1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及眼科鏡片，并且更具體地涉及下述接觸鏡片的設(shè)計，所述接觸鏡片在將鏡片佩戴在眼睛上時利用和定制眼睛-鏡片系統(tǒng)所得的應(yīng)變能以實現(xiàn)改進的向心性、平移性、旋轉(zhuǎn)/穩(wěn)定性、舒適度和最終改進的視力。

2.相關(guān)領(lǐng)域的描述

接觸鏡片被視為醫(yī)療裝置并且可被佩戴以矯正視力和/或用于美容或其他治療原因。自20世紀50年代起，接觸鏡片就已被商業(yè)化利用以改善視力。早期的接觸鏡片由硬性材料構(gòu)成或制成，相對較為昂貴并且脆弱。盡管仍在使用這些接觸鏡片，但它們因其不佳的初始舒適度而并不適用于所有患者。該領(lǐng)域的后續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了基于水凝膠的軟性接觸鏡片，所述軟性接觸鏡片在當今極其流行且被廣泛應(yīng)用。所引入的軟性接觸鏡片已經(jīng)顯著地改善了佩戴者所感受的舒適度。盡管這項成果是由本領(lǐng)域的許多技術(shù)人員做出的眾多發(fā)展和進步的結(jié)果，但是應(yīng)著重考慮的是，軟性接觸鏡片比先前的接觸鏡片顯著地更欠剛性。如此，當將接觸鏡片放置在眼睛上時，它更易受當其變形并且適形于眼睛前表面時施加在其上的應(yīng)力和應(yīng)變的影響。鏡片與眼睛形狀的這種交互作用本就是主要考慮因素，特別是在技術(shù)人員出于特定目的(諸如視力矯正)而試圖設(shè)計鏡片時，但是出于另外目的的其他考慮因素同樣重要和相關(guān)。

盡管眼睛的解剖形狀大體相似，但是的確是因人而異，并且還趨于是非對稱的。具體地講，正常眼睛的非對稱性可描述為，相比于顳區(qū)中的曲率變化鼻區(qū)中具有更大的曲率變化。換句話講，在沿橫向平面觀察眼睛周邊區(qū)域的曲率的情況下，當一個眼睛從角膜中心向內(nèi)朝向鼻部移動時的曲率變化率相比于從角膜中心向外朝向顳部移動而言更大，從而導(dǎo)致兩個不同的曲率并且導(dǎo)致橫向平面非對稱性。這種非對稱性還導(dǎo)致當佩戴接觸鏡片時被施加在接觸鏡片上的非對稱的力。具體地，當接觸鏡片的后表面與眼睛的前表面進行交互時，特別是在周邊區(qū)域中，它可導(dǎo)致接觸鏡片被臨時取代從而影響向心性。如果接觸鏡片不再居中，則可影響視力矯正。在眼睛的縱分平面中，已知的是，患者眼睛的周邊下部分趨于比周邊上部分更陡。利用這種縱分非對稱性的嘗試，在美國專利No.6,406,145中有所描述，其中發(fā)明者在設(shè)計鏡片的基弧時考慮了鏡片佩戴者眼睛的天然形狀。盡管這是沿正確方向的步驟，但是技術(shù)人員可通過考慮眼睛非對稱性的多維度方面來認識到另外的改進。這通過將接觸鏡片和眼睛分析并且估計成系統(tǒng)來實現(xiàn)，尤其是當它與由于佩戴鏡片時鏡片幾何結(jié)構(gòu)與眼睛幾何結(jié)構(gòu)相互作用所致的應(yīng)變能和鏡片向心性相關(guān)時。其他影響因素還包括這些項的力學(xué)性能。

在治療老花眼患者時，一個創(chuàng)新為使用平移式鏡片設(shè)計。隨著患者年齡增加，晶狀體逐漸變得更硬，并且因此他們的眼睛難以適應(yīng)。換句話講，它們改變天然鏡片的形狀以聚焦在物體上的能力被減弱。這種病癥被稱為老花眼。典型的平移式鏡片依賴于接觸鏡片相對于眼睛(特別是瞳孔)的相對移動。通常，平移式鏡片將具有多個光學(xué)區(qū)，例如近區(qū)和遠區(qū)，以說明患者適應(yīng)能力的丟失，并且根據(jù)注視角度，技術(shù)人員可通過引導(dǎo)注視使其穿過一個區(qū)或另一個區(qū)來優(yōu)化視力。為了實現(xiàn)這種目的，近區(qū)和遠區(qū)通常分別放置在下部和上部，并且例如當患者向下看時(通常近視者在諸如閱讀時需要這樣)，他們通過鏡片的下部分(近區(qū))進行觀察。這是成功的，因為鏡片(通過與下眼瞼的交互作用)通常相對于瞳孔朝上驅(qū)動，該瞳孔的注視角被向下導(dǎo)向。當他們的目光返回更水平的位置并且他們看向一定距離處的物體時，鏡片的相對位置使得眼睛的瞳孔現(xiàn)在與鏡片的上部分(遠區(qū))對齊。因此需要優(yōu)化近視和遠視兩者的聚焦。

