具有球面像差补偿的可调人工晶状体系统和方法
【专利摘要】一种可调人工晶状体包括视觉部分、襻部分。晶状体的视觉部分包括致动器和辅助偏转机构，该致动器响应于通过睫状肌的收缩向晶状体的襻部分施加的力来使晶状体元件偏转以改变晶状体的屈光力。致动器使晶状体元件移动造成晶状体元件变形，而辅助偏转机构造成晶状体进一步变形。
【专利说明】具有球面像差补偿的可调人工晶状体系统和方法
[0001] 本申请是2009年6月5日递交的第200780045125. 4号发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及具有原位（in-situ)可变光学参数的人工晶状体（"I0L"）。具体而 言，本发明应用于针对白内障患者或者老花眼患者的囊内（in-capsule)植入的I0L中，其 中晶状体囊的移动向外围受支撑的襻施加力，以更高效地引起流体介质在I0L内部的传送 从而改变晶状体的屈光力（optical power)。
【背景技术】
[0003] 白内障是全球主要失明肇因和最流行眼疾。白内障所致视觉残疾导致每年逾 八百万例的医生诊所病访。当白内障所致残疾影响或者改变个人的日常生活活动时，借助 人工晶状体（intraocular lens, I0L)植入的外科晶状体去除是治疗功能限制的优选方法。 在美国，每年进行约两百五十万例的白内障外科手术，这使它成为年龄逾65岁的美国人的 最常见外科手术。约百分之九十七的白内障外科患者接受人工晶状体植入，在美国用于白 内障外科手术和关联护理的每年费用在四十亿美元以上。
[0004] 白内障是患者晶状体的任何不透明性，无论它是局部化的不透明还是扩散的透明 性全面丧失。然而在临床上有意义的是，白内障必然造成视觉敏锐度的明显减少或者功能 损伤。白内障的出现归因于衰老或者间接地归因于遗传因素、外伤、炎症、代谢或者营养紊 舌U或者辐射。与年龄有关的白内障疾病最为普遍。
[0005] 在治疗白内障时，外科医生从晶状体囊去除晶状体基质并且将它用人工晶状体 ("I0L"）植入来取代。典型I0L提供所选焦距，其允许患者具有距离相当好的视力。然而 由于晶状体再也无法调节，所以患者通常需要眼镜进行阅读。
[0006] 具体而言，数个光学接口有助于人眼的成像性质。健康年轻人的眼睛具有约59个 屈光度的总度数，其中角膜的前表面（例如包括泪层的外表面）提供约48个屈光度的度 数，而后表面提供约-4个屈光度。在经由小带由睫状肌支撑的透明弹性囊（这里也称为 "液囊（capsular sac)"）中的瞳孔后面设置的晶状体提供约15个屈光度的度数并且也执 行将图像聚焦于视网膜上的关键功能。称为"调节"的这一聚焦能力实现对在各种距离的 对象的成像。
[0007] 可以通过将晶状体的形状从适度凸起的形状调整成高度凸起的形状来将年轻人 的眼睛中的晶状体的度数从15个屈光度调整成约29个屈光度。公认用于形成这一调整的 机制在于支撑囊（以及其中容纳的晶状体）的睫状肌在松弛状态（对应于适度凸起的形 状）与收缩状态（对应于高度凸起的形状）之间移动。由于晶状体本身由在"洋葱式"分 层结构中布置的粘性胶状透明纤维组成，所以睫状肌经由小带向囊施加的力造成晶状体改 变形状。
[0008] 与眼睛分离时，松弛的囊和晶状体采用更为球形的形状。然而在眼睛内，囊在它的 外围通过约70个细微韧带纤维连接到睫状肌，这些睫状肌又附接到眼球的内表面。因此认 为支撑晶状体和囊的睫状肌以括约肌-肌肉模式动作。因而，当睫状肌松弛时，囊和晶状体 绕周边拉伸至更大直径，由此使晶状体变平，而当睫状肌收缩时，晶状体和囊松弛一些并且 呈现与更为球形的形状接近的更小直径。
[0009]如上文所言,年轻人的眼睛具有约14个屈光度的调节。随着人的衰老，晶状体硬 化并且变得弹性更少，从而在约45-50岁的年龄,调节减少至约2个屈光度。在更年长的年 龄，可以认为晶状体无法调节，即称之为"老花眼"的疾病。由于成像距离固定，所以老花眼 通常需要双焦以有助于近视和远视。
[0010]除了调节能力与年龄有关的丧失之外，这样的丧失是为了治疗白内障而放置I0L 所固有的。I0L -般是由适合的聚合物材料如丙烯酸树脂或者硅树脂制成的单个元件晶状 体。在放置之后，不再有可能调节，虽然接受I0L的人士通常已经丧失这一能力。非常需要 在I0L产品中提供调节，从而I0L接受者将具有调节能力。
[0011] 虽然在调节I0L领域中的先前已知工作者已经实现一些进步，但是迄今开发的方 法和装置的相对的复杂性已经妨碍了这种设备的广泛商业化。先前已知设备已经证实过于 复杂而构造起来不切实际，或者由于无法提供多于1-2个屈光度的调节而仅实现很有限的 成功。
