Конструкция положительной линзы с подачей импульса для контроля миопии, увеличенной глубины резкости и коррекции пресбиопии
CONSTRUCTION OF POSITIVE LENS WITH IMPULSE FEED FOR CONTROL OF MYOPIA, INCREASED FOCUSING DEPTH AND CORRECTION OF PRESBYOPIA

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает преимущество по предварительной заявке на патент США № 62/311485, поданной 22 марта 2016 г.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к офтальмологическим линзам и, более конкретно, к контактным линзам для замедления, сдерживания или предупреждения прогрессирования миопии, предназначенным для увеличения глубины резкости глаза или для коррекции пресбиопии. В офтальмологических линзах в соответствии с настоящим изобретением используют пропускающие высокоскоростные оптические элементы с подстройкой для отображения коротких периодов (импульсов) измененных значений оптической силы или оптические конструкции для человеческого глаза, предназначенные для обеспечения стоп-сигнала в отношении увеличения размера глазного яблока или для увеличения глубины резкости глаза. Примеры таких пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой включают в себя пропускающий пространственный модулятор света (жидкий кристалл) или различные электростатические жидкие оптические элементы, такие как линза, помещенная в масло/воду.
2. Обсуждение предшествующего уровня техники
Обычные состояния, которые приводят к снижению остроты зрения, представляют собой миопию и гиперметропию, для которых выписывают корректирующие линзы в виде очков либо жестких или мягких контактных линз. Такие состояния по существу описываются, как дисбаланс между длиной глазного яблока и фокусом оптических элементов глаза. Глаза с миопией фокусируются перед плоскостью сетчатки, глаза с гиперметропией фокусируются позади плоскости сетчатки. Миопия, как правило, развивается потому, что осевая длина глазного яблока увеличивается и становится больше фокусного расстояния оптических компонентов глаза, т. е. глазное яблоко становится слишком длинным. Как правило, гиперметропия развивается потому, что осевая длина глазного яблока становится слишком короткой по сравнению с фокусным расстоянием оптических компонентов глаза, т.е. глазное яблоко достаточно не увеличивается.
Как было отмечено, миопия обычно возникает вследствие чрезмерного осевого увеличения размера или удлинения глазного яблока. Сейчас является общепринятым, прежде всего, в результате исследования животных, что осевое увеличение размера глазного яблока может происходить под воздействием качества и фокусировки изображения на сетчатке. Эксперименты, выполненные на животных разных видов, в которых использовались различные концепции экспериментов, показали, что изменения качества изображения на сетчатке могут привести к соответствующим предсказуемым изменениям в отношении увеличения размера глазного яблока.
Кроме того, расфокусировка изображения на сетчатке, выполненная на моделях цыплят и приматов с помощью собирающих линз (миопическая расфокусировка) или рассеивающих линз (гиперметропическая расфокусировка), как известно, приводит к предсказуемых изменениям (как по направлению, так и по величине) в отношении увеличения размера глазного яблока, соответствующим увеличению размера глазного яблока для компенсации созданной расфокусировки. Как было показано, изменения длины глазного яблока, связанные с оптической нерезкостью изображения, варьировались за счет изменений как увеличения размера склер, так и толщины сосудистой оболочки. Нерезкость изображения с помощью собирающих линз, которая приводит к миопической нерезкости и уменьшает скорость увеличения размера склер, влечет за собой гиперметропические аномалии рефракции. Нерезкость изображения с помощью рассеивающих, которое приводит к гиперметропической нерезкости и увеличивает скорость увеличения размера склер, влечет за собой миопические аномалии рефракции. Такие изменения в отношении увеличения размера глазного яблока вследствие расфокусировки изображения на сетчатке показали, что они в значительной степени осуществляются через локальные механизмы на сетчатке, поскольку изменения длины глазного яблока все еще происходят даже при поврежденном зрительном нерве, и наложение расфокусировки на локальные участки сетчатки, как было показано, привело к изменению в отношении увеличения размера глазного яблока именно на этих участках.
Для людей есть непрямое и прямое доказательства, поддерживающие точку зрения, что качество изображения на сетчатке может влиять на увеличение размера глазного яблока. Большое количество различных состояний глаза, все из которых приводят к нарушениям зрения, таким как опущение века, врожденная катаракта, помутнение роговицы, кровоизлияние в стекловидное тело и другие глазные болезни, как было установлено, связаны с нарушением увеличения размера глазного яблока у людей в молодом возрасте, что дает основание предполагать, что относительно большие изменения качества изображения на сетчатке действительно влияют на увеличение размера глазного яблока человека. Влияние менее заметных изменений изображения на сетчатке на увеличения размера глазного яблока человека также было основано на гипотезе оптических погрешностей в системе фокусирования глаза человека во время работы, требующей напряжения зрения, что могло стимулировать увеличения размера глазного яблока и развитие миопии. Миопия широко распространена во многих регионах мира. Наибольшую проблему, связанную с данным состоянием, представляет ее возможное прогрессирование до миопии высокой степени, например, свыше пяти (5) или шести (6) диоптрий, что сильно сказывается на способности человека функционировать без помощи оптических устройств. Высокая степень миопии также связана с повышенным риском заболевания сетчатки, форм катаракты и глаукомы.
Корректирующие офтальмологические линзы применяют для изменения общего фокуса глаза с целью создания более четкого изображения на плоскости сетчатки путем смещения фокуса от расположения перед плоскостью сетчатки для коррекции миопии или от расположения позади плоскости сетчатки для коррекции гиперметропии соответственно. Однако корректирующий подход для таких состояний не воздействует на причину патологии, а является всего лишь протезным или предназначен для устранения симптомов. Многие подходы, направленные на замедление прогрессирования миопии, предполагают применение дополнительной положительной оптической силы в отдельной области линзы, например, в концентрической бифокальной и/или мультифокальной контактной линзе. Например, в опубликованной заявке на патент США US20160054588, которая принадлежит заявителю и включена в настоящий документ посредством ссылки, линза содержит центральную зону с отрицательной силой для коррекции миопийного зрения, которая окружена обработанной зоной, которая имеет профиль силы, который увеличивается от переднего поля центральной зоны до обработанной зоны до силы не более плюс 5 диоптрий. Данная дополнительная положительная оптическая сила в обработанной зоне обеспечивает сигнал для замедления увеличения размера глазного яблока; при этом центральная зона с отрицательной силой предусмотрена для коррекции миопийного зрения. Для хорошего зрения линза также должна обеспечивать оптимальную коррекцию дальнозоркости (зрения на большое расстояние) в некоторых участках линзы. В простом примере двухзонной концентрической бифокальной конструкции может быть предусмотрены центральная рефракционная коррекция на расстояние и наружная концентрическая зона с дополнительной положительной силой, которая предназначена для замедления увеличения размера глазного яблока. Оптическая конструкция, такая как указанная, несколько ослабляет остроту зрения и контрастную чувствительность, поскольку не весь свет, который проходит через входной зрачок владельца, будет находиться в фокусе на том же фокусном расстоянии (или фокальной плоскости) в глазу.
В другом подходе рассматривают реакцию глаза на спектральное распределение света. В патенте США № 5838419 в офтальмологических устройствах используют оптические фильтры или красители с целью сдвига спектрального распределения света, входящего в глаз на сетчатку. А именно, коррекция миопии достигается применением голубых фильтров, которые сдвигают спектральное распределение в сторону коротких длин волн в видимой области спектра. Аналогичным образом красные фильтры могут использоваться для лечения гиперметропии. Данный подход может быть полезным для рефракционной коррекции, при этом в нем предусматривается замедление прогрессирования миопии.
