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KR102510584B1 - 근시 진행을 예방하고/하거나 늦추기 위한 마스크 렌즈 설계 및 방법 - Google Patents

근시 진행을 예방하고/하거나 늦추기 위한 마스크 렌즈 설계 및 방법 Download PDF

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KR102510584B1
KR102510584B1 KR1020150121549A KR20150121549A KR102510584B1 KR 102510584 B1 KR102510584 B1 KR 102510584B1 KR 1020150121549 A KR1020150121549 A KR 1020150121549A KR 20150121549 A KR20150121549 A KR 20150121549A KR 102510584 B1 KR102510584 B1 KR 102510584B1
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할레드 에이. 쉐하브
쉬 청
커트 존 무디
제프리 에이치. 로프만
신 웨이
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존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
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Abstract

콘택트 렌즈가 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하는 것 중 적어도 하나를 행하는 마스크 렌즈 설계를 포함한다. 렌즈는 렌즈의 중심에 있는 제1 구역; 중심을 둘러싸고, 중심에서의 렌즈 굴절력과는 상이한 렌즈 굴절력을 갖는 적어도 하나의 주변 구역; 및 중심으로부터 일정 반경방향 거리에서 시작함으로써, 단초점렌즈와 실질적으로 등가인 중심와 시력 교정을 가지고, 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하는 초점 깊이 및 감소된 망막 이미지 품질 감도를 갖는 렌즈 굴절력 프로파일을 제공하는 불투명 마스크를 포함한다.

Description

근시 진행을 예방하고/하거나 늦추기 위한 마스크 렌즈 설계 및 방법{MASK LENS DESIGN AND METHOD FOR PREVENTING AND/OR SLOWING MYOPIA PROGRESSION}
본 발명은 안과용 렌즈(ophthalmic lens), 더욱 상세하게는 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하도록 설계된 콘택트 렌즈(contact lens)에 관한 것이다. 본 발명의 안과용 렌즈는 향상된 중심와 시력 교정(foveal vision correction), 증가된 초점 깊이(depth of focus, DOF), 및 근접 작업(near work) 활동 동안에 망막 이미지 품질의 저하를 블러링(blur)에 대해 덜 민감하게 만드는 일정 범위의 원근 조절 거리들에서 최적화된 망막 이미지를 제공하는 마스크 렌즈 설계를 포함한다.
저하된 시력을 초래하는 흔한 질환은 근시 및 원시(hyperopia)를 포함하며, 이에 대해 안경, 또는 강성 또는 소프트 콘택트 렌즈 형태의 교정 렌즈가 처방된다. 질환들은 일반적으로 눈의 길이와 눈의 광학 요소들의 초점 사이의 불균형으로서 설명된다. 근시안은 망막면의 전방에 초점을 맺고, 원시안은 망막면의 후방에 초점을 맺는다. 근시는 통상적으로 눈의 안축장(axial length)이 눈의 광학적 구성요소들의 초점 길이(focal length)보다 더 길게 생장하기 때문에, 즉 눈이 너무 길게 생장하기 때문에 발생한다. 원시는 통상적으로 눈의 안축장이 눈의 광학적 구성요소들의 초점 길이와 비교하여 너무 짧기 때문에, 즉 눈이 충분히 길게 생장하지 않기 때문에 발생한다.
근시는 전세계의 많은 지역에서 높은 유병률(prevalence rate)을 가진다. 이러한 질환에 있어서 가장 큰 염려는 예를 들어 5 또는 6 디옵터(diopter) 초과의 고도 근시로의 그의 가능한 진행인데, 이는 광학 보조 기구 없이 제대로 기능하는 눈의 능력에 크게 영향을 미친다. 고도 근시는 또한 망막 질병, 백내장 및 녹내장의 증가된 위험과 연관된다.
초점을 각각 근시를 교정하기 위해 망막면의 전방으로부터 또는 원시를 교정하기 위해 망막면의 후방으로부터 이동시킴으로써 망막면에서 더 선명한 이미지로 되게 하도록 눈의 육안 초점(gross focus)을 변경하기 위해 교정 렌즈가 사용된다. 그러나, 질환들에 대한 교정적인 접근법은 질환의 원인을 해소하는 것이 아니라, 단지 보철적(prosthetic)이거나 증상을 해결하고자 하는 것이다. 더욱 중요하게는, 눈의 근시성 디포커스(defocus)의 교정은 근시 진행을 늦추거나 지연시키지 않는다.
대부분의 눈은 단순 근시 또는 단순 원시를 가진 것이 아니라, 근시성 난시 또는 원시성 난시를 가진다. 초점의 난시성 이상은 점 광원의 이미지가 상이한 초점 거리들에서 2개의 상호 수직한 선들로서 형성되게 한다. 하기의 논의에서, 근시 및 원시라는 용어는 각각 단순 근시 또는 근시성 난시와 단순 원시 및 원시성 난시를 포함하도록 사용된다.
