ФРАКТАЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО СЛЕЗООБМЕНА
FRACTAL STRUCTURES PROVIDING EFFECTIVE TEAR EXCHANGE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к контактным линзам с более эффективным слезообменом и, в частности, к контактным линзам с фрактальными структурами, образованными в периферической зоне задней изогнутой стороны линзы для улучшения слезообмена.
Описание смежной области
Контактными линзами называют линзы, которые надевают непосредственно на глаз. Контактные линзы относятся к медицинским устройствами и могут применяться для коррекции зрения и/или по косметическим или иным терапевтическим причинам. Контактные линзы применяют в коммерческих масштабах для улучшения зрения с 1950-х гг. Первые образцы контактных линз изготавливали или вытачивали из твердых материалов. Такие линзы были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, такие первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточной диффузии кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально повлечь за собой ряд неблагоприятных клинических эффектов. Хотя такие контактные линзы используются и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первичного 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 удобством при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По существу, такие силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и их, по существу, удобнее носить, чем контактные линзы, изготовленные из применявшихся в прошлом твердых материалов. Тем не менее, такие новые контактные линзы не лишены ограничений.
Многие пользователи могут носить контактные линзы не снимая от восьми часов до нескольких дней подряд без каких-либо побочных реакций, таких как покраснение, раздражение, скопление слизистого секрета и появление синдрома сухого глаза, связанного с ношением контактных линз. Однако у некоторых пользователей данные симптомы начинают появляться всего через несколько часов ношения линз. Многие из попадающих в последнюю категорию пользователей контактных линз с определенным успехом применяют увлажняющие растворы для облегчения дискомфорта, связанного с данными побочными реакциями. Вместе с тем для применения такого рода растворов необходимо, чтобы пользователи имели при себе дополнительное количество растворов, что может быть неудобно. Для этих пользователей приемлемы более комфортные контактные линзы, не требующие применения увлажняющих растворов.
Потенциальные проблемы, связанные с ношением контактных линз, могут распространяться на веко, конъюнктиву, различные слои роговицы и слезную пленку, которая покрывает внешнюю поверхность глаза.
Когда контактная линза размещена на глазу, между поверхностью внутренней кривизны или задней поверхностью контактной линзы и роговицей, а также на передней поверхности контактной линзы образуются слои слезной пленки. Обновление слез или слезной пленки в обеих зонах, с тем чтобы удалить загрязнения, накапливающиеся в слезной пленке, имеет благоприятные результаты, и особенно важно обновлять слезную пленку за контактной линзой, а точнее, слезную пленку между задней поверхностью контактной линзы и роговицей. Соответственно, существует потребность в более совершенной контактной линзе, которая стимулируют слезообмен на задней стороне контактной линзы.
Изложение сущности изобретения
Фрактальные структуры, сформированные в периферийной зоне задней изогнутой стороны или поверхности контактных линз, составляющих предмет настоящего изобретения, позволяют преодолеть ограничения, связанные с предшествующим уровнем развития отрасли, которые были кратко описаны выше.
В соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к офтальмологическому устройству. Устройство содержит контактную линзу, имеющую заднюю изогнутую поверхность, переднюю изогнутую поверхность, оптическую зону и периферическую зону, и по меньшей мере один структурный элемент задней изогнутой поверхности, находящийся в периферической зоне контактной линзы, причем по меньшей мере один структурный элемент основывается на фрактальной геометрии.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к офтальмологическому устройству. Устройство содержит контактную линзу, имеющую заднюю изогнутую поверхность, переднюю изогнутую поверхность, оптическую зону и периферическую зону, и по меньшей мере один структурный элемент, находящийся на задней изогнутой поверхности в периферической зоне контактной линзы, причем по меньшей мере один структурный элемент основывается на системе итерированных функций со случайным компонентом.
В соответствии с еще одним аспектом настоящее изобретение относится к способу изготовления офтальмологического устройства. Способ включает получение контактной линзы, имеющей заднюю изогнутую поверхность, переднюю изогнутую поверхность, оптическую зону и периферическую зону, создание по меньшей мере одного структурного элемента и включение по меньшей мере одного структурного элемента в заднюю изогнутую поверхность в периферической зоне контактной линзы, при этом по меньшей мере один структурный элемент отличается фрактальной геометрией.
