ДВУХЭЛЕМЕНТНАЯ СИСТЕМА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ЛЕГКУЮ АККОМОДАЦИЮ С ПЕРЕМЕННО-СФЕРИЧЕСКИМ АБЕРРАЦИОННЫМ КОНТРОЛЕМ
TWO-ELEMENT SYSTEM PROVIDING SLIGHT ACCOMMODATION WITH ALTERNATIVELY SPHERICAL ABERRATION CONTROL

Уровень техники
Настоящее изобретение относится, в основном, к офтальмологическим линзам, в частности к внутриглазным линзам (IOLs), которые демонстрируют аккомодативную оптическую силу.
Внутриглазные линзы обычно имплантируются в глаза пациента в процессе операции катаракты для замены помутневшего натурального хрусталика глаза. Оптическая сила натурального хрусталика может изменяться под влиянием ресничных мускулов (цилиарных мышц), обеспечивая аккомодацию для наблюдения объектов на разных расстояниях от глаза. Многие IOLs, однако, предусматривают однофокальную силу без обеспечения аккомодации или бифокальную силу с ограниченной степенью аккомодации (типично называемую как «псевдоаккомодация»)
Аккомодационные IOLs также известны, они могут обеспечить улучшенную аккомодацию относительно аккомодации, обеспечивающейся монофокальными или бифокальными линзами. Множество таких IOLs, однако, используют совокупность установленных оптических элементов. Кроме того, такие IOLs вообще не учитывают роль аберраций, которые обеспечивают аккомодацию линзы для того, чтобы рассмотреть объекты на разных расстояниях.
Следовательно, все еще есть потребность для улучшения IOLs, в частности для улучшения аккомодационных IOLs.
Сущность изобретения
В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает офтальмологическую линзу, например внутриглазную линзу (IOL), которая предусматривает оптику, имеющую два оптических элемента, расположенных последовательно вдоль оптической оси, где, по меньшей мере, один из этих элементов способен к боковому перемещению относительно другого вдоль направления, по существу, перпендикулярного оптической оси. Оптические элементы сконфигурированы так, что боковое перемещение приводит к изменению оптической силы, предусмотренной указанной оптикой, а также к изменению сферической аберрации, демонстрируемой указанной оптикой.
Сферическая аберрация может изменяться как функция бокового смещения элементов относительно друг друга. Для примера, в некоторых случаях сферическая аберрация увеличивается, например, линейно, как функция увеличения в боковом смещении.
Во многих случаях изменение сферической аберрации как функции бокового смещения между элементами прямо пропорционально изменению сферической оптической силы как функции данного смещения (например, обе, оптическая сила и сферическая аберрация, могут увеличиваться линейно с изменением сдвига элементов относительно друг друга).
Во взаимосвязанном аспекте один из указанных элементов демонстрирует профиль толщины, определяемый в соответствии со следующим отношением:
2
1
в котором х, у, z обозначают декартову систему координат, сформированную взаимно ортогональными х-, у- и z-осями, причем оптическая ось расположена вдоль z-оси, и в котором а, b, c регулируемые параметры. Другой оптический элемент может иметь профиль толщины t (х, у), связанный с профилем толщины t(х, у) в соответствии со следующим соотношением:
2
1
t(x, y)=-t(x, у)
В некоторых воплощениях значения параметров а, b и с могут быть соответственно в диапазоне от примерно  (Д/мм) до примерно  (Д/мм);
3
3
в диапазоне от примерно  (Д/мм) до примерно  (Д/мм);
3
и , где Δn обозначает разницу между показателем преломления материала, формирующего оптику, и окружающей средой, и (Д/мм) обозначает единицы измерения диоптрии на миллиметр, и (Д/мм) обозначает единицы измерения диоптрии на кубический миллиметр.
Еще в других аспектах офтальмологическая линза (например, IOL) раскрывает то, что включает передний оптический элемент и задний оптический элемент, где элементы способны к боковому перемещению относительно друг друга. Оптические элементы демонстрируют профили толщин, адаптированные так, что боковое перемещение элементов относительно друг друга является причиной изменения в, по меньшей мере, одной аберрации (например, сферической аберрации), демонстрируемой комбинацией этих элементов.
