Система линз для пресбиопов с разным уровнем зрения глаз
SYSTEM OF LENSES FOR PRESBYOPES WITH DIFFERENT EYE VISION

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к контактным линзам для коррекции пресбиопии, а более конкретно к системе линз, которая в зависимости от необходимости содержит разные линзы, что приводит к повышению зрительной эффективности. Более конкретно, пара контактных линз обеспечивает определенный уровень несоответствия между двумя глазами для достижения лучших характеристик зрения, и это не вызывает неудобства для пользователя.
2. Описание смежных областей
По мере старения утрачивается способность глаза к аккомодации или способности хрусталика изгибаться, чтобы сфокусироваться на объектах, расположенных относительно близко к наблюдателю. Такое состояние называется пресбиопией. Более конкретно, в момент рождения хрусталик глаза отличается гибкостью, поэтому характеризуется высокой степенью аккомодации. По мере старения хрусталик постепенно становится все более жестким, а следовательно, и менее способным к аккомодации. Схожим образом способность к аккомодации отсутствует у людей с удаленным хрусталиком и имплантированной вместо него интраокулярной линзой (ИОЛ). Притом что задача интраокулярной линзы заключается в избавлении от этого потенциального недостатка, текущие проекты и концепции ИОЛ со способностью к аккомодации относительно новы и продолжают развиваться.
В числе способов коррекции неспособности глаза к аккомодации существует способ, известный под названием «монозрение», который обычно предполагает ношение одной контактной линзы в целях коррекции зрения на дальнее расстояние на ведущем глазу пациента, который, как известно, доминирует в зрении на дальнее расстояние, в сочетании со второй контактной линзой в целях коррекции зрения на ближнее расстояние на ведомом глазу. Монозрение обусловливает зрение как на ближнее, так и на дальнее расстояние, позволяя компенсировать способ построения изображения мозгом. Другим известным способом коррекции пресбиопии является применение бифокальных или мультифокальных контактных линз на обоих глазах пациента. Бифокальные и мультифокальные контактные линзы, предназначенные для коррекции пресбиопии, имеют многочисленные формы. К таким формам относятся концентрическая кольцевая и асферическая конструкции, обе из которых могут применяться в целях коррекции центрального зрения на дальнее и ближнее расстояния. Все подобные конструкции функционируют за счет создания диапазона оптических сил в пределах зрачка. Так, например, в концентрической кольцевой конструкции может использоваться центральное кольцо, обеспечивающее оптические силы, номинально равные оптической силе, необходимой для коррекции зрения пациента на расстоянии, смежное кольцо, обеспечивающее оптическую силу вблизи, и внешнее кольцо, также обеспечивающее оптическую силу на расстоянии. Также могут существовать стратегии подбора контактных линз при нарушении зрения на среднее расстояние, которое не относится ни к ближнему, ни к дальнему, например, при работе с экраном компьютера. Применение бифокальных или мультифокальных линз на обоих глазах приводит к снижению контрастности и разрешения изображения в сравнении с «монозрением», но, как правило, сохраняет бинокулярность. Еще один способ коррекции пресбиопии заключается в помещении бифокальной или мультифокальной линзы в один глаз и однофокальной линзы в другой глаз пациента. Недостаток данного способа состоит в том, что человеку для обеспечения достаточной эффективности зрения требуется большое количество линз, а также в ограничении бинокулярности на ближнем расстоянии.
Для лечения пресбиопии существуют различные классы контактных линз и внутриглазных устройств. Одним из вариантов решения этой проблемы для пациентов пресбиопией, как кратко описано выше, является обеспечение монозрения. При монозрении простую монофокальную линзу с коррекцией зрения пациента на расстоянии помещают в ведущем глазу. В ведомом глазу располагают монофокальную линзу с силой, которая превышает показатель преломления, что обеспечивает лучшее зрение на расстоянии, на величину, равную дополнительной силе, необходимой пациенту. Например, пациенту, у которого показатель преломления на расстоянии составляет -3,0 диоптрии в обоих глазах, а необходимость в дополнительной силе +2,0 диоптрии, в ведущем глазу размещают сферическую линзу силой -3,0 диоптрии, а в ведомом глазу - сферическую линзу силой -1,0 диоптрии. Понятие «необходимость в дополнительной оптической силе», указанное выше, обозначает увеличение силы относительно силы коррекции зрения на расстоянии, которая требуется, чтобы пациент с пресбиопией видел на рабочем расстоянии 40 см.
Проблема, связанная с монозрением, заключается в том, что дополнительная сила превышает +1,75 диоптрии и многие пациенты не переносят визуальное несоответствие между двумя глазами и уменьшение бинокулярности. Офтальмологи обычно определяют несоответствие как разницу между силой относительно показателя преломления на расстоянии у двух глаз; соответственно, в указанном выше примере несоответствие составляет 2,0 диоптрии. Бинокулярность определена как возможность фокусироваться на объекте обоими глазами для получения одиночного стереоскопического изображения.
У пациентов с астигматизмом, как правило, зрение нарушено в еще большей мере. Кроме того, производители не заинтересованы в создании линз для астигматической пресбиопии из-за необходимости хранения большого количества единиц складского хранения и проблем, связанных с этим.
Соответственно, мы видим, что имеющиеся линзовые системы для пациентов с пресбиопией недостаточно соответствуют нуждам пациентов.
