Результат интеллектуальной деятельности: ПОВЕРХНОСТЬ ЛИНЗЫ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ДИФРАКЦИОННЫМИ, ТОРИЧЕСКИМИ И АСФЕРИЧЕСКИМИ КОМПОНЕНТАМИ

Настоящее изобретение относится, в общем, к офтальмологическим линзам и, в частности, к дифракционным офтальмологическим линзам, которые обеспечивают коррекцию нескольких аберраций.

Интраокулярные линзы (IOL) обычно имплантируют в глаза пациентов во время операции катаракты для замены естественного хрусталика глаза. В некоторых случаях IOL может содержать дифракционные структуры, чтобы иметь оптическую силу не только в дальнем фокусе, но также оптическую силу в ближнем фокусе, что обеспечивает, в какой-то степени, псевдоаккомодацию. Различные аберрации, например, сферическая и астигматическая аберрации, могут негативно сказываться на оптических характеристиках упомянутых линз. Например, сферические аберрации могут снижать зрительный контраст, особенно, при больших размерах зрачка.

Дифракционные IOL, которые обеспечивают коррекцию нескольких аберраций, известны. Однако изготовление данных IOL может быть трудоемким и дорогим.

Соответственно, существует потребность в усовершенствованных офтальмологических линзах и, в частности, в усовершенствованных дифракционных IOL, которые могут быть более удобными для изготовления.

Настоящее изобретение относится, в общем, к дифракционным офтальмологическим линзам, например, интраокулярным линзам (IOL), которые обеспечивают коррекцию асферических и астигматических аберраций. В некоторых вариантах осуществления одна поверхность линзы выполнена по форме для содержания не только множества дифракционных структур, но также базового профиля, который отличается сочетанием асферичности и торичности.

В соответствии с одним аспектом предлагается интраокулярная линза (IOL), которая содержит оптический элемент, содержащий переднюю поверхность и заднюю поверхность, и множество дифракционных зон, расположенных на одной из упомянутых поверхностей (например, передней поверхности). Поверхность, содержащая дифракционные зоны, обладает базовым профилем, характеризуемым сочетанием асферичности и торичности.

В соответствии со связанным аспектом оптический элемент обеспечивает оптическую силу в дальнем фокусе, например, в диапазоне от приблизительно 16 до приблизительно 32 диоптрий (D), а также оптическую силу в ближнем фокусе, характеризуемую, например, дополнительной оптической силой в диапазоне от приблизительно 1 D до приблизительно 6 D.

В соответствии с другим аспектом профиль поверхности, содержащей дифракционные зоны, можно определить из следующей зависимости:

sag(R_avrg,r,θ)=diffractive(R_avrg,r)+toric(R_avrg,r,θ)+asph(R_avrg,r),

где

sag означает сагиттальную высоту поверхности вдоль оптической оси (например, z-оси) на радиальном расстоянии r от центра поверхности (пересечения оптической оси с поверхностью) и под меридиональным углом θ, где R_avrg означает базовый радиус кривизны для среднего меридиана (т.е. 45°), и diffractive(R_avrg,r), toric(R_avrg,r,θ) и asph(R_avrg,r) означают, соответственно, дифракционную, торическую и асферическую компоненты профиля поверхности.

В соответствии со связанным аспектом дифракционный компонент, т.е. diffractive(R_avrg,r), профиля поверхности можно определить из следующего выражения:

,

где

R_avrg и r определены выше, и R_rad и Z_rad обозначают, соответственно, радиус кривизны дифракционной зоны, продолжающейся через радиальное расстояние r, и аксиальное положение (т.е. вдоль z-оси) центра кривизны данной зоны. Например, Z_rad и R_avrg можно определить в соответствии со следующими зависимостями:

,

,

где x_in и z_in означают, соответственно, координаты x и z внутренней границы (ближе к оптической оси) дифракционной зоны, и x_out и z_out означают, соответственно, координаты x и z внешней границы дифракционной зоны.

В соответствии с другим аспектом торический асферический компонент профиля поверхности можно определить из следующей зависимости:

,

где

R_avrg, r и θ определены выше, c_x и c_y означают величины торической кривизны по двум главным меридианам, и k_x и k_y означают торические конические постоянные по двум главным меридианам.

В соответствии с другим аспектом асферический компонент профиля поверхности можно определить в соответствии со следующей зависимостью:

,

где

,

при этом R_avrg и r определены выше, и k означает сферическую коническую постоянную.

