老視眼屈光矯正的方法和器件的製作方法
2023-08-07 20:11:06 3
專利名稱:老視眼屈光矯正的方法和器件的製作方法
技術領域:
本發明涉及人眼屈光矯正,尤其涉及老視眼屈光矯正。
背景技術:
老視眼的問題在於解決老年人的近距離視覺,隨著年齡的增長,人眼變焦功能逐 漸降低,導致在正常距離的閱讀困難。解決老視眼的有效方法必須讓所有瞳孔下同時能看 清遠,中,近。麥可 辛普森(Michael Simpson)和約翰·福賽(John Futhey)(美國專利 5,116,111和美國專利申請2006/0116764A1)的衍射人工晶體植入鏡可以同時提供雙焦點 (遠距和近距)用於老視矯正,但他們的方法有也兩個基本缺點衍射鏡中的衍射連接區處 會產生光散射,造成夜間眩光;而且在介於遠近焦距之間,中間距離會有盲點。範達瑪·波特尼(ValdmarPortney)在美國專利 5,225,858 和 6,557,998B2 提出 了通過控制對遠距,中距,近距光能量平衡設計了多焦距透鏡。這些多焦設計在中距離比辛 普森的衍射人工晶狀體表現要好,但對近距離效果實際很差。另外,因為波特尼鏡頭的設計 僅用簡單的幾何光線跟蹤,沒有考慮到光傳播的衍射效應,無法真正實現多焦的潛力。麥可 辛普森在美國專利6,923,539 B2和範達瑪 波特尼在美國專利 5,166,711和6,409,34( 1裡提出了周期性非球面鏡片。就象美國專利6,923,539 B2圖 9所示,雖然辛普森的鏡頭可以增加一個單焦點透鏡焦深,這樣的鏡頭通常是不適合老視眼 矯正。分布於人眼瞳孔的球差對人眼在不同瞳孔大小會產生不同的焦距。斯瑪 蘇馬尼 (Seema Somani)和肯曼 葉(kingmann Yee)在美國專利7261412 B2提出在人眼整個瞳孔 內範圍內引入負球差,緩解老花眼。發明者注意到,在整個瞳孔引入負球差可以把焦深的最 佳點從遠距移到中距,因為分布於瞳孔的負球差使眼瞳孔中央的光聚焦在遠距,使瞳孔邊 緣的光會聚在中距視覺。然而,在整個眼睛瞳誘導球差對老視矯正至少有兩個局限。首先,引入的球差在整 個瞳孔內不能太強,否則會造成夜間症狀,如眩光,光環和星爆,因此有大量球差的透鏡沒 有用於多焦點人工晶狀體及角膜接觸鏡。第二,斯瑪·蘇馬尼(Seema Somani)和肯曼 葉 (kingmann Yee)在美國專利7261412 B2的方法在整個瞳孔僅僅引入少量的球差,雖然能把 眼的焦點中心進行轉移,但不能真正提高焦深,用於老視矯正。最後,用球差進行老視矯正 的現有方法不能解決夜間症狀(眩光、光環、星爆),同時提高眼焦深用於改善遠距,中距, 近距視覺,實現老視眼矯正。所以,儘管老視矯正已有許多方法和裝置,但所有或幾乎所有的方法都有一種或 甚至更多缺點,因此,仍有需要提供用於老視矯正更好的裝置和方法。本發明已申請在先相關申請的優先權,該在先申請為美國臨時申請,申請號 61/000643,名稱為「老視眼治療的方法和器件」,該在先申請由梁俊忠與2007年10月29日 提出申請。這些相關申請的披露於此作為參考。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種矯正老視眼的方法和裝置,它涉及改變 人眼瞳孔內的光學性質,對瞳孔中央和瞳孔邊緣的處理上有別,並在瞳孔中央區的處理包 括引入球差。本發明為解決上述技術問題本發明的技術方案如下本發明的一個方面為一個治療老視病人眼的方法(人眼的自然瞳孔被分成一個 直徑小於或等於4毫米中央瞳孔區其和一個環繞它的瞳孔邊緣區在弱光情形下收集光), 它包括一方面在中央瞳孔區引入球差,另一方面保持或減低人眼邊緣瞳孔區自然存在的高 階像差。具體矯正方法的特別情形下,還包括減低或阻擋光經過邊緣瞳孔區進入人眼。在 多數情況下,人眼瞳孔中央區引入的球差可為正球差或負球差。如果需要的話,瞳孔中央區 引入的球差在第一個分區內為正球差而在第二個分區內為負球差。因此,瞳孔中央區也可 被分成二個同心光學區,它們的球差符號相反。進一步來講,瞳孔中央區引入的球差量是根 據人眼在至少一個照明情況下的瞳孔大小來個性化確定。具體矯正方法還可進一步包括減 低或消除至少離焦或像散;減低或消除人眼的3階澤尼克像差。在某些情況下,矯正方法包 括雷射視覺矯正,它涉及用一個處理器來產生雷射能量用於眼角膜組織的切削模式,把激 光能量控制到角膜組織以實現產生的切削模式,且切削模式至少部分是基於確定的瞳孔上 的屈光分布來定。所以,相應的裝置為一個多焦折射矯正透鏡,其設置成包括一個分布於整個透鏡 上用於矯正遠視缺陷的基本屈光分布度,在透鏡中央部分有一定的球差用於提高眼的焦 深,而且更進一步配置成植入鏡或佩帶鏡。在本發明的另一個方面,一個治療老視病人眼的方法(人眼的自然瞳孔被分成 一個直徑小於或等於4毫米中央瞳孔區其和一個環繞它的瞳孔邊緣區在弱光情形下收集 光),它包括一方面在中央瞳孔區產生第一組離焦和球差,另一方面在眼邊緣瞳孔區產生第 二組離焦和球差,而且第一組於第二組不同。最希望的情形下,在中央瞳孔區的球差是選擇來提高人眼在直徑小於或等於4毫 米時焦深,在邊緣瞳孔區的離焦和球差是選擇來改善弱光條件下遠距視覺的像質。而且,中 央瞳孔區的球差是根據人眼在至少一個照明條件下的自然瞳孔大小個性化確定的。如果需要的話,該矯正方法可進一步涉及至少第一光學區或第二光學區中的一個 來減少或除去至少人眼的離焦或像散,和/或更進一步減少或除去至少人眼的3階澤尼克 像差。如前所述,該矯正方法進一步包括雷射視覺矯正,它涉及用一個處理器來產生雷射能 量用於眼角膜組織的切削模式,把雷射能量控制到角膜組織以實現產生的切削模式,且切 削模式至少部分是基於確定的瞳孔上的屈光分布來定。所以,相應的裝置為一個多焦折射矯正透鏡,它的設置成包括若干個光學區,其中 的至少二個光學區有不同的聚焦和球差,透鏡進一步配置成植入鏡或佩帶鏡。本發明的各種用途、特徵、特點,優點會通過在以下各種體現的詳細說明變得明顯。
