КОНСТРУКЦИИ МНОГОФОКУСНОЙ КОНТАКТНОЙ ЛИНЗЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ АПОДИЗАЦИЮ ЗРАЧКА
CONSTRUCTION OF MULTIFOCAL CONTACT LENS USING THE PUPIL APODIZATION

Область техники
Изобретение относится к многофокусным офтальмическим линзам. В частности, изобретение предусматривает контактные линзы, которые обеспечивают коррекцию пресбиопии с использованием многофокусных конструкций, которые масштабируются применительно к отдельному человеку или группе людей на основании как размера зрачка, так и эффекта Стайлса-Крауфорда.
Уровень техники
По мере старения человека глаз утрачивает способность к аккомодации или искривлению естественного хрусталика для фокусировки на объекты, которые относительно близки к наблюдателю. Такое состояние называется пресбиопией. Аналогично, у людей, у которых удален естественный хрусталик и вместо него вставлена интраокулярная линза, способность к аккомодации отсутствует.
Одним из методов, используемых для коррекции неспособности глаза к аккомодации, является использование линз, имеющих более одной оптической силы. В частности, были разработаны многофокусные контактные и интраокулярные линзы, в которых обеспечены зоны дальнего и ближнего и, в ряде случаев, промежуточного зрения.
Известно, что размер зрачка отдельного человека изменяется с возрастом, яркостью и расстоянием от глаза до наблюдаемого объекта. Например, при увеличении яркости размер зрачка уменьшается, тогда как по мере старения человека реакция зрачка на изменения освещения ослабевает. Однако некоторые традиционные многофокусные контактные линзы обычно не учитывают размер зрачка и, таким образом, менее эффективны в распределении света на пользователя линзы во всех условиях наблюдения. Даже в тех линзах, которые учитывают размер зрачка, линзы не учитывают тот факт, что колбочки глаза более чувствительны к световым лучам, которые падают перпендикулярно поверхности колбочек, чем к другим лучам. Таким образом, интенсивность реакции на свет достигает пика в центре или вблизи центра апертуры зрачка и уменьшается по направлению к краям, и это явление называется эффектом Стайлса-Крауфорда первого рода ("эффектом Стайлса-Крауфорда" или "SCE"). Поэтому наилучший зрительный результат для линзы нельзя получить, просто согласовывая размер оптических зон многофокусной линзы с учетом только размера зрачка. Напротив, конструкция должна учитывать как размер зрачка, так и эффект Стайлса-Крауфорда.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - конструкция многофокусной линзы.
Фиг.2 - конструкция, показанная на фиг.1, масштабируемая с учетом размера зрачка.
Подробное описание изобретения и предпочтительных вариантов осуществления
Изобретение предусматривает контактную линзу и способы изготовления линзы, которая корректирует рефрактивное восприятие носителя линзы (пользователя) с учетом размера зрачка совместно с SCE. Способ, отвечающий изобретению, полезен при разработке многофокусных контактных и интраокулярных линз, но может находить широкое применение при обеспечении многофокусных конструкций контактных линз.
В одном варианте осуществления, изобретение предусматривает способ конструирования контактной линзы, содержащий, по существу, и включающий в себя этапы, на которых: a) обеспечивают оптическую конструкцию; и b) масштабируют оптическую конструкцию на основании размера зрачка и SCE.
На первом этапе изобретения обеспечивается многофокусная оптическая конструкция. Конструкция может представлять собой любую желаемую многофокусную конструкцию, но, предпочтительно, конструкция состоит из, по меньшей мере, двух радиально симметричных зон: первой зоны, которая является центральной зоной, и второй зоны, которая является кольцевой зоной, которая окружает центральную зону. Предпочтительно, центральная зона является зоной дальнего зрения, т.е. зоной, которая обеспечивает силу, необходимую для существенной коррекции остроты дальнего зрения носителя линзы до требуемой (заданной) степени. Кольцевая зона, предпочтительно, является зоной ближнего зрения, т.е. зоной, которая обеспечивает силу, необходимую для существенной коррекции остроты ближнего зрения носителя линзы до требуемой степени. Альтернативно, зона ближнего зрения может смещаться до около 0,5 диоптрий для обеспечения коррекции промежуточного зрения.