정시안은 수정체가 이완된 상태에서 무한대에 있는 물체가 비교적 또렷하게 초점을 맺는 선명한 시력의 상태를 설명한다. 정상 또는 정시안인 성인 눈에서, 멀리 있는 물체와 가까이 있는 물체 둘 모두로부터의 그리고 개구(aperture) 또는 동공(pupil)의 중심 또는 근축(paraxial) 영역을 통과하는 광은 눈 내측의 수정체에 의해, 반전된 이미지가 감지되는 망막면에 가깝게 초점이 맺힌다. 그러나, 대부분의 정상 눈은 일반적으로 5.0 mm 개구에 대해 약 +0.50 디옵터(D)의 영역에서 양의 종방향 구면 수차(positive longitudinal spherical aberration)를 나타내는 것으로 관찰되는데, 이는 개구 또는 동공을 그의 주변부에서 통과하는 광선은 눈이 무한대에 초점을 맞출 때 망막면의 전방에서 +0.50 D에 초점이 맺힌다는 것을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 측정치 D는 미터 단위의 렌즈 또는 광학 시스템의 초점 거리의 역수로서 정의되는 굴절력이다.
정상 눈의 구면 수차는 일정하지 않다. 예를 들어, 원근 조절(accomodation) (수정체에 대한 변화를 통해 주로 유래되는 눈의 광학 굴절력(optical power)의 변화)은 구면 수차가 양으로부터 음(negative)으로 변화되게 한다.
언급된 바와 같이, 근시는 전형적으로 눈의 과도한 축방향 생장(axial growth) 또는 길어짐(elongation)으로 인해 발생한다. 이제는 축방향 눈의 생장이 망막 이미지의 품질 및 초점에 의해 영향을 받을 수 있다는 것이 주로 동물 연구로부터 일반적으로 인정된다. 다수의 상이한 경험적 패러다임들을 이용하여 일정 범위의 상이한 동물 종들에 대해 수행된 실험들은 망막 이미지 품질의 변경이 눈 생장에서의 일관되고 예측가능한 변화로 이어질 수 있음을 보여주었다.
또한, 양의 렌즈(근시성 디포커스) 또는 음의 렌즈(원시성 디포커스)를 통해 조류 및 영장류 동물 모델들 둘 모두에서의 망막 이미지를 디포커싱하는 것은, 도입된 디포커스를 보상하기 위해 생장하는 눈과 일관되는, (방향 및 크기 둘 모두의 측면에서의) 예측가능한 눈 생장의 변화로 이어진다는 것이 알려져 있다. 광학적 블러링과 연관된 눈 길이의 변화는 공막(scleral) 생장에서의 변화에 의해 바뀌는 것으로 증명되어 왔다. 근시성 블러링 및 공막 생장 속도의 감소로 이어지는 양의 렌즈에 의한 블러링은 원시성 굴절 오류의 발생을 초래한다. 원시성 블러링 및 공막 생장 속도의 증가로 이어지는 음의 렌즈에 의한 블러링은 근시성 굴절 오류의 발생을 초래한다. 망막 이미지 디포커스에 응답한 이러한 눈 생장 변화들은, 시신경이 손상되었을 때에 눈의 길이 변화가 여전히 발생하기 때문에 국부적 망막 메커니즘을 통해 큰 영향을 받는 것이 입증되어 왔으며, 국부적 망막 영역 상에 디포커스를 부여하는 것은 그 특정 망막 영역으로 국한되는 변경된 눈 생장을 초래하는 것으로 증명되어 왔다.
사람들에서, 망막 이미지 품질이 눈 생장에 영향을 미칠 수 있다는 개념을 지지하는 간접적인 증거 및 직접적인 증거 둘 모두가 존재한다. 모두가 안검하수, 선천성 백내장, 각막 혼탁, 초자체 출혈(vitreous hemorrhage) 및 다른 안구 질병과 같은 형태시(form vision)의 붕괴로 이어지는 여러가지 상이한 안구 질환들은 젊은 사람에서의 비정상적인 눈 생장과 연관된다는 것이 밝혀졌으며, 이는 망막 이미지 품질에서의 비교적 큰 변화가 사람 대상에서의 눈 생장에 영향을 미친다는 것을 시사한다. 사람에서의 눈 생장에 대한 보다 미묘한 망막 이미지 변화의 영향이 또한, 눈 생장에 대한 자극 및 사람의 근시 발달을 제공할 수 있는 근접 작업 동안의 사람의 포커싱 시스템에서의 광학적 오류에 기초하여 제기되어 왔다.
근시 발달에 대한 위험 요소들 중 하나는 근접 작업이다. 그러한 근접 작업 동안의 원근 조절과 연관된 원근 조절 지체(accommodative lag) 또는 음의 구면 수차로 인해, 눈이 원시성 블러링을 경험할 수 있으며, 이는 위에서 논의된 바와 같이 근시 진행을 자극한다.
또한, 원근 조절 시스템은 활동적인 적응성 광학 시스템인데, 이는 광학적 설계뿐만 아니라 근접 물체들에 대해 끊임없이 반응한다. 눈 앞에 이전에 알려진 광학적 설계가 놓인 상태에서도, 눈이 근접 물체들에 대해 렌즈+눈 시스템을 이용하여 상호작용적으로 원근 조절 할 때, 연속적인 원시성 디포커스가 여전히 존재하여 근시 진행으로 이어질 수 있다. 따라서, 근시 진행의 속도를 늦추기 위한 하나의 방법은 망막 이미지 품질에 대한 원시성 블러링의 효과를 감소시키는 광학계(optics)를 설계하는 것이다. 그러한 설계에 의해, 원시성 디포커스의 각각의 디옵터에 대하여, 망막 이미지 품질이 덜 저하된다. 다른 의미에서, 망막은 따라서 원시성 디포커스에 대해 상대적으로 둔감하게 된다. 특히, DOF 및 이미지 품질(IQ) 감도(sensitivity)는 망막에서의 원시성 디포커스의 결과로서 근시 진행에 대한 눈의 감수성(susceptibility)을 정량화하는 데 사용될 수 있다. 더 큰 DOF 및 낮은 IQ 감도를 갖는 안과용 렌즈 설계는 망막 이미지 품질의 저하를 원시성 디포커스에 대해 덜 민감하게 만들어서, 근시 진행의 속도를 늦출 것이다.
물체 공간에서, 수용가능하게 선명하게 보이는 장면의 가장 가까운 물체와 가장 먼 물체 사이의 거리는 심도(depth of field)로 불린다. 이미지 공간에서, 이는 초점 깊이(DOF)로 불린다. 종래의 단초점(single vision) 광학 설계에 의해, 렌즈는 단일 초점을 가지고, 이때 이미지 선예도(sharpness)는 초점의 각각의 측부에서 급격하게 감소한다. 연장된 DOF를 갖는 광학 설계에 의하면, 이는 단일 공칭 초점(nominal focal point)을 가질 수 있지만, 이미지 선예도의 감소는 초점의 각각의 측부에서 점진적이어서, DOF 내에서 감소된 선예도는 통상의 보는 조건 하에서 감지될 수 없다.
IQ 감도는 1 내지 5 디옵터의 원근 조절 요구에서의 망막 IQ 디포커스 곡선의 기울기로서 정의될 수 있다. 이는 이미지 품질이 디포커스에 의해 어떻게 변화하는지를 나타낸다. IQ 감도의 값이 클수록, 이미지 품질은 원근 조절 동안에 디포커스 오류에 대해 더 민감하다.
본 발명의 마스크 렌즈 설계는 증가된 초점 깊이 및 감소된 IQ 감도를 이용하여 유사한 또는 더 나은 시력 교정을 보장함으로써 근시 치료를 제공하는 것에 의해, 종래 기술의 제한을 극복한다.
일 태양에 따르면, 본 발명은 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하는 것 중 적어도 하나를 위한 안과용 렌즈에 관한 것이다. 안과용 렌즈는 중심에 있는 제1 구역 및 중심을 둘러싸고 중심에서의 렌즈 굴절력(dioptric power)과는 상이한 렌즈 굴절력을 갖는 적어도 하나의 주변 구역을 포함한다. 불투명 마스크가 최외측 주변 구역으로부터 연장됨으로써, 단초점렌즈와 실질적으로 등가인 중심와 시력 교정을 가지고, 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하는 초점 깊이 및 감소된 IQ 감도를 갖는 굴절력 프로파일을 제공한다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하는 것 중 적어도 하나를 위한 방법에 관한 것이다. 안과용 렌즈에는 단초점렌즈와 실질적으로 등가인 중심와 시력 교정을 가지고, 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하는 초점 깊이 및 감소된 망막 이미지 품질 감도를 갖는 굴절력 프로파일이 제공된다. 굴절력 프로파일은 안과용 렌즈의 중심에 있는 제1 구역, 중심을 둘러싸고 중심에서와는 상이한 렌즈 굴절력을 갖는 적어도 하나의 주변 구역, 및 적어도 하나의 주변 구역으로부터 연장되는 불투명 마스크를 포함한다. 따라서, 눈의 생장이 변경된다.
