一种后房型有晶体眼人工晶状体及其制备方法与流程

1.本发明涉及人工晶状体技术领域，特别是涉及一种后房型有晶体眼人工晶状体及其制备方法。


背景技术：

2.人眼内的天然晶状体由于悬韧带的牵引和睫状肌的伸缩，具有视度调节的能力，但是由于不良的用眼习惯，长时间使用电子设备，更少的课外活动等因素影响，长时间近距离用眼，使睫状肌调节能力减弱，从而引起天然晶体的屈光不正。当这种情况发生时，人们更多得选择佩戴体外框架眼镜，来调节天然晶体的屈光不正问题。
3.随着科学技术的不断发展和人类日常生活中对视力需求的不断提升，越来越多矫正手段进入了人们的视野，帮助患者重新恢复远视视力。后房型有晶体眼的人工晶状体作为区别于角膜激光手术的技术手段，具有不去除不破坏角膜组织的特点；区别于传统框架镜，又具有免摘戴无感的特点。而且可二次取出，也不影响日常活动，具备多个方面的优势。后房型有晶体眼人工晶状体被植入到人眼的晶状体与虹膜之间，可以改变人眼的屈光状态，特别是纠正高度近视。
4.后房型有晶体眼的人工晶状体设计需要考虑以下要素：后房型有晶体眼的人工晶状体光学主体在眼内的植入位置位于虹膜与天然晶体之间，固定襻脚位于睫状沟内，植入后需要人工晶状体与虹膜和天然晶体均保持合适的位置关系。首先与虹膜的接触决定拱高不能过高，拱高过度引起的虹膜拱起会使房角变小，引发房角闭合性青光眼；人工晶状体与虹膜过度接触也有造成葡萄膜破损的风险。同时，人工晶状体与天然晶体的间距决定拱高不能过小，拱高过小会使人工晶状体与天然晶体相互接触，引发接触性白内障。
5.由于拱高有明确的尺寸限制，因此，后房型有晶体眼的人工晶状体在保证拱高安全性的同时，还需要考虑光学像质改善能力。一个确定屈光度的人工晶体在拱高的限制下，具有有限的光学区尺寸，光学区如果不够大，在照明不足的环境下，人眼瞳孔放大会引起眩光问题。一般高度近视患者的瞳孔较正常人眼要大，人工晶状体的屈光度越高，光学区越小，更容易产生眩光问题。
6.鉴于此，如何设计一种后房型有晶体眼人工晶状体，在保证人眼屈光度、拱高和像质的同时，具有更大的光学区直径，为夜间人眼提供更高的进光量，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明提供一种后房型有晶体眼人工晶状体及其制备方法，在保证屈光度矫正和像质的同时，能有效增大光学区直径，提供夜间人眼更高的进光量，减少眩光和光晕，获得更好地视觉效果。
8.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
9.一种后房型有晶体眼人工晶状体，包括光学主体、第一支撑襻和第二支撑襻，所述
光学主体与第一支撑襻、第二支撑襻为一体式结构，采用同一材料，整体成型，光学主体位于第一支撑襻、第二支撑襻之间；光学主体由两个光学表面组成，一个光学表面为平面，另一个光学表面为q型多项式表征的非球面，所述非球面具备矢高调制。
10.上述方案中，q型多项式表征为非恒定表征方程，即渐变球差分布。通过减小各个局部矢高使总矢高减小，从而在相同的矢高情况下，获得更大的光学区。
11.进一步的，所述非球面的确定方法为：以光学表面的顶点为原点o，以光轴为坐标z轴，建立任意的空间直角坐标系，所述坐标系的横坐标x轴和坐标y 轴与所述光学表面相切，所述非球面在y-z平面上的投影曲线具有非恒定的表征方程，其表达式如下：
[0012][0013]
其中，z(r)为所述非球面在二维坐标系平面y-z上的表达式，c为所述非球面的基础球面曲率半径的倒数，r为所述曲线上任何一点距离坐标z轴的垂直距离；q为非球面的二次曲面常数；
[0014]
曲线a、曲线b、曲线c
……
曲线n表示已知的不同球差分布的曲线簇，球差分布从0～-0.17um，其中每一条曲线对应一个确定的q值并且互不相同，分别为qa、qb、qc、qd…qn
