ШИРОКОУГОЛЬНОЕ ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ
WIDE-ANGLE OPTICAL UNIT FOR OPHTHALMOLOGICAL IMPLANTS

Изобретение относится к широкоугольному оптическому устройству для офтальмологических имплантатов согласно п. 1 формулы изобретения.
Широкоугольное оптическое устройство является компонентом предпочтительно офтальмологического имплантата для восстановления аккомодационной способности. Оно содержит оптическое устройство с большим угловым допуском, а также с разделительной структурой. Оно не обязательно содержит оптический регулировочный механизм аккомодационной системы. Вместе с оптическим регулировочным механизмом, а при необходимости с отдельными выходными поверхностями или компонентами широкоугольное оптическое устройство образует оптическую систему.
Офтальмологические имплантаты служат в офтальмологии для восстановления и сохранения остроты зрения. Простыми имплантатами являются, например, искусственные хрусталики глаза, например, заменяющие в случае помутнения эндогенный хрусталик глаза при катаракте. Такие хрусталики содержат единственную линзу. Также в офтальмологии известны бифокальные или многофокальные линзы с двумя или несколькими параллельно регулируемыми фиксированными фокусировками, причем пациент концентрируется в зависимости от необходимости после тренировки в соответствии с обстановкой на одной из постоянно предложенных фокусировках в пользу более высокой резкости изображения. Как правило, искусственные хрусталики глаза монолитные, в частности, они не являются системой линз с несколькими линзами.
В частности, в последнее время известны также регулируемые системы линз, в которых используются либо регулируемые по своей форме отдельные линзы, либо регулируемые системы линз.
Например, из WO 2007/020184 A1 известна искусственная система для восстановления аккомодационной способности. Она содержит регулируемую независимо от цилиарной мышцы оптическую систему, являющуюся либо активным оптическим элементом с изменяемой кривизной светопреломляющей граничащей поверхности, либо с изменяемым распределением индекса преломления, или с возможностью перемещения пассивно-оптический элемент с постоянными оптическими свойствами, или комбинацию одного или нескольких активных и/или пассивных оптических элементов.
Кроме того, из WO 00/38593 A1 известен глазной имплантат с множеством линз в корпусе по существу цилиндрической формы, вставляемый в глаз посредством крепежных элементов. Имплантат отличается не только своей предпочтительной цилиндрической формой, центрированной вокруг оптической оси, но и светонепроницаемостью цилиндрической боковой поверхности.
Такие вышеназванные сложно сконструированные оптические системы, имплантируемые в глаз на месте человеческого хрусталика или дополнительно к нему, в большинстве случаев сильно ограничивают поле зрения потенциального пациента вследствие своих геометрических и оптических условий ограничения, как, например, необходимости уменьшения габаритных размеров для глаза. Поэтому указанные глазные имплантаты отличаются, по существу, от известных из оптической метрологии и/или из области оптических устройств. Естественный человеческий глаз имеет поле зрения по вертикали примерно 130°, а по горизонтали примерно 180°. Это приводит, в частности, к тому, что при имплантации совокупной конструкции сильно нарушается периферическая острота зрения пациента в вертикальном и горизонтальном направлениях. Вследствие этого, например, в искусственной аккомодационной системе, как это предлагается в WO 2007/020184 A1, следует считаться с максимальным ограничением поля зрения на 80°, что приводит к так называемому туннельному зрению. К тому же периферийное зрение необходимо для ориентации человека в помещении, для ориентации в сумерках и темноте, а также для реакционной способности при боковых раздражениях.
Обычные широкоугольные системы и содержащие их оптические системы не подходят только для использования в человеческом глазу, поскольку их замысел состоит в воспроизведении широкоугольного диапазона в плоскости объекта на определенный, маленький участок в плоскости изображения (кинопленка, чип камеры).
Исходя из этого, задача изобретения состоит в создании широкоугольного оптического устройства для офтальмологических имплантатов в глазу, ограничивающего поле обзора пациента вследствие изготовления или конструкции так, чтобы оно, не ограничивая остроту зрения вдаль в центральном поле зрения, одновременно обеспечивало периферическое зрение обладателю имплантата.
Данная задача решается посредством широкоугольного оптического устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения. Следующие из нее зависимые пункты содержат предпочтительные варианты выполнения.
Для решения задачи предлагается широкоугольное оптическое устройство оптической системы для офтальмологических имплантатов глаза, имеющее, по меньшей мере, одну расположенную симметрично вокруг оптической оси систему линз, по меньшей мере, с двумя расположенными предпочтительно в одной плоскости друг за другом линзами из различных материалов, а также направленную в соответствии с оптической осью систему для регулировки рефракции, а также разделительную структуру.
