JP6093695B2 - 眼内レンズの設計方法及び眼内レンズ - Google Patents

Description

本発明は、眼内レンズを患者の眼球内に挿入するための眼内レンズの設計方法及び、当該設計方法によって設計された眼内レンズに関する。

従来から、白内障等の手術においては、眼球における角膜（鞏膜）や水晶体前嚢部分などの眼組織に切開創を設け、この切開創を介して、嚢内の水晶体を摘出、除去し、その後に、水晶体に代替する眼内レンズを、前記切開創より眼内に挿入して嚢内に配置させる処置が行われている。

この眼内レンズは、手術により、患者の視度に合致した度数のものが眼球内に挿入される。もし、患者の視度と挿入された眼内レンズの度数が合致していない場合には、手術後にも患者の視力が充分に回復しない場合があるので、眼内レンズには例えば＋３０Ｄから＋６Ｄまで度数（焦点距離）の異なる規格を有するものを揃え、最適なものを選択する必要がある。また、揃えられた全ての規格の眼内レンズにおいて、眼内レンズを挿入した後の眼球全体の収差を所望の値にする必要がある。

ここで、この眼球全体の収差と、角膜及び前房部の収差と、水晶体及び後房部の収差との間には、以下のような関係が成立する。

水晶体及び後房部の収差＝眼球全体の収差−角膜及び前房部の収差・・・・・（１）

また、眼球において、水晶体を取り除き、その代わりに眼内レンズを挿入した場合には、眼球全体の収差と、角膜及び前房部の収差と、眼内レンズの収差との間には、同様に以下のような関係が成立する。

眼内レンズの収差＝眼球全体の収差−角膜及び前房部の収差・・・（２）

眼内レンズの設計に際しては、この数式（２）に基づいて、眼内レンズの収差の目標値を決め、決められた収差になるように眼内レンズの形状を決める（なお、上記式における収差とは、ゼルニケ多項式で表現された波面収差である。）。しかしながら従来は、（２）式の各々の項の収差について、各要素に平行光を入射した場合の数値が用いられていた。一方、実際の使用環境においては眼内レンズには、角膜と前房部による収束光が入射する。従って、従来の方法で設計した眼内レンズを眼球内に挿入した後に、患者の眼球全体における収差を測定すると、収差の値が設定値からずれてしまっている場合があった。

特許第４５３６９０７号公報 特表２００４−５２４０７２号公報 特表２００４−５２８８９７号公報

本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、眼内レンズの設計において、設計作業を簡略化でき、且つ、設計された眼内レンズを患者の眼球に挿入した際に眼球全体における収差をより精度よく目標値に合わせることができる技術を提供することである。

本発明においては、角膜及び前房部における収差と、眼球全体の収差の設定値より、眼内レンズの収差の目標値を導出し、眼内レンズの収差が目標値と一致するように眼内レンズの形状を決定する際に、眼内レンズの収差として、所定の収束光を入射させた場合における値を用いることを最大の特徴とする。

すなわち本発明は、角膜及び前房部の収差と、眼球全体の収差の設定値より、眼内レンズの収差の目標値を導出し、少なくとも前記眼内レンズの収差が前記目標値と一致するように前記眼内レンズの形状を決定する、眼内レンズの設計方法であって、
前記眼内レンズの収差は、該眼内レンズに所定の収束光を入射させた場合における該眼内レンズの収差とすることを特徴とする眼内レンズの設計方法である。

これによれば、実際の使用状態における眼内レンズの収差の値に基づいて眼内レンズの形状を決めることができ、実際に眼球内に挿入した際に、眼球全体の収差を設定値に精度よく一致させることができる。その結果、眼球に眼内レンズを挿入する手術により、患者の視力をより確実に、予定どおり回復させることが可能となる。

また、本発明においては、前記所定の収束光は、平行光が前記角膜及び前房部によって収束することによる収束光とするとよい。これによれば、より正確に、実際の使用状態における収差の値に基づいて眼内レンズの形状を決めることができる。

また、本発明においては、前記眼内レンズは、パワーの異なる複数の眼内レンズからなる眼内レンズ群を形成し、
該眼内レンズ群の各々の眼内レンズに対して、前記眼内レンズの収差が前記目標値と一致するように前記各々の眼内レンズの形状を決定するようにしてもよい。

ここで、前述のように、眼内レンズは、患者の視度にあった度数のものを選択可能なように、＋３０Ｄから＋６Ｄまで度数（焦点距離）の異なる眼内レンズを複数揃えたレンズ群として設計及び製造する必要がある。従って本発明によれば、眼内レンズ群の各々の眼内レンズに対して、眼内レンズの収差が目標値と一致するように眼内レンズの形状を決定することで、患者の視度が如何なる値の場合でも、一定の収差を有する眼内レンズを挿入することができる。その結果、手術後の患者の視力のばらつきを低減し、手術の品質を均一化することができる。

また、本発明においては、前記角膜及び前房部によって収束する収束光は、前記角膜の後面から３０．２ｍｍの点で集光することを特徴とするようにしてもよい。ここで、通常の眼科用検査装置において、角膜に入射させる光束の径はφ６ｍｍが一般的であり、平均的な人間の眼における角膜の度数は４３Ｄ、角膜の球面収差は＋０．２８μｍ程度である。この条件において、角膜及び前房部によって収束する収束光は、角膜の後端面から３０．２ｍｍの点で集光することが分かっている。従って、本発明によれば、平均的な人間の眼に対応可能な眼内レンズを効率よく設計することが可能になる。

また、本発明は、上述の眼内レンズの設計方法を用いて設計された眼内レンズであってもよい。また、上述の眼内レンズの設計方法を用いて設計された眼内レンズ群であってもよい。

なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。

本発明によれば、眼内レンズの設計において、設計作業を簡略化でき、且つ、設計された眼内レンズを患者の眼球に挿入した際に眼球全体における収差を目標値により精度よく合わせることができる。

本発明の実施例における眼内レンズの概略構成を示す図である。 人間の眼球内の概略構成を示す図である。 本発明の実施例における眼内レンズ設計ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例における眼内レンズの検査方法について説明するための図である。 本発明の実施例における疑似眼球の詳細な寸法関係について説明するための図である。 本発明の実施例における疑似眼球の他の例について示した図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
<実施例１>

図１は、本発明を適用する眼内レンズの一例としてスリーピース型の眼内レンズである眼内レンズ１の概略構成を示した図である。図１（ａ）は平面図で、より具体的には光軸前側から見た図である。図１（ｂ）は側面図で、より具体的には光軸と垂直方向から見た図である。眼内レンズ１は、所定の屈折力を有するレンズ本体１ａと、レンズ本体１ａに設けられ、レンズ本体１ａを眼球内で保持するためのヒゲ状の２本の支持部１ｂ、１ｂとから形成されている。レンズ本体１ａは可撓性の樹脂材料から形成されている。なお、本実施例におけるレンズ本体１ａは、１枚のレンズで収差を低く抑えるために非球面形状を有する非球面レンズである。もちろん本発明は、レンズの球面・非球面に関わらず、また支持部とレンズ部が同じ素材で一体的に構成されるワンピース型眼内レンズをはじめ、様々な眼用レンズに応用が可能である。

この眼内レンズ１の設計を行う場合、角膜及び前房部、眼内レンズ１を含んだ眼球の組織の光学パラメータを全て入力して光学シミュレーションを行う方法もあるが、最近は、角膜及び前房部のパワー及び収差の値と、眼内レンズ１の収差の目標値を用いて効率的に設計することが行われている。

図２には、眼内レンズ１を含んだ眼球８の構造の概略図を示す。図２において、眼内レンズ１は元来の水晶体７の代わりに眼球８内に挿入される。この眼内レンズ１の使用環境としては、水中に設置されたと近似することができる。そして、角膜２、前房部３及び眼内レンズ１によって収束された光が網膜４上に収束する。また、この眼球８の各組織を光が通過する時には収差が発生するが、水中における眼内レンズ１の収差ＡｂＬと、眼球８全体の収差ＡｂＥと、角膜２及び前房部３の収差ＡｂＣとの間には、以下の関係が成立する。

ＡｂＬ＝ＡｂＥ−ＡｂＣ・・・・・・（３）

ここでＡｂＥは、眼内レンズ１を挿入した後の眼球８全体の収差値を意味する。眼内レンズ１の設計者は、この眼球８全体の収差ＡｂＥを患者に合わせて最初に設定し、（３）式に基づいて眼内レンズ１の収差の目標値を決定する。

例えば、眼内レンズ１を患者の眼球８に挿入することで、他の部分の収差をキャンセルしたいのであれば、眼球８全体の収差ＡｂＥが０になるように、眼内レンズ１の収差の目標値を設定する。なお、角膜の収差ＡｂＣは、角膜２及び前房部３によるレンズ効果で発生した収差である。このＡｂＣの値は、角膜２の形状を実際に計測することで取得することが可能である。例えば、角膜２および前房部３の収差ＡｂＣの代表値は＋０．２８μｍである。この場合は、例えば眼球８全体の収差ＡｂＥを０μｍにするためには、眼内レンズ１の収差ＡｂＬの目標値は、−０．２８μｍということになる。また、例えば、眼球８全体の収差ＡｂＥを、意識的に残し＋０．２４μｍにするためには、眼内レンズ１の収差ＡｂＬの目標値は、−０．０４μｍということになる。

実際の眼内レンズ１の設計作業においては、眼内レンズ１の仮の形状を修正しながら、上記のように定めた眼内レンズ１の収差ＡｂＬが得られるまで、トライ＆エラーで眼内レンズ１の形状を決定する。そして、製造後の眼内レンズ１の収差を検査する際には、上記の手法で決定された形状の眼内レンズ１を水中に固定し、また、角膜２及び前房部３相当の光学系を眼内レンズ１の前に設置し、角膜２及び前房部３相当の光学系に、無限遠からの平行光を入射して収束点における収差を測定する。そして、測定された収差とＡｂＬの目標値との差異が基準値以内に入っているかどうかを検査する。

しかしながら、従来は、トライ＆エラーで眼内レンズ１の形状を決定する際に、眼内レンズ１に平行光を入射することを想定してその収差を求め、これがＡｂＬの目標値となるようにシミュレーションを行っていた。これに対し、実際の眼球８内の組織においては、眼内レンズ１に入射するのは平行光ではなく角膜２及び前房部３により屈折した収束光である。このために、従来の方法では、設計した眼内レンズ１を患者の眼球８に挿入した場合に眼球８全体の収差ＡｂＥが設定値に到達しない不都合が生じる場合があった。

それに対し、本実施例においては、眼内レンズ１の形状をトライ＆エラーで決定するプロセスにおいて、眼内レンズ１には、角膜２及び前房部３により屈折した収束光を入射する前提でシミュレーションすることとした。これにより、実際の眼球８内により近い条件でシミュレーションすることができ、眼球８全体の収差ＡｂＥをより精度よく設定値に一致させるような眼内レンズ１の形状を決定することが可能となる。

図３には、本実施例における眼内レンズ設計ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンが実行されると、まず、Ｓ１０１において、眼内レンズ１を挿入した眼における眼底の収差（眼球８全体の収差ＡｂＥ）が患者に合わせて設定される。具体的にはＡｂＥの値は患者の眼の状況によって異なるが、例えば収差が完全にキャンセルされるよう０μｍに設定する場合もあるし、意識的に収差を残す場合もある。これは、眼球８全体の収差ＡｂＥを０μｍとすると、焦点深度が浅く、ピントがずれ易くなり、また、眼内レンズ１の挿入手術における偏芯の影響を受けやすいという不都合があるので、ある程度、例えば０．１〜０．３μｍ程度の収差を残すことで焦点深度を深くし、偏芯にも強くする方が望ましい場合があるからである。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、式（３）に基づき、眼球８全体の収差の設定値ＡｂＥと、角膜２及び前房部３の収差ＡｂＣとの差から、眼内レンズ１の収差の目標値ＡｂＬ０を導出する。ここで、角膜２及び前房部３の収差ＡｂＣは、角膜２の形状を実測することにより導出される。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３以降のシミュレーションに進む。

Ｓ１０３においては、眼内レンズ１の仮形状を決定する。すなわち、トライ＆エラーによって眼内レンズ１の形状を定めるための最初の形状を決定する。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、現時点での形状に基づいた眼内レンズ１に、角膜２及び前房部３により平行光が屈折した収束光を入射した場合における、眼内レンズ１の収差ＡｂＬ１を演算する。この演算は、角膜２及び前房部３のパワー及び、眼内レンズ１の形状に基づいて行われる。なお、角膜２及び前房部３のパワーについては、角膜２の形状を実測することにより導出が可能である。より具体的には、角膜２及び前房部３により平行光が屈折した収束光は、例えば、角膜２の後端から３０．２ｍｍの点で集光するような収束光としてもよい。これは、平均的な角膜２及び前房部３を通過した収束光の集光点までの距離に基づく値である。Ｓ１０４の処理が終了するとＳ１０５に進む。

Ｓ１０５においては、Ｓ１０４で演算された眼内レンズ１の収差ＡｂＬ１が、Ｓ１０１で設定された眼内レンズ１の収差の目標値ＡｂＬ０と一致したか否かが判定される。より具体的には、例えばＡｂＬ１がＡｂＬ０±０．０２μｍの範囲に入っている場合には、ＡｂＬ１とＡｂＬ０とが一致したと判断してもよい。もちろん、ＡｂＬ１とＡｂＬ０とが一致したか否かの閾値は±０．０２μｍには限られない。ここで否定判定された場合にはＳ１０６に進む。一方、Ｓ１０５で肯定判定された場合には、Ｓ１０７に進む。

Ｓ１０６においては、Ｓ１０５における眼内レンズ１の収差ＡｂＬ１と眼内レンズ１の収差の目標値ＡｂＬ０との比較結果に基づいて、ＡｂＬ１をＡｂＬ０に近づける方向に修正できるような、眼内レンズ１の形状を再度決定する。そして、Ｓ１０４の前に戻る。これにより、Ｓ１０５においてＡｂＬ１とＡｂＬ０とが一致した判断できるまで、Ｓ１０４〜Ｓ１０６の処理が繰り返し行われる。

Ｓ１０７においては、現時点での眼内レンズ１の形状を最終値として決定する。Ｓ１０７の処理が終了すると、一旦本ルーチンを終了する。

上記の眼内レンズ設計ルーチンによれば、角膜２及び前房部３のパワーと収差、眼球８全体の収差の設定値に基づいて、より簡便に眼内レンズ１の形状を決定することができる。また、眼内レンズ１の収差を演算する際には、従来のように平行光ではなく、角膜２及び前房部３によって屈折された収束光が入射することを前提として演算するので、より実際に即して眼内レンズ１を設計することができる。

また、実際に眼内レンズ１を設計、製造する際には、患者の視度にあった度数のものを選択可能なように、＋３０Ｄから＋６Ｄまで度数（焦点距離）の異なる眼内レンズ１を複数揃えたレンズ群として設計、製造する必要がある。従って、眼内レンズ群の各々の眼内レンズ１に対して、収差が目標値と一致するように、眼内レンズ設計ルーチンで眼内レンズ１の形状を決定することで、患者の視度が如何なる値の場合でも、一定の収差を有する眼内レンズ１を提供することができる。

次に、上記の眼内レンズ設計ルーチンを用いて設計した眼内レンズ１の収差の検査方法について説明する。上述の方法で設計された眼内レンズ１は、図４に示すような、角膜及び前房部の特性に合わせて設計された角膜レンズ１１と平板ガラス１２とに挟まれた空間に水を満たし、水中に眼内レンズ１を固定することで、疑似眼球１０を構成し、その収差を図示しない波面収差測定装置を用いて測定する。図４において、角膜レンズ１１は、平均的な角膜及び前房部による収束光と同等の収束光を発生させるメニスカス非球面レンズである。

ここで、角膜レンズ１１において疑似眼球１０から眼内レンズ１を除いた状態での収差は波長がλ＝５４６ｎｍでφ６ｍｍの平行光を入射したときに、検査対象の眼内レンズ１の収差の目標値に対して１／２０以下となっている。このメニスカス非球面レンズによる角膜レンズ１１と眼内レンズ１を組み合わせた状態で収差を測定することで、収束光が入射した際の眼内レンズ１の収差を測定することが可能である。なお、角膜レンズ１１の収差については、必ずしも、眼内レンズ１における収差の目標値の１／２０以下でなくともよい。しかしながら、角膜レンズ１１の収差が、眼内レンズ１における収差の目標値の１／２０より大きいような場合には、この角膜レンズ１１単品の収差を別途測定しておき、疑似眼球１０を用いた測定結果から角膜レンズ１１単品の収差を差し引くようにする必要がある。

図５には、この疑似眼球１０の寸法関係について詳細に説明する。疑似眼球１０は平均的な眼球８内の光学系を再現したものである。メニスカス非球面レンズによる角膜レンズ１１のパワーは４３Ｄ、球面収差は＋０．２８μｍである。また、検査に用いる光束の径はφ６ｍｍである。そして、眼内レンズ１が装着されていない場合には、角膜レンズ１１の焦点位置は、メニスカス非球面レンズの後端面から３０．２ｍｍの場所にある。これは実際の眼球８における平均的な、角膜２の後端面から網膜４までの距離に基づいて定められる値である。なお、本実施例においては、眼内レンズ設計ルーチンにおけるＳ１０４で想定した収束光が、角膜２の後端から３０．２ｍｍの点で集光することを前提としているので、平均的な角膜２及び前房部３による収束光に基づいて設計された眼内レンズ１の収差を、同じ条件で検査することができる。その結果、より精度のよい検査が可能になるとともに、検査結果を、眼内レンズ設計ルーチンによる設計により確実にフィードバックすることが可能になる。

