專利名稱：可光調(diào)節(jié)的多焦點透鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學元件，它可通過制造后改性，使得元件的不同形態(tài)具有不同的光學性能。在一個實施方案中，本發(fā)明涉及透鏡，例如眼內(nèi)透鏡，它可通過制造后工藝轉(zhuǎn)化成多焦點透鏡。
背景技術：
當本發(fā)明涉及人類視覺體系時，調(diào)節(jié)(accommodation)是指人類使用其獨立的眼睛結(jié)構觀看近距離(例如閱讀)和遠距離(例如駕駛)的物體的能力。人們調(diào)節(jié)眼睛的機理是藉助插入到繞自然透鏡周圍的囊袋內(nèi)的睫狀體的收縮與松弛。在施加睫狀體應力的情況下，人的透鏡將經(jīng)歷形狀的變化，從而有效地改變透鏡曲率的半徑。這一作用產(chǎn)生透鏡放大率的同步變化。然而，隨著人們變老，他們調(diào)節(jié)眼睛的能力急劇下降。這一狀況被稱為老視，和目前在美國影響超過9千萬人。Hemlmholtz提出了解釋喪失眼睛調(diào)節(jié)功能的最廣泛地被人們接受的理論，和認為隨著患者年齡增加，人眼的晶狀體逐漸變得不靈活，從而在睫狀體所施加的力作用下抑制變形。
不需要眼鏡校正可看見一定距離處的物體，但喪失看見靠攏的物體的能力的人們通常被囑咐帶上一對閱讀眼鏡或放大鏡。對于因預先存在的散焦和/或散光導致要求先期眼鏡校正的那些患者來說，患者被囑咐帶上一對雙焦點透鏡、三焦點透鏡、可變透鏡或焦點漸變性透鏡，這使得人們既可看見近處，又可看見遠處。這一狀況復配的危險是隨著患者變老形成白內(nèi)障。實際上，白內(nèi)障的摘除接著眼內(nèi)透鏡(IOL)的植入是在超過65歲的患者(參考)中最常見地進行的外科手術。
為了有效地治療老視和白內(nèi)障，患者可植入多透鏡IOL。在眼睛和患者文獻中以前描述過多透鏡IOL的原則性概念和設計。多透鏡IOL的最簡單的設計通常被稱為“靶心”結(jié)構和包括提供近處視野的小的、中心增加的區(qū)域(直徑1.5mm-2.5mm)(“IntraocularLenses in Cataract and Refractive Surgery”，D.T.Azar等，W.B.Saunders Company(2001)；“Intraocular LensesBasics andClinical Applications”，R.L.Stamper，A Sugar，和D.J.Ripkin，American Academy of Ophthalmology(1993)，這兩篇均在此通過參考引入)。中心增加區(qū)域的放大率典型地比IOL的基礎放大率大3-4度屈光度(diopter)，對于整個眼睛體系來說，這轉(zhuǎn)化成有效增加2.5-3.5度屈光度。在中心增加區(qū)域外部的透鏡部分被稱為基礎放大率并用于遠距離觀察。理論上，當瞳孔因近距離觀察收縮時，僅僅透鏡的中心增加區(qū)域具有來自經(jīng)過它的圖像的光。然而，在明亮的觀察條件下，瞳孔也將收縮，從而留給患者2-3度屈光度的近視。對于以太陽直照于其上的方向駕駛，例如在接近太陽下山時刻向西駕駛的人來說，這潛在地可能具有問題。為了抵消這一問題，提出了為遠距離觀察而設計具有透鏡的中心和和外周部分的環(huán)形設計和用于近距離視野的近中心環(huán)(2.1-3.5mm)。即使瞳孔收縮，這一設計還將保持遠距離觀察(Intraocular Lenses in Cataract and RefractiveSurgery，D.T.Azar等，W.B.Saunders Company(2001)；“IntraocularLensesBasics and Clinical Applications”，R.L.Stamper，A Sugar，和D.J.Ripkin，American Academy of Ophthalmology(1993)，在此通過參考將其引入)。目前在美國銷售的最廣泛采用的多焦點IOL公開于美國專利No.5225858中，在此通過參考將其引入。這一IOL被稱為Array透鏡，可包括5個同心的非球面環(huán)形透鏡。每一區(qū)域是一個多焦點元件，因此瞳孔大小對決定最終的圖像治療應當很少或者不起作用。
然而，關于標準的眼內(nèi)透鏡，必須在植入之前估計透鏡的放大率和焦點區(qū)域。估計所需的放大率以及因傷口愈合導致術后透鏡偏移的誤差常常導致欠佳的視力。對于靶心透鏡情況來說，若在愈合過程中發(fā)生IOL橫向偏移(垂直于視覺軸)，則后一影響尤其成問題。有效的是，移動外加部分離開眼睛的視覺軸，從而導致所需多焦點性的損失。Array和近中心的IOL設計可部分克服在傷口愈合過程中的錯位問題，但使用這些多焦點的IOL設計不可能彌補任何IOL縱向移動(沿著視覺軸的方向)、預先存在的散光或因外殼手術工序誘導的散光。這導致患者必須在額外的外科手術以替換或再布置透鏡或者使用額外的校正透鏡之間作出選擇。
仍需要眼內(nèi)透鏡，其可在術后于體內(nèi)調(diào)節(jié)，以形成多焦點的眼內(nèi)透鏡?？稍O計這類透鏡體內(nèi)校正到最初的正常視覺狀態(tài)(來自無限遠處的光在視網(wǎng)膜上形成理想的焦點)，然后可在第二次治療過程中添加多焦點性。這種透鏡將消除其中包括術前放大率選擇在內(nèi)的一些推測工作，克服IOL植入固有的傷口愈合應答，使得待定制的添加或減少區(qū)域的尺寸對應于在不同亮度條件下患者的(瞳孔)擴張的數(shù)量級和特征，并使得校正的區(qū)域沿著患者的視覺軸布置。
