專利名稱：眼內(nèi)透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種眼內(nèi)透鏡，其適于裝配到人眼中。
背景技術(shù)：
眼內(nèi)透鏡在眼科中廣為人知；例如，在原先清澈的眼晶體乳濁化的情 況下(白內(nèi)障)植入眼內(nèi)透鏡。
與年齡有關(guān)的遠(yuǎn)視(老花眼)是眼科中的特殊問題，參考例如在DER AUGENSPIEGEL， 7-8/2002: 28-34中的文章"Intraokulariinsen"。與年齡有 關(guān)的自然眼晶體的彈性降低妨礙了它的折射能力的適應(yīng)性，因此妨礙了眼 睛對位于眼前近處范圍的物體的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，以及它的或視網(wǎng)膜的清晰成 像。盡管適應(yīng)性調(diào)節(jié)能力的降低能夠通過放大鏡(老花眼鏡)來矯正，但 這必然伴有己知的費(fèi)用和不便。
現(xiàn)有技術(shù)展現(xiàn)了解決老花眼問題的各種努力。
例如，已經(jīng)嘗試著通過眼睛的睫狀肌的作用使人造眼內(nèi)透鏡(IOL) 移位(參見以上列出的"Der Augenspiegel"中的文章)。不過，這只獲得 了IOL在軸向(通常是指z軸)上的不充分的位移并由此僅獲得了不充分 的焦點(diǎn)位移。
還已經(jīng)嘗試著通過睫狀肌使裝配的IOL機(jī)械變形，盡管還沒有能夠令 人信服地被證明是成功的。
另一種方法嘗試通過用非侵害性的FS激光在晶狀眼晶體中形成放射 狀切口來恢復(fù)自然眼晶體的彈性，參見"Neues aus Wissenschaft und Forschung"中的O.Kermani， J.Refract Surgery:2004;20:651-658。不過由此 改變的彈性很少，而且有引發(fā)白內(nèi)障的風(fēng)險(xiǎn)。
此外多焦點(diǎn)IOL已經(jīng)被植入，雖然具有公知的困難，尤其是擾動(dòng)重影 和由于具有不同成像特性的至少兩個(gè)焦距在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生了同時(shí)并存的 重影而缺乏清晰度，參見Der Augenspiegel中的"Neue Multifokallinsen,
individuelle L6sungen und postoperative Funktionalit汪t" ，09/2004:42-47。
另一種嘗試減輕老花眼的方法是通過角膜的折射激光手術(shù)來產(chǎn)生單 視力。這樣， 一只眼睛矯正到近點(diǎn)而剩下另一只眼睛調(diào)整到遠(yuǎn)點(diǎn)，或者這 樣來矯正以使得后者成為通常所謂主眼。不過，兩只眼睛給出不同的信息， 這些信息必須由大腦處理并被病人接收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用另外的方法來恢復(fù)人眼的適應(yīng)性調(diào)節(jié)能力。 為此，本發(fā)明提供一種眼內(nèi)透鏡，其折射能力能夠通過施加電壓來改 變。因此本發(fā)明涉及一種人造眼內(nèi)透鏡，其適于裝配到人的眼睛中并這樣 來構(gòu)造，以使得它的折射能力能夠被電壓或電場改變，從而恢復(fù)眼睛的適 應(yīng)性調(diào)節(jié)能力。
在其它應(yīng)用領(lǐng)域中，所謂液體透鏡己經(jīng)被知道一段時(shí)間。在這些透鏡 中，電壓的施加使得液體透鏡的形狀改變，由此使得它的焦距改變。主要 的物理效果也稱為"電潤濕"。在這里術(shù)語"液體透鏡"也涵蓋了其它可 變形的，尤其是液體狀的材料。通過適當(dāng)構(gòu)造的電極、選擇的粘性及透鏡 材料的密度，并通過適當(dāng)設(shè)定透鏡的尺寸以及確保透鏡的位置穩(wěn)定的預(yù)防 措施，能夠獲得非常高的動(dòng)態(tài)范圍，即，非常快速的透鏡形狀變化；例如， 目前已經(jīng)可以使焦距變化頻率在大約2kHz的范圍內(nèi)。可由電壓致動(dòng)的液 體透鏡能夠以直徑在從3至6mm的范圍內(nèi)制造。關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)，參考關(guān) 于這方面的以下出版物