Также были предложены офтальмологические устройства, такие как очки с источниками света для обеспечения терапевтического эффекта, например, в опубликованной заявке на патент США US 20090192437, в которой описано пригодное для ношения офтальмологическое фотодинамическое устройство. Данное устройство надевается субъектом подобно тому, как надеваются очки, и при этом устройство имеет источник света, способный к направлению в сторону глаза, когда устройство надевается. Как сила, так и длина волны света могут регулироваться. Это, как правило, выполняется в комбинации с фотоактивными терапевтическими средствами, которые активируются источником света (то есть, по-видимому, данная заявка на патент направлена на фототерапию). Хотя авторы изобретения в данной заявке утверждают, что свет может быть введен сам по себе для терапевтических целей, при этом дополнительное описание или способ лечения не предусмотрены. Авторы изобретения переходят к обсуждению преимущества воздействия на роговицу глаза света с определенной длиной волны в течение периода времени, большего такового, который является комфортным для того, чтобы субъект сидел спокойно (например: > 10 секунд, > 20 секунд, … > 2 минут). Это является очевидным для субъекта, получающего лечение при надевании очков и выполнении других функций, а не для альтернативного спокойного сидения на аппарате при направлении света в глаз. Они также указывают на то, что свет может быть ʺимпульснымʺ, и объясняют, что это может быть полезно, поскольку импульсная пиковая сила выше средней силы в ходе непрерывного воздействия. Какое-либо упоминание о лечении миопии отсутствует, при этом модуляция направлена на длину волны, достигаемую с помощью искусственного источника света, и в данном случае применение термина ʺсилаʺ в их заявке направлено на интенсивность, а не на диоптрии. Авторы изобретения также не рассматривают частоту и продолжительность светотерапии, а скорее фокусируют внимание на фотоактивных терапевтических средствах.
В патенте США № 8764185 раскрыто надеваемое на глаз устройство с источником света, направленным в сторону сетчатки, в котором источник света соединен с электрической схемой, выполненной с возможностью модуляции. Модуляция может быть выполнена в отношении цвета, яркости, интенсивности или продолжительности, однако в данном случае цель представляет собой передачу сообщения владельцу. Авторы изобретения из патента ʹ185 раскрывают одну из форм модуляции, представленную рядом световых импульсов, таким как азбука Морзе, фактически с достижением цели, представляющей собой связь с владельцем, при этом ключ, являющийся импульсным, является как доступным для понимания, так и распознаваемым владельцем устройства. Ключевым аспектом для патента ʹ185 и прототипной технологии является то, что источник света является искусственным и собственно предусмотрен как часть устройства, что противоречит настоящему изобретению заявителя, в котором используют падающий свет, проходящий через линзу, и для которого, таким образом, не требуется искусственный источник света, несмотря на то что искусственный источник света может быть эффективно использован при необходимости в настоящем изобретении заявителя. Кроме того, цель патента ʹ185 направлена на то, чтобы владелец полностью воспринимал импульсы и понимал расположенное внизу сообщение посредством азбуки Морзе, как описано авторами изобретения, или посредством других подходящих средств. Это противоречит изобретению заявителя, и, таким образом, указывает на иное. В соответствии с настоящим изобретением заявителя пульсация света при настолько высокой частоте не может восприниматься головным мозгом (выше критической частоты слияния мерцаний), но может адекватно восприниматься сетчаткой и характеризуется надлежащими фокусом/силой, которые являются существенными для эффективного лечения, и при этом сведения заявителя являются новыми и находятся в прямом противоречии с применением импульсного света в качестве воспринимаемого средства связи для владельца.
В патенте США № 9289623, принадлежащем заявителю и включенном в данный документ посредством ссылки, в подключенном к источнику питания офтальмологическом устройстве в форме контактной линзы используют источник света для лечения симптомов, обусловленных сезонным аффективным расстройством. Раскрыто применение «программируемой фототерапии», что означает наличие процессора, обеспечивающего анализ данных, который затем может применяться для осуществления корректировки схемы фототерапии или функции, такой как, к примеру, частота, продолжительность, длина волны, время воздействия, преломляющая сила и интенсивность.
В патенте США № 4279474 в стеклянной очковой линзе используют жидкокристаллический слой между двумя стеклянными частями с получением очковой линзы. Цель патента ʹ474 заключалась в ограничении уровней света, пропускаемых через очковую линзу, выше заданного предела (т.е. жидкокристаллические солнцезащитные очки). Авторы изобретения в патенте ʹ474 раскрывают, что применение жидкокристаллического слоя приводит к более короткому времени отклика, нежели фотохромная технология сама по себе, и поэтому оно может быть предпочтительным не только за счет ее сниженного времени отклика, но также за счет того, что оно обеспечивает возможность достижения более быстрого обратного восстановления в исходное состояние при возвращении в помещение. Несмотря на то что авторы изобретения в патенте ʹ474 утверждают, что дополнительной целью их изобретения является получение терапевтической линзы с непрерывно изменяемой контролируемой плотностью, практически никакой дополнительной информации в их описании не приводится. Какое-либо упоминание о модуляции преломляющей силы отсутствует, равно как и какое-либо рассмотрение контроля прогрессирования присутствующей миопии.
Применение жидких кристаллов, внедренных в контактные линзы, является довольно недавним новшеством. В патенте США № 8542325 подачу жидких кристаллов, в данном случае термографических жидких кристаллов, используют для изменения цвета контактной линзы, активируемого за счет изменения температуры. В патенте США № 9155614 в гибкое рефракционное оптическое средство внедряют электроактивный элемент. За счет объединения гибких проводящих материалов и жидкого кристалла возможен изменяемый показатель преломления, обеспечивающий коррекцию рефракционных аномалий глаза.
В патенте США № 8906088, принадлежащем заявителю и включенном в данный документ посредством ссылки, для контроля с помощью электрической энергии рефракционных характеристик применяют офтальмологическое устройство с переменным фокусом, содержащее жидкокристаллические элементы и объединенное с источником энергии. Жидкокристаллическая линза обеспечивает электрически изменяемый коэффициент преломления поляризованного света, падающего на тело линзы. Комбинация двух линз, в которой ось поляризации второй линзы поворачивается относительно первой линзы, позволяет получить линзу, которая способна изменять коэффициент преломления неполяризованного естественного света. Комбинируя электрически активные слои жидкого кристалла с электродами, можно получить физический объект, управляемый приложением электрического поля к электродам. Если в периферической зоне жидкокристаллического слоя присутствует слой диэлектрика, то поле слоя диэлектрика и поле жидкокристаллического слоя объединяются в поле, проходящее через электроды. В трехмерной форме характер объединения полей слоев можно оценить на основе принципов электродинамики и геометрии диэлектрического слоя и жидкокристаллического слоя. Если эффективная электрическая толщина диэлектрического слоя неоднородна, то воздействие поля на электроды может иметь «форму» эффективной формы диэлектрика и может создавать размерные изменения показателя преломления в жидкокристаллических слоях. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления такое придание формы может позволить получить линзы, имеющие способность приобретать изменяемые фокальные характеристики. Альтернативный иллюстративный вариант осуществления может быть получен, когда физические элементы линзы, содержащие жидкокристаллические слои, сами по себе сформированы так, что они имеют разные фокальные характеристики. Затем электрически изменяемый показатель преломления жидкокристаллического слоя можно применять для введения изменений в фокальные характеристики линзы на основе приложения электрического поля, проходящего через жидкокристаллический слой, за счет применения электродов. Форма, которую придает передняя поверхность оболочки жидкокристаллическому слою, и форма, которую придает задняя поверхность оболочки жидкокристаллическому слою, могут в первую очередь определять фокальные характеристики системы.