發(fā)明簡述 提供一種新型的光學元件，其性能可在制造后調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生具有不同性能的光學元件。具體地說，本發(fā)明涉及眼內(nèi)透鏡，它可在該透鏡植入眼睛內(nèi)之后轉(zhuǎn)變成多焦點透鏡。按照這一方式，可在對透鏡進行任何術后遷移之后，更精確地調(diào)節(jié)透鏡的眼內(nèi)和/或焦點區(qū)域，并以來自患者的輸入信息(input)和標準折射技術而不是術前估計為基礎。
通過使用分散在整個元件中的改性組合物(“MC”)，實現(xiàn)光學元件的改變。當MC暴露于外部刺激，例如熱或光下時，MC能聚合?？蓪⒃摯碳б皆囊粋€或多個區(qū)域內(nèi)，從而引起MC僅僅在暴露區(qū)域內(nèi)聚合。MC的聚合改變具有暴露區(qū)域的元件的光學性能。
一旦聚合，在光學元件內(nèi)發(fā)生數(shù)種變化。第一個變化是形成含聚合MC的第二聚合物網(wǎng)絡。這一聚合物網(wǎng)絡的形成可引起元件光學性能，亦即折射指數(shù)的改變。另外，當MC聚合時，招致在聚合和未聚合區(qū)域之間的化學電勢差。這本身又引起未聚合的MC在元件內(nèi)擴散，再建立光學元件的熱動力學平衡。若光學元件擁有足夠的彈性，則MC的這一遷移可引起元件在暴露于刺激下的區(qū)域內(nèi)溶脹。這本身又使元件形狀改變，從而引起光學性能的變化。取決于光學元件的性質(zhì)、摻入到元件內(nèi)的MC，可發(fā)生持續(xù)時間，和刺激的空間強度曲線這兩種變化中的任何一種或這兩種。
本發(fā)明的一個主要方面是，光學元件一旦被制造，則自包含在其內(nèi)，或者沒有添加材料或者沒有從透鏡中除去材料，以獲得所需的光學性能。
已發(fā)現(xiàn)，通過將光學元件的不同區(qū)域暴露于變化的程度下或者在外部刺激的預定圖案內(nèi)，可改變不同區(qū)域內(nèi)元件的光學性能。例如，可通過使用各種圖案，產(chǎn)生被不同光學性能的同心環(huán)圍繞的具有一組光學性能的中心區(qū)。按照這一方式，可生成多焦點透鏡。在另一實施方案中，可在一種處理中在透鏡上記錄定制的雙焦點、多焦點等圖案，接著第二次處理，以鎖定存在于全部透鏡上的未反應的改性組合物?；蛘?，可在透鏡上記錄定制圖案的多次處理，以便在不需要眼鏡的情況下提供患者視力。
前面相當寬泛地列出了本發(fā)明的特征和技術優(yōu)點，為的是可更好地理解以下本發(fā)明的詳細說明。下文將描述本發(fā)明額外的特征和優(yōu)點，這些形成本發(fā)明權利要求的主題。熟練本領域的技術人員應當理解，為了實施與本發(fā)明相同的目的，作為改性或設計其它結(jié)構的基礎，可容易地實現(xiàn)所披露的概念和具體實施方案。熟練本領域的技術人員還應當意識到，這種等價的結(jié)構沒有脫離所附權利要求列出的本發(fā)明的精神和范圍。根據(jù)下述說明，并結(jié)合附圖考慮時，將更好地理解認為就其組織和操作方法來說，屬于本發(fā)明特征的新型特點，以及進一步的目的和優(yōu)點。然而，特別要理解，僅僅為了闡述和說明目的提供每一幅圖且不打算作為本發(fā)明范圍的定義。
附圖簡述 為了更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖參考下述說明，其中

圖1A和1B描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，眼內(nèi)透鏡的截面和顯微照片。
圖2A和2B描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，多焦點的眼內(nèi)透鏡的截面和顯微照片。
圖3A-3C描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，透鏡的干擾邊紋。
圖4A-4C描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，透鏡的可逆多焦點性的實例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案制造的透鏡的實例。
圖6A-6F描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，多焦點透鏡的實例的頂視圖和側(cè)視圖。
圖7A-7F描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，多焦點透鏡的實例的頂視圖和側(cè)視圖。
圖8描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，多焦點透鏡的實例的頂視圖。
圖9描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，多焦點透鏡的實例的側(cè)視圖。
圖10A-10D描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案，透鏡的一系列的干擾圖案。
發(fā)明詳述 本發(fā)明的光學元件能在制造后改變光學性能。該元件被自包含，且不要求添加或除去材料來改變光學性能。相反，通過使光學元件的一部分或多個部分暴露于誘導MC在該元件內(nèi)聚合的外部刺激下，從而改變光學性能。MC的聚合本身又引起光學性能的變化。
本發(fā)明的光學元件分散在MC內(nèi)。這一MC能在該元件內(nèi)擴散；可容易地通過暴露于合適的外部刺激下而聚合；且與制造光學元件所使用的材料相容。