[0012] Garabet的美国专利第5, 443, 506号描述了一种由流体填充的可调晶状体，其中 通过睫状肌的收缩生成的电势造成中心视觉部分内携带的流体的折射率改变。Pfoff的美 国专利第4, 816, 031公开了一种具有硬聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)晶状体的I0L，该晶状体 通过单个室与柔性薄晶状体层分离，该晶状体层使用微流体栗来改变PMMA晶状体部分与 薄层部分之间的流体体积并且提供调节。Christie等人的美国专利第4, 932, 966号公开了 一种包括薄柔性层的人工晶状体，该层沿着它的周边密封到支撑层，其中向襻（haptic，也 可称为袢）中的流体贮存器施加的力改变层之间的流体体积以提供调节。
[0013] 虽然已经考察比如前述专利中所述的由流体致动的机制，但是目前可用的可调 晶状体包括由加州Aliso Viejo的Eyeonics公司（前称为C&C Vision公司）开发的 Crystalens。根据Eyeonics，睫状体质量在收缩时的重新分布造成玻璃体压力增加从而实 现晶状体的向上移动。
[0014] 通过引用而整体结合于此的Esch等人的共同未决、共同转让美国专利申请公开 号2005/0119740描述了一种人工晶状体，其中晶状体囊向晶状体的襻部分施加的力引起 流体传送到设置成与晶状体的动态表面接触的致动器和从该致动器传送流体。
[0015] 先前已知设备的另一弊端在于它们常常产生球面像差。如本领域中众所周知，由 具有球形表面的元件组成的晶状体易于制造，但是对于产生清晰图像而言并不理想，因为 穿过元件的光没有在单个焦点上聚焦。具体而言，穿过与光轴接近的正性光学元件的光一 般会聚于比穿过晶状体周边部分的光的焦点更远离晶状体的焦点，由此产生校正不足的球 面像差。由于人工晶状体中的球面像差，所以并非所有穿过晶状体的光都在视网膜上聚焦， 这造成可能模糊并且可能对比度变弱的图像。
[0016] 各种设备已经在光学系统中用来减少球面像差的影响。例如，可以使用对光穿过 晶状体周边部分的能力进行限制的孔。结果，防止造成像差的光穿过晶状体。这样的设备 的一个明显弊端在于减少了允许穿过晶状体的光的量。另一种减少球面像差影响的方式是 组合一个凸的和一个凹的两个晶状体。又一种减少球面像差影响的方法是使用非球面晶状 体。然而，这样的组合晶状体和具有非球面轮廓的晶状体生产起来成本明显更高。此外，组 合晶状体需要用以容纳多个晶状体的额外空间。
[0017] 尽管在前文Esch申请中描述的晶状体有望提供较先前已知的可调晶状体设计而 言的明显益处，但是将希望提供用于进一步增强晶状体囊移动向液压力的转换以便改进晶 状体致动器和动态表面的调制的方法和装置。
[0018]也将希望提供用以提高将由于自然可调肌肉动作而产生的负荷转换成液压力的 效率的方法和装置。
[0019]也将希望提供在使可调晶状体设计的有用表面积最大的同时减少球面像差的方 法和装置。
【发明内容】
[0020]鉴于前文，本发明的一个目的在于提供对人眼恢复适当光学聚焦度动作的装置和 方法。
[0021]本发明的又一目的在于提供其中可以响应于睫状肌和晶状体囊的移动用液压方 式来操控动态晶状体表面的方法和装置。
[0022]本发明的一个目的还在于提供用于进一步增强晶状体囊移动向液压力的转换以 便改进晶状体致动器和动态表面的调制的方法和装置。
[0023]本发明的另一目的在于提供用以提高将由于自然可调肌肉动作而产生的负荷转 换成液压力的效率的方法和装置。
[0024]本发明的另一目的在于提供用于减少可调人工晶状体设备中的球面像差的方法 和装置。
[0025]本发明的这些和其他目的通过提供一种人工晶状体来实现，该人工晶状体响应于 经过小带从睫状肌传到囊袋的力来操作设置于I0L内的一个或者多个致动器。致动器耦合 到IOL的动态表面以响应于一个或者多个致动器的操作使动态表面例如从适度凸起的形 状偏转成高度凸起的形状。根据本发明的原理， I0L包括配置成进一步改变动态表面的曲 率以校正球面像差的至少一个辅助偏转机构。辅助偏转机构可以是晶状体的改变，比如改 变的厚度或者弯曲点、晶状体边界条件的选择和由流体作为中间媒介的辅助致动器。
[0026]在一个实施例中，辅助偏转机构是由流体作为中间媒介的致动器，该致动器耦合 到设置于IOL的至少一个襻中的流体柱以及与动态表面相邻的由成形流体填充的密封流 体腔室。响应于睫状肌的移动，由囊袋向襻施加的力造成流体在流体柱与致动器之间传送， 这又使晶状体的动态表面偏转D
[0027]动态表面的偏转造成密封流体腔室中的成形流体重新分布，这又改变动态表面的 形状，从而它为非球面。通过使动态表面成为非球面，致动器所需行进总量可以从用于球面 晶状体的约300微米减少至200微米。结果，可以产生一种更高效的 I〇L，其对来自晶状体 囊的影响要求更少。