Дальнейшее понимание различных аспектов изобретения может быть получено в отношении следующего детального описания совместно со связанными чертежами, которые обсуждены кратко ниже.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А - схематичный вид сбоку глазной линзы согласно одному варианту осуществления изобретения, имеющей оптику, сформированную из двух оптических элементов, которые смещаются относительно друг друга,
Фиг.1В - это схематичный перспективный вид линзы с фиг.1А,
Фиг.1С схематично изображает профиль толщины одного из оптических элементов линзы, показанной на фиг.1А и 1В (другой оптический элемент имеет подобный профиль толщины, но с противоположным знаком),
Фиг.2А схематично изображает типичное осуществление двухэлементной IOL согласно одному варианту осуществления изобретения, имеющей два гаптических элемента, которые соединены посредством гибких шарниров, которые допускают их боковое перемещение относительно друг друга,
Фиг.2В схематично изображает гаптические элементы IOL, показанные на фиг.2А, и гибкие шарниры, соединяющие те гаптические элементы,
Фиг.2С схематично изображает шарниры IOL с фиг.2А после того, как IOL имплантирована в капсульный мешок глаза,
Фиг.3А схематично изображает другое типичное осуществление двухэлементной IOL согласно изобретению, имеющей два гаптических элемента, которые соединены множеством гибких шарниров таких, что гаптические элементы и, следовательно, оптики демонстрируют боковое смещение в расслабленном состоянии шарниров,
Фиг.3В схематично показывает гаптические элементы, изображенные на фиг.3А, и
Фиг.3С схематично изображает гаптические элементы, показанные на фиг.3В одной IOL с фиг.3А, имплатированной в капсульный мешок глаза.
Подробное описание
Варианты осуществления настоящего изобретения в целом обеспечивают офтальмологические линзы и способ их изготовления и использования, которые обеспечивают аккомодативную сферическую оптическую силу так же, как регулируемую сферическую абберацию. В некоторых вариантах осуществления линза (например, IOL) может быть сформирована как двухэлементная оптическая система, чья сила и одна или более аберрации высших порядков могут быть контролируемы при регулировании бокового смещения между теми элементами. Во многих вариантах осуществления профили толщин двух элементов сконструированы так, что боковое смещение элементов относительно друг друга в направлении, перпендикулярном оптической оси, может изменять не только комбинированную сферическую силу двух элементов, но также сферическую аберрацию, демонстрируемую комбинацией тех элементов.
Такая линза может иметь различные применения в аккомодативной рефракционной коррекции и/или коррекциях статических аберраций. Например, такая IOL может ослабить аккомодативную нагрузку цилиарных мышц так, чтобы достигать зрительной ясности в широком диапазоне расстояний с ограниченным мускульным движением. В коррекции статической аберрации такая линза может быть использована для того, чтобы обеспечить требуемую коррекцию аберрации посредством различных боковых смещений элементов для разных индивидуумов. Во многих воплощениях сферическая аберрация прямо пропорциональна величине аккомодации, соответствующей сферической оптической силе линзы.
В следующих вариантах осуществления различные аспекты изобретения раскрыты в комбинации с внутриглазными линзами (IOLs). Концепция изобретения может всегда быть применена для других офтальмологических линз, таких как контактные линзы. Термин «внутриглазная линза» и его аббревиатура «IOL» использованы здесь взаимозаменимо для описания линз, которые имплантированы во внутренность глаза, либо для замены натуральной глазной линзы, или, в другом случае, для увеличения зрительного восприятия независимо от того, была ли или нет удалена натуральная линза.
Внутрироговичные и факоматозные внутриглазные линзы - примеры линз, которые могут быть имплантированы в глаз без удаления натуральной линзы.
Фигуры 1А и 1В изображают внутриглазную линзу (IOL) переменной оптической силы 10 в соответствии с одним примерным вариантом осуществления изобретения, которая включает оптику 12, содержащую передний оптический элемент 14 (здесь также названный как передняя оптика) и задний оптический элемент 16 (здесь также названный как задняя оптика), которые размещены последовательно вдоль оптической оси OA (здесь обозначено продолжение вдоль длины z-оси xyz координатной системы, заданной взаимно ортогональными xyz осями). Передний и задний оптические элементы конфигурируются для перемещения друг относительно друга в направлении, по существу, перпендикулярном оптической оси OA. Конкретнее, в этом варианте осуществления задний оптический элемент остается фиксированным, в то время как передний оптический элемент может перемещаться вдоль х-направления. В других вариантах осуществления передний оптический элемент остается фиксированным, в то время как задний элемент перемещается, или оба элемента могут перемещаться. Как обсуждается в больших деталях ниже, такое боковое смещение оптических элементов относительно друг друга может изменять не только оптическую силу, обеспечиваемую оптикой 12 (т.е. оптическую силу, обеспечиваемую комбинацией оптических элементов 14 и 16), но также сферическую аберрацию, демонстрируемую оптикой (т.е. сферическую аберрацию, демонстрируемую при комбинации оптических элементов 14 и 16).