В соответствии со связанным аспектом, в вышеописанной IOL, абсолютная величина R_avrg находится в диапазоне от приблизительно 12 мм до приблизительно 120 мм (R_avrg может быть как с положительным, так и с отрицательным знаками). В некоторых вариантах осуществления абсолютная величина c_x может быть в диапазоне от приблизительно 0,008 мм^-1 до приблизительно 0,08 мм^-1 (c_x может быть как с положительным, так и с отрицательным знаками), абсолютная величина c_y может быть в диапазоне от приблизительно 0,008 мм^-1 до приблизительно 0,08 мм^-1 (c_y может быть как с положительным, так и с отрицательным знаками), k_x может быть в диапазоне от приблизительно -3000 (минус 3000) до приблизительно -12 (минус 12), и k_y может быть в диапазоне от приблизительно -3000 (минус 3000) до приблизительно -12 (минус 12). Кроме того, в некоторых вариантах осуществления асферическая коническая константа (k) может быть в диапазоне от приблизительно -3000 (минус 3000) до приблизительно -12 (минус 12).

В соответствии с другим аспектом дифракционные зоны сформированы множеством дифракционных структур (например, эшелеттами), которые разделены между собой множеством высот ступенек. Во многих вариантах осуществления каждая высота ступеньки является постоянной для разных меридианов.

В соответствии с другим аспектом, в вышеупомянутой IOL, радиус кривизны дифракционной зоны вдоль меридиана, характеризуемого углом θ, ( ), и радиус кривизны базового профиля, соответствующего данной дифракционной зоне, ( ), связаны следующей зависимостью:

,

где n₁ означает показатель преломления материала, формирующего оптический элемент, n₂ означает показатель преломления среды, окружающей данный оптический элемент, и Constant означает постоянную величину. Например, Constant может быть в диапазоне от приблизительно 0 (нуля) диоптрий до приблизительно 4 диоптрий (например, +2 D).

В соответствии с другими аспектами оптический элемент может быть выполнен из биосовместимого материала. Некоторые подходящие материалы содержат, без ограничения, мягкие акриловые полимеры, гидрогель, полиметилметакрилат, полисульфон, полистирол, целлюлозу, ацетобутират или другие биосовместимые материалы. Например, в одном варианте осуществления оптический элемент сформирован из мягкого акрилового полимера (поперечно сшитого сополимера 2-фенилэтилакрилата и 2-фенилэтилметакрилата), широко известного под названием Acrysof.

В соответствии с другим аспектом предлагается дифракционная офтальмологическая линза, которая содержит оптический элемент, содержащий переднюю поверхность и заднюю поверхность. По меньшей мере, одна из данных поверхностей обладает профилем поверхности, характеризуемым сочетанием дифракционного, асферического и торического компонента.

Дополнительное пояснение изобретения можно получить в нижеследующем подробном описании, взятом в сочетании с прилагаемыми чертежами, которые кратко описаны ниже.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

фиг.1 - сечение IOL в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения,

фиг.2 - вид сверху передней поверхности IOL, показанной на фиг.1,

фиг.3 - схематическое представление профиля сечения передней поверхности, и

фиг.4 - схематическое представление алмазной режущей кромки системы FTS (быстродействующей сервосистемы инструмента), нарезающей требуемый профиль передней поверхности в подложке (например, оптической заготовке).

Настоящее изобретение относится, в общем, к дифракционным офтальмологическим линзам, которые могут обеспечивать коррекцию как сферических, так и астигматических аберраций, при одновременном обеспечении оптической силы в дальнем фокусе и оптической силы в ближнем фокусе. В нижеописанных вариантах осуществления различные аспекты настоящего изобретения поясняются в связи с интраокулярными линзами (IOL). Однако следует понимать, что принципы изобретения применимы также к другим офтальмологическим линзам, например, контактным линзам. Кроме того, термин интраокулярная линза и его аббревиатура «IOL» применяются равнозначно для описания линз, которые можно имплантировать во внутреннюю область глаза либо для замены естественного хрусталика глаза, либо для иного улучшения зрения, независимо от того, извлекается ли или нет естественный хрусталик.

Как показано на фиг.1, IOL 10 в соответствии с вариантом осуществления изобретения содержит оптический элемент 12, имеющий переднюю оптическую поверхность 14 и заднюю оптическую поверхность 16. IOL дополнительно содержит множество фиксирующих элементов или гаптических элементов 18, которые облегчают установку IOL в глаз пациента. Поверхности 14 и 16 расположены вокруг оптической оси 20 (которая в настоящей заявке именуется также z-осью). В то время как задняя поверхность расположена симметрично относительно оптической оси, передняя поверхность характеризуется асимметрией относительно данной оси, характер которой поясняется ниже.