[0028]在一个优选实施例中，人工晶状体包括视觉（optic)部分和襻部分（或者非视觉） 部分，、该视觉部分包括容纳体积固定的成形流体的流体腔室。视觉部分包括限定一个或者 多个流体通道的透光衬底、与流体通道流体连通地耦合的至少一个致动器以及前晶状体元 件和后晶状体元件。前晶状体元件和后晶状体元件中的至少一个包括动态表面，该动态表 面以操作方式耦合到致动器以造成动态表面的偏转。前晶状体元件和后晶状体元件中的另 一个可以耦合到衬底或者与之一体形成。
[0029] 襻部分设置于视觉部分的周边并且包括从视觉部分向外延伸的一个或者多个襻， 各襻包括与视觉部分中的流体通道流体连通地耦合的流体通道。根据本发明的一个方面， 襻具有如下横截面配置，选择该横截面配置使得襻的内部体积在调节状态中为小。当睫状 肌收缩而由囊袋向襻施加的内/外压缩力减少时，选择襻的调节状态以对应于眼睛的调节 状态。
[0030] 当睫状肌松弛时，小带将液囊拉紧并且向襻的内面和后面施加力。由液囊施加的 力造成襻的横截面积增加，由此增加襻的内部体积。这一动作又造成流体从设置于视觉部 分中的致动器抽出，从而I0L的动态表面从调节状态转变到未调节状态。密封流体腔室中 体积固定的成形流体通过动态表面的移动在腔室中重新分布，并且该重新分布造成动态表 面的形状发生改变。
[0031] I0L的视觉部分中所用致动器可以居中地位于视觉部分内，该视觉部分在由流体 填充时将I0L的动态表面偏置成调节状态。当睫状肌收缩时，小带和囊袋的拉紧度较小，并 且襻不受应力。睫状肌的松弛造成小带将囊转变成凸度较小的形状，这将压缩力施加到襻， 由此使流体从致动器抽出并且造成晶状体转变成未调节状态。取而代之，致动器可以包括 设置于视觉部分周边的结构，以便进一步最小化视觉部分中的折射效应和光学像差。
[0032] 也提供制作和使用本发明的晶状体的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]根据附图和对优选实施例的下文具体描述将更清楚本发明的特征及其性质和各 种优点，附图中：
[0034]图1是人眼的截面侧视图；
[0035] 图2A和图2B分别是图1的晶状体和支撑结构的截面侧视图，这些图图示了睫状 肌的松弛状态和收缩状态；
[0036] 图3是人眼的另一截面侧视图，该图图示了穿过晶状体囊中的球面晶状体的光；
[0037] 图4A-图4C分别是示例人工晶状体的透视图、分解透视图和平面图，可以修改该 晶状体以实施本发明的结构和方法；
[0038]图5是图4的人工晶状体的襻的横截面图；
[0039]图6是图4的组装人工晶状体的横截面图；
[0040] 图7A、图7B和图7C分别是人工晶状体视觉部分在未调节配置（图7A和图7B)和 调节配置（图7C)中的横截面图； _
[0041] 图8A和图8B分别是本发明的人工晶状体的一个示例实施例的透视图和横截面 图；
[0042] 图9A和图9B分别是本发明的人工晶状体的一个备选实施例的透视图和横截面 图； 、、
[0043] 图10A和图10B分别是本发明的人工晶状体的一个备选实施例的透视图和横截面 图； 、.、
[0044] 图11A和图11B分别是本发明的人工晶状体的一个备选实施例的透视图和横截面 图；以及
[0045] 图I2是本发明的人工晶状体的一个备选实施例的透视图。
【具体实施方式】
[0046] 根据本发明的原理，提供一种具有襻部分和透光视觉部分的人工晶状体。视觉部 分包含一个或者多个由流体作为中间媒介的致动器，其布置成在晶状体的动态表面上施加 偏转力以提供调节。如这里使用的那样，晶状体在它呈现它的凸起程度最高的形状时被完 全地"调节"，而在它呈现它的最展平、凸起最少状态时完全地"未调节"。本发明的晶状体 能够响应于睫状肌和晶状体囊的移动而动态地呈现在完全调节状态与完全未调节状态之 间任何所需调节程度。
[0047] 另外，根据本发明的原理，视觉部分包含改变晶状体曲率的一个或者多个辅助偏 转机构。例如，辅助偏转机构可以是用体积恒定的成形流体填充的密封流体腔室，该成形流 体在晶状体在调节状态与未调节状态之间被致动时重新分布。如下文将进一步具体讨论的 那样，当由流体作为中间媒介的致动器在动态表面的一部分上施加偏转力时，它造成密封 流体腔室的一部分的体积发生改变。然而，由于流体体积固定，所以腔室的一"部分中的体 积改变造成另一部分的体积的互补性的改变，其中动态表面的一个部分按照不同于另一部 分的速率变得更凸。辅助偏转机构也可以集成到晶状体中，比如改变厚度或者弯曲点或者 面积。作为又一备选，辅助偏转机构可以是边界条件，即晶状体与视觉部分在外围周围的其 余部分的连接特性。由于一个或者多个辅助偏转机构，所以动态表面可以偏转成可以用来 校正球面像差的非球面轮廓。
[0048] 参照图1和图2,首先描述人眼的结构和操作作为针对本发明的背景。眼睛10包 括角膜11、虹膜12、睫状肌13、韧带纤维或者小带14、囊15、晶状体16和视网膜17。自然晶 状体16由以"洋葱式"分层结构布置的粘性胶状透明纤维组成并且置于透明弹性囊15中。 囊15在它的外围通过小带14接合到睫状肌13,这些睫状肌又附接到眼睛10的内表面。玻 璃体18是填充眼睛10的中心的高粘度透明流体。
