaciones descritas en el presente documento utilizan películas delgadas dieléctricas multicapa de distintos índices de refracción. Estas capas se pueden aplicarse en varios elementos ópticos (como se describe en el presente documento). A modo de ejemplo y sin limitación, las realizaciones de diseños de filtros ópticos de la presente divulgación adoptan un sustrato transparente genérico, como una lente de gafas, con un índice de refracción de aproximadamente 1,5 y con un revestimiento antirreflectante aplicado en la superficie posterior (es decir, la superficie más cercana al ojo del usuario). Por tanto, se contemplan otros sustratos con otros índices de refracción y con o sin revestimientos antirreflectantes en la superficie posterior. Es posible que se requieran variaciones menores en el diseño del filtro para compensar diferentes materiales de sustrato y/o diferentes revestimientos en esos sustratos. Es posible que sea necesario abordar otras consideraciones, como la compatibilidad de diferentes materiales de película delgada con diferentes materiales de sustrato, lo que puede requerir una mayor optimización del diseño y las curvaturas del sustrato de la lente. El sustrato puede incluir una capa de adhesión (por ejemplo, una capa delgada de cromo) entre el sustrato, o una capa sobre el sustrato, y cualquier revestimiento adicional.
Hay una multitud de enfoques de diseño para filtros de muesca y de paso largo multicapa que pueden usarse. Por ejemplo, hay software y otras herramientas de diseño disponibles para el diseño de filtros ópticos de película delgada. Estas herramientas pueden tener en cuenta una serie de limitaciones durante la optimización, reducir la probabilidad de que dos diseños de filtro sean idénticos, incluso si logra las mismas características de bloqueo de luz o produce el mismo resultado fisiológico. Aquí solo se presentarán unos pocos ejemplos y no pretenden ser limitantes de ninguna manera. Se podrían adoptar otros enfoques para lograr resultados similares y se podrían realizar optimizaciones adicionales para producir características más ideales o para producir características similares con un menor número de capas de acuerdo con la presente divulgación.
Además, se pueden aplicar revestimientos multicapa y de otro tipo a lentes o sustratos tintados. Hay múltiples razones por las que esta combinación puede ser deseable. Una razón puede incluir que las características espectrales del tinte pueden relajar las restricciones de diseño del filtro de película delgada. Por ejemplo, la combinación de un "tinte base" FL-41 con un filtro de muesca de película delgada puede servir para reducir la profundidad de la muesca necesaria para producir un resultado terapéutico. Puede ser conveniente tener en cuenta la variación espectral de transmisión del tinte en el diseño de la muesca. Este ajuste de diseño se puede lograr, por ejemplo, desplazando la longitud de onda central de la muesca para compensar la pendiente local de la respuesta espectral del tinte. Otra razón para usar un tinte base puede ser reducir cualquier reflejo de luz no deseado que entre por la parte posterior de la lente. En esta situación, puede ser conveniente utilizar un tinte "plano" o de densidad neutra que no introduzca ninguna coloración por sí solo.
Por ejemplo, en una realización de un filtro diseñado para bloquear un intervalo de longitudes de onda de luz para que no pasen a través de la parte frontal de la lente (por ejemplo, reflejando las longitudes de onda deseadas lejos del usuario), la luz que entra por la parte posterior de la lente (que incluye luz en las longitudes de onda que se van a bloquear) puede retrorreflejarse en el ojo del usuario. Dicho de otro modo, la luz que debe bloquearse desde la parte frontal (mediante reflexión en el caso de un filtro multicapa) puede entonces reflejarse desde atrás. Es posible que esto no sea un problema en situaciones en las que hay una única fuente de luz que se encuentra principalmente frente al sujeto. Sin embargo, en situaciones, por ejemplo, donde hay luz muy brillante o donde hay múltiples fuentes de luz, este reflejo desde atrás puede ser perjudicial para el usuario.
