专利名称：产生波前的定制眼表面的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及眼睛的视力校正领域，并且更具体地涉及产生波前的定制眼表面。
背景技术：
眼象差计，如Zywave波前分析仪(博士伦公司，美国，纽约)在眼睛的入射光瞳面测量离开患者眼睛的波前像差。这通过沿患者的视轴将红外激光光焦度的窄光束射入患者眼睛来完成。Zywave测量光束的波长为780nm。激光光焦度在患者的视网膜中央凹发生漫反射并向后穿过眼睛，完全充满患者的瞳孔。象差计的光学元件将由入射光瞳确定的瞳孔图像中继到Hartmann-Shack波前传感器上(HSWFS)。上述HSWFS以已知的间隔对波前取样并且计算机计算患者的出射波前像差的完整数学描述。在使用Zywave的情况下，波前像差的数学描述为查涅克(Zernike)多项式形式/Born & Wolfs符号(Born & Wolf，光学原理，第6版，剑桥大学出版社(1980))。上述波前像差可用于为患者设计定制的矫正方案，其可以通过接触镜、眼镜、IOL、镶嵌物或激光折射外科手术来完成。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种用于根据眼睛的波前像差测量结果来确定眼睛的校正表面(例如，定制的接触镜″CCL″；定制的IOL)的前或后表面参数的方法。上述实施例的优选方面涉及确定干的、设计成在555nm工作的CCL的前表面参数。一种算法提出的方法包括未对准校正、色像差校正和由于像差测量波长和视觉峰值波长之间的差别以及像差测量位置和像差校正位置之间的差别而产生的光焦度(power)偏移校正。在一种优选的方面中涉及确定干的、定制矫正接触镜的前表面参数，另外的处理步骤包括将像差多项式系数转化为湿透镜的表面变形，并对脱水诱发的收缩进行补偿。
附图包含在说明书中并组成说明书的一部分，阐明了本发明的实施例并且与说明书一起用于解释本发明的目的、优势和原理。在附图中，图1为根据本发明一实施例的处理流程图；图2为根据本发明一优选实施例的处理流程图；并且图3为波前传感器眼睛测量图像的复印件，阐明了波前测量在镜片的光学区(OZ)上的定轴作用；以及图4为本发明实施例的硬件配置的直线图。
具体实施例方式
根据从Zywave波前分析仪(博士伦公司，美国，纽约)获得的数据而提出下面的详细说明，然而，显然本发明并非局限于这种方式；波前像差的任何精确的数学描述都将适合于实施本发明。上述Zywave结合一个Hartmann-Shack波前传感器(HSWFS)，用于测量在眼睛的入射光瞳面上离开患者眼睛的波前像差。Zywave中的视网膜照度源为发射780mm波长的光的二极管激光器。激光光焦度从患者的视网膜中央凹进行漫反射并向后穿过眼睛进入HSWFS。HSWFS以已知的间隔对波前取样并且计算机计算波前像差的数学描述作为一组18个以微米形式测量的查涅克系数(T3到T20)。由Zywave提供的其它数据包括以毫米形式测量的标准化半径(RN)、患者眼睛的识别(左眼或右眼)、等效球体光焦度(sphere power)(SE)，并且当应用时，在测量期间以患者戴的试镜片度数的方式测量的旋转角(δ)。等效球体光焦度由以下公式定义SE＝[(RN2+(2*sqrt(3)*T3)2]÷(2*2*sqrt(3)*T3)其中，T3代表Born & Wolf符号中的第四个查涅克项。
图1显示了算法100的处理流程步骤，用于根据眼睛的波前像差测量结果来确定眼的定制校正表面的表面参数。在步骤110，在己知的测量平面位置和已知的测量波长下获得患者眼睛的波前像差测量结果。优选的测量平面位置为患者眼睛的入射光瞳并且优选的测量波长为780nm，以便对患者固定和瞳孔尺寸的影响最小。如上所述，Zywave以查涅克多项式/Born & Wolf的形式计算波前像差。在优选的实施例中，查涅克多项式用″Fringe(边缘)″或Arizona(亚利桑那)大学的符号表示(参见Zemax用户指南，10.0版，124-126页)。Arizona符号和Born & Wolf符号之间的两个差别为多项式项的排列顺序不同以及B&W符号在多项式项前使用了纯量的标准化项。每种符号的前11个项显示如下
在步骤120，对图像未对准进行校正。患者入射光瞳处的波前像差在其到达HSWFS之前被旋转180度。因此，查涅克系数必须被修正以计算出(account for)这种旋转。这通过将具有奇数-θ相关的所有系数乘以-1来实现。那些不具有θ相关或者偶数-θ相关的系数未被修正。
在步骤130，等效球体光焦度SE通过以下公式计算SE＝[RN2+(2*sqrt(3)*T3)2]÷(2*2*sqrt(3)*T3)
