ИНТРАОКУЛЯРНАЯ ЛИНЗА
INTRAOCULAR LENS

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к интраокулярной линзе (ИОЛ), а более конкретно - к интраокулярной линзе с дифракционной решеткой на ее передней или задней поверхности.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Интраокулярная линза (ИОЛ) представляет собой линзу, которая может быть имплантирована в глаз, чаще всего для замены собственного хрусталика глаза после операции по удалению катаракты. Обычно она включает в себя поперечные гибкие опоры, так называемые «гаптические элементы», используемые для поддержки линзы в капсульном мешке. Интраокулярная линза может быть рефракционной линзой, дифракционной линзой, либо рефракционно-дифракционной линзой. Рефракционная линза собирает, сужает световой поток, направляя его к фокальной точке на оптической оси за счет преломления света, тогда как дифракционная линза образует дифракционную структуру, формирующую по одной фокальной точке на оптической оси для каждого дифракционного порядка. Рефракционно-дифракционная линза сочетает в себе характерные особенности обеих этих линз.
Собственный хрусталик глаза имеет некоторую эластичность, позволяющую ему, благодаря действию капсульных мышц, осуществлять аккомодацию глаза для ближнего или дальнего зрения. За счет вытягивания кромок хрусталика капсульные мышцы выпрямляют хрусталик, делая его более плоским и перемещая тем самым его фокальную точку. Однако из-за ослабления капсульных мышц с возрастом или в результате замены хрусталика интраокулярной линзой пациент может, по меньшей мере, частично терять эту аккомодационную способность.
Для решения этой проблемы были предложены несколько типов бифокальных или мультифокальных интраокулярных линз.
Бифокальная или мультифокальная рефракционная Интраокулярная линза имеет переменную рефракционную силу, обычно уменьшающуюся от центра линзы по направлению к ее внешним краям. Такие интраокулярные линзы продаются на рынке под маркам lolab NuVue, Storz Tru Vista, Alcon AcuraSee, loptex и АМО ReZoom. В них используется преимущество, заключающееся в том, что в ситуациях, когда требуется ближнее зрение, такое, например, как чтение, человек обычно использует высокую освещенность, и это приводит к закрытию радужной оболочки глаза, прикрывая внешнюю часть линзы и поддерживая только более центральную часть, имеющую наибольшую рефракционную силу. В одном альтернативном варианте рефракционная интраокулярная линза может иметь асферический профиль, для того чтобы исправлять асферическую аберрацию роговицы.
Однако эти чисто рефракционные бифокальные или мультифокальные линзы имеют недостатки. В особенности, их действие в значительной степени зависит от размера зрачка. Кроме того, поскольку они имеют несколько фокальных точек, они обеспечивают только ограниченную контрастность изображения и могут образовывать глаукоматозный ореол при дальнем зрении с уменьшенной освещенностью.
В качестве альтернативы этому предлагается использование рефракционно-дифракционных интраокулярных линз. Как правило, эти линзы обеспечивают рефракционную оптическую фокальную точку нулевого порядка для дальнего зрения и по меньшей мере одну дифракционную фокальную точку первого порядка для ближнего зрения. Некоторые рефракционно-дифракционные интраокулярные линзы, такие, например, как разработанные компанией 3М и разработанные компанией АМО и реализуемые на рынке под маркой Tecnis, разделяют световой пучок по существу равномерно между обеими этими фокальными точками. С другой стороны, интраокулярные линзы Acri.Tec Acri.lisa 366D имеют ассиметричное распределение светового потока, с большим световым потоком, направленным к фокальной точке для дальнего зрения, чем световой поток для ближнего зрения, с целью улучшить контрастность изображения и уменьшить вероятность образования глаукоматозного ореола при дальнем зрении.
В статье «История и разработка аподизированной интраокулярной линзы» Дж.А.Дэвидсона и М.Дж.Симпсона, опубликованной в Журнале по рефракционной хирургии катаракты. Том 32, 2006 г., стр.849-858, дата выдачи и № патента: 10.1016/j.jcrs 2006.02.006, описана рефракционно-дифракционная интраокулярная линза, в которой дифракционный профиль аподизирован, имея уменьшающуюся амплитуду в направлении, проходящем от оптической оси к внешнему краю линзы. Эта линза, реализуемая на рынке под маркой ReSTOR, позволяет осуществлять изменение распределения света между фокальными точками для дальнего зрения и ближнего зрения согласно апертуре зрачка.