1
2
Конкретнее, как показано схематически на фигурах 1А-1С, каждый из оптических элементов 14 и 16 демонстрирует неравномерный оптический профиль. Неравномерные профили толщин оптических элементов сконструированы так, чтобы совместно вызывать изменение в оптической силе оптики так же, как в сферической аберрации посредством бокового смещения элементов относительно друг друга. Точнее говоря, в типичном варианте осуществления профиль толщины (t(x, y)) одного из элементов (например, профиль толщины переднего оптического элемента) и профиль толщины (t(x, y)) другого элемента (например, профиль толщины заднего оптического элемента) определяются в соответствии со следующим отношением
1
2
T(х, y)=-t(x, y)=t(x, у)           Уравнение (1)
где t(х, у), в свою очередь, определяется в соответствии со следующим отношением:
1
2
где а, b и с регулируемые параметры, имеющие противоположные знаки для t и t.
Для иллюстрации насколько вышеупомянутые профили толщин могут приводить к изменению сферической силы оптики 12, а также ее сферической аберрации, рассмотрим боковое смещение оптических элементов друг относительно друга вдоль х-оси на расстояние (Δх), например, охарактеризуем положительное перемещение переднего элемента 14 на  и отрицательное перемещение заднего элемента 16 на . Оптическая разность хода (OPD), откуда волновой фронт может быть определен, обусловленная комбинацией двух элементов как функцией от х и у, может в таком случае определяться следующим отношением:
в котором Δn обозначает разницу между показателем преломления материала, из которого оптический элемент сформирован (в этом осуществлении оптические элементы сформированы из одинакового материала), и среды, окружающей эти элементы.
Как правило, параметры с и b могут быть выбраны независимо от основных, например, требований к конструкции IOL. Однако, например, рассмотрим случай, в котором . Оптическая разность хода может тогда определяться следующим соотношением
2
2
При введении параметра ρ, который равен (х+у), вышеупомянутое уравнение (4) может быть переписано следующим образом:
Первый член соотношения (5) обеспечивает сферическую оптическую силу комбинации оптических элементов, в то время как второй член определяет сферическую аберрацию, демонстрируемую комбинацией этих элементов. Соотношение (5) показывает, что в этом воплощении сферическая оптическая сила и сферическая аберрация изменяются линейно, как функция бокового смещения (Δх) между двумя элементами.
В более общем смысле, изменение сферической оптической силы и сферической аберрации может быть далее понятно при расчете отклонения OPD следующим образом.
2
2
Отклонения где параметр ρ является заменой для (х+у).
Коэффициент сферической аберрации может тогда быть рассчитан при применении оператора Лапласа (т.е. ) для отклонения в OPD (соотношение 6), как показано в следующем отношении (7). Коэффициент сферической аберрации =  (отклонение (OPD))
Вышеупомянутое соотношение (7) показывает, что сферическая аберрация, демонстрируемая при комбинации оптических элементов 14 и 16, изменяется линейно, как функция относительного бокового разделения (Δх) между этими элементами. В этом примерном варианте осуществления, как показано в вышеупомянутой зависимости (6), комбинация оптической силы двух элементов также изменяется линейно, как функция бокового разделения между этими элементами. В сущности, в этом осуществлении, оптическая сила и сферическая аберрация увеличиваются линейно, как увеличивается боковое разделение между элементами.
Иначе говоря, сферическая аберрация линзы 10 прямо пропорциональна величине аккомодации. Многие исследования человеческого глаза с натуральным хрусталиком показывают, что похожий эффект обнаруживается в человеческом глазу: большая сферическая аберрация в аккомодативном состоянии, чем в состоянии расслабления. Следовательно, линза 10 обеспечивает подобные изменения сферической аберрации, как функции от увеличения оптической силы.
2
2
Во многих вариантах осуществления линзы 10 вышеупомянутые параметры а, b и с выбирались таким образом, что линза обеспечит следующие свойства: для видения на большом расстоянии (например, для рассматривания объектов на расстояниях, больших чем порядка 2 м от глаза) сферическая аберрация минимальна (например, меньше чем около 0,06 Д/мм); для видения на малом расстоянии (например, для рассматривания объектов на расстояниях, меньших чем порядка 0,5 м от глаза) сферическая аберрация значительно большая (например, больше чем около 0,33 Д/мм) для того, чтобы увеличить глубину фокусировки для рассматривания объектов на разных расстояниях; и от видения на большом расстоянии до видения на малом расстоянии сферическая аберрация увеличивается линейно, уменьшая необходимое движение ресничной мускулы.
Например, в некоторых случаях параметр а может находиться в диапазоне от примерно  (Д/мм) до примерно  (Д/мм);
3
3
параметр b может находиться в диапазоне от примерно  (Д/мм) до примерно  (Д/мм);
3
и , где Δn обозначает разницу между показателем преломления материала, формирующего оптику, и окружающей средой, и (Д/мм) обозначает единицы диоптрий на миллиметр, и (Д/мм) обозначает единицы диоптрий на кубический миллиметр. В некоторых случаях показатель преломления материала, формирующего линзу, может быть в диапазоне от примерно 1,4 до примерно 1,6, и показатель преломления окружающей среды (например, внутриглазной жидкости глаза) может быть около 1,3.