該光學元件典型地由第一聚合物基體制造。合適的第一聚合物基體的例舉實例包括聚丙烯酸酯，例如聚丙烯酸烷酯和聚丙烯酸羥烷酯；聚甲基丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)、聚甲基丙烯酸羥烷酯(“PHEMA”)，和聚甲基丙烯酸羥丙酯(“HPMA”)；聚乙烯基樹脂，例如聚苯乙烯和聚乙烯基吡咯烷酮(“PNVP”)；聚硅氧烷如聚二甲基硅氧烷；聚磷腈，及其共聚物。美國專利No.4260725和其內(nèi)援引的專利與參考文獻(所有這些在此通過參考引入)提供形成第一聚合物基體可使用的合適聚合物的更具體實例。
在優(yōu)選的實施方案中，當希望撓性時，第一聚合物基體通常擁有相對低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(“Tg”)，以便所得IOL傾向于顯示出流體狀和/或彈性體行為，且典型地通過交聯(lián)一種或多種聚合物起始材料而形成，其中每一聚合物材料包括至少一種可交聯(lián)的基團。在眼內(nèi)透鏡的情況下，Tg應當小于25℃。這使得透鏡可折疊，從而有助于植入。在其中希望剛性的情況下，Tg應當通常大于25℃。
合適的可交聯(lián)基團的例舉實例包括，但不限于，氫化物，乙酰氧基，烷氧基，氨基，酸酐，丙烯酰氧基，羧基，烯氧基，環(huán)氧基，鹵化物，異氰基，烯烴和喔星。在更優(yōu)選的實施方案中，這種聚合物起始材料包括端基單體(也稱為封端劑)，所述端基單體與含聚合物起始材料的一種或多種單體相同或不同，但包括至少一種可交聯(lián)基團。換句話說，聚合物起始材料以端基單體為開始并以端基單體封端聚合物起始材料，和端基單體包括至少一種可交聯(lián)的基團作為其結(jié)構的一部分。盡管對于本發(fā)明的實踐來說不是必須的，但交聯(lián)聚合物起始材料的機理優(yōu)選不同于含折射調(diào)制組合物的組分的刺激誘導聚合的機理。例如，若通過光誘導的聚合使折射調(diào)制組合物聚合，則優(yōu)選聚合物起始材料具有通過光誘導聚合以外的任何機理聚合的可交聯(lián)基團。
對于形成第一聚合物基體來說特別優(yōu)選的一組聚合物起始材料是用端基單體封端的聚硅氧烷(也稱為“硅氧烷”)，所述端基單體包括選自乙酰氧基，氨基，烷氧基，鹵化物，羥基，和巰基中的可交聯(lián)基團。由于硅氧烷IOL傾向于具有撓性和可折疊，因此在IOL植入工序過程中可使用通常較小的切口。特別優(yōu)選的聚合物起始材料是乙烯基封端的二甲基硅氧烷二苯基硅氧烷共聚物，有機硅樹脂，和藉助加聚通過鉑催化劑交聯(lián)以形成硅氧烷基體的硅氧烷氫化物交聯(lián)劑。在US5236970、US5376694、US5278258、US5444106和其它類似描述的配方中可找到其它這種實例，在此通過參考將其引入。
在制造IOL中使用的MC如上所述，所不同的是，它具有額外的生物相容性要求。MC能刺激誘導聚合，和可以是單組分或多組分，只要(i)它與第一聚合物基體的形成相容；(ii)在形成第一聚合物基體之后，它保持能刺激誘導的聚合；和(iii)它可在第一聚合物基體內(nèi)自由地擴散。一般來說，形成第一聚合物基體所使用的相同類型的單體可用作折射調(diào)制組合物的組分。然而，由于要求MC單體必須可在第一聚合物基體內(nèi)擴散，因此，MC單體通常傾向于小于第一聚合物基體(即具有較低的分子量)。除了一種或多種單體以外，MC還可包括有助于形成第二聚合物網(wǎng)絡的其它組分，例如引發(fā)劑和敏化劑。
在優(yōu)選的實施方案中，刺激誘導的聚合是光聚合。換句話說，包括折射調(diào)制組合物的一種或多種單體各自優(yōu)選包括能光聚合的至少一種基團。這種可光聚合的基團的例舉實例包括，但不限于，丙烯酸酯，烯丙基氧基，肉桂?；?，甲基丙烯酸酯，均二苯乙烯基(stibenyl)和乙烯基。在更優(yōu)選的實施方案中，折射調(diào)制組合物包括或者在敏化劑存在下的光引發(fā)劑或者單獨的光引發(fā)劑(生成自由基所使用的任何化合物)。合適的光引發(fā)劑的實例包括苯乙酮(例如，取代的鹵代苯乙酮和二乙氧基苯乙酮)；2，4-二氯甲基-1，3，5-三嗪；苯偶姻甲醚；和o-苯甲酰基肟基酮。合適的敏化劑的實例包括p-(二烷基氨基)芳基醛；N-烷基二氫亞吲哚基；和雙[p-(二烷基氨基)亞芐基]酮。
由于優(yōu)選撓性和可折疊的IOL，因此特別優(yōu)選的一組MC單體是用含可聚合基團的端基硅氧烷部分封端的聚硅氧烷。這種單體的例舉實例是X-Y-X1其中Y是硅氧烷(它可以是單體，由任何數(shù)量的硅氧烷單元形成的均聚物或共聚物)，和X與X1可以相同或不同，和各自獨立地為含可光聚合基團的端基硅氧烷部分。Y的例舉實例包括 和 其中m和n各自獨立地為整數(shù)，和R1、R2、R3和R4各自獨立地為氫、烷基(伯、仲、叔、環(huán))、芳基或雜芳基。在優(yōu)選的實施方案中，R1、R2、R3和R4是C1-C10烷基或苯基。由于發(fā)現(xiàn)具有相對高芳基含量的MC單體產(chǎn)生本發(fā)明透鏡折射指數(shù)的較大變化，因此通常優(yōu)選R1、R2、R3和R4中的至少一個是芳基，尤其苯基。在更優(yōu)選的實施方案中，R1、R2和R3相同且是甲基、乙基或丙基和R4是苯基。
X和X1的例舉實例(或取決于如何描述MC聚合物，X1和X)分別是 和
其中R5和R6各自獨立地為氫、烷基、芳基或雜芳基；和Z是可光聚合的基團。
在優(yōu)選的實施方案中，R5和R6各自獨立地為C1-C10烷基或苯基，和Z是可光聚合的基團，其包括選自丙烯酸酯、烯丙基氧基、肉桂酰基、甲基丙烯酸酯、stibenyl和乙烯基中的部分。在更優(yōu)選的實施方案中，R5和R6是甲基、乙基或丙基和Z是含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯部分的可光聚合基團。