[0049] 除了眼睛之外，松弛的囊和晶状体采用凸起形状。然而，当通过小带14悬置于眼 睛内时，囊15在适度凸起形状（当睫状肌松弛时）与高度凸起的形状（当睫状肌收缩时） 之间移动。如图2A中所示，当睫状肌13松弛时，囊15和晶状体I 6在外围周围拉伸，由此使 晶状体变平。如图2B中所示，当睫状肌13收缩时，囊15和晶状体16松弛并且变得更厚。 这允许晶状体和囊呈现更凸起的形状，因此增加晶状体的屈光度度数。
[0050] 此外，各种自然机制影响本发明的设计要求。例如，在调节期间，瞳孔自然地缩小 (即，直径减少），这减少透射光的自然晶状体的面积。此外，眼睛将经历Stiles-Crawford 效应，该效应也减少自然晶状体的有效面积。具体而言，在眼睛中的视锥上入射的光线的亮 度依赖于这些光线在视锥上入射的角度。具体而言，与视锥的表面垂直地撞击它们的光线 看起来比没有这样撞击的光线更亮。因而，穿过晶状体周边的光线对于恰当视力而言重要 性较低。
[0051] 比如由加州Aliso Viejo的Eyeonics公司开发的Crystalens设备这样的目前商 业上可获得的可调晶状体通常涉及到将睫状肌的移动转换成 I0L的视觉部分相对于视网 膜的前平和后移。这样的设备没有利用上文关于图1-图2描述的自然调节机制，而代之以 直接地依赖于用以移动晶状体的玻璃体压力改变。
[0052]现在参照图3,提供了在囊15内植入球面晶状体丨9由此引入球面像差的球面像差 效应简化示意图。具体而言，穿过球面晶状体19的中心部分（即在光轴附近）的光线l会 聚于视网膜17上的位置A。然而，穿过球面晶状体19的周边部分的光线L会聚于与位置 A 和视网膜17隔开的位置B。由于位置B与视网膜17隔开，所以当那些光线到达视网膜17 时它们分散。虽然在图3中图示了仅两个焦点，但是应当认识到穿过晶状体19的光线将聚 焦于沿着晶状体光轴的许多不同焦点，而任何特定焦点与视网膜I 7的距离依赖于光线在 晶状体上穿过的径向位置。
[0053]现在参照图4-图6,描绘了适合于实施本发明结构的人工晶状体的一个示例实施 例，比如在通过引用而结合于此的Esch等人的共同转让美国专利申请第2〇〇5/〇ι?9 74〇号 中描述的人工晶状体。为求公开完整，下文提供在该申请中描述的I0L的细节。
[0054] I0L 20包括视觉部分21和襻部分22。视觉部分21由透光材料构造，而襻部分22 设置于视觉部分的周边并且不参与将光聚焦于眼睛的视网膜上。
[0055] 视觉部分21包括全部由透光材料制成的、包括致动器24的前晶状体元件23 (见 图6)、中间层25和这里也称为"衬底"的后晶状体元件27,该透光材料比如是硅树脂或者 丙烯酸聚合物或者如人工晶状体领域中已知的其他生物适宜的材料。按照示例，致动器24 包括与前晶状体元件23 -体形成的风箱结构。将认识到，如果希望，则致动器24可以代之 以与中间层25 -体形成。按照示例将视觉部分21描述为包括三层，虽然将清楚可以利用 其他布置。
[0056] 前晶状体元件23、致动器24和中间层25相互隔开，而晶状体元件23和中间层25 在它们的周边可密封地耦合以在其间限定腔室34。腔室34由体积固定的成形流体填充。 成形流体是透光流体，优选为硅树脂或者丙烯酸油或者其他适合的生物适宜的流体，并且 被选择成具有与前晶状体元件23、致动器24、中间层25和后晶状体元件27的材料匹配的 折射率。另外，选择成形流体的粘度使得成形流体可以响应于在前晶状体元件23、致动器 24和中间层25之间的相对运动而易于分布于腔室34内。
[0057] 襻部分23按照示例包括从衬底26延伸的襻28和29。襻28和29的每个包括与 衬底26中的通道31连通的内部体积30。致动器24设置于在中间层25和衬底27中形成 的井32中，从而致动器的下端搁置于井32内。襻28和29可以包括弹性支撑构件33 (见 图5和图6)，这些构件向上径向地推进襻28、29以保证襻28、29与囊的中纬线相抵搁置并 且保证视觉部分 21在囊I5中保持居中。应当认识到，支撑构件33无需形成襻28、29的结 构的一部分，而代之以可以是主要地保证视觉部分 21保持居中的单独部件，这将在下文参 照附加实施例更具体地加以描述。
[0058] 虽然在图6中描绘了其侧壁设置成与晶状体的光轴平行的通道31和井32,但是有 望可以相对于I0L 20的光轴倾斜地布置所有这样的表面。这样的布置有望减少在沿i〇L 光轴传输的光中产生伪（spurious)反射的可能性。应当理解，可以在本说明书中描述的所 有I0L中有利地利用这样的布置。