平移式鏡片的相對移動可受眼睛的非對稱性和它與接觸鏡片交互作用的方式(從而不允許實現(xiàn)所期望的結(jié)果)影響。但是還存在其他考慮因素，例如美國專利No.7,216,978示出上眼瞼和下眼瞼在眨眼期間不嚴格地沿豎直方向移動。相反，上眼瞼基本上豎直地移動，且在眨眼期間具有小的鼻側(cè)分量，下眼瞼基本上水平地移動，由此在眨眼期間朝鼻部移動。此外，上眼瞼和下眼瞼相對于穿過垂直子午線的平面并不對稱。換句話講，個體并非相對于在睜開的上眼瞼與下眼瞼之間繪制出的水平軸線而對稱性地眨眼。因此，眨眼自身可不導(dǎo)致接觸鏡片最理想的平移，從而提供另一個機會以在設(shè)計時進行改進。另一種類型的平移式鏡片具有平截形狀。即，不同于呈基本連續(xù)圓形或橢圓形的大多數(shù)鏡片，截頭接觸鏡片的下部通過使鏡片的該部分被切斷或縮短而變平。這在鏡片的底部處產(chǎn)生基本上平坦的、較厚的邊緣。此種鏡片的示例性說明示出于多個專利中，包括美國專利No.7,543,935、美國專利No.7,430,930、美國專利No.7,052,132、以及美國專利No.4,549,794。然而，接觸鏡片諸如此種鏡片上的相對平坦的邊緣可能往往會降低舒適度。利用最小能量位置的概念的另選方法為美國專利No.7,810,925中所提供的方法，其中具有兩種嚴謹穩(wěn)定位置的鏡片設(shè)計被建議用于優(yōu)化近視和遠視所需的鏡片位置。最小勢能位置的概念可用于實現(xiàn)這兩種穩(wěn)定位置。考慮到需要一定程度的平移力(可能地是在‘925專利案件中的顯著水平)以從一個位置移動到另一個位置，可能的是，就初始穩(wěn)定位置而言還引入了一定程度的不適，該不適需要被克服以便移動到第二穩(wěn)定位置。此外，相比于申請人的發(fā)明而言，‘925專利的方法局限于兩個不同位置，所述申請人的發(fā)明不僅利用位置的連續(xù)統(tǒng)一體和(從而是)相對應(yīng)變能(而不是不同情形)，還允許沿這種連續(xù)統(tǒng)一體的平滑平移。

在散光患者中，除了向心性之外，鏡片的相對旋轉(zhuǎn)取向為重要的以用于矯正患者視力。散光是由角膜和/或晶狀體沿光學(xué)區(qū)的非旋轉(zhuǎn)對稱曲率所致。正常角膜為基本上旋轉(zhuǎn)對稱的，然而在具有散光的個體中卻并非如此。換句話講，眼睛的光學(xué)區(qū)實際上沿一個方向比沿另一個方向更彎曲或更陡，從而使得圖像被向外拉伸成聚焦線(柱狀)而非聚焦成單個點。復(fù)曲面鏡片(而非球形/單視覺鏡片)可用于處理這種情況。復(fù)曲面鏡片為如下光學(xué)元件，所述光學(xué)元件在彼此垂直的兩個取向上具有兩種不同的屈光力。實際上，復(fù)曲面鏡片具有內(nèi)置于單個鏡片中的用于矯正近視或遠視的一種屈光力的球面以及用于矯正散光的一種屈光力的柱面。利用以不同角度取向的、相對于眼睛優(yōu)選地保持的曲率來產(chǎn)生這些光焦度。復(fù)曲面鏡片的正確旋轉(zhuǎn)取向是正確矯正散光所必需的。然而，復(fù)曲面接觸鏡片可趨于在眼睛上旋轉(zhuǎn)，從而臨時性地提供亞最佳視力矯正。因此，當前利用的復(fù)曲面接觸鏡片還包括下述機構(gòu)，所述機構(gòu)用于在佩戴者眨眼或者環(huán)視時將接觸鏡片相對穩(wěn)定地保持在眼睛上，以便保持正確的視力矯正。為了保證正確的鏡片取向，已經(jīng)利用了鏡片穩(wěn)定的各種方法，諸如壓載或優(yōu)選厚區(qū)和薄區(qū)。盡管存在實現(xiàn)穩(wěn)定性的各種方法，但是所有方法最終將受到接觸鏡片的后表面與眼睛的前表面的交互作用的不同程度的影響，特別是在周邊區(qū)域中，這還可負面地影響視力和/或主觀舒適度。目前設(shè)計或使用的穩(wěn)定區(qū)的挑戰(zhàn)在于接觸鏡片穩(wěn)定性與舒適度以及與增加的厚度相關(guān)的物理限制之間的權(quán)衡。改變設(shè)計以改進旋轉(zhuǎn)速度，諸如增加穩(wěn)定區(qū)的表面斜率，還可增加接觸鏡片的厚度并且可負面地影響舒適度。因此，接觸鏡片的設(shè)計必須實現(xiàn)以下兩者：即，旋轉(zhuǎn)至恰當?shù)牟迦肴∠颍⒃谡麄€佩戴期內(nèi)保持該取向。常規(guī)設(shè)計需要在這兩種模式之間對性能進行權(quán)衡。

在更多最近的嘗試中，例如參見美國專利No.8,827,448，使用消除散光的定制鏡片被提議用于屈光矯正，其中第一柱面光焦度位于接觸鏡片的前表面上并且第二柱面光焦度位于接觸鏡片的后表面上。盡管已表明利用這種設(shè)計實現(xiàn)了改進的視敏度，但是這些項不限于鏡片的光學(xué)區(qū)以及其如何與非對稱形狀的角膜進行交互作用。在其他區(qū)域中的設(shè)計變化(最值得注意的是在鏡片的周邊區(qū)域)，仍可產(chǎn)生影響并且將不會負面地影響局限于光學(xué)區(qū)的那些，所述光學(xué)區(qū)用于尋求改進視敏度從而共存并且進一步改進鏡片性能)。