，系列q值从球差包络线归结为关于r的函数，即球差调制：
[0015][0016]
其中，α、β、χ、δ、ε为常数，qn随尺寸半径区域改变。
[0017]
进一步的，qn上取一组点(ra，qa)、(rb，qb)、(rc，qc)、(rd， qd)、(re，qe)得到以下非球面方程组：
[0018][0019][0020][0021][0022][0023]
在瞳孔半径r
n-1
到rn范围的非球面局部曲线方程为：
[0024][0025]
其中，zn(rn)为所述非球面在二维坐标系平面y-z上的表达式，cn为当前弧段的曲率值，rn为所述曲线上任何一点距离坐标z轴的垂直距离；qn为非球面的二次曲面常数，即具有无穷解的矩阵；
[0026]
令非球面局部区域内矢高小于等于前段局部曲率c和q值计算的矢高，即矢高调制；
[0027][0028]
其中，δzn(rn)为定义域，(rn，qn)为定义域内求解出的点簇；联立δzn(rn) 与qn非球面方程组求条件极值，使用最小二乘法取得点最优解。
[0029]
上述方案中，利用zemax软件优化得到点最优解，整个光学面型由截面剖线决定，把这条截面剖线分割成了多段，每一段有不同的曲线特征，从而达到减小矢高，维持光学区光学性能的效果，其中，rn段的前段指r
n-1
段弧长。
[0030]
进一步的，所述光学主体为有效光学区直径5.5mm的平凹镜片。
[0031]
进一步的，所述光学主体为中心厚度0.116～0.3mm的平凹镜片。
[0032]
进一步的，所述第一支撑襻、第二支撑襻的厚度均为0.12mm。
[0033]
进一步的，所述光学主体由聚丙烯酸酯制成。
[0034]
进一步的，所述光学主体由亲水性聚丙烯酸酯制成。
[0035]
进一步的，所述亲水性聚丙烯酸酯的折射率为1.44。
[0036]
一种后房型有晶体眼人工晶状体制备方法，包括以下步骤：
[0037]
s1：光学设计：按照上述非球面的确定方法，确定非恒定的表征方程，根据曲线簇求得平面y-z面上各个坐标点，得到非球面方程组，坐标点序列绕z轴旋转得到整个拟合非球面的模型，在zemax中构建初始模型，继而优化得到最优解；
[0038]
s2：车铣加工：对基底车加工折射透镜，按照光学设计的光学面参数，编写亲水材料的车床程序；利用金刚石单点切削技术，车加工出光学主体、第一支撑襻和第二支撑襻；编写铣床程序，铣削出光学区的外形以及襻脚；
[0039]
s3：抛光处理：使用低温滚筒抛光；
[0040]
s4：测试验证：在模拟眼系统中分析测试。
[0041]
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
[0042]
本发明光学主体的光学区非球面具有非恒定表征方程，光学主体在植入眼中成像，随着瞳孔尺寸变化(主要是3mm过渡到5.5mm，一般认为3mm瞳孔直径内人眼球差为零，故不考虑)，在3mm瞳孔以上，减小球差，只保留少量的正球差。
[0043]
相比于以往的非球面设计，本发明光学主体的光学区调制了球差，同时轴向调制矢高，在按照人眼角膜的瞳孔分布规律保留球差量的同时，通过q值随瞳孔递增，在相同矢高时，具有更大的光学区直径，提供夜间夜间人眼更高的进光量，减少眩光和光晕。
[0044]
本发明光学主体的光学区在植入眼中成像，在3～5.5mm瞳孔直径下始终保持一定的焦深，视觉质量较好。
[0045]
相较于常规非球面设计，本发明适用于更广泛人眼角膜非球面度。
附图说明
[0046]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附
图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0047]
