KR20120102770A

KR20120102770A - 콘택트 렌즈를 안정화하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20120102770A
Application number: KR20127018089A
Authority: KR
Inventors: 피에르 게리간드; 에드가 브이. 메네제스
Original assignee: 존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-09-18
Also published as: CA2784346A1; JP6388971B2; BR112012014765A2; JP2017083904A; SG181623A1; AU2010339788B2; TW201126229A; AU2010339788A1; CN102656506B; RU2012130163A; JP2013515280A; EP2513710A1; AR079513A1; US9791716B2; CN102656506A; US8480229B2; CA2784346C; US20110149231A1; EP2513710B1; WO2011084679A1

Abstract

콘택트 렌즈를 안정화하기 위한 방법은, 안정화 구역 파라미터들의 공칭 세트를 갖는 렌즈 설계를 제공하는 단계, 운동량 모멘트의 균형화에 기초하여 렌즈 설계에 메리트 함수를 적용하는 단계, 및 안정화 구역 파라미터들의 공칭 세트를 갖는 렌즈 설계에의 메리트 함수의 적용에 기초하여 개선된 안정화를 갖는 콘택트 렌즈 설계를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

콘택트 렌즈를 안정화하기 위한 방법{METHOD FOR STABILIZING CONTACT LENSES}

소정의 광학 결함의 교정은 콘택트 렌즈의 하나 이상의 표면에 실린더형, 이중초점, 또는 다초점 특성과 같은 비-구면(non-spherical) 교정 양태를 부여함으로써 달성될 수 있다. 이들 렌즈는 일반적으로 안구 상에 있는 상태에서 특정 배향으로 유효하게 유지되어야 한다. 렌즈의 안구상 배향(on-eye orientation)의 유지는 전형적으로 렌즈의 기계적 특성을 변경함으로써 달성된다. 렌즈의 후방 표면에 대한 전방 표면의 탈중심화(decentering), 하부 렌즈 주변부의 후화(thickening), 렌즈의 표면 상에의 함몰부 또는 융기부의 형성, 및 렌즈 에지의 면처리(truncating)를 포함하는 프리즘 안정화(prism stabilization)가 안정화 접근법의 예이다. 또한, 얇은 구역, 또는 렌즈의 주변부의 두께가 감소되는 영역의 사용에 의해 렌즈가 안정화되는 동적 안정화(dynamic stabilization)가 사용되었다. 전형적으로, 얇은 구역은 렌즈의 안구상 배치에 유리한 지점으로부터 렌즈의 수직 또는 수평축 중 어느 하나에 대해 대칭인 2개의 영역에 위치된다.

렌즈 설계를 평가하는 것은 안구상 렌즈의 성능에 관해 판정하는 것, 및 이어서 필요하고 가능한 경우 설계를 최적화하는 것을 수반한다. 이러한 프로세스는 전형적으로 시험 설계를 환자에게서 임상적으로 평가함으로써 행해진다. 그러나, 이러한 프로세스는 시간 소모적이고 비용이 많이 드는데, 그 이유는 환자들 간의 변동성이 밝혀져야 하므로 상당한 수의 환자가 시험될 것을 필요로 하기 때문이다.

소정의 콘택트 렌즈의 안정화를 개선하는 것에 대한 지속적인 요구가 있다.

본 발명은 공칭 안정화된 설계에 대한 개선된 안정화로 설계된 콘택트 렌즈이다.

본 발명의 다른 태양에서, 콘택트 렌즈를 안정화하기 위한 방법은 안정화 구역 파라미터들의 공칭 세트(nominal set)를 갖는 렌즈 설계, 렌즈 설계의 안구상 성능을 평가하는 단계, 이러한 성능에 기초하여 메리트 함수(merit function)를 계산하는 단계, 및 메리트 함수를 적용함으로써 안정화 구역 파라미터들을 최적화하는 단계를 포함한다. 이러한 프로세스는 깜박임과 같은 안구 역학(eye mechanics)의 효과를 시뮬레이션하고 그에 따라 안정화 기법을 조정하는 가상 모델(예컨대, 소프트웨어 기반)을 통해 반복하여 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 태양에서, 콘택트 렌즈는 안구상 렌즈에 작용하는 토크의 운동량 모멘트(moment of momentum)가 균형화되는 기법에 따라 안정화된다.

본 발명의 또 다른 태양에서, 콘택트 렌즈는 렌즈의 나머지 부분과 상이한 두께를 갖는 하나 이상의 구역을 형성함으로써 안정화되며, 이들 구역은 렌즈가 안구상 위치일 때 렌즈에 작용하는 토크의 운동량 모멘트가 균형화되도록 렌즈 상에 위치된다.

본 발명의 또 다른 태양에서, 콘택트 렌즈는 그의 길이의 대부분이 렌즈의 수평축 아래에 놓인 안정화 구역을 갖는다.

본 발명의 또 다른 태양에서, 콘택트 렌즈는 다른 방향에 대해 하나의 방향으로 (그의 피크로부터의) 경사도(slope)의 상이한 변화율을 가진 안정화 구역을 갖는다.

본 발명의 또 다른 태양에서, 콘택트 렌즈는 수평축 아래에서와 상이한 수평축 위에서의 높이 프로파일을 갖는다.