Однако эти рефракционно-дифракционные интраокулярные линзы, соответствующие уровню техники, предшествующему данному изобретению, также имеют определенные недостатки. В частности, они являются почти чисто бифокальными, с таким расстоянием между фокальной точкой для дальнего зрения и фокальной точкой для ближнего зрения, что они могут быть неудобны для промежуточного зрения.
Были предложены также мультифокальные рефракционно-дифракционные линзы, имеющие по меньшей мере одну промежуточную фокальную точку. В международной патентной заявке WO 94/11765 предложена рефракционно-дифракционная линза с фокальной точкой нулевого порядка для промежуточного зрения, фокальной точкой порядка+1 для ближнего зрения и фокальной точкой порядка -1 для дальнего зрения. Однако эта линза позволяет осуществлять только по существу равномерное распределение света между тремя фокальными точками, независимо от апертуры зрачка.
В международной патентной заявке WO 2007/092949 предложена интраокулярная линза, имеющая множество дифракционных профилей, каждая из которых имеет отдельную фокальную точку порядка +1. Различные профили расположены на концентрических зонах, и распределение света между фокальными точками в результате этого в значительной степени зависят от размера зрачка, как это имеет место в рефракционных мультифокальных интраокулярных линзах.
Кроме того, все дифракционные и рефракционно-дифракционные линзы, соответствующие уровню техники, предшествующему данному изобретению, имеют недостаток, заключающийся в потере значительной части светового потока при прохождении по направлению к неиспользуемым фокальным точкам порядка, превышающего единицу.
Раскрытие изобретения
Первая цель данного изобретения - предложить интраокулярную линзу, имеющую две используемые дифракционные фокальные точки с распределением света между обеими этими фокальными точками, которое не обязательно зависит от размера зрачка.
Интраокулярная линза согласно данному изобретению включает в себя переднюю поверхность и заднюю поверхность и имеет по существу передне-заднюю оптическую ось. В этой линзе одна из этих передней и задней поверхностей включает в себя первый дифракционный профиль, образующий по меньшей мере одну первую дифракционную фокальную точку порядка +1 на вышеупомянутой оптической оси, и второй дифракционный профиль, образующий вторую дифракционную фокальную точку порядка +1 на вышеупомянутой оптической оси, которая отличается от первой дифракционной фокальной точки порядка +1, причем по меньшей мере одна часть вышеупомянутого второго дифракционного профиля накладывается по меньшей мере на одну часть первого основного дифракционного профиля, так что порядок +2 второго дифракционного профиля добавляется к порядку +1 первого дифракционного профиля.
Оба дифракционного профиля, даже после их наложения, продолжают образовывать отдельные дифракционные фокальные точки. Таким образом, можно получить две различные фокальные точки порядка +1 без такого распределения света между ними, на которое оказывал бы негативное влияние размер зрачка.
Другая цель данного изобретения - предложить мультифокальную интраокулярную линзу. С этой целью вышеупомянутая линза может преимущественно представлять собой рефракционно-дифракционную линзу с расположенной на вышеупомянутой оптической оси фокальной точкой нулевого порядка, отличной от вышеупомянутых первой и второй фокальных точек порядка +1. В частности, вышеупомянутая фокальная точка нулевого порядка может представлять собой фокальную точку для дальнего зрения, вышеупомянутая первая фокальная точка порядка +1 может являться фокальной точкой для ближнего зрения, а вышеупомянутая вторая фокальная точка порядка +1 может являться фокальной точкой для промежуточного зрения.
Таким образом, можно получить мультифокальную интраокулярную линзу, в частности с фокальной точкой для дальнего зрения, фокальной точкой для промежуточного зрения и фокальной точкой для ближнего зрения, без распределения света между по меньшей мере двумя из этих локальных точек, и в особенности между фокальной точкой для ближнего зрения и фокальной точкой для промежуточного зрения, на которое бы обязательно оказывал негативное влияние размер зрачка.
Еще одной целью данного изобретения является ограничение потерь энергии светового пучка из-за порядков дифракции, больших, чем +1. Для этого вышеупомянутая фокальная точка для ближнего зрения может также по существу совпадать на оптической оси с фокальной точкой порядка выше 1, образованной вторым дифракционным профилем. В частности, вышеупомянутая фокальная точка более высокого порядка может представлять собой фокальную точку порядка +2.
Таким образом, свет, направленный к вышеупомянутой фокальной точке более высокого порядка, не теряется, а используется для усиления фокальной точки порядка +1, в особенности фокальной точки для ближнего зрения. Таким образом, обеспечивается преимущество ассиметричного распределения света в пользу фокальной точки для ближнего зрения по сравнению с фокальной точкой для промежуточного зрения, которая является менее важной.
Преимуществом является то, что вышеупомянутая фокальная точка для ближнего зрения находится на расстоянии от фокальной точки для дальнего зрения соответственно в диапазоне от +2,5 дптр до +5 дптр, в частности от +3 дптр до +4 дптр, таком как, например, +3,5 дптр. Эта фокусное расстояние позволяет обеспечить приемлемую имитацию оптимальной аккомодационной способности собственного хрусталика.
Пропорциональная часть светового пучка, направленного к дифракционным точкам порядка +1, зависит от амплитуды дифракционного профиля. К примеру, в рефракционно-дифракционной линзе с амплитудой дифракционного профиля, равной одной длине волны, весь световой поток будет направлен к дифракционным фокальным точкам, однако при уменьшении амплитуды все большая часть светового потока будет направляться к рефракционной фокальной точке. При нулевой амплитуде дифракционного профиля линза будет, безусловно, являться чисто рефракционной.
Преимуществом является то, что второй дифракционный профиль может иметь меньшую амплитуду, чем первый дифракционный профиль.
Преимуществом является то, что вышеупомянутые первый и/или второй дифракционный профиль могут быть аподизированы с уменьшающейся амплитудой от оптической оси по направлению к внешнему краю линзы, в частности пропорционально третьей степени расстояния до оптической оси. Таким образом, при увеличении апертуры линзы распределение светового потока будет изменяться в пользу рефракционной фокальной точки, т.е. фокальной точки для дальнего зрения, и в ущерб фокальным точкам для ближнего и промежуточного зрения.
Преимуществом является то, что линза может быть асферической, с тем, чтобы получить большую глубину резкости зрения.
Преимуществом является то, что вышеупомянутый первый дифракционный профиль и/или вышеупомянутый второй дифракционный профиль могут представлять собой профиль киноформного типа, с помощью которых могут подавляться ненужные рефракционные фокальные точки, в особенности фокальные точки отрицательного порядка. Еще большим преимуществом является то, что края вышеупомянутого первого и/или второго дифракционного профиля могут быть закругленными, что сглаживает острые углы и улучшает качество изображения за счет меньшего рассеяния светового потока.
Подробное описание изобретения
Подробное описание вариантов осуществления данного изобретения будет приведено ниже в иллюстративном виде, не ограничивающем объем данного изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показан пример реализации интраокулярной линзы согласно данному изобретению.
На фиг.2 схематически показана линза, изображенная на фиг.1, с фокальной точкой для дальнего зрения, фокальной точкой для промежуточного зрения и фокальной точкой для ближнего зрения.
На фиг.3 показан радиальный разрез передней поверхности линзы, изображенной на фиг.1, имеющей два наложенные друг на друга дифракционные профили.
На фиг.4а показан первый из двух дифракционных профилей, изображенных на фиг.3.
На фиг.4b показан второй из двух дифракционных профилей, изображенных на фиг.3.
На фиг.5 показано распределение светового потока в оптической оси линзы, изображенной на фиг.1, для определенной апертуры зрачка.
На фиг.7а показано сравнение передаточных функций модуляции трех фокальных точек линзы, выполненной в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, по сравнению с передаточными функциями модуляции двух фокальных длин бифокальной линзы, соответствующей уровню техники, предшествующему данному изобретению, с величиной апертуры зрачка, равной 2,0 мм.
На фиг.7b показано сравнение передаточных функций модуляции трех фокальных точек линзы, выполненной в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, по сравнению с передаточными функциями модуляции двух фокальных длин бифокальной линзы, соответствующей уровню техники, предшествующему данному изобретению, с величиной апертуры зрачка, равной 3,0 мм.
На фиг.7с показано сравнение передаточных функций модуляции трех фокальных точек линзы, выполненной в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения, по сравнению с передаточными функциями модуляции двух фокальных длин бифокальной линзы, соответствующей уровню техники, предшествующему данному изобретению, с величиной апертуры зрачка, равной 4,5 мм.
Общая конфигурация интраокулярной линзы 1, выполненной согласно варианту осуществления данного изобретения, показана на фиг.1. Как можно видеть на этой фигуре, линза включает в себя центральный оптический корпус 2 и в этом примере конфигурации две гибких опоры 3, так называемые «гаптические элементы», расположенные на внешней кромке линзы 1 для поддержки ее в капсульном мешке, когда она имплантирована в глаз пациента. Однако специалисту в данной области техники известны и другие альтернативные конфигурации, применяемые в интраокулярной линзе, выполненной согласно данному изобретению, такие как, например, имеющие большее число гаптических элементов, гаптические элементы в форме петли и т.д.
Показанная на фиг.2 интраокулярная линза 1, выполненная согласно проиллюстрированному здесь варианту осуществления данного изобретения, представляет собой линзу рефракционно-дифракционного типа. Центральный оптический корпус 2 включает в себя переднюю поверхность 4 и заднюю поверхность 5 и имеет по существу передне-заднюю оптическую ось 6. Передняя и/или задняя поверхности 4, 5 имеют такую кривизну, что линза 1 направляет часть падающего светового потока на рефракционную фокальную точку 7 нулевого порядка, расположенную на оптической оси. Эта фокальная точка 7 представляет собой фокальную точку для дальнего зрения. В этом конкретном варианте осуществления данного изобретения линза имеет асферичность с величиной асферической аберрации, составляющей - 0,11 мкм. Эта асферичность обеспечивает естественный баланс между чувствительностью к контрасту и глубиной резкости за счет введения умеренной положительной сферической аберрации в глаз, в который имплантирована эта линза.
Однако на своей передней поверхности 4 линза 1 имеет рельеф 8, показанный на фиг.3 и образованный наложением первым дифракционным профилем 9, изображенным на фиг.4а, на второй дифракционный профиль 10, изображенный на фиг.4b. (Необходимо отметить, что на этих трех фигурах высота профилей значительно увеличена по сравнению с радиальным расстоянием r). Рельеф 8, таким образом, образует сложную дифракционную фигуру с расположенной на оптической оси 6 первой дифракционной фокальной точкой 11 порядка +1, соответствующей первой дифракционной решетке 9, и второй дифракционной фокальной точкой 11 порядка +1, соответствующей второму дифракционному профилю 10. Первая дифракционная фокальная точка 11 порядка +1 представляет собой фокальную точку для ближнего зрения, тогда как вторая дифракционная фокальная точка 12 порядка +1 представляет собой фокальную точку для промежуточного зрения.
Первый дифракционный профиль 9 является профилем киноформпого типа, приблизительно описываемого следующим выражением:
1
1
2
1
В этом уравнении H(r) представляет собой высоту первого дифракционного профиля 9 в зависимости от радиального расстояния r относительно оптической оси, R - это радиальное расстояние от внешней кромки линзы до оптической оси, λ - это длина волны, на которой глаз имеет наивысшую чувствительность (обычно 550 нм), n и n - это коэффициенты преломления материала, из которого изготовлена линза и ее имплантационная подложка, a1 - это амплитудный параметр (0,44 в проиллюстрированном здесь варианте осуществления данного изобретения), и F - это фокусное расстояние фокальной точки 11 порядка +1 этого первого дифракционного профиля 9 (300 мм для +3,5 дптр в этом варианте осуществления данного изобретения).
Второй дифракционный профиль также является профилем киноформного типа, приблизительно описываемым следующим выражением:
2
1
2
В этом уравнении Н(r) представляет собой высоту второго дифракционного профиля 10 в зависимости от радиального расстояния r относительно оптической оси, a - это амплитудный параметр (0,27 в проиллюстрированном здесь варианте осуществления данного изобретения), и F - это фокусное расстояние фокальной точки 12 порядка +1 этого второго дифракционного профиля 10 (600 мм для +1,75 дптр в этом варианте осуществления данного изобретения).
Следует отметить, что из-за ограничений, связанных с технологией изготовления линзы, реальные дифракционные профили 9, 10 лишь приблизительно соответствуют этим уравнениям. В частности, края этих фактических дифракционных профилей будут закругленными, что может быть имитировано кривой, показанной на фиг.4а и 4b, и что имеет дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении рассеивания светового потока с целью улучшения оптического качества изображения.
1
2
2
1
Рельеф 8, получающийся в результате взаимного наложения этих дифракционных профилей 9, 10, лишь отчасти соответствует формуле Н(r)=H(r)+Н(r), как показано на фиг.3. Поскольку в этом варианте осуществления данного изобретения F=2F, второй дифракционный профиль имеет период колебаний, равный половине периода колебаний первого дифракционного профиля 9. Рельеф 8 имеет, следовательно большую высоту зубьев 13 пилообразной кривой, получаемую в результате добавления ступеньки первого дифракционного профиля 9 к ступеньке второго дифракционного профиля 10, перемежающихся с зубьями 14 малой высоты, соответствующими одной ступеньке из двух первого дифракционного профиля 10. Кроме того, благодаря этому второй дифракционный профиль 10 образует дифракционный профиль порядка +2, совпадающий с фокальной точкой 11 порядка +1 первого дифракционного профиля 9. В результате этого часть светового потока, которая была бы в противном случае потеряна, используется здесь для того, чтобы способствовать лучшему ближнему зрению.
Способ оценки оптического приоритета предложенной в данном изобретении интраокулярной линзы состоит в экспериментальном определении ее передаточной функции модуляции (MTF - modulation transfer function). Передаточная функция модуляции оптической системы отражает часть контраста изображения, которая передается через оптическую систему для определенной пространственной частоты (разрешающей способности). В общем случае контраст уменьшается при увеличении частоты колебаний. На фиг.5, показывающей кривую 15 зависимости 15 передаточной функции модуляции линзы 1 от фокальной разрешающей силы D, можно видеть для апертуры зрачка, составляющей 3,0 мм, в модели глаза согласно стандарту ISO (Международной организации по стандартизации) при частоте колебаний 50 циклов/мм. Эта кривая 15 имеет три пика 16, 17, 18, соответствующих фокальной точке для дальнего зрения, фокальной точке 12 для промежуточного зрения и фокальной точке 11 для ближнего зрения. В этой линзе 1 с указанной величиной апертуры распределение света между этими тремя фокальными точками составляет 49% для дальнего зрения, 34% для ближнего зрения и 17% для промежуточного зрения. На этой фигуре можно также видеть, что очень мало света направляется в другие зоны, отличные от этих трех фокальных точек.
1
2
Как можно видеть на фиг.3, 4а и 4b, амплитуда двух дифракционных профилей 9, 10 уменьшается пропорционально третьей степени радиуса r, согласно выражениям для зависимости величин H(r), Н(r). Рельеф 8 следовательно «аподизируется», так что он уменьшается от центра линзы 1 в направлении к ее наружному краю. Таким образом, при увеличении апертуры все больше света будет направляться к рефракционной фокальной точке 7 в ущерб дифракционным фокальным точкам 11 и 12. Это можно видеть на фиг.6, на которой кривая 19 соответствует процентной части падающего света, направленного к фокальной точке 7 для дальнего зрения, кривая 20 соответствует процентной части света, направленного к фокальной точке 12 для промежуточного зрения, кривая 21 соответствует процентной части света, направленного к фокальной точке 11 для ближнего зрения, а кривая 22 соответствует процентной части световой энергии, которая теряется, как теоретически вычислено согласно апертуре зрачка, выраженной в миллиметрах.
На фиг.7а, 7b и 7с показана интраокулярная линза 1, выполненная согласно варианту осуществления данного изобретения в сравнении с бифокальной интраокулярной линзой Acri.Tec Acri.lisa 366D, которая считается одной из лучших интраокулярных линз, соответствующих уровню техники, предшествующему данному изобретению. Кривые 23, 24 и 25 отображают зависимости передаточных функций модуляции от пространственной частоты для фокальной точки 7 для дальнего зрения, фокальной точки 11 для ближнего зрения и фокальной точки 12 для промежуточного зрения соответственно. Кривые 26 и 27 отображают зависимости передаточных функций модуляции от пространственной частоты для фокальных точек для дальнего зрения и ближнего зрения соответственно бифокальных интраокулярных линз Acri.Tec Acri.lisa 366D, приведенных для сравнения.
Фиг.7а соответствует апертуре зрачка, составляющей 2,0 мм. Можно видеть, что кривая 24, соответствующая ближнему зрению и являющаяся, как правило, наиболее важной для малой апертуры, такой, как указана выше, очень аналогична кривой 27 линзы, соответствующей уровню техники, предшествующему данному изобретении. Однако линза 1, выполненная согласно этому примеру варианта реализации данного изобретения, имеет преимущество, заключающееся в том, что она также имеет фокальную точку 12 для промежуточного зрения. При этой апертуре линза 1 имеет теоретическое распределение энергии света: 41% для дальнего зрения, 35% для ближнего зрения и 24% для промежуточного зрения. Для сравнения, линза Acri.lisa, соответствующая уровню техники, предшествующему данному изобретению, имеет распределение энергии света: 65% для дальнего зрения и 35% для ближнего зрения.
Фиг.7b соответствует апертуре зрачка, составляющей 3,0 мм. В этом случае кривая 24 соответствующая ближнему зрению с линзой 1, продолжает оставаться очень аналогичной кривой 27 линзы, соответствующей уровню техники, предшествующему данному изобретению, тогда как кривая 23 для дальнего зрения близка по форме и расположению к стандартной кривой 26, соответствующей дальнему зрению при использовании линзы Acri.lisa. При этой апертуре теоретическое распределение энергии света между фокальными точками 7, 12 и 11 составляет 49%/34%/17%, по сравнению с распределением энергии света 65%/35% для стандартной линзы Acri.lisa.
И, наконец, фиг.7с соответствует апертуре зрачка, равной 4,5 мм. В этом случае кривая 23 передаточной функции модуляции для дальнего зрения линзы 1 расположена выше соответствующей кривой 26 стандартной линзы Acri.lisa. С другой стороны, кривая 24 для ближнего зрения остается довольно близкой к стандартной кривой 27, в частности для среднего и высокого значения пространственных частот. В этом случае теоретическое распределение энергии света между фокальными точками 7, 12 и 11 составляет 67%/24%/9%, по сравнению с распределением энергии света 65%/35% для стандартной линзы.
Хотя данное изобретение было описано со ссылками на конкретные примеры вариантов осуществления изобретения, очевидно, что в этих примерах реализации данного изобретения можно выполнить различные модификации и изменения без изменения общего объема данного изобретения, определенной прилагаемой формулой изобретения. К примеру, в альтернативных вариантах осуществления данного изобретения интраокулярная линза, выполненная согласно данному изобретению, может иметь различные дифракционные профили, отличающиеся от профилей киноформного типа, либо профили с различным периодом колебаний и расстояниями между двумя накладываемыми друг на друга дифракционными профилями. Эти дифракционные профили могут, кроме того, накладываться только как часть передней или задней поверхности линзы. Линза может также иметь различную кривизну на ее передней и/или задней поверхностях, или вообще не иметь кривизны поверхности, причем кривизна поверхности, в зависимости от конкретной потребности, может быть асферической или не асферической. Соответственно данное техническое описание и прилагаемые чертежи должны рассматриваться, как иллюстративные, а не ограничивающие рамки объема данного изобретения.