圖1顯示計算出的矯正後人眼在遠距,中距,近距視覺調製傳遞函數及視網上的 像,人眼的屈光元件是根據本發明的方法來控制有效瞳孔大小,並在瞳孔中央引入球差。圖2a顯示對人眼引入一個屈光器件把有效瞳孔限制為1.6毫米,並在瞳孔中央引 入正球差和4. 2屈光度的離焦時,估算出的人眼視力。圖2b顯示對人眼引入一個屈光器件把有效瞳孔限制為1.6毫米,在瞳孔中央引入 負球差時,估算出的人眼視力。圖3a顯示發明的一個用於矯正老視眼的植入式或佩帶式光學元件的示意圖,屈 光要素包括限制明視有效瞳孔大小,並在瞳孔中央引入球差。圖3b顯示發明的一個用於矯正老視眼的植入式或佩帶式光學元件的示意圖。屈 光要素包括限制明視有效瞳孔大小,在瞳孔中央引入球差;此外,該元件還包涵一個透明的 外光學區提高夜視光效率(柱視覺)。圖4顯示發明的一個把雷射視覺矯正和角膜鑲嵌相結合的來提高人眼焦深的方法。圖5顯示通過控制有效瞳孔大小,並在瞳孔中央二個透明光學區引入相反的正球 差和負球差來提高人眼焦深的示意圖。圖6顯示根據發明的方法來控制有效瞳孔大小並在瞳孔中央引入相反的正球差 和負球差時,計算出的人眼的調製傳遞函數。圖7顯示由圖6的調製傳遞函數估算出的人眼視力。圖8a顯示發明的一個用於矯正老視眼的植入式或佩帶式光學元件的示意圖。屈 光要素包括限制明視有效瞳孔大小,在瞳孔中央二光學區引入相反的正球差和負球差。圖8b顯示發明的又一個用於矯正老視眼的植入或佩帶光學元件的示意圖。屈光 要素包括限制明視有效瞳孔大小,在瞳孔中央二光學區引入相反的正球差和負球差。為了 提高夜視光子效率,該光學元件對光在最邊緣處透明。圖8c顯示發明的另一個光學元件的體現,與圖8A元件不同於把圖8A不透明環形 區83由透明區86取代。圖9顯示一個在瞳孔中央引入球差,在瞳孔邊緣控制人眼已有的高級像差來提高 人眼焦深的方法。圖10顯示一個在瞳孔中央引入球差,在瞳孔邊緣控制人眼內已有的高級像差來 提高人眼焦深的的流程。圖Ila顯示一個在瞳孔中央引入球差,並在瞳孔邊緣控制人眼內已有的高級像 差,計算出的人眼在遠距和近距視覺的調製傳遞函數。圖lib顯示一個在瞳孔中央引入球差,並在瞳孔邊緣控制人眼內高級像差,計算 出的人眼在遠距和近距情況下視力表在視網膜上的像。圖12顯示一個在瞳孔中央引入球差,並在瞳孔邊緣控制人眼內高級像差,估算出 的人眼在5個瞳孔情形下的視力。圖13a顯示另一個在瞳孔中央引入球差,並在瞳孔邊緣控制人眼內高級像差,計 算出的人眼在遠距和近距的視覺調製傳遞函數。圖13b顯示一個在瞳孔中央引入球差,並在瞳孔邊緣控制人眼內高級像差,計算出的人眼在遠距和近距情況下視力表在視網膜上的像。圖14顯示一個在瞳孔中央引入球差,並在瞳孔邊緣控制人眼內高級像差,估算出 的人眼在6個瞳孔情形下的視力。圖15顯示又一個在瞳孔中央引入球差,並在瞳孔邊緣控制人眼內高級像差,計算 出的人眼在遠距,中距,近距的視覺調製傳遞函數。圖16顯示一個在一個在瞳孔中央引入球差,在瞳孔邊緣控制高級像差,估算出的 人眼在5個瞳孔情形下的視力。圖17a顯示發明的一個用於矯正老視眼光學元件的示意圖,其屈光要素包括二個 內光學區含有球差,而外面的第三光學區可以有或沒有球差。圖17b顯示了一個彩色隱形眼鏡治療老花眼的體現。圖18顯示一個在瞳孔中央引入球差,在瞳孔邊緣不改變人眼的高級像差而提高 焦深的方法。圖19顯示一個在瞳孔中央引入球差,在瞳孔邊緣不改變人眼的高級像差而提高 焦深的流程。在瞳孔邊緣光學區往往要引入一個的離焦量,離焦量大小與人眼的高級像差 相關。圖20a顯示在人眼矯正後在瞳孔中央引入負球差,瞳孔邊緣引入二個不同的離焦 情況下,計算出的人眼調製傳遞函數。人眼在矯正前6毫米瞳孔內有4微米負球差。圖20b顯示計算出的矯正後視力表在人眼視網膜上的像,光學矯正涉及在瞳孔中 央引入球差,在整個眼瞳孔內矯正離焦和像散。圖20c顯示計算出的矯正後視力表在人眼視網膜上的像,光學矯正涉及在瞳孔中 央引入球差,在整個眼瞳孔內矯正離焦和像散。另外,根據人眼高級像差,在瞳孔邊緣引入 個性化的離焦量。圖21a顯示計算出的矯正後人眼調製傳遞函數,光學矯正涉及涉及在瞳孔中央引 入正球差,在瞳孔邊緣引入不同的離焦(見表6)。圖21b顯示計算出計算出的矯正後視力表在視網膜上的像,對人眼矯正涉及在瞳 孔中央引入正球差。圖21c顯示計算出的矯正後視力表在視網膜上的像,對人眼曲光矯正涉及在瞳孔 中央引入球差,在整個眼瞳孔內矯正離焦和像散;此外,根據人眼高級像差,在瞳孔邊緣引 入個性化的離焦。圖22顯示一個矯正老視眼光學元件的示意圖,對人眼矯正涉及在瞳孔中央引入 球差,在瞳孔邊緣根據人眼高級像差來確定不同的離焦。圖23顯示一個用正球差矯正老視眼的方法,對人眼矯正涉及在整個瞳孔引入正 球差,並引入離焦把矯正後最佳視覺設在遠距視覺。圖24顯示計算出的人眼在3個瞳孔大小和3種視覺距離的調製傳遞函數。圖25顯示由表七確定的老視花光學矯正後的估算人眼視力。圖26顯示發明的矯正老花光學元件的示意圖。對人眼矯正涉及在整個瞳孔中央 引入正球差,而光學元件的外層部分可能或可能不包含球差。