在這種領(lǐng)域中的一些發(fā)明人已經(jīng)通過定制的患者特定設(shè)計來試圖處理鏡片/角膜失配。具體地，他們測量角膜表面并且試圖使接觸鏡片的后表面與角膜的外形配合。例如參見美國專利No.6,786,603、美國專利No.6,340,229和美國專利No.6,305,802。這種另選的方法盡管導(dǎo)致近乎完美匹配的適形配合，但是不可充分地處理當前問題，因為它可引入與鏡片移動的缺乏相關(guān)的不期望的后果，所述鏡片移動的缺乏是由于鏡片與角膜精確的適形匹配所致。它還可導(dǎo)致用于系統(tǒng)的大量存儲單元(SKU’s)，該系統(tǒng)對于制造商以及消費者兩者而言均為昂貴的。為了保持健康的眼生理狀態(tài)，接觸鏡片的移動是允許適當?shù)难蹨I交換所必需的。人類覺醒狀態(tài)下平均每分鐘眨眼約十二(12)次，每次眨眼可影響鏡片的移動，從而有利于必要的眼淚交換保持健康的淚膜。但是盡管移動對健康目的而言為重要的，但是接觸鏡片過多的移動可負面地影響主觀舒適度和視力兩者。

用于眼睛增強的軟性接觸鏡片(用于定制的患者特定裝置、遠視、散光、裝飾或治療目的和/或其他光缺陷或矯正的接觸鏡片)可通過如本文所述的沿連續(xù)統(tǒng)一體引入非光學(xué)特征(該非光學(xué)特征利用最優(yōu)化的系統(tǒng)應(yīng)變能的原理)來進一步改進，以在位于眼睛上時實現(xiàn)最優(yōu)化的鏡片定位、移動、取向和/或穩(wěn)定性，所有這些可對舒適度和視力兩者產(chǎn)生積極影響，并且以高性價比的方式執(zhí)行這些功能。上文所述的現(xiàn)有技術(shù)裝置采用導(dǎo)致某些權(quán)衡的特征和設(shè)計，所述權(quán)衡例如，舒適度和用于視敏度的配合、用于健康和視力的鏡片向心性和移動、或者具有廣泛存儲單元以適當?shù)靥幚砘颊咦兓溺R片系統(tǒng)。因此，存在對接觸鏡片的需要，所述接觸鏡片具有改進的眼睛佩戴性能，同時保持眼睛健康以及高度的舒適度和視力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的接觸鏡片通過利用趨于抵消/恢復(fù)理想的力均衡的設(shè)計元件/特征，克服了與上文簡述的現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的缺點，并且具體地優(yōu)化所得的應(yīng)變能以便實現(xiàn)接觸鏡片的期望的向心性、移動、取向和/或穩(wěn)定性。具有特定的力學(xué)性能的特定的鏡片設(shè)計，當放置在具有其特定的力學(xué)性能的特定的眼部表面上時，將以這種方式進行交互以產(chǎn)生唯一的總應(yīng)變狀態(tài)。如果將具有相同力學(xué)性能的這種相同鏡片設(shè)計放置在不同的眼部表面幾何形狀上，則應(yīng)變的狀態(tài)將不同。同樣，具有不同力學(xué)性能的不同鏡片設(shè)計當被放置在這種相同眼部表面上時還將導(dǎo)致不同的總應(yīng)變狀態(tài)。重點在于，鏡片設(shè)計和鏡片的力學(xué)性能兩者以及眼部形狀和眼組織物質(zhì)的力學(xué)性能，不僅導(dǎo)致該兩項之間應(yīng)力和應(yīng)變的復(fù)雜交互，還提供機會以改進鏡片與放置該鏡片的眼部表面之間交互的方法。

應(yīng)變能狀態(tài)的優(yōu)化包括但不限于：最小量的應(yīng)變能的位置；應(yīng)變能狀態(tài)的形狀或變化率兩者；以及沿不同方向或維度或者在所選區(qū)域或表面中改變應(yīng)變能狀態(tài)。本發(fā)明還涉及接觸鏡片設(shè)計，其中應(yīng)變能狀態(tài)以同心或徑向方式進行優(yōu)化，以允許接觸鏡片相對于眼部表面的有限的但是必要的移動，同時保持鏡片的所需向心性以確保保持視力質(zhì)量。通過以雙峰對稱形式修改鏡片/眼睛系統(tǒng)的應(yīng)變能狀態(tài)，可在不需要平移式接觸鏡片的復(fù)雜設(shè)計的前提下處理老花眼。通過沿角膜的縱分平面限定第一最優(yōu)化的應(yīng)變狀態(tài)，并且沿角膜的多個橫向平面限定第二最優(yōu)化的應(yīng)變狀態(tài)，每個應(yīng)變狀態(tài)不同，在程度和方向兩方面可實現(xiàn)接觸鏡片相對于角膜的最優(yōu)化的移動/平移，而無需可能不舒適的設(shè)計特征。通過以圓周方式或有角方式改變鏡片/眼睛系統(tǒng)的應(yīng)變能狀態(tài)，可在不需要優(yōu)選的厚區(qū)的前提下處理散光患者的穩(wěn)定性需要，所述優(yōu)選的厚區(qū)用于實現(xiàn)傳統(tǒng)接觸鏡片的穩(wěn)定性并且可導(dǎo)致不適。通過改變應(yīng)變能狀態(tài)的變化率，個人可改變穩(wěn)定性的變化率并且基本上“撥入”跨部件的穩(wěn)定性的期望時間。

可通過下述步驟實現(xiàn)應(yīng)變能優(yōu)化并且從而實現(xiàn)鏡片相對于放置該鏡片的眼睛的期望移動和定位，所述步驟為：改變接觸鏡片材料的力學(xué)特性；改變接觸鏡片的厚度、改變接觸鏡片的邊緣設(shè)計；以及選擇性地改變?nèi)魏螖?shù)量的平面或子午線(特別是在周邊區(qū)域)的后曲率。本發(fā)明的接觸鏡片可與任何類型的接觸鏡片光學(xué)器件一起使用而沒有附加的成本，并且被優(yōu)化以改善臨床舒適度和/或生理機能。

