JP5027119B2 - 眼内レンズ - Google Patents

Description

本発明は、ヒト眼内への装着に適した眼内レンズに関する。

眼内レンズは、眼科学において周知である。たとえば、本来澄んでいる水晶体が混濁化した（白内障）場合は眼内レンズが埋め込まれる。

加齢に伴う遠視（老眼）は、眼科に固有の問題である。たとえば論文記事“眼球内レンズ”，“検眼鏡”誌， ２００２年７／８月号， Ｐ． ２８−３４を参照されたい。自然の水晶体の弾力性が加齢により失われると、その屈折力を調節できなくなり、眼の前方近距離にある物体に対して眼の遠近調節を行えないため、その像が網膜上に鮮明に結像されない。遠近調節能力の損失は、老眼鏡によって修正できるが、公知の経費および不自由さを伴う。

従来技術において、老眼の問題を解決するためのさまざまな試みが明らかにされてきた。

たとえば、眼の毛様体筋の動きによって人工眼内レンズ（ＩＯＬ：Ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ Ｌｅｎｓ）を変位させる試みがあった（「Ｄｅｒ Ａｕｇｅｎｓｐｉｅｇｅｌ」誌内の上記論文を参照）。ただし、これによって達成された軸（慣習的にｚ軸と呼称）方向へのＩＯＬの変位は不十分であり、したがって焦点の変位は不十分であった。

装着されたＩＯＬを毛様体筋によって機械的に変形させる試みもあったが、納得のいく成果はまだ実証されていない。

別のアプローチは、非侵襲性ＦＳレーザを用いて水晶体を放射状に切開することによって、自然の水晶体の弾力性を回復させようという試みである。０．Ｋｅｒｍａｎｉ著，“科学・研究ニュース”， Ｊ． Ｒｅｆｒａｃｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ 出版： ２００４年： Ｎｏ．２０， Ｐ． ６５１−６５８を参照されたい。ただし、弾力性の変化はほとんどなく、白内障を引き起こす危険がある。

さらに多焦点ＩＯＬの移植も行われたが、これには公知の困難さが伴う。特に、混乱を招く二重像と鮮明さの欠如とが挙げられるが、この理由は、少なくとも２つの焦点距離が存在し、それぞれの結像特性が異なるため、網膜上に同時に２つの像が生じることによる。“新多焦点レンズ、個別解決策と手術後の機能”，“検眼鏡”誌， ２００２年９月号， Ｐ． ４２−４７を参照されたい。

老視を軽減するための別の試みとして、角膜のレーザ式屈折手術によって単眼視野を作り出すものがある。この例では、一方の眼が近点に矯正され、もう一方の眼は遠点に調節されたままになるか、または後者がその後に通常いわゆる効き目になるように矯正される。ただし、この場合は２つの眼から発信される情報はそれぞれ異なるので、これらの情報は脳によって処理され、患者によって理解される必要がある。

本発明は、ヒトの眼の遠近調節能力を回復させるために別の方法を採用する。

この目的のため、本発明は、電圧の印加によって屈折力を変えられる眼内レンズを提供する。したがって、本発明は、ヒト眼球内への装着に適し、電圧または電界によって屈折力を変えることができ、眼の遠近調節能力を回復させるように構成された人工眼内レンズに関する。

他の応用分野においては、いわゆる液体レンズが以前から公知である。この種のレンズにおいては、電圧の印加によって液体レンズの形状変化を引き起こすことによって、その焦点距離を変化させる。基礎をなす物理的効果は、「エレクトロウェッティング」とも称される。この場合において「液体レンズ」という用語は、他の変形可能な材料、具体的には液体状の材料、もその範疇に含む。電極を適切に構成し、レンズ材料の粘度および濃度を選択し、レンズを適切な寸法にし、レンズ位置の安定性を保証する措置を講じることによって、極めて高いダイナミックレンジの実現、すなわちレンズ形状の急速な変化、が可能である。たとえば、焦点距離の切り替え頻度として約２ｋＨｚの範囲が現時点において既に可能である。液体レンズは電圧によって作動可能であり、３〜６ｍｍの範囲の直径で製造できる。この点についての従来技術に関しては、以下の出版物を参照する。