Оптический элемент 12 может быть сформирован из множества биосовместимых материалов. Ряд примеров данных материалов включает в себя, без ограничения, мягкие акриловые полимеры, гидрогель, полиметилметакрилат, полисульфон, полистирол, целлюлозу, ацетобутират или другие биосовместимые материалы. Например, в одном примере оптический элемент сформирован из мягкого акрилового материала (поперечно сшитого сополимера 2-фенилэтилакрилата и 2-фенилэтилметакрилата), широко известного под названием Acrysof.

Во многих вариантах осуществления величины кривизны передней и задней поверхностей, вместе с показателем преломления материала, формирующего оптический элемент, выбирают из условия, чтобы оптический элемент обеспечивал оптическую силу в дальнем фокусе в диапазоне от приблизительно -5 D до приблизительно 40 D и, предпочтительно, в диапазоне от приблизительно 16 D до приблизительно 32 D. Передняя поверхность 14 дополнительно содержит множество дифракционных зон 22, расположенных на участке передней поверхности для обеспечения оптической силы в ближнем фокусе. Нулевой дифракционный порядок дифракционных зон 22 направляет падающий свет, в основном, в дальний фокус оптического элемента, а передний дифракционный порядок зон направляет падающий свет, в основном, в ближний фокус. Ближний фокус можно охарактеризовать, например, дополнительной оптической силой в диапазоне от приблизительно 1 D до приблизительно 6 D и, предпочтительно, в диапазоне от приблизительно 3 D до приблизительно 4 D. Для дальнейшего описания на фиг.2 представлен вид сверху передней поверхности, показывающий, что дифракционные зоны сформированы в виде кольцевых дифракционных структур, разделенных между собой множеством ступенек.

Как показано на фиг.1, а также на фиг.3, передняя поверхность 14 содержит базовый профиль, который отклоняется от мнимого сферического профиля, особенно, на больших радиальных расстояниях от оптической оси (оси z) оптического элемента, так, чтобы обладать сочетанием сферичности и торичности. Кроме того, как указано выше, на данном базовом профиле расположено множество дифракционных зон. По существу, профиль передней поверхности 14 можно описать как сформированный из трех компонентов: дифракционного, асферического и торического компонентов. Например, в настоящем варианте осуществления переднюю поверхность можно описать в соответствии со следующей зависимостью:

sag(R_avrg,r,θ)=diffractive(R_avrg,r)+toric(R_avrg,r,θ)+asph(R_avrg,r)

уравнение (1),

где

sag означает сагиттальную высоту поверхности вдоль z-оси (расстояние от начала z-оси) на радиальном расстоянии r от центра поверхности (пересечения оптической оси с поверхностью) и под меридиональным углом θ, где R_avrg означает базовый радиус кривизны среднего меридиана (т.е. 45°), и

где

уравнение (2),

где R_avrg и r определены выше, и R_rad означает радиус кривизны дифракционной зоны, продолжающейся через радиальное расстояние r, и Z_rad обозначает аксиальное положение (т.е. вдоль z-оси) центра кривизны данной зоны. В частности, Z_rad и R_rad можно определить в соответствии со следующими зависимостями:

уравнение (3),

уравнение (4),

где x_in и z_in означают, соответственно, координаты x и z внутренней границы (ближе к оптической оси) дифракционной зоны, и x_out и z_out означают, соответственно, координаты x и z внешней границы дифракционной зоны. Кроме того, торический и асферический компоненты профиля поверхности можно определить в соответствии со следующими зависимостями:

уравнение (5),

уравнение (6),

уравнение (7),

где c и k означают, соответственно, сферическую кривизну и конические постоянные, c_x и c_y означают величины торической кривизны по двум главным меридианам, и k_x и k_y означают торические конические постоянные по двум главным меридианам.

Когда лучи падающего света параллельны передней поверхности 14, разности физических путей, соответствующие разным участкам передней поверхности, равны значениям sag (сагиттальной высоты) в разных позициях зрачка, как задано вышеприведенными уравнениями. Соответствующую разность оптического пути для луча, проходящего через участок линзы, можно вычислить умножением разности оптического пути вдоль направления луча на разность между показателями преломления материала линзы и окружающей среды. Кроме того, во многих случаях, в которых лучи, падающие на IOL, не параллельны, вышеприведенные уравнения, тем не менее, обеспечивают точное приближение для разности физических путей, соответствующих разным позициям в зрачке. Например, IOL обычно расположена на расстоянии около 27-28 мм перед фокальной плоскостью роговицы, и луч света на краю зрачка характеризуется углом около 6° относительно оптической оси, что вводит только 0,6% погрешность вычисления в предположении, что луч параллелен оптической оси.