Оптическая система имеет дистальную сторону, в частности, направленную от сетчатой оболочки, и направленную к сетчатой оболочке проксимальную сторону, образованные соответственно дистальной и проксимальной оптической выходной поверхностью.
Предпочтительно, если система линз широкоугольного оптического устройства расположена в оптической системе с дистальной стороны, а разделительная структура - с проксимальной стороны. Предпочтительно, если первая линза системы линз образует дистальную выходную поверхность и соединительную поверхность с наполненной внутриглазной жидкостью передней камерой глаза. Проксимальная выходная поверхность оптической системы непосредственно примыкает к стекловидному телу и образуется предпочтительно выходным окном. Выходное окно, выполнено опционально как оптическая линза дополнительной линзы и образует в качестве нее проксимальную замыкающую линзу системы линз в направлении к стекловидному телу глаза. Выходное окно является предпочтительно целостным компонентом корпуса оптической системы.
Преломления луча света происходят на граничащих поверхностях между соответственно двумя участками с разным коэффициентом преломления. В соответствии с этим первое преломление падающего в глаз луча света происходит на внешней поверхности выгнутой роговицы глаза, с последующим преломлением между внутренней стороной роговицы и внутриглазной жидкостью в передней камере глаза, а затем от нее - в переход в дистальную выходную поверхность дистальной линзы системы линз.
Существенный признак относится к системе линз, в частности, на участке дистальной выходной поверхности. Она рассчитана так, что падающий через дистальную выходную поверхность луч света преломляется выходной поверхностью для восприятия периферического поля зрения также при больших углах падения в диапазоне от 80° до 90° или от 80° до 95°, предпочтительно, от 80° до 85° и передается дальше в системе линз без полного внутреннего отражения в переходах между двумя линзами.
Предпочтительно, если выходная поверхность выполнена плоской, причем падающий на глаз луч света направлен при угле падения 90° параллельно к ней, однако падает на участки естественной сферической поверхности роговицы и также преломляется на этом участке. Только система линз усиливается при вышеуказанном первом преломлении света на участке роговицы для восприятия угла падения даже при плоской выходной поверхности более чем 80°-90°.
Для этого линзы системы линз имеют разные коэффициенты преломления, причем коэффициент преломления каждой линзы системы линз постепенно изменяется соответственно к соседней линзе, начиная от дистальной выходной поверхности, предпочтительно чередуясь.
Оптическое устройство с изменяющейся рефракцией оптической системы состоит либо из комбинации линз с возможностью механического перемещения (например, перемещаемой линзы) и/или из корпуса линзы с регулируемой фокусировкой, предпочтительно в заполненном инертным газом объеме.
Граничащие поверхности между газом и оптическим элементом (линза, выходное окно или прочие оптические твердые тела) соответственно имеют значение для характерного изменения коэффициента преломления, необходимого для регулировки фокусировки оптической системы. Оптическое устройство с большим угловым допуском нужно выполнять посредством следующих друг за другом линз, предпочтительно с изменяющимся коэффициентом преломления так, чтобы падающие на оптические граничащие поверхности лучи света имели угол ниже критического угла полного внутреннего отражения.
Существенным признаком широкоугольного оптического устройства является, кроме того, разделительная структура, отводящая в качестве отдельного оптического компонента дальнейшую передачу лучей света, в частности, из углов падения от более 40° до 90° на периферические участки сетчатки (сетчатой оболочки).
Кроме того, предпочтительный вариант выполнения имеет кольцеобразно охватывающую граничащую поверхность на проксимально замыкающей оптическую систему линзе, на которую надета кольцеобразная оптическая разделительная структура и имеющая предпочтительно оптическое качество. Разделительная структура выполнена предпочтительно как круговая призма и расположена в качестве таковой предпочтительно вокруг проксимальной оптики с изменяемой регулировкой рефракции (например, перемещаемая линза). Понятия "Разделительная структура" и "Круговая призма" содержат также в рамках изобретения наряду с замкнутым кольцевым элементом с постоянным или изменяющимся поперечным сечением структуры или призмы сегменты кольца (элемент круговой призмы), перекрывающие только определенные частичные участки граничащей поверхности вместо всей охватывающей граничащей поверхности. Например, разделительная структура, круговая призма или несколько разных сегментов кольца с разными поперечными сечениями структуры или призмы могут быть расположены на граничащей поверхности, обеспечивающие, например, поле зрения 180° в горизонтальном направлении и только 130° - в вертикальном направлении.