1
2
3
Более предпочтительно, конструкция включает в себя вторую кольцевую зону, которая обеспечивает коррекцию дальнего зрения. В конструкцию можно включить любое количество дополнительных зон, каковые зоны могут обеспечивать коррекцию дальнего, и/или ближнего, и/или промежуточного зрения, т.е. корректирующую силу между ближней и дальней силой. В иллюстративных целях, на фиг.1 изображена многофокусная конструкция 10. Конструкция состоит из центральной зоны 15 дальнего зрения, первой кольцевой зоны 16 силы ближнего зрения  и второй кольцевой зоны силы дальнего зрения. Радиусы центральной зоны (r), первой кольцевой зоны (r) и второй кольцевой зоны (r) равны 1, 2 и 4 мм, соответственно, измеренные от точки A, геометрического центра поверхности линзы.
Согласно способу, отвечающему изобретению, конструкция масштабируется на основании размера зрачка с учетом SCE. При масштабировании на основании размера зрачка можно использовать измерения либо размера зрачка популяции людей, либо размера зрачка одного человека. Например, в Таблице 1 приведены данные размера зрачка тринадцати человек в возрасте от 35 до 42 лет.
Таблица 1
Уровень яркости (кд/м<sup>2</sup>)
1 человек (мм)
Экстраполяция для 1 человека (мм)
Диапазон (13 человек, 35-42 лет) (мм)
Наиболее точный подбор, Все данные (мм)
0,31
7,4
7,3
7,4-4,9
5,8
1
5,8
5,9
5,8-4,1
4,8
3,1
4,8
4,9
4,8-2,7
4,16
10
4,0
4
4,0-2,5
3,51
31
3,4
3,3
3,4-2,4
2,98
100
2,8
2,7
2,8-2,2
2,51
311
2,24
2,143
1000
1,84
1,80
Данные можно использовать для вычисления наиболее точного подбора с использованием следующего уравнения:
(I)
где x - уровень яркости в канделах на миллиметр; и
y - диаметр зрачка в миллиметрах. Результаты такого вычисления приведены в столбце "Наиболее точный подбор, все данные" Таблицы 1.
Альтернативно, можно использовать следующее уравнение для аппроксимации степенной зависимостью для вычисления на основании данных размера зрачка отдельного человека:
(II)
где x - уровень яркости в канделах на миллиметр; и
y - диаметр зрачка в миллиметрах. Результаты такого вычисления приведены в столбце "Экстраполяция для 1 человека" Таблицы 1.
В порядке примера, трехзонная многофокусная конструкция, показанная на фиг.1, масштабируется на основании размера зрачка отдельного человека. В нижеприведенной Таблице 2 указаны типичные уровни света, измеренные в различных условиях освещенности.
Таблица 2
Яркость (кд/м<sup>2</sup>)
Яркое солнце
3,000-6,000
Туманный день
1,500-3,000
Облачный светлый
600-1,500
Облачный пасмурный
120-600
Очень пасмурный
6-120
Закат
0,06-6
Полная луна
0,0006-0,006
Свет звезд
0,000006-0,00006
Операционная
300-600
Витрины магазина
0-300
Чертежное бюро
18-30
Офис
12-18
Жилые помещения
3-12
Коридоры
3-6
Яркое уличное освещение
1,2
Тусклое уличное освещение
0,06
2
2
2
2
2
2
Согласно данным в Таблице 2, репрезентативный уровень яркости при наблюдении удаленных объектов вне помещения в дневное время составляет около 1000 кд/м, при наблюдении ближних и промежуточных объектов в помещении составляет около 15 кд/м и при наблюдении уделенных объектов вне помещения вечером составляет около 0,30 кд/м. При экстраполяции данных из Таблицы 3 согласно Уравнению II диаметр зрачка отдельного человека равен 2,0 мм при 1000 кд/м, 4,0 мм при 10 кд/м и 7,2 мм при 0,30 кд/м.
4
5
6
Нижеследующая экстраполяция используется для масштабирования конструкции, показанной на фиг.1. На фиг.2 показана полученная масштабированная конструкция 20 с радиусом центральной зоны (r), первой кольцевой зоны (r) и второй кольцевой зоны (r), равным 1, 2 и 3,65 мм, соответственно. Таким образом, внешний диаметр центральной зоны 25 дальнего зрения  равен 2 мм, внутренний диаметр и внешний диаметр кольцевой зоны 26 ближнего зрения  равен 2 мм и 4 мм, соответственно, и внутренний и внешний диаметры внешней зоны 27 дальнего зрения равны 4 мм и 7,3 мм, соответственно. Отношение площадей центральной зоны, зоны ближнего зрения и внешней зоны дальнего зрения составляет 1:3,0:8,96.