[0059] 如图5中所示，襻28、29的每个具有未变形状态并且可以通过将压缩力（箭头C 所示）施加到襻28、29的前表面和后表面而转变成变形状态（图5中的虚线中所示）。配 置襻28和29,使得襻的内部体积随着襻从未变形、未应变状态变形至变形状态而增加。如 下文所述，图5中的实线所示未变形、未应变状态对应于睫状肌的完全收缩状态。 _〇]致动器24设置于中间层25糾寸底27的井31中，并且优选地包括坚固弹性材料。 中f层25和致动器将通道31、井32和致动器24中的流体与设置于腔室34中的成形流体 隔禺。设置于通道31、井32和致动器24内的流体优选地包括硅树脂或者丙烯酸油或者其 他适合的生物适宜的流体，并且被选择成具有与内晶状体元件 23、致动器24、中间层25和 后晶状体元件27的材料匹配的折射率。
[0061]按照示例，致动器24包括与前晶状体元件23 -体形成的风箱结构，并且被配置成 响应于由襻28、29在风箱内施加的流体压力而偏转前晶状体元件23。取而代之，致动器24 可以被制作为单独部件并且胶合或者用别的方式粘合到前晶状体元件23和中间层25。 [00 62]前晶状体元件因致动器24的移动而产生的偏转造成前晶状体元件在晶状体表面 更凸的调节状态到晶状体表面凸度较小的未调节状态之间转变。如当然将理解的那样，可 以代之以布置视觉部分使得致动器24偏转后晶状体元件27。另外，可以配置致动器以引起 一个晶状体元件的大量偏转和其他晶状体元件的少量偏转；图4中所示布置旨在于仅为示 例。
[0063]选择前元件23的内表面和厚度（相对于晶状体光轴）使得前晶状体元件23的外 表面在致动器24的整个运动范围内（例如针对〇-1〇个屈光度的调节）保留光学校正形状。 当然应当理解，可以选择前元件23的内表面和厚度以与本发明的腔室34内的成形流体的 变形特性组合提供非球面外表面，这是希望的光学校正程度所需要的。
[0064] 尽管I0L 20包括位于视觉部分21中心的单个致动器24,但是I0L代之以可以包 括在前晶状体元件的后表面上以任何预定配置间隔开的致动器阵列，这可以是为了在前晶 状体元件上施加所需局部化偏转模式而需要的。如本领域技术人员将清楚的那样，环形结 构可以代替图5中所示独立致动器，而致动器的侧壁可以是除了风箱结构之外的任何适合 形状。例如，致动器可以包括聚合物，该聚合物已经比如通过施加双轴应力来处理以使聚合 物预定向从而主要在所需方向上伸展。
[0065] I0L 20也可以包括设置于I0L 20内的所有内部流体收缩表面如流体通道31和井 32以及限定腔室34的表面上的涂层35。配置涂层35以减少或者防止用来驱动致动器24 的和在腔室34内的折射率匹配流体扩散到晶状体部件的聚合物基质中和/或防止外部流 体向内扩散到I0L中。I0L也可以包括设置于晶状体的外表面上的包括与涂层35相同或者 不同材料的涂层36。涂层36旨在于作为用以防止流体从眼睛扩散到I0L中或者从I0L扩 散到眼睛中的阻挡层，并且可以设置于视觉部分和襻部分的包括前晶状体元件和后晶状体 元件以及襻的整个外表面上。
[0066] 取而代之，两个涂层35和36可以层叠到单个表面上以防止或者减少有形流体进 入I0L或者流体回路中以及从I0L的内部空间损失折射率匹配流体。涂层 35和36优选地 包括通过本领域中已知的各种方法中的任何方法来涂敷的生物适宜的适合聚合物、氟化烃 如PTFE、无机（例如，二氧化硅）或者金属层（例如，镍-钛）。
[0067] 现在描述图4-图6的I0L 20的操作。在使用任何适合的技术提取原生晶状体之 后在患者的囊内植入I0L 20。当植入时，襻28、29支撑I0L，从而视觉部分21沿着眼睛的 中心轴居中。当睫状肌在收缩状态中时，小带和囊的拉紧度较小，而襻 28和29在未变形状 态中。在这一状况中，由襻、通道31和井32中的流体施加的流体压力维持致动器 24完全 地延伸，从而前晶状体元件23偏转成它的调节状态。
[0068]当睫状肌松弛时，小带将囊拉紧，由此在襻28、29的前表面和后表面上施加压缩 力。这些力造成襻28、29变形成图5中的虚线所示变形状态，由此增加襻29、29的内部体 积 3〇。由于襻28、29、通道31、井32和致动器24的内部仅容纳有预定量的流体，所以变形 的襻j8、29中的增加内部体积 30从致动器24内汲取流体。这继而造成致动器24缩短，由 此将前晶状体元件23偏转成凸度较小的未调节状态。睫状肌的后续收缩和松弛造成前述 过程重复，由此提供模仿自然晶状体的调节动作的一定程度的晶状体调节。
[0069]如上文所述，球形晶状体可能引入球面像差。可以选择前元件23的内表面和厚度 以提供用以减轻晶状体内球面像差的非球面外表面。本发明涉及一种具有另一结构特征的 I0L，该结构特征改变动态晶状体表面的形状以进一步减轻球面像差的影响。
[0070]参照图7A、图7B和图7C，描述根据本发明原理构造的I0L的视觉部分41的一个 实施例。视觉部分41包括内晶状体元件43、中间层45、致动器44和衬底46。在本实施例 中丨中间层45与致动器44 一体。与上述实施例类似，视觉部分41的部件由透光材料制成， 该透光材料比如是硅树脂或者丙烯酸聚合物或者如人工晶状体领域中已知的其他生物适 宜的材料。