Очевидно, что повышение уровня сложности и использование компонентов, таких как жидкие кристаллы, электрическая схема и источники энергии, в последнее время, причем в значительной степени, расширили возможное применение подключенных к источнику питания или питаемых офтальмологических продуктов, с помощью которых теперь можно выполнять множество задач.
Патент США № 6511175 направлен на лечение амблиопии у детей, также известной как «ленивый глаз». В патенте ʹ175 защитные очки или очки оснащены линзами с жидкими кристаллами, в которых селективно проявляется непрозрачность линзы над глазом с хорошим зрением с тем, чтобы заставить ребенка-владельца выполнять упражнение на глазу с плохим зрением. В патенте ʹ175 раскрывают применение генератора импульсов с различными частотами для задания времени переходов LCD-линзы из прозрачного в непрозрачное состояние. Они также раскрывают частоту таких переходов, которая выше частоты слияния мерцаний, которую они устанавливают, как правило, равную приблизительно 60 Гц. Важно отметить, что порог слияния мерцаний представляет собой статистическую, а не абсолютную величину и может изменяться в зависимости от длины волны, яркости или освещенности. Он также может отличаться в зависимости от того, где именно происходит освещение на сетчатке, а также зависит от усталости человека. Несмотря на то что настоящее изобретение заявителя также основывается на эффективном использовании частоты, которая выше частоты слияния мерцаний, настоящее изобретение заявителей предусматривает модуляцию преломляющей силы, а именно, изменение фокусировки и расфокусировки пропускаемого изображения при частоте, которая выше частоты слияния мерцаний, для лечения прогрессирования миопии. Авторы изобретения в патенте ʹ175 модулируют прохождение всего пропускаемого изображения через линзу посредством поглощения или блокирования пропускаемого изображения, чередующихся с пропусканием изображения через линзу с целью лечения амблиопии. Настоящее изобретение заявителя является отличным и явно отличается от патента ʹ175, поскольку в соответствии с настоящим изобретением заявителя изображение непрерывно пропускают через линзу, но изображение или качество изображения изменяют между сфокусированным и расфокусированным состояниями, в действительности, наличие состояния расфокусировки обеспечивает передачу сигнала для замедления увеличения размера глазного яблока.
В недавней исследовательской статье, опубликованной 15 сентября 2016 г. (Papadatou et al. ʺTemporal Multiplexing with Adaptive Optics for Simultaneous Visionʺ Biomedical Optics Express Vol. 7, No. 10 (октябрь 2016 г.)), исследователи указали, что несмотря на то что симультанное зрение с временным мультиплексированием может быть достигнуто искусственно с помощью высокоскоростных оптоэлектронных устройств, они также говорят, что практическое использование ограничено. Авторы указали, что из-за факторов, представляющих собой размер и вес, а также необходимости источника питания такое применение в лучшем случае ограничивается тестированием визуальных характеристик.
В патенте США № 7423801 авторы изобретения раскрывают мультифокальную линзу с прозрачным устройством с электронно-оптической фокальной модуляцией, которое содержит жидкокристаллические ячейки, инкапсулированные в тело линзы, целью которого является обеспечение изменения между двумя или более из фокального состояния, состояния ближнего фокуса и состояния дальнего фокуса в противоположность более традиционным мультифокальным линзам, которые одновременно фокусируют как ближние, так и дальние объекты на сетчатке. Несмотря на то что в патенте ʹ801 раскрывают два фокусных состояния (то есть ближнее и дальнее), в нем не рассматривается намеренная расфокусировка для контроля прогрессирования миопии.
Несмотря на то что многие из ранее рассмотренных конструкций являются чрезвычайно сложными, они не предусматривают искусственного и целенаправленного применения систем управления и жидких кристаллов для временной модуляции пропускаемого изображения на сетчатке с целью эффективного лечения прогрессирования миопии при минимизации воздействия на просмотренное изображение. Соответственно, существует необходимость в конструкции линзы, которая способна обеспечить замедление прогрессирования миопии, которая ощутимо не ослабляет остроту зрения и контрастную чувствительность по сравнению с традиционными оптическими конструкциями.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предусматривает конструкцию положительной линзы с подачей импульса для контроля миопии, увеличенной глубины резкости и коррекции пресбиопии, которая позволяет преодолеть ограничения предшествующего уровня техники, как изложено выше. В соответствии с настоящим изобретением посредством временной модуляции пропускаемого изображения на сетчатке, или его части, в отношении силы/фокуса с целью достижения быстрой временной расфокусировки, незаметной для головного мозга, с продолжительностью, которая является терапевтически эффективной в отношении сетчатки, при этом она может смягчить дальнейшее прогрессирование миопии за счет влияния на увеличение размера глазного яблока.
В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к системе офтальмологической линзы. Система офтальмологической линзы содержит средства для электронной осцилляции фокуса входящего света на сетчатке, где фокус временно модулируется на уровне, который является незаметным для носителя линзы, при этом обеспечивая приемлемое зрение как при ближнем, так и при дальнем расстояниях наблюдения. Система офтальмологической линзы содержит первую линзу, оптический элемент с переменным фокусом внутри линзы, при этом оптический элемент с переменным фокусом выполнен с возможностью подстройки, контроллер для управления оптическим элементом с переменным фокусом, характеризующимся выбираемым коэффициентом заполнения, и источник питания для оптического элемента с переменным фокусом и контроллера. Также необязательно система может содержать искусственный источник света.
В офтальмологических линзах в соответствии с настоящим изобретением используют пропускающие высокоскоростные оптические элементы с подстройкой для отображения коротких периодов (импульсов) измененных значений оптической силы или оптические конструкции для человеческого глаза, такие короткие периоды или импульсы обладают эффектом обеспечения стоп-сигнала в отношении увеличения размера глазного яблока (смягчение прогрессирования миопии) и/или увеличения глубины резкости глаза. Примеры таких пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой включают в себя пропускающий пространственный модулятор света (жидкий кристалл) или различные электростатические жидкие оптические элементы, такие как линза, помещенная в масло/воду.
Офтальмологическая линза содержит в своей первичной оптической зоне пропускающие высокоскоростные оптические элементы с подстройкой, которые являются электронно адресуемыми и программируемыми. При обеспечении оптимальной коррекции зрения вдаль высокоскоростные оптические элементы с подстройкой в соответствии с настоящим изобретением также предусматривают незаметные импульсные положительные силы для временного образования миопической расфокусировки спереди сетчатки. Ключевые принципы, которые необходимо учитывать для того, чтобы обеспечить эффективный контроль миопии при обеспечении удовлетворительного зрения, включают в себя обеспечение адекватного зрения вдаль, как правило, 20/25 или лучше с минимальными нежелательными артефактами изображения. Дополнительно, для контроля дальнейшего прогрессирования миопии качество изображения спереди сетчатки всегда должно быть превосходным по сравнению с качеством изображения позади сетчатки при рассматривании объекта при любом расстоянии и при каждом размере зрачка. Наконец, качество изображения на сетчатке глаза всегда должно быть превосходным по сравнению с качеством изображения либо спереди, либо позади сетчатки.