附圖說明

下文是附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實施方案的更為具體的說明，通過這些說明，本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點將顯而易見。

圖1A和1B分別提供了接觸鏡片的頂視圖和側(cè)視圖，其示出了可根據(jù)本發(fā)明進行優(yōu)化的值得關(guān)注的代表性區(qū)域。

圖2A提供了佩戴在眼睛上的鏡片的示意圖，以及根據(jù)本發(fā)明處理的選定力(外力和恢復(fù)力)中的一些的示意圖。

圖2B和2C圖示地示出了鏡片的移動，更具體地由于典型的眨眼周期內(nèi)施加在鏡片上的外力和恢復(fù)力所得的鏡片分別沿X和Y方向的位移。

圖3提供了根據(jù)本發(fā)明采用的設(shè)計方法的處于流程圖格式的高階概覽。

圖4提供了表格并且根據(jù)本發(fā)明示出了所得的最小應(yīng)變能的量值對三個示例性條件下的徑向位置之間的理想化關(guān)系，以及它可如何影響鏡片的移動和向心性。

圖5A是根據(jù)本發(fā)明的典型的所得應(yīng)變能標測圖，其通過鏡片位置(所述鏡片位置是優(yōu)化處理的結(jié)果)示出應(yīng)變能的量值。

圖5B是根據(jù)本發(fā)明的第二示例性所得的應(yīng)變能標測圖，其示出了相對于圖5A所示標測圖的應(yīng)變能的增加的變化率。

圖5C是根據(jù)本發(fā)明的第三示例性所得的應(yīng)變能標測圖，其示出了相對于圖5A所示標測圖的應(yīng)變能的減小的變化率。

圖6A根據(jù)本發(fā)明示出了示例性的雙邊對稱的應(yīng)變能標測圖，其中鏡片位置可用于以期望方式控制鏡片的移動。

圖6B根據(jù)本發(fā)明示出了示例性的高階雙邊對稱的應(yīng)變能標測圖，其中另外的修改可用于以期望方式進一步控制鏡片的移動。

圖7A至圖7C根據(jù)本發(fā)明示出了可如何在有角/旋轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上定制應(yīng)變能，這可用于實現(xiàn)有效的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

圖8示出了角膜表面幾何結(jié)構(gòu)的典型剖面，其中疊層在剖面上的、理想化的多半徑曲線加強當前曲率半徑的差異。

具體實施方式

就本發(fā)明的目的而言，如圖1A所示的接觸鏡片10由至少三個不同區(qū)域限定。獲得進行視力矯正的內(nèi)部區(qū)域11，接觸鏡片10的外部周邊區(qū)域13提供接觸鏡片10在眼睛上的力學(xué)穩(wěn)定性，并且位于內(nèi)部區(qū)域11與外部區(qū)域13之間的中間區(qū)域12可用于以平滑方式混合兩個前述的區(qū)域，使得不會發(fā)生突然間斷。在一些示例性實施方案中，可不需要中間區(qū)域12。

內(nèi)部區(qū)域11或光學(xué)區(qū)提供視力矯正并且被設(shè)計用于特定需要，諸如單一的視力矯正、散光視力矯正、雙焦視力矯正、多焦視力矯正、定制矯正或者可提供視力矯正的任何其他設(shè)計。外周邊或周邊區(qū)13為佩戴于眼睛上的接觸鏡片提供基本配合和穩(wěn)定性，包括向心性和取向。當光學(xué)區(qū)包括非旋轉(zhuǎn)的對稱的特征(例如，散光矯正和/或高階像差矯正)時，取向穩(wěn)定性為基本的。任選的中間區(qū)域或區(qū)12確保光學(xué)區(qū)和周邊區(qū)平滑地混合。需著重注意的是，光學(xué)區(qū)11和周邊區(qū)13兩者可獨立設(shè)計，但是當特定需要為必要的時，有時他們的設(shè)計是密切相關(guān)的。例如，具有散光光學(xué)區(qū)的復(fù)曲面鏡片的設(shè)計可需要特定的周邊區(qū)，以用于以預(yù)定取向?qū)⒔佑|鏡片保持在眼睛上。

就本發(fā)明的目的而言，接觸鏡片還由如圖1B中所示的前表面14、后表面或基弧15、以及邊緣16限定。接觸鏡片的前表面和后表面由至少三個區(qū)域限定，獲得視力矯正的內(nèi)部區(qū)域11、為佩戴在眼睛上的接觸鏡片提供力學(xué)穩(wěn)定性的外部區(qū)域13或接觸鏡片的周邊、以及位于內(nèi)部區(qū)域11與外部區(qū)域13之間用于以連續(xù)和/或平滑方式連接和/或混合兩個上述的區(qū)域以使得不會發(fā)生中斷的任選的中間區(qū)域12。鏡片厚度是可優(yōu)化的重要變量，并且可通過在水平定位鏡片時簡單地測量前表面14與后表面15之間的相對豎直距離在三個區(qū)域中的任一個中確定該鏡片厚度，但是優(yōu)選地在外部或周邊區(qū)域13中。邊緣16為接觸鏡片10的邊沿并且為優(yōu)化方案中考慮的另一個有用變量。就本發(fā)明的目的而言，邊緣16的形狀可為圓形或非圓形的。如果給定平面上的邊緣突起部為圓，則邊緣16據(jù)描述為圓形的，否則邊緣據(jù)描述為非圓形的。鏡片的這些參數(shù)和其他幾何結(jié)構(gòu)變量中的每一個可被視為輸入，并且可在企圖實現(xiàn)期望的應(yīng)變能狀態(tài)時變化。