Kuiper， S.， Hendriks BHW.:用于微型相機(jī)的可變焦距液體透鏡 (Variable-focus Liquid Lens for Miniature Cameras),應(yīng)用光學(xué)(Appl Phys Lett) 2004; 85:1128-1130;
Hecht E,，光學(xué)-第二版(Optics-Second Edition) Addison-Wesley Publishing Company,第五章幾何光學(xué)近軸理論(Geometrical Optics-Paraxial Theory) :p-138;
Kmpenkin, T" Yang S,， Mach P.:可調(diào)液體微透鏡(Tunable Liquid Microlens)應(yīng)用光學(xué)(Appl Phys Lett) 2003; 82:316-318和
Berge B.， Peseux J.:由外部電壓控制的可變焦距透鏡電潤濕的應(yīng)用
(Variable focal lens controlled by an external voltage), Eur Phys J 2000; E3: 159-163。
根據(jù)本發(fā)明的眼內(nèi)液體透鏡這樣來確定尺寸和結(jié)構(gòu)，以使得它能夠裝 配到眼睛的囊中。眼內(nèi)液體透鏡也可以這樣來確定尺寸和結(jié)構(gòu)，以使得它 能夠裝配到溝(sulcus)中。
可這樣使用的IOL還包括這樣的裝置，使得透鏡的機(jī)械表面張力能夠 通過施加電壓而改變，以便改變它的焦距。
根據(jù)優(yōu)選結(jié)構(gòu)，透鏡這樣來確定尺寸，且用于施加電壓的裝置這樣來 構(gòu)造，以使得電壓引起透鏡的球?qū)ΨQ變形。由此使得透鏡徑向?qū)ΨQ。透鏡 也可以這樣來確定尺寸和結(jié)構(gòu)，以使得電壓補(bǔ)償像散(astigmatism)以及像 差(aberrations)，尤其是球面像差，即，高階(order)眼睛缺陷。
所謂"電潤濕"改變液體或類似液體或其它合適的材料的表面張力， 透鏡構(gòu)造成和/或受到外力以使得它的形狀由于改變的表面張力而相對于 沒有電壓或有其它電壓的狀態(tài)發(fā)生變化。
按照根據(jù)本發(fā)明的IOL的特殊結(jié)構(gòu)，它可全部或部分地由薄膜覆蓋， 且可選地包括附加的固定構(gòu)件，比如后者在傳統(tǒng)眼內(nèi)透鏡中是公知的。固 定構(gòu)件可設(shè)置在透鏡上，以便后者能夠以想要的方式定位在眼睛里。
根據(jù)本發(fā)明的IOL在沒有電壓狀態(tài)下在囊中的形狀可通過引入輔助 的疏水表面和伴隨的表面張力改變而以想要的方式受到影響。
根據(jù)本發(fā)明的特定結(jié)構(gòu)，眼內(nèi)透鏡設(shè)有用于施加所述電壓的電極。在 這種情況下電極至少部分地透明。此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，電極以 合適的距離布置在IOL的大致整個(gè)周圍。
根據(jù)本發(fā)明的用于控制IOL所要求的電壓可通過各種各樣的方式獲 得和使用。例如，可以使用高度小型化的電子元件。當(dāng)前這種元件已經(jīng)植 入人眼，參見H.G. Sachs禾卩V.P. Gabel在Graefe， s Arch. Ciln. Exp, Ophthalmol. (2004) 242:717-723;由P. Walter寫的文章"Die Implantation von Sehprothesen bei progressiven Netzhautdystrophien "， 在 DER AUGENSPIEGEL, 11/2004, p. 32; T. Laube, C. Brockmann， R. Bu卩，C. Lau， K. Hock, N. Stawski， T. Stieglitz, H,A. Richter和H. Schilling在Gmefe，s Arch. Ciln. Exp. Ophthalmol. (2004) 242:661-667;和T. Stieglitz, R. Keller, H.