Когда контактная линза размещена на глазу, между задней поверхностью контактной линзы и роговицей, а также на передней поверхности контактной линзы образуются слои слезной пленки. Надлежащее распределение такой слезной пленки имеет важное значение для обеспечения удобного ношения линзы и улучшения зрения. Настоящее изобретение относится к промышленному образцу контактной линзы, которая призвана улучшить слезообмен или обновление слезной пленки между задней поверхностью контактной линзы и роговицей, поскольку считается, что недостаточный слезообмен глаза у пользователя контактных линз может стать причиной неблагоприятных последствий. Например, истончение слезной пленки на задней поверхности линзы может привести к более высоким значениям сил сдвига, тем самым оказывая более серьезное воздействие на эпителиальный слой роговицы. Кроме того, недостаточный или пониженный слезообмен может приводить к накоплению загрязнений в глазу.
С учетом вероятной взаимосвязи между низким или недостаточным слезообменом и неблагоприятными офтальмологическими последствиями существует возможность того, что своевременное удаление загрязнений и восстановление толщины слезной пленки на задней поверхности контактной линзы предпочтительно приведет к значительному снижению неблагоприятных офтальмологических последствий. Соответственно, настоящее изобретение относится к структурным элементам, сформированным в периферической области задней изогнутой поверхности контактных линз, для того чтобы увеличить толщину слезной пленки и тем самым активизировать слезообмен. Структурный элемент может иметь любое допустимое строение, но предпочтительно представляет собой элемент, основанный на фрактальной геометрии.
Фрактальные структуры относительно просто создать и легко встраивать в периферическую зону задней изогнутой поверхности контактных линз. Создание фрактальных структур можно включить в существующий процесс производства контактных линз, таким образом обеспечивая минимальное увеличение производственных затрат. Поскольку фрактальные структуры встраиваются в периферическую зону контактной линзы, они не станут помехой для зрения пользователя линз.
Краткое описание фигур
Вышеизложенные и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых фигур.
На Фиг.1 изображена анатомическая структура системы слезоотделения глаза человека.
Фиг.2 представляет собой схематическое представление первого примера осуществления контактной линзы, включающей структурный элемент на задней изогнутой поверхности в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 представляет собой схематическое представление второго примера осуществления контактной линзы, включающей структурный элемент на задней изогнутой поверхности в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения
На Фиг.1 изображена анатомическая структура системы слезоотделения глаза человека 100. Слезы продуцируются слезной железой (не показана), которая находится над внешней частью каждого глаза 100. Слезы стекают по поверхности глаза 100 в неглубокий сборник, называемый слезным озером 102, который находится в месте прикрепления внутренних или назальных окончаний верхнего и нижнего века. Отсюда слезы стекают через небольшие отверстия в каждом из век, а именно через верхнюю слезную точку 104 и нижнюю слезную точку 106. Слезы проходят из верхней слезной точки 104 и нижней слезной точки 106 в верхний слезный каналец 108 и нижний слезный каналец 110 соответственно, которые представляют собой подобные протокам пути, ведущие в слезный мешок 112. Слезный мешок 112 - это верхняя расширенная часть носослезного протока (не показан), по которому слезы попадают в полость носа. Через верхнюю слезную точку 104 и соответствующий каналец 108 обычно проходит приблизительно десять процентов слез глаза 100, так что их закупорка практически никогда не приводит к чрезмерному выделению слез.
Слезы, или слезная пленка, состоят из трех слоев. Первый слой, или нижний слой, покрывает глаз и содержит муцин, который секретируется клетками конъюнктивы, так называемыми бокаловидными клетками. Муцин заполняет микроскопические неровности на поверхности глаза, что имеет важное значение для четкого зрения. Второй слой, или средний слой, слезной пленки по существу содержит воду и составляет основную часть слезной пленки. Большая часть водной составляющей продуцируется или поставляется главной слезной железой. Эмоциональные слезы и рефлекторные слезы, то есть слезы, появляющиеся под воздействием того или иного стимула, например яркого света или инородного тела, продуцируются главной слезной железой. Добавочные слезные железы, известные как железы Вольфринга и Краузе, располагаются в тканях век и также вносят дополнительную водную составляющую. Третий, или верхний, слой слезной пленки включает в себя тонкий слой маслянистого секрета, выделяемого мейбомиевыми железами, и препятствует слишком быстрому испарению слез.