其中，T3代表Born & Wolf符号中的第四个查涅克项。然而，780nm的测量波长比555nm的光会聚入眼睛更深，对于正常人的视力而言，后者为波长区域中心。因此，Zywave错误地测量患者必要的校正，这与他们实际上需要的校正相差+0.45D。在步骤140进行上述校正。正确的光焦度调整用B＝SE-0.45表示。散焦主要由第四个查涅克项T3限定，因此，T3必须被修正以说明这种已知的颜色像差。如果收集到眼生物统计(biometry)的测量数据，那么逐个案例的基础上，对于个别患者，从780转化为555nm的0.45D的散焦偏移可以被优化。眼生物统计测量包括角膜地形图或角膜散光计、眼睛的轴向长度以及任选的晶状体厚度。从这些测量中可以对纵向的颜色像差进行更加精确的计算。
在步骤150，算法说明了由于在患者的入射光瞳处进行测量而在眼睛的校正表面诸如修正的角膜表面、定制的接触镜表面、定制的IOL表面、定制的镶嵌物表面或者眼镜表面进行校正所引起的光焦度偏移。
在上述实施例的优选方面，该方法涉及根据眼睛的波前像差测量结果来确定干的、设计成在555nm工作的CCL的前表面参数。图2阐明了方法200。处理步骤110-150保持不变但是在接触镜的前表面进行校正。干的定制矫正接触镜的前表面的三维凹形纵断面用以下公式描述三维凹形纵断面＝(r2/Rd)/(1+sqrt(1-r2/Rd2))+∑(ZiPi)其中，r为径向坐标，Rd为前表面的干半径，Zi为一组查涅克系数，Pi为一组查涅克多项式，并且i∈[4，27]。查涅克系数和多项式为Fringe或Arizona大学符号。
典型的人眼的入射光瞳位于从角膜的前表面进入眼睛3.1mm处。典型的定制接触镜的中央厚度为0.16mm。因此，校正位于远离入射光瞳3.26mm处，并且该距离在测量的光焦度误差和校正的光焦度之间引起轻微的光焦度偏移。上述偏移用下面的公式解释，其中，B为测量的光焦度并且C为位于远离测量平面3.26mm处的校正光焦度。
C＝B-0.00326*B2在步骤160，查涅克系数从波前变形转化为湿透镜的表面变形。所有系数被除以(n-1)，其中，n为湿的接触镜材料在555nm处的折射率。
在步骤170，该算法将表面参数进行修正以将从湿透镜参数到干透镜参数中进行的水合诱发的膨胀进行数学反向。所有系数被除以对于透镜材料，用根据经验得出的垂度膨胀(sag_exp)因子。将标准化直径除以根据经验得出的直径膨胀(dia_exp)因子。典型地，这两种因子处于大约4％和35％之间，其取决于透镜材料。
修正的查涅克系数和标准化半径的概要表示如下NR`＝NR/dia_expZ4＝T3′*sqrt(3)/(n-1)/1000/sag_expZ5＝T5*sqrt(6)/(n-1)/1000/sag_expZ6＝T4*sqrt(6)/(n-1)/1000/sag_expZ7＝T7*(-1)*sqrt(8)/(n-1)/1000/sag_expZ8＝T6*(-1)*sqrt(8)/(n-1)/1000/sag_expZ9＝T10*sqrt(5)/(n-1)/1000/sag_expZ10＝T9*(-1)*sqrt(8)/(n-1)/1000/sag_expZ11＝T8*(-1)sqrt(8)/(n-1)/1000/sag_expZ12＝T11*sqrt(10)/(n-1)/1000/sag_expZ13＝T12*sqrt(10)/(n-1)/1000/sag_expZ14＝T15*(-1)sqrt(12)/(n-1)/1000/sag_expZ15＝T16*(-1)sqrt(12)/(n-1)/1000/sag_expZ16＝(当前未被使用)Z17＝T13*sqrt(10)/(n-1)/1000/sag_expZ18＝T14*sqrt(10)/(n-1)/1000/sag_expZ19＝T17*(-1)*sqrt(12)/(n-1)/1000/sag_expZ20＝T18*(-1)sqrt(12)/(n-1)/1000/sag_expZ21＝T23*sqrt(14)/(n-1)/1000/sag_expZ22＝T22*sqrt(14)/(n-1)/1000/sag_exp
Z23＝(当前未被使用)Z24＝(当前未被使用)Z25＝(当前未被使用)Z26＝T19*(-1)*sqrt(12)/(n-1)/1000/sag_expZ27＝T20*(-1)sqrt(12)/(n-1)/1000/sag_exp在优选实施例的举例说明方面，患者戴有具有已知几何形状的棱镜的或近似船舱(peri-ballasted)的球形试镜片。试镜片的光焦度可以为平的或者可以与病人的球形等价折射匹配。后者为最优选的。试镜片优选由与CCL相同的材料制成。试镜片的基本曲线，有可能被选成包括多条基本曲线，将与患者的需求匹配，类似于CCL。在患者戴试镜片时测量波前像差。测量定心(centred)在试镜片的OZ中央，定制透镜的修正将集中于此。在图2中的105描述了上述步骤。因此，测量考虑到如透镜倾斜和偏心、当透镜附着到角膜时的变形、泪膜影响、透镜旋转等影响。当患者戴眼镜时，经常很难看到透镜上的OZ，并且当用象差计照相机观察透镜时同样如此。此外，在棱镜-船舱形透镜中，OZ相对于透镜的几何中心被偏离中心。因此，优选标记OZ使其在通过波前传感器被观察时是可见的。