Разделительная структура служит для увеличения широкоугольного допуска офтальмологических имплантатов, ограничивающих поле зрения пациента вследствие производственных или конструктивных особенностей и для его перевода в диапазон естественного человеческого глаза и обеспечения или расширения благодаря этому периферического зрения обладателя имплантата.
При помощи разделительной структуры захваченная глазом область изображения делится предпочтительным способом на центральный участок с большим разрешением, а также на периферический участок края с меньшим разрешением, а вследствие этого с подгонкой к оптической разрешающей способности сетчатки. Естественный человеческий глаз имеет поле обзора (поле зрения) по вертикали примерно 130°, а по горизонтали - примерно 180°, в частности примерно ±65° - по вертикали и примерно ±90° - по горизонтали вокруг линии симметрии хрусталиков глаза или направления глаз.
Туннельное зрение ограничивает поле зрения вставленного в оболочку офтальмологического имплантата без других мероприятий потому, что, в частности, лучи света не падают или недостаточно падают на сетчатку под большими углами поля изображения.
В частности, лучи света, проникающие в глаз, в частности, с большими углами падения, в частности, более чем 60° к главному направлению зрачка или к ориентации глаза, или к линии симметрии широкоугольного оптического устройства в глазу, либо не передаются дальше оптическим устройством в глазу, либо воспроизводятся на сетчатке в пределах вышеуказанного ограниченного участка проекции.
При помощи разделительной структуры, в частности, упомянутой круговой призмы можно разделить поле зрения предпочтительно на оба вышеуказанных поддиапазона, что приближается к естественному разделению участка зрения на центральный фовеальный участок и на расположенный вокруг него периферийный участок. Фовеальное зрение дает резкое зрительное восприятие довольно ограниченного угла поля зрения вокруг линии симметрии хрусталиков глаза или направления глаз. При этом на центральной ямке сетчатки (точка фиксации), центральном участке на сетчатке, т.е. участке самого острого зрения в человеческом глазу, воспроизводится только поле зрения менее чем 5° (обычно 1-2°). В противоположность этому фовеальному зрению периферическое зрение дает нерезкое зрительное восприятие вне точки фиксации в остающемся угловом диапазоне отображаемого поля зрения. Кроме того, человеческая сетчатая оболочка вне центральной ямки сетчатки до ее участков края вследствие своей конструкции очень эффективна в отношении движений объекта и имеет, по сравнению с центральной ямкой сетчатки гораздо более сильную светотеневую чувствительность, а поэтому необходима для зрения в сумерках и в темноте. Периферийное зрение отвечает, в частности, за передачу первичного восприятия совокупности обстановки для обнаружения движений объекта, а также за сумеречное зрение.
Для периферического зрения человека информация, поступающая из широкоугольного диапазона в глаз, должна также отображаться на периферические участки сетчатой оболочки, поскольку только во внешних участках сетчатой оболочки существуют необходимые для периферического зрения сенсорные ячейки.
Отличие по форме и коэффициенту преломления разделительной структуры от стекловидного тела вызывает дальнейшее малорефлективное отведение проходящего луча света предпочтительно в периферические участки сетчатки.
Выполнение предусматривает круговую призму, надетую с геометрическим замыканием на граничащую поверхность и также предпочтительно фиксированную на ней. При расположении круговой призмы на перемещаемой линзе с проксимальной стороны она передвигается вместе с круговой призмой относительно предпочтительно проксимального со стороны оболочки выходного окна, а также к переходу к стекловидному телу.
Альтернативное выполнение предусматривает круговую призму, допускающую относительные движения относительно перемещаемой линзы (альтернативно - системы линз с изменяющейся рефракцией). Круговая призма не соединена с замыканием с перемещаемой линзой, а предпочтительно является целостной составной частью, например, со стороны корпуса выходного окна, однако она охватывает полностью или частично окружающую граничащую поверхность проксимальной перемещаемой линзы. Возможность перемещения между перемещаемой линзой и круговой призмой вызывает изменяемое при перемещении и воспринимаемое сетчаткой поле зрения.
Следовательно, признаки широкоугольного оптического устройства содержат рассчитанные для определенного размера имплантата различные преломляющие оптические линзы из разных оптических материалов и с разной рефракцией, а также предпочтительно призматическую разделительную структуру, содержащую радиальную оптику и с возможностью подгонки к соответствующей анатомии глаза. В рамках изобретения предусмотрено, что в зависимости, например, от специфической для пациента анатомии глаза и требований к оптическому устройству имплантата используются только отдельные сегменты разделительной структуры.