Un enfoque de ejemplo para producir filtros de paso largo o de muesca incluye el uso de capas alternas de materiales de índice de refracción alto y bajo. Entre los ejemplos de materiales dieléctricos de bajo índice se incluyen MgF<2>y SiO<2>. MgF<2>se utiliza comúnmente en revestimientos antirreflectantes de una o varias capas. Entre los ejemplos de materiales de alto índice se incluyen óxidos metálicos como TiO<2>, ThOs, ZrO<2>, y Ta<2>O<5>, y Si<3>N<4>. Se pueden utilizar muchos otros materiales adecuados, incluidas capas de polímero.
Una realización de un diseño de filtro óptico se muestra en las figuras 9 y 10, junto con el efecto de esta realización de un filtro en el espectro de luz que incide en las células de melanopsina, produciendo un potencial de acción efectivo (y atenuado). Este diseño pretende ser tan eficaz clínicamente como el revestimiento FL-41 35, en donde el 55 % de la luz que sería absorbida por las células de melanopsina está bloqueada o atenuada, lo que debería dar como resultado el mismo alivio de los síntomas de migraña (o sensibilidad a la luz) que el revestimiento FL-41, pero con una distorsión visual significativamente menor, con solo un 18% de atenuación en toda la respuesta visual. Para esta realización, el material de bajo índice es SiO<2>y el material de alto índice TiO<2>, y MgF<2>se utiliza como la capa más externa, utilizándose 11 capas en total. En la siguiente tabla se enumeran capas y materiales de ejemplo desde la capa más externa (MgF<2>) a la capa más interna (TiO<2>con 165 nm de grosor) adyacente al sustrato. Este filtro tiene FOM=3.
La posición espectral del centro de un filtro de muesca puede estar determinada por los grosores de sus respectivas capas. Aunque muchas realizaciones del presente documento asumen que la posición espectral de la muesca es de aproximadamente 480 nm, se contemplan otras posiciones espectrales. Por ejemplo, a medida que se conozca más información sobre el espectro del potencial de acción de la vía de la melanopsina, la posición espectral puede modificarse de acuerdo con la nueva información. En otro ejemplo, la posición espectral puede posicionarse de otra manera para lograr resultados específicos.
El ancho de la muesca puede determinarse por la diferencia en los índices de refracción de las diferentes capas. La profundidad de la muesca puede estar determinada por el número de capas. La transmisión fuera de la región de la muesca se puede aumentar y aplanar mediante la inclusión de capas adicionales y con la posible inclusión de un revestimiento antirreflectante de una o varias capas en la superficie posterior de la lente para reducir la retrorreflexión. Se puede utilizar una mayor optimización del diseño para aumentar la profundidad de la muesca, lo que puede inhibir aún más la excitación de las células de melanopsina, pero se debe tener en cuenta el efecto sobre el espectro de respuesta visual. La supresión general se puede adaptar paciente por paciente o diseñando una o más clases generales de filtros para ayudar en la mayoría de los casos.
Se puede obtener una mayor atenuación del espectro del potencial de acción efectivo de la melanopsina haciendo más profunda o ensanchando la muesca del filtro, o mediante una combinación de ambas. Las figuras 11 y 12 ilustran realizaciones de dos enfoques de ejemplo que utilizan 19 y 15 capas dieléctricas, respectivamente. La elección final entre las dos se puede hacer según las preferencias del usuario, ya que ambas producen aproximadamente una atenuación del 70 % en todo el espectro de la melanopsina, pero presentan características del espectro de respuesta visual ligeramente diferentes. El filtro de 19 capas atenúa aproximadamente el 21 % del espectro de respuesta visual y el filtro de 15 capas atenúa aproximadamente el 25%del espectro de respuesta visual. Ambos filtros tienen valores de FOM superiores a 2,75, teniendo el filtro de 19 capas un valor de FOM de aproximadamente 3,3.