[0071]致动器44包括突出物47和包围突出物47的柔性壁48。壁48形成大体上环形波 纹（undulation)或者皱纹，并且在中间层45的基本上静止的部分与突出物47之间延伸。 与上述实施例类似，致动器44与用来在襻之间分布流体的可变形襻（未示出）、衬底 46中 的通道51和位于致动器44附近的井52有流体连通。
[0072]通过睫状肌的动作使襻变形造成襻的内部体积改变，这可以迫使流体经过通道51 去往井32或者经过通道51从井52中汲取流体。迫使流体进入井52中造成井52内的流 体压力增加，这增加了置于致动器44上的力。井52中的压力增加造成突出物47在前向上 平移。相反，当从井52汲取流体时，井52内的压力减少而突出物47在后向上平移。在本 实施例中，通过与突出物47相邻的致动器44的壁弯曲来允许突出物47的平移。突出物47 耦合到前晶状体元件43,从而突出物47的移动造成前晶状体元件43变形。
[0073]前晶状体元件43和中间层45在它们的外围相互耦合以在两个部件之间提供流体 密封42。由于流体密封42,流体腔室50形成于前晶状体元件43与中间层 45之间。前晶 状体元件43和中间层4δ可以通过胶着、焊接或者领域中认可的用于产生流体密封的任何 其他技术来耦合。例如，在一个实施例中，折射率匹配粘合剂如丙烯酸单体耦合前晶状体元 件43和中间层45。然而，将认识到，可以利用任何生物适宜的粘合剂。
[0074]流体腔室50由体积基本上固定的成形流体填充。涂层可以涂敷到腔室50的表面 以减少或者防止成形流体从腔室50扩散。
[0075]为了进一步讨论，将参照边界区55、外周边区56、内周边区57和中心区8描述视 觉部分41。边界区55位于从视觉部分41的光轴径向地向外最远处，并且包括内晶状体元 件43与中间层45之间的密封耦合。边界区 55包括位于腔室50从光轴径向地向外最远处 的一部分和流体密封42。
[0076]外周边区56位于从边界区55径向地向内邻近处。视觉部分41的外周边区56包 括中间层45和腔室50的大部分。在本实施例中，内晶状体元件43具有减少的厚度并且在 外周边区56中为柔性。此外，中间层 45的内表面可以大体上凹入，从而它弯曲远离内晶状 体元件43,由此形成腔室5〇的扩大部分和在内晶状体元件43与中间层 45之间的扩大空 间。
[0077]内周边区57位于从外周边区56径向地向内邻近处。内周边区57包括腔室50位 于内晶状体元件43与致动器44的壁48之间的一部分。
[0078] 中心区58位于从内周边区57进一步径向地向内处。视觉部分41的光轴经过中 心区58延伸，而内晶状体元件43的中心部分和突出物47设置于中心区58内。
[0079]如上文所述，通过睫状肌和囊的动作使襻变形造成襻的内部体积改变，由此造成 致动器44和内晶状体元件43移动。腔室50在边界区55、外周边区56、内周边区57和中 心区58的每个内的部分各自在视觉部分41在图7A和图7B中所示未调节状态中时具有第 一体积。当致动器44的移动和突出物47的平移造成视觉部分41转变到图7C中所示调节 状态时，导致腔室50的形状改变，而腔室50的各部分经历向第二体积的改变。
[0080]在视觉部分41从未调节状态到调节状态的转变期间，腔室5〇的总体积保持恒定， 但是腔室50的各部分体积可以改变。具体而言，腔室50的内周边部分和中心部分的体积 一般随着突出物47平移和迫使内晶状体元件43向内而增加。这些部分的体积增加造成腔 室50内容纳的成形流体从腔室50的外周边部分和边界部分汲取成该增加的体积。随着从 这些外部部分汲取成形流体，它减少腔室50的这些外部部分中的压力，因此造成前晶状体 43的外部部分向中间层45拉近，如图7C中所示，由此减少这些部分的体积。
[0081]腔室50的形状和导致的腔室50各部分的体积改变造成内晶状体元件43的中心 部分和内周边部分大体上比腔室50的边界和外周边部分更凸。将认识到，内晶状体元件43 的边界和外周边部分按照需要可以是凸、凹或者平坦的，因为瞳孔的缩小和/或穿过这些 部分的光的Stiles-Crawford效应对于恰当视力而言可以重要性较低。
[0082]应当认识到，可以通过以任何所需形状和厚度产生中间层45和内晶状体元件来 选择腔室50的形状。这些部件的形状和厚度可以用来产生腔室50各部分的任何所需体积 改变并且在致动器44的移动期间产生任何所需压力改变。另外，可以通过调节内晶状体元 件43、中间层4δ和致动器44的各对应部分的弹性来控制腔室 5〇各部分的体积改变。 [0083]也应当认识到，可以选择边界条件，即中间层4δ与内晶状体元件43的界面配置， 以在边界区 55中产生这些部件之间的相对运动。例如，如本实施例中所示，内晶状体元件 43和中间层4δ可以硬性地固定，从而在部分之间流体密封似的位置没有部件之间的相对 移动。取而代之，可以配置内晶状体元件43与中间层45之间的密封耦合以允许部分之间 的有限相对运动。例如，流体密封4 2可以包括允许相对运动的风箱或者铰接构件。
