CN112043459A - 人工晶状体与用于优化焦深和视野周边图像质量的方法 - Google Patents

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Abstract

人工晶状体与用于优化焦深和视野周边图像质量的方法。人工晶状体包括中心部分和周边部分，中心部分是光学部分，周边部分包括机械紧固件，并且中心部分包括：非球面前凹表面，一旦将晶状体植入眼睛中，非球面前凹表面是最接近眼睛的虹膜的表面；以及非球面后凸表面，一旦将晶状体植入眼睛中，非球面后凸表面是最接近眼睛的视网膜的表面；使得中心部分的后表面的曲率半径小于中心部分的前表面的曲率半径，半径之间的比率在2到6之间，并且机械紧固件相对于穿过中心部分和周边部分之间的接合处并且垂直于待植入晶状体的眼睛的光轴的平面以0°到10°之间的角度布置。

Description

人工晶状体与用于优化焦深和视野周边图像质量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于眼科学的人工晶状体，尤其用于白内障手术。另外，其涉及使用所述人工晶状体优化定制的非球面度(asphericity)焦深和视野周边图像质量的方法。
背景技术
晶状体是一种复杂的结构，其功能已成为几个世纪以来的研究课题。其所呈现的折射率的梯度范围从晶状体表面处的约1.390到其核心处的约1.409。这种梯度的实现得益于晶状体纤维细胞的细胞质中蛋白质浓度的不同。尽管存在高蛋白质，但由于蛋白质的紧密分布，健康的晶状体显示出高透明度。此外，晶状体具有非球面表面，这减少了眼睛中的球面像差(aberration)。另一方面，人眼的设计还允许在相对于视网膜形状的像差和像场弯曲(field curvature)方面优化周边图像的形成。
白内障是一种病理状态，其中，天然晶状体已失去其透明度，并且视网膜中图像的形成主要因光的散射而恶化。在大多数情况下，为了解决该问题，进行白内障手术，通过该手术将损伤的晶状体从眼睛移除，并且放置特定的植入物(人工晶状体(intraocularlens,IOL)以代替提取的晶状体。
人工晶状体用于眼科已超过半个世纪。从那时起，IOL植入已经成为最常见和最成功的手术，不仅在眼科领域，而且通常在医学领域。选择植入物以提供优化中央凹(视网膜的最高分辨率区域)的焦点所需的屈光度(refractive power)，从而替代患者的晶状体。假晶状体眼(其晶状体被IOL取代)的中心视野具有良好的图像质量，几乎完全受限于术后的球柱面晶状体误差，或者甚至在某些情况下，取决于所使用的植入物的类型，而受限于球面像差。
在大多数情况下，视野周边的光学质量不被认为是IOL设计中最重要的一点，因为对于视网膜中的主偏心率，感光细胞的数量减少并且神经元会聚增加。由于视网膜的这些生理限制，IOL制造商已经设计了仅关注中央凹中心区域的图像质量的眼部植入物，而不管视野的远端周边发生什么。虽然天然晶状体具有适合视网膜形状的特性，但IOL根本没有考虑这种现象。然而，存在周边视觉的质量可对视觉质量产生很大影响的特定应用，例如检测视觉图案的移动方向或甚至更简单的活动，例如检测小周边物体。传统IOL提供的像场弯曲与视网膜形状之间的不匹配可能产生非常低对比度和质量的图像，这些图像由于未检测到视野的各个区域中的障碍物而与事故相关。
在病因相当不明确的假晶状体病人的远端周围发生的另一种常见现象是存在暗影，并被称为阴性不良活检。
尽管尚未对假晶状体眼的周边行为进行深入研究，但有证据表明IOL不能再现天然晶状体带给人类视觉的周边图像质量(参见B.Jaeken、S.Mirabet、J.M.Marín、P.Artal在《眼科学研究和视觉科学》54,3594-3599(2013)的文章“晶状体眼和假晶状体眼周边光学图像质量的比较”(B.Jaeken,S.Mirabet,J.M.Marín,P.Artal,“Comparison of the OpticalImage Quality in the Periphery of Phakic and Pseudophakic Eyes”,InvestOphthalmol Vis Sci,54,3594-3599,(2013)))。人工晶状体专门设计用于促进手术技术(例如易于植入)，目的是恢复正视眼并优先考虑中心视觉。