Описание профиля передней поверхности по вышеприведенным уравнениям (1)-(7) эффективно обеспечивает оптическую точность. Как также показано на фиг.3, если взять для примера первую дифракционную зону, на любом данном меридиане (θ), радиус кривизны первой дифракционной зоны ( ) и соответствующая базовая кривизна ( ) связаны с высотой первой ступеньки (высотой ступеньки между первой и второй дифракционными зонами) следующей зависимостью:

уравнение (8),

где r₀ означает радиус первой дифракционной зоны, как показано на фиг.3.

В некоторых вариантах осуществления передняя поверхность может быть сегментирована по диапазону оптических сил, например, как изложено выше, таким образом, что профили поверхности являются постоянными в пределах отдельных сегментов. Модуляцию оптической силы по среднему меридиану можно охарактеризовать постоянной амплитудой, например, в диоптриях. Так как высота ступеньки может быть идентичной для разных меридианов, и разность диоптрий фиксирована (например, +2 D) на среднем меридиане, то радиус кривизны дифракционной зоны и соответствующий базовый радиус кривизны можно задавать для создания постоянной разности диоптрий для любого угла θ, как показано следующей зависимостью:

уравнение (9).

Как также показано на фиг.1, в данном примерном варианте осуществления задняя поверхность 16 является сферической с радиусом кривизны, выбранным так, чтобы линза обеспечивала требуемую оптическую силу в дальнем фокусе (например, оптическую силу в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 84 D и, предпочтительно, в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 4 D).

Для формирования IOL 10 можно использовать множество различных методов изготовления. Например, в некоторых вариантах осуществления можно использовать известный способ, известный как быстродействующая сервосистема инструмента (FTS), чтобы придать требуемый профиль, например, профиль, заданный вышеприведенным уравнением (1), поверхности оптической заготовки, выполненной, например, из подходящего биосовместимого материала. Как схематически показано на фиг.4, в способе обработки посредством FTS применяется алмазная режущая кромка 24, которая может быть выполнена с возможностью перемещения по трем осям (например, осям «X» и «Y», а также оси «W», которая ортогональна плоскости X-Y). В частности, алмазная режущая кромка может быть выполнена с возможностью перемещения с управлением по программе резания в направлении W управляемым способом и, обычно, с большой скоростью, при одновременном управлении движением по двум осям (по оси X и Y) в плоскости, перпендикулярной направлению W. Комбинированные перемещения кромки могут иметь следствием нарезание требуемого профиля в поверхности оптической заготовки. В альтернативных вариантах осуществления способ FTS можно использовать для формирования оптических стержней, которые можно, в свою очередь, использовать для формирования IOL из требуемого материала.

В другом методе изготовления формированием осесимметричных компонентов (т.е. дифракционных и асферических компонентов) можно управлять посредством обычного прецизионного токарного станка (например, токарного станка, выпускаемого компанией Precitech, Inc. Keene, New Hamphshire, США), тогда как FTS управляет формированием неосесимметричного компонента (например, торического компонента). Оба модуля могут работать независимо, без создания помех одним другому, и входные данные из обоих модулей можно объединять для определения положений алмазной режущей головки. Например, токарный станок Precitech может формировать координаты положений алмазной режущей головки в соответствии с выражением diffractive(R_avrg,r)+asph(R_avrg,r), которое является осесимметричным, тогда как FTS может формировать координаты тора toric(R_avrg,r,θ), который не является осесимметричным.

Например, в одном варианте осуществления систему FTS можно запрограммировать для предварительного нарезания торической геометрии в поверхности оптического стержня. Затем, контроллер токарного станка Precitech может управлять нарезанием дифракционных и асферических компонентов в торической поверхности стержня. Затем, при необходимости, можно применить алмазный режущий инструмент меньшего размера, чтобы обеспечить чистовую оптическую поверхность стержня.

Сочетание дифракционного, асферического и торического компонентов на одной поверхности (например, передней поверхности) IOL обеспечивает ряд преимуществ. Например, облегчается изготовление линзы, так как другую поверхность (например, заднюю поверхность) можно изменять для получения разных величин оптической силы. Данная возможность, в свою очередь, делает экономически целесообразным изготовление по индивидуальному заказу данных IOL для отдельных пациентов, например, благодаря резкому сокращению числа необходимых оптических стержней.

Специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники будет очевидно, что в вышеупомянутые варианты осуществления можно вносить различные изменения, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.