在特別優(yōu)選的實施方案中，MC單體具有下述化學式 其中X和X1與前面所述的R1、R2、R3和R4范圍相同。這種MC單體的例舉實例包括用乙烯基二甲基硅烷基封端的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物；用甲基丙烯酰氧基丙基二甲基硅烷基封端的二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷共聚物；和用甲基丙烯酰氧基丙基二甲基硅烷基封端的二甲基硅氧烷。盡管可使用任何合適的方法，但發(fā)現(xiàn)在三氟甲磺酸存在下，一種或多種環(huán)狀硅氧烷的開環(huán)反應是制造一組本發(fā)明的MC單體的特別有效的方法。簡而言之，該方法包括在三氟甲磺酸存在下，使環(huán)狀硅氧烷與下式的化合物接觸 其中R5和R6，和Z與前面所述的一樣。環(huán)狀硅氧烷可以是環(huán)狀硅氧烷單體，均聚物或共聚物?；蛘撸墒褂么笥谝环N或者硅氧烷。例如，在三氟甲磺酸存在下，使環(huán)狀二甲基硅氧烷四聚體和環(huán)狀甲基苯基硅氧烷三聚體與雙甲基丙烯酰氧基丙基四甲基二硅氧烷接觸，形成用甲基丙烯酰氧基丙基二甲基硅烷基封端的二甲基硅氧烷甲基苯基硅氧烷共聚物，一種特別優(yōu)選的MC單體。
除了以上所述的硅氧烷基MC單體以外，在本發(fā)明的實踐中還可使用丙烯酸酯基MC。本發(fā)明的丙烯酸酯基大分子具有下述通式結(jié)構X-An-Q-An-X1或X-An-A1m-Q-A1m-An-X1其中Q是能充當引發(fā)劑以供原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(“ATRP”)的丙烯酸酯部分，和A與A1具有下述通式結(jié)構 其中R1選自烷基、鹵代烷基、芳基和鹵代芳基，和X與X1是含可光聚合部分的基團，和m與n是整數(shù)。
在一個實施方案中，丙烯酸酯基MC具有下述化學式 其中R2選自烷基、鹵代烷基，和R3與R4不同，且選自烷基、鹵代烷基、芳基和鹵代芳基。
當形成光學元件時，將其放置在它將要在其內(nèi)使用的區(qū)域中。對于眼內(nèi)透鏡來說，這意味著使用已知的工序植入到眼睛內(nèi)。一旦該元件放置在合適的位置上并使得調(diào)節(jié)到其環(huán)境中，則可通過暴露于外部刺激下來改性該元件的光學性能。
可改變外部刺激的性質(zhì)，但它必須能減少MC的聚合且沒有負面影響光學元件的性能。可在本發(fā)明的實踐中使用的典型的外部刺激包括熱和光，其中優(yōu)選光。在眼內(nèi)透鏡的情況下，優(yōu)選紫外或紅外輻射，其中最優(yōu)選紫外光。
當將元件暴露于外部刺激時，MC聚合形成用第一聚合物基體點綴(interspersed)的第二聚合物基體。當局部聚合時或者當僅僅一部分MC聚合時，在透鏡的反應和未反應的區(qū)域之間存在化學電勢差。然后MC在該元件內(nèi)遷移，在光學元件內(nèi)再建立熱動力學平衡。
形成第二聚合物基體和MC的再分布可各自影響元件的光學性能。例如，形成第二聚合物基體可引起元件折射指數(shù)的變化。改性化合物的遷移可改變元件的總體形狀，從而通過改變光學元件的曲率半徑，進一步影響光學性能。
可以以使得在元件內(nèi)產(chǎn)生具有不同光學性能的區(qū)域的方式使光學元件暴露于外部刺激下局限在一個區(qū)域內(nèi)。在一個實施方案中，可產(chǎn)生眼內(nèi)透鏡，所述眼內(nèi)透鏡可在植入之后轉(zhuǎn)變成多焦點透鏡。這通過將透鏡暴露于不同量的外部刺激下產(chǎn)生具有不同光學性能的區(qū)域而實現(xiàn)。
在多焦點眼內(nèi)透鏡的情況下，可使用各種方法產(chǎn)生透鏡。最簡單的形式可能是在透鏡中心1-3mm內(nèi)含增加或減少區(qū)域和所得透鏡的基礎放大率在這一區(qū)域以外的靶心結(jié)構?？蓪⑼哥R分成獨立的區(qū)域，交替的區(qū)域或重疊的區(qū)域。例如，獨立的區(qū)域包括外部和內(nèi)部區(qū)域。Fresnel透鏡是交替區(qū)域的實例。
重疊區(qū)域尤其可用于光學元件，例如全息照片、二元光學元件，開諾全息照相和全息照相光學元件。
在眼內(nèi)透鏡的情況下，可形成透鏡，植入它，然后在透鏡內(nèi)形成具有不同光學性能的不同區(qū)或區(qū)域。通過使透鏡的不同區(qū)域暴露于外部刺激的不同數(shù)量級和空間曲線下，可生成不同的光學區(qū)域。例如，透鏡體可分成中心區(qū)、內(nèi)部和外部環(huán)形區(qū)，和較遠的環(huán)形區(qū)。在這一實施方案中，中心區(qū)是圓形和環(huán)圓形區(qū)的周邊是環(huán)形。環(huán)形區(qū)外接中心區(qū)和這些區(qū)是連續(xù)的。這些區(qū)是同心的并與透鏡體共軸。
在描述透鏡的視力校正放大率時使用這些區(qū)，和它們被任意地定義。因此，可視需要選擇這些區(qū)的周邊和這些區(qū)的數(shù)量。
以實施例的方式描述下述實施例，和無論如何不打算限制本發(fā)明的范圍。
