专利名称：接触镜片眼睛模型的制作方法
接触镜片眼睛模型
背景技术：
用于设计接触镜片的现有方法通常费力、耗时而又昂贵。这些方法通常涉及使用市售或内部开发的软件在计算机上形成镜片设计。被输入软件中的参数包括处方信息、眼球径、泪膜性质和材料性质。所产生的设计的镜片必须接着被制造和临床测试，以确定镜片在患者眼睛上将如何贴合和移动。如果发现镜片不合格，则必须重复整个过程，直到实现可接受的佩戴性能。这种设计、制造、测试循环是必要的，因为否则将无法预测佩戴性能。对接触镜片的设计、制造、开处方和试戴可以受益于对眼睛的动态性的了解。眼睛如何运动、在这样的运动中相互作用的力、以及运动和力对镜片的影响方式可能是重要的。例如，通过这样的了解可以有助于设计稳定化方案，以将镜片在眼睛上保持在某个位置或位置范围内。如果把与眼睛和镜片有关的力和相互作用设计在可以展示对所提出的设计的影响的模型中，则会更加有用。这就是本发明的主题。
发明内容
本发明是用于测试接触镜片设计的模型。在本发明的另一个方面，一种用于设计接触镜片的方法包括提出设计；将设计应用于模型；确定镜片是否符合其设计目标；如果符合，则保持镜片设计；以及在不符合时修改镜片设计。在本发明的另一个方面，用于测试镜片设计的装置包括用眼睛模型编程的计算机。在本发明的又一个方面，眼睛模型通过平衡作用于所佩戴的镜片的扭矩的动量矩而起作用。
图IA-C是具有插入的镜片的眼睛的示意图，其标出了旋转轴线和作用于镜片的多种扭矩。图2是可在计算机建模中使用的眼睛尺寸的表示。图3是可在计算机建模中使用的镜片设计特征的表示。图4A-B是眨眼和眨眼尺寸的表示。图5是用于散光的-3. OOD硅树脂水凝胶镜片的旋转响应。图6是用于散光的-3. OOD硅树脂水凝胶镜片的向心响应。图7是用于散光的-3. OOD硅树脂水凝胶镜片的在眼睛上的移动。
具体实施例方式本发明的眼睛模型尤其可应用于平衡作用于眼睛上和眼睛的组成部分中的扭矩的设计过程。这可以包括始于标称设计的设计改进过程。将该设计应用于眼睛模型并确定是否符合设计目标。这样的过程包括但不限于设计球面、复曲面、多焦点、散光、非球面和复合镜片。
优选用于该过程以产生新设计的模型包括多种因素和假设，这些因素和假设模拟机械操作及其对镜片稳定性的影响。优选地，根据熟知的编程技术使用标准编程和编码技术将该模型变为软件。概述之，通过模拟在规定次数的眨眼中下述力的施加而将该模型用于设计稳定化镜片的过程。相应地确定镜片旋转和偏心的程度。然后以旨在使旋转和/或向心达到更期望水平的方式改变设计。然后使设计再次应用于该模型，以确定预定次数的眨眼后的平移。通过应用下文更详细描述的价值函数完成设计的改变。
模型假定眼睛优选地由代表角膜和巩膜的至少两个球面部分组成，并且x-y-z坐标轴的原点位于代表角膜的球形的中心。也可以使用诸如非球形表面的更复杂表面。镜片的基部形状由球面部分组成，但允许镜片的基弧从镜片的中心向边缘变化。可以使用不止一个基弧来描述后表面。假定置于眼睛上的镜片呈现出与眼睛相同的形状。镜片的厚度分布不一定是旋转对称的。镜片边缘的厚区可用于控制镜片的位置和取向行为。在镜片和眼睛之间存在均匀的液体薄膜(泪膜)，其典型厚度在I和7 ii m之间，优选5 ii m。此泪膜被称为镜片后泪膜。在镜片边缘，镜片和眼睛之间的液膜的厚度要小得多，并且被称为粘蛋白泪膜。在镜片与下眼睑和上眼睑之间存在典型厚度在I和10 y m之间、优选5. 0 ii m的均匀液体薄膜(也为泪膜)，这些被称为镜片前泪膜。上下眼睑的边界均位于x-y平面内具有单位法向量的平面中。因此，这些边界在垂直于z轴的平面上的投影为直线。在眼睑运动过程中也作出此假设。上眼睑在接触镜片上施加均匀的压力。这种均匀的压力施加在由上眼睑覆盖的接触镜片的整个区域上或具有均匀宽度的上眼睑边界附近的该区域的一部分上，该宽度在垂直于通过沿眼睑边缘划出的曲线的平面的方向上测量。