<도 1>
도 1은 안정화된 콘택트 렌즈의 전방 또는 물체측의 도면.
<도 2a 내지 도 2c>
도 2a 내지 도 2c는 회전축 및 렌즈에 작용하는 다양한 토크를 식별하는, 렌즈가 삽입된 안구의 개략도.
<도 3>
도 3은 본 발명에 따른 안정화 최적화 프로세스를 도시하는 흐름도.
<도 4a 내지 도 4c>
도 4a 내지 도 4c는 실시예 1에 대응하는, 안정화 구역을 갖는 안정화된 렌즈의 정면도 및 원주 방향과 반경 방향의 두께 그래프.
<도 5a 내지 도 5c>
도 5a 내지 도 5c는 실시예 2에 대응하는, 안정화 구역을 갖는 안정화된 렌즈의 정면도 및 원주 방향과 반경 방향의 두께 그래프.
<도 6a 내지 도 6c>
도 6a 내지 도 6c는 실시예 3에 대응하는, 안정화 구역을 갖는 안정화된 렌즈의 정면도 및 원주 방향과 반경 방향의 두께 그래프.
<도 7a 내지 도 7c>
도 7a 내지 도 7c는 실시예 4에 대응하는, 안정화 구역을 갖는 안정화된 렌즈의 정면도 및 원주 방향과 반경 방향의 두께 그래프.
<도 8>
도 8은 회전 속도 측정치를 도시하는 그래프.

본 발명의 콘택트 렌즈는 렌즈에 작용하는 다양한 힘의 균형화에 기초하여 안정화를 최적화하는 설계를 갖는다. 이것은 안구, 안구의 구성요소, 및 궁극적으로 안구 상에 배치되는 안정화된 렌즈에 작용하는 토크를 균형화하는 설계 프로세스의 적용을 수반한다. 바람직하게는, 개선된 안정화는 안정화 요소를 포함하는 공칭 설계로 개선 프로세스를 시작함으로써 달성된다. 예를 들어, 중심을 통하여 연장하는 수평 및 수직축 둘 모두에 대해 대칭인 2개의 안정화 구역을 갖는 렌즈 설계가 본 발명의 방법에 따라 렌즈의 안정화를 최적화하기 위한 편리한 기준이다. "안정화 구역"이라는 것은 주변 구역의 나머지 영역의 평균 두께보다 큰 두께값을 갖는 렌즈의 주변 구역의 영역을 의미한다. "주변 구역"이라는 것은 렌즈의 광학 구역을 원주방향으로 둘러싸고 렌즈의 에지까지 연장하지만 에지를 포함하지는 않은 렌즈 표면의 영역을 의미한다. 유용한 시작점인 다른 안정화 설계가 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 공개 제20050237482호에 설명되어 있지만, 임의의 안정화 설계가 이후 본 발명에 따라 최적화되는 공칭 설계로서 사용될 수 있다. 안정화 설계 개선 프로세스는 또한 후술되는 안구 모델로 개선을 시험하는 것, 시험의 결과를 평가하는 것, 및 바람직한 수준의 안정화가 달성될 때까지 개선 프로세스를 반복하여 계속하는 것을 포함할 수 있다.

도 1은 안정화된 렌즈의 전방 또는 물체측 표면을 도시한다. 렌즈(10)는 광학 구역(11)을 갖는다. 렌즈의 주변부가 광학 구역(11)을 둘러싼다. 2개의 두꺼운 영역(12)이 주변부 내에 위치되고, 이들이 안정화 구역이다.

신규 설계를 생성하기 위해 프로세스에 바람직하게 사용되는 모델은 기계적 작용 및 렌즈 안정성에 대한 그 효과를 시뮬레이션하는 다양한 인자 및 가정을 포함한다. 바람직하게는, 이러한 모델은 잘 알려진 프로그래밍 기술에 따라 표준 프로그래밍 및 코딩 기술을 사용하는 소프트웨어로 변환된다. 넓은 개요에서, 모델은 규정된 수의 눈의 깜박임에서의 후술되는 힘의 인가를 시뮬레이션함으로써 안정화된 렌즈를 설계하기 위한 프로세스에 사용된다. 그에 따라, 렌즈가 회전하고 탈중심화되는 정도가 결정된다. 이어서, 설계는 회전 및/또는 중심화가 보다 바람직한 수준으로 되게 하는 방식으로 변경된다. 이어서, 모델에 대해 다시, 미리설정된 수의 깜박임 후에 깜박일 때의 이동이 결정된다. 설계의 변경은 더욱 상세히 후술되는 메리트 함수의 적용에 의해 달성된다.

