專利名稱：具有組合的衍射部分、復(fù)曲面部分和非球面部分的晶狀體表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及眼科晶狀體，并且更具體地涉及對多種像差提供補(bǔ)償?shù)难苌湫脱劭凭铙w。
背景技術(shù)：
在白內(nèi)障手術(shù)過程中，通常將人工晶狀體(IOL)植入患者眼內(nèi)來代替天然晶狀 體。在一些情況下，IOL可以包括衍射結(jié)構(gòu)，從而不僅具有遠(yuǎn)焦點(diǎn)屈光力，而且具有近焦點(diǎn) 屈光力，由此提供一定程度的擬調(diào)節(jié)性(pseudoaccommodation)。各種像差(諸如球面像差 和像散像差)可能對這種晶狀體的光學(xué)性能產(chǎn)生不利的影響。例如，球面像差尤其是對于 大尺寸的瞳孔來說可以使視覺對比度下降。已知對多種像差提供補(bǔ)償?shù)难苌湫虸0L。然而，制造這種IOL可能是耗時(shí)的和昂貴 的。因此，需要一種改進(jìn)的眼科晶狀體，尤其是一種能夠更容易地制造的改進(jìn)的衍射 型 I0L。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要涉及對非球面像差和像散像差提供補(bǔ)償?shù)难苌湫脱劭凭铙w，諸如人 工晶狀體(IOL)。在一些實(shí)施例中，所述晶狀體的單個(gè)表面成形為不僅包括多個(gè)衍射結(jié)構(gòu)， 而且包括呈現(xiàn)非球面和復(fù)曲面的組合的基本輪廓。在一個(gè)方面，公開了一種人工晶狀體(IOL)，這種人工晶狀體包括具有前表面和后 表面的光學(xué)部以及設(shè)置在所述前表面和后表面之一(例如前表面)上的多個(gè)衍射區(qū)域。具 有所述多個(gè)衍射區(qū)域的所述表面所呈現(xiàn)的基本輪廓的特征在于非球面和復(fù)曲面的組合。在一個(gè)相關(guān)方面，所述光學(xué)部提供了范圍例如在約16到約32屈光度(D)的遠(yuǎn)焦 點(diǎn)屈光力以及特征例如在于范圍在約ID到約6D的附加屈光力的近焦點(diǎn)屈光力。在另一方面，具有所述多個(gè)衍射區(qū)域的所述表面的輪廓可以根據(jù)如下關(guān)系式限 定sag (Ravrg, r, θ) = diffractive (Ravrg, r)+tori c (Ravrg, r, θ )+asph (Ravrg, r)其中，sag表示所述表面沿光軸(例如ζ軸)在距離該表面的中心(光軸與該表 面的交點(diǎn))為半徑距離r并且在子午角θ位置處的弧高，其中Rawg表示平均子午線(即 45° )的基本曲率半徑，而 diffractive(Ravrg，r)、toric(Ravrg，r，θ)和 asph (Ravrg，r)分別 表示表面輪廓的衍射部分、復(fù)曲面部分和非球面部分。在一個(gè)相關(guān)方面，表面輪廓的衍射部分，即diffractive (Rawg，r)可以根據(jù)如下關(guān) 系式限定 其中Rawg和r如上限定，而Rrad和Zrad分別表示延伸通過半徑距離r的衍射區(qū)域 的曲率半徑和該衍射區(qū)域的曲率中心的軸向位置(即沿ζ軸)。作為實(shí)例，Zrad和Rawg可以 根據(jù)如下關(guān)系式限定 Rmd =權(quán)-Zrad)2+xf ，其中、和Zin分別表示衍射區(qū)域的內(nèi)邊界(較靠近光軸)的χ和ζ坐標(biāo)值，而x。ut 和Z。ut分別表示衍射區(qū)域的外邊界的X和Z坐標(biāo)值。在另一方面，表面輪廓的復(fù)曲面非球面部分可以根據(jù)如下關(guān)系式限定 其中Rawg、r和θ如上限定，Cj^PCy表示沿兩條主要子午線的復(fù)曲面曲率，并且1^ 和ky表示沿兩條主要子午線的復(fù)曲面圓錐常數(shù)。在另一方面，表面輪廓的非球面部分可以根據(jù)如下關(guān)系式限定 其中c 其中Rawg和r如上限定，而k表示球面圓錐常數(shù)。在一個(gè)相關(guān)方面，在上述IOL中，Rawg的量值在約12mm到約120mm的范圍內(nèi)(對 于Rawg而言，符號可正可負(fù))。在一些實(shí)施例中，cx的量值可以在約0. 008mm 1到約0. 08mm 1 的范圍內(nèi)(對于cx而言，符號可正可負(fù))，cy的量值可以在約0. 008mm 1到約0. 