具體實施例方式誦i寸限賄碰孔劃輔it孔衝|徹求#郷諭罙細臺淵目艮。人眼的光學參量在有屈光元件時一般可用瞳孔複數孔徑函數的P (r)來描述P(r) = A(r)*exp(i 2 π Φ (r) / λ ) (r) *exp (i 2 Jiff (r)/λ ), (1)其中r為眼睛瞳孔極坐標極的半徑,A(r)和Φ (r)分別為屈光元件的振幅透過率 函數,位相空間分布。S(r)和W(r)分別人眼的為振幅透過率函數(Stiles-Crawford效應) 和人眼已存在的波相差。為了方便起見,我們僅考慮極坐標中的徑向分量。我們描述一個通過降低眼明視瞳孔大小,同時在中央瞳孔引入球差的方法來提高 眼光學焦深。降低(限制)瞳孔大小可以通過如下一振幅透過率函數A (r)來表示A(r) = circ(r/r0)(2)其中&為減少到的瞳孔大小。CirC(IVrci)是一個圓形的函數,如果r小於或等於 r0時,圓形的函數的值等於1,如果r大於Γ(ι時,圓形的函數的值為零。當&的值比自然的 明視瞳孔半徑小,那麼屈光元件的孔徑大小將決定人眼的有效明視瞳孔。在限制的瞳孔內 引入球差可以表示為Φ (r) = cl*(r/r0)4(3)其中係數cl的大小決定在明視瞳孔內引入的球差量。當然,屈光矯正光學元件通常包括傳統的球和柱屈光糾正,但為簡單起見,我們在 描敘中不包括傳統的球和柱屈光糾正。但是,老視矯正可能會引入離焦,以把焦點設在遠點 之外。把引入的離焦和球差結合起來,我們可以得到治療老視光學的波前分布為Φ (r) = cl*(r/r0)4+c2*(r/r0)2(4)其中c2決定離焦量。在一個設計例子裡,我們把人眼的有效孔徑限制在1. 6毫米(rO的=0. 8毫米)。 在這樣一個很小的瞳孔裡,人眼的Stiles-Crawford效應可示為是一個常數,並且人眼的 高級像差,比如球差可忽略不計。人眼的波相差可由一個離焦表示ff(r) = c3*(r/r0)2(5)其中而c3表示對不同觀看距離的老花引起的離焦量。引入正球差將使瞳孔中心比瞳孔外圍有更大的光焦度,當把1.34微米的正球 差引入人眼瞳孔中心區孔徑1.6毫米時,眼波相差可由二個Zernike多項世來表述為 0. 1 (Z12 (r) +3. 87*Z4 (r))。其中 Z12 (r) = 2. 236 (6*r4_6*r2+l),Z4 (r) = 1. 732 (2*r2_l)。把限制有效瞳孔大小和引入球差結合起來,可讓人眼焦深提高很大,用於老視眼 的治療。由於正球差將把眼的焦點移向遠視,我們可以在光學矯正中引入一個離焦(4. 2D) 以把最佳的視覺移到眼的遠點。如果除去引入的球差,引入離焦會讓眼的最佳的視覺定在 近距24釐米處。圖1顯示出計算的矯正後的調製傳遞函數(左列)及視力表在視網膜上的像(中 列,右列)。考慮的情形包括遠距視覺(無限遠,頂行;3米遠,第二行),中距視覺(0.7米, 第三行,0. 5米,第四行),近距視覺(0. 33米,底行)。調製傳遞函數的計算時用到方程(1), (2),(4)和(5),並假設s(r) = 1,調製傳遞函數的橫軸單位是周期/度。視力表上的字母 E的大小為視力20/10 (最小字母),20/15,20/20,20/40,和20/80 (最大字母)。要使視網膜上的字母能被正確認出,每個字母在視網膜像的對比度要達到或超過
8視網膜的閾值。如果我們假設正常人眼的視網膜對1.0 (20/20)視力的對比度閾值是9%, 對0. 67(20/30)視力是5%,對0.5(20/40)視力是2. 5%,我們可以根據計算的傳遞函數 (圖1第一列)估算出人眼的視力。圖2顯示經過屈光元件把人眼的有效瞳孔限制為1. 6毫米,並在瞳孔中央引入正 球差和4. 2D離焦,估算出的人眼視力。這樣的老花矯正有三個重要特點首先,眼睛有一個 良好的遠距視覺,1.0視力(20/20)的焦深超過1屈光度;而且,夜視眩光,光暈的問題不會 出現。第二,眼睛會有可以接受的中、近距視覺,從1米到0. 33米的人眼估算視力為0. 67。 甚至對超近距0. 2米,人眼睛的估算視力還能達到0. 5 (20/40)。在另一種設計例子中,我們選擇把人眼的有效孔徑限制在1. 6毫米(rO = 0. 8毫 米),並眼瞳孔中心區孔徑1. 6毫米引入1. 34微米的負球差,負球差會使瞳孔中心比瞳孔 外圍的光焦度小;除去引入負球差外,同時在瞳孔中心區同時引入-1. 2D離焦。圖2b顯示 人眼在此屈光矯正時,估算出的人眼視力。此老視矯正有二個重要特點。首先,校正後人眼 有很好的近距視力為1.0(20/20)。第二,引入-1. 2D離焦,使人眼睛從遠視覺到中距都有 0. 67(20/30)或更好的視力·根據2a和圖2b,人們可以輕鬆地實現高質量雙眼老視矯正,對一隻眼睛引入正球 差以獲得好的遠視力,對另一隻眼睛引入負球差以獲得好的近視力。必須強調,我們的光學 矯正必須對二眼限制瞳孔大小,並引入適當的離焦。圖3a顯示發明的一個用於矯正老視花的光學元件的示意圖,元件可用於眼內植 入或眼上佩帶。該屈光元件包括一個透明中央光學區31,它不僅提供常規的球-柱光學矯 正,還在瞳孔中心引入球差;一個環形區32以遮擋或減弱中央透明區之外光進入人眼,環 形區可大到人眼中視(低光下明視)自然瞳孔33。屈光元件控制明視有效瞳孔大小,並在 瞳孔中央引入球差。