Обладателю совокупного имплантата, оборудованного широкоугольным оптическим устройством, обеспечивается периферийное зрение, создаваемое естественным хрусталиком человека. Этим устраняется вышеупомянутое туннельное зрение, вызванное обусловленным структурой ограничением поля зрения, благодаря расчету имплантата и создается возможность для пациента ориентироваться в помещении, воспринимать общую обстановку, реагировать на боковые раздражители, а также видеть в сумерках и при неярком освещении. Широкоугольное оптическое устройство служит для повышения безопасности и качества жизни обладателей имплантата. Существенные технические признаки, а также преимущества и действие широкоугольного оптического устройства обобщены в следующем:
- комбинация нескольких оптических компонентов для расширения воспринимаемого сетчаткой поля зрения,
- компоновка отдельных оптических компонентов с возможностью компенсации возникающих аберраций,
- призматические, охватывающие, по меньшей мере, частично оптическую систему структуры для разделения и разведения лучей света, входящих в оптическую систему под более большими углами поля изображения для обеспечения воспроизведения в периферии сетчатой оболочки. Разделительную структуру можно подгонять к анатомическим свойствам обладателя имплантата.
Далее приводится описание изобретения посредством одного примера выполнения в комбинации с перемещаемой линзой с возможностью ее осевого перемещения, который можно опционально комбинировать и расширять как с отдельными, так и с со всеми вышеуказанными мероприятиями. На чертежах показаны:
фиг. 1. Пример выполнения оптической системы с широкоугольным оптическим устройством и перемещаемой линзой в разрезе, а также
фигуры 2а-2r. Сопоставление рассчитанных ходов луча света в обычном оптическом устройстве от (а) до (i) по сравнению с широкоугольным оптическим устройством от (j) до (r) в виде расчета параметров искусственной аккомодационной системы вместо естественного человеческого хрусталика при помощи схематической модели человеческого глаза с оптической системой с возможностью регулирования рефракции.
Оптическая система с широкоугольным оптическим устройством и перемещаемой линзой для офтальмологических имплантатов для примера выполнения искусственной аккомодационной системы показана на фиг. 1 в разрезе. Регулировка рефракции оптической системы происходит в изображенном варианте выполнения при помощи трехлинзовой системы, содержащей систему 2 линз с высоким угловым допуском, перемещаемую линзу 3, а также замыкающую линзу 4 с общей оптической осью 5. Двояковогнутая в примере выполнения перемещаемая линза может передвигаться вдоль оптической оси относительно системы линз, а также замыкающей линзы. Замыкающая линза обеспечивает специфическую для пациента основную рефракцию оптической системы, а вследствие этого - офтальмологического имплантата, позволяет корректировать аберрации и служит в качестве проксимального выходного окна для аккомодационной системы в стекловидное тело глаза. Изображенная оптическая система содержит с системой линз 2 оптический компонент, увеличивающий угловой допуск необходимой для регулировки желаемого аккомодационного состояния трехлинзовой оптической системы и разделительной структуры 6, надетой на граничащую поверхность 7 вокруг перемещаемой линзы 3 и служащей для разделения и разведения широкоугольных диапазонов к сетчатке.
Система линз 2 с пятью отдельными линзами 8, 9, 10, 11 и 12, находящимися в одной плоскости друг за другом и также фиксированными предпочтительно относительно друг друга, рассчитана так, что увеличивается угловой допуск оптической совокупной системы. Для этого отдельные линзы выполнены в качестве примера, как указано ниже.
Первая линза 8 является просто вогнутой линзой из стекла с коэффициентом преломления 1,716 при 632,8 нм длины волны (N-KZFS8 фирма Schott, Mainz, [3]), причем плоская поверхность линзы служит выходной поверхностью с дистальной стороны. Вторая линза 9 является выпукло-вогнутой линзой из цветного корригирующего бариумного кронгласа с коэффициентом преломления 1,567 при 632,8 нм длины волны (N-BAK4 фирма Schott, Майнц, [3]). В примере выполнения обе первые линзы 8 и 9 располагаются своим профилированием с геометрическим замыканием друг за другом и образуют в собранном состоянии комбинированную линзу, к которой с проксимальной стороны прилегает с геометрическим замыканием третья линза 10, двояковыпуклая линза. Третья линза 10 состоит из стекла с коэффициентом преломления 1,845 при 632,8 нм длины волны (N-LASF9 фирма Schott, Майнц, [3]). Вместе с третьей линзой двояковогнутая четвертая линза 11 из стекла с коэффициентом преломления 1,457 при 632,8 нм длины волны (Lithosil-Q фирма Schott, Майнц, [3]) также образует комбинированную линзу, к проксимальной поверхности которой примыкает с геометрическим замыканием пятая двояковыпуклая линза 12. Система линз 2 проксимально замыкается посредством пятой двояковыпуклой линзы 12 из полиметилметакрилата с коэффициентом преломления 1,508 при 632,8 нм длины волны (РММА, Acrylic-2 по п. [3]) к перемещаемой линзе.