图1为本发明实施例提供的有晶体眼人工晶状体的正面结构示意图；
[0048]
图2是本发明实施例提供的有晶体眼人工晶状体侧面示意图；
[0049]
图3是本发明实施例提供的瞳孔大小和球差分布的示意图；
[0050]
图4是本发明实施例提供的瞳半径大小和球差拟合的示意图；
[0051]
图5是本发明实施例提供的拟合表面实例a面型的示意图；
[0052]
图6是本发明实施例提供的拟合表面实例b面型的示意图；
[0053]
图7是本发明实施例提供的拟合表面实例c面型的示意图。
具体实施方式
[0054]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。
[0055]
实施例1
[0056]
支撑襻作为人工晶状体的支撑元件，其设计对人工晶状体的位置稳定性起着关键作用。由于人眼角膜具有正球差，所以需要使用负球差的非球面人工晶状体平衡角膜固有的正球差，从而获得更佳的成像点。一个在人眼中平衡了角膜球差的综合像质会带来更好的术后视力。
[0057]
为了便于理解，请参阅图1-图7，本发明提供的一种后房型有晶体眼人工晶状体的一个实施例，所属人工晶状体包括光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3，所属光学主体1具有非恒定表征方程的非球面，在瞳直径2rn处非球面局部曲线方程为：
[0058][0059]
且qn满足式即球差调制；
[0060]
满足式即矢高调制；
[0061]
在瞳直径2rn《3mm、2rn《3.75mm、2rn《4.5mm、2rn《5.25mm、2rn《5.5mm 处，非球面系数q分别为-12.86，-24.324，-35.4，-49.93，-60.11；；
[0062]
本发明用曲线拟合的方式来适度减小矢高，间接扩大光学区口径。
[0063]
本发明还提供了一种后房型有晶体眼人工晶状体制备方法，包括如下步骤：
[0064]
设计方案：3～5.5mm内，植入眼剩余球差维持在0.035um；
[0065]
(1)光学设计：由剩余球差要求确定人工晶状体轴向球差分布要求。根据不同瞳直径处的球差要求，确定不同瞳直径位置的剩余球差值，拟合出球差分布曲线。如图3圆形标注线所示，在0～3mm，剩余球差0um；在3.5mm瞳直径内，剩余球差0.006um；在4mm瞳直径内，剩余球差0.01um；在4.5mm瞳直径内，剩余球差0.017um；在5mm瞳直径内，剩余球差0.026um；
在最大光瞳5.5mm，剩余球差0.034um。
[0066]
将球差分布转换为三维空间的曲线方程，如图4所示，拟合的球差分布曲线以包络线标出。曲线a、曲线b、曲线c、
…
曲线n表示不同球差的曲线簇，球差分布从0um～-0.14um。不同曲线确定的q值不同，其曲线簇q值方程为：
[0067][0068]
拟合球差包络线与曲线簇交于点a、b、c
…
n，横坐标对应不同的瞳孔半径ra、 rb、rc…rn
；n为1到正无穷的整数，瞳孔0～5.5mm范围内非球面投影曲线被无限细分，宏观上不具有恒定方程。在ra,rb,rc…rn
处非球面局部曲线方程为：
[0069][0070]
根据非球面方程组，求得y-z平面非球面投影曲线上的坐标点(ya，za)、 (yb，zb)、(yc，zc)、(yd，zd)、
…
(yn，zn)，投影曲线沿着z轴旋转得到整个轴向球差渐进调制的非球面分布，在zemax中构建初始模型，优化得到最优解。
[0071]
(2)车铣加工：对基底车加工折射透镜，按照光学设计的光学面参数，编写亲水材料的车床程序；利用金刚石单点切削技术，车加工出光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3；编写铣床程序，铣削出光学区的外形以及襻脚。