모델은 안구가 바람직하게는 각막 및 공막을 나타내는 적어도 2개의 구면 표면 부분으로 이루어지고 x-y-z 좌표축의 원점이 각막을 나타내는 구면의 중심에 있는 것으로 가정한다. 비구면 표면과 같은 더욱 복잡한 표면이 또한 사용될 수 있다. 렌즈의 기본 형상은 구면 표면 부분들로 이루어지지만, 렌즈의 기본 곡선 반경은 렌즈의 중심으로부터 에지를 향해 변경되게 된다. 하나 초과의 기본 곡선이 후방 표면을 기술하기 위해 사용될 수 있다. 안구 상에 위치된 렌즈는 안구의 형상과 동일한 형상을 취하는 것으로 가정된다. 렌즈의 두께 분포가 반드시 회전 대칭일 필요는 없으며, 실제로 본 발명의 렌즈의 일부 바람직한 실시 형태에 따르면 대칭이 아니다. 렌즈의 에지에서의 두꺼운 구역은 렌즈의 위치 및 배향 거동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 액체의 균일한 박막(눈물막(tear film))이 렌즈와 안구 사이에 존재하는데, 전형적인 두께는 5 ㎛이다. 이러한 눈물막은 후-렌즈(post-lens) 눈물막으로 지칭된다. 렌즈 에지에서 렌즈와 안구 사이의 액체막의 두께는 훨씬 더 작고, 무친(mucin) 눈물막으로 지칭된다. 5.0 ㎛의 전형적인 두께를 갖는 액체의 균일한 박막(또한, 눈물막)이 렌즈와 하안검 및 상안검 사이에 존재하고, 이들은 전-렌즈(pre-lens) 눈물막으로 지칭된다. 하안검 및 상안검 둘 모두의 경계는 x-y 평면에서 단위 법선 벡터를 갖는 평면들 내에 놓인다. 따라서, z-축에 수직한 평면 상의 이들 경계의 투영은 직선이다. 이러한 가정은 안검들의 움직임 동안에 또한 이루어진다. 상안검은 콘택트 렌즈에 균일한 압력을 가한다. 이러한 균일한 압력은 상안검에 의해 덮인 콘택트 렌즈의 전체 영역에 또는 (안검의 에지를 기술하는 곡선을 통한 평면에 수직한 방향으로 측정되는) 균일한 폭을 갖는 상안검의 경계 부근의 이러한 영역의 일부에 가해진다. 하안검은 콘택트 렌즈에 균일한 압력을 가한다. 이러한 압력은 하안검에 의해 덮인 콘택트 렌즈의 전체 영역에 가해진다. 안검들에 의해 콘택트 렌즈에 가해지는 압력은 특히 에지 부근의 콘택트 렌즈의 불균일한 두께 분포(두꺼운 구역)를 통해 렌즈에 작용하는 토크에 기여한다. 콘택트 렌즈에 작용하는 토크에 대한 이러한 압력의 효과는 멜론 씨(melon seed) 효과로 지칭된다. 렌즈가 안구에 관하여 움직이는 경우, 후-렌즈 눈물막에 점성 마찰이 존재한다. 렌즈가 안구에 관하여 움직이는 경우, 렌즈 에지와 안구 사이의 무친 눈물막에 또한 점성 마찰이 존재한다. 또한, 렌즈가 움직이고 및/또는 안검들이 움직이는 경우, 전-렌즈 눈물막에 점성 마찰이 존재한다. 렌즈의 변형으로 인해 렌즈 내에 스트레인(strain) 및 응력이 발생한다. 이들 스트레인 및 응력은 렌즈의 탄성 에너지 함량을 생성한다. 렌즈가 안구에 관하여 움직이고 렌즈의 변형이 변화함에 따라, 탄성 에너지 함량이 변화한다. 렌즈는 탄성 에너지 함량이 최소인 위치로 향하는 경향이 있다.

안구(각막 및 공막)의 기하학적 형상, 렌즈의 기본 형상 및 안검들의 움직임을 기술하는 파라미터들이 도 2에 도시되어 있다. 렌즈의 움직임은 렌즈에 작용하는 운동량 모멘트의 균형에 따른다. 관성 효과는 무시된다. 그러면, 렌즈에 작용하는 모든 모멘트의 합계는 0이다. 따라서,

처음 4개의 모멘트는 저항 토크(resisting torque)이고, 렌즈 움직임에 선형으로 종속된다. 나머지 토크는 구동 토크(driving torque)이다. 운동량 모멘트의 이러한 균형은 렌즈의 위치 β에 대한 비선형 1차 미분 방정식을 생성한다.

이러한 방정식은 4차 룽게-쿠타(Runge-Kutta) 적분 기법으로 해석된다. 콘택트 렌즈 상의 지점들의 위치는 회전 벡터 β(t) 둘레의 회전에 따른다. 지점들의 이전(old) 위치를 현재 위치로 변환하는 회전 행렬 R(t)는 로드리게스의 식(Rodrigues's formula)에 따른다.

여기서,

및

.

수치 적분 방법에서, 시간-이산화(time-discretization)가 사용된다. 이어서, 렌즈의 움직임은 후속 회전의 수로서 보여질 수 있고, 따라서 다음 시간 단계

에서 회전 행렬은

이고, 여기서

는 시간 단계

동안의 회전이다.

회전 행렬은 렌즈의 회전

및 탈중심화

로 분해된다.

렌즈의 회전은 렌즈의 중심선 둘레의 회전이다. 탈중심화는 (x, y) 평면 내의 선 둘레의 회전이다. 따라서, 렌즈의 위치는 그의 중심선 둘레의 렌즈의 회전

에 이은 탈중심화

로서 보여진다.

본 발명의 바람직한 방법에서, 이들 관계에 기초하여 메리트 함수(MF)가 공칭 설계의 안정화 기법을 조정하고 그럼으로써 개선하도록 맞춰진다. 이들 메리트 함수는 안구상 렌즈의 성능 요건에 기초하여 정의된다. 바람직한 실시 형태에서, 메리트 함수는 a) 렌즈 회전 및 중심화 성능(수학식 1), b) 휴지 위치 둘레의 렌즈 안정성(수학식 2), 또는 c) 렌즈 회전 및 중심화 성능과 휴지 위치 둘레의 안정성(수학식 3)으로 정의되지만 이에 제한되지 않는다.

렌즈 회전이라는 것은 깜박임 동안 및 깜박임들 사이에 발생하는 그의 z-축 둘레의 렌즈의 각도 움직임을 의미한다. 회전은 안구 상에 모델링될 때 안구 상의 렌즈의 초기 위치 또는 렌즈 거동에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향일 수 있다.

렌즈 중심화라는 것은 렌즈의 기하학적 중심과 각막 정점 사이의 거리를 의미한다. 중심화는 각막 정점의 평면에서 x-y 좌표계로 기록된다.