Описанная в настоящем документе система линз имеет два или три уникальных варианта конструкции, которые соответствуют нуждам дополнительной оптической силы для пациентов с пресбиопией, у которых такая сила составляет от 0,75 до 2,5 диоптрии. В случае коммерческой продажи такая система линз должна будет также поставляться в комплекте с руководством по подбору линз, в котором будет описано, в какие глаза (ведущие или ведомые) нужно вставлять линзы для того, чтобы добиться наилучшего зрения. Соответственно, офтальмологи заинтересованы в обеспечении наилучшего зрения у пациентов, а также в простом подборе системы линз и в том, чтобы количество пробных линз, хранящихся у них в офисе, было минимальным. Аналогичным образом мы видим, что имеющиеся системы линз для пациентов с пресбиопией недостаточно соответствуют нуждам офтальмологов.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система линз настоящего изобретения для пациентов с пресбиопией с разным зрением глаз не имеет недостатков, которыми отличаются существующие системы линз и которые описаны выше. В частности, в системе линз настоящего изобретения несоответствие не рассматривается как алгебраическая разница в силе, а скорее, как несоответствие в том, что видит пациент, т.е. то, что мы называем визуальным несоответствием и/или несоответствием зрения. Такое понимание несоответствия, а также его отношение к бинокулярному зрению позволяют создать систему мультифокальной конструкции для пресбиопии, которая способна справиться с описанными выше проблемами. Если рассматривать несоответствие в плане несоответствия зрения, то может учитываться не только влияние подбора линз, но и отношение между подбором, конструкцией и общим бинокулярным зрением. В настоящем изобретении предлагается система линз, соответствующее руководство по подбору и способ создания таких линз.
В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к системе линз для пациентов с пресбиопией, имеющих разное зрение в глазах. Система линз, содержащая руководство по подбору с указанием выбора конструкции линзы и подбора линзы в соответствии с необходимостью дополнительной силы, а также группу линз, имеющих множество конструкций, каждая из которых имеет свою силу преломления; в такой системе для каждого варианта конструкции линзы и подбора, указанных в руководстве, визуальное несоответствие  находится в пределах диапазона, заданного условием  > 0,2 * доп. силу + 0,2 и < 0,7 * доп. силу + 0,5.
Настоящее изобретение относится к системе линз, комбинации вариантов конструкции линзы и соответствующих руководств по подбору для пациентов с пресбиопией. Систему линз можно использовать для улучшения бинокулярного зрения при просматривании удаленных, промежуточных и близких объектов с минимальным уровнем несоответствия зрения в глазах, который не доставляет неудобства пациенту. Настоящее изобретение относится к системе линз, которая исправляет несоответствие зрения путем установления минимального и максимального уровня несоответствия зрения глаз. Это несоответствие зрения зависит от конструкции линзы, помещаемой в глаз, и от подбора линз в каждом глазу относительно преломления на расстоянии, имеющегося у пациента.
Существуют два фактора, ограничивающие несоответствие зрения. Ограничение несоответствия зрения , которое определяет минимальное значение несоответствия для системы линз в соответствии с настоящим изобретением, задается выражением:
> 0,2 * доп. силу + 0,2 (1),
где доп. сила - это дополнительная сила субъекта в диоптриях. Однако несоответствие зрения  имеет разные единицы, как описано далее. Это ограничение минимального несоответствия показывает степень, в которой несоответствие можно использовать для улучшения зрения без отрицательных последствий или компромиссов. В качестве дополнительного ограничения системы линз настоящего изобретения также имеется максимальное несоответствие зрения для получения идеальных результатов. Максимальное ограничение зрения задается выражением:
< 0,7 * доп. силу + 0,5 (2).
Комбинация этих двух уравнений обусловливает ограничение несоответствия зрения, которое обеспечивает общее оптимальное бинокулярное зрение. Максимально допустимое несоответствие, уравнение (2), задает верхнюю границу несоответствия, выше которой отрицательное влияние на зрение перевешивает дополнительное усиление, которого можно добиться путем увеличения несоответствия зрения глаз.
Такое понимание способа задания оптимального уровня несоответствия с помощью комбинации конструкции и подбора позволяет получить улучшенную систему линз для пресбиопии. В системе настоящего изобретения используется монофокальная линза и мультифокальная линза, которые применяются на всем диапазоне дополнительной силы, необходимой пациенту. Система с одной монофокальной линзой предоставляет преимущества пациентам (улучшение зрения), офтальмологам и производителям линз (снижение количества линз). При использовании системы с одной линзой вместо нескольких линз объем необходимых запасов линз уменьшается на коэффициент, равный количеству множества линз. Систему с одной линзой можно адаптировать для пациентов с астигматизмом путем создания торической мультифокальной линзы и ее объединением с одной монофокальной линзой. Бинокулярное суммирование и подавление, как раскрывается далее, в случае астигматизма ведут себя иначе, чем в случае, если у пациента нет астигматизма или наблюдается его слабая форма. Соответственно, можно добиться повышенных результатов для более крупного сегмента населения путем объединения неторической версии системы одной мультифокальной линзы с одной торической линзой для более существенного улучшения зрения по сравнению с применением одной неторической линзы в паре с неторической мультифокальной линзой для пациентов с цилиндрическим астигматизмом, имеющих 1,0 диоптрии и меньше. Для системы настоящего изобретения одиночная мультифокальная линза должна быть объединена с уже имеющейся одиночной торической линзой.
Хотелось бы пояснить, что термин «система с одиночной линзой» относится к набору контактных линз, в котором только одна мультифокальная линза используется в одном глазу, тогда как в другом применяется сферическая или торическая линза. Такой тип системы предпочтителен по ряду причин, среди которых уменьшение количества линз, которыми должны обладать изготовители и офтальмологи для подбора нужного варианта. Также важно отметить, что могут использоваться системы с двумя и более мультифокальными линзами, если они соответствуют расчетным ограничениям уравнений (1) и (2) для достижения максимального результата.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Вышеизложенные и прочие элементы и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего, более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, показанных на прилагаемых чертежах.