Ｋｕｉｐｅｒ，Ｓ．，Ｈｅｎｄｒｉｋｓ ＢＨＷ著，「小型カメラ用の可変焦点液体レンズ（Ｖａｒｉａｂｌｅ−ｆｏｃｕｓ Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｅｎｓ ｆｏｒ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｃａｍｅｒａｓ）」，Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００４年８５，ｐ．１１２８−１１３０、
Ｈｅｃｈｔ Ｅ．著，「光学−第２版（Ｏｐｔｉｃｓ−Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ）」，アディソン・ウェズリー出版社，第５章「幾何光学−近軸理論（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ−Ｐａｒａｘｉａｌ Ｔｈｅｏｒｙ）」，ｐ．１３８、
Ｋｒｕｐｅｎｋｉｎ，Ｔ．，Ｙａｎｇ Ｓ．，Ｍａｃｈ Ｐ．著，「調整可能な液体マイクロレンズ（Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ）」，Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００３年８２，ｐ．３１６−３１８、および
Ｂｅｒｇｅ Ｂ．，Ｐｅｓｅｕｘ Ｊ．著，「外部電圧によって制御される可変焦点レンズ：エレクトロウェッティングの応用（Ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｏｃａｌ ｌｅｎｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ａｎ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｖｏｌｔａｇｅ：Ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）」，Ｅｕｒ Ｐｈｙｓ Ｊ，２０００年Ｅ３，ｐ．１５９−１６３。

本発明による眼内液体レンズは、眼の水晶体嚢内に装着できるような寸法および構成を有する。この眼内液体レンズは、溝に嵌め込める寸法および構成にもしうる。

この方法で使用可能なＩＯＬは、その焦点距離を変えるために、電圧の印加によってレンズの機械的表面張力を変更できる手段をさらに備える。

好適な一構成によると、電圧によってレンズの球対称変形が引き起こされるように、レンズの寸法が決められ、電圧印加手段が構成される。したがって、レンズに放射対称がもたらされる。乱視並びに収差、特に球面収差、すなわち高次の眼球異常、が電圧によって矯正されるようなレンズ寸法および構成にもしうる。

いわゆる「エレクトロウェッティング」は、液体あるいは液体状または他の適切な材料の表面張力を変化させる。レンズは、電圧が印加されていないときの状態、または他の電圧が印加されているときの状態から、表面張力の変化によってその形状が変化するように構成され、および／または外力にさらされる。

本発明によるＩＯＬの特定の構成によると、ＩＯＬを全体的または部分的に膜で覆い、必要に応じて、従来の眼内レンズにおいて公知のような追加の固定要素を備えてもよい。レンズが所望の方法で眼内に位置付けられるように、固定要素をレンズ上に設けてもよい。

本発明によるＩＯＬの無電圧状態における水晶体嚢内での形状は、補助的な疎水性表面の導入と、それに伴う表面張力の変化とによって所望の方法で整形しうる。

本発明の特定の構成によると、眼内レンズには、前記電圧を印加するための電極が設けられる。この場合、これらの電極は、少なくとも部分的に透明である。また、本発明の好適な一構成によると、これらの電極は、ＩＯＬのほぼ全周にわたって適切な距離間隔で配置される。

本発明によるＩＯＬを制御するために必要な電圧は、さまざまな方法で調達および使用しうる。たとえば、超小型電子部品の使用が可能である。このような部品は、今日では既にヒト眼内に埋め込まれている。Ｈ．Ｇ．ＳａｃｈｓおよびＶ．Ｐ．Ｇａｂｅｌの共著論文，「グレフェの臨床および実験眼科学のアーカイブ（Ｇｒａｅｆｅ’ｓ Ａｒｃｈ．Ｃｌｉｎ．Ｅｘｐ．Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌ．）」，２００４年２４２巻，ｐ．７１７−７２３、Ｐ．Ｗａｌｔｅｒ著，論文“進行性網膜ジストロフィーの為の視力補整器移植”， Ｐ． Ｗａｌｔｅｒ著， “検眼鏡”誌，２００４年１１月号， Ｐ． ３２、Ｔ．Ｌａｕｂｅ，Ｃ．Ｂｒｏｃｋｍａｎｎ，Ｒ．Ｂｕｓｓ，Ｃ．Ｌａｕ，Ｋ．Ｈｏｃｋ，Ｎ．Ｓｔａｗｓｋｉ，Ｔ．Ｓｔｉｅｇｌｉｔｚ，Ｈ．Ａ．Ｒｉｃｈｔｅｒ，およびＨ．Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ共著論文，Ｇｒａｅｆｅ’ｓ Ａｒｃｈ．Ｃｌｉｎ．Ｅｘｐ．Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｌ．），２００４年２４２巻，ｐ．６６１−６６７、およびＴ．Ｓｔｉｅｇｌｉｔｚ，Ｒ．Ｋｅｌｌｅｒ，Ｈ．Ｂｅｕｔｅｌ，およびＪ．Ｕ．Ｍｅｙｅｒ共著，「可撓ポリイミド箔を用いた眼内視力人工器官のためのマイクロシステム統合技法（Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ Ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ Ｖｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｓｔｈｅｓｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｆｏｉｌｓ）」を参照されたい。

他方、生理的な電圧提供も可能である。たとえば、遠近調節に必要な電圧は、眼の動きから直接導出しうる。特に、摩擦電気による電圧発生、すなわち摩擦効果による電圧発生によって得られる。埋め込まれたマイクロチップの助けによって、この電圧を必要な程度まで増幅し、適切に構成されたレンズの電極に印加することによって、表面の曲率を調整しうる。たとえば、自然の遠近調節プロセスは、毛様体筋の動きを必要とする。若くて十分に機能する眼においては、毛様体筋によってレンズの変形が引き起こされて遠近調節がなされる。本発明の特定の一構成は、毛様体筋のこの動きから電圧を導出し、必要であれば十分に増幅した後で、レンズの電極に印加することによって毛様体筋の自然の動きに応じて所望の遠近調節を実現する手段を提供する。

本発明の特定の一構成によって、高次の結像不良および乱視性結像異常を解決することも可能である。欧州特許第１ ０９１ ７５８ Ｂ１号明細書および米国特許第６，３６９，９５４ Ｂ１号明細書を参照されたい。

本発明の各実施例を図面の助けを借りて以下により詳細に説明する。

原理的には、レンズの屈折力または焦点距離の変化は、簡単なレンズ方程式で表すことができ、レンズの曲率半径によってレンズの焦点距離が決まる（たとえば、上記のＥ．Ｈｅｃｈｔ著のテキストブックを参照のこと）。

１／ｆ＝（ｎ−１）・（１／Ｒ_１−１／Ｒ_２） （１）
Ｒ_１ − レンズ表面の曲率半径
ｎ − 屈折率
本発明による眼内レンズ（ＩＯＬ）を予め適切に準備された眼の水晶体嚢の中に装着すると、レンズの中心が基本的に眼の光路に位置合わせされる。液体レンズを適切な膜で囲み、その中心位置を眼の光軸に確実に保持するために追加の固定要素を設けることも可能である。この技法自体は、従来のＩＯＬから公知である。

液体レンズの屈折力Ｄの変化は、次の方程式で記述できる。

Ｄ＝Ｄ_０＋Ｋ（Ｕ^２／ｄ） （２）
Ｋ＝材料定数
ｄ＝レンズの直径
Ｕ＝電圧
したがって、液体レンズの屈折力の変化は、原理上は印加電圧の二乗に依存し、レンズの直径に反比例する。この場合のようにレンズの直径が小さく、適切な誘電体絶縁層が存在する場合は、比較的低い電圧によって屈折力を大きく変化させることができる（上記のＴ．Ｋｒｕｐｅｎｋｉｎらによる論文を参照）。

ヒトの眼においては、水晶体は、年齢に応じて約１０ｄｐｔから約１４ｄｐｔの範囲の遠近調節を行う。

現在利用可能な電気光学定数がこの液体レンズ材料に対して想定される場合は（Ｓ．ＫｕｉｐｅｒらおよびＴ．Ｋｒｕｐｅｎｋｉｎらによる上記の著作を参照）、このような屈折力の変化は、現在公知の材料を用いてＵ＝２０〜３０Ｖの範囲内の電圧で既に実現できる。

図１は、ヒトの眼の水晶体嚢１２内に装着された眼内レンズ１０を示す。眼の虹彩１４、角膜１６、および前房１８も表されている。

眼内レンズ１０は、上記の種類の液体材料で作られており、絶縁液体２０によって囲まれている。

この図によると、電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆは、水晶体嚢１２の周囲（図１および図２）または水晶体嚢の内部（図３）のどちらかに配置される。これらの電極は、水晶体嚢の赤道面にも配置しうる。他方、電極を内蔵した完全にカプセル化された眼内レンズを使用してもよい。

