КОНТАКТНАЯ ЛИНЗА С УЛУЧШЕННЫМИ ЗРИТЕЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ И СВЕДЕННЫМ К МИНИМУМУ ГАЛО ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АПОДИЗАЦИИ ЗРАЧКА
CONTACT LENS WITH IMPROVED VISUAL CHARACTERISTICS AND MINIMUM HALO WHEN USING PUPIL APODIZATION

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к офтальмологическим линзам, а более конкретно - к мягким контактным линзам, содержащим конструкцию для модулирования профиля амплитудного пропускания линзы, которая объединяет концепции условий для беспрепятственного прохождение через зрачок и более высокое краевое поглощение, с обеспечением улучшенных зрительных характеристик со сниженной краевой аберрацией волнового фронта зрачка, сниженным гало и сниженным рассеянием света.
2. Обсуждение предшествующего уровня техники
Миопия, или близорукость, представляет собой оптический или рефракционный дефект глаза, при котором лучи света от изображения фокусируются в точке перед сетчаткой глаза, не достигая последней. Миопия по существу возникает из-за удлиненной формы глазного яблока или чрезмерной кривизны роговицы. Для коррекции миопии можно использовать минусовую линзу или линзу с отрицательной сферической силой. Гиперметропия, или дальнозоркость, представляет собой оптический или рефракционный дефект глаза, при котором лучи света от изображения фокусируются в точке позади сетчатки. Гиперметропия по существу возникает из-за укороченной формы глазного яблока или недостаточной кривизны роговицы. Для коррекции гиперметропии можно использовать плюсовую линзу или линзу с положительной сферической силой. Астигматизм представляет собой оптический или рефракционный дефект глаза, при котором зрение пациента размыто вследствие неспособности глаза фокусировать точечный объект в сфокусированное изображение на сетчатке. Астигматизм вызывается аномальной кривизной роговицы. В норме роговица имеет сферическую форму, однако у человека, страдающего астигматизмом, сферичность роговицы нарушена. Другими словами, роговица более изогнута или скошена в том или ином направлении, что вызывает «растянутость» изображения и не дает ему сфокусироваться в одной точке. Для коррекции астигматизма могут применять цилиндрические, а не сферические линзы.
Контактные линзы можно использовать для коррекции миопии, гиперметропии, астигматизма, а также других дефектов остроты зрения. Контактные линзы также можно использовать для улучшения природного внешнего вида глаз пользователя линз. 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 используют для продажи с целью улучшения зрения с 1950-х годов. Первые контактные линзы изготавливались или производились из твердых материалов, были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, эти первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточного проникновения кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используют и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первоначального комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые сегодня чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося исключительно высокой кислородной проницаемостью, с признанным комфортом при ношении и клиническими показателями гидрогелей. Как правило, такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и, по существу, их удобней носить, чем контактные линзы, изготовленные из применявшихся в прошлом твердых материалов.
Мягкие контактные линзы широко применяют в качестве эффективного устройства коррекции зрения посредством различных аберраций волнового фронта, в том числе нарушение фокусировки и астигматизм, при этом все они отличаются высокой степенью комфорта и легкостью применения для пациента. Тем не менее, некоторые пациенты испытывают эффект гало и/или рассеяния света при высоком или сильном воздействии света, например, в ходе ночного вождения. Это явление возникает вследствие дифракции света у края зрачка пациентов и множественных отражений внутри непосредственно мягкой контактной линзы. Соответственно, существует потребность в мягкой контактной линзе, которая обеспечивает пациентам здоровые и комфортные средства для обеспечения оптимальной визуальной коррекции со сниженной аберрацией волнового фронта у края зрачка, сниженным гало и сниженным рассеянием света.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Контактные линзы с улучшенными зрительными характеристиками и сведенным к минимуму гало при использовании аподизации зрачка в соответствии с настоящим изобретением преодолевают недостатки, связанные с предшествующим уровнем техники, как кратко изложено выше.