08mm 1的范 圍內(nèi)(對于cy而言，符號可正可負(fù))，1^可以在約_3000(負(fù)3000)到約_12(負(fù)12)的范圍 內(nèi)，而1^可以在約-3000 (負(fù)3000)到約_12(負(fù)12)的范圍內(nèi)。此外，在一些實(shí)施例中，非 球面圓錐常數(shù)(k)可以在約-3000 (負(fù)3000)到約_12(負(fù)12)的范圍內(nèi)。在另一方面，衍射區(qū)域由多個(gè)衍射結(jié)構(gòu)(例如小階梯光柵)形成，所述多個(gè)衍射結(jié) 構(gòu)通過多個(gè)階梯高度彼此隔開。在許多實(shí)施例中，對于不同的子午線，每個(gè)階梯高度是常 數(shù)。在另一方面，在上述IOL中，沿特征在于角度θ的衍射區(qū)域的曲率半徑(R')和與 該衍射區(qū)域相關(guān)的基本輪廓的曲率半徑(對)根據(jù)如下關(guān)系式關(guān)聯(lián) 其中ηι表示形成光學(xué)部的材料的折射率，n2表示圍繞該光學(xué)部的介質(zhì)的折射率， 而Constant表示常數(shù)值。作為實(shí)例，所述Constant可以在約0 (零)屈光度到約4屈光度 (例如+2D)的范圍內(nèi)。在又一方面，光學(xué)部可以由生物相容材料形成。一些合適的材料包括但不限于軟 丙烯酸聚合物、水凝膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚苯乙烯、纖維素、乙酸丁酸類酯或其它生物相容材料。作為實(shí)例，在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)部由通常稱為Acrysof的軟丙烯酸聚合物 (2-苯乙基丙烯酸酯和2-苯乙基甲基丙烯酸酯的交聯(lián)共聚物)形成。在另一方面，公開了一種衍射型眼科晶狀體，這種衍射型眼科晶狀體包括具有前 表面和后表面的光學(xué)部。這些表面中至少之一所呈現(xiàn)的表面輪廓的特征在于衍射部分、非 球面部分和復(fù)曲面部分的組合。通過參考下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可以獲得對本發(fā)明的進(jìn)一步理解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的IOL的剖視圖，圖2是圖1的IOL的前表面的俯視圖，圖3示意性地示出了前表面的橫截面輪廓，和圖4示意性地示出了 FTS系統(tǒng)的金剛石刀片正在基底(例如光學(xué)坯件)上切割前 表面所需的輪廓。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要涉及衍射型眼科晶狀體，這種衍射型眼科晶狀體可以提供對球面像差 和像散像差的補(bǔ)償，同時(shí)可以提供遠(yuǎn)焦點(diǎn)和近焦點(diǎn)屈光力。在下面的實(shí)施例中，將結(jié)合人工 晶狀體(IOL)討論本發(fā)明的各個(gè)方面。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的教導(dǎo)還可應(yīng)用于其它 眼科晶狀體，諸如隱形眼鏡。此外，術(shù)語“人工晶狀體”及其縮寫“I0L”在本文中交替地用 于描述能夠植入眼內(nèi)以替換眼睛的天然晶狀體的晶狀體或者在不論是否摘除天然晶狀體 的情況下增進(jìn)視力的晶狀體。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的I0L10包括光學(xué)部12，該光學(xué)部12具有前光 學(xué)表面14和后光學(xué)表面16。IOL還包括多個(gè)固定部件或襻18，這些固定部件或襻18便于 將IOL放置在患者眼內(nèi)。表面14和16圍繞光軸20 (光軸20在本文也稱為ζ軸)設(shè)置。雖 然后表面關(guān)于光軸對稱設(shè)置，但是前表面以下述方式呈現(xiàn)圍繞該軸的非對稱性。光學(xué)部12可以由各種生物相容材料形成。這種材料的一些實(shí)例包括但不限 于軟丙烯酸聚合物、水凝膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚苯乙烯、纖維素、乙酸丁酸類酯 (acetate butyrate)或其它生物相容材料。作為實(shí)例，在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)部由通常稱為 Acrysof的軟丙烯酸材料(2_苯乙基丙烯酸酯和2-苯乙基甲基丙烯酸酯的交聯(lián)共聚物)形 成。在許多實(shí)施例中，前表面和后表面的曲率以及形成光學(xué)部的材料的折射率選擇成 使得光學(xué)部能夠提供范圍在約-5D到約40D并且優(yōu)選在約16D到約32D的遠(yuǎn)焦點(diǎn)屈光力。 前表面14還包括多個(gè)衍射區(qū)域22，多個(gè)衍射區(qū)域22設(shè)置在前表面的一部分上以用于提供 近焦點(diǎn)屈光力。衍射區(qū)域22的第零衍射級將入射光主要導(dǎo)向光學(xué)部的遠(yuǎn)焦點(diǎn)，而衍射區(qū)域 的第一衍射級將入射光主要導(dǎo)向光學(xué)部的近焦點(diǎn)。近焦點(diǎn)的特征可以例如在于范圍在約ID 到約6D，并且優(yōu)選在約3D到約4D的附加屈光力。作為進(jìn)一步的圖示，圖2表示前表面的俯 視圖并示出了衍射區(qū)域形成為通 過多個(gè)階梯彼此隔開的環(huán)形衍射結(jié)構(gòu)。參考圖1以及圖3，前表面14包括基本輪廓(base profile)，該基本輪廓偏離假 想球面輪廓，尤其以大半徑距離遠(yuǎn)離光學(xué)部的光軸(ζ軸)，從而呈現(xiàn)組合的球面和復(fù)曲面。此外，如上面所指出的，多個(gè)衍射區(qū)域設(shè)置在該基本輪廓上。這樣，前表面14的輪廓可以限 定為由以下三個(gè)部分形成衍射部分、非球面部分和復(fù)曲面部分。例如，在該實(shí)施例中，前表 面可以根據(jù)下列關(guān)系式限定
)等式 ⑴，其中sag表示所述表面沿z軸(距離z軸原點(diǎn))在距離該表面的中心(光軸與該 表面的交點(diǎn))為半徑距離r并且在子午角e位置處的弧高，其中Rawg表示平均子午線(即 45° )的基本曲率半徑，并且其中
等式⑵，期中Rawg和r如上限定，而RMd表示延伸通過半徑距離r的衍射區(qū)域的曲率半徑， 而Zrad表示該衍射區(qū)域的曲率中心的軸向位置(即沿z軸)。更特別地，Zrad和Rawg可以根 據(jù)如下關(guān)系式限定
等式⑶，
等式(4)，其中、和、分別表示衍射區(qū)域的內(nèi)邊界(較靠近光軸)的x和z坐標(biāo)值，而x。ut 和Z。ut分別表示衍射區(qū)域的外邊界的X和Z坐標(biāo)值。此外，表面輪廓的復(fù)曲面部分和非球 面部分可以根據(jù)如下關(guān)系式限定
. 等式⑶，
_9]
等式㈤， c=1/Ravrg等式⑵， 其中c和k分別表示球面曲率和圓錐常數(shù)，cx和cy表示沿兩條主要子午線的復(fù)曲 面曲率，而kx和ky表示沿兩條主要子午線的復(fù)曲面圓錐常數(shù)。如上述等式所限定的，當(dāng)入射光線平行于前表面14時(shí)，與前表面的不同部分相關(guān) 的物理路程差等于不同瞳孔位置處的弧高值。通過晶狀體的一部分的光線的相應(yīng)光程差可 以按照沿光線方向的物理路程差與晶狀體材料和周圍介質(zhì)之間的折射率差的乘積計(jì)算。此 外，在入射在I0L上的光線不平行的許多情況中，上述等式仍然提供了對應(yīng)于不同瞳孔位 置的物理路程差的良好的近似值。例如，I0L通常位于角膜焦平面前面約27-28mm處，而瞳 孔白處光線相對于光軸呈約6°的角，由于假設(shè)光線平行于光軸，這引入了僅僅0.6%的計(jì)由上述等式(1)_(7)對前表面輪廓的描述有利地保持了光學(xué)精度。再參考圖3， 以第一衍射區(qū)域作為實(shí)例，在任何給定的子午線(9)處，第一衍射區(qū)域的曲率半徑(Red )
和相應(yīng)的基本曲率的曲率半徑( <)與第一階梯高度(第一和第二衍射區(qū)域之間的階梯高 度)根據(jù)如下關(guān)系式關(guān)聯(lián)[0054
階梯高度等式⑶，其中Γ(ι是第一衍射區(qū)域的半徑，如圖3中所示。在一些實(shí)施例中，前表面可以例如以上面討論的方式在屈光力范圍上分段，從而 表面輪廓被固定在各個(gè)段內(nèi)。與平均子午線相關(guān)的屈光力調(diào)制的特征可以例如在于在屈光 度方面的恒定的幅值。當(dāng)對于不同的子午線來說階梯高度可以相同，并且屈光度差被固定 (例如+2D)在平均子午線上時(shí)，衍射區(qū)域的曲率半徑和相應(yīng)的基本曲率半徑可以設(shè)計(jì)成對 任何角度θ形成恒定的屈光度差，如下列關(guān)系式所表示