[0072]
(3)抛光处理：使用低温滚筒抛光的方法。
[0073]
(4)测试验证：在模拟眼系统中分析测试。
[0074]
球差拟合非球面的人工晶状体的设计，在保证合适的拱高数值的情况下，有效提升了有晶体眼人工晶状体的光学区大小，更好地调节屈光不正问题。如图5 所示，其拟合非球面相对于常规非球面的半口径提升从2.75mm增至2.83mm(图中为2.827，此处保留两位小数，约等于2.83)，光学区大小从5.5mm增至5.66mm。且由图3可知，球差拟合非球在整个5.66mm的光学区内，具有平滑连续的曲线线型，无死点或跳跃间断点，有效提高光学区内的光能利用效率。
[0075]
由图3圆点标线所示，拟合非球面在3mm瞳孔范围内为零球差，体现出在白天良好照明条件下的优视力。而在3～5.5mm瞳孔范围内，剩余球差慢慢提升，不超过0.03um。大瞳孔对应场景即照明不足情况下，产生的球差量小，提供夜间人眼更高的进光量，在夜间的视力损失小。
[0076]
实施例2
[0077]
具体地，在实施例1的基础上，结合具体的实施例子对方案进行说明，进一步体现本方案的技术效果。具体为：
[0078]
如图1所示，一种后房型有晶体眼人工晶状体，所属人工晶状体包括光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3，所属光学主体1具有非恒定表征方程的非球面，在瞳直径2rn处非球面局部曲线方程为：
[0079][0080]
且qn满足式即球差调制；
[0081]
满足式即矢高调制
[0082]
在瞳直径2rn《3mm、2rn《3.75mm、2rn《4.5mm、2rn《5.25mm、2rn《5.5mm 处，非球面系数q分别为-12.86，-29.3，-46.5，-63.1，-80.2；
[0083]
光学主体1与第一支撑襻2、第二支撑襻3为一体式结构，采用同一材料，整体成型；且光学主体1为有效光学区的直径为5.5mm，中心厚度0.116～0.3mm 的平凹镜片：其第一面为平面，第二面为球差拟合非球面；所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的厚度均为0.12mm；光学主体1由折射率1.44的亲水性聚丙烯酸酯制成。
[0084]
一种后房型有晶体眼人工晶状体的制备方法的设计方案：3～5.5mm内，植入眼剩余球差维持在0.07um；
[0085]
(1)光学设计：首先，由剩余球差要求确定人工晶状体轴向球差分布要求。根据不同瞳直径处的球差要求，确定不同瞳直径位置的剩余球差值，拟合出球差分布曲线。如图3菱形标注线所示，在0～3mm，剩余球差0um；在3.5mm瞳直径内，剩余球差0.01um；在4mm瞳直径内，剩余球差0.014um；在4.5mm瞳直径内，剩余球差0.027um；在5mm瞳直径内，剩余球差0.045um；在最大光瞳 5.5mm，剩余球差0.07um。
[0086]
其次，将球差分布转换为三维空间的曲线方程，不同曲线确定的q值不同，其曲线簇q值方程为：
[0087][0088]
拟合球差包络线与曲线簇交于点a、b、c
…
n，交点横坐标为瞳半径，n为正整数序列，瞳孔0～5.5mm范围内非球面投影曲线被无限细分，宏观上不具有恒定方程。在ra,rb,rc…rn
处非球面局部曲线方程为：
[0089][0090]
根据非球面曲线簇求得平面y-z面上各个坐标点，坐标点序列绕z轴旋转得到整个拟合非球面的模型，在zemax软件中构建初始模型，优化得到最优解。
[0091]