中央光學部分Dl的直徑在1.4毫米和2毫米之間,環形區D2的外徑 在3. 5毫米至6毫米之間,取決於每個人的眼睛中視覺最大孔徑。中央的光學區會引入適 當的離焦,離焦量取決於對眼引入的球差量。圖3b顯示發明的另一個用於矯正老視花的光學元件的示意圖,元件可用於眼內 植入或眼上佩帶。該屈光元件包括一個透明中央光學區34,它不僅提供常規的球-柱光學 矯正,還在瞳孔中心引入球差;一個環形區35以遮擋或減弱中央透明區之外光進入人眼, 環形區可大到到人眼中視(低光下明視)自然瞳孔33。屈光元件的球差可由非球面來實 現。在人眼自然中視瞳孔外。該屈光元件還包括一個透明區36使眼睛在夜視(柱視覺) 收集更多光子。屈光元件包括控制明視有效瞳孔大小,並在瞳孔中央引入球差。中央光學 部分Dl的直徑在1. 4毫米和2毫米之間,環形區D2的外徑在3. 5毫米至6毫米之間,取決 於每個人的眼睛中視覺最大孔徑。中央的光學區會引入適當的離焦,離焦量取決於對眼引 入的球差量。圖3a和圖3b所示的光學元件可以是人工晶狀體,能用已知的球面和非球面鏡片 工藝來製造,至少一個鏡面必須是非球面用於引入的球差。環形不透明或半透明的部分可 以通過塗層,著色,或透鏡中間夾入不透明層實現。限制瞳孔大小並在瞳孔中央區引入球差也可以通過人工晶狀體與角膜鑲嵌相結 合來實現。人工晶體除了包含傳統的球柱透鏡矯正,在中心區引入球差和適量的離焦,壓縮 瞳孔大小可以通過在眼角膜植入到一個不透明鑲嵌環。
壓縮瞳孔大小並在瞳孔中央區引入球差還可以通過雷射視覺手術與角膜鑲嵌相 結合來實現。角膜鑲嵌不透明環可壓縮瞳孔大小,雷射屈光手術可以產生所需的球差量以 及所需的焦點偏移。圖4顯示一種把雷射視覺矯正和角膜鑲嵌相結合來提高焦深的方法 涉及的步驟包括1)在眼睛角膜內植入到鑲嵌不透明環41 ;2)測量人眼波相差42 ;3)確定 所需的離焦量44和期望的球差43,4)進行雷射屈光手術45。當然,雷射屈光手術也可包含 傳統的球柱曲光矯正。誦i寸龍it孔Φ妙竹靴弓丨A漸細顧_求#射歸λ目艮■罙壓縮眼睛瞳孔為小於2毫米可以增加焦深進行老視眼治療,但其缺陷是降低眼的 總光效率。圖5顯示一種利用大瞳孔,在瞳孔中央多個光學區引入相反的正球差和負球差 來提高人眼焦深的方法。人眼的眼明視光學將分成三區中央區51個,中區52個,外區53。 本方法的51和52是對光透明,而53遮擋或減弱光進入眼瞳孔外圍。除了傳統的球柱曲光 矯正外,透明光學區51和52將引入不同離焦和符號相反的球差。54為夜視下的自然瞳孔。在一個設計例子中,中央區51的直徑為1. 6毫米,同時引入約1. 34微米正球差 ((0. 1 (Z12(r)+3. 87Z4(r))和4. OD離焦;外中央區52環為透明的,直徑為3毫米,引入約 4. 3微米(or-0. 32(Z12(r)+3. 87Z4(r))負球差,和不同的離焦量(0D號);在51和52外有 一個環形區53以遮擋或減少明視瞳孔內的光進入人眼,環形區D2的外徑在3. 5毫米至6 毫米之間,取決於個人的眼睛最大的中視瞳孔大小(低明視)。圖6顯示計算出的三種視距的調製傳遞函數遠距視覺(無限遠,頂行;3米遠,第 二行),中距視覺(0.7米,第三行,0.5米,第四行),近距視覺(0.33米,底行)。同時我們 還考慮了三個瞳孔大小1. 5mm(左),2mm(中),3mm(右).調製傳遞函數的橫軸單位是周
期/度。此老視眼的治療方法有三個特點。首先,在1. 6毫米瞳孔內本方法與圖1和圖2 方法具有相同的光學特性。第二,新方法在大瞳孔下改善了近距視覺和中距視覺品質(見 底部3行)。第三,新方法會降低夜間遠距視覺質量(上兩行),但對光子效率有明顯改善, 因為有效瞳孔從1. 6毫米提高到3mm。圖7顯示根據圖6的調製傳遞函數估算出的人眼視力。我們考慮與圖6相同的三 個瞳孔大小,視覺距離從無限遠(OD)到0.25米(4D)。可以看出,在4個光焦度範圍內,對 所有三個瞳孔大小都可實現0.5視力(20/40)或更好。對於1.5毫米小瞳孔情形,估計的 視力與如圖2a完全相同。對於大於1. 6毫米瞳孔,有3個地區的估算視力比20/40好遠 距視力(< 0. 3D),中距視覺( 2D)和近距視力( 3D)的。此夕卜,圖5方法比用1. 6毫 米的小瞳孔方法容許更多的光(約3. 5倍)進入人眼。圖8a顯示又一個用於矯正老視眼的植入或佩帶光學元件的示意圖。該屈光元件 限制瞳孔大小,並在瞳孔二中央區引入相反的正球差和負球差。引入球差能用現有的非球 面鏡片工藝來製造。本屈光元件包括一個圓形中央通知光學區81,環形光光學區82,和一 個環形區83以遮擋或減弱明視瞳孔內的光進入人眼。屈光要素除了傳統的球柱曲光矯正 外,還包括控制明視有效瞳孔大小,和在瞳孔中央引入相反的正球差和負球差。中央區直徑 Dl為1. 4到2. 0毫米,外中央區D2直徑大約為2. 5到3. 5毫米,外環形區外徑直徑大約為 3. 6到12毫米。圖8b顯示另外一個發明的矯正老視的植入或佩帶光學元件的示意圖。與圖8a不同,此設計在非透明外邊緣區還包含一透明光學區85,以提高夜視覺的光效率(柱視覺)。圖8c顯示了又一個光學元件體現。與圖8a不同,此設計用透明光學部分86取代 圖8A條環形不透明部分83,透明光學部分86可能會或可能不會控制瞳孔周邊高階像差。在圖8a,8b,8c的光學元件可以為人工晶狀體(IOL)或角膜接觸鏡,它們能用現有 的球面和非球面鏡片工藝來製造,至少一個鏡面必須是非球面用於引入的球差。