在大多数情况下，目前的人工晶状体会引起诸如假晶状体眼视野周围像散和其它像差增加等问题。虽然原则上这些现象可能是患者直接察觉不到的(中心视觉存在模糊)，但有证据表明它们在患者的空间定位和安全性上起作用。
另一方面，目前有几种具有不同非球面度值的IOL，用于补偿角膜的非球面度并在不同距离处扩展焦深以及实现可接受的视觉。这些IOL的一个问题是它们提供了独特的非球面度值。然而，要考虑每个患者的角膜具有不同的球面像差值。另外，每个患者对植入IOL后的最终净球面像差量具有不同的敏感性。
另一方面，可以使用自适应光学视觉模拟技术对每位患者进行客观视觉测量(参见P.A.Piers、E.J.Fernández、S.Manzanera、S.Norrby、P.Artal在《眼科学研究和视觉科学》45，4601-4610(2004)的文章“具有改良的球面像差的人工晶状体的自适应光学模拟”(P.A.Piers,E.J.Fernández,S.Manzanera,S.Norrby,P.Artal,“Adaptive opticssimulation of intraocular lenses with modified spherical aberration”Invest.Ophthalmol.Vis.Sci.45,4601-4610(2004)))。
许多类型的IOL已经在专利和科学文献中得以实现。例如，US4504982A(Burk)描述了一种用于眼内植入的通用非球面晶状体，其具有双凸形状。然而，在其设计中没有提供周边视觉。
CA2587432C(Norrby)描述了一种用于选择人工晶状体的方法，其仅涉及随后用于计算所需IOL的度数和球面像差的光学和解剖学测量。本发明不考虑周边图像质量的可能设置，而且不包括患者的术前主观(心理物理学)评估。
AU2007247491B2(Gerlach)描述了一种用于设计具有给定非球面度的人工晶状体以补偿角膜像差的方法，考虑到瞳孔的可能的偏心率。相同的原理由相同的发明人描述在后来的文献中(US8235525B2(Lesage))。上述发明不包括周边图像质量的提供。
文献WO2005098518A1(Piers)描述了一种具有至少一个衍射元件的混合晶状体，该衍射元件用于控制眼睛的总纵向色像差。
CA2431470C(Piers)提出了一种在不提及角膜定制的情况下补偿角膜球面像差的IOL设计。
US10010407B2(Rosen)描述了一种用于在不参考周边图像质量和失真的情况下改善波前特定像差(例如，最多40度角度的周边视野的彗差或像散)的IOL设计。
目前人工晶状体市场中需要这样一种植入物，其提供像场弯曲的优化以使其适合视网膜的形状，从而优化远端周边视野的图像质量。另外，期望晶状体具有一系列定制的球形净像差值，以增加为每个患者定制的景深。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决上述不便之处的人工晶状体。
本发明提供一种人工晶状体，所述人工晶状体包括中心部分和周边部分，中心部分是光学部分，周边部分包括机械紧固件(触觉件)，其中，中心部分包括：
-非球面前凹表面，一旦将晶状体植入眼睛中，非球面前凹表面是最接近眼睛的虹膜的表面，和
-非球面后凸表面，一旦将晶状体植入眼睛中，非球面后凸表面是最接近眼睛的视网膜的表面，
使得：
-中心部分的后表面的曲率半径小于中心部分的前表面的曲率半径，半径之间的比率在2到6之间，并且
-机械紧固件相对于穿过中心部分和周边部分之间接合处并且垂直于待植入晶状体的眼睛的光轴的平面以0°到10°之间的角度布置。
当植入眼睛的后房时，这种人工晶状体模拟晶状体的自然成像形成特性，特别是在视野远端周边，从而优化植入眼的像场弯曲以使其适应视网膜形状。
这种人工晶状体在锐度、周边折射和几何变形方面改善图像形成。
本发明还提供使用该人工晶状体优化焦深和视野周边图像质量的方法。
本发明的其它特征和优点将根据以下结合附图的本发明目的的说明性实施例的详细描述中得出。
附图说明
下面将参考附图，以非限制性的方式说明本发明的目的，其中：
图1示出了人眼的一部分并且物体聚焦在视野中心和视野周边。
图2示出了人眼的一部分，其中，现有技术的人工晶状体植入眼睛的后房中，并且物体聚焦在视野中心和视野周边上。
图3示出了人眼的一部分，其中，本发明的人工晶状体植入眼睛的后房中，并且物体聚焦在视野中心和视野周边上。
图4a和图4b示出了本发明的人工晶状体的两个实施例。
图5示意性地示出了本发明的自适应光学器件的视觉模拟器及其在一种用于优化焦深和视野周边图像质量的方法中的应用。
具体实施方式
图1示出了人眼的一部分。进入瞳孔的光500由角膜100和晶状体300聚焦在视网膜200上。视野中心的物体聚焦在视网膜的中心部分201上，而视野周边的物体聚焦在视网膜的周边点202上。
图2示出了具有植入眼睛后房的现有技术人工晶状体400的眼睛。进入瞳孔的光500由角膜100聚焦在视网膜200上。人工晶状体400具有前表面401、后表面402和机械紧固件或触觉件403。视野中心的物体聚焦在视网膜的中心部分201上，而视野周边的物体聚焦在视网膜的周边点203上。该周边点203通常与白内障手术前的周边焦点202不同。另外，从视野周边进入眼睛的光线像差强烈，并且周边点203处的图像失焦。
图3示出了植入眼睛后房的本发明人工晶状体600。描绘了具有植入后房的改进的人工晶状体600的眼睛。进入瞳孔的光500由角膜100聚焦在视网膜200上。人工晶状体600具有前表面601、后表面602、光学区域610和机械紧固件(触觉件)603。视野中心的物体聚焦在视网膜的中心部分201上，而视野周边的物体聚焦在视网膜的周边点204上。该周边点204在白内障手术之前靠近周边焦点202。另外，从视野周边进入眼睛的光线像差较少，并且周边点204处的图像更聚焦。
图4a和图4b示出了本发明的人工晶状体的两个实施例。图4a示出了具有前凹区域601、后凸区域602、光学区域610(直径约6mm)以及机械紧固件(触觉件)603的人工晶状体600。图4b示出了与穿过中心部分和周边部分之间接合处的平面具有一定角度605的机械紧固件(触觉件)604。该平面应垂直于待植入晶状体的眼睛的光轴。
图5示出了自适应光学视觉模拟器800，其模拟患者700的人工晶状体600的不同轮廓。患者700通过在不同距离(即远、中、近)的视觉测试来评估模拟结果900并根据他/她的视觉所需选择最佳结果901。这用于确定待植入的IOL上的净非球面度值。
本发明涉及一种新的后房人工晶状体600的设计，其模拟天然晶状体的成像特性，具体涉及引入的像场弯曲以及对视网膜远端周边视觉质量的改善。此外，它可以为中心视觉和周边视觉提供扩展的焦深，因此减少术后对眼镜的依赖性，并允许周边视网膜形状的变化。IOL 600由适于眼内植入的现有材料之一制造，例如疏水性丙烯酸树脂(hydrophobicacrylic)、亲水性丙烯酸树脂(hydrophilic acrylic)、硅树脂(silicone)，并且可以通过机械加工或通过模制来生产。
人工晶状体600具有：中心部分，所述中心部分的直径在5和7mm之间(优选约6mm)，具有所需的光学性质；和周边部分，所述周边部分延伸到直径在约10和14mm之间(触觉件或机械紧固件603)，一旦移除了白内障晶状体，所述触觉件或机械紧固件603就帮助使人工晶状体600在晶状体囊内居中并稳定。触觉件603选自科学文献中建立的一系列设计。在外科手术过程中，所述晶状体600弯曲并通过角膜缘或周边角膜中的小切口注射到制备好的晶状体囊内。
在人工晶状体600的一个实施例中，所述人工晶状体600是通过模制折射率约为1.53的丙烯酸疏水材料而制造的。人工晶状体600的前表面601是凹的非球面，后表面602是凸的非球面。所述晶状体600的光学部分610是圆形的并且直径为大约6mm。前表面601在浸没在眼睛的房水(或类似的水溶液，例如盐水溶液)中时具有负屈光度，而后表面602具有正屈光度。当人工晶状体600浸没在眼睛的房水(或类似的水溶液，例如盐水)中时，这两个表面的组合产生大约20D数量级的屈光度。可以改变前表面601的曲率半径以产生相同类型但具有不同焦度(diopter power)的人工晶状体600，如白内障手术所需。后表面602具有适当的锥形常数(conical constant)，使得所述晶状体600的球面像差补偿人眼的平均角膜的球面像差。在本实施例中，眼睛的总球面像差实际上为零，从而实现中心和周边视觉的最佳图像质量。触觉件603相对于穿过中心部分和周边部分之间接合处并垂直于待植入约2度晶状体600的眼睛的光轴的平面而形成角度605(参见图4b)。
在本发明的另一个实施例中，人工晶状体600是通过机械加工或模制折射率为约1.46至约1.55之间的疏水性丙烯酸树脂材料而制造的。人工晶状体600的前表面601是凹的非球面，后表面602是凸的非球面。晶状体600的光学部分610是圆形的并且直径为大约5到7mm。前表面601在浸没在眼睛的房水(或类似的水溶液，例如盐水溶液)中时具有负屈光度，而后表面602具有正屈光度。当人工晶状体600浸没在眼睛的房水(或类似的水溶液，例如盐水)时，这两个表面的组合产生大约20D数量级的屈光度。可以改变前表面601的曲率半径以产生相同类型但具有不同焦度的人工晶状体600，如白内障手术所需。后表面602具有适当的锥形常数，使得人工晶状体600的总屈光度保持恒定，但是晶状体600的负球面像差引起的具体值等于或大于(绝对值)人眼的平均角膜的具体值。在本实施例中，眼睛的总球面像差可以在接近零值的值和大约是人眼的平均角膜的5倍(大小)的负值之间调整。以这种方式，可以实现图像质量和焦深之间的更大折衷。光学部分610的直径为大约6mm，并且触觉件603相对于穿过中心部分和周边部分之间接合处并且垂直于待植入晶状体600的眼睛的光轴的平面形成角度605，所述角度在0到大约10°之间变化。
在另一个实施例中，人工晶状体600是通过机械加工或模制疏水性丙烯酸树脂、亲水性丙烯酸树脂或硅树脂基团(silicone group)中的任一材料而制造的，所述材料的折射率通常在约1.46到约1.55之间。人工晶状体600的前表面601是凹的非球面，后表面602是凸的非球面。晶状体600的光学部分610是圆形的并且直径范围在大约5到7mm之间。前表面601在浸没在眼睛的房水(或类似的水溶液，例如盐水溶液)中时具有负屈光度，而后表面602具有正屈光度。当人工晶状体600浸没在眼睛的房水(或类似的水溶液，例如盐水)中时，这两个表面的组合产生大约20D数量级的屈光度。可以改变前表面601的曲率半径以产生相同类型但具有不同焦度的人工晶状体600，如白内障手术所需。可以改变前表面601和后表面602之间的焦度的平衡，以补偿眼睛中的全部或部分周边散光。两个表面，即前表面601和后表面602，可以具有以这样的方式限定的锥形常数：人工晶状体600的屈光度保持几乎恒定但是晶状体600的负球面像差所具有的特定值等于或大于(绝对值)平均人类角膜的特定值。在本实施例中，眼睛的总球面像差可以从几乎零调整到大于正常眼睛的球面像差值(绝对值)大约5倍的值。以这种方式，实现了图像质量和焦深之间的最佳折衷。光学区域601的直径为大约6mm，并且触觉件603相对于穿过中心部分和周边部分之间接合处并且垂直于待植入晶状体600的眼睛的光轴的平面形成角度605，所述角度在大约0度到大约10度之间变化。触觉件603的角度605控制人工晶状体600植入晶状体囊中的轴向深度。可以改变这种调整以及前表面601和后表面602之间的屈光度平衡，以控制眼睛的像场弯曲的形状，并使其与视网膜的形状相匹配。这种调整有助于纠正眼睛的周边屈光不正，这对于控制先天性白内障手术后的近视发展可能特别重要。在类似的实施例中，晶状体600的光学部分610可以是椭圆形的。椭圆形的最长轴将被水平植入，以减少远处临时视场中由晶状体600的边缘产生的光扩散和眩光相关的现象。
在另一个实施例中，晶状体600用上述材料之一制造，晶状体600的前表面601是凹的非球面而后表面602是凸的非球面。晶状体600的光学部分610是圆形的并且直径为大约5到7mm之间。测量患者700的中心和周边折射以及他的角膜的形貌以及中心和周边生物测量。角膜形貌信息、在植入期间为人工晶状体600提供的轴向放置以及中心和周边生物测量用于从一系列触觉件603的角度605以及前表面601和后表面602曲率半径之间的平衡中进行选择，以引入所需的中心和周边术后屈光。
在另一个实施例中，晶状体600用上述材料之一制造，晶状体600的前表面601是凹的非球面而后表面602是凸的非球面。晶状体600的光学部分610是圆形的并且直径在大约5mm到大约7mm之间。患者700的视力由于自适应光学模拟器800而可以得到评估，其中，确定特定量的球面像差(通常为负)以单独地优化每个患者。所述优化旨在最大化焦深而不显著牺牲远处视觉质量。当确定该值时，患者的角膜形貌和生物测量用于从一系列可用的在表面601或602中的至少一个上具有不同锥形常数的人工晶状体600中进行选择，以提供足够的术后屈光度和景深。