實施例1 使用熟練本領域的技術人員已知的標準的模塑技術，制備含有硅氧烷基MC的6mm直徑的眼內(nèi)直徑。該透鏡具有由硅氧烷氫化物交聯(lián)的乙烯基封端的二苯基硅氧烷二甲基硅氧烷制備的第一聚合物基體。第一聚合物基體占透鏡的約70wt％。該透鏡還包括約30wt％的MC(甲基丙烯酸酯封端的聚二甲基硅氧烷)、1wt％(基于MC)的光引發(fā)劑(苯偶姻四硅氧烷苯偶姻)和0.04wt％(基于MC)的UV吸收劑。該透鏡具有30度屈光度的起始標稱放大率。然后使用由以下方程式為代表的強度圖案I=I0e-(r-rc)22σ2---(1)]]>和4.12mW/cm2的平均強度，用365nm的光輻照透鏡的中心60秒。3小時曝光之后，透鏡在該透鏡中心的2.5mm區(qū)域內(nèi)具有+3.25D的變化，如圖1A所示。在輻射前的最佳焦點位置處拍攝干擾邊紋。在可光調(diào)節(jié)的透鏡(LAL)的中心部分內(nèi)任意地觀察受影響的區(qū)域，且區(qū)別在于在IOL的中心部分內(nèi)約6條干擾帶的散焦(兩次經(jīng)過)。圖1B描述了圖1A的顯微照片。
在另一實施方案中，第一聚合物基體占透鏡的約75wt％。該透鏡還包括約25wt％的MC(甲基丙烯酸酯封端的甲基苯基硅氧烷二甲基硅氧烷)、0.83wt％(基于MC)的光引發(fā)劑(苯偶姻-L4-苯偶姻)和0.04wt％(基于MC)UV吸收劑。該透鏡具有+20.0度屈光度的起始標稱放大率。然后使用由以下方程式所述的空間強度曲線，用365nm(±5nm)的光輻照透鏡I=I0(0.65r22rmax+0.35)---(2)]]> 使用三次間隔5秒經(jīng)15秒的曝光，用6mW/cm2的平均強度輻照IOL。圖2A和2B示出了在輻照之前和在輻照后24小時時透鏡的干擾帶(兩次經(jīng)過)。圖2A描述了在最佳的焦點預輻照時+20.0 D LAL的干擾帶(兩次經(jīng)過)，該LAL與在最初的最佳焦點位置處在輻照之后24小時時的LAL相同。圖2B描述了圖2A的LAL。兩個干涉圖之間最明顯的特征是在透鏡的中心區(qū)內(nèi)存在3mm的反應區(qū)，這是引入變焦之處。該變化對應于在這一中心區(qū)域內(nèi)-0.70度屈光度的變化。
這兩個實施例說明了我們可從透鏡的中心部分添加和減少放大率以及控制受影響的區(qū)域。
這兩個多焦點設計類似于以上所述的靶心設計。我們的設計和在文獻中已經(jīng)列出的那些設計之間的差別在于我們能在發(fā)生傷口愈合之后進行術后改變，定制該區(qū)域尺寸以適合患者的擴張狀況，取決于患者或醫(yī)生的推薦，添加或減少不同量的放大率，和一旦完成術后愈合，沿著患者的視覺軸確定該區(qū)域的中心。
實施例2 以上所述的技術的獨特方面之一是，我們首次能在其小孔的大部分上改變IOL的放大率，然后在小的區(qū)域(0-3mm)內(nèi)再輻照透鏡，產(chǎn)生如實施例1所述的雙焦點透鏡。這一實施方案的優(yōu)點是首先在患者內(nèi)植入可光調(diào)節(jié)的透鏡，等待所要求的愈合時間，使眼睛折射穩(wěn)定(典型地2-4周)，測量患者的折射，以確定所需的校正，如果有的話，使患者屈光正常，輻照該透鏡，在小孔的大部分上改變透鏡的放大率，然后沿著患者的視覺軸，再輻照透鏡內(nèi)的較小區(qū)域(1.5-3mm)，以提供近距離和遠距離觀看所需的多焦點性。
作為這一實施方案的一個實例，模塑+20.0 D LAL，其包括75wt％的硅氧烷基體，25wt％MC，0.83wt％PI和0.04wt％UV吸收劑。最初使用以上的方程式2所述的空間曲線，使用10mW/cm2的平均強度輻照透鏡。使用7次15秒的曝光(在每一曝光之間5秒)給予透鏡輻照劑量。這一處理誘導在小孔的5.5區(qū)域內(nèi)透鏡上-1.32度的屈光度變化。輻照后24小時時，使用方程式1為代表的強度曲線，在透鏡的中心部分內(nèi)再輻照透鏡。降低射束的大小到直徑3mm，平均強度為6mW/cm2，和給予3次30秒的劑量。輻照后24小時時，我們觀察到在這一中心區(qū)域內(nèi)1.94度的屈光度變化。
圖3A描述了在最佳焦點預輻照時，+20.0 D LAL的Fizeau干擾帶(兩次經(jīng)過)。圖3B描述了通過最初輻照引入的約8個干擾帶的變焦(兩次經(jīng)過)。這一工序從+20.0度屈光度的最初基礎放大率引入-1.32度屈光度的變化。圖3C描述了在最初輻照之后24小時時，在最佳焦點位置處相同的LAL。注意在透鏡的中心部分處存在新的焦點區(qū)域。這一區(qū)域?qū)?1.94度屈光度的變化。
實施例3 過去，雙焦點或多焦點IOL的臨床應用遇到患者的一些阻力，這是因為喪失收縮的靈敏度和眩光，這是這類透鏡設計固有的。過去醫(yī)生逆轉(zhuǎn)以前植入的多焦點或雙焦點IOL非所需效果的唯一方式是移出IOL并用標準的單焦點IOL再插入。然而，在這一披露內(nèi)容和以前的Calhoun Vision出版的著作中所述的可光調(diào)節(jié)的透鏡技術提供了逆轉(zhuǎn)LAL多焦點性能的方式，從而有效地將其變?yōu)閱谓裹c狀況。這種能力在沒有外科手術移出的情況下不具有引人注意的逆轉(zhuǎn)優(yōu)點。
作為這一方法的實例，模塑+20.0 D LAL，其包括75wt％的硅氧烷基體，25wt％MC，0.83wt％PI和0.04wt％UV吸收劑。圖4A示出了預輻照的Fizeau干擾帶。然后使用兩次連續(xù)的30秒6mW/cm2的曝光。輻照這一LAL。方程式2描述了這一起始輻照的空間強度曲線。正如圖4B所示的，從這一透鏡的中心光學區(qū)中減去-0.5D的放大率。在這一起始輻照之后24小時時，使用兩次連續(xù)的30秒3mW/cm2的曝光，再次輻照LAL。在起始劑量之上有效地疊加第二次輻照。方程式1描述了第二次輻照的空間強度曲線。第二次輻照在最初輻照的區(qū)域上增加+0.5D的放大率，從而有效地從LAL中抵消最初放大率的減少，且示出了在Calhoun Vision LAL中多焦點的可逆性的一個實例。