В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к мягкой контактной линзе с улучшенными зрительными характеристиками. Мягкая контактная линза содержит оптическую зону, периферическую зону, окружающую оптическую зону, и системную функцию зрачка с компонентом амплитудной модуляции и компонентом фазовой модуляции, охватывающими, по меньшей мере, часть оптической зоны и периферической зоны, при этом компонент амплитудной модуляции включает функцию беспрепятственного прохождения.
Гало и рассеяние света обусловлены преимущественно двумя компонентами мягкой контактной линзы. Первый компонент возникает вследствие оптической дифракции у края зрачка, а второй компонент возникает вследствие множества внутренних отражений/рассеяния света в материале, образующем мягкую контактную линзу. С целью преодоления или сведения к минимуму рассеяния света или эффектов гало, профиль пропускания контактной линзы изменяют относительно текущих конструкций мягких контактных линз. В соответствии с настоящим изобретением, функцию беспрепятственной аподизации зрачков применяют к конструкции линзы для устранения или по существу сведения к минимуму оптической дифракции у края зрачка, при этом применение более высокого поглощения у края линзы будет преимущественно снижать и наиболее предпочтительно устранять множество оптических отражений мягкой контактной линзы.
Контактные линзы, и более конкретно, мягкие контактные линзы предназначены для коррекции сферической силы и/или цилиндрической силы рефракционной аномалии. Тем не менее, вследствие аберраций высшего порядка, оптическое излучение, преломленное у края зрачка или края мягкой контактной линзы может не точно сходиться в точке изображения и, следовательно, может наблюдаться размытое изображение. Данное вызванное аберрацией волнового фронта у края зрачка или края мягкой контактной линзы размытое изображение может ухудшать общие характеристики коррекции зрения. При применении функции беспрепятственной аподизации зрачка край зрачка или край мягкой контактной линзы характеризуются более сильным поглощением и лучи света, проходящие через край зрачка или край мягкой контактной линзы, будут характеризоваться значительно сниженной интенсивностью и, следовательно, краевая аберрация волнового фронта будет играть значительно менее важную роль в общем изображении на сетчатке. В целом, при применении функции беспрепятственной аподизации зрачка могут быть достигнуты улучшенные характеристики коррекции зрения.
Математически, оптическая система в целом может быть описана ее функцией фазовой модуляции и ее функцией амплитудного пропускания. Как правило; однако, в настоящем уровне техники мягких контактных линз фазовую модуляцию применяют только для включения оптических характеристик в мягкую контактную линзу. В рамках настоящего изобретения, мягкие контактные линзы выполнены с возможностью модуляции профиля амплитудного пропускания, который включает обе концепции беспрепятственного прохождения через зрачок и более высокое поглощение у края, наряду с фазовой модуляцией для обеспечения оптимальной коррекции зрения при значительном сведении к минимуму или исключении гало линзы, снижая краевую аберрацию волнового фронта зрачка и рассеяние света.
Мягкая контактная линза по настоящему изобретению является простой в изготовлении с использованием стандартных производственных методик и таким образом обеспечивает более комфортное ношение, здоровое и четкое зрение при умеренных затратах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Вышеизложенные и прочие признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего, более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, показанных на прилагаемых чертежах.
На фиг. 1A изображены различные конфигурации аподизации зрачка в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1B представлен соответствующий профиль пропускания света различных конфигураций аподизации на фиг. 1A.
На фиг. 2 представлено графическое изображение среднего и стандартного отклонения для улучшения остроты зрения по сравнению с вергенцией, рассчитанные в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3A - 3D проиллюстрирована функция зрачка и функции рассеяния точки с аподизацией и без нее в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4A и 4B изображен свет, входящий в периферическую часть мягкой контактной линзы без аподизации и свет, входящий в периферическую часть мягкой контактной линзы с аподизацией в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 5 представлено графическое изображение относительной интенсивности гало в зависимости от аподизации в соответствии с настоящим изобретением.