Beutel und J.U. Meyer，"用于使用柔性聚酰亞胺薄片的眼內(nèi)視力修復(fù)的微 系統(tǒng)集成技術(shù)(Microsystem Integration Techniques for Intraocular Vision Prostheses Using Flexible Polyimide Foils)"。
另一方面，還可以從生理上提供電壓例如，適應(yīng)性調(diào)節(jié)所需的電壓 可直接從眼鏡的運(yùn)動(dòng)獲得，尤其是通過摩擦產(chǎn)生電壓即通過摩擦效應(yīng)產(chǎn)生 電壓。由于植入的微型芯片的幫助，該電壓可放大到所需的程度并施加到 適當(dāng)構(gòu)造的透鏡電極，以便調(diào)整表面曲率。例如，天然的適應(yīng)性調(diào)節(jié)過程 必須要有睫狀肌的致動(dòng)。在年輕的功能完整的眼睛中，睫狀肌引起透鏡變 形，用于適應(yīng)性調(diào)節(jié)。本發(fā)明的特殊結(jié)構(gòu)提供了一種裝置，通過該裝置電 壓從睫狀肌的動(dòng)作獲得，且如果必要的話已經(jīng)充分放大，施加到透鏡的所 述電極上以便獲得理想的、作為睫狀肌天然運(yùn)動(dòng)的功能的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。
通過本發(fā)明的特殊布置，能夠克服高階的成像缺陷以及像散成像缺
陷，參見EPl 091 758 Bl和US 6369954 Bl。
以下結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中-


圖1表示穿過眼睛的示意性剖面圖，根據(jù)本發(fā)明的眼內(nèi)透鏡結(jié)合到該
眼睛中，該透鏡沒有進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)；
圖2表示對應(yīng)于圖1的圖示，該透鏡進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)；
圖3表示具有用于電壓控制的微型芯片的IOL的另一種構(gòu)造，同樣也
是在眼睛內(nèi)的結(jié)合狀態(tài)，以描述動(dòng)作模式。
具體實(shí)施例方式
原則上，透鏡的折射能力或焦距的變化能夠由簡單的透鏡方程式表 示，決定其焦距的透鏡曲率半徑(參見，例如由上述引用的E.Hecht寫的 教科書)-.<formula>formula see original document page 6</formula>
Rr透鏡表面的曲率半徑 n-折射率
如果根據(jù)本發(fā)明的事先適當(dāng)?shù)刂苽涞难蹆?nèi)透鏡(IOL)裝配到眼囊中，
那么基本上使得透鏡的中心位置在眼睛的光束路徑上。也有可能用合適的 薄膜封住液體透鏡并使其具有附加的固定構(gòu)件，以便確保其中心位置在眼
睛的光軸上。該技術(shù)本身從傳統(tǒng)IOL已知。
液體透鏡的折射能力D的變化由以下方程式描述
<formula>formula see original document page 7</formula>
K=材料常數(shù)d-透鏡直徑 U-電壓
液體透鏡的折射能力變化因此大體上取決于所施加電壓的平方并反 比于透鏡直徑。對于像這種情況下的小的透鏡直徑，以及合適的介電絕緣 層，只需要相對小的電壓以獲得顯著的折射能力變化(參見由上述T. Kmpenkin等寫的文章)。
在人眼中，根據(jù)年齡，眼睛透鏡獲得了范圍從大約10dpt至大約14dpt 的適應(yīng)性調(diào)節(jié)范圍。
如果釆用現(xiàn)在可得到的液體透鏡材料的電光常數(shù)(參見S. Kuiper等和 T. Kmpenkin等的作品)那么這種折射能力的變化能夠利用已知的材料在 U-20-30V的電壓范圍中獲得。
圖1表示眼內(nèi)透鏡10,其裝配到人眼的囊12中。還表示出了眼睛的 虹膜14、角膜16和前室18。
由上述類型的液體材料制成的眼內(nèi)透鏡10由絕緣液體20封住。
根據(jù)附圖，電極22a、 22b、 22c、 22d、 22e、 22f布置在囊12周圍(附 圖1和2)或者在囊內(nèi)部上(附圖3)。電極也可以布置在囊的赤道平面上。 另一方面，可以使用具有內(nèi)置電極的完全密封的眼內(nèi)透鏡。
天然的睫狀肌24垂直于"眼睛"系統(tǒng)的光軸與囊接合。
