TWI587035B - 用於預防及／或減緩近視加深之非對稱鏡片的設計及方法 - Google Patents

Description

用於預防及/或減緩近視加深之非對稱鏡片的設計及方法

本發明係關於眼用鏡片，更具體而言係關於設計用來減緩、延遲或預防近視加深之隱形眼鏡。本發明眼用鏡片包含不對稱徑向焦度分布，其從鏡片光學區中心至邊緣增加徑向屈光焦度以預防及/或減緩近視加深。

引起視敏度下降的常見病症為近視及遠視，其處方為呈眼鏡或硬式或軟式隱形眼鏡形式的矯正鏡片。這種病症一般被描述為在眼睛長度及眼睛的光學元件的焦點間失調，近視眼聚焦在視網膜平面的前面及遠視眼聚焦在視網膜平面的後面。近視典型因為眼睛的軸向長度長得比眼睛光學組件的焦距長而發展，亦即眼睛長得太長。遠視典型因為眼睛的軸向長度相較於眼睛光學組件的焦距太短而發展，亦即眼睛生長不足。

近視在世界上許多地區具有高的患病率。此病症最令人關切的是其可能加深為高度近視，例如高於五(5)屈光度，這極大地影響了無光學輔助之人的作為能力。高度近視也與視網膜疾病，白內障和青光眼的風險增加相關。

矯正鏡片是用於來改變眼睛的總焦點而在視網膜平面上呈現較清晰的影像，分別藉由從平面前移動焦點來矯正近視，或 從平面後移動焦點來矯正遠視。然而，此病症的矯正方法沒有解決此病症的原因，而僅僅像是義肢或症狀性的。

大部分的眼睛沒有單純的近視或遠視，而是近視散光或遠視散光。焦點的散光誤差導致點光源影像在不同的焦距形成為兩個相互垂直的線。在先前的討論中，術語近視及遠視分別用於包括單純的近視或近視散光及遠視和遠視散光。

正視描述在眼睛透鏡放鬆下，一個在無窮遠處的物體是在相對銳利焦點上的清晰視野狀態。在正常或正視的成年人眼睛中，來自遠處和近處物體、通過孔徑或瞳孔的中心或近軸區域的光被眼睛內部靠近視網膜平面(感測到倒立像之處)的水晶體聚焦。然而觀察到大多數正常眼睛呈現正縱向球面像差，對5mm的孔徑而言通常在約+0.5屈光度(D)的區域中，也就是說，當眼睛聚焦到無窮遠處時，光線在孔徑或瞳孔周邊上通過，聚焦在視網膜平面前面的+0.5D。當用於本文時，度量D是屈光焦度，其定義為一個鏡片或光學系統的焦距的倒數，單位為公尺。另外，當用於本文時，術語「附加」應定義為一個額外增加的焦度，以協助在近距離看得更清晰。

正常眼睛的球面像差不是恆定的。例如，調節，也就是主要透過內部水晶體變化而得到的眼睛光學焦度的改變，使球面像差從正變到負。

正視化(Emmetropisation)是個過程，眼睛生長藉此自我調節以實現光學元件和眼睛的軸向長度之間的最佳匹配。正視化是在人類折射誤差分佈中明顯峰態的原因，且已被證明在各種動物中作用來彌補視覺剝奪誘發的折射誤差。青少年型近視是開始於童年並進展到青少年中期至晚期之折射誤差的常見形式。

雖然在一生中眼睛長度都會增加，但在童年時的加深最為明顯。已觀察到眼睛的球面像差隨著兒童的年齡變化(Stine，1930；Jenkins，1963)，當聚焦在遠處的物體時，從在小於約6歲的孩子的負球面像差變為在約6-7歲的正球面像差。大多數成年人他們剩餘的人生聚焦在無窮遠處的眼睛顯示正球面像差。