렌즈 안정성이라는 것은 깜박임 기간 동안의 렌즈 회전량 및 수평 방향(x축)과 수직 방향(y축)으로의 렌즈의 최대 운동량을 의미한다. 렌즈 안정성은 바람직하게는 렌즈가 그의 최종 위치에 도달한 후에 렌즈의 오배향 및 탈중심화가 없는 상태에서 기록된다.

수학식 1을 메리트 함수의 목적 및 적용의 예로서 사용하면, Rot 및 Cent는 각각 최적화될 렌즈 설계의 회전 및 중심화에서의 렌즈 성능을 기술한다. R_REF 및 C_REF는 초기 렌즈 설계의 회전 및 중심화에서의 렌즈 성능을 기술하는 변수이다. W_R 및 W_C는 다른 인자에 대한 하나의 인자의 기여도(contribution)의 조정을 가능하게 하는 2개의 가중 인자이고, 0 내지 1의 값을 취할 수 있다. 적용될 때, 이하 예시되는 바와 같이, 이들 함수는 수치적으로 가장 잘 해석된다. 가중 인자들은 관심 대상의 성분이 적절히 고려되도록 적용된다. 이들은 동일할 수 있거나, 하나의 성분이 다른 것보다 더 관심 대상일 수 있다. 따라서, 예를 들어 중심화보다 회전을 최적화하는 것을 더 중시하는 경우, W_C보다 큰 W_R을 선택할 것이다. 안정화된 설계는 그의 메리트 함수가 이러한 구성 개념 하에서 그보다 앞선 설계에 비해 감소될 때 개선된다. 또한, 이는 메리트 함수가 그러한 경우에서 최소화될 때 최적화된다. 물론, 하나의 렌즈 설계가 안정화 이외의 이유로 다른 것보다 선호될 수 있어서, 설계의 안정화 양태를 반드시 최적화하지 않고서도 개선된 안정화가 여전히 본 발명에 따라 이루어질 수 있다.

수학식 2에서, X_Range, Y_Range 및 θ_Range는 최적화되는 렌즈 설계의 수평 방향, 수직 방향 및 회전의 안정성에서의 렌즈 성능을 기술하고, X_REF, Y_REF 및 θ_REF는 초기 렌즈 설계의 수평 방향, 수직 방향 및 회전의 안정성에서의 렌즈 성능을 기술하며, W_X, W_Y 및 W_θ는 서로에 대한 인자들의 기여도의 조정을 가능하게 하는 가중 인자들을 기술한다.

수학식 3에서, Rot, Cent 및 Stab는 최적화되는 렌즈 설계의 회전, 중심화 및 안정성에서의 렌즈 성능을 기술하고, R_REF, C_REF 및 S_REF는 초기 렌즈 설계의 회전, 중심화 및 안정성을 기술하며, R_REF, C_REF 및 S_REF는 서로에 대한 인자들의 기여도의 조정을 가능하게 하는 가중 인자들을 기술한다.

다른 실시 형태에서, 메리트 함수는 착용 편안함을 포함하고, 또한 안정화 구역 체적, 안정화 구역 표면적, 안정화 구역에 대한 소프트 콘택트 렌즈 착용자의 인지 또는 임의의 다른 관련 기준을 포함할 수 있다.

추가의 바람직한 실시 형태에서, 메리트 함수는 위에 기재된 것과 동일한 방식으로 하기 파라미터들로부터 정의된다:

- 회전 성능:

- 회전 곡선 반응(rotation curve response) 아래의 표면적

- +/- 5.0도 내의 회전에서 휴지 위치로의 도달 시간

- 초기 회전 속도

- 중심화 성능:

- 중심화 곡선 반응(centration curve response) 아래의 표면적

- 중심화에서 휴지 위치로의 도달 시간

- 최종 휴지 위치로의 최초 도달 시간

- 중심화 속도

- 안정성 성능:

- 수평 방향으로의 움직임의 크기

- 수직 방향으로의 움직임의 크기

- 회전의 크기

- 수평 움직임의 지속기간

- 수직 움직임의 지속기간

- 회전의 지속기간

- 착용 편안함:

- 안정화 구역을 구성하기 위한 초과 재료의 체적

- 안정화 구역에 의해 덮인 표면적

- 안정화 구역에 대한 렌즈 착용자의 인지

이 방법에 의해 생성될 수 있는 안정화의 유형에 제한은 없다. 안정화 구역은 하기 유형의 것일 수 있다:

- X 및 Y축에 관하여 대칭

- X 또는 Y축에 관하여 대칭

- X 및 Y축 둘 모두에 관하여 비대칭

- 일정 반경 방향 거리

- 가변 반경 방향 거리

최적화 동안, 하기를 제한 없이 포함하는 다양한 안정화 구역 파라미터들이 평가될 수 있다: 구역 길이, 피크 두께 위치, 피크의 양측 상에서의 램프(ramp) 각도, 구역의 원주 방향 기울기, 및 구역 폭. 최적화 파라미터들은 또한 렌즈 직경, 기본 곡선, 두께, 광학 구역 직경, 주변 구역 폭, 재료 특성, 렌즈 특징을 기술하는 다른 파라미터들을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 2가지 유형의 개선 접근법이 개시된다. 첫째, MF에 의해 유도되는 안정화 조정의 주어진 반복을 갖는 안구상 거동의 모델이 렌즈가 그의 휴지 위치에 도달할 때까지 수회의 깜박임 사이클을 필요로 하는 완전 최적화가 수행된다. 다른 실시 형태에서, 설계는 미리설정된 수의 깜박임 사이클 동안 개선된다. 3회의 깜박임 사이클이 일반적으로 의미있는 안정화 개선을 제공하는 데 효과적일 최소 한도이다. 어느 경우에서도, 프로세스는 공칭 설계에 대한 MF의 적용이 반복하여 수행된다. 3회의 깜박임 사이클이 사용되는 경우, 초기 깜박임은 렌즈를 수평으로부터 각도 α로 배향하고, 중간 깜박임에서 렌즈가 수평으로부터 각도 β로 배향되며, 최종 깜박임에서 렌즈가 휴지 위치에 위치된다. 가장 바람직한 실시 형태에서, 각도 α는 45도로 설정되고, 각도 β는 22도로 설정된다(그러나, 두 각도 모두가 이들 값으로 제한되지는 않음). 다른 실시 형태에서, 최적화 프로세스는, 감소된 수의 깜박임 사이클이 중간 해석에 도달하는 데 예비적으로 사용되고 이어서 수회의 깜박임 사이클이 최적화가 허용가능한 정도로 수행되었음을 입증하는 데 사용되는, 두 접근법 모두의 조합이다.