在图3说明的一优选方面，试镜片302以干内直径为7.3mm的环的形式的车削标记304被指示，其定心在透镜的OZ上。上述环用1mm的尖半径切削工具制作。其它的环尺寸或指示标记用车床切削、激光蚀刻制作，或者本领域其它已知的方法也可以提供适当的定心标记。波前传感器设备中的可移动瞄准器306集中于波前测量光束，并且可变的圆形指示标记308也集中在交叉瞄准线中。环308的直径被改变直到它与车削环标记304相符。波前测量因此定心于试镜片的OZ上。在图3中，小圆圈310显示了测量光束在眼睛上的入射位置，但它与理解本发明无关。同样地，亮点312为仪器LED自角膜的反射并且与本发明无关。可供选择地，试镜片的OZ可以被在干燥状态的透镜上每隔15或30度放置的消除不掉的FDA认证的墨水环或点环绕。之后，在生产透镜期间测量并计算透镜旋转的数量和方向(CW或CCW)。在干透镜单元，对旋转调整的Zernike fringe系数的转化为
(调整的标准化半径＝标准化半径)A4＝Z′4A5＝Z′5*cos(2*d)-Z′6*sin(2*d)A6＝Z′5*sin(2*d)+Z′6*cos(2*d)A7＝Z′7*cos(d)-Z′8*sin(d)A8＝Z′7*sin(d)+Z′8*cos(d)A9＝Z′9A10＝Z′10*cos(3*d)-Z′11*sin(3*d)A11＝Z′10*sin(3*d)+Z′11*cos(3*d)A12＝Z′12*cos(2*d)-Z′13*sin(2*d)A13＝Z′12*sin(2*d)+Z′13*cos(2*d)A14＝Z′14*cos(d)-Z′15*sin(d)A15＝Z′14*sin(d)+Z′15*cos(d)A16＝Z′16A17＝Z′17*cos(4*d)-Z′18*sin(4*d)A18＝Z′17*sin(4*d)+Z′18*cos(4*d)A19＝Z′19*cos(3*d)-Z′20*sin(3*d)A20＝Z′19*sin(3*d)+Z′20*cos(3*d)A21＝Z′21*cos(2*d)-Z′22*sin(2*d)A22＝Z′21*sin(2*d)+Z′22*cos(2*d)A23＝Z′23*cos(d)-Z′24*sin(d)A24＝Z′23*sin(d)+Z′24*cos(d)A25＝Z′25A26＝Z′26*cos(5*d)-Z′27*sin(5*d)A27＝Z′26*sin(5*d)+Z′27*cos(5*d)图3的方块图显示了本发明设备300的硬件配置实例。设备可读介质310包括算法320(也就是，可计算化的一套步骤以实现预期结果)，用于根据眼睛的波前测量结果来确定眼睛的校正表面的表面参数，如上详述的那样。设备可读介质可以采用任何公知的可携带算法320的形式，诸如磁盘或软盘、CD、DVD、波导等。设备330优选的是连接到表面加工设备340的P.C.。对于CCL、IOL或体外镶嵌物(所有的350)，设备340优选的是数控的多轴车床，诸如Optoform50/Variform车床(Precitech，Keene，N.H.，USA)，或者准分子激光系统。对于角膜的折射外科手术或体内镶嵌物(所有的350)，设备340优选的是准分子激光系统。
尽管已经选取了多种有利实施例来阐明本发明，本领域技术人员将会理解可以进行改变和修正，而没有偏离如附属的权利要求所限定的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于根据眼睛的波前像差测量结果来确定眼的校正表面的表面参数的方法，包括a)使用已知的测量波长，在已知的测量平面位置获得患者眼睛的波前像差测量结果；b)对波前像差测量结果进行必要的校正以补偿测量结果中测量设备诱发的未对准；c)根据像差测量结果来确定散焦折射校正；d)确定用于散焦校正的色像差校正；以及e)确定光焦度偏移校正以计算出不同于测量平面位置的校正表面位置。
2.根据权利要求1所述的方法，包括确定前表面参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，获得波前像差测量结果的步骤包括产生一个描述像差的具有相关系数的多项式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，多项式为查涅克多项式。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，获得波前像差测量结果的步骤包括在波长780nm上进行测量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，获得波前像差测量结果的步骤包括通过与患者眼睛接合的试镜片进行测量。