Для обеспечения терапевтического эффекта отношение периода с положительной силой к таковому с оптимальной коррекцией зрения вдаль находится в диапазоне от приблизительно пяти до девяноста процентов. Отношение различных сил также может быть определено посредством коэффициента заполнения, который представляет собой отношение периода с положительной силой, выраженный в единицу периода времени. Например, проявление положительной силы в течение всего 100 мс на любую 1 секунду всего периода представляет собой коэффициент заполнения 10 процентов. Это является верным, если часть в виде 100 мс является непрерывной и имеет место однократно каждую секунду или периодически случающейся несколько раз в течение периода 1 секунда, при условии, что общая продолжительность составляет 100 мс в течение периода 1 секунда. В каждом из случаев обе ситуации характеризуются подобным коэффициентом заполнения, составляющим 10 процентов, и обе могут быть терапевтически эффективными, однако в соответствии с настоящим изобретением заявители обнаружили, что при заданном коэффициенте заполнения с помощью периодической генерации импульсов отрицательное воздействие на просмотренное изображение может быть минимизировано. В качестве альтернативы, наличие контроллера позволит подобным образом модулировать длину волны и интенсивность. Каждый из этих подходов также может обладать терапевтическим эффектом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Вышеизложенные и прочие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего, более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, показанных на прилагаемых чертежах.
Фигура 1 представляет собой схематическое изображение способ положительного импульсного отображения с помощью положительной силы и плоской силы, в качестве альтернативы, отображаемых посредством пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой в соответствии с настоящим изобретением.
Фигура 2 представляет собой изображение двух эквивалентных, но различных коэффициентов заполнения способ импульсного отображения, приводящих к коэффициенту заполнения 10% в соответствии с настоящим изобретением.
Фигуры 3A и 3B представляют собой графические изображения воздействия импульсного отображения положительной силы +3 дптр на характеристики зрения с изменением VA в LogMAR в зависимости от коэффициента заполнения, проиллюстрированного на фигуре 3A, и с изменением контраста Вебера в зависимости от коэффициента заполнения, проиллюстрированного на фигуре 3B, в соответствии с настоящим изобретением.
На фигуре 4 проиллюстрирована изменяемая оптическая часть дугообразной жидкой менисковой линзы в соответствии с настоящим изобретением.
На фигуре 5 показана изменяемая оптическая часть с жидкокристаллическим слоем в соответствии с настоящим изобретением.
На фигуре 6 показано изменение длины глазного яблока относительно диапазона значений преломляющей силы.
На фигуре 7A показан график произведения, представляющего собой коэффициент заполнения, умноженный на положительную силу (то есть индуцированная нерезкость), в единицах, представляющих собой процент*диоптрия, по сравнению с потерей остроты зрения.
На фигуре 7B показан график произведения, представляющего собой коэффициент заполнения, умноженный на положительную силу (то есть индуцированная нерезкость), в единицах, представляющих собой процент*диоптрия, по сравнению с контрастной чувствительностью.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, все более вероятным становится создание микроэлектронных устройств, пригодных для ношения или выполненных с возможностью встраивания, для различных областей применения. Такие области применения могут включать в себя контроль биохимических процессов в организме, введение управляемых доз лекарственных препаратов или терапевтических средств посредством различных механизмов, включая автоматические, в ответ на измерения или в ответ на внешние сигналы управления и усиление функциональных процессов в органах или тканях. Примеры таких устройств включают в себя инфузионные помпы для введения глюкозы, кардиостимуляторы, дефибрилляторы, вспомогательные желудочковые устройства и нейростимуляторы. Новой, в частности, полезной областью применения является применение в офтальмологических линзах, в том числе в пригодных для ношения линзах, таких как очковые стекла и контактные линзы, а также в виде имплантируемых линз, таких как накладки, вкладки и интраокулярная линза (IOLʹS). Например, в пригодную для ношения линзу может быть встроен узел линзы, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для увеличения или улучшения функции глаза. Для такой электронной линзы с переменным фокусным расстоянием, например, таковой с использованием жидкого кристалла или технологии жидкого мениска, может потребоваться достаточное напряжение активации для воздействия с изменением оптической силы. В зависимости от конструкционных параметров такая линза также может иметь внутреннюю емкость, которая должна заряжаться и разряжаться. Таким образом, с целью более быстрого изменения фокуса по сравнению с порогом слияния мерцаний, электрическая схема электронного привода должна быть ослаблена, и ток источника питания должен быть настолько высоким, чтобы обеспечить переключение линзы между значениями напряжения, обусловленными ближним и дальним фокусами, учитывая емкость линзы. Для удовлетворения этих критериев могут быть рассмотрены многочисленные технологии, в том числе таковые, которые указаны в патенте США № 9351827, принадлежащем заявителю и включенном в данный документ посредством ссылки.
В данном примере электронные компоненты могут быть инкапсулированы/внедрены в тело линзы, которое выполнено с возможностью подгонки по поверхности роговицы глаза в виде контактной линзы. В альтернативном примере, тело линзы с внедренными электронными компонентами, может быть подогнано посредством добавления интегрированной гаптики в тело линзы и может быть имплантировано в виде интраокулярной линзы. В другом примере в пригодную для ношения контактную линзу с регулируемым фокусом или без него могут быть встроены электронные датчики для обнаружения концентраций определенных химических веществ в прекорнеальной (слезной) пленке. Применение встроенных электронных компонентов в узле линзы представляет потенциальную потребность для связи с электронными компонентами, для способа обеспечения питанием и/или повторной подачи питания в электронные компоненты, в том числе схемы управления мощностью или управления питанием, для взаимного соединения электронных компонентов, для внутренних и внешних сенсорных и/или контрольных устройств, а также для управления электронными компонентами и результирующей функцией линзы.
Стандартные контактные линзы являются полимерными структурами с установленными формами, помещаемыми на глазное яблоко, предназначенными для коррекции различных проблем со зрением, которые были кратко изложены выше. Стандартные очковые линзы представляют собой полимерные структуры с конкретными формами для коррекции различных проблем со зрением, которые кратко были изложены выше, и закрепленные на месте рамками. Традиционные интраокулярные линзы представляют собой полимерные структуры с интегрированной гаптикой для фиксации линзы внутри капсулы хрусталика после удаления хрусталика человека. Для достижения улучшенной функциональности в эти полимерные структуры и/или рамки встраивают различные схемы и компоненты. Например, схемы управления, микропроцессоры, устройства связи, источники питания, датчики, приводы, светоизлучающие диоды, и миниатюрные антенны могут быть интегрированы в контактные или интраокулярные линзы с помощью изготовленных по техническим условиям заказчика оптоэлектронных компонентов не только для исправления зрения, но для улучшения зрения, а также предоставляют дополнительные функциональные возможности, как описано в настоящем документе. Кроме того, пространственные модуляторы света, как более подробно объясняется далее, также могут быть внедрены в офтальмологические линзы. Электронные контактные линзы, интраокулярные линзы и/или очки с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения зрения посредством увеличения или уменьшения фокусного расстояния или простого изменения рефракционных возможностей линз. Электронные контактные линзы, интраокулярные линзы и/или очки с электропитанием могут быть выполнены с возможностью улучшения цвета и разрешающей способности, отображения текстовой информации, преобразования речи в субтитры в режиме реального времени, передачи визуальных ориентиров от навигационной системы, обеспечения обработки изображений и даже доступа к сети Интернет.
Линзы могут быть выполнены с предоставлением пользователю возможности видеть в условиях низкой освещенности. Надлежащим образом сконструированные электронные компоненты и/или расположение электронных компонентов на линзах могут позволить проецировать изображение на сетчатку, например, без оптической линзы с переменным фокусом, предоставить новые устройства отображения изображения или даже предоставить уведомления для пробуждения. В качестве альтернативы или в дополнение к любым из этих функций или подобных функций, в контактные линзы, интраокулярные линзы и/или очки могут быть встроены компоненты неинвазивного контроля биомаркеров и показателей здоровья владельца. Например, встроенные в линзы датчики могут позволять пациенту, страдающему сахарным диабетом, принимать таблетки в соответствии с уровнем сахара в крови путем анализа компонентов слезной пленки без необходимости забора крови. Кроме того, в соответствующим образом сконфигурированную офтальмологическую линзу могут быть встроены датчики для контроля уровней холестерина, натрия и калия, а также других биологических маркеров. В сочетании с беспроводным передатчиком данных это может позволить врачу практически немедленный доступ к результатам биохимического анализа крови пациента без необходимости траты времени на посещение пациентом лаборатории и проведение забора крови. Кроме того, датчики, встроенные в офтальмологические линзы, можно использовать для обнаружения света, падающего на глаз, для компенсации условий внешнего света или для применения при определении характера моргания.