Согласно способу, отвечающему изобретению, SCE используется для масштабирования конструкции. Благодаря SCE, эффективность преобразования света в зрительный фотопотенциал уменьшается от центра зрачка, или точки максимальной эффективности. Этот спад эффективности можно выразить параболической функцией, заданной уравнением:
(III)
где η - эффективность визуализации эффективности;
x - расстояние любой точки зрачка от точки максимальной эффективности; и
ρ - константа, составляющая около 0,05 у здоровых субъектов.
Уравнение III полезно для определения снижения эффективности для диаметров зрачка вплоть до 6 мм. Для диаметров свыше 6 мм используется аппроксимация гауссовой кривой.
Для определения эффективного диаметра зрачка, который скорректирован с учетом SCE, Уравнение III преобразуется следующим образом:
(IV)
max
путем подстановки η вместо y, и x равным 0.
0
Затем Уравнение IV интегрируется для получения площади под кривой до края зрачка, например x = 3 для зрачка 6 мм, и приравненного прямоугольнику той же площади. Для измеренного радиуса зрачка X эффективный радиус равен:
(V)
Эффективные диаметры зрачка, вычисленные для определенных репрезентативных измеренных значений диаметров зрачка, приведены ниже в Таблице 3.
Таблица 3
Фактический диаметр зрачка (мм)
Эффективный диаметр зрачка (мм)
2,0
1,93
4,0
3,46
6,0
4,44
8,0
4,94
В Таблице 3 показано, что для больших размеров зрачка эффективный размер зрачка меньше фактического размера зрачка.
В конструкции, показанной на фиг.1, отношение площадей для фиг.1 равно 1:3,0:8,96 при радиусах зрачка 1, 2 и 3,65 мм. Рассматривая просто площадь зрачка, которая связана с тем, сколько энергии света фокусируется на сетчатку из каждой зоны, можно заключить, что внешняя зона слишком велика и будет негативно влиять на производительность конструкции.
1
2
1
3
2
2
2
2
2
2
Конкретно, площадь центрального круга равна pi*r , площадь первой кольцевой области равна pi*(r -r ), площадь внешнего кольца равна pi*(r -r ). Отношение площадей центральной, ближней, внешней зоны можно вычислить следующим образом:
Это соотношение можно упростить:
1
2
3
где каждый из r, r и r - эффективные радиусы, вычисленные с использованием Уравнения V.
Вычисление эффективного диаметра зрачка с использованием Уравнения V и последующее сравнение площадей каждого кольца дает отношение 1:2,23:2,94, демонстрирующее значительное увеличение эффективности внешней зоны дальнего зрения.
2
2
2
2
2
Далее, с учетом исследований, указывающих небольшое снижение остроты зрения, когда уровень яркости падает с 75 кд/м до 7,5 кд/м, но ярко выраженное снижение остроты зрения, когда яркость уменьшается с 7,5 кд/м до 0,75 кд/ми до 0,075 кд/м, влияние размывания изображения вследствие расфокусировки сильнее ухудшает остроту зрения в условиях низкой яркости. Поэтому, когда человеку необходима острота ближнего зрения, требуется обеспечить настолько большую площадь оптики, корректирующей дальнее зрение, сколько может позволить зрачок данного человека. Таким образом, улучшение распределения для этой конструкции обеспечивается путем уменьшения внешнего диаметра зоны ближнего зрения с 4 мм до 3,6 мм и увеличения внешнего диаметра зоны до 8,0 мм, что обеспечивает распределение отношения площадей, равное 1:1,76:3,8.
Ниже проиллюстрировано масштабирование конструкции на основании размера зрачка отдельного человека. В порядке альтернативы, конструкцию можно масштабировать на основании средних значений информации размера зрачка для популяции людей, например полной группы, представленной данными, указанными в последних двух столбцах Таблицы 1. В порядке еще одной альтернативы, можно задать подгруппы полной группы, причем каждая подгруппа образована людьми, имеющими сходную зависимость диаметра зрачка от уровня яркости.