圖1示意性地表示眼內(nèi)透鏡20的未進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)的狀態(tài)，即其中 沒有電壓施加到電極上因而D-D。代入上面的方程式(2)的狀態(tài)。垂直于 光軸作用的拉伸力或壓縮力F同樣也等于零F-O。
圖2表示其中電壓U施加到電極22的狀態(tài)。D-Do+KU"適用。眼內(nèi) 透鏡電致伸縮地收縮(適應(yīng)性調(diào)節(jié))且非零的力垂直于光軸作用，即，它 以想要的方式引起形狀改變從而透鏡10的界面曲率半徑極大地改變，折 射能力因此增大。 圖3表示變化的實(shí)施例，其中系統(tǒng)包括微型芯片26，該微型芯片同樣 以安裝狀態(tài)表示在圖3中。彼此功能相同或功能相似的元件以相同的附圖 標(biāo)記表示在附圖中。
摩擦產(chǎn)生電壓應(yīng)用在根據(jù)圖3的實(shí)施例中。如上所述，力與天然適應(yīng) 性調(diào)節(jié)過程相關(guān)聯(lián)，例如通過天然的睫狀肌施加在天然的眼晶體上的力。 在根據(jù)圖3的示例實(shí)施例中，電壓從該力的作用而獲得并在施加到電極 22a、 ...、 22f之前被充分放大，以便引起界面的相應(yīng)變形并因此導(dǎo)致其 進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)。
摩擦產(chǎn)生電壓可被以類似于壓電效應(yīng)的方式說明，在那種情況下電荷 通過力產(chǎn)生，而在這種情況下通過引起運(yùn)動(dòng)的力和電荷分離而產(chǎn)生，參見 Benz W., Heinks P., Starke L.: Tabellenbuch Elektronik fiir Industrie-Elektroniker und Kommunikationselektroniker. Kohl + Noltmeyer Verlag: p.87.
以下適用
(3)
e12-彈性模量Ae/e-相對長度變化F12-力的分量A-面積
(4)
S。-壓電模量C-電容
該摩擦產(chǎn)生電壓通過植入的微型芯片26放大，且該芯片經(jīng)由線路(未
示出)連接到各個(gè)電極22a..... 22f并控制它們以獲得想要的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種眼內(nèi)透鏡(10)，其形狀通過施加電壓并由此改變機(jī)械表面張力而改變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的眼內(nèi)透鏡，其構(gòu)造為使得它能夠裝配到眼睛的囊中。
3. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的眼內(nèi)透鏡，其特征在于，電壓引起透鏡 的球?qū)ΨQ變形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1和2中任何一項(xiàng)的眼內(nèi)透鏡，其特征在于，電壓造成 透鏡的變形以便補(bǔ)償像散或補(bǔ)償高階像差。
5. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的眼內(nèi)透鏡，其特征在于，透鏡由薄膜覆生 rm— o
6. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的眼內(nèi)透鏡，具有用于定位在眼睛內(nèi)的固 定構(gòu)件。
7. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的眼內(nèi)透鏡，其特征在于，透鏡設(shè)置有用 于施加電壓的電極(22a， 22b， 22c, 22d， 22e， 22f)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的眼內(nèi)透鏡，其特征在于，電極至少部分地透明。
9. 根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求的眼內(nèi)透鏡，其特征在于，由微型芯片(26) 處理和放大摩擦電壓。
全文摘要
一種眼內(nèi)透鏡(10)這樣構(gòu)造，使得它能夠結(jié)合到眼睛的囊中且它的折射能力能夠通過施加電壓來改變。
文檔編號A61F2/16GK101184452SQ200680018643
公開日2008年5月21日 申請日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者克勞斯·沃格勒, 克里斯托弗·多尼斯基 申請人:波光激光技術(shù)股份公司