В глазу человека слезная пленка распределяется по всей роговице, образуя гладкую поверхность. Поскольку наибольшая разница в показателях преломления в глазу регистрируется на поверхности контакта воздуха и слезной пленки, эта поверхность в значительной степени определяет оптическую силу глаза. Кроме своих оптических свойств слезная пленка служит для смазывания глаза и в целом для поддержания его здорового состояния.
При моргании по поверхности роговицы распределяется новая слезная пленка. После моргания происходит стабилизация слезной пленки. В этот момент времени слезная пленка становится наиболее гладкой. По существу, это оптимальное состояние слезной пленки. Без моргания обычно начинается разрушение слезной пленки за период времени от приблизительно четырех (4) до приблизительно пятнадцати (15) секунд. В процессе разрушения слезная пленка становится нестабильной и начинает местами высыхать. Из-за этого может снижаться острота зрения и возникать дискомфорт. Неоднородность слезной пленки может также повлечь за собой погрешности в рефракции из-за светорассеяния.
Когда контактная линза размещена на глазу, между контактной линзой и роговицей, а также на передней поверхности контактной линзы образуются слои слезной пленки. Надлежащее распределение слезной пленки имеет важное значение для обеспечения комфортного прилегания линзы и улучшения зрения, поэтому разрабатываемые материалы линз должны иметь необходимую смачиваемость. Несмотря на то, что некоторые материалы линз предусматривают усовершенствования, например повышенную кислородную проницаемость, их влияние на распределение слезной пленки неизвестно. В настоящее время необходимо проводить тестирование линзы in vivo в ходе клинических испытаний, где для оценки динамики и разрыва слезной пленки используются качественные и только полуколичественные методы анализа, такие как окрашивание глаза флуоресцеином и исследование щелевой лампой.
Применительно к настоящему изобретению исследуемая слезная пленка представляет собой слезную пленку, которая образуется между задней поверхностью контактной линзы и роговицей. В частности, основное внимание в настоящем изобретении уделяется не слезной пленке, а именно слезообмену, который происходит между задней поверхностью контактной линзы и роговицей. Принято считать, что недостаточный слезообмен в глазу пользователя контактной линзы способствует увеличению интенсивности неблагоприятных последствий. Также считается, что за счет увеличения толщины слезной пленки можно увеличить скорость слезообмена. Контактные линзы предыдущего уровня техники имели простые элементы, такие как каналы или желобки на задней изогнутой поверхности контактной линзы для увеличения толщины слезной пленки, а значит, и активизации слезообмена; однако считается, что более сложные элементы, подобные предложенным в настоящем документе, могут быть более эффективными за счет повышения площади поверхности и благодаря самим этим элементам.
Для мягких контактных линз толщина слезной пленки на задней поверхности обычно не превышает пять (5) микрон. Такая тонкая слезная пленка или слой может затруднять слезообмен. Соответственно, на поверхности или внутри неоптической части или периферической зоны задней изогнутой стороны контактной линзы можно сформировать структурный элемент на основе фрактальной геометрии. Такой структурный элемент предпочтительно создает условия для образования более толстой слезной пленки, что, в свою очередь, улучшает слезообмен по одному или более механизмам действия, включая более активное линейное перемещение контактной линзы в глазу и поперечную подкачку, которые более подробно описаны ниже.
Как уже отмечалось выше, более толстая слезная пленка предпочтительно приводит к более активному линейному перемещению контактной линзы, что, в свою очередь, предпочтительно улучшает слезообмен. Более толстая слезная пленка между задней поверхностью контактной линзы и роговицей уменьшает силы сдвига, тем самым обеспечивая более легкое линейное перемещение контактной линзы. Важно отметить, что речь идет о линейном перемещении, а не о вращательном перемещении, и потому настоящее изобретение можно использовать для контактных линз любых типов, в том числе для линз, требующих круговой ориентации, например торических контактных линз. Также важно подчеркнуть, что размещение структурных элементов на периферической зоне контактной линзы можно оптимизировать так, чтобы контролировать перемещение контактной линзы в любом направлении. По существу, перемещение контактной линзы обеспечивает затекание свежих или вновь отделяемых слез под контактную линзу через структурный элемент так, что при этом возможно увеличение диффузии, а также скорости диффузии загрязнителей, содержащихся в старых слезах, во вновь отделяемые или свежие слезы. Еще более важное значение имеет возможная оптимизация диффузионных характеристик.