[0084] 现在参照图8A和图8B，描述根据本发明原理构造的I0L的一个实施例。I〇L 60利用密封腔室70和成形流体以产生非球面调节晶状体。此外，l〇L 60包括后退挡块 (backstop) 73,用于最大化在晶状体囊在调节状态与未调节状态之间的转变期间施加的不 对称负荷所生成的液压力。I0L 60通常包括视觉部分61和襻部分62,这二者的构造与图 4_图6的实施例的对应部分均类似。具体而言，视觉部分61包括前晶状体元件 63、致动器 64、中间层65和衬底66。
[0085] 襻部分62包括襻68、69,各襻限定与衬底66中形成的通道71和井72有流体连通 的内部体积67。由于部件的结构与上述I0L 20的对应结构基本上相同，所以将不进一步具 体地描述这些部件。
[0086]根据本发明的原理，IOL 6〇还包括腔室7〇,该腔室是由内晶状体元件63和中间层 65限定的流体密封腔室。腔室70容纳体积基本上固定的成形流体。该成形流体在致动器 64迫使前晶状体元件⑵在襻部分62的影响之下移动时在腔室70内分布。
[0087]在本实施例中，中间层65是与致动器64分离的部件，结果在视觉部分61的周边 在内晶状体元件63与中间层与之间以及在视觉部分Μ的中心附近在中间层65与致动器 64之间均提供流体密封。
[0088] I0L 60还包括后退挡块乃，其硬性地支撑襻68和69的每个的周边的至少一部 分。后退挡块73稱合到各襻68、69的外表面的一部分，并且是大体上与襻68、69的基本上 环状形状相符的悬臂式构件。
[0089] 本实施例组合腔室7〇中包括的成形流体与后退挡块73以在I0L60中将晶状体囊 的移动更高效地转换成液压力并且防止或者减少产生的球面像差。
[0090] 现在参照图9A和图％，描述根据本发明原理构造的I0L的一个备选实施例。I0L 80主要地包括构造与上述实施例的对应部分均类似的视觉部分81和襻部分82。具体而言， 视觉部分81包括前晶状体元件83、致动器84、中间层85和衬底86。
[0091] 襻部分82包括襻88和89,各襻限定与衬底86中形成的通道91和井92有流体连 通的内部体积87。由于部件的结构与前述实施例的对应结构基本上相同，所以将不进一步 具体地描述这些部件。
[0092] I0L 80也包括容纳成形流体的密封腔室90。如上文所述，致动器84和前晶状体元 件83的移动造成腔室90的各部分的体积改变，这又造成成形流体在腔室90内重新分布。 成形流体的重新分布导致腔室90内的压力改变，这造成前晶状体元件 83大体上向非球面 形状的进一步偏转。
[0093] 在I〇L S0中也提供后退挡块93,并且这些后退挡块从视觉部分8丨延伸到襻88和 89。后退挡块93被大体上成形为盘或者锥段。与关于先前实施例描述的后退挡块类似，后 退挡块93向襻88、89的一部分提供支撑，从而晶状体囊的移动更高效地转换成襻 88、89的 变形而不是襻88、89的平移。
[0094] 参照图l〇A和图10B，描述根据本发明原理构造的I〇L的一个附加实施例。与前述 实施例类似，I0L 100大体上包括视觉部分101和襻部分102。襻部分101包括前晶状体元 件103、衬底1〇6和介于其间的致动器104。在本实施例中，致动器104还形成中间层，而衬 底106可以起到后晶状体元件的作用。
[0095] 根据本发明，I〇L 100包括在中间层105、致动器104和前晶状体元件103之间形 成的密封腔室110。腔室110由体积基本上恒定的成形流体填充，该成形流体在致动器104 移动前晶状体元件时在腔室110内重新分布。通过前晶状体元件103和中间层105的外围 耦合在这些部件之间形成的密封用流体密封腔室110。
[0096] 襻部分1〇2包括襻108和109,各襻限定与形成于致动器1〇4与衬底1〇6之间的通 道（未示出）和井101有流体连通的内部体积100。各襻108、109集成到衬底106中并且 延伸衬底106的后退挡块部分113。配置后退挡块113以在襻108、109的后部之上提供支 撑。应当认识到，选择襻108和109以及后退挡块部分113的尺度使得后退挡块部分113 比襻108、109明显地更硬从而允许襻在由晶状体囊作用时变形。
[0097] 此外，在各襻118U19与后退挡块113近似地对角相对的内部部分上提供负荷架 114。架104包括配置成与晶状体囊的内壁的一部分啮合的内表面115。内表面U5提供晶 状体囊可以在襻108、1〇9上对其施力的更大表面区域。结果，来自囊袋移动的能量可以更 有效地获得并转换成I0L 100内襻109、98的变形和液压力。