Los distintos diseños pueden lograr una atenuación significativa en todo el espectro del potencial de acción de la melanopsina. Las figuras 13 y 14 muestran un ejemplo no cubierto por la invención de un diseño de filtro de muesca que produce una atenuación del potencial de acción de la melanopsina similar al filtro FL-41 55, bloqueando aproximadamente el 89% de la luz, usando 19 capas dieléctricas, pero bloqueando solo alrededor del 29% del espectro de respuesta visual, con un valor FOM de aproximadamente 3. En la siguiente tabla se enumeran capas y materiales de ejemplo desde la capa más externa (MgF<2>) a la capa más interna (TiO<2>con 160,3 nm de grosor) adyacente al sustrato.
Otras consideraciones de diseño pueden incluir el bloqueo de la luz que incide en ángulos de incidencia no normales. Por poner un ejemplo, inclinar el ángulo de un filtro de película delgada tiende a producir un desplazamiento hacia el azul en la respuesta del filtro. Esto puede realizarse, por ejemplo, ya sea diseñando intencionalmente el filtro con un ligero desplazamiento hacia el rojo, mediante la ampliación del ancho del filtro, añadiendo capas adicionales o mediante combinaciones de las mismas, para así minimizar o reducir el efecto del ángulo de incidencia.
La figura 15 muestra una realización de un diseño de filtro con 10 capas, donde el centro de la muesca está situado a 485 nm para una incidencia de luz normal. En incidencia normal, esta realización de un filtro bloquea aproximadamente el 61 % de la dosis de luz del espectro de melanopsina y solo atenúa aproximadamente el 21 % de la luz del espectro de respuesta visual, lo que da como resultado un valor FOM de aproximadamente 2,9.
La figura 16 muestra el efecto de la realización de un filtro de la figura 15, pero con un ángulo de incidencia de unos 15 grados. En esta realización y en este ángulo de incidencia, el bloqueo de la dosis de luz de melanopsina es de aproximadamente el 61 % con aproximadamente el 20 % de bloqueo del espectro de respuesta visual, lo que da como resultado un valor FOM de aproximadamente 3,1.
Esta realización de un filtro tiene las siguientes propiedades de capa enumeradas en la siguiente tabla desde la capa más externa (MgF<2>) hasta la capa más interna (TiO<2>con 127 nm de grosor).
En las realizaciones de filtros descritas en relación con las figuras 8-15, se empleó una capa de MgF<2>de bajo índice. Es posible que otras realizaciones no requieran este material. Por ejemplo, la figura 17 ilustra una realización del diseño de filtro que bloquea aproximadamente el 73 % del espectro del potencial de acción de la melanopsina (o dosis de luz) y aproximadamente el 21 % de la dosis de la respuesta visible, con un valor FOM de aproximadamente 3,5. Las propiedades de capa del diseño de filtro ilustrado en la figura 17 se enumeran en la siguiente tabla desde la capa más externa hasta la capa más interna.
Tal como se ha expuesto anteriormente, puede ser deseable reducir la cantidad de luz que se refleja desde la parte posterior (es decir, el lado más cercano al ojo del usuario) hacia el ojo del usuario. Esto se puede conseguir con otra realización de un diseño de filtro en el que se puede aplicar un revestimiento de película delgada sobre una lente o sustrato tintado. En otras realizaciones, el sustrato puede teñirse mediante impregnación, revestimiento, otras técnicas de teñido, o combinaciones de las mismas. La transmisión de luz a través de una combinación de revestimiento de película delgada/sustrato teñido puede expresarse como el producto de la transmisión del revestimiento de película delgada y la transmisión del sustrato teñido:
7X1) ^película(X)Ttint(X)(4)
suponiendo que el revestimiento de película delgada se aplica solo a la superficie frontal del sustrato y suponiendo que se aplica un revestimiento antirreflectante (con T=1) en la superficie posterior del sustrato.