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 используют для продажи с целью улучшения зрения с 1950-х годов. Первые контактные линзы изготавливались или производились из твердых материалов, были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, эти первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточного проникновения кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используют и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первоначального комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые сегодня чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося исключительно высокой кислородной проницаемостью, с признанным комфортом при ношении и клиническими показателями гидрогелей. Как правило, такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и, по существу, их удобней носить, чем контактные линзы, изготовленные из применявшихся в прошлом твердых материалов.
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 как правило изготавливают из мягких полимерных материалов, которые соединяют с водой для кислородной проницаемости. Мягкие контактные линзы для повседневного ношения могут представлять собой однодневные одноразовые линзы или одноразовые линзы длительного ношения. Одноразовые контактные линзы для повседневного ношения обычно носят на протяжении одного дня и затем выбрасывают, в то время как одноразовые контактные линзы длительного ношения обычно носят до тридцати дней. В цветных мягких контактных линзах используются разные материалы для обеспечения различных функциональных возможностей. Например, в контактных линзах с оттенком используют светлый оттенок для облегчения поиска пользователем выпавшей контактной линзы, контактные линзы с усиливающим оттенком имеют полупрозрачный оттенок, который может усиливать натуральный цвет глаз пользователя, контактные линзы с цветным оттенком имеют темный, непрозрачный оттенок, который может изменять цвет глаз пользователя, и светофильтрующие контактные линзы с оттенком могут усиливать определенные цвета, приглушая другие. Жесткие газопроницаемые контактные линзы изготавливают из полимеров, содержащих силоксан, но они более жесткие, чем мягкие контактные линзы, что позволяет им сохранять 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.
Оптическая система может быть полностью охарактеризована ее оптической передаточной функцией (функцией модулированной передачи и функции передачи фазы). Функция оптической передачи может быть определена посредством автокорреляции системной функции зрачка P(x,y), которая представлена выражением
P(x,y)=A(x,y)exp[jW(x,y)]. (1)
Системная функция зрачка P (x,y) включает как компонент амплитудной модуляции А(x,y) и компонент фазовой модуляции W(х,y), где эксп [jW(х,y)] представляет собой мнимый компонент фазовой составляющей. В текущей конструкции мягких контактных линз профиль изменения оптической фазы, W(x,y), модифицирован и улучшен для улучшения зрения; тем не менее, как очевидно из уравнения (1), оптическая системная функция зрачка P(x,y) также зависит от или представляет собой функцию его функции модуляции амплитуды А(x,y). В соответствии с настоящим изобретением, посредством особого конструирования функции амплитудной модуляции А(x,y) характеристики оптической коррекции мягкой контактной линзы могут быть дополнительно улучшены в дополнение к улучшениям, полученным путем манипуляции W(х,y). Эти дополнительные улучшения относятся к аберрациям волнового фронта края зрачка и гало, в частности, для снижения и того, и другого.
Как правило, функцию беспрепятственного прохождения можно применять в отношении функции амплитудной модуляции А(x,y), которая в данном иллюстративном варианте осуществления представлена выражением
2
2
0
А(r)=эксп. (-α * (r/r)), (2)
2
2
0
где r=√ (х+y), r представляет собой радиус оптической зоны, а α представляет собой постоянную, более подробно объясненная далее, которая определяет тип аподизации зрачка. В настоящем изобретении функция амплитудной модуляции равняется любому значению, отличному от единицы. Важно отметить, что уравнение (2) приведено в цилиндрических координатах, а не в декартовой системе координат, тогда как уравнение (1) приведено в декартовой системе координат. Также важно отметить, что функции передачи, отличные от уравнения (2), можно использовать в определении оптической системной функции зрачка P(x,y).
