CN106291977A - 一种角膜塑形镜 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于公开一种角膜塑形镜，所述镜片的基弧区为非球面，所述非球面为镜片基弧区周边的等效曲率半径的绝对值小于镜片基弧区中心的曲率半径的绝对值；与现有技术相比，利用非球面控制镜片基弧区的面形和曲率半径，使其在周边的等效曲率半径绝对值比中心更小，周边面形比球面更陡峭，通过一晚上的配戴，将人眼角膜前表面塑造为角膜塑形镜基弧区的形状，从而为人眼提供程度可控的近视化离焦，防止眼轴增长，延缓近视加深，实现本发明的目的。

Description

一种角膜塑形镜

技术领域

本发明涉及一种视力矫正眼镜，特别涉及一种利用周边离焦来控制近视发展的基弧区为非球面的角膜塑形镜。

背景技术

离焦(Defocus、out-of-focus)是聚焦(focus)的相对应词，离焦是指像面不在焦点上，分为前离焦(焦前)和后离焦(焦后)两种状态。

近视眼度数增加的主要原因是眼轴长度延长，每延长1mm增加度数3.00度。最新医学研究证实，眼球延长依赖视网膜(如图1中10所示)周边离焦，按照屈光学概念，焦点落在视网膜前面者称为近视性离焦(如图1中30所示)，落在视网膜后面者称为远视性离焦(如图1中20所示)。近视眼的视网膜中央呈近视性离焦，而视网膜周边呈远视性离焦，这种视网膜周边远视性离焦是促进近视眼度数不断增加的主要原因。

眼球具有依赖视网膜周边成像诱导眼球发育的特点，尤其是18岁以下青少年近视眼，如果视网膜周边成像为远视性离焦，视网膜会倾向于向像点生长，眼球长度就将延长，如果视网膜周边成像为近视性离焦，眼球就将停止延长。如果通过现代医疗方法，矫正视网膜周边远视性离焦或者人工形成视网膜周边近视性离焦，就可以阻止近视眼度数的不断增加，同时查明引起视网膜周边离焦原因，还可以有效预防近视眼的发生和进展。

角膜塑形镜采用“反转几何”设计原理，将整个镜片与角膜接触的面(内表面)设计为几个相互衔接的弧段，佩戴后镜片内表面的特殊形状导致镜片与角膜外表面之间夹着一层分布不均匀的泪液，泪液的流体力学效应将角膜中央的上皮细胞向中周部(外围)拉；同时，闭眼时，眼睑的作用使得镜片中央对下方角膜施以一定的压力。这两种效应导致角膜中央曲率变平，角膜形状趋于角膜塑形镜内表面基弧区的形状，摘镜后，人眼屈光状态发生改变，视物成像点向靠近视网膜方向移动，矫正近视。

角膜塑形镜的“反转几何”设计是由Stoyan在1989年提出的(US4952045)，最初的反转几何设计将角膜塑形镜分成三个弧区，包括基弧区、反转弧区和周边弧区，由于这种设计的反转弧区很宽，边缘翘起高度较大，容易引发镜片无规则移动，在临床上具有较大的局限性。

现代“反转几何”设计的角膜塑形镜对反转几何区进行了改进，一般分为四个区域。如图2中所示，基弧区11接触角膜中央区域，面形较为平坦，用于压平角膜表面；反转弧区12较为陡峭，用于稳固基弧区11的压平效果，并保证一定的泪液储存量；定位弧区13又叫配适弧区，主要用于稳定镜片；周边弧区14保证角膜与角膜塑形镜周边泪液的流通。

角膜塑形镜的内表面是塑形功能实现区域，大部分的设计针对这个区域进行，方法是针对四个弧区的曲率半径和宽度两个变量，根据患者角膜形状和屈光度的要求分别进行设计。

目前，广泛应用于生产的设计一般采用4-7个或5-7个不同曲率半径的圆弧衔接而成。如图2中所示，四弧区是最基本的设计，四个弧区采用四个不同的曲率半径的球面，在各弧区衔接处进行倒角，使各弧段自然衔接。5-7个圆弧衔接是指在反转弧区12和定位弧区13用多个圆弧(如反转弧区使用两个圆弧，定位弧区使用三个圆弧)，以使基弧区11与反转弧区12衔接更容易，并使定位弧区13与角膜形状更契合(由于角膜是非球面，采用多个球面来拟合非球面的形态)。现有的设计中也有采用非球面定位弧的设计。