도 3은 이러한 개선 프로세스의 흐름도를 도시한다. 초기 안정화 구역 설계는 기존 설계 또는 신규 설계일 수 있다. 이들 설계로부터의 안정화 구역 파라미터들이 결정된다. 이들 파라미터는 파라미터들이 그들의 초기값 부근에서 수정될 때 설계 성능을 계산함으로써 얻어진다. 렌즈 성능에서 가장 큰 변동을 제공하는 파라미터들이 최적화 프로세스를 위해 선택되는 것이 바람직하다. 단계 1에서, 안정화 구역 파라미터들이 고려되도록 선택된다. 이들은, 예를 들어 많은 다른 것들 중에서 특히, 안정화 구역의 크기(Z₀), 0-180도 자오선(meridian)을 따른 피크 위치(r₀), 0-180도 자오선 둘레의 각도 피크 위치(θ₀), 피크 위치 위와 아래의 경사도, 안정화 구역의 각도 길이(σ_θ), 피크 위치 둘레로 회전되는 안정화 구역, 및 안정화 구역의 폭(σ_R)을 포함할 수 있다.

단계 2에서, 렌즈는 초기 또는 공칭 설계에 도달하도록 안정화 구역 파라미터들에 관하여 수학적으로 정의된다. 안정화 구역을 기술하는 수학 함수의 유형에 제한은 없다. 안정화 구역은 또한 CAD 어플리케이션과 같은 컴퓨터 생성 소프트웨어를 사용하여 기술될 수 있다. (정의된 파라미터들을 갖는) 수학적으로 기술된 설계는 단계 3에서 안구 모델에 입력되고, 회전, 중심화, 및 안정성 데이터가 표 1에 도시된 바와 같이 생성된다. 이러한 데이터는 이어서 선택적 단계 4에서 하나 이상의 안정화 파라미터를 수정하도록 사용될 수 있다.

[표 1]

안정화 구역은 재형상화(reshaping), 스케일링(scaling), 회전, 시프팅(shifting), 또는 현재 설계를 수정하기 위한 임의의 다른 기술을 사용함으로써 수정된다. 단계 5a 내지 단계 5d에서, 수정된 안정화 파라미터들은 지금 수정된 설계들 각각을 위한 회전, 중심화, 및 안정성 데이터를 생성하도록 다시 안구 모델을 통해 실행된다. 대응하는 단계 6a 내지 단계 6d의 각각의 경우에, 메리트 함수가 생성되고 각각의 신규 설계에 적용되어, 렌즈가 (바람직하게는 회전을 통해) 조작됨에 따라 단계 7 및 단계 8에서 신규 회전, 중심화, 및 안정성 데이터를 생성한다. 다시, 각각의 반복에서, 메리트 함수가 단계 9에서 계산되고, 단계 10에서 이들이 감소하고 있는지를 확인하도록 검사된다. 감소는 이전 반복에 대한 개선이다. 메리트 함수가 감소하지 않았다면, 안정화 파라미터는 이어서 선택적 단계 11에서 다시 수정될 수 있고, 생성되는 수정된 렌즈 설계가 이어서 선택 및 데이터 생성 단계 7 및 단계 8로 다시 입력된다. 메리트 함수가 감소하였다면, 이는 안정화에서의 개선을 나타내며, 렌즈 설계는 최종 설계(단계 12)에 있는 것으로 결정되거나, 다른 구역이 다시 선택적 단계 13에서 개선된다.

본 발명은 원환체(toric) 및 다초점 렌즈에 가장 유용할 수 있다. 또한, 설계는 특정 개인의 각막 형태(topography)에 맞춰진 렌즈, 고차 파면 수차 교정(high order wave-front aberration correction)을 통합한 렌즈, 또는 이들 둘 모두에 유용할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명은, 예를 들어 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,652,638호, 제5,805,260호 및 제6,183,082호에 개시된 바와 같이 원환체 렌즈 또는 원환체 다초점 렌즈를 안정화하도록 사용된다.

또 다른 대안으로서, 본 발명의 렌즈는 고차 안구 수차의 교정, 각막 형태 데이터, 또는 이들 둘 모두를 통합할 수 있다. 그러한 렌즈의 예가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,305,802호 및 제6,554,425호에서 발견된다.