Para que la luz entre en la superficie posterior del sustrato, primero pasa a través del tinte, se refleja en el filtro de película delgada en la superficie frontal del sustrato, luego pasa a través del tinte por segunda vez antes de incidir en los ojos del usuario. Para esta situación, la luz reflejada puede expresarse así:
^ (^ ) = EintC^)[1 — ^película (4) Etint (4) = ^películaWElntW — Eint (X)Ptint W —T(A')(5)
En cualquier longitud de onda específica, la fracción de luz transmitida y reflejada puede establecerse mediante la transmisión del revestimiento de película delgada y el tinte. Por ejemplo, si se desea aproximadamente un 20 % de transmisión a una longitud de onda deseada (en este ejemplo, aproximadamente 480 nm), entonces solo se pueden usar ciertas combinaciones de películas delgadas y transmisiones de tinte. Además, si se desea aproximadamente un 10% de reflexión, entonces solo se permite una única combinación de transmisión de película fina y tinte. Estas relaciones pueden describirse de la siguiente manera:
T¿nt(X) - T(A)Ttint(A) - R(A) =0 (6)
TpelículaW - 1r t1in^t W (7)
La dosis D experimentada por las células de melanopsina debido a la luz retrorreflejada en los ojos del usuario se puede expresar de manera similar a la dosis experimentada por las células de melanopsina debido a la luz transmitida que se muestra en la Ecuación (1)
donde L es el espectro de luz (en términos de intensidad, potencia, fotones/s, etc.), R es la retrorreflexión espectral y M es el espectro de respuesta al potencial de acción normalizado de la melanopsina, como se estima actualmente a partir de la figura 1 como una función gaussiana centrada en 480 nm con un ancho completo a la mitad del máximo de 52 nm. Por generalidad, se supone que L=1 para no limitar la descripción a ninguna fuente de luz específica, sin embargo, se pueden realizar análisis para cualquier fuente de luz de espectro conocido.
La dosis normalizada por la luz retrorreflejada experimentada por las células de melanopsina se puede calcular así:
Se puede calcular una dosis similar y una dosis normalizada en asociación con el espectro de respuesta visual
Ds.,„ = j L(Á)R(Á)V(Z)M( 10)
N,R - v i s
^ R - v i s (T_ 4 )(11)
donde V representa el espectro de respuesta visual normalizado. De manera ideal, la retrorreflexión se reduciría de modo que estos valores de dosis fueran cercanos a cero.
La dosis de luz retrorreflejada con respecto al espectro del potencial de acción de la vía de la melanopsina se puede determinar utilizando la Ecuación (8). La dosis de luz retrorreflejada con respecto al espectro visual se puede determinar utilizando la Ecuación (9). Las dosis de luz retrorreflejada se pueden utilizar para diseñar y fabricar un filtro óptico. Por ejemplo, se puede seleccionar un nivel apropiado de tinte en función de la dosis máxima deseada de luz retrorreflejada, ya sea a través del espectro del potencial de acción de la vía de la melanopsina, en todo el espectro visual, o en ambos. La reducción de la dosis y la dosis normalizada de luz reflejada experimentada por las células de melanopsina puede reducir los síntomas experimentados por un usuario fotófobo.
Las siguientes tablas ilustran realizaciones adicionales de diseños de filtros con algunas combinaciones posibles de muesca y transmisiones tinte que dan como resultado transmisiones específicas y reflexiones posteriores en, por ejemplo, aproximadamente 480 nm. Obsérvese que, debido a la respuesta de la muesca, la transmisión de luz fuera de la muesca será mayor que la transmisión de luz dentro de la muesca, de modo que la cantidad de luz retrorreflejada será menor que la que se produce en el centro de la muesca. Aunque estos ejemplos son específicos de una muesca centrada cerca de los 480 nm, se pueden seleccionar otras longitudes de onda, como se describe en el presente documento.