Обращаясь опять к фигурам 1А-1С, во многих воплощениях оптические элементы 14 и 16 сформированы из подходящего совместимого с живыми тканями материала. Несколько примеров таких материалов включают, в частности, мягкий акриловый полимер, силикон, гидрогель или другие совместимые с живыми тканями полимерные материалы, имеющие необходимый показатель преломления для индивидуального применения в линзе. Например, показатель преломления материала, формирующего оптические элементы, может быть в диапазоне от около 1,4 до около 1,6 (например, оптика может быть сформирована из материала линзы, общеизвестного как Acrysof (сетчатый сополимер 2-фенилэтил акрилат и 2-фенилэтил метакрилат), имеющего показатель преломления от 1,55). Кроме того, во многих воплощениях оптические элементы 14 и 16 сформированы из одинакового материала, в некоторых других они могут быть сформированы из различных материалов с различными показателями преломления. В последнем случае вышеупомянутые отношения для профилей толщин двух оптических элементов могут быть соответственно вычислены с пересчетом разницы в показателях преломления двух элементов.
Двухэлементная IOL в соответствии с идеей изобретения может быть воплощена различными способами. Например, со ссылкой на фигуры 2А и 2В, такие воплощения IOL 18 включают два гаптических элемента 20 и 22, каждый из которых соединен с одним из двух оптических элементов (например, показан только оптический элемент 24 с другим оптическим элементом непосредственно позади него), формирующих линзу (в этом воплощении оптические элементы отделены друг от друга вдоль оптической оси OA, например, на 1,5 мм). Гаптические элементы, в свою очередь, соединены друг с другом посредством совокупности гибких шарниров 26, что допускает боковое перемещение двух гаптических элементов и соответственно двух оптик относительно друг друга (гаптические элементы и шарниры могут быть сформированы, например, из подходящих полимерных материалов). В расслабленном состоянии два гаптических элемента и, следовательно, две оптики имеют исчезающий боковой сдвиг относительно друг друга, при увеличении сдвига увеличивается аккомодация. С помощью дальнейшей иллюстрации, как показано схематически на фигуре 2C, IOL 18 может быть имплантирована в капсульный мешок глаза, например, замещать вынутую помутненную натуральную линзу. Аккомодативное усилие цилиарных мышц в капсульном мешке может вызывать боковое движение гаптических элементов 20 и 22 (например, на величину в диапазоне от примерно 0,1 до примерно 0,5 мм) посредством шарниров 26 относительно друг друга, увеличивать оптическую силу IOL, также сферическую аберрацию, демонстрируемую IOL. Когда мускулы возвращаются в свое расслабленное состояние, гибкие шарниры также возвращаются в их расслабленное (равновесное) состояние с сопутствующим уменьшением в оптической силе IOL.
Для другого примера, фигуры 3А и 3D изображают другое воплощение двухэлементной IOL 28, которая также включает два гаптических элемента 30 и 32, каждый из которых присоединяет одну из двух оптик 34 и 36, которые соединены посредством множества гибких шарниров 38. В отличие от предшествующего воплощения, в расслабленном состоянии боковой сдвиг гаптических элементов друг относительно друга достигает заранее заданного (например, около 0,25 мм в этом случае), обеспечивает желательную оптическую силу и сферическую аберрацию в расслабленном состоянии. Как показано схематически на фигуре 3С, опять прежняя IOL 28 имплантирована в капсульный мешок глаза, шарниры 38 могут перемещаться вбок относительно друг друга под влиянием цилиарных мышц, изменяя оптическую силу IOL так же, как сферическую аберрацию для рассматривания объектов на разных расстояниях.
В некоторых применениях линзы, в соответствии с идеей изобретения, могут быть использованы не как аккомодативные линзы, но, например, как линзы, обеспечивающие статическую оптическую силу. В таких случаях боковое смещение элементов может быть применено для регулирования оптической силы, так же как и желательной сферической аберрации линзы для индивидуального пациента.
Разнообразные технологии изготовления могут быть использованы для изготовления офтальмологических линз (например, IOL) в соответствии с идеей изобретения. Для примера, две оптики могут быть сформированы и затем собраны, например, посредством множества гаптических элементов и гибких шарниров вдоль оптической оси.
Несмотря на то, что осуществления были охарактеризованы в деталях, при этом следует понимать, что описание является только лишь примером и не должно восприниматься в ограниченном смысле. Также следует понимать, таким образом, что могут стать очевидными различные изменения деталей вариантов осуществления или дополнительных вариантов осуществления, которые могут быть осуществлены специалистами в данной области после рассмотрения данного описания. Предполагается, что все такие изменения и дополнительные варианты осуществления подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения.