JP5410727B2 - 可変球面収差制御を伴う視力調節を容易にする2要素システム - Google Patents

可変球面収差制御を伴う視力調節を容易にする2要素システム Download PDF

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Description

本発明は、一般に、眼科用レンズに関し、更に詳しくは、調節可能な光屈折力を呈する眼内レンズ(IOL)に関する。
眼内レンズは、通常、曇った実際の水晶体を置換するべく、白内障手術の際に患者の眼の内部に埋植される。実際の水晶体の光屈折力は、毛様筋の影響下において変化し、眼から異なる距離にある物体を観察するための視力調節を提供可能である。しかしながら、多くのIOLは、視力調節を提供することなしに単焦点屈折力を、或いは、限られた程度の視力調節(通常、擬似調節と呼ばれる)を伴う2焦点屈折力を提供する。又、単焦点又は2焦点レンズによって提供されるものよりも機能強化された視力調節を提供可能な調節可能型のIOLも知られている。しかしながら、このような多くのIOLは、複雑な光学要素の組を利用している。更には、このようなIOLは、一般に、レンズが様々な距離にある物体を観察するための調節を提供する際の収差の役割を考慮していない。
従って、改善されたIOL、特に、改善された調節可能型のIOLに対するニーズが依然として存在する。
一態様においては、本発明は、例えば、光軸に沿ってタンデム式に配設された2つの光学要素を有するオプティックを提供するIOLなどの眼科用レンズを提供し、この場合に、これらの要素の少なくとも一方は、実質的に光軸を横断する方向に沿った他方との関係における横方向運動が可能である。光学要素は、横方向運動が、オプティックによって提供される光屈折力の変動及びオプティックによって呈される球面収差の変動を引き起こすように、構成される。
球面収差は、相互の関係における要素の横方向変位の関数として変化可能である。一例として、いくつかのケースにおいては、球面収差は、横方向変位における増大の関数として、例えば、線形で増大する。多くのケースにおいて、要素間における横方向シフトの関数としての球面収差の変動は、そのシフトの関数としての球面光屈折力の変動と正の関係がある(例えば、光屈折力及び球面収差は、いずれも、相互の関係における要素の横方向変位に伴って線形で増大可能である)。
関係する一態様においては、前述の要素の一方は、次の関係に従って定義された厚さプロファイルt1(x,y)を呈する。
1(x,y)=a(xy2+(1/3)x3)+b(xy4+(1/5)x5)+cx32
ここで、x、y、zは、相互に直交するx、y、及びz軸によって形成されたデカルト座標系を表し、この場合に、光軸は、z軸に沿っており、且つ、この場合に、a、b、cは、調節可能なパラメータである。他方の光学要素は、次の関係に従って厚さプロファイルt1(x,y)と関係付けられた厚さプロファイルt2(x,y)を有することができる。
2(x,y)=−t1(x,y)
いくつかの実現形態においては、パラメータa、b、及びcの値は、それぞれ、約2.5/Δn(D/mm)〜約12.5/Δn(D/mm)の範囲内、約−3.3/(32Δn)(D/mm3)〜約2/(32Δn)(D/mm3)の範囲内、並びに、c=(2/3)bであってよく、この場合に、Δnは、オプティックを形成する材料の屈折率と包囲媒体の屈折率の間の差を表し、(D/mm)は、ジオプタ/ミリメートルの単位を表し、(D/mm3)は、ジオプタ/立方ミリメートルの単位を表す。
更に別の態様においては、前方光学要素及び後方光学要素を含む眼科用レンズ(例えば、IOL)が開示され、この場合に、これらの要素は、相互の関係において横方向運動をすることができる。光学要素は、相互の関係における要素の横方向運動が、これらの要素の組み合わせによって呈される少なくとも1つの収差(例えば、球面収差)の変動を引き起こすように適合された厚さプロファイルを呈する。
本発明の様々な態様の更なる理解は、「図面の簡単な説明」の節に簡潔に記述された関連図面との関連において、以下の詳細な説明を参照することにより、得ることができる。
本発明の実施例は、一般に、調節可能型の球面光屈折力及び調節可能な球面収差を提供する眼科用レンズと、これらの製造及び使用方法を提供する。いくつかの実施例においては、レンズ(例えば、IOL)は、2要素光学システムとして形成可能であり、これらの要素の間の横方向シフトを調節することにより、その屈折力及び1つ又は複数の更に高次の収差を制御可能である。多くの実現形態においては、光軸を横断する方向における相互の関係における要素の横方向シフトが、2つの要素の合成球面屈折力のみならず、それらの要素の組み合わせによって呈される球面収差をも変更できるように、2つの要素の厚さプロファイルが設計される。このようなレンズは、調節可能型の屈折矯正及び/又は静的収差矯正において、様々な用途を有する。一例として、このようなIOLは、毛様筋の調節のための負荷を緩和して限られた筋肉運動によって広い距離レンジにわたる視覚の明瞭性を実現する。静的収差矯正においては、このようなレンズを利用し、要素の異なる横方向シフトを介して、異なる人物ごとに、カスタマイズされた収差矯正を提供可能である。多くの実施例においては、球面収差は、レンズの球面光屈折力に対応する調節の大きさに肯定的に関係付けられる。
後続の実施例においては、本発明の様々な態様を眼内レンズ(IOL)との関連において説明する。本発明の開示内容は、コンタクトレンズなどのその他の眼科用レンズにも適用可能である。「眼内レンズ」という用語及びその略号である「IOL」は、本明細書においては、眼の実際のレンズを置換するために、又は実際のレンズが除去されるかどうかとは無関係にその他の方法で視力を向上させるために、眼の内部に埋植されるレンズを表すべく、相互交換可能に使用される。角膜内レンズ及び有水晶体眼内レンズは、実際のレンズの除去を伴うことなしに眼の内部に埋植可能なレンズの例である。
図1A及び図1Bは、光軸OA(これは、本明細書においては、相互に直交するx、y、及びz軸によって定義されたxyz座標系のz軸に沿って延長するように示されている)に沿ってタンデム式に配設された前方光学要素14(本明細書においては、前方オプティックとも呼ばれる)及び後方光学要素16(本明細書においては、後方オプティックとも呼ばれる)を有するオプティック12を含む本発明の例示的な一実施例による可変屈折力眼内レンズ(IOL)10を示す。前方及び後方光学要素は、実質的に光軸OAを横断する方向において相互の関係において運動するべく構成される。更に詳しくは、この実現形態においては、後方光学要素は、固定状態に留まり、前方光学要素がx方向に沿って運動可能である。その他の実現形態においては、前方光学要素が固定状態に留まり、後方要素が運動するか、或いは、両方の要素が運動可能である。後程詳述されるように、このような相互の関係における光学要素の横方向シフトは、オプティック12によって提供される光屈折力(即ち、光学要素14及び16の組み合わせによって提供される光屈折力)のみならず、オプティックによって呈される球面収差(即ち、光学要素14及び16の組み合わせによって呈される球面収差)をも変更可能である。
更に詳しくは、図1A〜図1Cに概略的に示されるように、光学要素14及び16のそれぞれは、不均一な厚さプロファイルを呈する。光学要素の不均一な厚さプロファイルは、相互の関係における要素の横方向シフトを介して、オプティックの光屈折力及びその球面収差における変化を協働して引き起こすように設計される。更に詳しくは、この例示的な実現形態においては、一方の要素の厚さプロファイル(t1(x,y))(例えば、前方光学要素の厚さプロファイル)、並びに、他方の要素の厚さプロファイル(t2(x,y))(例えば、後方光学要素の厚さプロファイル)は、次の関係に従って定義される。
1(x,y)=−t2(x,y)=t(x,y) 式(1)
そして、この場合に、t(x,y)は、次の関係に従って定義される。
t(x,y)=a(xy2+(1/3)x3)+b(xy4+(1/5)x5)+cx32 式(2)
ここで、a、b、及びcは、t1及びt2について反対の符号を有する調節可能なパラメータである。
いかにして前述の厚さプロファイルがオプティック12の球面屈折力及びその球面収差の変化を結果的にもたらすかを示すために、例えば、(Δx/2)による前方要素14の正の運動及び(−Δx/2)による後方要素16の負の運動によって特徴付けられた距離(Δx)によるx軸に沿った相互の関係における光学要素の横方向シフトを検討しよう。この結果、x及びyの関数として2つの要素の組み合わせによって引き起こされる、波面を決定可能である、光路差(Optical Path Difference:OPD)は、次の関係によって定義可能である。
Figure 0005410727
ここで、Δnは、光学要素が形成される材料の屈折率(この実施例においては、光学要素は、同一の材料から形成されるものと仮定されている)と、これらの要素を取り囲む媒体の屈折率の間の差を表す。
一般に、パラメータc及びbは、例えば、IOLの設計要件に基づいて独立的に選択可能である。但し、一例として、c=(2/3)bであるケースを検討しよう。この場合には、光路差は、次の関係によって定義可能である。
OPD=(a(x2+y2)+b(x4+2x22+y4))ΔxΔn 式(4)
(x2+y2)に等しいパラメータρを導入することにより、前述の式(4)は、次の形態に書き換え可能である。
OPD=(aρ2+bρ4)ΔxΔn 式(5)
前述の関係(5)における第1の項は、光学要素の組み合わせの球面光屈折力を提供し、第2の項は、これらの要素の組み合わせによって呈される球面収差を定義する。関係(5)は、この実現形態においては、球面光屈折力及び球面収差の両方が、2つの要素間における横方向シフト(Δx)の関数として線形で変化することを示している。
更に詳しくは、球面光屈折力及び球面収差の変動は、次のように、OPDの曲率を算出することによって更に理解可能である。
曲率(OPD)=(∂2/∂x2+∂2/∂y2)((∂t/∂x)ΔxΔn)
=4a+(12b+6c)(x2+y2))ΔxΔn
=(4a+(12b+6c)ρ2)ΔxΔn 式(6)
ここで、パラメータρは、この場合にも、(x2+y2)に置換されている。
この結果、球面収差係数は、次の関係(7)に示されるように、ラプラス演算子(即ち、∂2/∂x2+∂2/∂y2)をOPDの曲率(関係6)に適用することにより、算出可能である。
球面収差係数=(∂2/∂x2+∂2/∂y2)(Curvature(OPD))
=(∂2/∂x2+∂2/∂y2)((∂t/∂x)ΔxΔn)
=(24b+12c)ΔxΔn 式(7)
前述の関係(7)は、光学要素14及び16の組み合わせによって呈される球面収差が、これらの要素間の相対的な横方向離隔距離(Δx)の関数として線形で変化することを示している。この例示的な実施例においては、前述の関係(6)によって示されるように、2つの要素の合成光屈折力も、これらの要素間の横方向離隔距離の関数として線形で変化する。実際に、この実施例においては、要素間の横方向離隔距離が増大するのに伴って、光屈折力及び球面収差の両方が線形で増大する。
換言すれば、レンズ10の球面収差は、その調節度の大きさと正の関係がある。実際の水晶体を有する人間の眼の多くの研究は、人間の眼においても、類似の効果が、存在することを示しており、球面収差は、弛緩状態よりも、調節状態におけるほうが大きい。従って、レンズ10は、増大する光屈折力の関数としての球面収差の類似の変動を提供する。
レンズ10の多くの実現形態においては、前述のパラメータa、b、及びcは、様々な距離にある物体を観察するための焦点深度を向上させるべく、レンズが、遠見視力(例えば、眼から約2mを上回る大きな距離にある物体を観察するためのもの)においては、球面収差が最小であり(例えば、約0.06D/mm2未満である)、近見視力(例えば、眼から約0.5m未満の距離にある物体を観察するためのもの)においては、球面収差が相当に大きくなり(例えば、約0.33D/mm2を上回る)、且つ、遠見視力から近見視力に向かって球面収差が線形で増大して必要な毛様筋の運動を低減する、という特性を提供するように、選択される。
一例として、いくつかのケースにおいては、パラメータaは、約2.5/Δn(D/mm)〜約12.5/Δn(D/mm)の範囲内であってよく、パラメータbは、約−3.3/(32Δn)(D/mm3)〜約2/(32Δn)(D/mm3)の範囲内であってよく、且つ、c=(2/3)bであり、この場合に、Δnは、オプティックを形成する材料の屈折率と包囲媒体の屈折率の間の差を表し、且つ、(D/mm)は、ジオプタ/ミリメートルの単位を表し、且つ、(D/mm3)は、ジオプタ/立方ミリメートルの単位を表す。いくつかのケースにおいては、レンズを形成する材料の屈折率は、約1.4〜約1.6のレンジ内であってよく、包囲媒体(例えば、眼の房水)の屈折率は、約1.3であってよい。
再度、図1A〜図1Cを参照すれば、多くの実現形態においては、光学要素14及び16は、適切な生体適合型材料から形成される。このような材料のいくつかの例は、レンズの特定の用途に不可欠な屈折率を有する柔軟なアクリル、シリコーン、ヒドロゲル、又はその他の生体適合型高分子材料を含むが、これらに限定されない。一例として、光学要素を形成する材料の屈折率は、約1.4〜約1.6のレンジ内であってよい(例えば、オプティックは、1.55の屈折率を有するAcrysof(登録商標)と一般に呼ばれるレンズ材料(2フェニルエチルアクリレートと2フェニルエチルメタクリレートの架橋コポリマー)から形成可能である)。多くの実施例においては、光学要素14及び16は、同一の材料から形成されるが、いくつかの実施例においては、これらは、異なる屈折率を有する異なる材料から形成可能である。後者の場合には、2つの光学要素の厚さプロファイルの前述の関係は、2つの要素の屈折率の差を反映させるべく適切にスケーリング可能である。
本発明の開示内容による2要素IOLは、様々な方法で実現可能である。一例として、図2A及び図2Bを参照すれば、IOL18の実装は、2つのハプティック20及び22を含み、このそれぞれは、2つの光学要素の一方に結合されることにより(例えば、光学要素24のみが示されており、他方の光学要素は、この直接的に背後に位置している)、レンズを形成している(この実装においては、光学要素は、例えば、約1.5mmだけ、光軸OAに沿って相互に離隔している)。そして、ハプティックは、2つのハプティックの横方向運動と、この結果としての2つのオプティックの相互の関係における横方向運動を許容する複数の柔軟なヒンジ26を介して互いに結合されている(ハプティック及びヒンジは、例えば、適切な高分子材料から形成可能である)。弛緩状態においては、2つのハプティックと、従って、2つのオプティックの相互の関係における横方向オフセットは、消失し、オフセットは、調節の増大と共に増大する。更なる例として、図2cに概略的に示されているように、IOL18は、例えば、除去された曇った実際のレンズを置換するべく、眼の水晶体嚢内に埋植可能である。水晶体嚢に対する毛様筋の調節力は、ヒンジ26を介して、相互の関係において、ハプティック20及び22の横方向モーションを引き起こし(例えば、約0.1〜約0.5mmのレンジの量だけ)、IOLの光屈折力及びIOLによって呈される球面収差を増大させることができる。筋肉がその弛緩状態に復帰するのに伴って、柔軟なヒンジも、その弛緩(均衡)状態に復帰し、これに伴って、光学要素の間のオフセットも減少し、この結果、IOLの光屈折力も減少する。
別の例として、図3A及び図3Bは、2要素IOL28の別の実装を示しており、これも、それぞれが2つのオプティック34及び36の一方に装着された2つのハプティック30及び32を含み、これらは、複数の柔軟なヒンジ38を介して接続されている。以前の実装とは異なり、弛緩状態においては、ハプティックは、弛緩状態において所望の光屈折力及び球面収差を提供するべく、既定量だけ(例えば、このケースにおいては、0.25mm)、相互の関係において横方向にオフセットされている。図3Cに概略的に示されているように、この場合にも、IOL28が眼の水晶体嚢内に埋植された後には、ヒンジ38は、異なる距離にある物体を観察するためにIOLの光屈折力及びその球面収差を変化させるべく、毛様筋の影響下において、相互の関係において横方向に運動可能である。
いくつかのアプリケーションにおいては、本発明の開示内容によるレンズは、調節可能型のレンズとしてではなく、静的な光屈折力を提供するレンズとして使用可能である。このようなケースにおいては、要素の横方向シフトを利用し、特定の患者用のレンズの光屈折力及び所望の球面収差を調節可能である。
様々な既知の製造法を利用し、本発明の開示内容による眼科用レンズ(例えば、IOL)を製造可能である。例えば、2つのオプティックを形成し、次いで、例えば、複数のハプティック及び柔軟なヒンジを介して光軸に沿って組立てることが可能である。
以上、本明細書においては、実施例を詳細に説明したが、この説明は、一例を示すものに過ぎず、限定を意図するものと解釈してはならないことを理解されたい。従って、この説明を参照することにより、当業者には、実施例の詳細における多数の変更及び追加の実施例が明らかとなり、且つ、これらは、当業者によって実施可能であることを更に理解されたい。このような変更及び追加の実施例のすべては、添付の請求項の範囲に属するものと考えられる。
相互の関係において横方向に運動可能である2つの光学要素から形成されたオプティックを有する本発明の一実施例による眼科用レンズの概略側面図である。 図1Aのレンズの概略斜視図である。 図1A及び図1Bに示されたレンズの一方の光学要素の厚さプロファイルを概略的に示す(他方の光学要素は、類似の厚さプロファイルを有するが、符号が反対である)。 相互の関係においてそれらの横方向運動を許容する柔軟なヒンジを介して接続された2つのハプティックを有する本発明の一実施例による2要素IOLの例示的な実装を概略的に示す。 図2Aに示されたIOLのハプティックと、それらのハプティックを接続する柔軟なヒンジを概略的に示す。 IOLが眼の水晶体嚢内に埋植された後の図2AのIOLのヒンジを概略的に示す。 ハプティックと、この結果、オプティックが、ヒンジの弛緩状態において横方向オフセットを呈するように複数の柔軟なヒンジによって接続された2つのハプティックを有する本発明による2要素IOLの別の例示的な実装を概略的に示す。 図3Aに示されたハプティックを概略的に示す。 図3AのIOLが眼の水晶体嚢内に埋植された後の図3Bに示されたハプティックを概略的に示す。

Claims (13)

  1. 光軸(OA)に沿ってタンデム式に配設された2つの光学要素(14,16;24;34,36)を有するオプティック(12;18;28)であって、前記要素の少なくとも一方は、実質的に前記光軸を横断する方向に沿った他方との関係における横方向運動が可能である、オプティックを有し、
    この場合に、前記要素は、前記横方向運動が、前記オプティックによって提供される光屈折力の変動及び前記オプティックによって呈される球面収差の変動を引き起こすように構成され
    前記光屈折力は前記横方向運動および前記光学要素間の間隔の減少の双方によって変化する、眼科用レンズ。
  2. 前記要素は、前記球面収差が、前記光屈折力が増大するのに伴って増大するように、構成される請求項1記載の眼科用レンズ。
  3. 前記球面収差は、前記横方向運動と関連する変位の関数として変化する請求項1記載の眼科用レンズ。
  4. 前記球面収差は、前記変位が増大するのに伴って増大する請求項3記載の眼科用レンズ。
  5. 前記球面収差は、前記変位の増大の関数として線形で増大する請求項4記載の眼科用レンズ。
  6. 前記要素の一方は、次の関係に従って定義された厚さプロファイルt1(x,y)を呈し、
    1(x,y)=a(xy2+(1/3)x3)+b(xy4+(1/5)x5)+cx32 この場合に、x、y、zは、相互に直交するx、y、及びz軸によって形成されたデカルト座標系を表し、ここで、前記光軸は、前記z軸に沿っており、且つ、この場合に、a、b、cは、調節可能なパラメータであり、且つ、この場合に、前記他方の要素は、次の関係に従って定義された厚さt2(x,y)を呈する請求項1記載の眼科用レンズ。
    2(x,y)=−t1(x,y)
  7. aは、2.5/Δn(D/mm)〜12.5/Δn(D/mm)の範囲内であってよく、
    bは、−3.3/(32Δn)(D/mm3〜2/(32Δn)(D/mm3)の範囲内であってよく、
    c=(2/3)bであり、
    この場合に、Δnは、前記オプティックを形成する材料の屈折率と包囲媒体の屈折率の間の差を表す請求項6記載の眼科用レンズ。
  8. 相互の関係における横方向運動が可能な前方光学要素(14;34)及び後方光学要素(16;36)を有し、
    この場合に、前記要素は、前記横方向運動が前記要素の組み合わせによって呈される少なくとも1つの光学収差の変動を引き起こすように適合された厚さプロファイルを呈し、
    光屈折力が前記横方向運動および前記光学要素間の間隔の減少の双方によって変化する、眼科用レンズ。
  9. 前記収差は、球面収差を含む請求項8記載の眼科用レンズ。
  10. 前記厚さプロファイルは、前記横方向運動の関数として前記要素によって提供される合成光屈折力の変動を引き起こすべく適合される請求項8記載の眼科レンズ。
  11. 2つの要素の組み合わせから構成されたオプティック(12;18;28)内における一方の要素の相対的な横方向シフトが、結果的に、前記要素によって提供される合成球面屈折力及び前記要素の組み合わせによって呈される球面収差の変動をもたらすような厚さプロファイルを有する前記2つの光学要素(14,16;24;34,36)を形成することと、
    前記要素の少なくとも一方が、他方との関係における横方向運動できるように、光軸(OA)に沿ってタンデム式に前記光学要素を組み立てることと、
    を具備し、
    前記合成球面屈折力は前記横方向運動および前記要素間の間隔の減少の双方によって変化する眼科用レンズを製造する方法。
  12. 光軸(OA)を中心として配設された前方オプティック(34)及び後方オプティック(36)と、
    前記オプティックの一方にそれぞれが結合された少なくとも2つのハプティック(30,32)と、
    相互の関係における前記2つのハプティックの横方向運動を許容し、これにより、相互の関係における前記オプティックの横方向運動を引き起こすべく、前記2つのハプティックを接続する複数の柔軟なヒンジ(38)と、
    を有し、
    この場合に、前記光学要素は、前記横方向運動が、前記オプティックによって提供される合成光屈折力及び前記オプティックの組み合わせによって呈される球面収差の変化を引き起こすように、構成され
    前記合成光屈折力は前記横方向運動および前記オプティック間の間隔の減少の双方によって変化する、IOL。
  13. 前記ハプティックは、前記横方向運動が、実質的に前記光軸を横断するように、構成される請求項12記載のIOL。
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