圖4A、4B和4C描述了可逆多焦點性的一個實例。圖4A描述了在最佳焦點處+20.0度屈光度LAL的Fizeau干擾帶。圖4B描述了在起始輻照之后24小時時在預輻照的最佳焦點處的干擾帶。注意從LAL的中心部分處減去-0.5度屈光度的球面放大率，這可通過在LAL的中心部分處變焦的干擾帶觀察到。圖4C描述了在第二次輻照之后2小時時在預輻照的最佳焦點處的Fizeau干擾帶，這表明變焦干擾帶的除去。這說明了LAL有效地變回到其預輻照時的放大率。
圖5描述了根據(jù)本發(fā)明實施方案形成的透鏡500的一個實例。該透鏡包括多個不同的焦點區(qū)501、502、503、504、505和506。注意各區(qū)的數(shù)字僅僅是例舉，可使用更多或更少的區(qū)域。例如，可存在5個同心環(huán)形區(qū)域。不同區(qū)域優(yōu)選同心地圍繞中心區(qū)域501。不同區(qū)域可具有不同的徑向?qū)挾?，例如區(qū)域504具有比區(qū)域503小的徑向?qū)挾?。類似地，不同區(qū)域可具有不同的面積，例如區(qū)域501的面積小于區(qū)域503的面積?；蛘撸恍┗蛩袇^(qū)域可具有與其它區(qū)域相同的徑向?qū)挾群?或面積。每一區(qū)域可具有與其它區(qū)域中的每一區(qū)域不同的焦長或屈光度，例如區(qū)域502相對于區(qū)域501具有+1.0度的屈光度，和區(qū)域503相對于區(qū)域502可具有+1.0度的屈光度，等等?；蛘?，一些區(qū)域可具有相同的放大率，而其它區(qū)域具有不同的放大率。例如，區(qū)域501、503和505可具有相同的放大率，而區(qū)域502、504和506相對于區(qū)域501可具有+1.0度的屈光度。作為另一實例，區(qū)域501、503和505可具有相同的放大率，而區(qū)域502相對于區(qū)域501可具有+1.0度的屈光度，區(qū)域504相對于區(qū)域502可具有+1.0度的屈光度，和區(qū)域506相對于區(qū)域504可具有+1.0度的屈光度。注意，一些區(qū)域相對于其它區(qū)域可具有負的屈光度。進一步注意不同區(qū)域可校正以供近距離觀察，而其它區(qū)域可校正以供遠距離觀察。不同區(qū)域可具有“靶心”以外的圖案，例如可用于校正散光的圓柱形圖案?？稍谕哥R內(nèi)形成任何圖案區(qū)域。透鏡501可以是眼鏡透鏡，在光學體系內(nèi)使用的透鏡，或者眼內(nèi)透鏡。注意，僅僅作為例舉，使用透鏡，因為可使用其它光學元件。進一步注意每一區(qū)域可以是球形或非球形。
圖6A和6B描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，多焦點透鏡60的一個實例的頂視圖和側(cè)視圖。透鏡60包括提供使用者近距離觀察的區(qū)域61和提供使用者遠距離觀察的區(qū)域62。
圖6C-6F描述了形成圖6A和6B的透鏡的方法的一個實例。透鏡60包括在基體64內(nèi)的光敏大分子63。在圖6A中，通過輻射線65，例如紫外光或近紫外光(365nm)選擇性輻照透鏡60的中心區(qū)域。圖6D中，輻射引起大分子63在靶向區(qū)域(中心區(qū)域)內(nèi)形成互穿網(wǎng)絡，換句話說，大分子63形成聚合的大分子66。形成聚合的大分子66在透鏡的輻照和未輻照區(qū)域之間產(chǎn)生化學電勢的變化。為了再建立熱動力學平衡，來自透鏡中未輻照部分62的大分子63擴散到輻照部分內(nèi)，在輻照部分61內(nèi)產(chǎn)生溶脹，正如圖6E所示。溶脹本身又改變透鏡的曲率。
通過控制輻照劑量(例如，射束的位置，射束的強度)，空間強度曲線，和靶向面積，可實現(xiàn)透鏡表面曲率半徑的物理變化，從而改性透鏡的折射放大率?？筛男酝哥R的特征，使透鏡的放大率、透鏡的球形性質(zhì)、透鏡的非球形性質(zhì)變化，減少或消除散光誤差，或校正其它較高數(shù)量級的偏差?？煞磸褪┘虞椛渚€65，直到發(fā)生所需量的變化。可改變輻照劑量，例如一次施加校正散光，而另一次施加可提供中心增加?；蛘?，可控制輻射，以便單劑量誘導所有所需的效果。
在透鏡具有所需的光學特征之后，如圖6E所示，鎖定透鏡。在鎖定過程中，通過輻射線67輻照透鏡表面，使大多數(shù)殘留的未反應的大分子63聚合。這防止因大分子擴散導致透鏡特征的任何隨后的顯著變化。圖6F示出了具有永久變化的放大率和/或其它特征的成品透鏡。
注意希望在鎖定過程中輻照透鏡的全部表面，然而，由于透鏡的位置和光學體系的原因，可能存在不可能被輻照的一部分透鏡表面。例如，眼內(nèi)透鏡被植入到動物(例如，人、兔子等)的眼睛內(nèi)，透鏡的一部分可能被動物的特征部位阻擋。
注意在鎖定之前，若患者不希望變化，則可逆轉(zhuǎn)該過程，以便消除這種變化。通過輻照具有用于提供這種變化的互補圖案的透鏡，從而進行這種逆轉(zhuǎn)。這會引起大分子擴散到透鏡的周邊部分并補償起始的變化，例如中心增加61。
圖6A-6F描述了具有中心增加的透鏡，例如其中與周圍區(qū)域相比，中心區(qū)域在放大率上具有更大的屈光度?？墒褂妙愃频墓に嚠a(chǎn)生中心減少，例如通過輻照外部周邊(不是中心區(qū)域)，這將引起外部周邊的溶脹(和因此在中心區(qū)域內(nèi)下凹或凹形的曲率)并導致透鏡的透鏡放大率下降。