由于角膜细胞的活性，角膜塑形镜带来的角膜形状的改变只是暂时的，当停戴角膜塑形镜后，角膜会回到原来的形态，因此最初的角膜塑形镜仅被视作一种用于暂时矫正近视的治疗手段。然而后续多年的临床研究发现，配戴角膜塑形镜能使一部分青少年眼轴增长速度减缓，进而对近视发展起到控制作用，临床研究指向，佩戴角膜塑形镜后人眼形成近视化的周边离焦是角膜塑形镜起作用的机制。

正常人眼的角膜一般是非球面，周边比中心略平坦，角膜塑形后，角膜前表面变为球面，即角膜塑形镜后表面的形状。图3为相同曲率半径的球面角膜(如图中A所示)与非球面角膜的屈光力(如图中B所示)随孔径变化的示意图，可见，球面角膜与非球面角膜相比，能为人眼周边带来更大的屈光力。因此，角膜塑形镜控制近视增长的真正机理在于通过夜间配戴镜片，角膜塑形镜将角膜塑造成了球面(角膜塑形镜光学区内表面的形状)，从而使人眼在视物时周边的屈光力比塑形前更大，使部分佩戴者形成近视化周边离焦，进而减缓眼轴增长，控制近视发展。

现有的角膜塑形镜基弧区均为球面，球面的基弧区会将角膜前表面塑造为球面，使角膜提供的屈光力分布符合球面特征，其缺点在于，对于不同患者而言，视网膜的弯曲程度是不一样的，现有的角膜塑形镜将角膜的外表面塑造为其基弧区的球面形状，其屈光力分布只遵守该球面的屈光力分布规律，即对于相同的塑形后角膜前表面曲率半径而言，其屈光力分布只有一种形态。例如，对于塑形后角膜曲率半径为42.25D的角膜，其屈光力分布只能是如图3中A所示的一种情况，当人眼视网膜的弯曲度大于图示的角膜形成的屈光力分布弯曲度时，将无法形成近视性周边离焦，进而无法起到控制近视增长的目的。因此，基弧为球面的角膜塑形镜无法形成程度可控的、有效的周边屈光力控制，因此仅能使部分患者受益控制近视增长，而无法做到使每位患者都实现近视的有效控制。

现有的角膜塑形镜也有一些采用非球面的设计，如Berke在US7984988B2中，将角膜塑形镜的基弧区设计为椭圆面；Sami G.EI Hage在US 5695509中建议根据角膜形状与泪液厚度，确定关键坐标点，用坐标点进行非球面拟合，确定角膜塑形镜内表面面形；专利201420052256.2将角膜塑形镜的前表面设计为非球面，用于使人眼佩戴后夜间免受球差的干扰，提高视觉质量。这些设计的目标都是使角膜在塑形后人眼能够达到更优秀的视觉质量，使全眼屈光力分布尽量在各个孔径保持一致，进而导致远视化的周边离焦，这与周边离焦控制近视的目的和方法都是背道而驰的。

因此，特别需要一种基弧区为特殊非球面的角膜塑形镜，实现程度可控的近视化周边离焦，以解决上述现有存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种角膜塑形镜，针对现有技术的不足，利用非球面控制镜片光学区的面形和曲率半径，使其在周边的等效曲率半径绝对值比中心更小，周边面形比球面更陡峭，从而使其在径向按所设定的屈光力分布方式均匀变化，镜片屈光力随孔径增大而增大，为人眼提供程度可控的近视化离焦，防止眼轴增长，延缓近视加深。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种角膜塑形镜，它包括镜片,所述镜片的基弧区为非球面，所述非球面为镜片基弧区周边的等效曲率半径的绝对值小于镜片基弧区中心的曲率半径的绝对值。

在本发明的一个实施例中，所述镜片基弧区的非球面的表达式为：

其中，c为光学部基础球面表面曲率半径的倒数，y为所述曲线上任何一点距横坐标轴(Z)的垂直距离，Q为非球系数，A_2i为非球面高次项系数，且所述非球面由所述非球面曲线通过围绕横坐标轴(Z)进行旋转对称变化而得到。