美國專利第6,045,578號揭露了一種改變眼睛焦點的方法，包括由相關的方向和角度來改變在眼睛長度的生長而改變眼系統的球面像差，換句話說正視化可以通過球面像差進行調節。在此方法中，近視眼角膜裝有一鏡片，該鏡片外表面形成具有隨著從透鏡中心遠離而增加的屈光焦度。進入鏡片中心部分的近軸光線聚焦在眼睛的視網膜上，產生物體的清晰影像。進入角膜周圍部分的邊緣光線聚焦在角膜和視網膜之間的平面上，並在後者上產生影像的正球面像差。此正球面像差在眼睛上產生傾向於抑制眼睛生長的生理作用，從而減輕近視眼睛長長的趨勢。該球面像差愈高，對近視加深的影響愈深刻。然而，增加了隱形眼鏡的有效附加焦度的大小導致視窩視力惡化。

因此，存在改良遠處視力矯正及/或在隱形眼鏡產生更大的有效附加焦度，同時通過引入正像差而預防及/或減緩近視加深並同時保持良好的視窩視力的需要。

本發明的不對稱鏡片設計使用更高的有效附加焦度以確保更好的遠處視力矯正而克服了先前技術的限制。

根據一個態樣，本發明係關於一種眼用鏡片，其係用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者。眼用鏡片包含配置具有正的不對稱像差的光學區，用於在眼睛上產生生理效應，正的不對稱像差包括不對稱的徑向焦度分布，其屈光焦度隨著從光學區的中心至邊緣增加及其中不對稱的徑向焦度分布沿著不同的徑向經絡係可變的，和圍繞光學區的周圍區。

根據另一個態樣，本發明係關於一種藉由方向和角度改變眼睛的焦點來改變眼睛的生長而用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者的方法。該方法包含引入不對稱徑向焦度分布，其具有隨著從眼用鏡片光學區的中心到邊緣增加的屈光焦度和沿不同的徑向經絡可變的不對稱徑向焦度分布。

本發明的隱形眼鏡設計為屈光焦度隨著隱形眼鏡光學區的幾何中心到邊緣而增加，且該等焦度沿著不同的經絡係多變的。如本文所述，已證明正球面像差在眼睛上產生傾向於抑制眼睛生長的生理效果，從而緩解近視眼睛長長的傾向。本發明的隱形眼鏡設計在鏡片區域提供了更大的有效附加焦度，這將導致在關於近視加深之眼生理學有最顯著影響。亦已知較高數量級的球面像差會提高減慢、延遲或預防近視加深的效果，但在更高的水平，對視敏度產生負面影響。因此，因為視敏度較不受不對稱像差影響之事實，本發明利用不對稱像差顯著增加有效附加焦度，同時維持合理的良好的視窩矯正。本發明的鏡片也可以根據個體眼睛的平均瞳孔大小定製而同時達到良好的視窩視力矯正以及更高的治療功效。