應(yīng)變能為一種勢能，并且可如此進行測量。當固體承受負載并且由于負載變形時，應(yīng)變能可被存儲在固體內(nèi)。因此，處于未變形狀態(tài)的固體對應(yīng)于零應(yīng)變狀態(tài)。當將鏡片放置在眼睛上時，鏡片可彎曲以配合眼部表面的形狀。因此，鏡片的這種變形可導(dǎo)致存儲于鏡片內(nèi)的應(yīng)變能增加。放置在鏡片上的負載還可導(dǎo)致鏡片被相對于眼部表面位移。鏡片在被放置于眼睛上時變形和/或位移的程度將取決于一系列因素，諸如作用在其上的力/負載的量值、眼部表面幾何結(jié)構(gòu)、鏡片的幾何結(jié)構(gòu)、接觸鏡片和人眼角膜二者的力學(xué)特性(包括諸如彈性模量的材料特性)、以及這些項的表面之間的相互作用。如圖2A所示，在什么是所謂的外力21與什么是所謂的恢復(fù)力22之間加以區(qū)別是重要的，因為這些力的量值顯著不同。當鏡片10通過上眼瞼23和下眼瞼24被定位在眼睛上并且趨于比恢復(fù)力22的量值顯著更高時，主要的外力21為施加到接觸鏡片10的那些力。恢復(fù)力22可受下述項影響，所述項諸如鏡片與角膜表面之間的摩擦力，以及由于鏡片10本身在其與眼部表面的幾何結(jié)構(gòu)相互作用時的變形所致的鏡片10的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。外力的量值通常趨于比恢復(fù)力的量值更大，并且盡管重力(未示出)將被考慮為另外的外力，但是在多個情況下這些重力的量值將被忽視。另外，可存在旋轉(zhuǎn)力或扭矩25，所述旋轉(zhuǎn)力或扭矩將旋轉(zhuǎn)移動施加到鏡片10，而不是將平移施加到鏡片10。這些類型的恢復(fù)力當其涉及到如下項(所述項諸如鏡片穩(wěn)定性、向心性和移動性特別重要的。因此，在眨眼期間，可存在如圖2A所示的由于眼瞼將外力21施加到鏡片10自身所致的鏡片的大幅度移動。這些移動可被測量；此類測量示于圖2B和2C中，該圖2B和2C分別圖示地示出鏡片的豎直(Y)和水平(X)位移。圖2B和圖2C兩者包括在多個成功眨眼情況下鏡片沿給定方向(Y或X)移動的實際數(shù)據(jù)，以及理想化曲線，所述曲線示出在單個眨眼情況下鏡片沿Y方向或X方向的移動。在單個眨眼情況下的鏡片位移示出于開始眨眼的點(點標記為“A”)上，通過眨眼結(jié)尾(點標記為“B”)至最后靜止位置(點標記為“C”)。在點“A”與“B”之間的鏡片位移是將外力21施加到鏡片的直接結(jié)果。在圖2B所示的Y位移的情況下，右側(cè)的圖片，這將主要是通過上眼瞼將力施加到鏡片，這導(dǎo)致向上(S)移動或向下(I)移動。在如圖2C所示的X位移的情況下，這種位移是由于通過上下眼瞼兩者將力施加到鏡片以導(dǎo)致顳區(qū)(T)或鼻區(qū)(N)移動所致。在眨眼和施加外力21之后，恢復(fù)力22開始起作用，就是這些恢復(fù)力22作用在鏡片上導(dǎo)致點“B”與點“C”之間的鏡片位移，最終導(dǎo)致鏡片10重新定位到其如圖2B和2C兩者所示的其靜止位置。就鏡片的豎直(Y)和水平(X)位移二者而言，這種過程每次眨眼之后重復(fù)。在如圖2B所示的豎直位移的情況下，眨眼的每個順序之后是鏡片10自身的較大移動(所述移動是由于所施加的外力21所致)，首先示出的是向下移動然后是向上移動。緊隨其后，恢復(fù)力22主要施加向下移動，開始時較大，但是位移量值隨時間減小，直到鏡片10基本上恢復(fù)到其初始或靜止位置，最多至緊鄰的下一個眨眼，在該下一個眨眼點重復(fù)該過程。類似地參見圖2C，其示出了外力和恢復(fù)力對鏡片沿X方向移動產(chǎn)生的影響，同時這些位移曲線圖示出了由于外力(眼瞼)和恢復(fù)力(鏡片對眼睛)兩者所致的鏡片在眼睛上的交互作用。

根據(jù)本發(fā)明，個人可將佩戴于眼睛上的鏡片的最優(yōu)化的應(yīng)變能狀態(tài)用作鏡片和眼睛二者的幾何和力學(xué)特性輸入的函數(shù)，可變化，直到實現(xiàn)了期望的能量應(yīng)變能狀態(tài)。期望的應(yīng)變能狀態(tài)可根據(jù)個人嘗試處理的條件(諸如改進的向心性、平移或旋轉(zhuǎn))而不同。根據(jù)本發(fā)明的這種方法的用途及所得的接觸鏡片還可改進鏡片穩(wěn)定性、光學(xué)矯正和舒適度。幾何和力學(xué)特性輸入可包括但不限于鏡片厚度、鏡片邊緣幾何結(jié)構(gòu)、鏡片基弧、鏡片前曲面和鏡片彈性模量。這可通過給定的公式進行函數(shù)表達，所述公式為：