Настоящее изобретение направлено на офтальмологическую линзу с источником питания, содержащую электронную систему, которая может активировать действие линзы с переменным фокусным расстоянием, или любое другое устройство или устройства, выполненные с возможностью выполнения любого числа из множества функций, которые могут быть выполнены, например пространственный модулятор света, подлежащий применению при замедлении прогрессирования миопии. Электронная система включает в себя одну или более батарей или других источников питания, схему управления питанием, один или более датчиков, схему тактового генератора, управляющую схему, выполняющую приемлемые управляющие алгоритмы, и схему привода линзы. Сложность данных компонентов может варьироваться в зависимости от необходимых или желательных функциональных возможностей офтальмологической линзы. Следует отметить, что конструкции линз в соответствии с настоящим изобретением можно внедрять в любое количество различных офтальмологических линз, образованных из любого количества материалов. В частности, конструкцию линзы в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в любой из контактных линз, описанных в данном документе, включая мягкие контактные линзы для повседневного ношения, жесткие газопроницаемые контактные линзы, бифокальные контактные линзы, торические контактные линзы и гибридные контактные линзы. Кроме того, хотя настоящее изобретение в первую очередь описано в отношении контактных линз, следует отметить, что концепцию настоящего изобретения можно использовать для очковых линз, интраокулярных линз, роговичных имплантируемых линз и накладных линз.
Порог слияния мерцаний (или частота слияния мерцаний) представляет собой концепцию в физике нервных процессов зрения. В конце 1800-х - начале 1900-х годов Ферри и Портер обнаружили, что можно наблюдать линейное повышение частоты, которая не выше частоты слияния мерцаний, с логарифмом освещенности. Это известно как закон Ферри-Портера. Данную частоту называют критической частотой слияния мерцаний. Ее определяют как частоту, при которой периодический (мерцающий) световой стимул оказывается полностью устойчивым в среднем для человека-наблюдателя. В качестве примера, этот принцип имеет место при выборе частоты кадров 72 Гц для компьютерных дисплеев, которой достаточно, чтобы полностью избежать мерцания. Пока частота модуляции поддерживается выше порога слияния мерцаний, воспринимаемая интенсивность может быть изменена посредством изменения относительных периодов света и темноты. Например, если темные периоды увеличиваются, то изображение темнеет (закон Тальбота-Плато).
В соответствии с настоящим изобретением аналогичный принцип слияния мерцаний может также применяться по отношению к оптической силе. Посредством применения пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой оптическая сила линзы может быстро изменяться при частоте, которая выше порога слияния мерцаний. Эффективные оптические характеристики офтальмологической линзы могут изменяться за счет варьирования относительных периодов отображения для различных значений оптической силы или конструкций. Например, пропускающие высокоскоростные оптические элементы с подстройкой могут отображать две простые силы (плоскую и +3 диоптрии «дптр») посредством быстро изменения силы от плоской до +3 дптр, как показано на фигуре 1. Если частота модуляции поддерживается выше порога слияния мерцаний, то воздействие двух сил на остроту зрения, например, определяется посредством отношения времени отображения плоской к +3 дптр (то есть коэффициентом заполнения). Поэтому с помощью пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой можно получить эквиваленты с двумя или более значениями оптической силы/конструкциями, фокусирующие свет в глазу за одно и то же время (подобно бифокальным или мультифокальным контактным линзам). Это будет тождественно, с одной стороны, для коррекции зрения, и, с другой стороны, для смягчения прогрессирования миопии, но с результатом отсутствия способности воспринимать какой-либо компромисс в качестве зрения, поскольку последнее для смягчения прогрессирования миопии относится к ограниченной продолжительности или коэффициенту заполнения при частоте, которая выше порога слияния мерцаний, в соответствии с настоящим изобретением.
Офтальмологическая линза содержит в своей первичной оптической зоне пропускающие высокоскоростные оптические элементы с подстройкой, которые являются электронно адресуемыми и программируемыми. При обеспечении оптимальной коррекции зрения вдаль высокоскоростные оптические элементы с подстройкой также индуцируют чрезвычайно короткие периодические положительные силы для образования миопической расфокусировки спереди сетчатки. Это осуществляется импульсным способом в соответствии с настоящим изобретением. Отношение периода положительной силы к оптимальной коррекции зрения вдаль находится в диапазоне от приблизительно 5 до 90 процентов. Отношение различных сил также может быть определено посредством коэффициента заполнения, который представляет собой отношение периода с положительной силой, выраженный в единицу периода времени. Например, проявление положительной силы в течение 100 мс в любую 1 секунду всего периода представляет собой коэффициент заполнения, составляющий 10 процентов, который либо соответствует однократному проявлению в течение 100 мс в продолжительности каждой секунды, четырем проявлениям каждые 25 мс в продолжительности каждой секунды или десяти проявлениям, каждое из которых составляет 10 мс, в продолжительности каждой секунды. Независимо от используемого варианта, каждый из этих вариантов предусматривает коэффициент заполнения 10 процентов. При этом коэффициент заполнения может оставаться постоянным или в некоторых ситуациях может изменяться, если того требует терапия, при этом вариант, применяемый в течение периода ношения, является важным, поскольку некоторые изменения, несмотря на терапевтическую эффективность, также могут визуально восприниматься. Наличие адекватного коэффициента заполнения для эффективного лечения и коротких периодов положительной силы настолько, чтобы поддерживать незаметность, является существенными для оптимальной коррекции зрения при обеспечении терапии для контроля прогрессирования миопии. При этом коэффициент заполнения, составляющий примерно 5 процентов или больше, является предпочтительным, поскольку данный коэффициент является наименее разрушительным как по отношению к остроте зрения, так и по отношению к контрастной чувствительности, причем могут использоваться другие значения от 5 до 90 процентов.
Положительная сила, индуцируемая оптическими элементами с подстройкой для контроля миопии, может варьироваться от +1,0 дптр до +20 дптр. С другой стороны, сила, индуцируемая оптическими элементами с подстройкой для коррекции пресбиопии, может варьироваться от -4 дптр до +4 дптр. Однако индуцируемые оптические конструкции не ограничены одной сферической силой. Также могут применяться оптические конструкции, включающие в себя мультифокальные линзы, прогрессивные линзы и другие оптические конструкции. Отображаемые оптические конструкция также могут изменяться в зависимости от времени или в зависимости от уровня света на зрачке субъекта или размера зрачка субъекта. Нет необходимости в том, чтобы шаблон индуцируемой силы покрывал всю оптическую зону, и при этом он может быть ограничен зонами/частями в пределах зрачка. Для миопии, как правило, размер зрачка находится в диапазоне от 4 до 8 мм в мезопических условиях. Кроме того, для оптимального зрения в центральных 2 мм оптической зоны линзы индуцируемая импульсная миопическая расфокусировка может быть не предусмотрена, оставляя при этом фиксированную первичную коррекцию зрения вдаль. Следует отметить, что, поскольку размер входного зрачка глаза варьируется среди субпопуляций, в определенных вариантах осуществления можно разработать с учетом конкретных особенностей линзу такой конструкции, чтобы обеспечить как хорошую коррекцию фовеального зрения, так и высокую эффективность лечения миопии, исходя из среднего размера зрачка глаза пациента. Кроме того, поскольку размер зрачка коррелирует с рефракцией и возрастом для пациентов детского возраста, в определенных иллюстративных вариантах осуществления линза может быть дополнительно оптимизирована для подгрупп педиатрической субпопуляции с определенным возрастом и/или рефракцией на основе размеров их зрачков.