При этом система линз состоит для увеличения углового допуска из материалов с разными коэффициентами преломления и подогнанной кривизной для предотвращения полного внутреннего отражения в переходах материала. Для этого в примере выполнения выбираются коэффициенты преломления, изменяющиеся между высокими и низкими величинами. Минимальное количество линз и компонентов, а также выбор материала зависят от минимальных требований, предъявляемых к системе линз и угловому допуску.
Призматическая разделительная структура 6 подобрана в изображенном варианте выполнения в виде замкнутой кольцевой структуры. Материал разделительной структуры можно ориентировать на материал корпуса офтальмологического имплантата. В этом выполнении в качестве материала выбран полиметилметакрилат.
На фигурах 2а-2r показано сопоставление рассчитанных ходов луча света при помощи схематической модели человеческого глаза с оптической системой с возможностью регулирования рефракции в виде расчета параметров искусственной аккомодационной системы вместо естественного человеческого хрусталика при помощи схематической модели человеческого глаза. На фигурах схематически показан ход 13 луча света, а также построчно угол падения (половина угла поля зрения) и оптическая ось 5, а также оптическая система 14 в глазу, исполняющая функцию роговицы 15, а также сетчатки 16 для глазного яблока. В качестве оптического устройства с возможностью регулирования рефракции в данном случае смоделированы трехлинзовые оптические устройства. В левом столбце (фигуры 2а до 2i) показаны результаты расчетов хода луча без широкоугольного оптического устройства, а в правом столбце - (фигуры 2j до 2 r) с широкоугольным оптическим устройством.
Лучи рассчитаны в половину участка угла поля зрения 0°-85° в 10° этапов до 70° и углом 85°. Половина угла поля зрения равна углу падения падающего на роговицу 15 луча 13 света к оптической оси 5. Он указан под каждой отдельной парой изображения, т.е. построчно на фигурах 2а-2 г. Ход луча направлен слева направо. Как изображено в левом столбце фигур (без широкоугольного оптического устройства), из рассчитанных ходов луча света следует, что только лучи, падающие на роговицу под половиной угла поля зрения, менее 40°, вообще передаются дальше к сетчатке. Лучи, падающие под большим углом падения на оптическую систему, получают на оптических граничащих поверхностях полное внутреннее отражение, и в частности, при угле падения около 50° на граничащей поверхности к третьей линзе и, кроме того, уже на граничащей поверхности первой линзы. Это приводит к вышеуказанному туннельному зрению, поскольку информация при углах падения более 40° уже не достигает сетчатки, а также для восприятия используется в целом ограниченный участок на сетчатке.
В правом столбце фигур изображен одинаковый оптический принцип действия для изменения рефракции в комбинации с широкоугольным оптическим устройством. Угловой допуск, т.е. максимальный угол падения, до которого падающий луч света передается дальше широкоугольным оптическим устройством на сетчатку, увеличивается только посредством широкоугольного оптического устройства от 40° до 85°. При этом лучом света захватывается, в частности, также существенно больший участок на сферической сетчатой оболочке (сетчатке) по сравнению с левым столбцом фигур, что больше субъективно не воспринимается обладателем глазного имплантата или воспринимается только в заметно меньшей степени, чем при вышеуказанном туннельном зрении.
Литература
[1] WO 2007/020184 AI.
[2] WO 00/38593 AI.
[3] www.filmetrics.de / refractive index database (База данных коэффициентов преломления фирмы Filmetrics, Inc).
Список ссылочных позиций
2 Система линз
3 Перемещаемая линза
4 Замыкающая линза
5 Оптическая ось
6 Разделительная структура
7 Граничащая поверхность
8 Линза из N-KZFS8
9 Линза из N-BAK4
10 Линза из N-LASF9
11 Линза из Lithosil-Q
12 Линза из РММА (полиметилметакрилат)
13 Луч света
14 Оптическая система
15 Роговица
16 Сетчатка