環形不透 明或半透明的部分可以通過塗層,著色,或透鏡中間夾入不透明層實現。通i寸碰孔中剩誠#浦制瞳孔周訪細纖是罙迄今為止,我們忽略了人眼的高階像差(球差),這是因為討論的方法和裝置限制 了眼的有效睛瞳孔大小到小於或等於3毫米。表1通常情況下人眼的球差 正常人眼睛象普通正透鏡一樣含有負球差,在6毫米瞳孔內人眼的球差往往低於4 微米米瞳孔(-0. 3(Z12+3. 87Z4))。表1顯示三種不同球差人眼在各種不同瞳孔大小的球差。可以看出,真正的眼睛在小瞳孔內(小於3毫米)的球差是微不足道的,但4毫米 瞳孔外變得重要。因此,在治療瞳孔大於3毫米老視眼時我們必須處理人眼的球差,甚至高 階像差。我們可以把人眼的瞳孔分成若干個光學區,分別控制每個光學區的球差來提高眼 的焦深,治療老視。如圖9顯示,人眼的明視瞳孔分成二個光學區91 (瞳孔中央)和92(瞳 孔外圍),人眼的自然瞳孔為93。提高眼的焦深可通過在瞳孔中央引入球差,在瞳孔邊緣區 92控制高級像差。中心區直徑Dl為2到4毫米,而邊緣區D2的外徑為3.到6毫米。圖10顯示一個在瞳孔中央引入球差,在瞳孔邊緣控制高級像差而提高焦深的工 藝過程。首先,人眼的波像差101可通過波像差儀測量。波像差儀不僅給出傳統的球-柱 屈光矯正,同時包括球差,彗差等高階像差。球-柱屈光量和眼調焦量也可由主觀方法測 定。第二,把光學矯正元件的球-柱曲光矯正102確定下來。第三,確定人眼至少二個光學 區的球差,如瞳孔中心103和瞳孔邊緣區104。第四,根據人眼的高級像差101和瞳孔中心 區球差103和瞳孔邊緣區球差104來確定校正元件在瞳孔中央105和瞳孔邊緣106的球差。 第五,確定瞳孔中心離焦量107區和瞳孔邊緣離焦量108。最後,實現波前引導老視眼矯正 109。矯正的方法包括雷射視力校正,隱形眼鏡,眼鏡,植入人工晶狀體,校正109涉及三組 光學參量。該三組光學參量包括常規的球柱校正102,瞳孔中心105和瞳孔周圍106的球
11差,瞳孔中心107和瞳孔周圍108的離焦量。一種設計方案是在瞳孔中央引入相當負球差,在瞳孔邊緣引入正球差。作 為一個設計例子,表2列出相應的矯正參量。首先,人眼光學被分為兩部分直 徑2. 5毫米的瞳孔中央區和直徑5毫米外瞳孔區。第二,在瞳孔中央區引入4微 米負球差(-0. 3(Z12(r)+3. 87Z4(r)),在外瞳孔部分控制眼的球差量為正4微米 (-0. 3(Z12(r)+3.87Z4(r))。在瞳孔中央區和外瞳孔部分分別引入_0. 6D和1. ID的離焦。表2老視矯正光學參量 如果人眼按表2參量進行光學矯正,圖Ila顯示出的人眼在遠距(0D,頂行)及近 距(1.9D,底行)調製傳遞函數。圖Ila考慮了三瞳孔大小是2毫米瞳孔(左列),3. 5毫 米(中列),5毫米瞳孔(右列)。調製傳遞函數的橫軸單位是周期/度。同樣按表2參量 進行的光學矯正,圖lib顯示三個不同瞳孔大小下估算出的視力表在視網膜上的像。圖12 顯示按表2光學元件矯正後人眼在5個瞳孔情形下估算的視力。可以看出,對3. 5毫米以下所有瞳孔大小,矯正後的估計視力是20/30或更好;對 大瞳孔(4毫米或5毫米),矯正後遠距的估計視力也是20/30或更好。對近距視覺,大瞳孔 (4毫米和5毫米)的估計視力為20/40或更好。另一個老視眼矯正方案是在瞳孔中央區引入負球差,在外瞳孔部分把人眼的球差 消除掉。表3老視矯正光學參量 作為一個設計例子,表3列出相應的矯正參量。首先,人睛光學被分為兩部分直 徑2. 8毫米的瞳孔中央區和直徑6毫米外瞳孔。第二,在瞳孔中央區引入4微米負球差 (-0. 3 (Z12 (r) +3. 87Z4 (r)),在外瞳孔部分把人眼球差降低或完全矯正掉。離焦在瞳孔中央 區和外瞳孔部分相同。如果按表3參量進行光學矯正,圖13a顯示出在遠距(0D,頂行)及近距(1.9D,底 行)計算出的人眼調製傳遞函數。考慮的三瞳孔大小是2毫米瞳孔(左列),4毫米(中
12列),6毫米瞳孔(右列)。另外,按表2參量進行光學矯正,圖13b顯示對遠距(0D,頂)和 近距(1.9D,底)計算出的視力表在視網膜上的像。按表3參量進行光學矯正,圖14顯示六個不同瞳孔大小下估算出視力。必須注意 到,此光學矯對大於4毫米瞳孔(夜晚)的遠距(OD)和小於4毫米瞳孔的近距(1. 9D)提 供良好的屈光矯正視力(20/30或更好);我們同時也看到,對小於3. 5毫米瞳孔此光學矯 在2光焦度範圍內,能提供可接受的矯正視力(20/40或更好)。我們進一步注意到,此光學 矯對大於3. 5毫米瞳孔有雙焦校正特性,在0. 3D和1. 2D為低視力區。另一個老視眼矯正方案是在瞳孔中央區引入正球差,在外瞳孔部分把人眼的球差 矯正掉。表4老視矯正的光學參量 作為一個設計例子,表4列出相應的矯正參量。首先,人睛光學被分為兩部分直 徑4毫米的瞳孔中央區和直徑6毫米外瞳孔區。第二,在瞳孔中央區引入13. 4微米正球差 (1. 0 (Z12 (r) +3. 87Z4 (r)),在外瞳孔部分把人眼球差降低或完全矯正掉。離焦在瞳孔中央 區和外瞳孔分別為1. 7D和0D。如果人眼按表4參量進行光學矯正,圖15顯示出的人眼在遠距(0D,頂行),中距 (1.00,中行),及近距(1.8D,底行)調製傳遞函數。考慮的三瞳孔大小是2毫米瞳孔(左 列),4毫米(中列),6毫米瞳孔(右列)。調製傳遞函數的橫軸單位是周期/度。