В конструкциях, отвечающих изобретению, наилучшие результаты получаются в случаях, когда размер зрачка носителя (пользователя) линзы увеличивается до размера, который может использовать большую часть или всю многофокусную зону. В трехзонной конструкции, вклад внешней зоны дальнего зрения уменьшается вследствие недостаточного расширения зрачка, количество света, входящего в зрачок, уменьшается, и это снижает остроту зрения. Таким образом, трехзонная конструкция может быть не оптимальной для людей, зрачки которых не увеличиваются до 6,0 мм. В таких случаях может быть предпочтительна двухзонная бифокальная конструкция с центральной зоной ближнего зрения и кольцевой зоной дальнего зрения. В этой двухзонной конструкции, если диаметр центральной зоны равен 2,0 мм, получается удовлетворительная интенсивность изображения для ближних объектов, и внешняя зона дальнего зрения обеспечивает удовлетворительную коррекцию в тех случаях, когда зрачок расширяется в условиях низкой яркости.
В линзах, отвечающих изобретению, центральная зона и дополнительные зоны могут располагаться на передней поверхности, или объектной боковой поверхности, задней поверхности, или глазной боковой поверхности линзы, или распределены между передней и задней поверхностями. Цилиндрическая сила может быть обеспечена на задней, или вогнутой поверхности линзы для коррекции астигматизма носителя. Альтернативно, цилиндрическая сила может быть объединена с одной или обеими из сил дальнего и ближнего зрения на передней поверхности или задней поверхности. Во всех линзах, отвечающих изобретению, дальняя, промежуточная и ближняя оптические силы могут быть сферическими или асферическими силами.
Контактные линзы, отвечающие изобретению, предпочтительно являются мягкими контактными линзами. Предпочтительно использовать мягкие контактные линзы, выполненные из любого материала, пригодного для создания таких линз. Иллюстративные материалы для изготовления мягких контактных линз включают в себя, без ограничения, кремниевые эластомеры, кремнийсодержащие макромеры, включая, без ограничения, раскрытые в патентных заявках США №№5,371,147, 5,314,960 и 5,057,578, включенных сюда посредством ссылки в полном объеме, гидрогели, кремнийсодержащие гидрогели и пр. и их комбинации. Более предпочтительно, поверхность выполнена из силоксана или обладает свойствами силоксана, включая, без ограничения, макромеры полидиметилсилоксана, метакрилоксипропил-поли-алки-1-силоксаны, и их смеси, кремниевый гидрогель или гидрогель, например этафилкон A.
Предпочтительными материалами для изготовления линзы являются полимеры поли-2-гидроксиэтил-метакрилата, имеющие пиковую молекулярную массу от около 25,000 и около 80,000 и полидисперсность от менее около 1,5 до менее около 3,5, соответственно, и ковалентно связанную с ними, по меньшей мере, одну поперечно сшитую функциональную группу. Этот материал описан в патентной заявке США № 60/363,630, номер в реестре поверенного VTN 588, включенную сюда в полном объеме посредством ссылки. Подходящие материалы для изготовления интраокулярных линз включают в себя, без ограничения, полиметилметакрилат, гидроксиэтилметакрилат, инертные прозрачные пластмассы, полимеры на основе кремния и пр. и их комбинации.
Отверждение материала для изготовления линзы можно осуществлять любыми известными способами, включая, без ограничения, термическое, световое, химическое, электромагнитное отверждение и пр. и их комбинации. Предпочтительно, линза формуется с использованием ультрафиолетового света или с использованием полного спектра видимого света. В частности, конкретные условия, пригодные для отверждения материала линзы, зависят от выбранного материала и формуемой линзы. Процессы полимеризации офтальмических линз, включая, без ограничения, контактные линзы, общеизвестны. Подходящие процессы раскрыты в патенте США №5,540,410, включенном сюда в полном объеме посредством ссылки.
Контактные линзы, отвечающие изобретению, можно изготавливать любым традиционным способом. Например, оптическую зону можно создавать алмазным точением или алмазным точением в формы, которые используются для изготовления линзы, отвечающей изобретению. Затем подходящую жидкую смолу помещают между формами с последующим сжатием и отверждением смолы для формирования линз, отвечающих изобретению. Альтернативно, зону можно создавать алмазным точением в кнопки линзы.