なお、実際の人間の眼球８において、角膜２及び前房部３におけるパワー及び球面収差は様々な値を取り得る。例えば、角膜２及び前房部３におけるパワーは３０Ｄ〜６０Ｄ、球面収差は＋０．１〜＋０．５μｍに分布しているとすると、上記の角膜２の後端面から焦点までの距離は１７ｍｍ〜４５ｍｍの間でばらつくことになる。従って、角膜レンズ１１の焦点位置は、この範囲内で適宜決定すればよい。

また、上記においては、角膜レンズ１１としてメニスカス非球面レンズを用いた例について説明したが、疑似眼球１１の構成はこれに限られない。例えば、図６（ａ）に示すように、２枚の平板ガラス１３及び１４に挟まれた空間を水で満たし、その中に眼内レンズ１を固定し、角膜レンズ１５は、ダブレット球面レンズによって空気中に構成してもよい。また、図６（ｂ）に示すように、２枚の平板ガラス１３及び１４に挟まれた空間を水で満たし、その中に眼内レンズ１を固定し、角膜レンズ１６は、シングレット非球面レンズによって空気中に構成してもよい。なお、この場合には、角膜レンズ１５及び１６は、平板ガラス１３による屈折を考慮して設計する必要がある。

なお、上記の眼内レンズ設計ルーチンで、各々の眼内レンズ１を設計した、レンズ群の各眼内レンズ１の収差を、本実施例における上記の検査方法で検査すると、各眼内レンズ１の収差は、精度よく、Ｓ１０２で導出したＡｂＬ０に揃っている筈である。一方、従来のように平行光が入射した場合の眼内レンズ１の収差値を用いて設計した眼内レンズ群の各眼内レンズは、上記の検査方法で検査すると、検査結果がＳ１０２で導出したＡｂＬ０から外れ、または、ばらつきが大きくなる筈である。

あるいは、上記の眼内レンズ設計ルーチンで、各々の眼内レンズ１を設計した、レンズ群の各眼内レンズ１の収差を、眼内レンズ１に平行光を入射することによって検査すると、各眼内レンズ１の収差は、Ｓ１０２で導出したＡｂＬ０から外れ、または、ばらつきが大きくなる筈である。一方、従来のように平行光が入射した場合の眼内レンズ１の収差値を用いて設計した眼内レンズ群の各眼内レンズに対して、平行光を入射することによって検査した場合には、検査結果のばらつきは、上記の眼内レンズ設計ルーチンで各々の眼内レンズ１を設計した場合と比較して小さくなる可能性がある。

１・・・眼内レンズ
１ａ・・・レンズ本体
１ｂ・・・支持部
２・・・角膜
３・・・前房部
４・・・網膜
８・・・眼球全体
１０・・・疑似眼球
１１・・・角膜レンズ
１２、１３、１４・・・平板ガラス

Claims (5)

1. 眼球全体の収差の設定値から角膜及び前房部の収差を除いて眼内レンズの収差の目標値を導出し、
   前記角膜の焦点位置に基づいて定めた点に収束する収束光を前記眼内レンズに入射させた場合における前記眼内レンズの収差が前記目標値と一致するように前記眼内レンズの形状を決定することを特徴とする眼内レンズの設計方法。
2. 前記眼内レンズは、パワーの異なる複数の眼内レンズからなる眼内レンズ群を形成し、
   該眼内レンズ群の各々の眼内レンズに対して、前記眼内レンズの収差が前記目標値と一致するように前記各々の眼内レンズの形状を決定することを特徴とする請求項１に記載の眼内レンズの設計方法。
3. 前記角膜及び前房部によって収束する収束光は、前記角膜の後端面から略３０ｍｍの点で集光することを特徴とすることを特徴とする請求項１または２に記載の眼内レンズの設計方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の眼内レンズの設計方法で設計された眼内レンズ。
5. 請求項２に記載の眼内レンズの設計方法で、各々の眼内レンズが設計された眼内レンズ群。

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