7.根据权利要求1所述的方法，包括通过试镜片的光学区的中央进行测量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，已知的测量平面为患者眼睛的入射光瞳面。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，校正步骤包括对像差测量结果的设备诱发的旋转进行校正。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定光焦度偏移校正的步骤包括含有定制的接触镜、定制的IOL、定制的镶嵌物之一的表面，或者定制的角膜表面的校正表面。
11.根据权利要求11所述的方法，包括前表面。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，确定色像差校正的步骤包括对555mm的设计工作波长进行校正。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，确定色像差校正的步骤包括获得并使用眼生物统计测量结果以优化色像差校正。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，眼生物统计测量包括角膜地形图测量、角膜散光计测量、眼睛轴向长度的测量以及晶状体厚度测量之一。
15.根据权利要求6所述的方法，其中，眼的校正表面为干的、设计成在555nm工作的定制矫正接触镜的前表面，还包括将像差测量结果从波前变形转化为湿透镜的表面变形；及修改湿透镜的变形参数以获得相应的干透镜的变形参数。
16.一种包括有可执行性指令的设备可读介质，该指令用于执行根据眼睛的波前测量结果来确定眼睛的校正表面的表面参数的算法，其中，上述算法包括根据权利要求1的处理步骤(b)-(e)。
17.根据权利要求16所述的设备可读介质，其中，上述算法是用于确定干的、设计成在555nm工作的定制矫正接触镜的前表面。
18.根据权利要求17所述的设备可读介质，其中，上述算法还包括下面的处理步骤将像差测量结果从波前变形转化为湿透镜表面变形；以及修改湿透镜的变形参数以获得相应的干透镜变形参数。
19.根据权利要求16所述的设备可读介质，其中，上述算法是用于确定定制矫正接触镜、IOL、镶嵌物之一的前表面，以及角膜的表面。
20.一种用于根据眼睛的波前像差测量结果来确定干的、设计成在555nm工作的定制矫正接触镜的前表面的表面参数的方法，包括将试镜片戴在患者的眼睛上；使用已知的测量波长，通过试镜片的中央光学区域，及在选定的测量平面位置进行波前测量；确定患者眼睛上的试镜片旋转的数量和方向；对波前像差测量进行必要的校正以补偿测量结果中测量设备诱发的未对准；根据像差测量结果来确定散焦折射校正；确定用于散焦校正的色像差校正；确定光焦度偏移校正以计算出不同于测量平面位置的校正表面位置；将像差测量结果从波前变形转换为湿透镜的表面变形；及修改湿透镜的变形参数以获得相应的干透镜的变形参数。
21.根据权利要求20所述的方法，包括戴棱镜的或近似船舱的试镜片。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，获得波前像差测量结果的步骤包括产生一个描述像差的具有相关系数的多项式。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，多项式为查涅克多项式。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，获得波前像差测量结果的步骤包括在波长780nm上进行测量。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，获得波前像差测量结果的步骤包括通过与患者眼睛接合的试镜片进行测量。
26.根据权利要求25所述的方法，包括通过试镜片的中央光学区进行测量。
27.根据权利要求20所述的方法，其中，已知的测量平面为患者眼睛的入射光瞳面。
28.根据权利要求20所述的方法，其中，校正步骤包括对像差测量中设备诱发的旋转进行校正。
29.根据权利要求20所述的方法，其中，确定色像差校正的步骤包括获得并利用眼生物统计测量结果以优化色像差校正。
30.根据权利要求20所述的方法，其中，眼生物统计测量包括角膜地形图测量、角膜散光计测量、眼睛轴向长度的测量以及晶状体厚度测量之一。
全文摘要
本发明的一个实施例涉及用于根据眼睛的波前像差测量结果来确定眼睛的校正表面(例如，定制的接触镜“CCL”、定制的IOL、定制镶嵌物、定制的角膜表面)的前或后表面参数的方法。一种优选的实施例涉及确定干的、设计成在555nm工作的CCL的前表面参数。算法提出的方法包括未对准校正、色像差校正以及由于像差测量波长和视力峰值波长之间的差别以及像差测量位置和像差校正位置之间的差别而产生的光焦度偏移校正。设备可读介质为该算法的优选工具。
文档编号A61B3/103GK1684627SQ03823016
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月10日 优先权日2002年9月25日
发明者格里菲思·E·阿尔特曼 申请人:博士伦公司