В соответствии с одним иллюстративным вариантом осуществления, аподизированная мягкая контактная линза может быть выполнена с использованием уравнений (1) и (2), и полученная в результате острота зрения может быть смоделирована моделями глаз. Как показано на фиг. 1A, различная величина α будет обеспечивать различные типы аподизации зрачка. В первой части 100, α равняется 0, что представляет собой текущий уровень техники мягких контактных линз, во второй части 102, α составляет примерно 0,5, а в третьей части 104, α составляет примерно 1. На фиг. 1B также показан соответствующий профиль пропускания функции зрачка 100 ', 102' и 104' для каждого параметра α на фиг. 1A. Как видно из трех частей, поскольку выполнена более сильная аподизация, наблюдается меньшее воздействие аберраций волнового фронта у края зрачка и меньший гало, но также передается меньше света. Это представляет собой негативный побочный эффект; в частности, переданный свет в зависимости от воздействия сниженного гало и аберрации волнового фронта. Как проиллюстрировано в третьей части 104 фиг. 1А, край линзы передает меньше света.
0
Как указано выше, аподизированная мягкая контактная линза может быть выполнена с использованием уравнений (1) и (2) и полученная в результате острота зрения может быть смоделирована моделями глаз. Степень офтальмологического сферической аберрации (SPHA), индикатор зрительных характеристик, может быть получена с использованием модели глаза. В настоящем изобретении была разработана модель глаза, в которой обобщены значения сферической аберрации глаза человека и ее распространение или среднеквадратичное отклонение по всей предварительно заданной популяции. Более конкретно, распределение сферической аберрации глаза получали путем клинического измерения глаз пациентов, возраст которых составлял от 20 до 60 лет и с рефракционной аномалией в диапазоне от +8 дптр дo -12 дптр (предварительно заданная популяция). Затем моделирование применяли для обобщения измеренных данных сферической аберрации и математическую функцию применяли для описания среднего и среднеквадратичного отклонения сферической аберрации глаза для пациентов различного возраста и с различными аномалиями рефракции. При помощи модели глаза, дополнительно проводили моделирование способом Монте-Карло на нескольких глазах во всей предварительно определенной популяции. Обычную сферическую линзу с различными величинами аподизации, указанными как α, приводили в соответствие с несколькими глазами с генерированием из модели глаза в индивидуальном порядке, и соответственно рассчитывали остроту зрения (VA). Такую же сферическую линзу без аподизации также приводили в соответствие с той же группой или популяцией глаз пациентов и также отдельно рассчитывали остроту зрения. Для каждого отдельного глаза различие остроты зрения между глазом с мягкой контактной линзой с аподизацией и с мягкой контактной линзой без аподизация рассчитывали и определяли как улучшение остроты зрения. На фиг. 2 представлено графическое изображение среднего и среднеквадратичного отклонения улучшения остроты зрения, рассчитанного в зависимости от вергенции. В процессе подсчета, величина α изменялась, как указано в легенде, от 0,3 до 3,0, r было фиксировано или удерживалось около 4 и r изменялось от 0 до 4. Как показано, различное количество аподизации (при переменной α) показывает различные уровни улучшения остроты зрения. При более сильной аподизации, т.е. при большем значении α, наблюдают более высокое улучшение остроты зрения. Например, если α равняется 0,8, то среднее общее улучшения остроты зрения находится выше линии 0,5. Это имеет смысл, поскольку более сильная аподизация обеспечивает в результате меньший «эффективный» размер зрачка. В отношении остроты зрения, α, равняющееся 3, обеспечивает наиболее сильное улучшение остроты зрения, как показано на фиг. 2, однако следует помнить о негативном эффекте со светопроницаемостью.