La Tabla 1 proporciona ejemplos que mantienen una reflexión fija en la parte posterior del 10 % en una longitud de onda específica (de aproximadamente 480 nm, por ejemplo) o intervalo de longitudes de onda con diferentes transmisiones por la parte frontal. Este valor de reflexión posterior podría ser deseable para lentes terapéuticas que puedan usarse en monturas de gafas de estilo "abierto", por ejemplo, donde se permite que la luz incida en las lentes desde la parte superior, el fondo y/o los laterales, entrando así en la parte posterior de la lente y reflejándose en los ojos del usuario desde el revestimiento de película delgada del lado frontal. Pueden ser deseables otras cantidades de reflexión posterior en monturas de gafas de otros estilos (como gafas deportivas, gafas de sol envolventes u otros estilos de monturas).
Tabla 1:
transmisión T retrorreflexión R T tinte T película
0,50 0,10 0,65 0,77
0,45 0,10 0,61 0,73
0,40 0,10 0,57 0,70
0,35 0,10 0,54 0,65
0,30 0,10 0,50 0,60
0,25 0,10 0,47 0,54
0,20 0,10 0,43 0,46
0,15 0,10 0,40 0,38
0,10 0,10 0,37 0,27
La Tabla 2 proporciona realizaciones adicionales, pero con una mayor reflexión posterior permitida. Estos diseños pueden ser más apropiados para gafas de estilo "envolvente" o monturas deportivas, que impiden que la luz entre en los ojos, excepto la luz que pasa por la parte frontal de las lentes.
Tabla 2:
transmisión T retrorreflexión R T tinte Tpelícula
0,50 0,35 0,89 0,56
0,45 0,35 0,86 0,52
0,40 0,35 0,82 0,49
0,35 0,35 0,79 0,44
0,30 0,35 0,76 0,39
0,25 0,35 0,73 0,34
0,20 0,35 0,70 0,29
0,15 0,35 0,67 0,22
0,10 0,35 0,64 0,16
Otras realizaciones de un filtro pueden incluir fijar la transmisión de muesca y ajustar la transmisión de tinte para proporcionar un valor de reflexión posterior determinado. Ejemplos de estas realizaciones se muestran en la Tabla 3 de a continuación.
Tabla 3:
transmisión Tpelícula retrorreflexión R T tinte trans T
0,35 0,05 0,28 0,10
0,35 0,10 0,39 0,14
0,35 0,15 0,48 0,17
0,35 0,20 0,55 0,19
(continuación)
transmisión Tpeücula retrorreflexión R T tinte trans T
0,35 0,25 0,62 0,22
0,35 0,30 0,68 0,24
0,35 0,37 0,75 0,26
0,25 0,45 0,77 0,19
0,15 0,50 0,77 0,12
Los valores R descritos en el presente documento se pueden utilizar para determinar la cantidad máxima de luz reflejada. Por ejemplo, se podría utilizar un valor R de aproximadamente 0,10 como cantidad deseada de luz retrorreflejada ponderada en todo el espectro del potencial de acción de la vía de la melanopsina, el espectro visual o ambos. Como los valores de R se basan en la longitud de onda deseada para atenuar, se pueden atenuar otras longitudes de onda de luz en función de un filtro diseñado para lograr un valor R igual o menor que los valores según las tablas anteriores. Por ejemplo, para una longitud de onda de aproximadamente 480 nm con un valor R de aproximadamente 0,10, el valor R de una longitud de onda de aproximadamente 470 nm o 490 nm puede ser inferior a 0,10, como por ejemplo, de aproximadamente 0,09. Los valores R generalmente disminuirán en longitudes de onda que se alejan de la longitud de onda deseada del centro de la muesca. Para mayor claridad, aunque las tablas del presente documento enumeran el valor R como un valor decimal, estos valores también pueden expresarse como porcentajes.