本發明的隱形眼鏡設計提供了一種簡單、具成本效益及有效的裝置和方法，用於預防及/或減緩在世界各地以提高的速率增加的近視加深。

100‧‧‧鏡片

101‧‧‧軸

102‧‧‧角膜

104‧‧‧眼睛

106‧‧‧內表面

108‧‧‧外表面

110‧‧‧近軸光線

112‧‧‧中心部分

114‧‧‧視網膜

116‧‧‧邊緣光線

118‧‧‧周圍部分

602‧‧‧垂直光柵之曲線

604‧‧‧水平光柵之曲線

606‧‧‧水平光柵之曲線

608‧‧‧垂直光柵之曲線

700‧‧‧隱形眼鏡

702‧‧‧光學區

704‧‧‧周圍區

706‧‧‧內區

708‧‧‧外區

從以下的本發明較佳實施例之詳細說明中，並配合附圖所示，將更清楚明白本發明之前述及其他特徵與優勢。

圖1是根據先前技術的隱形眼鏡及眼睛光學系統的示意圖。

圖2A和2B例示說明根據本發明的第一對稱設計和第一不對稱設計的焦度分布。

圖3A和3B例示說明根據本發明的第二對稱設計和第二對稱設計的焦度分布。

圖4例示說明根據本發明的第三不對稱設計的焦度分布。

圖5例示說明根據本發明的第四不對稱設計的焦度分布。

圖6A例示說明根據本發明的第四不對稱設計的MTF曲線。

圖6B例示說明根據本發明的第五不對稱設計的MTF曲線。

圖7係根據本發明之一例示性隱形眼鏡的示意圖。

已證明正球面像差在眼睛上產生傾向於抑制眼睛生長的生理效果，從而緩解近視眼睛長長的傾向。圖1例示說明先前技術的鏡片100，其在周圍區域中引入了正球面像差。近視眼睛104的凸角膜102已裝上鏡片100，其具有形成球狀的內表面106和外表面108(形成為具有隨著遠離鏡片100的軸101而增加的屈光焦度，也就是隨之減少的曲率半徑之橢圓體的一部分)，和角膜102，亦即一扁橢圓體。進入鏡片100中心部分112的近軸光線110聚焦在眼睛104的視網膜114上，產生物體的清晰影像。進入鏡片100周圍部分118和傳遞到角膜102的邊緣光線116聚焦在角膜102和視網膜114之間的平面上，並在視網膜上產生影像的正球面像差。此正球面像差在眼睛上產生傾向於抑制眼睛生長的生理作用，從而減輕近視眼睛長長的趨勢。

本發明係關於一種鏡片設計，其在鏡片區域提供了更大的有效附加焦度，這將導致在關於近視加深之眼生理學有最顯著影響，同時提供與先前技術相似或更好的遠視力矯正。先前技術的鏡片採用了對稱正球面像差，其事實上確實對近視加深有效果。亦已知較高數量級的球面像差會增加在近視加深的效果，但在更高的水平，對視敏度產生負面影響。因為視敏度較不受不對稱像差影響之事實，本發明利用不對稱像差顯著增加有效附加焦度，同時維持合理的良好的視窩矯正。

因此，本發明係關於設計屈光焦度隨著遠離鏡片的光學區中心到邊緣而增加之鏡片且且該焦度分布沿著不同的經絡係多變的。特別是，例如為與兒科人群之入射瞳孔大小相匹配，上述光學區的直徑為介於2mm和11mm間。為了使減緩近視加深的治療功效最大化，並使視窩視力矯正最佳化，對不同的經絡而言，光學區的中心與邊緣之間的屈光焦度差較佳為介於0.5D和25.0D之間。

根據一個例示性實施例，不對稱焦度分布可以通過下式描述：

其中r代表從幾何鏡片中心的徑向距離，2i代表多項式項的級數，C_i(θ)代表特定多項式項的係數及為θ的函數，θ代表一個特定的經絡和一參考軸之間的角度，例如，在笛卡爾坐標系的x軸(水平軸)，及P(r,θ)定義光學設計的徑向焦度。重要的是要注意其他可使用的焦度分布，例如階躍函數、斜坡函數及/或任何其它曲線；然而，以式(1)，C_i(θ)被操縱或改變以滿足視力矯正並提供良好的治療功效以減緩近視的加深。為了測量視力矯正，在4.5EP(入射瞳孔)和6.5EP之神經銳度被用作視網膜影像品質的決定因素。再次重要的是注意可以利用任何其它合適的裝置及/或方法，例如，在MTF曲線的區域、斯特列爾(Strehl)比，測量視網膜影像品質的優度。神經銳度由下式給出

其中psf或點擴散函數是一個點物體的圖像且計算為瞳孔函數P(X,Y)的傅立葉逆變換的幅值平方其中P(X,Y)由下式給出P(X,Y)=A(X,Y)exp(ikW(X,Y))， (3)

其中k為波數(2π/波長)及A(X,Y)是瞳孔坐標X,Y的光學變跡函數，psf_DL是對相同瞳孔直徑之受繞射限制的PSF及g_N(X,Y)是一個二元高斯神經加權函數。對於神經銳度的更完整定義和計算參見「Accuracy and precision of objective refraction from wave front aberrations」Larry N.Thibos等人Journal of Vision(2004)4，329-351，其討論利用波前像差決定眼的最佳矯正之問題。隱形眼鏡及眼睛的波前為如下式給出之各者的總和 W_CL+eye(X,Y)=W_CL(X,Y)+W_eye(X,Y)。 (4)

為了預測治療效率，需要計算球面像差的大小。在較低及較高階的球面像差同時存在下，有效附加焦度會是表示球面像差之較好的度量法。有效附加焦度由下式給出焦度_附加=平均_焦度(外區)-平均_焦度(內區)， (5)

其中內區與外區大小的選擇是通用的。

請參照圖7，其中例示說明根據本發明的隱形眼鏡700的示意圖。隱形眼鏡700包含光學區702及周圍區704。光學區702包含內區706和外區708。在下列實例中，如自鏡片700的幾何中心測量，光學區702的直徑被選擇為8mm，實質為圓形的內區706的直徑被選擇為4mm，且環形外區708的邊界直徑為5mm及6.5mm。很重要的是要注意，圖7僅例示說明本發明例示性實施例。例如，在此例示性實施例中，外區708的外邊界不一定與光學區702的外邊緣重合，而在其它例示性實施例中，它們可能重合。周圍區704包圍光學區702，並提供標準的隱形眼鏡特徵，包括鏡片定位和中心定位。根據一個例示性實施例，周圍區704可包括一個或多個穩定化的機制，以減少在眼睛上時鏡片旋轉。

重要的是要注意在圖7中的各區被例示說明為同心圓，該區可包含任何合適的圓形或非圓形的形狀，如橢圓形。例如，在具有在與軸線有一定距離的徑向焦度分佈的例示性實施例中，光學區域將可能有一個橢圓形的形狀。

下表1總結了第一不對稱設計，ASY100，對第一對稱設計SYM100，於式(1)輸入C₀(θ)、C₁(θ)、C₂(θ)、C₃(θ)及C₄(θ)之神經銳度和有效附加焦度的結果。圖2A和2B分別例示說明第一對稱設計和第一不對稱設計的焦度分布。如可從表中數據看出，當C₃(θ)=-0.02+1.42e^-5 θ時，不對稱設計可得到有效附加焦度3.19D與和對稱設計可得到有效附加焦度2.80D以及可得到相似結果的神經銳度 度量。因此，可以此設計實現較高的有效附加焦度，而對視敏度沒有影響。

下表2總結了第二不對稱設計，ASY 101，對一對稱設計SYM101，於式(1)輸入C₀(θ)、C₁(θ)、C₂(θ)、C₃(θ)及C₄(θ)之神經銳度和有效附加焦度的結果。圖3A和3B分別例示說明第二對稱設計和第二不對稱設計的焦度分布。如可從表中數據看出，當C₀(θ)=-0.02+1.42e^-5 θ時，不對稱設計可得到有效附加焦度3.54D與對稱設計可得到有效附加焦度3.15D以及可得到相似結果的神經銳度度量。因此，可以此設計實現較高的有效附加焦度，而對視敏度沒有影響。

下表3總結了第三不對稱設計，ASY102，對第一及第二對稱設計SYM100及SYM101，於式1輸入C₀(θ)、C₁(θ)、C₂(θ)、 C₃(θ)及C₄(θ)之神經銳度和有效附加焦度的結果。圖4例示說明第三不對稱設計的焦度分佈。如可從表中數據看出，當C₀(θ)-C₄(θ)如在其中闡明地變化時，此不對稱設計可實現6.00D之有效附加焦度以及更好結果的神經銳度度量。因此，以此設計可以實現顯著更高的有效附加焦度與視敏度的改良。

下表4總結了第四不對稱設計，ASY 103，對第一及第二對稱設計SYM100及SYM101，於式1輸入C₀(θ)、C₁(θ)、C₂(θ)、C₃(θ)及C₄(θ)之神經銳度和有效附加焦度的結果。圖5例示說明第四不對稱設計的焦度分布。如可從表中數據看出，當C₀(θ)-C₄(θ)如在其中闡明地變化時，此不對稱設計可實現6.00D之有效附加焦度以及相較於第三不對稱設計有類似結果的神經銳度度量。因此，以此設計可以實現顯著更高的有效附加焦度與視敏度的改良。

調制轉換函數(MTF)是用於光學系統(例如眼睛)的成像能力的客觀評估的工具。MTF曲線愈高，光學系統將進行愈好的影像矯正。此外，由於人眼看到的每一個自然發生的場景可以分解(傅立葉分析)成光柵在不同的方向及頻率的線性組合，MTF也可以使用來指示在不同的方向之視頻信號的影像質量矯正。因此，一者有表徵水平光柵的圖像矯正的質量之切向或水平MTF，及為表徵垂直光柵的圖像矯正質量的矢狀面或垂直的MTF。圖形表述在下列的第四不對稱設計ASY103及第五不對稱設計進行比較後例示說明及討論如下。

下表5總結了第五不對稱設計ASY104對第四不對稱設計於式1輸入C₀(θ)、C₁(θ)、C₂(θ)、C₃(θ)及C₄(θ)之神經銳度度量和有效附加焦度的結果。如可從表中數據看出，當C₀(θ)-C₄(θ)如在其中闡明地變化時，此不對稱設計可實現6.00D之有效附加焦度以及相同結果的神經銳度度量。從圖6A及6B的MTF曲線可以觀察到兩個設計不同之處。

圖6A例示說明第四不對稱設計的MTF曲線，其垂直光柵之曲線602大於水平光柵之曲線604。圖6B例示說明第五不對稱設計的MTF曲線，其水平光柵之曲線606大於垂直光柵之曲線608。這意謂第四不對稱設計的水平視覺信號的影像質量比垂直信號差，而第五不對稱設計的垂直視覺信號的影像質量比水平信號差。對於近視控制的目的，較差的影像質量矯正意味著更好的治療功效。因此，對於類似閱讀英文書籍(其中水平信號佔主導地位)的情況下，第四不對 稱設計更有效。同樣，對於類似閱讀某些亞洲手寫體(其中垂直信號佔主導地位)的情況下，第五不對稱設計更有效。第五設計僅是將第四設計旋轉九十(90)度並由下式給出

其中所有變量都與式(1)相同及是在笛卡爾坐標系的參考軸及X軸(水平軸)之間的夾角。的選擇視日常的視覺經驗及視覺系統的amistrophy而定。換句話說，該焦度分布可以對應於視覺場景的主導方向任意角度旋轉。

重要的是要注意由於兒科亞群之間不同的眼睛的入射瞳孔尺寸，在某些例示性實施例中，可根據病人眼睛的平均瞳孔尺寸將鏡片設計定製以同時實現良好視窩視力矯正及高治療功效。此外，因為瞳孔尺寸與折射及兒童患者年齡有關，在某些例示性實施例中，鏡片可以對特定年齡及/或基於其瞳孔尺寸之折射的兒科亞群之子組進一步優化。基本上，可以調整焦度分布或定製為瞳孔尺寸來實現眼窩視力矯正與有效附加焦度的最佳平衡。

目前可取得的隱形眼鏡仍是具成本效益的視力矯正方式。此薄型塑膠鏡片貼合於眼睛角膜上方以矯正視力缺陷，包括近視或近視眼、遠視或遠視眼、散光(即角膜的非球面性)與老花(即水晶體失去調節能力)。隱形眼鏡可有各種形式，並且以各式材料製成以提供不同的功能性。日常配戴的軟式隱形眼鏡一般係由軟質聚合物材料與水相結合而製成，以獲得透氧性。日戴型軟式隱形眼鏡可為日拋式或長戴拋棄式。日拋型隱形眼鏡通常配戴一天就丟棄，而長戴拋棄式隱形眼鏡通常可配戴高達三十天的期間。有色軟式隱形眼鏡使用不同材料以提供不同的功能性。例如，可見性染色隱形眼鏡使用淺色染色來協助配戴者找出掉落的隱形眼鏡；強化型染色隱形眼鏡具有半透明的染色來強化配戴者的天然眼睛顏色；變色型染色隱形眼鏡包含較深、不透明的染色來改變配戴者的眼睛顏色；而濾光型染色隱形眼鏡的功能為強化某些顏色而弱化其他顏色。硬式的氣體通透隱形眼鏡係由含有矽氧烷的聚合物所製成，但較軟式隱形眼鏡更為堅硬且因 此保持彼等之形狀並更為耐用。雙焦距隱形眼鏡專為老花患者設計並且有軟式與硬式種類。複曲面隱形眼鏡專為散光患者設計並且亦可有軟式與硬式種類。組合式鏡片結合以上的不同態樣，並且亦可有例如混合型隱形眼鏡。

重要的是要注意本發明的不對稱鏡片設計可以結合到任何數量的由任何數量材料形成的不同隱形眼鏡。具體而言，本發明的不對稱鏡片設計可以利用在任何本文所述的隱形眼鏡，包括日常配戴的軟式隱形眼鏡、硬式的氣體通透隱形眼鏡、雙焦距隱形眼鏡、複曲面隱形眼鏡及混合型隱形眼鏡。此外，雖然本發明是針對於隱形眼鏡描述，重要的是要注意本發明的概念可以用在眼鏡鏡片、眼內鏡片、角膜嵌體及高嵌體。

儘管所顯示與所說明者為據信最實際且最佳的實施例，但對熟悉此項技術者來說，仍可輕易思及偏離所說明且所顯示的特定設計與方法，且以不脫離本發明的精神與範疇之方式加以運用。本發明並非限制於所說明與繪示的特定構造，而是應建構為符合所有可落入隨附申請專利範圍之範疇內的所有修改。

700‧‧‧隱形眼鏡

702‧‧‧光學區

704‧‧‧周圍區

706‧‧‧內區

708‧‧‧外區

Claims (10)

1. 一種用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者的眼用鏡片，包含：配置具有一正的非對稱像差的一光學區，用於在眼睛上產生一生理效應，該正的非對稱像差包括非對稱的徑向焦度分布，其屈光焦度隨著從該光學區的中心至邊緣增加，及其中非對稱的徑向焦度分布沿著不同的徑向經絡係可變的，其中非對稱徑向焦度分布可以根據瞳孔尺寸調整來實現眼窩視力矯正與有效附加焦度間的平衡；以及圍繞該光學區的一周圍區。
2. 如申請專利範圍第1項之用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者的眼用鏡片，其中該眼用鏡片包含一隱形眼鏡。
3. 如申請專利範圍第1項之用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者的眼用鏡片，其中該眼用鏡片包含一眼鏡鏡片。
4. 如申請專利範圍第1項之用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者的眼用鏡片，其中周圍區包含一或多個穩定化的機制。
5. 如申請專利範圍第1項之用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者的眼用鏡片，其中可使非對稱徑向焦度分布對應於所需視覺場景的主導方向旋轉一角度。
6. 如申請專利範圍第1項之用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者的眼用鏡片，其中該光學區包含在從約2mm至約11mm範圍的一直徑。
7. 如申請專利範圍第1項之用於減緩、延遲或預防近視加深中的至少一者的眼用鏡片，其中隨著從該光學區的中心至邊緣增加之屈光焦度係在從約0.5 D至約25 D的範圍。
8. 一種藉由方向和角度改變眼睛的焦點來改變眼睛的生長而用於減緩或延遲近視加深中的至少一者的方法，該方法包含引入非對稱徑向焦度分布，其具有隨著從眼用鏡片該光學區的中心到邊緣增加的屈光焦度和沿不同的徑向經絡改變的非對稱徑向焦度分 布，其中非對稱徑向焦度分布可以根據瞳孔尺寸調整來實現眼窩視力矯正與有效附加焦度間的平衡。
9. 如申請專利範圍第8項之藉由方向和角度改變眼睛的焦點來改變眼睛的生長而用於減緩或延遲近視加深中的至少一者的方法，其中非對稱徑向焦度分布對應於所需視覺場景的主導方向可旋轉一角度。
10. 如申請專利範圍第8項之藉由方向和角度改變眼睛的焦點來改變眼睛的生長而用於減緩或延遲近視加深中的至少一者的方法，進一步包含在眼用鏡片周圍區附加一或多個穩定區。