Импульсное положительное отображения посредством пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой
Высокоскоростные оптические элементы с подстройкой, охватывающие оптическую зону офтальмологических линз, применяют для индуцирования незаметных коротких импульсов с положительной силой по отношению к глазу наряду с периодами оптимальной коррекции зрения вдаль. В примере, показанном на фигуре 1, высокоскоростные оптические элементы с подстройкой отображают на глазу как ряд шаблонов фронта импульса положительной силы (+3 дптр), так и шаблонов фронта импульса плоской силы. В данном примере шаблоны фронта импульса положительной силы являются пропускаемыми, как предусмотрено конструкцией, в положениях 1, 4 и 7 (обозначенных термином «Plus 3D on»), при этом шаблоны фронта импульса плоской силы являются пропускаемыми, как предусмотрено конструкцией, в положениях 2, 3, 5, 6, 8 и 9 (обозначенных термином «Plus 3D off») в соответствии с настоящим изобретением. Если отображение импульсов проводят с частотой модуляции, которая выше частоты слияния мерцаний, то глаз наблюдает устойчивое изображение. В результате оно становится менее нерезким, чем рассматриваемое лишь с постоянной силой +3 дптр, при этом все еще обеспечивая терапевтический эффект контроля или смягчения прогрессирования миопии, достигаемый наличием периодического все еще незаметного изображения с положительной силой.
Коэффициент заполнения для способа импульсного отображения
То, как целевое изображение появляется на глазу, зависит от значения индуцируемой положительной силы, а также зависит от коэффициента заполнения импульсного отображения. Коэффициент заполнения определяется как доля в процентах одного периода, в котором сигнал является активным. Два примера (условия) коэффициента заполнения, показанные на фигуре 2, представляют собой условия импульсного положительного отображения, оба с 10-процентным коэффициентом заполнения при активировании силы +3 дптр. В первом случае используются четыре (4) различных периода индуцированной положительной оптической силы по 25 мс. В обоих положениях глаз подвергается воздействию положительной оптической силы в течение одинакового общего периода 100 мс за каждую одну секунду. При условии 1 частота модуляции составляет 40 Гц, что выше среднего порога слияния мерцаний в человеческом глазу, и, таким образом, слияние мерцаний или неустойчивость изображения не будут отсутствовать. Глаз будет наблюдать слегка нерезкое, но устойчивое изображение. При условии 2 (единый период 100 мс каждую секунду) частота модуляции составляет 10 Гц, что ниже порога слияния мерцаний в человеческом глазу. При данном втором условии глаз будет наблюдать заметное дрожание изображения при переключении отображаемых шаблонов фронта импульса с +3 дптр на плоскую силу. Таким образом, несмотря на то что обе ситуации могут быть эффективными при лечении прогрессирования миопии, для некоторых индивидуумов условие 1 зрительно может быть более комфортным, чем условие 2. Существует множество других комбинаций, каждая из которых характеризуется коэффициентом заполнения 10%, при этом некоторые дополнительные примеры показаны в таблице ниже:
ТАБЛИЦА 1
Условие или пример
Коэффициент заполнения
Количество подпериодов в секунду
Продолжительность подпериода (мс)
1 (40 Гц)
10%
4
25 мс
2 (10 Гц)
10%
1
100 мс
3 (50 Гц)
10%
5
20 мс
4 (100 Гц)
10%
10
10 мс
5 (25 Гц)
10%
2,5
40 мс
Как острота зрения, так и контрастная чувствительность снижаются по мере увеличения индуцируемой положительной силы и коэффициента заполнения. Острота зрения и контрастная чувствительность Вебера для вышеуказанных условий с положительным импульсом относительно наилучшей сферической коррекции и по сравнению с традиционной сферической линзой+3 дптр приведены в таблице 2 ниже. На фигурах 3A и 3B графически представлены результаты из таблицы 2. Значения как в таблице 2, так и на диаграммах на фигурах 3A и 3B очевидно указывают на то, что происходит увеличение коэффициента заполнения или увеличение преломляющей силы, и оно является пропорциональным как для потери остроты зрения, так и для потери контрастной чувствительности. Также следует отметить, что увеличение коэффициента заполнения или увеличение преломляющей силы является пропорциональным терапевтической эффективности. Таким образом, необходимо увеличение коэффициента заполнения или преломляющей силы до точки, при которой они являются терапевтически эффективными, но при этом до точки, при которой потеря остроты зрения или контрастной чувствительности будет избыточной. В соответствии с настоящим изобретением заявители определили надлежащие равновесие между коэффициентом заполнения, преломляющей силой и частотой модуляции с таковыми для эффективности при прогрессировании миопии с достижением приемлемой зрительной работоспособности, измеренной по остроте зрения, и контрастной чувствительности. Эти два показателя зрительной работоспособности несколько субъективны среди пациентов и, как таковые, могут отличаться от пациента к пациенту.
Как указывалось ранее, миопия обычно развивается вследствие того, что осевая длина глазного яблока слишком велика, аналогичным образом, уменьшение изменения осевой длины может применяться в качестве меры для терапевтической эффективности лечения прогрессирования миопии. На фигуре 3c показано воздействие силы при изменении осевой длины в исследовании на 10 субъектах после ношения линз с изменяемой силой в течение периода 40 минут. В данной ситуации можно наблюдать воздействие как отрицательной, так и положительной силы. При этом отрицательная сила приводит к гиперметропической расфокусировке изображения на сетчатке (фокальная плоскость изображения находится позади сетчатки), и, таким образом, глаз получает сообщение с изменением размера, и при этом последующее изменение осевой длины является положительным. Это является отличным для положительной силы, которая приводит к миопической расфокусировке изображения на сетчатке (фокальная плоскость изображения находится спереди сетчатки), и, таким образом, изменение осевой длины глазного яблока является отрицательным. Как показано на фигуре 3C, увеличение значений положительной силы является прямо пропорциональным увеличенному сокращению (то есть отрицательному изменению) осевой длины глазного яблока. Аналогичным образом, продолжительность, в течение которой присутствует сила (то есть коэффициент заполнения), также пропорциональна изменению осевой длины.
ТАБЛИЦА 2
Индуцируемая положительная сила
Коэффициент заполнения
Потеря остроты зрения, среднее для n=4
Потеря контрастной чувствительности Вебера, среднее для n=4
+1,5 дптр
5%
0,033
0
10%
0,059
0,007
20%
0,071
0,021
50%
0,232
0,102
100%
0,376
0,234
+3,0 дптр
5%
0,07
0,029
10%
0,117
0,031
20%
0,221
0,05
50%
0,379
0,246
100%
0,876
Не определяли
+6,0 дптр
5%
0,151
0,035
10%
0,164
0,081
20%
0,404
0,235
50%
0,856
Не определяли
100%
Не определяли
Не определяли
Цепи управления, как указано выше, могут предусматривать алгоритмы, с помощью которых обеспечивают управление пространственными модуляторами света для создания мерцающих импульсов. В одном иллюстративном варианте осуществления в алгоритме могут использоваться массивы изображений, содержащие 4, 5 или 10 рамок для файлов пространственного модулятора света, которые соответствуют времени отображения 100, 125 и 250 мс пространственного модулятора света. Такие массивы изображений могут определять обычные значения коэффициента заполнения, например 10 процентов, 20 процентов, 50 процентов и 100 процентов, как изложено в таблице 2 выше. В другом иллюстративном варианте осуществления в алгоритме могут использоваться массивы изображений, содержащие 100 рамок для файлов пространственного модулятора света, которые могут быть использоваться для определения значения коэффициента заполнения для любого отношения, например 20 процентов, 21 процент, 22 процента и т. д. Массив изображений может быть предварительно загружен в системную память перед отображением.