Estos ejemplos no pretenden limitar las combinaciones apropiadas para la presente divulgación y se proporcionan solo para demostrar algunas de las posibles combinaciones que pueden ser convenientes para efectos terapéuticos. Se prevén muchas otras combinaciones que pueden ser apropiadas para diferentes niveles de sensibilidad a la luz del usuario, para diferentes enfermedades, para diferentes aplicaciones y para diferentes tipos de tintes (por ejemplo, gris, FL-41, etc.) y distintos estilos de montura.
También se pueden tener en cuenta consideraciones de fabricación al realizar el diseño del filtro. Por ejemplo, la deposición del material generalmente se consigue mediante pulverización catódica, técnicas de evaporación o deposición química de vapor. Las condiciones de deposición pueden optimizarse para minimizar la tensión de los materiales de película delgada. A menudo, se puede realizar un recocido térmico a alta temperatura después de la deposición para relajar la tensión en los materiales depositados, aunque el recocido a menudo no se puede aplicar en lentes de plástico. Las lentes para gafas representan sustratos curvos, por lo que lograr un grosor de película constante durante la deposición puede ser un desafío. Para producir grosores de película constantes, se puede utilizar la modificación de la geometría objetivo-fuente en el sistema de deposición. Para lentes de plástico, se puede utilizar la deposición a baja temperatura, pero puede optimizarse para producir películas de baja tensión.
Los siguientes ejemplos de trabajo describen diseños de filtros ópticos probados y sus resultados. Se produjeron revestimientos de muesca de prueba en lentes planas de policarbonato con revestimientos resistentes a los arañazos. Se depositó una fina capa de Cr sobre el sustrato para que actuara como capa de adhesión para la pila de películas delgadas. El espectro de transmisión a través de una lente revestida de ejemplo se muestra en la figura 18. El centro de la muesca está a aproximadamente 482,9 nm con un ancho de aproximadamente 55,5 nm, con una transmitancia mínima de aproximadamente 24,5 %. Esta realización de un filtro bloquea aproximadamente el 58 % del espectro del potencial de acción de la melanopsina y bloquea aproximadamente el 23 % del espectro visible, con un valor FOM de aproximadamente 2,6.
En un ensayo clínico preliminar, se reclutó a pacientes que padecían migraña para que usaran gafas con el revestimiento de muesca terapéutica de la figura 18. Los participantes usaron lentes terapéuticas durante 2 semanas. Para su inclusión en el ensayo, todos los participantes informaron dolor de cabeza crónico diario, definido como más de 15 días con dolor de cabeza al mes. Un cuestionario validado, HIT6, se utilizó para evaluar los efectos de los dolores de cabeza en la vida diaria de los participantes, tanto antes como después de usar las lentes terapéuticas. En la siguiente tabla se muestra una tabulación de las puntuaciones de HIT6. Se obtuvo una mejora media de aproximadamente el 6,6 %, consistente con una mejora significativa en la calidad de vida de los participantes.
Participante HIT6 antes HIT6 después Mejora
N.° 161 57 6,6 %
N.° 276 68 11 %
N.° 365 62 4,6 %
N.° 455 48 13 %
(continuación)
Participante HIT6 antes HIT6 después Mejora
N.° 570 68 2,9 %
N.° 669 65 5,8 %
N.° 761 58 4,9 %
N.° 863 60 4,8 %
N.° 969 60 13 %
N.° 1068 67 1,5 %
N.° 1168 65 4,4 %
En otro ejemplo de trabajo, se han aplicado revestimientos de muesca de película delgada en lentes tintadas FL-41. Los espectros de transmisión y reflexión posterior se muestran en las figuras 19 y 20. Se aplicaron diferentes niveles de tinte FL-41 en capas teñibles resistentes a rayones (también llamadas revestimientos duros) sobre las lentes de policarbonato. Luego se aplicó el filtro de muesca multicapa en la parte frontal de cada lente, con un revestimiento antirreflectante convencional aplicado en la parte posterior de cada lente. Como se puede observar a partir de las figuras 19 y 20, el tinte FL-41 disminuyó drásticamente el reflejo posterior. Sin embargo, en la transmisión, la respuesta de muesca se desplaza al rojo debido a la pendiente del tinte FL-41 cerca de 480 nm. Este cambio se puede compensar comenzando con un diseño de muesca ligeramente desplazado hacia el azul.