본 발명의 렌즈는 안경, 콘택트, 및 안내 렌즈(intraocular lens)를 제한 없이 포함하는 안과용 렌즈를 제조하기에 적합한 임의의 렌즈 형성 재료로부터 제조될 수 있다. 소프트 콘택트 렌즈의 형성을 위한 예시적인 재료는 제한 없이 실리콘 탄성중합체, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,371,147호, 제5,314,960호, 및 제5,057,578호에 개시된 것들을 제한 없이 포함하는 실리콘-함유 거대단량체, 하이드로젤, 실리콘-함유 하이드로젤 등 및 이들의 조합을 포함한다. 더 바람직하게는, 표면은 실록산이거나, 폴리다이메틸 실록산 거대단량체, 메타크릴옥시프로필 폴리알킬 실록산, 및 이들의 혼합물을 제한 없이 포함하는 실록산 작용기, 실리콘 하이드로젤 또는 하이드로젤, 예를 들어 에타필콘(etafilcon) A를 함유한다.

렌즈 재료의 경화는 임의의 편리한 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 재료는 금형 내에 침착되고, 열, 조사, 화학, 전자기 방사선 경화 등 및 이들의 조합에 의해 경화될 수 있다. 바람직하게는, 콘택트 렌즈 실시 형태의 경우, 성형은 자외광을 사용하여 또는 가시광의 전체 스펙트럼을 사용하여 수행된다. 보다 구체적으로, 렌즈 재료를 경화시키기에 적합한 정확한 조건은 선택된 재료 및 형성되는 렌즈에 좌우될 것이다. 적합한 공정은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,540,410호에 개시되어 있다.

본 발명의 콘택트 렌즈는 임의의 편리한 방법에 의해 제조될 수 있다. 한 가지 그러한 방법은 금형 삽입물(mold insert)을 제조하기 위해 베어리폼(VARIFORM.TM.) 부착물을 구비한 옵토폼(OPTOFORM.TM.) 선반을 사용한다. 다음으로, 금형 삽입물은 금형을 형성하도록 사용된다. 후속적으로, 적합한 액체 수지가 금형들 사이에 배치되고, 이어서 수지가 압축 및 경화되어 본 발명의 렌즈를 형성한다. 당업자는 본 발명의 렌즈를 제조하기 위해 임의의 많은 공지된 방법이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명이 이제 하기의 비제한적인 실시예에 관하여 추가로 설명될 것이다.

실시예 1

난시 환자의 시력을 교정하기 위한 공지된 설계를 갖는 콘택트 렌즈가 도 6에 도시되어 있다. 이는 하기의 입력 설계 파라미터들을 갖고서 통상의 렌즈 설계 소프트웨어를 사용하여 설계하였다:

구면 도수(Sphere power): -3.00D

난시 도수(Cylinder Power): -0.75D

난시 축(Cylinder Axis): 180도

렌즈 직경: 14.50 ㎜

8.50 ㎜의 전방 광학 구역 직경

11.35 ㎜의 후방 광학 구역 직경

렌즈 기본 곡선: 8.50 ㎜

중심 두께: 0.08 ㎜

사용한 안구 모델 파라미터들이 표 2a 및 표 2b에 열거되어 있다.

안정화 구역은 해당 렌즈의 두께 프로파일에 부가된 추가의 두꺼운 구역이다. 초기 안정화 구역은 두께의 반경 방향 및 각도 변화를 기술하는 정규화된 가우스 함수(Gauss function)들의 조합을 사용하여 구성한다. 극좌표에서 안정화 구역의 새그(Sag)를 기술하는 수학적 표현은:

이고, 여기서 Z₀는 안정화 구역의 최대 크기이고, r₀ 및 θ₀는 피크의 반경 방향 및 각도 위치이며, σ_R 및 σ_θ는 반경 방향 및 각도 방향으로의 두께 변화의 프로파일을 제어하는 파라미터들이다.

반경 방향 및 각도 방향을 따른 경사도의 변화는 로그-정규 가우스 분포(log-normal Gauss distribution)를 사용하여 얻는다. 수학식은 아래와 같이 된다:

안정화 구역을 제어하는 설계 파라미터들은 아래와 같다:

안정화 구역의 크기의 변화 (Z₀).

0-180도 자오선을 따른 피크 위치 변화 (r₀).

0-180도 자오선 둘레의 각도 피크 위치 변화 (θ₀).

피크 위치 위와 아래의 경사도 변화.

안정화 구역의 각도 길이의 변화 (σ_θ).

피크 위치 둘레에서 회전되는 안정화 구역.

0-180도 자오선을 따른 안정화 구역의 폭의 변화 (σ_R).

초기 안정화 구역을 구성한 값들은 아래와 같았다:

Z₀ = 0.25 ㎜

r₀ = 5.75 ㎜

σ_R= 0.50 ㎜

θ₀= 각각 좌측 및 우측 안정화 구역에 대해 180도 및 0도

σ_θ= 25.0도

안정화 구역을 이어서 원래 렌즈 두께 프로파일에 부가하였다. 최종 최대 렌즈 두께는 0.38 ㎜였다. 프로파일의 그래프 예시가 도 4에 도시되어 있다. 안정화 구역들은 피크 높이로부터 균일하게 하강하는 경사도를 갖고서 수평 및 수직축 둘 모두에 대해 대칭이다.

[표 2a]

[표 2b]

콘택트 렌즈 회전 및 중심화 특성을 표 2에 제공된 초기 파라미터를 갖는 전술된 안구 모델을 사용하여 결정하였다. 모델링된 깜박임의 수가 0에서 20으로 진행함에 따라 렌즈의 회전이 약 45도에서 10도 미만으로 꾸준히 감소하였다. 1-20회의 깜박임 과정에 걸쳐, 중심화는 약 .06 ㎜에서 .08 ㎜ 조금 넘게 비교적 안정되게 유지되었다. 종래 기술의 렌즈에 적용된 수학식 1에 의해 정의된 메리트 함수의 결과 값은 1.414였으며, 이때 W_R = W_C = 1.0이었다. 이러한 실시예는 이들 파라미터의 렌즈에 의해 달성되는 회전, 중심화 및 안정성을 나타내며, 이 경우 안구상 배향의 유지는 전방 표면의 주변부 상의 함몰부 또는 융기부를 사용하여 달성된다.