На ФИГ. 1 представлен профиль силы для примера бифокальной контактной линзы.
На ФИГ. 2 представлен профиль силы для примера мультифокальной контактной линзы.
2
На ФИГ. 3 представлен профиль оптической силы глаза с миопией -3 диоптрии со сферической аберрацией 0,08 диоптрии/мм.
На ФИГ. 4 представлено графическое изображение сравнения измеренной бинокулярной остроты зрения в единицах -10logMAR и прогнозируемой бинокулярной остроты зрения -10logMAR в соответствии с настоящим изобретением.
На ФИГ. 5 представлено графическое изображение модели бинокулярного зрения, демонстрирующее области бинокулярной совокупности и бинокулярного подавления.
На ФИГ. 6 представлено графическое изображение профилей оптической силы первого набора из трех линз в соответствии с первым примером.
На ФИГ. 7 представлено графическое изображение вычисления несоответствия для всех дополнительных сил в первой системе линз из первого примера, которая удовлетворяет расчетным ограничениям настоящего изобретения.
На ФИГ. 8 представлено графическое изображение профилей оптической силы второго набора из трех линз в соответствии с первым примером.
На ФИГ. 9 представлено графическое изображение вычисления несоответствия для всех дополнительных сил во второй системе линз из первого примера, которая удовлетворяет расчетным ограничениям настоящего изобретения.
На ФИГ. 10 представлено графическое изображение остроты бинокулярного зрения на расстоянии для первой и второй системы линз из первого примера.
На ФИГ. 11 представлено графическое изображение остроты бинокулярного зрения вблизи для первой и второй системы линз из первого примера.
На ФИГ. 12 представлено графическое изображение профилей оптической силы системы из двух линз и одной линзы в соответствии с первым примером.
На ФИГ. 13 представлено графическое изображение вычисления несоответствия для всех дополнительных сил во второй системе линз из второго примера, которая удовлетворяет расчетным ограничениям настоящего изобретения.
На ФИГ. 14 представлено графическое изображение вычисления несоответствия для всех дополнительных сил в системе одной линзы из второго примера, которая удовлетворяет расчетным ограничениям настоящего изобретения.
На ФИГ. 15 представлено графическое изображение остроты бинокулярного зрения на расстоянии для системы одной линзы из второго примера в сравнении с имеющимся уровнем техники.
На ФИГ. 16 представлено графическое изображение остроты бинокулярного зрения вблизи для системы одной линзы из второго примера в сравнении с имеющимся уровнем техники.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Контактные линзы представляют собой линзы, которые помещают на глаз. Контактные линзы относятся к медицинским устройствам и могут применяться для коррекции зрения и/или из косметических или иных терапевтических соображений. Контактные линзы применяют в промышленных масштабах с целью улучшения зрения с 50-х годов ХХ века. Первые контактные линзы получали или изготавливали из твердых материалов, и они были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточного проникновения кислорода через контактную линзу в роговицу, что потенциально влекло за собой ряд неблагоприятных клинических последствий. Жесткие контактные линзы прошлого подверглись значительным улучшениям с точки зрения проникновения кислорода в результате применения новых полужестких материалов, что привело к существенному улучшению состояния роговицы. Такие контактные линзы по-прежнему имеют ограниченное применение в связи с тем, что начальный комфорт в лучшем случае остается достаточно небольшим. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые в настоящее время чрезвычайно популярны и широко используются. В недавнее время силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, стали сочетать преимущества силикона, отличающегося повышенной кислородной проницаемостью, с признанным комфортом при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По существу, такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и их, как правило, удобней носить, чем контактные линзы, изготовленные из применявшихся в прошлом твердых материалов. Тем не менее такие новые контактные линзы не лишены ограничений.
Доступные в настоящее время контактные линзы остаются эффективным с экономической точки зрения средством коррекции зрения. Тонкие пластиковые линзы располагаются над роговицей глаза для коррекции дефектов зрения, включая миопию (или близорукость), гиперметропию (или дальнозоркость), астигматизм, т.е. асферичность роговицы, и пресбиопию, т.е. потерю способности хрусталика к аккомодации. Доступны различные формы контактных линз, которые изготовлены из различных материалов и обеспечивают разные функциональные возможности. Мягкие контактные линзы для повседневного ношения обычно изготавливаются из мягких полимерных пластических материалов, которые сочетаются с водой с целью обеспечения кислородной проницаемости. Мягкие контактные линзы для повседневного ношения могут представлять собой однодневные одноразовые линзы или одноразовые линзы длительного ношения. Однодневные одноразовые линзы обычно носят в течение одного дня и затем выбрасывают, тогда как одноразовые линзы длительного ношения обычно носят до тридцати дней. В цветных мягких контактных линзах используются процессы подкрашивания с целью обеспечения различной функциональности. Например, в оттеночных контактных линзах используется легкий цветовой оттенок, который помогает пациенту находить выпавшую контактную линзу. В контактных линзах, изменяющих цвет радужной оболочки глаза, используются прозрачные или непрозрачные красители, чтобы подчеркнуть или изменить внешний вид глаза в косметических целях. Жесткие газопроницаемые контактные линзы изготавливаются из силиконовых полимеров, однако они более жесткие, чем мягкие контактные линзы, что позволяет им поддерживать свою форму и делает их более долговечными. Бифокальные контактные линзы специально разработаны для пациентов с пресбиопией и доступны в виде как мягких, так и жестких контактных линз. Торические контактные линзы специально разработаны для пациентов с астигматизмом и также доступны в виде как мягких, так и жестких контактных линз. Комбинированные линзы, сочетающие разные аспекты вышеописанных линз, также доступны в продаже, например гибридные контактные линзы.
Важно отметить, что, хотя описание настоящего изобретения фокусируется на контактных линзах, принципы изобретения можно применить к интраокулярным линзам, факичным и афакическим, а также к хирургии изменения роговицы, например, по методу лазерной коррекции. Кроме того, обсуждение и примеры также ограничены вращательно симметричными рефракционными конструкциями, но это не является ограничением для изобретения. Конструкции могут быть и дифракционными, и невращательно симметричными.
Пресбиопия корректируется путем алгебраического сложения положительной оптической силы с частью оптической зоны линз, чтобы скорректировать остроту зрения пациента на ближнем расстоянии. Бифокальные и мультифокальные контактные линзы, предназначенные для коррекции пресбиопии, имеют многочисленные формы. К таким формам относятся концентрическая кольцевая и асферическая конструкции, обе из которых могут применяться в целях коррекции центрального зрения на дальнее и ближнее расстояния. Все подобные конструкции функционируют за счет создания диапазона оптических сил в пределах зрачка. Так, например, в концентрической кольцевой конструкции может использоваться центральное кольцо, обеспечивающее оптические силы, номинально равные оптической силе, необходимой для коррекции зрения пациента на расстоянии, смежное кольцо, обеспечивающее оптическую силу вблизи, и внешнее кольцо, обеспечивающее оптическую силу на расстоянии. В соответствии с настоящим изобретением повышение производительности и сокращение времени подбора контактных линз может достигаться за счет применения действующих совместно пар линз, которые обеспечивают хорошую бинокулярность и соответствующую остроту зрения на ближнее, среднее и дальнее расстояние.
Как сказано выше, с целью коррекции пресбиопии может использоваться любое число конструкций контактных линз. В соответствии с примером варианта осуществления, описание которого приведено в патенте США № 8 393 733, переуступленном компании Johnson & Johnson Vision Care Inc., дается описание комплектов контактных линз для лечения пресбиопии, удовлетворяющих определенным конструкционным ограничениям. Каждый комплект контактных линз содержит множество линз, которые обеспечивают сферическую и дополнительную оптические силы в желаемых диапазонах мультифокальной конструкции. В предпочтительном варианте каждый комплект содержит множество линз, обеспечивающих сферическую силу в пределах диапазона от -12,00 до +8,00 диоптрии с приращением 0,5 диоптрии и дополнительную оптическую силу в пределах диапазона от 0,75 до 2,50 диоптрии с приращением 0,25 диоптрии. В более предпочтительном варианте первый комплект линз обеспечивает сферическую силу в пределах диапазона от -12,00 до +8,00 диоптрии с приращением 0,50 диоптрии и дополнительную оптическую силу в пределах диапазона от 0,75 до 1,75 диоптрии с приращением 0,25 диоптрии, второй комплект линз обеспечивает сферическую силу в пределах диапазона от -12,00 до +8,00 диоптрии с приращением 0,5 диоптрии и дополнительную оптическую силу в пределах диапазона от 0,75 до 2,50 диоптрии с приращением 0,25 диоптрии, а третий комплект линз обеспечивает сферическую силу в пределах диапазона от -12,00 до +8,00 диоптрии с приращением 0,50 диоптрии и дополнительную оптическую силу в пределах диапазона от 1,25 до 2,50 диоптрии с приращением 0,25 диоптрии. Эти линзы могут образовывать парные комбинации, указанные в руководствах по подбору и описанные более подробно далее.
Бифокальные или мультифокальные контактные линзы могут быть описаны профилем оптической силы, как показано на ФИГ. 1. Горизонтальная ось представляет собой радиальное расстояние от центра контактной линзы, а вертикальная ось представляет собой оптическую силу линзы и/или аксиальную оптическую силу в этом радиальном положении. В примере, показанном на ФИГ. 1, профиль оптической силы является вращательно симметричным относительно центра контактной линзы. В данном бифокальном примере осуществления изображена бифокальная линза кольцевого типа, хотя линзы настоящего изобретения могут включать другие типы конструкции, например непрерывные асферические или дифракционные линзы. Профиль оптической силы контактной линзы () может быть рассчитан на основе известных форм поверхности, толщины линзы и показателя преломления линзы. Профиль оптической силы контактной линзы также может быть определен на основе волнового фронта линзы, измеренного интерферометром. Семейство линз настоящего изобретения описано при помощи ограничений, которые применяются к несоответствию зрения, вычисленного на основе расчетных профилей оптической силы, описанных в настоящем документе. Создание семейства линз с этими ограничениями обеспечивает идеальный баланс дальнего, ближнего и промежуточного зрения для тех, кто их носит.
Профиль оптической силы контактной линзы, описанный в настоящем документе, представляет собой аксиальную оптическую силу и рассчитывается на основе волнового фронта следующим образом:
(3),
где  - это сила в радиальном положении r и
- это волновой фронт в полярных координатах.
Для волновых фронтов , поэтому уравнение (3) можно сократить до
(4).
Остаточная оптическая сила контактной линзы на глазу  описывается
(5),
где (r,θ) представляет собой аксиальную оптическую силу контактной линзы в диоптриях,
Rx представляет собой предписанную силу сферической линзы в диоптриях;
глаза
2
SA представляет собой сферическую аберрацию глаза (0,08 диоптрии/мм);
F представляет собой подбор линзы относительно плоскости в диоптриях.
глаза
глаза
2
2
В разных моделях глаз значение SA варьируется от 0,06 до 0,1. В настоящем изобретении значение было выбрано в середине диапазона; оно составляло 0,08 диоптрии/мм. Для населения в целом SA может варьироваться от +/-0,1 диоптрии/мм и даже больше в предельных случаях.
Несмотря на то, что профиль оптической силы контактной линзы и остаточная оптическая сила контактной линзы на глазу могут быть описаны в полярных координатах и не должны быть обязательно вращательно симметричными, для простоты показан профиль оптической силы, который вращательно симметричен относительно центра линзы. В этом случае остаточная оптическая сила контактной линзы определяется
(6).
2
На ФИГ. 2 представлен пример профиля оптической силы мультифокальной контактной линзы, выполненной с возможностью помещения на глаз с миопией -3 диоптрии (Rx = -3,0). На ФИГ. 3 представлен профиль оптической силы глаза с миопией -3 диоптрии со сферической аберрацией 0,08 диоптрии/мм. Профиль оптической силы на ФИГ. 3 представлен формулой
(7).
Для ясности при использовании комбинации уравнений 6 и 7 можно видеть, что
(8).
Это определяет оптическую силу линзы с глазом для субъекта, наблюдающего удаленный объект. При наблюдении ближнего объекта, как при чтении, возникает сдвиг оптической силы, если субъект не может добиться полной аккомодации. Такой сдвиг оптической силы определяется относительно его потребности в усилении оптической силы, обозначенной ADD. При взгляде на ближний объект (на расстоянии 40 см от объекта) оптическая сила комбинация линзы и глаза становится следующей:
(9),
где ADD имеет величину от 0,75 до 2,5 диоптрии. Оптическая сила контактной линзы с глазом может быть связана с волновым фронтом контактной линзы и глаза таким же образом, как показано в уравнении 4 и указано в
(10).
После перестановок и интегрирования уравнения 10 мы получаем волновой фронт W контактной линзы вместе с глазом в виде
(11),
где R определяет радиальное расстояние от центра линзы (и глаза, и волнового фронта). Волновой фронт W, полученный из уравнения 11, предполагает наличие вращательно симметричной линзы, однако для большой точности волновой фронт может быть указан в декартовой системе координат. Преобразование полярных координат в декартовы широко известно. При волновом фронте W(x,y) функция зрачка (PF) представляет собой
(12),
2
2
1/2
где A(x,y) = 1 для r=(x+y) <=D/2 и A(x,y) = 0 для r>D/2, а длина волн  составляет 0,555 микрона. Функция зрачка (PF)(x,y) - это комплексная амплитуда в пределах зрачка, и за пределами зрачка она равна 0, т.е. A(r) = 0, когда r>D/2, где D - это диаметр зрачка.
Амплитудная функция рассеяния точки (PSFa) оптической системы (в данном случае это линза и глаз) определяется как преобразование Фурье двухмерной функции зрачка PF(x,y) и выражается при помощи:
(13),
x
y
при этом интегрирование выполняется по радиусу зрачка. Значения  и  выражены в значениях частоты 1/мм и относятся к углам θ и θ, которые являются углами в направлениях x и y в радианах в пространстве объекта и выражаются:
(14) и
(15),
где  - это длина волны в мм.
Функция рассеяния точки для интенсивности (PSF) представляет собой
(16),
где * означает комплексно-сопряженную величину.
Оптическая передаточная функция (OTF) представлена в форме преобразования Фурье PSF в виде
(17),
x
y
где  и  - это циклы на радиану.
Модуляционная передаточная функция (MTF) представляет собой
(18).
Расчет MTF на основе волнового фронта, как описано выше, хорошо известен специалистам в данной области и может проводиться численно.
В полярных координатах MTF становится
(19),
где v - это радиальная частота
(20)
и  - это угол.
Средняя величина MTFa представляет собой
(21).
Взвешенная площадь MTF (WA) рассчитывается по следующему уравнению:
(22),
2
где MTFa вычисляется как в уравнении 21 и является функцией угловой частоты, диаметра зрачка и профиля оптической силы линзы и глаза, а NCSF - это функция нейронной контрастной чувствительности, которая зависит от частоты, диаметра зрачка (D) и яркости (L), выраженной в канделах/м. Для конфигурации линзы, не имеющей вращательной симметрии, MTF рассчитывается как среднее двухмерной MTF.
2
Яркость 250 кандел/м, соответствующая стандартной офисной среде, является примером изобретения, и NCSF выражается в виде:
(23),
а также
(24),
2
где L представляет собой яркость (250 кд/м),
D представляет собой диаметр зрачка в мм,
а E представляет собой освещенность в Тд.
Константы являются следующими:
Описания NCSF можно найти, например, в публикации Contrast Sensitivity of the Human Eye and its Effects on Image Quality, Peter G.J. Barten, опубликованной SPIE Optical Engineering Press в 1999 году, которая включена в настоящий документ посредством ссылки.
Теперь на основе взвешенной площади (WA) можно рассчитать монокулярную характеристику (MP) по следующему уравнению:
2
3
MP = -53,0 + 25,1*log10(WA) -3,8782*log10(WA)+0,1987*log10(WA) 25),
где log10(WA) означает логарифм WA по основанию 10.
Эта величина, которая может быть рассчитана на основе измеренных профилей оптической силы или расчетных профилей оптической силы отдельных линз, обеспечивает основу для ограничений, которые описывают системы линз настоящего изобретения.
Для каждого глаза (левого L и правого R) рассчитывается MP для удаленного и ближнего объектов. Рассчитываются четыре величины:
dL представляет собой MP, рассчитанное для удаленного объекта для линзы в левом глазу;
dR представляет собой MP, рассчитанное для удаленного объекта для линзы в правом глазу;
nL представляет собой MP, рассчитанное для ближнего объекта для линзы в левом глазу; и
nR представляет собой MP, рассчитанное для ближнего объекта для линзы в правом глазу.