恒定的屈光度(例如+ 2D)等式⑶ 再參考圖1，在該典型實(shí)施例中，前表面16是球面的并且所具有的曲率半徑選擇 成使得晶狀體能夠提供所需的遠(yuǎn)焦點(diǎn)屈光力(例如范圍在約0到約84D，并且優(yōu)選在約0到 約4D的遠(yuǎn)焦點(diǎn)屈光力)?？梢圆捎酶鞣N制造技術(shù)來形成I0L10。例如，在一些實(shí)施例中，可以采用稱為Fast Tool Servo(FTS)的方法來給例如由合適的生物相容材料形成的光學(xué)坯件的表面提供所需 的輪廓(諸如由上面的等式(1)所限定的輪廓)。如圖4中示意性地示出的，F(xiàn)TS加工方法 使用了可以沿三個(gè)軸(例如X軸、Y軸以及與X-Y平面正交的“W”軸)運(yùn)動(dòng)的金剛石刀片 24。更特別地，金剛石刀片可以在切割程序的控制下以受控的方式并且通?？焖俚匮豔方 向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在垂直于W方向的平面中(沿X軸和Y軸)進(jìn)行雙軸運(yùn)動(dòng)。刀片的組合運(yùn)動(dòng) 可以導(dǎo)致在光學(xué)坯件的表面上切割出所需的輪廓。在可供選擇的實(shí)施例中，可以采用FTS 方法來形成光銷(optical pin)，然后可以應(yīng)用所述光銷由所需的材料形成I0L。在另一制造技術(shù)中，回轉(zhuǎn)對稱部分(即衍射部分和非球面部分)的加工可以由常 規(guī)的高精度車床(例如由美國新罕布什爾州基涅市的Precitech公司銷售的車床)控制， 而FTS控制非回轉(zhuǎn)對稱部件(即復(fù)曲面部分)的加工。兩個(gè)模塊可以獨(dú)立地操作而互不干 擾，并且兩個(gè)模塊的輸入可以組合以確定金剛石切割頭的位置。例如，Precitech車床可以 根據(jù)diffraCtive(Ra g，r)+asph (Ravrg, r)而生成金剛石的切割位置，這是回轉(zhuǎn)對稱的，而 FTS可以生成位置坐標(biāo)值toric(Rawg，r，θ )，這是非回轉(zhuǎn)對稱的。作為實(shí)例，在一個(gè)實(shí)施例中，F(xiàn)TS系統(tǒng)可以進(jìn)行編程以將復(fù)曲面幾何構(gòu)造預(yù)切割成 光銷表面。隨后，Precitech車床控制器可以控制將衍射部分和非球面部分切割成復(fù)曲面 銷表面。隨后，如果需要，可以采用更小的金剛石切割工具來提供精加工的光銷表面。在IOL的單個(gè)表面(例如前表面)上組合衍射部分、非球面部分和復(fù)曲面部分提 供了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，這便于晶狀體的制造，因?yàn)榭梢詫ζ渌砻?例如后表面)進(jìn)行改變 以獲得不同的屈光力。這又可以例如通過大量減少所需光銷的數(shù)量而使得對于各個(gè)患者進(jìn) 行依客戶定制這種IOL成為經(jīng)濟(jì)可行的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下對上述 實(shí)施例進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
一種人工晶狀體(IOL)，包括包括前表面和后表面的光學(xué)部，設(shè)置在所述前表面和后表面之一上的多個(gè)衍射區(qū)域，其中具有所述多個(gè)衍射區(qū)域的所述表面所呈現(xiàn)的基本輪廓的特征在于非球面和復(fù)曲面的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的I0L，其中所述光學(xué)部提供了遠(yuǎn)焦點(diǎn)和近焦點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的I0L，其中所述遠(yuǎn)焦點(diǎn)提供了范圍在約16D到約32D的屈光力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的I0L，其中所述近焦點(diǎn)提供了范圍在約1D到約6D的附加屈 光力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的I0L，其中所述前表面包括所述衍射結(jié)構(gòu)以及所述非球面和復(fù)曲面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的I0L，其中所述表面的輪廓的特征在于下列關(guān)系式 