一种用于优化焦深和视野周边图像质量的方法，所述方法使用上述的人工晶状体600，并包括以下步骤(图5)：
-提供一系列不同净非球面度值的人工晶状体600，
-将患者700放置在自适应光学器件的视觉模拟器800前方，所述视觉模拟器模拟具有不同净非球面度值的不同人工晶状体轮廓，
-通过不同距离的视觉测试实现不同人工晶状体轮廓的不同模拟900，
-选择视觉测试的最佳结果901，并确定人工晶状体的净非球面度值，以及
-选择呈现所确定的净非球面度值的人工晶状体600以便其植入患者700的眼睛700。
另一种用于优化焦深和视野周边图像质量的方法，所述方法使用上述的的人工晶状体600，并包括以下步骤：
-在周边处测量眼睛形状和/或折射，以及
-取决于所进行的测量，定制所述人工晶状体600的形状及其净非球面度以便其植入患者700的眼睛。
尽管已经描述和表示了本发明的一些实施例，但是显然可以在本发明范围内对实施例进行修改，这些修改不应该被认为仅限于那些实施例，而是仅限于所附权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种人工晶状体(600)，包括中心部分和周边部分，所述中心部分是光学部分(600)，所述周边部分包括机械紧固件(603)，
其特征在于，所述中心部分包括：
-非球面前凹表面(601)，一旦将所述晶状体(600)植入眼睛中，所述非球面前凹表面(601)是最接近所述眼睛的虹膜的表面，以及
-非球面后凸表面(602)，一旦将所述晶状体(600)植入所述眼睛中，所述非球面后凸表面(602)是最接近所述眼睛的视网膜的表面，
使得：
-所述中心部分的所述后表面(602)的曲率半径小于所述中心部分的所述前表面(601)的曲率半径，半径之间的比率在2到6之间，并且
-所述机械紧固件(603)相对于穿过所述中心部分和所述周边部分之间的接合处并且垂直于待植入所述晶状体(600)的所述眼睛的光轴的平面以0°到10°之间的角度(605)布置。
2.根据权利要求1所述的人工晶状体(600)，其中，所述机械紧固件(603)相对于穿过所述中心部分和所述周边部分之间的所述接合处并且垂直于待植入所述晶状体(600)的所述眼睛的光轴的平面以2°的角度(605)布置。
3.根据权利要求1或2所述的人工晶状体(600)，其中，所述中心部分具有圆形外观。
4.根据权利要求3所述的人工晶状体(600)，其中，所述中心部分的直径在5到7mm之间。
5.根据权利要求1或2所述的人工晶状体(600)，其中，所述中心部分具有椭圆形外观。
6.根据权利要求5所述的人工晶状体(600)，其中，一旦将所述晶状体(600)植入所述眼睛中，所述椭圆形的长轴水平布置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的人工晶状体(600)，其由选自疏水性丙烯酸树脂、亲水性丙烯酸树脂或硅树脂组成的群组的材料制成。
8.一种用于优化焦深和视野周边图像质量的方法，所述方法使用权利要求1至7之一的人工晶状体(600)，包括以下步骤：
-提供一系列不同净非球面度值的人工晶状体(600)，
-将患者(700)放置在自适应光学器件的视觉模拟器(800)前方，所述视觉模拟器(800)模拟具有不同净非球面度值的不同人工晶状体轮廓，
-通过不同距离的视觉测试实现不同人工晶状体轮廓的不同模拟(900)，
-选择所述视觉测试的最佳结果(901)，并确定所述人工晶状体的净非球面度值，以及
-选择呈现所确定的净非球面度值的人工晶状体(600)以便其植入所述患者(700)的眼睛。
9.一种用于优化焦深和视野周边图像质量的方法，所述方法使用权利要求1至7之一的人工晶状体(600)，包括以下步骤：
-在所述周边处测量眼睛形状和/或折射，以及
-取决于所进行的测量，定制所述人工晶状体(600)的形状及其净非球面度以便其植入患者(700)的眼睛。
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