La siguiente tabla enumera los niveles de bloqueo en todo el espectro de melanopsina y respuesta visual y los valores de FOM para cada nivel de tinte. Se pueden esperar resultados similares utilizando otros tintes, como tintes grises como el "Sun Gray" de BPI.
Los revestimientos aquí descritos también se pueden integrar en otras tecnologías. Por ejemplo, los revestimientos de filtro se pueden aplicar a lentes tintadas, se pueden incorporar materiales fotocromáticos, se pueden incluir técnicas de polarización, se pueden integrar otras tecnologías, o combinaciones de las mismas. Además, se pueden utilizar combinaciones de tecnologías de filtrado, tal como aplicar un revestimiento de filtro de nanopartículas sobre un revestimiento de película delgada multicapa. Los materiales activos, como los materiales electroópticos, que incluyen polímeros electroópticos, cristales líquidos u otros materiales electroópticos, materiales piezoeléctricos, incluyendo piezocerámicas tales como pzt u otros materiales piezoeléctricos.
La figura 21 ilustra una realización de ejemplo de un método 2100 de fabricación de un filtro óptico para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas. El método 2100 se puede usar para diseñar al menos una realización de un filtro descrito en el presente documento. El método 2100 puede incluir determinar el espectro de luz apropiado, como lo ilustra la etapa 2102. La determinación del espectro de luz apropiado puede incluir tener en cuenta las condiciones de iluminación específicas, tal como tomar medidas espectrofotométricas, en condiciones tales como iluminación fluorescente interior y/o pantallas de ordenador en una oficina, en un mercado o el hogar, o la iluminación exterior, como la luz solar que se experimenta debido a actividades normales al aire libre o actividades deportivas. Se puede determinar la dosis de luz que experimentarán las células de melanopsina (utilizando, por ejemplo, la Ecuación 1), como lo ilustra la etapa 2104. Se puede determinar la dosis de luz que se experimentará en todo el espectro de respuesta visual (utilizando, por ejemplo, la Ecuación 2), como lo ilustra la etapa 2106. Se puede diseñar y fabricar un filtro óptico utilizando la primera dosis de luz y la segunda dosis de luz, como lo ilustra la etapa 2108. La primera dosis de luz y la segunda dosis de luz se pueden usar para determinar una cifra de mérito (FOM) como se describe en el presente documento. En otros ejemplos no incluidos en la invención, la dosis a lo largo del espectro de respuesta visual puede considerarse para una porción o porciones del espectro visible. Por ejemplo, se puede utilizar más o menos que todo el espectro de respuesta visual.
La figura 22 ilustra un método 2200 no incluido en la invención para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas o para modular los ciclos circadianos. El método 2200 se puede utilizar junto con al menos una realización de un filtro descrito en el presente documento. El método 2200 puede incluir recibir una cantidad de luz, como lo ilustra la etapa 2202. La luz recibida puede incluir luz directa o indirecta de una o más fuentes de luz. Puede transmitirse menos de una primera cantidad de luz ponderada a lo largo del espectro del potencial de acción de las células de melanopsina, como lo ilustra la etapa 2204. Se puede transmitir una segunda cantidad de luz ponderada a lo largo del espectro de luz visual, como lo ilustra la etapa 2206. Se puede fabricar un filtro óptico utilizando la primera dosis de luz y la segunda dosis de luz, como lo ilustra la etapa 2208. La primera dosis de luz y la segunda dosis de luz se pueden usar para determinar una cifra de mérito (FOM) como se describe en el presente documento. En otros ejemplos no incluidos en la invención, la dosis en todo el espectro de respuesta visual puede reducirse o separarse. Por ejemplo, se puede utilizar más o menos que todo el espectro de respuesta visual.