Среднеквадратичное отклонение улучшения зрения в действительности вызвано изменением сферической аберрации глаза в популяции. Как правило, пациент с более высокой положительной сферической аберрацией глаза будут иметь больше преимуществ, чем наблюдалось у пациентов с нулевой или отрицательной сферической аберрацией глаза. Взаимосвязь между сферической аберрацией глаза и аподизацией была исследована и хорошо известна в данной области. Очень важно, что улучшения остроты зрения ночью может эффективно сводить к минимуму близорукость человека ночью. В среднем, в глазу человека существует положительная сферическая аберрация. Данная положительная сферическая аберрация глаза может играть более важную роль в ночное время вследствие больших размеров зрачка в условиях низкой освещенности (расширение). Это увеличенное количество сферической аберрации глаза ночью может влиять на ночные эффекты близорукости. При применении беспрепятственной аподизации зрачка в соответствии с настоящим изобретением можно снижать интенсивность света у края при снижении близорукости в ночное время. Иными словами, снижение близорукости в ночное время является прямым результатом снижения краевой аберрации волнового фронта.
При использовании настоящего изобретения может быть улучшена не только острота зрения, но и гало (дифракция у края зрачка) и рассеивание света (множественные отображения у края линзы) могут быть существенно снижены при беспрепятственном переходе прохождения зрачка. Данное снижение гало и рассеяния света может быть продемонстрировано с помощью трассировки оптических лучей. Как показано на фиг. 3, можно наблюдать гораздо более слабые кольца гало на конечном изображении, функции рассеяния точки 306, при аподизированной функции зрачка 304. Более конкретно, как показано, без аподизации функции зрачка 300, функция рассеяния точки 302 показывает значительное гало. Как описано выше, существенная часть рассеяния света вызвано отражением света у края линзы или зрачка. При применении аподизации край линзы будет иметь больше поглощения света, снижая таким образом рассеяние света. На фиг. 4A и 4B подробно описанных ниже, проиллюстрирован данный эффект.
Значительная проблема, связанная с гало, возникает вследствие сильного света освещения в ночное время. В ходе вождения в ночное время сильное входящее пучковое освещение транспортного средства приводит к образованию гало в периферическом зрении водителя. На фиг. 4A показан свет 400, проходящий в периферическую часть мягкой контактной линзы 402 без аподизации, а на фиг. 4B показан свет 404, проходящий в периферическую часть мягкой контактной линзы с аподизацией 406. Как показано, аподизация снижает интенсивность данного падающего периферического света 404, что показано пунктирной линией 408. Принимая во внимание оптический пучок, проходящий от края зрачка, на фиг. 5 показана интенсивность гало с различными количествами аподизации. Если α равняется 0,8, то интенсивность гало составляет менее половины (0,45) интенсивности гало без аподизации зрачка. При снижении гало интенсивность света, проходящего через зрачок, будет продолжать снижаться и обычно α должно составлять менее 10 для комфортного зрения. При равном 10 общее прохождение света составляет 11,1 процентов. В соответствии с настоящим изобретением, α предпочтительно составляет от 0,1 до 10.
Аподизация мягких контактных линз в соответствии с уравнениями (1) и (2) делает возможным изготовление линз с тонким слоем нейтрального светофильтра при передаче с различным светопропусканием по всей оптической зоне линзы. Как известно из уровня техники, нейтральный светофильтр однородно блокирует по всему спектру. Данное покрытие нейтральным светофильтром можно наносить или получать с использованием какого-либо подходящего способа, в том числе с использованием методики нанесения покрытия или технологии печати. Кроме того, можно применять любое количество покрытий. Покрытие может быть нанесено сверху, непосредственно на или внутрь линзы.
Несмотря на то, что показанные и описанные варианты осуществления считаются наиболее практичными и предпочтительными, ясно, что специалистам в данной области техники представляются возможности отступления от показанных и описанных конкретных промышленных образцов и способов, которые можно применять, не выходя за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными и проиллюстрированными конструкциями, но должно быть сконструировано так, чтобы соответствовать всем модификациям, которые могут подпадать под объем прилагаемой формулы изобретения.