{最優(yōu)化的應(yīng)變能狀態(tài)}_條件＝F{LG，EG，LMP，EMP}，

其中，LG＝鏡片幾何結(jié)構(gòu)，

EG＝眼睛幾何結(jié)構(gòu)，

LMP＝鏡片力學(xué)特性，并且

EMP＝眼睛力學(xué)特性。

由于這些材料(水凝膠和生物組織)的性質(zhì)，這并不是不重要的分析。此外，對上述公式的條件和計算的評定的復(fù)雜性還在于環(huán)境、溫度以及由于粘性因素所經(jīng)受負載的時間。獲得對這種能量狀態(tài)的真實理解并不簡單，即使利用良好限定的線性彈性材料，具有復(fù)雜的非對稱性幾何結(jié)構(gòu)的各向異性粘彈性材料。為了解決這種情況，所使用的有限元分析(“FEA”)提供分析方法以在給定的負載設(shè)置、材料特性和邊界條件下估計和計算對象的應(yīng)力和應(yīng)變。迭代地使用FEA可用于估計在給定負載條件下具有相似力學(xué)特性的不同幾何結(jié)構(gòu)將如何執(zhí)行以收斂到最優(yōu)解。利用最優(yōu)化技術(shù)和臨界參數(shù)的識別以及他們與其他參數(shù)的關(guān)系，可開發(fā)最小化關(guān)系，然后可利用FEA迭代地求解以顯示理想化最優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)，所述理想化最優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)在函數(shù)中給定的條件設(shè)置下以期望方式表現(xiàn)。眼部表面幾何結(jié)構(gòu)輸入可被定制，或者通過代表性群體平均化，與眼部表面的力學(xué)特性結(jié)合的這些輸入然后可與理想化的初始鏡片幾何結(jié)構(gòu)一起建模。根據(jù)本發(fā)明，盡管鏡片區(qū)域(內(nèi)部、中間、外部周邊)、或者鏡片表面(前或后)或兩者之間的厚度、或者鏡片邊緣設(shè)計中的任一項可為最優(yōu)化設(shè)計的目標，但是優(yōu)選的實施方案為鏡片的外周邊區(qū)域的后表面的最優(yōu)化實施方案。具體地，用于特定目的以實現(xiàn)改進的向心性、平移、旋轉(zhuǎn)和穩(wěn)定性的所得的最優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)，以及確定這些最優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)的方法，是本發(fā)明的焦點。

根據(jù)本發(fā)明，如圖3的流程圖所示的方法30的概覽被用于得到鏡片的改進的應(yīng)變能狀態(tài)。技術(shù)人員首先將眼部表面幾何結(jié)構(gòu)和初始鏡片幾何結(jié)構(gòu)輸入到FEA模型31內(nèi)。技術(shù)人員然后獲得與輸入的眼部表面幾何結(jié)構(gòu)進行交互的鏡片幾何結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能狀態(tài)，作為運行FEA模型32時位置的函數(shù)。這之后是將步驟二32所得的應(yīng)變能標測圖適配到高階多項式函數(shù)33。初始的鏡片設(shè)計然后可被迭代地調(diào)整，即優(yōu)化，使得適配的應(yīng)變能標測圖等效于期望的應(yīng)變能狀態(tài)35。例如，在優(yōu)化向心性的情況下，這將導(dǎo)致下述鏡片設(shè)計，所述鏡片設(shè)計的最小應(yīng)變能狀態(tài)與理想化的向心鏡片36一致。如果應(yīng)變能狀態(tài)在步驟五34中不一致(即，不可接受的)，則技術(shù)人員可重新迭代直到實現(xiàn)了期望的解36。例如，對鏡片設(shè)計的任選的另外次級調(diào)整以便優(yōu)化更高階項，可導(dǎo)致進一步降低相對于眼部表面的鏡片移動，從而獲得不僅在預(yù)期位置為向心的還限制移動并且在期望的向心點周圍向心的鏡片。這導(dǎo)致最優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)和定位以及理想化的移動程度和舒適度。向心性可影響光學(xué)性能，并且就化妝品/美容鏡片而言還影響當佩戴時鏡片看起來的美感。鏡片的一些移動是保持眼睛健康所必需的，然而過量移動是不可取的，因為它可負面地影響視力和舒適度。在上述的示例中，各個眼部表面幾何結(jié)構(gòu)可被輸入或者另選地，技術(shù)人員可期望利用理想化幾何結(jié)構(gòu)以經(jīng)由給定群體或群體子集根據(jù)技術(shù)人員想要實現(xiàn)的目的進行平均化。這種方法對于其他情況而言可重復(fù)，諸如當佩戴在眼睛上用于處理老花眼的需求時實現(xiàn)最優(yōu)化平移的鏡片，或者實現(xiàn)最優(yōu)化的穩(wěn)定性以滿足散光患者的需求的鏡片。為了處理這些情況，技術(shù)人員識別期望的目標的應(yīng)變能標測圖并且根據(jù)本發(fā)明利用指示的方法來改變設(shè)計/材料輸入直到對于該特定情況而言該分析收斂到目標的應(yīng)變能標測圖。

在本發(fā)明的優(yōu)選方面，制造利用最小化的應(yīng)變能差來優(yōu)化佩戴在眼睛上的鏡片的向心性的接觸鏡片的方法包如下步驟：將眼部表面幾何結(jié)構(gòu)和初始接觸鏡片幾何結(jié)構(gòu)輸入到分析模型內(nèi)，之后是獲得與先前輸入的眼部表面幾何結(jié)構(gòu)交互的接觸鏡片幾何結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)變能狀態(tài)，然后之后是將所得的應(yīng)變能狀態(tài)適配到參數(shù)化多項式函數(shù)，然后改變接觸鏡片幾何結(jié)構(gòu)并且獲得接觸鏡片幾何結(jié)構(gòu)的新的應(yīng)變能狀態(tài)，直到實現(xiàn)了均衡的(期望的)應(yīng)變能標測圖。根據(jù)本發(fā)明，當利用參數(shù)化多項式函數(shù)使初始應(yīng)變能狀態(tài)和新的應(yīng)變能狀態(tài)之間的差最小化時，實現(xiàn)均衡的應(yīng)變能標測圖。