Также, как уже отмечалось выше, более толстая слезная пленка предпочтительно приводит к поперечной подкачке, что, в свою очередь, улучшает слезообмен. В процессе поперечной подкачки по мере затекания новых слез под контактную линзу через структурный элемент контактная линза стремится изменить положение так, чтобы стимулировать перераспределение новой более толстой слезной пленки, при этом предпочтительно вытесняя старую слезную пленку из-под контактной линзы. Следует отметить, что при использовании структурных элементов настоящего изобретения могут проявиться также другие механизмы слезообмена.
Хотя в настоящем документе описан структурный элемент на основе фрактальной геометрии, важно отметить, что можно также использовать любые допустимые структурные элементы. В простейшем случае фрактал можно определить как неоднородную или фрагментированную геометрическую форму, которую можно разбить на части, причем каждая часть является точной или по меньшей мере приближенной копией целого при уменьшенном размере. Такое свойство известно как самоподобие. В частности, фрактал характеризуется рядом свойств, в том числе микроструктурой в произвольно малых масштабах, он слишком разупорядочен, чтобы просто описываться языком евклидовой геометрии, характеризуется самоподобием (по меньшей мере приблизительно или стохастически), имеет хаусдорфову размерность, которая превышает его топологическую размерность, и имеет простое и рекурсивное определение. Поскольку приближенные фракталы можно найти в природе, например, при образовании инея, снежинок, облаков и даже линий разломов и горных хребтов, возможно, искусственный структурный элемент на основе фрактальной геометрии в состоянии обеспечить предпочтительные результаты для перемещения слез под контактной линзой.
Теперь обратимся к Фиг.2, где представлен пример контактной линзы 200 с последовательностью или наборами структурных элементов 202, сформированных в периферической области 204 на задней изогнутой поверхности контактной линзы 200 так, что оптическая зона 206 остается незатронутой. Такие структурные элементы 202 могут быть построены на основе свойств итерированной функции, что подробно описано далее. В дополнение к этому, реальные структурные элементы 202 могут быть сформированы с использованием любых допустимых методов изготовления, что также описано далее.
На Фиг.3 представлен другой пример контактной линзы 300 с последовательностью или наборами структурных элементов 302, сформированных только в части периферической области 304 на задней изогнутой поверхности контактной линзы 300. Как отмечалось выше, структурные элементы 302 могут быть оптимизированы таким образом, чтобы контролировать перемещения контактной линзы, что включает в себя расположение элементов 302 на контактной линзе 300, а также изменение самого элемента. Иными словами, структурные элементы могут оптимизироваться для того, чтобы контролировать линейное и круговое перемещение. Соответственно, в случае торических контактных линз структурные элементы могут быть выполнены и нанесены на заднюю изогнутую поверхность так, чтобы обеспечить или контролировать стабильность при вращении. Напомним, что при этом оптическая зона 306 остается нетронутой.
Существует пять общепринятых методик формирования фракталов, включая использование формулы или рекуррентного соотношения в каждой точке пространства (фракталы по времени выхода), использование стохастических процессов, например траекторий броуновского движения, кривой Леви, кластеров перколяции, блуждания без самопересечений, фрактальных ландшафтов и броуновского дерева (случайные фракталы), итерации карты или решения системы дифференциальных уравнений с исходными значениями, которые описывают хаос (странные аттракторы), использование переписывания строки (L-системы), а также систем итерированных функций. В соответствии с настоящим изобретением фрактальные структуры могут быть получены с применением системы итерированных функций, где каждая функция в системе действует на множество и формирует сжатое отображение. На первой итерации система функций действует на одно множество, порождая новое множество для каждой функции в системе. На второй итерации система функций действует на новые множества, порождая новое множество для каждой функции в системе и для каждого из предыдущих множеств. Итерации могут повторяться любое количество раз.
Пример структуры, приведенной на Фиг.2 и 3, может быть разработан с использованием системы итерированной функции. В примере такой системы исходным множеством является линейный сегмент, а система итерированных функций включает три сжатых отображения. В этом примере осуществления измеряемая величина, например расстояние между двумя множествами, рассматривается как показатель симметричной разницы между любыми двумя множествами, причем отношение эквивалентности устанавливается для тех множеств, где симметричная разность имеет нулевое значение. Кроме того, показателем отдельно взятого множества является длина линейного сегмента.