На фигуре 4 представлена изогнутая жидкостная менисковая линза 400 с границей 401 жидкостного мениска между солевым раствором 406 и маслом 407. В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления в передней изогнутой линзе 404 предусмотрена стенка 405 мениска, образованная первым угловым изломом дугообразной стенки, проходящей между зонами 402 и 403. Граница 401 жидкостного мениска будет перемещаться вверх и вниз по стенке 405 мениска при приложении электрического заряда к одному или более электропроводным покрытиям или материалам 408 и отведении от них. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное покрытие 403 будет проходить от зоны внутри полости 409, содержащей солевой раствор 406 и масло 407, до области снаружи полости 409, содержащей солевой раствор 406 и масло 407. В таких вариантах осуществления электропроводное покрытие 403 может служить проводником электрического заряда, приложенного к электропроводному покрытию 403 в точке, находящейся за пределами полости 409, к области электропроводного покрытия, находящейся в полости и в контакте с физиологическим раствором 406. По существу жидкостную менисковую линзу можно рассматривать как конденсатор, в котором на поверхности или внутри передней изогнутой линзы 404 и/или задней изогнутой линзы 410 имеется один или несколько следующих элементов: проводящие покрытия, изоляционные покрытия, дорожки и материалы. В соответствии с настоящим изобретением, форма границы жидкостного мениска 401 и, следовательно, краевой угол между границей 401 жидкостного мениска и передней изогнутой линзой 404 меняется под воздействием электрического заряда, приложенного к поверхности по меньшей мере части передней изогнутой линзы 404 и задней изогнутой линзы 410. В соответствии с настоящим изобретением, заряд электрического тока, приложенный к солевому раствору через проводящие покрытия или материалы, изменяет положение границы 401 жидкостного мениска вдоль стенки 405 мениска.
На фигуре 5 показана часть 500 с изменяемыми оптическими свойствами, которую можно вставить в офтальмологическую линзу, а также жидкокристаллический слой 530. Переменная оптическая часть 500 характеризуется таким же разнообразием материалов и структурным соответствием, как уже обсуждалось в других разделах данного описания. В ряде иллюстративных вариантов осуществления прозрачный электрод 545 может быть размещен на первой прозрачной подложке 550. Первая поверхность 540 линзы может быть образована из диэлектрической пленки, а в некоторых вариантах осуществления - из ориентирующих слоев, которые можно помещать на первом прозрачном электроде 545. В таких иллюстративных вариантах осуществления форма диэлектрического слоя первой поверхности 540 линзы образовывает изменяемую по диэлектрической толщине форму, которая изображена. Такая локально изменяемая форма может обеспечивать дополнительную фокусирующую силу элементу линзы. В некоторых вариантах осуществления, например, сформированный слой может быть образован литьем под давлением на комбинации первого прозрачного электрода 545 и подложки 550. В некоторых вариантах осуществления первому прозрачному электроду 545 и второму прозрачному электроду 520 может быть придана различная форма. В некоторых примерах придание формы может приводить к образованию отдельных четко выраженных участков, к которым подачу питания можно осуществлять отдельно. В других примерах электроды могут формировать определенные структуры, такие как спираль, идущая от центра линзы к периферической зоне, вследствие чего к жидкокристаллическому слою 530 прикладывается переменное электрическое поле. В любом случае такое придание формы электроду может быть выполнено в дополнение к приданию формы диэлектрическому слою на электроде или вместо такого придания формы. Придание формы электродам данными способами также может обеспечивать дополнительную фокусирующую оптическую силу элементу линзы в процессе эксплуатации. Жидкокристаллический слой 530 расположен между первым прозрачным электродом 545 и вторым прозрачным электродом 525. Второй прозрачный электрод 525 может быть присоединен к верхнему слою 510 подложки, причем устройство, образованное от верхнего слоя 510 подложки к нижнему слою 550 подложки, может содержать часть 500 с изменяемыми оптическими свойствами офтальмологической линзы. Два ориентирующих слоя могут также размещаться в позициях 540 и 525 на диэлектрическом слое и окружать жидкокристаллической слой 525. Ориентирующие слои в элементах 540 и 525 могут служить для определения ориентации покоя офтальмологической линзы. В ряде иллюстративных вариантов осуществления слои электродов 525 и 545 находятся в электрической связи с жидкокристаллическим слоем 530 и вызывают сдвиг ориентации от ориентации покоя, по меньшей мере, к одной ориентации с энергообеспечением.
При этом подход с применением жидкого мениска или подход с применением жидкого кристалла используют для различных оптических частей, один из подходов может обеспечивать чрезвычайную чувствительность с целью обеспечения чрезвычайно недолгой периодической генерации импульсов.
Пропускающие высокоскоростные оптические элементы с подстройкой, предназначенные для получения двух или более значений оптической силы/конструкций, фокусирующих свет в глазу посредством способа импульсного отображения в соответствии с настоящим изобретением, предусматривают ряд преимуществ. По всей пропускающей линзе может изменяться сила с получением двух или более фокальных плоскостей. Если импульсные отображения представлены сферическими силами, то это исключает необходимость в точной центровке мультифокальных контактных линз относительно зрачка. В очковых линзах с помощью этого решают проблему с изменениями линии взора относительно мультифокальной оптической конструкции очковой линзы. В областях контроля миопии дополнительная положительная сила для замедления увеличения размера глазного яблока представлена по всему полю сетчатки и не ограничена одним или более участками линзы (которая проецируется в определенные участки сетчатки). В областях увеличения глубины резкости при пресбиопии дополнительная положительная сила для обеспечения зрения на среднее и ближнее расстояние представлена по всему полю сетчатки и не ограничена одним или более участками линзы. С применением пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой коэффициент заполнения может быть легко «подстроен» на основании обратной связи с субъектом с обеспечением приемлемого качества зрения. С применением пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой коэффициент заполнения может быть легко «подстроен» исходя из отклика биомаркера, который указывает на выполняемую задачу на зрительное восприятие (например, требующая напряжения зрения работа в качестве пускового механизма контроля миопии или коррекция пресбиопии). Пропускающие высокоскоростные оптические элементы с подстройкой могут быть представлены в форме с простой расфокусировкой (например плоской и +3 DS) или могут быть представлены с более сложных формах, таких как астигматизм, сферическая аберрация, мультифокальные аберрации или комбинации любых других оптических аберраций. Оптический элемент с переменным фокусом может обеспечивать различие степеней изменения фокуса по всей линзе. Например, для минимизации воздействия на остроту зрения центральная часть линзы может быть подстроена без подвергания изменению или с возможностью меньшего изменения коэффициент заполнения*коэффициент силы, чем более периферийные части системы линзы. Более периферийные части линзы могут подвергаться более серьезным изменениям в отношении коэффициент заполнения*коэффициент силы, поскольку периферийная зона сетчатки является менее чувствительной к нерезкости относительно остроты зрения, и при этом также было высказано предположение, что расфокусировка в периферийной зоне сетчатки может оказывать влияние на рефракционное развитие глаза. Ограничения в отношении оптической конструкции обусловлены типом пропускающих высокоскоростных оптических элементов с подстройкой. Например, с помощью пропускающего пространственного модулятора света с множеством отдельных пикселей с подстройкой можно создавать любую сложную конструкцию исходя из размера и распределения пикселей. С другой стороны, оптический элемент, представляющий собой электростатическую жидкую линзу с подстройкой, может быть ограничен менее сложными оптическими конструкциями(например, сфера, астигматизм, сферическая аберрация). Кроме того, для большинства индивидуумов рефракционная терапия предусматривает вовлечение двух функционирующих глаз, которые могут обеспечивать или не могут обеспечивать полное бинокулярное зрение. Терапия для развития рефракции в соответствии с настоящим изобретением может изменяться в зависимости от относительного состояния двух глаз. В одном варианте осуществления различные оптические элементы, представленные для глаза с более высокой степенью миопии, могут быть подстроены с более высоким значением произведения коэффициент заполнения*коэффициент силы с достижением более высокого контроля рефракции в данном глазу, нежели в противоположном глазу, на который можно положиться в плане остроты зрения. В другом варианте осуществления отображение положительной силы может изменяться во времени перед глазами, обеспечивая непрерывное ясное зрение по меньшей мере в одном глазу при любом заданном времени, обеспечивая при этом как оптимальную остроту зрения, так и максимальный эффект лечения миопии.