圖4示出了就每個通道相對于可期望的鏡片的徑向位置而言的一系列三個理想化應(yīng)變能曲線。因此在每個情況下，豎直軸線代表應(yīng)變能水平，同時水平軸線代表每個示例中的徑向位置。在第一實施例中，曲線41代表理想化狀態(tài)，在此處最低的應(yīng)變能緊緊地居中在單個點周圍以導(dǎo)致最小化移動，并且從而在除了零徑向位置之外的任何位置，應(yīng)變能快速增加。忽略顯著更大的外力，這種情況將相當于由于恢復(fù)力而表現(xiàn)出最小移動的鏡片，考慮到將鏡片從其中心位置移開所需的能量將需要克服快速增加和高量值的應(yīng)變能狀態(tài)。相比于曲線41，曲線43導(dǎo)致占據(jù)徑向位置的更大寬度的最小應(yīng)變能，換句話講稱為向心性波動。如此，考慮到在這些區(qū)域中在更寬的徑向區(qū)域上應(yīng)變能的值相當?shù)?或最小化的)，將可能存在鏡片沿這種徑向?qū)挾鹊脑黾拥囊苿?。如上文所述，由于健康問題，不移動是不可取的。在這種特定情況下，增加的移動在某些情況下可為可取的，正如過量移動可為不可取的，因為它可對視力產(chǎn)生負面影響。最后，技術(shù)人員還可實現(xiàn)由曲線42代表的中間條件，其中鏡片居中在最小的低應(yīng)變能狀態(tài)周圍，但是鏡片/眼睛交互作用允許適度移動處理健康問題和視力問題兩者，同時仍保持向心性。當技術(shù)人員從曲線41至42至43進行時，技術(shù)人員看到增加的向心性波動以及如箭頭所示的鏡片的增加的移動二者。根據(jù)對于向心性和/或鏡片移動的期望需要，技術(shù)人員可定制幾何結(jié)構(gòu)和特性以便實現(xiàn)期望效應(yīng)。事實上，這三個曲線代表沿可利用的可能解決方案的連續(xù)統(tǒng)一體的狀態(tài)，并且盡管圖中僅表示了三個條件，但是沿這種連續(xù)統(tǒng)一體可存在多個條件。

圖5A-5C示出了上文相對于圖3描述的先前所述的方法30的所得的應(yīng)變能輪廓標測圖50。在這種標測圖50中，豎直軸線51代表沿下-上軸線的幾何結(jié)構(gòu)位置，同時水平軸線52代表沿鼻-顳軸線的幾何結(jié)構(gòu)位置。各種輪廓代表在特定位置處所得的應(yīng)變能的值。位于(0，0)的中心區(qū)域53代表應(yīng)變能的最小值，其中當一個徑向向外移動到最外周邊時值增加。在這些特定實施方案中，所得的應(yīng)變能標測圖為旋轉(zhuǎn)對稱的，是指從(0，0)位置開始沿任何方向的任何向外的徑向移動將導(dǎo)致與還從(0，0)位置開始沿另選方向的等價的徑向移動相似的應(yīng)變能增加。從而，應(yīng)變能為旋轉(zhuǎn)均衡的，并且如此在本實施例中鏡片將趨于居中在(0，0)周圍。從中心位置的任何移動將導(dǎo)致應(yīng)變能增加，并且從而鏡片將具有自然趨勢以返回到其最小應(yīng)變能狀態(tài)(即，由于恢復(fù)力而居中)。因為這種示例性實施方案為旋轉(zhuǎn)對稱的，就量值和方向兩者而言，鏡片應(yīng)變能增加的程度將導(dǎo)致等價的恢復(fù)力，以使鏡片返回到最小能量位置(即，居中位置)。技術(shù)人員將會知道，隨著設(shè)計和最優(yōu)化參數(shù)的變化，技術(shù)人員可改變期望的居中位置相對于眼部表面幾何結(jié)構(gòu)的位置。根據(jù)另外的示例性實施方案，技術(shù)人員可改變輸入?yún)?shù)和所得的鏡片設(shè)計以實現(xiàn)另選的梯度(在該梯度處應(yīng)變能發(fā)生變化)。因此，技術(shù)人員仍可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對稱的應(yīng)變能標測圖，但是應(yīng)變能梯度可如在相同徑向距離上更多增量增加所證實的那樣而增加(參見圖5B)?；蛘呷鐖D5C所示，降低，相比于圖5A所示那樣具有更小的增量增加。因此，如果技術(shù)人員期望通過幾何結(jié)構(gòu)或鏡片的力學(xué)特性變化增加或降低恢復(fù)力的程度，技術(shù)人員可影響鏡片如何快速重新居中到最小能量位置以及其重新居中的阻力。

還在另一個另選示例性實施方案中，技術(shù)人員可改變應(yīng)變能標測圖的對稱性以實現(xiàn)可用于期望的方向性移動的期望效應(yīng)。通過利用這種方法，技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明獲得圖6A所示的應(yīng)變能標測圖。盡管圖6A所示的應(yīng)變能標測圖不再為旋轉(zhuǎn)對稱的，但是就應(yīng)變能量值而言它的確具有雙邊對稱性，其中在垂直子午線的顳側(cè)和鼻側(cè)兩者上沿垂直子午線存在等同的對稱性和量值。在這種實施例中，還存在下部和上部兩者的對稱的應(yīng)變能，但是就等價移動而言沿豎直方向(下/上)的應(yīng)變能變化率顯著低于沿顳/鼻方向的變化率。因此，根據(jù)本發(fā)明，這種鏡片幾何結(jié)構(gòu)將具有更大趨勢以豎直移動或者沿下-上方向移動，而不是水平(鼻-顳)移動，因為移動的阻力大于沿水平方向的阻力(考慮到沿這一方向增加的應(yīng)變能變化率)。具有特定幾何結(jié)構(gòu)(得到如圖6A所示的雙邊對稱的應(yīng)變能標測圖)的鏡片設(shè)計可用于鏡片的優(yōu)選的下-上平移。可在不使用特定的可能的不舒適特征的前提下實現(xiàn)這種設(shè)計，因為總體幾何結(jié)構(gòu)被優(yōu)化并且被配置成在不存在特定設(shè)計特征的前提下實現(xiàn)期望結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明，技術(shù)人員可創(chuàng)建具有沿外部周邊區(qū)域的基弧的背部表面，所述外部周邊區(qū)域變化或者沿一個或多個方向不同，這可導(dǎo)致具有雙邊對稱性的應(yīng)變能狀態(tài)不同。方向可為水平的、豎直的或兩者的組合。