自然の毛様体筋２４は、水晶体嚢上で「眼」システムの光軸に直角に係合する。

図１は、遠近調節されていない状態、すなわち電圧が電極に印加されておらず上記の方程式（２）においてＤ＝Ｄ_０に該当する状態、の眼内レンズ２０を模式的に示す。光軸に直角に作用する引張力または圧縮力Ｆも同じくゼロに等しい、すなわちＦ＝０である。

図２は、電圧Ｕが電極２２に印加されている状態、すなわちＤ＝Ｄ_０＋ＫＵ^２に該当する状態を示す。眼内レンズは電歪収縮（遠近調節）され、ゼロ以外の力が光軸に直角に作用する。すなわち、レンズの１０の界面の曲率半径が大きく変化し、屈折力が増加するように、望みどおりの形状変化を引き起こす。

図３は、システムがマイクロチップ２６を備える変型版実施例を示す。この実施例も同じく装着状態で図３に示されている。これらの図においては、機能的に相互に等価であるか、または機能的に同様の部品は同じ参照符号が付されている。

図３による実施例では、摩擦電気による電圧発生が用いられている。上記のように、自然の遠近調節プロセスには力、たとえば自然の毛様体筋が自然の水晶体に及ぼす力など、が伴う。図３による実施例においては、この力の作用から電圧が導出され、十分に増幅されてから、電極２２ａ，．．，２２ｆに印加されることによって、界面の変形が相応に引き起こされてその遠近調節がなされる。

摩擦電気による電圧発生は、圧電効果と同様の方法で説明しうる。ただし、前者の場合は力による電荷の発生であるのに対し、後者の場合は移動開始力と電荷分離とが用いられる。Ｂｅｎｚ Ｗ．，Ｈｅｉｎｋｓ Ｐ．，Ｓｔａｒｋｅ Ｌ．共著，“工業・通信分野における電子技術者用エレクトロニクス一覧”， Ｋｏｈｌ ＋ Ｎｏｌｔｍｅｙｅｒ 出版， Ｐ． ８７を参照されたい。以下の式が適用される。

Δｅ／ｅ〜ｅ_１２（Ｆ_１２／Ａ） （３）
ｅ_１２ − 弾性率
Δｅ／ｅ − 長さの相対的変化
Ｆ_１２ − 分力
Ａ − 面積
Ｕ＝Ｑ／Ｃ＝（１／Ｃ）Ｓ_１２Ｆ_１２ （４）
Ｓ_１２ − 圧電率
Ｃ − 静電容量
この摩擦電気により発生された電圧は、埋め込まれたマイクロチップ２６を介して増幅される。このチップは複数のライン（図示せず）経由で個々の電極２２ａ，．．，２２ｆに接続され、所望の遠近調節が実現されるようにこれらの電極を制御する。

本発明による眼内レンズが組み込まれ、眼内レンズが遠近調節されていない状態の眼の断面を模式的に示す。 図１に対応する図であり、レンズが遠近調節された状態を示す。 作動モードを例示するために、電圧制御用のマイクロチップを備えた別の構成のＩＯＬが眼に組み込まれた状態を示す。

Claims (4)

1. 眼内レンズ（１０）の表面張力およびその形状を変えるために前記眼内レンズ（１０）に電圧を印加するための電極（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ）を有し、
   前記眼内レンズ（１０）は、眼の水晶体嚢内あるいは溝に装着できるように構成され、
   前記電極は、前記眼内レンズ（１０）の周囲あるいは内部に配置され、
   前記電圧が前記電極に印加されると、前記表面張力が前記眼内レンズ（１０）の変形を引き起こすように変更され、乱視または１つ以上の高次の収差を矯正する眼内レンズ（１０）。」
2. 請求項１に記載の眼内レンズであって、前記眼内レンズが膜で覆われることを特徴とする眼内レンズ。
3. 請求項１に記載の眼内レンズであって、前記眼内の位置決めのための固定要素を有する眼内レンズ。
4. 請求項１に記載の眼内レンズであって、摩擦電気による電圧の処理および増幅のためのマイクロチップ（２６）を有することを特徴とする眼内レンズ。

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