從調製傳遞函數數據可以得到圖16的視力估算,此光學矯對大瞳孔情形有優良 的遠距視力,但近距視力不是太好。另外,此光學矯對小於4毫米瞳孔此光學矯在2光焦度 範圍內,能提供可接受的老視矯正,視力為20/40或更好。上面提到了三種方法在瞳孔中央引入球差並控制瞳孔周邊高階像差來提高眼焦 深。必須指出的是,用表2到表4的光學矯正最合適於人眼仍有少量調焦(1D到2D)。除去 表中的球差和離焦外,老視光學矯還正可包含傳統的球柱曲光矯正(球,柱,角度)。圖17a顯示又一個矯正老視眼的光學元件,它包括兩部分171區和172區,球差 (甚至高階像差)在這二個區內都是根據設計控制的。在眼的明視瞳孔外區173,球差可有 可無。中央部分直徑(Dl)在1. 8毫米到4毫米。中間部分直徑(D2)在4毫米和6毫米之 間。外區173中央部分直徑(D3)在6毫米和25毫米之間,取決於老花光學元件是框架眼 鏡,隱形眼鏡,植入隱形眼鏡,雷射屈光手術,甚至人工晶狀體。圖17B顯示了一個彩色隱形眼鏡治療老花眼的體現,它包括兩部分175區和176 區,球差(甚至高階像差)在這二個區內都是根據設計控制的。在176區外,一個環形區 阻止或減輕光線的進入量。中央部分(Dl)的1.8毫米和3. 5毫米的直徑。中間部分直徑(D2)在3. 5毫米和5毫米之間。外區173中央部分直徑(D3)在8毫米和12毫米之間。環 形不透明或半透明的部分可以通過塗層,著色,或透鏡中間夾入不透明層實現。誦細艮it孔Φ剩IA細象目艮白_罙表2到表4的方法涉及精確控制在瞳孔邊緣球差,這可能對一些器件有困難。不 改變瞳孔周圍高階像差的設計會有利於實際應用。我們可以把眼睛瞳孔分成若干光學區,僅在瞳孔中央區控制球差提高老花眼的焦 深。如圖18日所示,我們把明視瞳孔分成181 (瞳孔中心)和182 (瞳孔周圍)兩部,僅在 中央區181引入球差,但不改變在眼睛瞳孔周圍182的人眼球差。瞳孔中心區181的直徑 在2至4毫米之間,D2的外徑為4毫米和6毫米之間。183為夜視下眼睛的自然瞳孔。圖19顯示一個在瞳孔中央引入球差,在瞳孔邊緣不改變高級像差來提高焦深的 工藝流程。首先,人眼波像差191可通過波像差儀測量,眼波像差儀不僅給出傳統的球柱曲 光矯正,同時包括球差,彗差等高階像差。傳統球-柱曲光矯正和人眼調焦量也可由主觀方 法測定。第二,確定光學元件對人眼進行球-柱曲光矯正192。第三,確定瞳孔中心區(4毫 米內)適當的球差,引入的球差量195取決於人眼的自然球差193和期望的矯正後球差量。 第四,根據人眼的高級像差(球差)194確定瞳孔邊緣的離焦量196。最後,實現波前引導的 老視眼矯正197。矯正方法包括雷射視力校正,隱形眼鏡,框架眼鏡,隱形眼鏡植入,植入人 工晶狀體;波前引導老花眼矯正包含3組參數跨越整個眼瞳孔常規的球-柱校正192,在 瞳孔中心球差195,及瞳孔中心區和瞳孔邊緣的離焦量偏196。表5老視治療的光學參量 在一個矯正方案中,老花屈光矯正在眼睛瞳孔中央引入球差,但並不改變眼睛瞳 孔邊緣的高階像差。如果一個眼睛在瞳孔邊緣含有球差,眼睛大瞳孔光學質量由人眼自然 球差決定。作為一個設計例子,表5 —個假想眼在6毫米瞳孔有4微米米球差 (-0. 3(Z12(r)+3. 87Z4(r)),老視鏡在瞳孔中央區2. 8毫米引入4微米負球差 (-0. 3 (Z12 (r) +3. 87Z4 (r)),在外瞳孔部分人眼高級像差不變。考慮到眼瞳孔邊緣的自然球差,眼在瞳孔大於2. 8毫米時的的光學質量將跟表3 的老視矯正不同。圖20a顯示出人眼矯正後,計算出的遠距視覺的調製傳遞函數。光學矯正包含瞳孔中央引入相當的負球差,瞳孔中央區和瞳孔邊緣區可引入離焦差(201和203)或不引入 離焦差(202和204),人眼在6毫米瞳孔的球差有假設為4微米。我們僅考慮三個瞳孔大 小2毫米瞳孔(左),4毫米(中),6毫米瞳孔(右)。調製傳遞函數的橫軸單位是周期/度。圖20b顯示人眼矯正後計算出的視力表在視網膜上的成像。當對人眼矯正涉及在 瞳孔中央引入負球差,而在整個眼瞳孔引入同樣的離焦和像散光學矯正(中央和邊緣瞳孔 沒有離焦差異)時,圖20b顯示計算出的視力表在視網膜上的成像。圖20b涉及遠距視覺 和三瞳孔大小2毫米(左),4毫米(中),6毫米(右)。如圖20a的低調製傳遞函數202 和204預示,大瞳孔(4毫米,6毫米)情形人眼的視網膜上像將嚴重模糊。如果我們對人眼的矯正涉及到在瞳孔中央引入負球差,而在整部眼瞳孔引入同樣 的離焦和像散光學矯正,並根據人眼高級像差在瞳孔邊緣引入不同的離焦時,圖20c顯示 計算出的視力表在視網膜上的成像。很明顯看出圖20A改善的調製傳遞函數201和203使4毫米(中)和6毫米(右) 瞳孔的視網膜像得到改善,因此,必須在瞳孔邊緣根據人眼高級像差在瞳孔邊緣引入不同 的罔焦。表6老視治療的光學參量 作為另一個設計例子,表6假設人眼在6毫米瞳孔有4微米米球差 (-0. 3(Z12(r)+3. 87Z4(r)),老花鏡在瞳孔中央區4毫米引入13. 4微米的正球差 (1. 0 (Z12 (r) +3. 87Z4 (r)),在外瞳孔部分像差由人眼高級像差確定。考慮到眼瞳孔邊緣的自然球差,瞳孔大於4毫米時眼的的光學質量將跟表4的老 花矯正不同。假設人眼在6毫米瞳孔有4微米負球差,對人眼的光學矯正包含瞳孔中央引入相 當的正球差,如表6所示,瞳孔中央區和瞳孔邊緣區分有無離焦差二種情形。圖21a顯示出 計算出的遠距視覺(OD)的調製傳遞函數(MTFs)。