根據(jù)另一個示例性實施方案，接觸鏡片可被設(shè)計成具有另外的高階變化，同時仍保持主要的豎直移動，可引入下/鼻移動部件。根據(jù)本發(fā)明的這種類型的鏡片交互作用所得的應(yīng)變能標測圖示于圖6B中。如上文所述，應(yīng)變能變化程度和變化率可被調(diào)節(jié)以便獲得具有期望的預(yù)期交互作用/移動的鏡片設(shè)計。

根據(jù)另一個示例性實施方案，接觸鏡片可被設(shè)計成實現(xiàn)應(yīng)變能標測圖，所述應(yīng)變能標測圖允許快速有效的和舒適的穩(wěn)定性。例如，通過將這種方法應(yīng)用到復(fù)曲面型鏡片的使用，就散光患者而言，技術(shù)人員可相對于柱軸和/或徑向位置優(yōu)化應(yīng)變能。在圖7A、7B和7C的一系列曲線圖所示的這種情形中，該圖示出了相對于徑向位置和柱軸的應(yīng)變能水平，從而示出處于每個對應(yīng)的圓柱角和徑向位置處的應(yīng)變能。如技術(shù)人員在這種情況下可見，移動問題在于控制旋轉(zhuǎn)。通過使得最小應(yīng)變能位置與期望的有角柱軸一致，如圖7A所示，在這種情況下，為期望的目標柱軸15°，技術(shù)人員可就這種特定柱軸角而言實現(xiàn)最優(yōu)化穩(wěn)定性。因此，在期望的柱軸15°之上和之下的柱軸將具有更高水平的應(yīng)變能，并且超越這些的另外的柱軸仍具有更高水平的應(yīng)變能，因此將存在鏡片返回到更低應(yīng)變能的位置的趨勢以便在最小應(yīng)變能水平(即，至柱軸15°)下使鏡片有效地穩(wěn)定。相比之下，圖7B示出了居中在柱軸25°周圍的最小應(yīng)變能，記錄了應(yīng)變能的總體對稱性相比于圖7A中的圖是如何豎直向上偏移的，但是總體形狀和期望的梯度保持稍微等同。這將導(dǎo)致鏡片穩(wěn)定在柱軸25°處而非圖7A所示的15°處。但是技術(shù)人員還可在其他維度中“調(diào)諧”應(yīng)變能。如圖7C所示，沿徑向方向的梯度的程度(即距期望的向心性中心的距離)盡管仍有助于移動可較不明顯，但是在這種情況下，可輔助鏡片在期望的軸線處和期望的徑向位置處均保持居中。如在其他示例性情況下，梯度在此處還可變化以實現(xiàn)關(guān)于鏡片如何快速返回到其靜止位置的期望效應(yīng)。對比圖7A與圖7C，兩者皆示出居中在柱軸15°周圍的最小應(yīng)變能，但是圖7C所示的最小應(yīng)變能位置和梯度已從圖7A所示的期望的向心性中心位置徑向地偏移，即使兩者皆具有圍繞柱軸15°的期望的最小應(yīng)變能。通過沿兩個維度、柱軸和期望的向心性中心進行定制，技術(shù)人員可實現(xiàn)快速和有效地穩(wěn)定性兩者，同時仍保持舒適度和視力需要兩者。根據(jù)本發(fā)明，技術(shù)人員可利用這種方法產(chǎn)生具有背部表面的接觸鏡片，所述背部表面的幾何結(jié)構(gòu)被配置成與眼睛的眼部幾何結(jié)構(gòu)交互，以產(chǎn)生相對于柱軸的對稱的應(yīng)變能狀態(tài)。這種鏡片在定位在眼睛上時，在外力和恢復(fù)力的作用下，將重新定位，使得鏡片的期望向心性和相對旋轉(zhuǎn)兩者可由于鏡片在眼睛上的交互作用而實現(xiàn)以返回到最小化的(即，期望的)應(yīng)變能狀態(tài)。

圖8示出了眼部表面幾何結(jié)構(gòu)的剖面，所述眼部表面幾何結(jié)構(gòu)已被理想化所得的曲線80覆蓋，所述曲線將為上述的最優(yōu)化方法的結(jié)果。如這種剖面所示，技術(shù)人員可看到角膜81和虹膜83。這種曲線80包括與眼部表面幾何結(jié)構(gòu)交互的多個半徑。眼部表面或接觸鏡片表面的一個或多個半徑的變化將導(dǎo)致這種交互作用的變化，從而影響所得的應(yīng)變能標測圖。

盡管所示出并描述的據(jù)信是最為實用和優(yōu)選的實施例，但顯而易見的是，對所述和所示的具體設(shè)計和方法的變更對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說不言自明，并且在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下可使用這些變更形式。本發(fā)明并不局限于所述和所示的具體構(gòu)造，而是應(yīng)當理解為與可落入所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的全部修改形式相符。