其中sag表示所述表面沿光學(xué)部的光軸在距離該表面的中心為半徑距離r并且在子午 角e位置處的弧高，其中Rawg表示平均子午線的基本曲率半徑，并且 其中 其中Zrad和RMd分別表示延伸通過半徑距離r的衍射區(qū)域的曲率半徑和該衍射區(qū)域的曲率中心的軸向位置，并且其中 其中cx和cy表示沿該表面的兩條主要子午線的復(fù)曲面曲率，而kx和ky表示沿兩條主要子午線的復(fù)曲面圓錐常數(shù)，并且其中 瓶其押，并且其中k表示球面的圓錐常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的I0L，其中zrad在笛卡爾坐標(biāo)系(x，y，z)中根據(jù)如下關(guān)系式 限定，其中z沿所述光軸 其中xin和zin分別表示衍射區(qū)域的內(nèi)邊界的X和Z坐標(biāo)值，而x。ut和z。ut分別表示衍 射區(qū)域的外邊界的X和Z坐標(biāo)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的I0L，其中Rrad在笛卡爾坐標(biāo)系中根據(jù)如下關(guān)系式限定
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的I0L，其中Rawg的量值在約12mm到約120mm的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的I0L，其中cx的量值在約0.008mm 1到約0. 08mm 1的范圍內(nèi)， 而Cy的量值在約0. 008mm 1到約0. 08mm 1的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的I0L，其中kx在約-3000到約-12的范圍內(nèi)，而ky在約-3000 到約-12的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的I0L，其中k在約-3000到約-12的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的I0L，其中所述衍射區(qū)域包括通過多個(gè)階梯高度隔開的多個(gè) 衍射結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的I0L，其中沿特征在于角度0的子午線的衍射區(qū)域的曲率 半徑( < )和與該衍射區(qū)域相關(guān)的基本輪廓的曲率半徑(K )根據(jù)如下關(guān)系式關(guān)聯(lián)
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的I0L，其中所述Constant在約0D到約4D的范圍內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的I0L，其中所述前表面包括所述衍射區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的I0L，其中所述后表面呈球面輪廓。
18.一種衍射型眼科晶狀體，包括具有前表面和后表面的光學(xué)部，其中所述前表面和后表面中至少之一所呈現(xiàn)的輪廓的特征在于衍射部分、非球面部分 和復(fù)曲面部分的組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的眼科晶狀體，其中所述晶狀體提供的遠(yuǎn)焦點(diǎn)屈光力的范圍 在約16D到約32D。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的眼科晶狀體，其中所述晶狀體提供的近焦點(diǎn)屈光力的特征 在于范圍在約1D到約6D的附加屈光力。
全文摘要
本發(fā)明在一個(gè)方面中提供了一種人工晶狀體(IOL)，所述人工晶狀體包括具有表面和后表面的光學(xué)部以及設(shè)置在所述前表面和后表面之一上的多個(gè)衍射區(qū)域。具有所述多個(gè)衍射區(qū)域的所述表面所具有的輪廓的特征在于非球面部分和復(fù)曲面部分的組合。
文檔編號A61F2/16GK101868197SQ200880116923
公開日2010年10月20日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者D·摩根, 洪昕 申請人:愛爾康公司