실시예 2

신규 안정화 구역을 전술된 안구 모델 및 최적화 방법과 실시예에 설명된 초기 설계를 사용하여 설계하였다. 메리트 함수는 아래를 사용하여 정의하였다.

- 회전 반응 아래의 표면적.

- 중심화 반응 아래의 표면적.

- 회전 및 중심화에 대한 동일 가중치, W_R = W_C = 1.0.

초기 안정화 구역을 구성한 값들은 아래와 같았다:

- Z₀ = 0.25 ㎜

- r₀ = 5.75 ㎜

- σ_R= 0.50 ㎜

- θ₀= 각각 좌측 및 우측 안정화 구역에 대해 180도 및 0도

- σ_θ= 25.0도

안정화 구역을 이어서 원래 렌즈 두께 프로파일에 부가하였다.

안정화 구역을, 렌즈 성능 특성이 초기 설계보다 상당한 개선을 나타낼 때까지 피크 위치 둘레로 회전시켰다. 회전은 원래 안정화 구역 좌표에 좌표 변환(피크 위치 둘레로의 회전)을 적용함으로써 얻어졌다:

여기서 (x₀,y₀)는 원래 좌표였고, (x,y)는 신규 좌표였으며, α는 회전 각도였다.

안정화 구역의 최종 배향이 도 5에 도시된 바와 같이 렌즈의 중심을 향해 배향된 안정화의 상부 부분과 수직으로부터 10.0도 벗어난 개선된 안정화 설계가 얻어졌다. 또한, 안정화 구역은 수평축에 대해 대칭이 아니다. 이러한 경우, 각각의 구역의 긴 치수의 대부분은 수평축 위에 놓인다. 메리트 함수의 최종값은 0.58이었다. 메리트 함수의 개선은 59% 정도였다. 회전은 초기 안정화 설계에 비해 급격하게 하락하였다. 동일한 범위의 깜박임에 걸쳐 초기 설계에서 보여진 약 40-25도의 회전에 비해, 4회 깜박임부터 30도 미만의 회전이 보였고 12회 깜박임 이후 회전은 없었다. 중심화는, 동일한 수의 깜박임 사이클에 걸쳐 초기 설계의 경우 0.06에서 0.08 초과인 것에 비해, 개선된 설계에서는 1회 깜박임에서 0.04 ㎜ 미만 및 그 후 0.03 미만으로 안정되게 유지되었다. 이러한 실시예는 실시예 1의 렌즈와 비교할 때 개선된 회전, 중심화 및 안정성을 나타낸다.

실시예 3

신규 안정화 구역을 전술된 안구 모델 및 최적화 방법과 실시예 1에 설명된 초기 설계를 사용하여 설계하였다. 메리트 함수는 아래를 사용하여 정의하였다.

- 회전 반응 아래의 표면적.

- 중심화 반응 아래의 표면적.

- 회전 및 중심화에 대한 동일 가중치, W_R = W_C = 1.0.

초기 안정화 구역을 구성한 값들은 아래와 같았다:

- Z₀ = 0.25 ㎜

- r₀ = 5.75 ㎜

- σ_R= 0.50 ㎜

- θ₀= 각각 좌측 및 우측 안정화 구역에 대해 180도 및 0도

- σ_θ= 25.0도

안정화 구역을 원래 렌즈 두께 프로파일에 부가하였다.

안정화 구역의 최종 배향이, 안정화 구역의 피크 위치가 도 6에 도시된 바와 같이 렌즈의 기하학적 중심으로부터 0-180도 자오선 둘레에서 각도 변화되도록 된, 개선된 안정화 설계가 얻어졌다. 안정화 구역은 수평축에 대해 더 이상 대칭이 아니고, 이들 구역의 경사도의 변화율은 0-180도 자오선으로부터 멀어지는 방향으로 상이하다. 메리트 함수의 최종값은 0.64였다. 메리트 함수의 개선은 55% 정도였다. 회전은 초기 안정화 설계에 비해 급격하게 하락하였다. 동일한 범위의 깜박임에 걸쳐 초기 설계에서 보여진 약 40-30-15도의 회전에 비해, 4회 깜박임부터 30도 미만의 회전이 보였고 10회 깜박임에서 약 10도의 회전이 보였으며 16회 깜박임 이후 회전은 없었다. 중심화는 1회 깜박임에서 0.06 ㎜ 미만 및 4회 깜박임에서 0.04 미만이었다. 그 후 급격하게 하락하여, 동일한 수의 깜박임 사이클에 걸쳐 초기 설계의 경우 0.06 초과에서 0.07 초과 및 0.08 초과인 것에 비해, 8회 깜박임에서 .02 미만 및 16회 깜박임에서 0이었다. 이러한 실시예는 실시예 1의 렌즈와 비교할 때 개선된 회전, 중심화 및 안정성을 나타낸다.

실시예 4

- 회전 반응 아래의 표면적.

- 중심화 반응 아래의 표면적.

- 회전에 대한 가중치 W_R = 0.84, 중심화에 대한 가중치 W_C = 1.14.

초기 안정화 구역을 구성한 값들은 아래와 같았다:

- Z₀ = 0.25 ㎜

- r₀ = 5.75 ㎜

- σ_R= 0.50 ㎜

- θ₀= 1.954

- σ_θ= 0.14

안정화 구역을 원래 렌즈 두께 프로파일에 부가하였다. 안정화 구역을 피크 위치 둘레로 경사도가 변화되도록 조정하였다. 피크 위치를 도 7에 도시된 바와 같이 0-180도 자오선 상에서 유지한다. 안정화 구역은 수평축에 대해 대칭이 아니고, 이들 구역의 경사도의 변화율은 피크 높이로부터 멀어지는 방향으로 상이하다. 이는 렌즈의 하부 부분을 향한 경사도의 훨씬 더 점진적인 하락을 갖는 경우에 두드러진다. 경사도 변화는 두께 변화를 각도로 기술하기 위해 로그-정규 가우스 분포 함수를 사용하여 얻어졌다. 메리트 함수의 최종값은 0.86이었다. 메리트 함수의 개선은 30% 정도였다. 회전은 초기 안정화 설계에 비해 완만하게 하락하였다. 동일한 범위의 깜박임에 걸쳐 초기 설계에서 보여진 약 38-30-15도의 회전에 비해, 6회 깜박임부터 30도 미만의 회전이 보였고 12회 깜박임에서 약 10도의 회전이 보였으며 16회 깜박임 이후 회전은 없었다. 중심화는 1회 깜박임에서 0.08 ㎜ 미만 및 4회 깜박임에서 0.07 미만이었다. 그 후 급격하게 하락하여, 동일한 수의 깜박임 사이클에 걸쳐 초기 설계의 경우 0.06에서 0.07 및 0.08 초과인 것에 비해, 8회 깜박임에서 .05 미만 및 16회 깜박임에서 0.04였다. 이러한 실시예는 실시예 1의 렌즈와 비교할 때 개선된 회전, 중심화 및 안정성을 나타낸다.

도 8은 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 및 실시예 4의 안구 상의 렌즈 배향에 대한 회전 속도를 요약한다. 실시예 1에 설명된 초기 설계는 45°-0° 오-배향(miss-orientation) 범위에서 약 -0.55°/초의 평균 회전 속도를 갖고, 한편 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4에 주어진 설계는 동일한 오-배향 범위 내에서 -0.70°/초 초과의 평균 회전 속도를 갖는다. 실시예 2 및 실시예 4는 15° 미만의 오-배향에 대해 더 높은 회전 속도를 갖는다. 두 설계 모두는 고차 수차 교정을 위해 설계된 소프트 콘택트 렌즈와 같은 안구 상의 단일 배향을 필요로 하는 렌즈에 더욱 적당하다. 이들 설계는 렌즈 삽입을 위해 환자를 돕도록 전방 표면 상에 특정 기준점을 필요로 하는 상이한 맞춤 방법을 필요로 할 수도 있다. 안정화의 비대칭성으로 인해 안구 상의 렌즈 배향이 독특하기 때문에, 그리고 전방 표면 상의 마킹 때문에, 삽입 동안의 렌즈의 배향은 렌즈가 그의 휴지 위치에 도달한 후의 렌즈의 최종 배향에 매우 근접할 것이다. 삽입 시의 작은 오-배향에 대한 높은 회전 속도는 더 빠른 전체 시력 교정을 제공할 것이다. 이들 설계는 또한 실시예 3의 설계에 비해 더 우수한 중심화 성능을 제공한다. 렌즈 중심화는 더 적은 수의 깜박임에 걸쳐 안정해진다.

Claims

콘택트 렌즈를 안정화하기 위한 방법으로서,
a) 안정화 구역 파라미터들의 공칭 세트(nominal set)를 갖는 렌즈 설계를 제공하는 단계,
b) 운동량 모멘트(moments of momentum)의 균형화에 기초하여 상기 렌즈 설계에 메리트 함수(merit function)를 적용하는 단계, 및
c) 상기 안정화 구역 파라미터들의 공칭 세트를 갖는 상기 렌즈 설계에의 상기 메리트 함수의 적용에 기초하여 개선된 안정화를 갖는 콘택트 렌즈 설계를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 b) 및 단계 c)는 반복하여 수행되는, 방법.
제2항에 있어서, 안구 역학(eye mechanics)의 효과를 시뮬레이션하는 가상 모델이 콘택트 렌즈 설계를 입증하는 데 사용되는, 방법.
제3항에 있어서, 깜박임이 상기 안구 역학 중 하나이고, 그에 따라 안정화 기법을 조정하는, 방법.
콘택트 렌즈를 안정화하기 위한 방법으로서,
a) 안정화 구역 파라미터들의 공칭 세트를 갖는 렌즈 설계를 제공하는 단계,
b) 상기 렌즈 설계의 안구상 성능을 평가하는 단계,
c) 상기 성능에 기초하여 메리트 함수를 계산하는 단계, 및
d) 상기 메리트 함수를 적용함으로써 상기 안정화 구역 파라미터들을 최적화하는 단계를 포함하는, 방법.
제5항에 있어서, 가상 모델로 반복하여 수행되는, 방법.
제6항에 있어서, 상기 모델은 안구 역학의 효과를 시뮬레이션하는, 방법.
제7항에 있어서, 상기 역학은 깜박임을 포함하는, 방법.
제1항의 방법에 따라 제조된, 콘택트 렌즈.
제2항의 방법에 따라 제조된, 콘택트 렌즈.
제3항의 방법에 따라 제조된, 콘택트 렌즈.
공칭 안정화된 설계에 대한 개선된 안정화로 설계된 콘택트 렌즈로서, 운동량 모멘트가 균형화되는, 콘택트 렌즈.