[0098]本实施例也图示了内晶状体元件103与中间层1〇5之间的一种备选边界条件。具 体而言，内晶状体元件103包括与致动器104的波纹类似的波纹，而内晶状体元件103在内 /外向上定向的壁段稱合到中间层105。由于该壁段，可以允许前晶状体元件1〇3的周边部 分在致动器104使前晶状体元件1〇3变形并且在腔室110内重新分布成形流体时更自由地 弯曲。
[00"] 现在参照图11A和图11B，描述根据本发明原理构造的IOL的一个实施例。I0L 102利用密封腔室130和成形流体以在最大化在晶状体囊在调节配置与未调节配置之间的 转变期间施加的不对称负荷所生成的液压力之时产生非球面调节晶状体。IOL 120主要地 包括构造与上述实施例的对应部分均类似的视觉部分121和襻部分122。具体而言，视觉部 分121包括前晶状体元件123、致动器124、中间层125和衬底126。
[0100] 襻部分122包括襻128、I29,各襻限定与衬底126中形成的通道131和井132有流 体连通的内部体积127。由于部件的结构与上述实施例的对应结构基本上相同，所以将不进 一步具体地描述这些部件。
[0101] IOL 120也包括位于襻128、129以外的囊支撑构件135。支撑构件135是短条 (tab)形特征，其径向地向外延伸并且被配置成啮合晶状体囊的内壁使得以更拉紧的配置 保持囊，从而当睫状肌松弛或者收缩时维持在襻129、129与晶状体囊之间的啮合。维持该 啮合将晶状体囊的移动更高效地转换成襻128、129的变形。支撑构件135优选地位于襻 128、129到视觉部分121的耦合附近，因为不依赖于襻128、129的该部分的变形以便在IOL 120中移动流体。然而应当认识到，支撑构件135可以位于不会阻止襻128、129充分地变形 以在调节配置与未调节配置之间转变视觉部分121的任何位置。
[0102] 现在参照图12,描述根据本发明原理构造的I0L的一个实施例。I0L 140利用密 封腔室和成形流体以在最大化在晶状体囊在调节配置与未调节配置之间的转变期间施加 的不对称负荷所生成的液压力之时产生球面调节晶状体。I0L 140主要地包括构造与前述 实施例的对应部分均类似的视觉部分141和襻部分142。
[0103] 本实施例图示了支撑构件145的一种备选构造。支撑构件145大体上是从襻148、 149的每个径向地向外包围襻部分142的接线。各支撑构件145优选地在襻148、149的每 个与视觉部分141耦合处耦合到襻部分142。
[0104] 配置支撑构件145以啮合晶状体囊的内壁使得以更拉紧的配置保持囊，从而当睫 状肌松弛或者收缩时维持在襻148、149与晶状体囊之间的啮合。维持该啮合将晶状体囊的 移动更高效地转换成襻148、149的变形。
[0105] 除了利用容纳体积固定的成形流体的密封腔室之外，可以选择部件的靭性和形状 以定制成形流体的影响。具体而言，可以选择内晶状体部件的厚度和材料以提供所需偏转。 此外，可以通过改变相邻部件的形状以提供腔室任何部分的任何所需体积改变来选择密封 腔室的形状。
[0106] 应当认识到，虽然已经描述具有一个密封腔室的各实施例，但是可以包括任何数 目的容纳成形流体的密封腔室。例如，可以包括与晶状体元件的任何所需部分相邻的多个 密封腔室，^而可以用所需方式对晶状体元件的分立部分进行成形。
[0107]尽管上文描述了本发明的优选示例实施例，但是本领域技术人员将清楚可以对其 进行各种改变和修改而不脱离本发明。所附权利要求旨在于覆盖落入本发明的真实精神和 范围内的所有这样的改变和修改。
【权利要求】
1. 一种可调人工晶状体，包括： 视觉部分，包括视觉流体室和可变形晶状体元件； 从所述视觉部分外周延伸的第一襻和第二襻，所述第一襻和所述第二襻两者都具有与 所述视觉流体室流体连通的襻流体室，所述第一襻和所述第二襻具有环状形状，和椭圆形 横截面构造，其中在前至后方向上的尺寸大于在径向方向上的尺寸； 所述视觉流体室和所述襻流体室内的流体；以及 其中所述晶状体元件被配置成响应于对睫状肌运动作出响应的所述流体在所述视觉 流体室和所述襻流体室之间的运动来变形。 2_根据权利要求1所述的可调人工晶状体，其中所述第一襻和所述第二襻是可变形的 并且适于响应于囊袋再成形来变形。
3·根据权利要求1所述的可调人工晶状体，其中所述可变形晶状体元件的中央区域比 外周区域厚。
4.根据权利要求1所述的可调人工晶状体，其中所述可变形晶状体元件的中央区域比 外周区域薄。
【文档编号】A61F2/16GK104188735SQ201410462934
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2007年12月18日 优先权日:2006年12月27日
【发明者】D·J·史密斯, T·W·斯迈利, J·A·肖勒, D·H·伯恩斯, V·埃施 申请人:力景公司