Проспективные клинические испытания показали, что на скорость прогрессирования миопии у людей может влиять оптическая конструкция контактных линз. С помощью этих клинических испытаний установили, что введение положительной расфокусировки в изображение на сетчатке детей замедляет прогрессирование миопии. Изменения длины глазного яблока, обусловленные расфокусировкой, модулируются посредством изменений как в отношении увеличения размера склер, так и толщины сосудистой оболочки глаза, совокупный эффект которых приводит к движению впереди или позади сетчатки к плоскости изображения. Расфокусированное изображение на сетчатке, представляющее собой миопическое расфокусированное изображение (то есть фокальная плоскость находится спереди от сетчатки) или гиперметропическое расфокусированное изображение (то есть фокальная плоскость находится позади сетчатки), может смягчить прогрессирование миопии или гиперметропии. Заявители определили, что индуцируемая миопическая расфокусировка приводит к утолщению сосудистой оболочки и к сниженной скорости увеличения размера склеры (что приводит к движению спереди сетчатки), и при этом индуцируемая гиперметропическая расфокусировка приводит утончению сосудистой оболочки и увеличению скорости увеличения размера склеры (что приводит к движению позади сетчатки). Изменения толщины сосудистой оболочки в ответ на приложенную расфокусировку наблюдали в животных моделях как на птицах, так и на приматах, и было показано, что они происходят быстро и предшествуют более длительным, опосредованным склерой изменениям размера глазного яблока. Исследования показали, что у молодых взрослых субъектов краткосрочные изменения толщины сосудистой оболочки и осевой длины происходят таким же образом, что и для наблюдаемых в ответ на оптическую расфокусировку у других видов животных. Исследования, в которых изучали изменение толщины сосудистой оболочки в ответ на расфокусировку, показали, что эти изменения происходят в течение нескольких минут после воздействия. Когда расфокусировка прикладывается в течение дня, она в значительной степени срывает нормальный суточный ритм в отношении толщины сосудистой оболочки и осевой длины при предсказуемых шаблонах изменения в зависимости от знака расфокусировки. Конструкции линз в соответствии с настоящим изобретением оценивали подобным образом и обнаружили положительное воздействие в отношении изменений толщины сосудистой оболочки, как показано на фигуре 6, на которой показано изменение осевой длины относительно силы в диоптриях. Как можно видеть, изменение осевой длины обратно пропорционально увеличению положительной силы от -3,0, через плоскую силу (ʺplʺ), до не более+10,0 диоптрий.
Учитывая, что как продолжительность (то есть коэффициент заполнения) положительной силы, так и уровень положительной силы прямо пропорциональны терапевтической эффективности лечения прогрессирования миопии, авторы настоящего изобретения могут воспроизвести графики, показанные на фигурах 3A и 3B. Авторы настоящего изобретения достигают данного результата посредством сравнения остроты зрения (см. фигуру 7A) и контрастной чувствительности (см. фигуру 7B) с произведением коэффициента заполнения, умноженного на уровень положительной силы (то есть нерезкость). Как можно видеть, на обеих фигурах 7A и 7B присутствует отличительное линейное приближение данных между произведением двух величин как к потере остроты зрения, так и контрастной чувствительности. Несмотря на то что увеличение значения произведения, представляющего собой коэффициент заполнения, умноженный на положительную силу, приводит к повышению терапевтического эффекта, авторы настоящего изобретения также принимают во внимание увеличение потери остроты зрения. Таким образом, важно ограничить потерю остроты зрения, составляющую три строчки или меньше (острота 0,3 log MAR) и предпочтительно две строчки или меньше (то есть острота 0,2 log MAR). Как показано на фигуре 7A, с применением потери, составляющей три строчки или меньше, можно определить верхний предел для произведения, представляющего собой коэффициент заполнения, умноженный на положительную силу. В данном случае верхний предел потери, составляющей 3 строчки, примерно соответствует значению 100 процентов*диоптрии (коэффициент заполнения, умноженный на положительную силу). Так как на визуальную производительность могут влиять как острота зрения, так и контрастная чувствительность, возвращаясь к фигуре 7B, то с применением данного значения, выраженного в 100 процентов*диоптрии (коэффициент заполнения, умноженный на положительную силу), также можно определить соответствующее значение контрастной чувствительности. В данном случае использование значение коэффициента заполнения, умноженного на положительную оптическую силу, которое составляет 100 процентов*диоптрии, приравнивается к значению контрастной чувствительности, которое составляет приблизительно 0,15 и является приемлемым для значительной части врачей-офтальмологов. Учитывая, что линзы с положительной силой до 0,5 диоптрии и коэффициентами заполнения до 10% демонстрируют терапевтическую эффективность, авторы настоящего изобретения также могут определить предпочтительный нижний предел коэффициента заполнения, умноженный на положительную силу, составляющий примерно 5 процентов*диоптрии. В таблице 3 ниже показаны некоторые иллюстративные комбинации предпочтительных значений положительной силы и коэффициента заполнения, которые удовлетворяют условиям как для верхнего, так и для нижнего пределов коэффициента заполнения, умноженного на положительную силу, исходя из предположения, что комбинации значений, которые попадают между такими верхним и нижним пределами, также будут удовлетворять условиям терапевтической эффективности с приемлемой зрительной работоспособностью в соответствии с настоящим изобретением.
ТАБЛИЦА 3
Предел (произведение коэффициент заполнения x положительная сила)
Коэффициент заполнения
Положительная сила
Полученная потеря VA
Полученная потеря контрастной чувствительности
Частота модуляции
Ниже (5)
10%
0,5
< 1 строчки
~ 0
> Частоты слияния мерцаний
Ниже (5)
5%
1,0
< 1 строчки
~ 0
> Частоты слияния мерцаний
Ниже (5)
2,5%
2,0
< 1 строчки
~ 0
> Частоты слияния мерцаний
Выше (100)
10%
10,0
3 строчки или меньше
0,15
> Частоты слияния мерцаний
Выше (100)
20%
5,0
3 строчки или меньше
0,15
> Частоты слияния мерцаний
Выше (100)
30%
3,3
3 строчки или меньше
0,15
> Частоты слияния мерцаний
Несмотря на то что настоящее изобретение было показано и описано в форме вариантов осуществления, считающихся наиболее практичными и предпочтительными, следует понимать, что специалисты в данной области смогут предложить отклонения от конкретных описанных и показанных конструкций и способов, которые могут применяться без отклонения от сущности и объема изобретения. Настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными и проиллюстрированными конструкциями, но должно быть сконструировано так, чтобы соответствовать всем модификациям, которые могут подпадать под объем прилагаемой формулы изобретения.