在明亮的環(huán)境光條件下，例如在太陽下駕駛汽車時，眼睛的瞳孔可閉合，以便透鏡60的遠視區(qū)62完全關閉，從而留給使用者僅僅近距離視野。在這一情況下，可優(yōu)選諸如圖7A和7B的透鏡70之類的透鏡。圖7A和7B描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的多焦點透鏡70的一個實例的頂視圖和側(cè)視圖。透鏡70包括提供使用者遠距離視野的區(qū)域71和73，而環(huán)形區(qū)域72提供使用者近距離視野。
圖7C-7F描述了形成圖7A和7B的透鏡的方法的一個實例。透鏡70包括在基體74內(nèi)的光敏大分子73。在圖7A中，圍繞透鏡70的中心區(qū)域71的環(huán)形區(qū)域72通過輻射線75，例如紫外光或近紫外光(365nm)選擇性輻照。在圖7D中，輻照引起大分子73在靶向區(qū)域(環(huán)形區(qū)域)內(nèi)形成互穿網(wǎng)絡，換句話說，大分子73形成聚合的大分子76。形成聚合的大分子76在透鏡的輻照和未輻照區(qū)域之間產(chǎn)生化學電勢的變化。為了再建立熱動力學平衡，來自透鏡中未輻照部分71的大分子73擴散到輻照部分內(nèi)，在輻照部分72內(nèi)產(chǎn)生溶脹，正如圖7E所示。溶脹本身又改變透鏡的曲率。
通過控制輻照劑量(例如，射束的位置，射束的強度)，空間強度曲線，和靶向面積，可實現(xiàn)透鏡表面曲率半徑的物理變化，從而改性透鏡的折射放大率?？筛男酝哥R的特征，使透鏡的放大率、透鏡的球形性質(zhì)、透鏡的非球形性質(zhì)變化，減少或消除散光誤差，或校正其它較高數(shù)量級的偏差?？煞磸褪┘虞椛渚€75，直到發(fā)生所需量的變化?？筛淖冚椪談┝?，例如一次施加校正散光，而另一次施加可提供環(huán)形增加。或者，可控制輻射，以便單劑量誘導所有所需的效果。
在透鏡具有所需的光學特征之后，如圖7E所示，鎖定透鏡。在鎖定過程中，通過輻射線77輻照透鏡表面，使大多數(shù)殘留的未反應的大分子73聚合。這防止因大分子擴散導致透鏡特征的任何隨后的顯著變化。圖7F示出了具有永久變化的放大率和/或其它特征的成品透鏡。
注意希望在鎖定過程中輻照透鏡的全部表面，然而，由于透鏡的位置和光學體系的原因，可能存在不可能被輻照的一部分透鏡表面。例如，眼內(nèi)透鏡被植入到動物(例如，人、兔子等)的眼睛內(nèi)，透鏡的一部分可能被動物的特征部位阻擋。
注意在鎖定之前，若患者不希望變化，則可逆轉(zhuǎn)該過程，以便消除這種變化。通過輻照具有用于提供這種變化的互補圖案的透鏡，從而進行這種逆轉(zhuǎn)。這會引起大分子擴散到透鏡的周邊部分并補償起始的變化，例如環(huán)形增加72。
圖7A-7F描述了具有環(huán)形增加的透鏡，例如其中與周圍區(qū)域和中心區(qū)域相比，環(huán)形區(qū)域在放大率上具有更大的屈光度。可使用類似的工藝產(chǎn)生環(huán)形減少，例如通過輻照外部周邊和中心區(qū)域(不是環(huán)形區(qū)域)，這將引起外部周邊和中心區(qū)域的溶脹(和因此在環(huán)形區(qū)域內(nèi)下凹或凹形的曲率)并導致透鏡的透鏡放大率下降。
如上所述，在植入IOL之后，由于患者愈合，因此透鏡可能偏移。偏移可以是與光學軸垂直的方向上的橫向偏移。在這種情況下，可調(diào)節(jié)基礎放大率和/或可在愈合之后添加多焦點放大率以補償這一偏移。圖8描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的多焦點透鏡80的一個實例的頂視圖。透鏡80包括具有第一放大率的區(qū)域81和具有第二放大率的區(qū)域82。區(qū)域81位于遠離透鏡80的中心處，以校正透鏡80植入其內(nèi)的患者的光學軸的中心。類似地，區(qū)域82也可偏移，以與患者的光學軸相適應。
偏移也可以是傾斜偏移，換句話說，透鏡可恰當?shù)匚挥谥行模上鄬τ诨颊叩墓鈱W軸傾斜。在這一情況下，在愈合之后，基礎放大率可偏移和/或可添加多焦點放大率，以補償這一偏移。圖9描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的多焦點透鏡90的側(cè)視圖。透鏡90包括具有第一放大率的區(qū)域91和具有第二放大率的區(qū)域92。(在添加區(qū)域91和/或調(diào)節(jié)區(qū)域92之前)區(qū)域91相對于透鏡的光學軸以角度ψ93傾斜，以適應透鏡90植入其內(nèi)的患者的光學軸。偏移也可包括橫向偏移和/或傾斜這二者。在任何一種情況下，優(yōu)選包括圖8和9特性的透鏡。此外，透鏡可包括圖8和/或9，以及圖6A或圖7A的特性。
注意可基于透鏡植入其內(nèi)的患者的瞳孔擴張，選擇多焦點區(qū)域的尺寸和放大率。換句話說，可基于瞳孔擴張的應答選擇近距離和遠距離視野的位置和大小。因此，對于特定的患者來說，可選擇大小和位置，以便當瞳孔最大擴張時，提供近距離和遠距離視野之一或這二者。也可基于患者的習慣選擇大小和放大率。例如，保持閱讀材料靠近其臉部(或眼睛)以供閱讀的人優(yōu)選的大小和/或放大率可不同于保持閱讀材料遠離其臉部(或眼睛)的人。作為另一實例，大多數(shù)閱讀在計算機屏幕上進行的人可能喜歡24英寸的閱讀距離，而主要閱讀書本或報紙的人可能喜歡12-18英寸的閱讀距離。