在本发明的一个实施例中，所述镜片基弧区的非球面的面形通过等效曲率半径的比例因子η限定，所述非球面的等效曲率半径的比例因子η＜1；

比例因子η为镜片不同直径d_m、d_n下的r之比，m＞n，则有：

所述镜片基弧区的等效曲率半径的计算方法如下：

其中，其中d_m为测量孔径，M为孔径d_m处的点，h_m为M点的矢高，即非球面在M点与顶点之间的高度差，r_m为M点的等效曲率半径。

进一步，优选地，所述镜片基弧区的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃＜1。

进一步，优选地，所述镜片基弧区的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃≤0.998。

进一步，优选地，所述镜片基弧区的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃≤0.991。

本发明的角膜塑形镜，与现有技术相比，利用非球面控制镜片基弧区的面形和曲率半径，使其在周边的等效曲率半径绝对值比中心更小，周边面形比球面更陡峭，通过一晚上的配戴，将人眼角膜前表面塑造为角膜塑形镜基弧区的形状，从而为人眼提供程度可控的近视化离焦，防止眼轴增长，延缓近视加深，实现本发明的目的。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为视网膜、近视性离焦和远视性离焦的示意图；

图2为内表面为四弧区设计的现有角膜塑形镜的纵向中心剖面的示意图；

图3为现有的屈光力42.25D的球面角膜及非球面系数Q值为-0.25、屈光力为42.25D的非球面角膜在不同孔径下的屈光力分布情况的示意图；

图4为本发明的角膜塑形镜的结构示意图；

图5为本发明的角膜塑形镜基弧区的非球面与基础球面在YZ平面上的曲线示意图；

图6为本发明的比例因子η涉及参数的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

术语定义：

在本申请中使用的术语“光学区”指的是位于镜片中心区域的具有光学特性从而能够实现调节镜片屈光度的主要功能的部分。

在本申请中使用的术语“径向”指的是从镜片中心沿半径或直径的直线方向。

在本申请中使用的术语“孔径”指的是镜片表面径向的直径大小。

在本申请中所使用表示方位关系的术语例如“前”、“后”是相对于眼睛角膜表面的远近而言的。例如，对于本申请的镜片而言，“光学部后表面”是比“光学部前表面”距离眼睛角膜更近的光学面。

在本申请中使用的术语“基础球面”指的是与镜片的光学部的前、后表面所采用的各种面形所相对应的具有相同曲率半径设计值的理想球面。在本申请中，为了统一用语，将该理想球面统一称作“基础球面”。

在本申请中使用的术语“陡峭”和“平坦”指的是对透镜的等效曲率半径大小程度的描述，例如，对于本申请而言，“比球面更陡峭”指镜片的等效曲率半径的绝对值相对基础球面的曲率半径绝对值而言更小，“比球面更平坦”指镜片的等效曲率半径绝对值相对基础球面的曲率半径绝对值而言更大。

如图4所示，本发明的角膜塑形镜，它包括镜片100,镜片100的基弧区101(与角膜接触的面的光学区)为非球面，所述非球面为镜片100的基弧区101周边的等效曲率半径的绝对值小于镜片100的基弧区101中心的曲率半径的绝对值。

如图5所示，镜片100的基弧区101的非球面的表达式为：

其中，c为光学部基础球面表面曲率半径的倒数，y为所述曲线上任何一点距横坐标轴(Z)的垂直距离，Q为非球系数，A_2i为非球面高次项系数，且所述非球面由所述非球面曲线通过围绕横坐标轴(Z)进行旋转对称变化而得到。

如图6所示，镜片100的基弧区101的非球面的面形通过等效曲率半径的比例因子η限定，所述非球面的等效曲率半径的比例因子η＜1；

比例因子η为镜片不同直径d_m、d_n下的r之比，m＞n，则有：

对于球面，则η＝1；对于周边比中心平坦的非球面，则η＞1；对于周边比中心陡峭的非球面，则η＜1。

非球面的曲率半径不能用传统球面的曲率半径来表示，而是通过等效曲率半径。镜片100的基弧区101的等效曲率半径的计算方法如下：

其中，其中d_m为测量孔径，M为孔径d_m处的点，h_m为M点的矢高，即非球面在M点与顶点之间的高度差，r_m为M点的等效曲率半径。

优选地，所述镜片100的基弧区101的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃＜1。

更优选地，所述镜片100的基弧区101的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃≤0.998。