下眼睑在接触镜片上施加均匀的压力。此压力施加在由下眼睑覆盖的接触镜片的整个区域上。由眼睑施加在接触镜片上的压力通过接触镜片的非均匀厚度分布(厚区)而产生作用于镜片的扭矩，尤其是在边缘附近。此压力对作用于接触镜片的扭矩的影响被称为瓜籽效应。当镜片相对于眼睛移动时，在镜片后泪膜中存在粘滞摩擦。当镜片相对于眼睛移动时，在镜片边缘和眼睛之间的粘蛋白泪膜中也存在粘滞摩擦。另外，当镜片移动和/或眼睑运动时，在镜片前泪膜中存在粘滞摩擦。由于镜片的变形而在镜片中产生应变和应力。这些应变和应力导致镜片的弹性内能。当镜片相对于眼睛移动且镜片的变形变化时，弹性内能变化。镜片趋向于弹性内能最小的位置。镜片在眼睛上的运动被分解为绕镜片“中心线”的旋转和绕x-y平面内的线的旋转。绕“中心线”的旋转被称为镜片的旋转。绕x-y平面内的线的旋转引起镜片的偏心。镜片“顶点”的运动为镜片的偏心运动。当眼睑运动时，例如在眨眼期间，在泪膜中发生剪切，并因此剪切应力作用于镜片。镜片的三个自由度取决于动量矩的平衡。镜片对自身定位和取向，使得动量矩的平衡得以满足。上述机制产生对作用于镜片的总扭矩的贡献。作用于镜片的扭矩可分为驱动镜片运动的扭矩和限制镜片运动的扭矩。与镜片的(旋转)速度成比例的扭矩被分类为限制镜片运动的扭矩。所有其他扭矩均被分类为驱动镜片运动的扭矩。对作用于镜片的总扭矩的贡献在眨眼期间是时间依赖性的；镜片在眨眼期间的定位和取向也将是时间依赖性的。接触镜片的几何形状以及描述眼睛几何形状、眼睑及眼睛与接触镜片相互作用的参数对于接触镜片的瞬间位置和瞬间取向的影响可以用本文所述数学模型进行研究。例如，可以对提出的设计建模，以确定作用于镜片上的力和镜片的运动将如何发生。基于此理解，可以对设计修改加以考虑和重新建模，以确定在这方面是否可以实现所需性能。这在设计需要稳定化的镜片的过程中尤其有用。厚区或稳定化区对镜片的最终位置、取向和稳定速度的影响可以被迭代地研究或作为在进行生产计划之前的虚拟测试。描述眼睛(角膜和巩膜)几何形状、镜片基部形状和眼睑运动的参数示于图I中。镜片的运动是作用于镜片的动量矩的平衡的结果。忽略惯性效应。那么，所有作用于镜片的矩的总和为零。因此，
权利要求
1.一种虚拟眼睛模型，包括a)影响角膜和眼睑的机械力的表示，b)当编程到机器中时计算施加在置于所述角膜上的接触镜片的动量矩的指令，c)当编程到机器中时计算所述接触镜片在眨眼期间和眨眼之间的位置变化的指令，和d)当编程到机器中时优化算法的指令，所述算法平衡所述矩并输出在眨眼期间和眨眼之间所述接触镜片位置的绘图。
2.一种设计接触镜片的方法，包括a)提供具有标称设计参数集的镜片设计，b)将所述设计应用于根据权利要求I所述的眼睛模型，以及c)基于所述模型的所述应用形成改进的接触镜片设计。
3.根据权利要求I所述的方法，其中迭代进行步骤b和步骤C。
4.根据权利要求2所述的方法，其中使用模拟眼睛机能的影响的所述虚拟模型来验证接触镜片设计。
5.根据权利要求4所述的方法，其中眨眼为所述眼睛机能之一，并相应地调整稳定化方案。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述机能包括眨眼。
全文摘要
本发明提供了一种用于测试接触镜片设计的模型，所述模型被用于诸如设计接触镜片的方法的应用中，其中将镜片设计应用于所述模型；通过所述模型的应用确定所述镜片是否符合其设计目标；如果符合，则保持所述镜片设计；以及在不符合时修改所述镜片设计。
文档编号G02C7/04GK102656507SQ201080057275
公开日2012年9月5日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者L. 佩雷斯 J., 亨德里克斯 K., E. 弗兰克林 S., 波策 W. 申请人:庄臣及庄臣视力保护公司