Cabe señalar que, si bien la invención se ha descrito en relación con las realizaciones descritas anteriormente, estas descripciones no pretenden limitar el alcance de la invención a las formas específicas expuestas, sino que, por el contrario, estas descripciones están destinadas a abarcar tales alternativas, modificaciones y equivalentes que puedan incluirse dentro del alcance de la invención. En consecuencia, el alcance de la presente invención está limitado únicamente por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
- REIVINDICACIONES 1. Aparato para reducir la frecuencia y/o gravedad de las respuestas fotófobas controlando la exposición a la luz de las células ganglionares de melanopsina en la retina, comprendiendo el aparato: un filtro óptico configurado para: transmitir menos de una primera cantidad de luz ponderada a través de un espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, comprendiendo el espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina una función gaussiana centrada en 480 nm con un ancho total a la mitad del máximo de 52 nm, siendo la primera cantidad de luz una dosis de luz experimentada por las células ganglionares de melanopsina de un sujeto (Dmela); y transmitir más de una segunda cantidad de luz ponderada a través de una respuesta espectral visual fotópica, siendo la segunda cantidad de luz una dosis de luz experimentada en el espectro de respuesta visual fotópica (Dvis), en donde: la primera cantidad de luz es aproximadamente el 50 % de la luz ponderada a lo largo del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, y la segunda cantidad de luz es aproximadamente el 75 % o más de la luz ponderada a lo largo de la respuesta espectral visual fotópica.
- 2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además atenuar una tercera cantidad de luz retrorreflejada ponderada a través del espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, en donde la tercera cantidad de luz retrorreflejada es inferior al 50 %, es inferior al 25 % o inferior al 10 %.
- 3. El aparato de cualquier reivindicación anterior, en donde el filtro óptico comprende: un sustrato; una primera capa dispuesta sobre el sustrato, comprendiendo la primera capa un material de alto índice; y una segunda capa dispuesta adyacente a la primera capa, comprendiendo la segunda capa un material de bajo índice.
- 4. El aparato de la reivindicación 3, en donde el material de alto índice de la primera capa es TiO<2>y el material de bajo índice de la segunda capa es SO<2>y el filtro óptico comprende además una o más capas adyacentes alternas adicionales de T O<2>y SO<2>, en donde la primera capa adicional es adyacente a la segunda capa y en donde la última capa adicional puede ser MgF<2>, SO<2>o TO<2>y es adyacente a la capa externa.
- 5. El aparato de la reivindicación 3, en donde el filtro óptico es un filtro de muesca que comprende 10 capas dieléctricas, estando configurado el filtro de muesca para bloquear el 61 % de la luz en todo el espectro del potencial de acción de las células ganglionares de melanopsina, al tiempo que provoca una atenuación del 21 % ponderada en toda la respuesta espectral visual fotópica.
- 6. El aparato de la reivindicación 3, en donde el sustrato del filtro óptico comprende un primer lado, y en donde la primera capa se aplica al primer lado, y en donde se aplica un revestimiento antirreflectante en un lado del sustrato opuesto al primer lado.
- 7. El aparato de la reivindicación 1, en donde una relación que incluye la primera cantidad de luz y la segunda cantidad de luz se define como una cifra de mérito (FOM), estando determinada la cifra de mérito por:siendo Dmela (T=1) la primera cantidad de luz en ausencia de un filtro óptico, y siendo Dvis (T=1) la segunda cantidad de luz en ausencia de un filtro óptico, y la cifra de mérito es mayor que aproximadamente 2, es mayor que 2,75, es mayor que 3 o es mayor que 3,3.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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