更优选地，所述镜片100的基弧区101的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃≤0.991。

本发明涉及到的具体的实施例参见表1和表2，表中Q、A4、A6、A8为非球面系数；η₅₃为镜片在5mm孔径和3mm孔径下的等效曲率半径的比例因子

表1 角膜塑形镜基弧区面形实施例

曲率半径	Q	η53	曲率半径	Q	η53
						9.643	0.2	0.998	5.000	2.5	0.820
9.643	0.5	0.994	10.000	5.0	0.940
						9.643	1.0	0.989	7.000	0.5	0.989
6.136	0.2	0.994	7.000	3.0	0.921
						6.136	1.0	0.969	8.000	3.0	0.944
6.136	3.0	0.885	5.000	0.2	0.991
						6.136	5.0	0.665	5.000	0.5	0.976
6.136	4.0	0.818	5.000	0.7	0.966
						5.000	1.0	0.949	5.000	2.0	0.876
5.000	1.2	0.937	5.000	2.5	0.820
						5.000	1.5	0.917	5.000	2.9	0.741

表2 角膜塑形镜基弧区面形实施例

曲率半径	Q	A4	A6	A8	η53
						5.946	9.400E-02	1.604E-04	1.695E-06	2.829E-07	0.990
4.935	1.385E-01	4.806E-04	4.146E-06	9.006E-07	0.978
						4.934	1.385E-01	4.702E-04	4.087E-06	8.892E-07	0.978
4.939	1.618E-01	6.567E-04	1.322E-05	8.648E-07	0.970
						5.068	8.048E-03	6.610E-05	6.408E-07	2.590E-09	0.997

本领域的技术人员很容易想到，可以采用不同的非球面系数组合来实现与本发明相同的非球面结构。

在本发明近视性周边离焦控制近视增长以及镜片的非球面设计思路下，本领域人员也可以想到，可以通过镜片基弧区与本发明相反的变形控制，来使镜片在大孔径下的等效曲率半径绝对值大于小孔径下的等效曲率半径绝对值，使人眼达到远视性周边离焦，从而通过主动促进眼轴增长，治疗远视。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种角膜塑形镜，它包括镜片,其特征在于，所述镜片的基弧区为非球面，所述非球面为镜片基弧区周边的等效曲率半径的绝对值小于镜片基弧区中心的曲率半径的绝对值。

2.如权利要求1所述的角膜塑形镜，其特征在于，所述镜片基弧区的非球面的表达式为：

$Z\left(y\right)=\frac{{\mathrm{cy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+Q)c^2{y}^2}}+\underset{i=2}{\overset{5}{\Σ}}{A}_{2i}\·y^{2i}$

其中，c为光学部基础球面表面曲率半径的倒数，y为所述曲线上任何一点距横坐标轴(Z)的垂直距离，Q为非球系数，A_2i为非球面高次项系数，且所述非球面由所述非球面曲线通过围绕横坐标轴(Z)进行旋转对称变化而得到。

3.如权利要求1所述的角膜塑形镜，其特征在于，所述镜片基弧区的非球面的面形通过等效曲率半径的比例因子η限定，所述非球面的等效曲率半径的比例因子η＜1；

比例因子η为镜片不同直径d_m、d_n下的r之比，m＞n，则有：

${\mathrm{\η}}_{mn}=\frac{r_m}{r_n};$

所述镜片基弧区的等效曲率半径的计算方法如下：

$r_m=\frac{{\left(\frac{d_m}{2}\right)}^2+h_m^2}{2h_m}=\frac{d_m^2+4\·h_m^2}{8\·h_m},$

其中，其中d_m为测量孔径，M为孔径d_m处的点，h_m为M点的矢高，即非球面在M点与顶点之间的高度差，r_m为M点的等效曲率半径。

4.如权利要求3所述的角膜塑形镜，其特征在于，优选地，所述镜片基弧区的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃＜1。

5.如权利要求3所述的角膜塑形镜，其特征在于，优选地，所述镜片基弧区的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃≤0.998。

6.如权利要求3所述的角膜塑形镜，其特征在于，优选地，所述镜片基弧区的非球面在5mm孔径和3mm孔径下的面形的等效曲率半径的比例因子η为0.67≤η₅₃≤0.991。