Мера расстояния для множеств A и B определяется как
d(A,B)= измеряемая величина (A объединение с B - A пересечение с B) = длина A + длина B - длина части, общей для двух множеств
(1)
i
Отображения, используемые для функций f, задаются
<img file="00000001.tif" he="5" wi="29" img-content="undefined" img-format="tif" />
(2)
i
i
i
i
где i = 1, 2 и 3 и R<1. Rи θ определяют параметры длины и угла для f.
i
Соответственно, f(A) задано уравнением
<img file="00000002.tif" he="5" wi="43" img-content="undefined" img-format="tif" />
(3)
i
i
где исходными значениями для такого линейного сегмента являются конечные точки A, а конечные значения линейного сегмента в декартовых координатах - x = real (f(A)) и y = imag (f(A)) соответственно. Очевидно, что при этом описывается сжатое отображение, и известно, что такая итерированная система будет сходиться к фракталу. Однако структурные элементы, описанные в настоящем документе, не распространяются до точки сходимости.
i
i
i
i
В альтернативном примере осуществления система итерированных функций может быть дополнена случайным элементом. Иными словами, функция f из системы итерированных функций может меняться случайным образом. В частности, входящие в функцию длина R и угол θ могут быть случайными, но не фиксированными. При этом R по-прежнему должно быть меньше 1, с тем чтобы обеспечить сжатое отображение.
1
1
2
2
3
3
В таблице ниже приводится пример или образец кода компьютерной программы с примером результата для R = 0,99 и θ = 1,10, R = 0,70 и θ = 0,00, и R = 0,99 и θ = -1,10 с графическими иллюстрациями на Фиг.2 и 3 соответственно. Чтобы получить приведенные структуры, потребовалось провести четыре итерации.
Сформированный структурный элемент может повторно воспроизводиться на всех частях контактной линзы вне оптической зоны или может располагаться только в нескольких или специально выбранных местах, с тем чтобы способствовать стабилизации контактной линзы. Иными словами, структурный элемент можно размещать в дискретных локациях по периферической зоне контактной линзы и/или непрерывно по периферической зоне контактной линзы. Положения предпочтительно определяются по результатам моделирования с одновременным проведением экспериментов. Иными словами, перемещение контактной линзы можно контролировать, создавая зоны более тонких или более толстых слезных пленок, и это можно использовать для стабилизации контактной линзы без необходимости формировать зоны вращательной стабилизации. Например, это можно обеспечить за счет размещения структурного элемента в определенных локациях, чтобы противодействовать крутящему моменту, поворачивающему контактную линзу при моргании. Такой эффект может быть особенно предпочтителен для торических контактных линз.
После генерации структурного элемента необходимо перенести его на контактную линзу. Можно использовать любой соответствующий способ формирования или вырезания структурного элемента на задней изогнутой поверхности контактной линзы. Важно отметить, что структурный элемент формируют или вырезают на задней изогнутой поверхности контактной линзы, а не попросту наносят на нее печатным способом. Например, структурный элемент можно переносить на инструмент, используемый при изготовлении формы, содержащей структурный элемент, с последующим формованием контактной линзы тем же способом, который в настоящее время применяют в производстве контактных линз. Важно отметить, что контактные линзы можно изготавливать с использованием любой соответствующей технологии, которая в настоящее время известна в отрасли, и что структурный элемент можно наносить на заднюю изогнутую поверхность линзы также с использованием любого соответствующего способа, известного в отрасли, поскольку способы получения контактных линз у различных изготовителей могут быть разными, а также могут варьироваться в зависимости от типа линзы.
Структурный элемент можно наносить на любое число контактных линз. Контактные линзы можно изготавливать с применением любого набора соответствующих биосовместимых материалов, обеспечивающих необходимый уровень кислородной проницаемости, смачиваемости и комфорта. Существует ряд конфигураций контактных линз, в том числе мягкие контактные линзы для ежедневного ношения, цветные мягкие контактные линзы, жесткие газопроницаемые контактные линзы, бифокальные контактные линзы, торические контактные линзы и лечебные контактные линзы, изменяющие форму роговицы.
В альтернативном примере осуществления структурные элементы служат для улучшения внешнего вида глаза и (или) для обеспечения более эффективного слезообмена и одновременно улучшения внешнего вида. В настоящем примере осуществления структурные элементы могут быть выделены и/или вырезаны, чтобы подчеркнуть их строение.
Несмотря на то что показанные и описанные здесь варианты осуществления считаются наиболее практичными и предпочтительными, ясно, что специалистам в данной области представляются возможности отступления от установленного исполнения и способов, показанных и описанных в настоящем документе, которые могут быть реализованы, не выходя за пределы 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.