我們考慮遠距視覺和三瞳孔大小2毫米 瞳孔(左),4毫米(中),6毫米瞳孔(右)。調製傳遞函數的橫軸單位是周期/度。對於 瞳孔小於4毫米,眼睛的光學質量在二中情形下相同。然而,對於大瞳孔(6毫米),在瞳孔 邊緣區根據人眼的高級像差引入一個離焦量能比沒有引入離焦量大大改善眼的光學質量。如果人眼的矯正涉及在瞳孔中央引入正球差,在整部眼瞳孔引入同樣的離焦和像散光學矯正(中央和邊緣瞳孔沒有離焦差異)時,圖21b顯示計算出的視力表在視網膜上 的成像。考慮的情形涉及遠距視覺和三瞳孔大小2毫米瞳孔(左),4毫米(中),6毫米 瞳孔(右)。同樣,當對人眼矯正涉及在瞳孔中央引入正球差,但根據人眼高級像差在瞳孔 邊緣引入不同的離焦時,圖21c顯示計算出的視力表在視網膜上的成像。考慮的情形也涉 及遠距視覺和三瞳孔大小2毫米瞳孔(左),4毫米(中),6毫米瞳孔(右)。顯而易見,, 根據人眼的高級像對一個瞳孔外緣引入一定離焦量可以顯著改善對於大瞳孔,夜視覺的光 學質量。必須指出的是,表5到表6的光學矯正對人眼仍有少量調焦(1D到2D)的人最合 適。除去表中的球差和離焦外,老視眼光學矯正可包含傳統的球柱曲光矯正(球,柱,角 度)。圖22顯示矯正老視眼的光學元件,包括在人眼瞳孔中央引入球差的221中央區,不 改變眼瞳孔外緣的球差(或高級像差)的222外區。中央區直徑(Dl)在1. 8毫米到4毫 米之間。外區直徑(D2)在6毫米和25毫米之間,取決於老視光學元件是框架眼鏡,隱形眼 鏡,植入隱形眼鏡,雷射屈光手術,甚至人工晶狀體。引入ιΗ球差增加眼睛瞳的焦深增加眼睛的焦深也可通過在眼瞳孔上引入正球差,同時引入適當離焦把眼的最好 光學質量設定在遠距視覺。如圖23所示,人眼的光學在明視情況下為231,中間視覺(暗明 視覺)眼瞳孔為232,瞳孔直徑(Dl)在3毫米到6毫米之間,因人而異。表7在人眼暗明視覺瞳孔引入正球差 表7顯示不同瞳孔大小下在人眼瞳孔上引入的正球差的總量,為了把眼的最好光 學質量定在遠距視覺,在傳統的傳統球-柱改正之外再引入一定的離焦(比如1.7光焦 度)。圖24顯示計算出的人眼MTFs (調製傳遞函數),涉及在3個瞳孔大小2毫米在 左,4毫米在中,6毫米在右。考慮的3個視覺距離為0D(頂行),1.0D(中行)和1.75D(下 行)。因為此視覺矯正引入大量正球差,人眼的高級像差可以忽略不計。調製傳遞函數的橫 軸單位是周期/度。圖25顯示根據表七的老視光學矯正在7個瞳孔大小下估算出的視力。對瞳孔直 徑等於或小於6毫米,在2. 0光焦度內此視覺矯正提供可接受的視覺(0. 5視力或更好)。 對於瞳孔直徑小於4. 5毫米情形,此矯正對遠距視覺提供很好的視覺(0. 67視力)。圖26顯示一個矯正老視光學元件的示意圖,該元件的中央光學區261覆蓋人眼明 視瞳孔263。中央區261的直徑在3毫米到6毫米之間,取決於人眼的瞳孔大小。大量的 正球差將被引入人眼的中間視覺(暗明視)瞳孔裡。在眼瞳孔外的外區可引入或不引入球 差。中區的直徑(D2)為6毫米到25毫米,取決於光學元件,包括框架眼鏡,隱性接觸鏡,植 入接觸鏡,雷射視覺矯正,甚至人工晶體植入鏡。
權利要求
一個治療老視病人眼的方法,在人眼中有一個自然瞳孔,包括(a)一個直徑等於或小於4毫米的中央瞳孔區、(b)一個在弱光情形下收集光的環繞的瞳孔邊緣區,其特徵在於該方法包括一方面在中央瞳孔區引入球差;另一方面保持或減低人眼治療前在邊緣瞳孔區的高階像差。
2.根據權利要求1所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於該方法還包括一個步 驟,即減低或阻擋光通過邊緣瞳孔區進入人眼。
3.根據權利要求1所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於所述的在中央瞳孔區 引入的球差為正球差或負球差。
4.根據權利要求1所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於所述的在中央瞳孔區 引入的球差在第一個分區內為正球差而在第二個分區內為負球差。
5.根據權利要求1所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於所述的中央瞳孔區進 一步被分成二個同心光學區,它們的球差符號相反。
6.根據權利要求1所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於所述的中央瞳孔區引 入的球差是根據人眼在至少一個照明情況下的瞳孔大小來個性化確定。
7.根據權利要求1所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於該方法進一步包括減 低或消除至少離焦或像散之一。
8.根據權利要求1所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於該方法進一步包括減 低或消除人眼的3階澤尼克像差。
9.根據權利要求1所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於該方法還包括通過一 個處理器來產生雷射能量用於眼角膜組織的切削模式,且切削模式至少部分是基於確定的 瞳孔上的屈光分布來定並且該方法進一步包括把雷射能量控制到角膜組織以實現產生的 切削模式。