Несоответствие зрения вычисляется при помощи следующего уравнения:
(26),
где
- это среднее dL для диаметра зрачка от 2,5 до 6,0 мм,
- это среднее dR для диаметра зрачка от 2,5 до 6,0 мм,
- это среднее nR для диаметра зрачка от 2,5 до 6,0 мм
и
- это среднее nL для диаметра зрачка от 2,5 до 6,0 мм.
Несоответствие дальнего зрения задается при помощи:
(27),
а несоответствие ближнего зрения задается при помощи:
(28).
Отсюда мы видим, что часто бинокулярное зрение лучше монокулярного. В результате множества исследований был продемонстрировано такое явление, как бинокулярное сложение, когда при определенных условиях бинокулярное зрение является лучше монокулярного зрения любого глаза. Имеются также условия, при которых образуется бинокулярное подавление при определенных типах и уровнях несоответствия зрения глаз. В данном случае бинокулярное зрение хуже, чем самое лучшее монокулярное зрение. В целом наличие сложения или подавления зависит от уровня несоответствия зрения глаз. Было проведено клиническое исследование, в котором измерялось бинокулярное зрение и монокулярное зрение 24 субъектов, использующих 16 разных линз и разных комбинаций подбора. На основе данных и предположений, сделанных в рамках предыдущей работы, была разработана модель бинокулярного зрения. Полученные результаты показаны на ФИГ. 4 и 5. На ФИГ. 4 изображено сравнение измеренных данных по остроте зрения в единицах -10logMAR вдоль горизонтальной оси и данных, прогнозируемых моделью. Модель, полученная на основе данных, прогнозирует остроту бинокулярного зрения в единицах MAR на основе следующего уравнения:
(29),
где d и n составляют 1/MAR для ведущего и ведомого глаза соответственно.
Бинокулярное сложение и подавление можно понять, обратившись к ФИГ. 5. На этой фигуре острота бинокулярного зрения является функций остроты зрения ведомого глаза в единицах -10logMAR, а острота бинокулярного зрения ведомого глаза является фиксированной. Поскольку несоответствие дальнего  или ближнего зрения  составляет менее 3,0 (в единицах -10logMAR), то общее бинокулярное зрение будет лучше монокулярного зрения любого из глаз. Если несоответствие превышает 3 линии, то возникает подавление зрения и бинокулярное зрение становится хуже монокулярного.
Существенным аспектом настоящего изобретения является то, что путем ограничения несоответствия в пределах диапазона, в котором обеспечивается бинокулярное сложение, можно реализовать улучшенную пару линз. Для этого требуется проанализировать оба вида зрения при рассмотрении дальних и ближних объектов. С учетом бинокулярного дальнего зрения и бинокулярного ближнего зрения наилучшее общее зрение достигается, когда несоответствие ограничено в пределах области, которая имеет минимальное и максимальное несоответствие зрения. Максимальное и минимальное несоответствие зрения задаются выражениями:
> 0,2 * доп. + 0,2 (30)
и
<0,7 * доп. +0,5 (31),
где доп. сила - это дополнительная сила субъекта в диоптриях.  имеет единицы -10logMAR, так что первое ограничение в каждом уравнении имеет единицы -10logMAR/D, а вторая постоянная имеет единицы -10logMAR.
Несоответствие зрения , а также несоответствие дальнего зрения  и несоответствие ближнего зрения  зависят от профиля оптической силы конструкции в каждом глазу, а также от того, как конструкции подходят плоскости.
Ограничения несоответствия зрения  в уравнениях 30 и 31 используются для задания полной системы пресбиопических линз для соответствия требованиям к дополнительной силе для пациентов от 0,75 до 2,5 диоптрии. Система пресбиопических линз включает по меньшей мере одну конструкцию в комплекте с руководством или таблицей по рекомендуемому подбору.
В качестве дополнительного ограничения среднее бинокулярное дальнее зрения  ограничено уравнением:
>-0,2*доп. +0,6 (32),
а среднее бинокулярное ближнее зрения  ограничено уравнением:
> -1,3*доп. +1,2 (33).
Бинокулярное дальнее зрение и бинокулярное ближнее зрение вычисляются с использованием модели бинокулярного суммирования, содержащейся в уравнении 29. Заметьте, что результаты уравнения 29 указаны в единицах MAR, а ограничение, накладываемое на bD и bN, указано в единицах -10logMAR. Входные значения в уравнении 29 d и n также должны быть в единицах MAR. Входные значения , , , и  указаны в единицах -10logMAR, и их следует преобразовать в единицы MAR.
Линзы настоящего изобретения, описанные вышеуказанными ограничениями, сконструированы с использованием новой модели, описанной в настоящем документе. Во-первых, составляется исходное руководство по подбору, в котором указывается выбор линз и их подбор относительно расстояния преломления для каждой дополнительной силы, связанной с системой. Это руководство является интуитивным руководством для практиков и содержит исходные предположения по выбору линз и подбору для соответствия требованиям к дополнительной оптической силе для пациентов. Затем создается оценочная функция, которая обеспечивает измерение общей работоспособности системы. Эта общая оценочная функция включает взвешенную сумму бинокулярной оценочной функции, которая вычисляется для каждой дополнительной силы, связанной с системой. Для каждой дополнительной оптической силы бинокулярная оценочная функция включает модель бинокулярного зрения, например модель, описанную выше и обобщенную в уравнении 29. Эта бинокулярная оценочная функция зависит от конструкции линзы в каждом глазу, подбора линзы такой конструкции относительно расстояния преломления, оптических свойств глаза и дополнительной оптической силы, необходимой для субъекта. Наконец, имеется порядок оптимизации, призванный отрегулировать конструкцию линзы, а также таблица подбора для снижения общей оценочной функции. Порядок может быть ручным, и в таком случае требуется постоянное вмешательство конструктора, однако в идеале используется компьютерная числовая оптимизация, например имитация отжига или поиск наименьших квадратов или любой другой подходящий алгоритм.