以下是臨床方案的一個實例，以闡述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案生產(chǎn)多焦點LAL。白內(nèi)障患者植入LAL，且在術后愈合之后，明顯的折射表明患者要求LAL放大率-2.0D的變化，以獲得屈光正常。圖10A說明了沿著干涉儀的光學軸在其預輻照的最佳焦點位置處未輻照的LAL的干涉圖案100。在白內(nèi)障手術中最常見的做法是，在至少一只眼睛內(nèi)留給患者輕微的近視，以便最初從LAL中減去僅僅-1.4D的放大率，正如圖10B中的干涉圖案101所示。然后提供給患者一定的時間段，例如數(shù)小時或數(shù)天，觀察如何充分地微調(diào)這種校正。為了這一實施例的目的，假設患者現(xiàn)在希望屈光正常。額外劑量的輻照將調(diào)節(jié)透鏡的基礎放大率。圖10C示出了在第二次球形輻照校正之后24小時時在最初的預輻照的最佳焦點位置處LAL的干涉圖案102。比較圖10B和10C表明，變焦的干擾帶，即OPD的數(shù)量增加，這對應于額外-0.6D的校正或者整個放大率-2.0D的改變。在使患者屈光正常以后，眼科醫(yī)生可通過第三次輻照，賦予LAL多焦點性。在這一實例中，輻照LAL的中心部分(靶心結(jié)構)內(nèi)2mm的區(qū)域，給LAL增加回+2.0D的放大率。圖10D示出了這一情況，這表明使LAL的中心部分104變回到其起始的折射放大率。當完成調(diào)節(jié)透鏡時，可輻照LAL以供鎖定，這將防止環(huán)境輻射改變LAL。鎖定輻照消耗在LAL內(nèi)的大多數(shù)殘留的光反應性材料。
注意在上述實施例中，一個或多個多焦點區(qū)域在性質(zhì)上是球形(例如圖6B的61)或圓形(例如圖6A的61)。然而，可使用非圓形和/或非球形的區(qū)域。例如，可通過透鏡，沿著軸(例如在圖6B視圖內(nèi)垂直地)使多焦點區(qū)域非球形地成型?？赏ㄟ^透鏡，沿著軸(例如在圖6A視圖內(nèi)水平地)使透鏡橢圓形地成型，圓柱形地成型或者矩形地成型。
盡管詳細地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應當理解，此處可在沒有脫離所附權利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，作出各種變化、替代和改變。此外，本發(fā)明的范圍不打算限制到說明書所述的工藝、儀器、制造、物質(zhì)組成、設備、方法和步驟的特定實施方案上。熟練本領域的技術人員根據(jù)說明書公開內(nèi)容容易理解，可根據(jù)本發(fā)明利用行使與此處所述的相應實施方案基本上相同功能或?qū)崿F(xiàn)基本上相同結(jié)果的目前已有或隨后將開發(fā)的工藝、儀器、制造、物質(zhì)組成、設備、方法或步驟。因此，所附的權利要求打算包括在其范圍內(nèi)的這種工藝、儀器、制造、物質(zhì)組成、設備、方法或步驟。
權利要求
1.一種多焦點透鏡，其包括透鏡的第一部分，所述透鏡的第一部分具有提供遠距離視野的第一焦長；和透鏡的第二部分，所述透鏡的第二部分包括對外部刺激具有光學反應性的材料，且具有通過施加刺激來調(diào)節(jié)第二焦長并提供近距離視野的焦長；其中第二部分具有基本上圓形的形狀且位于透鏡的中心，和第一部分具有基本上環(huán)形的形狀且圍繞第二部分布置。
2.一種多焦點透鏡，其包括透鏡的第一部分，所述透鏡的第一部分具有提供近距離視野的第一焦長；和透鏡的第二部分，所述透鏡的第二部分包括對外部刺激具有光學反應性的材料，且具有通過施加刺激來調(diào)節(jié)第二焦長并提供遠距離視野的焦長；透鏡的第三部分，所述透鏡的第三部分具有第一焦長；其中第一部分具有基本上圓形形狀且位于透鏡中心，和第二部分具有基本上環(huán)形形狀且圍繞第一部分布置，和第三部分具有基本上環(huán)形形狀且圍繞第二部分布置。
3.一種多焦點透鏡，其包括透鏡的第一部分，所述透鏡的第一部分具有第一焦長；透鏡的第二部分，所述透鏡的第二部分包括對外部刺激具有光學反應性的材料，且具有通過施加刺激來調(diào)節(jié)第二焦長的焦長；其中第一焦長不同于第二焦長，和第二部分具有基本上圓形形狀且位于透鏡的非中心部分處，和第一部分圍繞第二部分布置。
4.一種多焦點透鏡，其包括透鏡的第一部分，所述透鏡的第一部分位于透鏡的第一側(cè)上；和透鏡的第二部分，所述透鏡的第二部分包括對外部刺激具有光學反應性的材料，且具有通過施加刺激來調(diào)節(jié)第二焦長的焦長；其中第一焦長不同于第二焦長，和第二部分具有相對于透鏡的第二側(cè)的光學軸成一定角度的光學軸。
5.使用透鏡的方法，該方法包括制備具有改性組合物(MC)分散在其內(nèi)的透鏡，其中該改性組合物能刺激誘導聚合；將透鏡植入動物體內(nèi)；將透鏡的一部分暴露于引起光學性能改變的外部刺激下，這種暴露將改變透鏡的這部分的焦長到第一焦長，以降低因動物愈合應答引起的誤差；將透鏡的另一部分暴露于光學性能改變的外部刺激下，這種暴露將改變透鏡的這部分的焦長到不同于第一焦長的第二焦長。
6.權利要求5的方法，進一步包括基于動物習慣，選擇第一焦長和第二焦長中的至少一種。
7.權利要求5的方法，進一步包括基于動物習慣，選擇這部分和另一部分中至少一種的尺寸。
8.權利要求5的方法，進一步包括基于動物的瞳孔擴張應答，選擇這部分和另一部分中至少一種的尺寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型的眼內(nèi)透鏡。該透鏡能在術后調(diào)節(jié)其光學性能，其中包括從單焦點透鏡轉(zhuǎn)化成多焦點透 鏡。
文檔編號G02B3/00GK1849103SQ200480025957
公開日2006年10月18日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權日2003年8月13日
發(fā)明者C·A·桑德斯泰特, J·M·杰特馬拉尼, S·H·錢格 申請人:卡爾霍恩影像公司