10.一種用於眼的多焦透鏡,其特徵在於其設置包括提供一個分布於整個透鏡上基 本屈光分布度來矯正遠視缺陷,進一步包括在透鏡中央一定的球差用於提高眼的焦深,透 鏡更進一步配置成植入鏡或佩帶鏡。
11.根據權利要求10所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡的中央區的直徑在1.5 毫米至4.0毫米之間。
12.根據權利要求10所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡的直徑在3毫米至40毫 米之間。
13.根據權利要求10所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡中央區的球差由多項式 的若干項來表示。
14.根據權利要求10所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡中央區的球差的峰_谷 波前偏差大於1微米。
15.根據權利要求10所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡進一步配置以適應人眼 的高級澤尼克像差。
16.根據權利要求15所述的多焦透鏡,其特徵在於透鏡的配置適應涉及減少人眼自 然存在的三階澤尼克像差。
17.根據權利要求15所述的多焦透鏡,其特徵在於透鏡的配置適應包括降低人眼外 圍的高級澤尼克像差。
18.根據權利要求10所述的多焦透鏡,其特徵在於在所述透鏡中央區的球差包括在 第一個分區有正球差和在第二個分區有負球差。
19.根據權利要求10所述的多焦透鏡,其特徵在於所述的球差是根據人眼在至少一 個照明條件下的自然瞳孔大小確定的。
20.一種治療老視病人眼的方法,在人眼中有一個自然瞳孔,包括(a) —個直徑等於或 小於4毫米的中央瞳孔區、(b) —個在弱光情形下收集光的環繞的瞳孔邊緣區,其特徵在 於該方法包括一方面在中央瞳孔區產生第一組離焦和球差,另一方面在眼邊緣瞳孔區產 生第二組離焦和球差,而且第一組於第二組不同。
21.根據權利要求20所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於所述中央瞳孔區的 球差是選擇來提高人眼在直徑小於或等於4毫米時焦深,在邊緣瞳孔區的離焦和球差是選 擇來改善弱光條件下遠距視覺的像質。
22.根據權利要求20所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於所述在中央瞳孔區 引入的球差是根據人眼在至少一個照明條件下的自然瞳孔大小個性化確定的。
23.根據權利要求20所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於進一步讓至少第一 或第二組中的一個來減少或除去至少人眼的離焦或像散的其中之一。
24.根據權利要求20所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於更進一步讓至少第 一或第二組中的一個來減少或除去人眼的3階澤尼克像差。
25.根據權利要求20所述的治療老視病人眼的方法,其特徵在於進一步包括雷射視 覺矯正,即通過一個處理器來產生雷射能量用於眼角膜組織的切削模式,且切削模式至少 部分是基於確定的瞳孔上的屈光分布來定,還進一步包括把雷射能量控制到角膜組織以實 現產生的切削模式。
26.一種用於人眼屈光矯正的多焦透鏡,其特徵在於該透鏡由若干個光學區組成,其 中的至少二個光學區有不同的聚焦和球差,透鏡進一步配置成植入鏡或佩帶鏡。
27.根據權利要求26所述的多焦透鏡,其特徵在於所述的至少二個光學區為同心結 構、以形成內光學區和外光學區。
28.根據權利要求27所述的多焦透鏡,其特徵在於該透鏡的內光學區的球差設置來 提高人眼等於或小於4毫米的自然瞳孔的焦深。
29.根據權利要求28所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡的內光學區的球差 峰-谷波前偏差大於1微米。
30.根據權利要求28所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡的球差是根據人眼在至 少一個照明條件下的自然瞳孔大小確定的。
31.根據權利要求27所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡在外光學區的球差用來 降低人眼中的自然存在的球差。
32.根據權利要求27所述的多焦透鏡,其特徵在於所述透鏡在內光學區和外光學區 的焦差被選來改善眼的夜視覺,焦差量根據人眼的自然球差確定。
33.一種治療老視病人眼的方法,在人眼中有一個瞳孔,其特徵在於該方法包括在人 眼的整個瞳孔上引入正球差和一個焦點偏移來設定眼遠視最佳成像質量。
全文摘要
本發明公開了老視眼屈光矯正的方法和器件,矯正老視病人的眼視力涉及在瞳孔中央引入球差,而在瞳孔邊緣的處理上與瞳孔中央大不相同;舉例來說,瞳孔邊緣可以保持不變,或者對瞳孔邊緣進行高級像差控制,和/或在瞳孔邊緣有球差區引入不同的離焦。
文檔編號A61B18/18GK101909539SQ200880123102
公開日2010年12月8日 申請日期2008年10月28日 優先權日2007年10月29日
發明者梁俊忠 申請人:梁俊忠