ПРИМЕР 1
Первый пример конструкции предназначен для системы линз, включающий три вида конструкции. Три линзы обозначены как линза А, линза В и линза С. Конструкция каждой из них является вращательно симметричным непрерывным асферическим; профили оптической силы изображены на ФИГ. 6. Эти профили указаны для линз -3,0 диоптрии.
В следующей таблице 1 указаны рекомендации по подбору этих линз. Подбор, приведенный в таблице 1 - это линза (А, В или С) и оптическая сила линзы относительно расстояния преломления.
ТАБЛИЦА 1
Глаз/ADD
0,75
1,0
1,25
1,5
1,75
2,0
2,25
2,5
Ведущий
A 0,00
A 0,00
A 0,00
B 0,00
B 0,00
B 0,00
B 0,00
B 0,00
Ведомый
A +0,25
A +0,25
A +0,25
C 0,00
C 0,00
C 0,00
C 0,00
C 0,00
На ФИГ. 7 изображен результат вычисления несоответствия по уравнению 26 для всех необходимых дополнительных сил из таблицы 1, помещенных на график с максимальными и минимальными ограничениями, демонстрирующими, что эта система линз удовлетворяет ограничениям, заданным уравнениями 30 и 31.
На ФИГ. 8 изображены профили оптической силы для системы линз имеющегося уровня техники. В следующей таблице 2 указаны рекомендации по подбору для этой системы линз.
ТАБЛИЦА 2
Глаз/ADD
0,75
1,0
1,25
1,5
1,75
2,0
2,25
2,5
Ведущий
A 0,00
A 0,00
B 0,00
B 0,00
B 0,00
B 0,00
C 0,00
C 0,00
Ведомый
A 0,00
A 0,00
B 0,00
B 0,00
C 0,00
C 0,00
C 0,00
C 0,00
На ФИГ. 9 изображен результат вычисления несоответствия для этой системы линз имеющегося уровня техники, показывающий, что несоответствие зрения находится за пределами, заданными в уравнениях 30 и 31.
На ФИГ. 10 и 11 изображены вычисления остроты ближнего и дальнего бинокулярного зрения при помощи модели бинокулярного зрения, обобщенной в уравнении 29, что демонстрирует преимущество приведенной в качестве примера системы линз по сравнению с системой имеющегося уровня техники.
В следующей таблице 3 содержится руководство по подбору для приводимой в качестве примера системы вместе с рекомендуемыми изменениями, которые необходимо внести, если после первоначального подбора субъекту требуется улучшить дальнее или ближнее зрение.
ТАБЛИЦА 3
Руководство по первоначальному подбору
Дополнительная сила пациента
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Ведущий глаз
A
A
A
B
B
B
B
B
Ведомый глаз
A+0,25
A+0,25
A+0,25
C
C
C
C
C
Субъекту требуется лучше зрение вблизи
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Ведущий глаз
A
A
A
B
B
B
B
B
Ведомый глаз
B
B
B
C+0,25
C+0,25
C+0,25
C+0,25
C+0,25
Лучшее зрение на расстоянии
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Ведущий глаз
A
A
A
A
A
A
A
A
Ведомый глаз
A
A
A
C
C
C
C
C
ПРИМЕР 2
Второй пример конструкции представляет собой систему, содержащую одну линзу, которая носится на ведущем глазу, и постоянную асферическую мультифокальную линзу, которая носится на ведомом глазу. За счет использования одной линзы в ведущем глазу для этой системы требуется изготовление и хранение только одной мультифокальной линзы. Профили оптической силы для этих двух линз (линза А - это одиночная линза, которая в этом примере является сферической линзой, а линза В - это непрерывная асферическая мультифокальная линза) изображены на ФИГ. 12.
Руководство по подбору в следующей таблице 4 приводит к несоответствию, изображенному на ФИГ. 13. Как показано на фигуре, расчетное несоответствие находится между минимальным и максимальным несоответствием, вычисленным с использованием уравнений 30 и 31.
ТАБЛИЦА 4
Глаз/ADD
0,75
1,0
1,25
1,5
1,75
2,0
2,25
2,5
Ведущий
A 0,25
A 0,25
A 0,25
A 0,25
A 0,25
A 0,25
A 0,25
A 0,25
Ведомый
B -0,25
B -0,25
B 0,0
B 0,00
B 0,00
B 0,25
B 0,25
B 0,25
Также возможны другие руководства при условии соблюдения ограничений несоответствия. Руководство по подбору в следующей таблице 5 приводит к несоответствию, изображенному на ФИГ. 14. Как показано на фигуре, расчетное несоответствие находится между минимальным и максимальным несоответствием, вычисленным с использованием уравнений 30 и 31.
ТАБЛИЦА 5
Глаз/ADD
0,75
1,0
1,25
1,5
1,75
2,0
2,25
2,5
Ведущий
A 0,00
A 0,00
A 0,00
A 0,00
A 0,00
A 0,00
A 0,00
A 0,00
Ведомый
B -0,25
B -0,25
B 0,0
B 0,00
B 0,00
B 0,25
B 0,25
B 0,25
Однолинзовая система, описанная выше, содержит одиночную сферическую линзу, спаренную с вращательно симметричными непрерывными асферическими муфльтифокальными линзами. Одиночная линза может также быть асферической, а мультифокальные линзы могут иметь иную конструкцию, например дифракционную, либо иметь другие области зрения на расстоянии и вблизи, либо они могут быть асимметричными, если линзы и рекомендации по подбору соответствуют ограничениям, содержащимся в уравнениях 30 и 31.