(2)基片车加工：按照设计的曲面参数，编写车床程序；使用金刚石单点车削技术，加工出圆片人工晶状体(即光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻 3)；编写铣床程序，铣出光学区截面外形与襻脚。
[0092]
(3)抛光处理，得到光学表面合格的人工晶状体。
[0093]
(4)在模型眼中分析测试。
[0094]
球差拟合非球面的人工晶状体的设计，有效提升了有晶体眼人工晶状体的光学区大小。如图6所示，其拟合非球面相对于常规非球面的半口径提升从2.75mm 增至2.86mm(图中为2.858，此处保留两位小数，约等于2.86)，光学区大小从5.5mm增至5.72mm。
[0095]
实施例3
[0096]
具体地，在实施例1的基础上，结合具体的实施例子对方案进行说明，进一步体现本方案的技术效果。具体为：
[0097]
如图1所示，一种后房型有晶体眼人工晶状体，所属人工晶状体包括光学主体1、第
一支撑襻2和第二支撑襻3，所属光学主体1具有非恒定表征方程的非球面，在瞳直径2rn处非球面局部曲线方程为：
[0098][0099]
且qn满足式即球差调制；
[0100]
满足式即矢高调制；
[0101]
在瞳直径2rn《3mm、2rn《3.75mm、2rn《4.5mm、2rn《5.25mm、2rn《5.5mm 处，非球面系数q分别为-12.86，-34.54，-56.43，-78.76，-100.12；
[0102]
光学主体1与第一支撑襻2、第二支撑襻3为一体式结构，采用同一材料，整体成型；
[0103]
光学主体1为有效光学区的直径为5.5mm，中心厚度0.116～0.3mm的平凹镜片：其第一面为平面，第二面为球差拟合非球面；所述第一支撑襻2、第二支撑襻3的厚度均为0.12mm；光学主体1由折射率1.44的亲水性聚丙烯酸酯制成。
[0104]
一种后房型有晶体眼人工晶状体的制备方法：
[0105]
设计方案：3～5.5mm内，植入眼剩余球差维持在0.09um；
[0106]
(1)光学设计：首先，由剩余球差要求确定人工晶状体轴向球差分布要求，根据不同瞳直径处的球差要求，确定不同瞳直径位置的剩余球差值，拟合出球差分布曲线。如图3所示，在0～3mm，剩余球差0um；在3.5mm瞳直径内，剩余球差0.01um；在4mm瞳直径内，剩余球差0.02um；在4.5mm瞳直径内，剩余球差0.04um；在5mm瞳直径内，剩余球差0.06um；在最大光瞳5.5mm，剩余球差0.09um。
[0107]
将球差分布转换为三维空间的曲线方程。不同曲线确定的q值不同，其曲线簇q值方程为：
[0108][0109]
拟合球差包络线与曲线簇交于点a、b、c
…
n，交点横坐标为瞳半径，n为正整数序列，瞳孔0～5.5mm范围内非球面投影曲线被无限细分，宏观上不具有恒定方程。在ra,rb,rc…rn
处非球面局部曲线方程为：
[0110][0111]
根据非球面曲线簇求得平面y-z面上各个坐标点，坐标点序列绕z轴旋转得到整个拟合非球面的模型。在zemax软件中构建初始模型，优化得到最优解。
[0112]
(2)基片车加工：按照设计的曲面参数，编写车床程序；使用金刚石单点车削技术，加工出光学主体1、第一支撑襻2和第二支撑襻3；编写铣床程序，铣出光学区截面外形与襻脚。
[0113]
(3)抛光处理：得到光学表面合格的人工晶状体。
[0114]
(4)测试验证：在模型眼中分析测试。
[0115]
本发明球差拟合非球面的人工晶状体的设计，有效提升了有晶体眼人工晶状体的
光学区大小。如图7所示，其拟合非球面相对于常规非球面的半口径提升从 2.75mm增至2.89mm，光学区大小从5.5mm增至5.78mm。
[0116]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。