На ФИГ. 15 и 16 изображены вычисления остроты ближнего и дальнего бинокулярного зрения при помощи модели бинокулярного зрения, обобщенной в уравнении 29, что демонстрирует преимущество приведенной в качестве примера системы линз по сравнению с системой имеющегося уровня техники.
В следующей таблице 6 содержится руководство по подбору для примерной системы вместе с рекомендуемыми изменениями, которые необходимо внести, если после первоначального подбора субъекту требуется улучшить дальнее или ближнее зрение.
ТАБЛИЦА 6
Руководство по первоначальному подбору
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Ведущий
SV
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Ведомый
Мультифокальный
-0,25
-0,25
0
0
0
0,25
0,25
0,25
Субъекту требуется лучше видеть вблизи (вариант № 1) - добавить +0,25 диоптрии для ведущего глаза
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Ведущий
SV
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Ведомый
Мультифокальный
-0,25
-0,25
0
0
0
0,25
0,25
0,25
Субъекту требуется лучше видеть вблизи (вариант № 2) - добавить +0,25 диоптрии для ведомого глаза
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Ведущий
SV
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Ведомый
Мультифокальный
0
0
0,25
0,25
0,25
0,5
0,5
0,5
Субъекту требуется лучше видеть вдаль (вариант № 1) - добавить -0,25 диоптрии для ведомого глаза
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Ведущий
SV
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
Ведомый
Мультифокальный
-0,5
-0,5
-0,25
-0,25
-0,25
0
0
0
Субъекту требуется лучше видеть вдаль (вариант № 2) - добавить -0,25 диоптрии для ведущего глаза
0,75
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
2,5
Ведущий
SV
0
0
0
0
0
0
0
0
Ведомый
Мультифокальный
-0,25
-0,25
0
0
0
0,25
0,25
0,25
ПРИМЕР 3
Если пациент страдает астигматизмом, то расчетных результатов, описанных в ПРИМЕРЕ 2, можно достичь путем замены одиночной линзы в ведомом глазу на одиночную торическую линзу в ведущем глазу и на торическую мультифокальную линзу в ведомом глазу. В торической мультифокальной линзе торическая поверхность обычно располагается на задней стороне линзы. Нижний профиль для торической мультифокальной линзы -3 диоптрии будет аналогичен профилю, изображенному на ФИГ. 12, вдоль астигматической оси, и он будет смещен на величину, равную предписанной силе цилиндрической линзы вдоль ортогональной оси.
Система пресбиопических линз, описанная в настоящем документе, исправляет астигматизм в обоих глазах и соответствует ограничениям, указанным в уравнениях 30 и 31, обеспечивая хороший баланс между бинокулярным ближним, промежуточным и дальним зрением. Такая система имеет свои преимущества перед системами для астигматиков, так как количество новых линз, которые требуется изготовить и поместить на хранение, сокращается в сравнении с традиционными двух- и трехлинзовыми пресбиопическими системами.
ПРИМЕР 4
Приведенное обсуждение бинокулярного зрения, бинокулярного сложения и подавления включали такие случаи, когда несоответствие зрения глаз связано с вращательно-симметричной расфокусировкой и аберрациями. Подавление возникает при низком уровне несоответствия, когда в контактной линзе или в глазу имеются невращательные симметричные аберрации. В частности, при астигматизме бинокулярное подавление проявляется в гораздо большей степени (Colins M, Goode A, Brown B, Distance Visual Acuity and Monovision. Optometry and Vision Science 1993; 70:723-728). Негативное влияние бинокулярного зрения на зрительное несовпадение в этом случае связано с наличием цилиндра (астигматизма) в ведущем глазу. Пример конструкции линзы предлагает использование торической линзы в ведущем глазу, которая полностью исправляет астигматизм, а также применение мультифокальной линзы в ведомом глазу. Мультифокальная линза аналогична линзе, которая применяется в ПРИМЕРЕ 2, равно как и руководство по подбору, за исключением того, что торическая линза в ведущем глазу используется для исправления астигматизма у пациента.
Обычно минимальная коррекция цилиндра для пациентов с контактными линзами составляет 0,75 диоптрии. Из-за снижения бинокулярного зрения в присутствии несоответствия пресбиопам в меньшей степени требуется исправление астигматизма в ведущем глазу. Для такой пресбиопической системы торическая коррекция ведущего глаза должна составлять 0,25 диоптрии.
Важно отметить, что, хотя изобретение было подробно описано в отношении контактных линз, принципы и концепции изобретения, описанные здесь, применяются в равной степени и к другим типам линз, включая интраокулярные линзы. Кроме того, контактные линзы, подразумеваемые в настоящем документе, включают одиночные контактные линзы, бифокальные контактные линзы, мультифокальные контактные линзы, торические контактные линзы, дифракционные контактные линзы, концентрические кольцевые контактные линзы, непрерывные асферические контактные линзы, твердые контактные линзы, мягкие контактные линзы и любой другой тип контактных линз.
Хотя настоящее изобретение было показано и описано в форме вариантов осуществления, считающихся наиболее практически важными и предпочтительными, должно быть понятно, что специалисты в данной области смогут предложить отклонения от конкретных описанных и показанных конструкций и способов, которые могут быть использованы без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается конкретными конструкциями, описанными и показанными в настоящем документе, но все образцы изобретения должны согласовываться со всеми модификациями в пределах объема, определенного прилагаемой формулой изобретения.