본 발명의 광학 장치는 마스크 렌즈 설계를 갖는다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 더 큰 초점 깊이 및 낮은 이미지 품질 감도를 갖는 렌즈 설계가 망막 이미지 품질의 저하를 원시성 블러링에 대해 덜 민감하게 만들 것임을 보여주었다. 따라서, 본 발명은 중심와 시력 교정, 및 근시 진행을 치료하거나 늦추는 초점 깊이 및 또한 낮은 이미지 품질 감도를 제공하는 마스크 렌즈 설계를 이용한다.
본 발명의 마스크 렌즈 설계는 또한 대상의 평균 동공 크기에 기초하여 양호한 중심와 시력 교정 및 더 높은 치료 효능 둘 모두를 달성하도록 맞춤될 수 있다.
본 발명의 마스크 렌즈 설계는 근시 진행을 예방하고/하거나 늦추기 위한 간단하고 비용 효과적이며 효능이 있는 수단 및 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점들은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예들의 하기의 보다 구체적인 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 디포커스 Z0 2, 구면 수차 Z0 4 항들 및 입사 동공 직경(entrance pupil diameter)의 변화를 근시 및 정시(emmetropic) 모집단에 대한 버전스(vergence)의 함수로서 도시하는 도면.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 구면 렌즈, 5.0 mm 동공 개구에서 +1.50D 양의 종방향 구면 수차(LSA)를 갖는 비구면 렌즈 및 +1.50D 추가 굴절력을 갖는 아큐브(ACUVUE)(등록상표) 이중 초점 렌즈(교번하는 원거리 및 근거리 구역의 다중심 렌즈)의 굴절력 프로파일들을 도시하는 도면.
도 3a는 본 발명에 따른 제1 마스크 렌즈 설계에 대한 굴절력 프로파일을 도시하는 도면.
도 3b는 도 3a의 마스크 렌즈 설계에 대한 신경 선예도 및 초점 깊이를 도시하는 그래프.
도 3d는 도 3a의 마스크 렌즈 설계에 대한 다양한 원근 조절 상태들에서의 신경 선예도를 도시하는 그래프.
도 4a는 본 발명에 따른 제2 마스크 렌즈 설계에 대한 굴절력 프로파일을 도시하는 도면.
도 4b는 도 4a의 마스크 렌즈 설계에 대한 신경 선예도 및 초점 깊이를 도시하는 그래프.
도 4c는 도 4a의 마스크 렌즈 설계에 대한 다양한 원근 조절 상태들에서의 신경 선예도를 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 예시적인 콘택트 렌즈의 개략도.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 구면 렌즈, 5.0 mm 동공 개구에서 +1.50D LSA를 갖는 비구면 렌즈, +1.50D 추가 굴절력을 갖는 아큐브(등록상표) 이중 초점 렌즈의 굴절력 프로파일들의 예시이다. 비구면 렌즈 및 아큐브(등록상표) 이중 초점 렌즈 둘 모두가 근시 진행을 늦추는 것에 효과를 가질 수 있다는 관찰이 있어 왔다. 따라서, 미국 특허 제6,045,578호에 개시된 바와 같은, 구면 수차의 변화를 넘는 메커니즘이 근시 진행을 예방하거나, 치료하거나, 늦추기 위한 렌즈를 설명하기 위해 필요하다.
본 발명에 따르면, 중심와 시력 교정을 제공하고 근시 진행을 치료하거나 늦추는 증가된 초점 깊이 및 또한 감소된 IQ 감도를 갖는 안과용 렌즈를 위한 마스크 렌즈 설계가 개발된다.
본 발명에 따른 마스크 렌즈 설계는 다양한 상이한 굴절력 프로파일들을 갖는 안과용 렌즈들과 함께 이용될 수 있다. 예시적인 일 실시예에 따르면, 마스크 렌즈 설계는 다음에 의해 기술될 수 있다:
[수학식 1]
Figure 112015083681152-pat00001
, r < r마스크
상기 수학식에서, P는 렌즈 굴절력(D)을 나타내고,
R은 기하학적 렌즈 중심으로부터의 반경방향 거리를 나타내고,
SA는 구면 수차량을 나타내고,
Figure 112015083681152-pat00002
는 상이한 크기들을 갖는 다수의 구역들을 갖는 단계 함수를 나타낸다.
예시적인 다른 실시예에 따르면, 마스크 렌즈 설계는 다음에 의해 기술될 수 있다:
[수학식 2]
Figure 112015083681152-pat00003
, r < r마스크
상기 수학식에서, P는 렌즈 굴절력(D)을 나타내고,
R은 기하학적 렌즈 중심으로부터의 반경방향 거리를 나타내고,
SA는 구면 수차량을 나타내고,
Figure 112015083681152-pat00004
는 점들의 개수에 의한 구간적 3차 에르미트 보간 다항식(Piecewise Cubic Hermite Interpolating Polynomial) 곡선 제어를 나타낸다. 문헌[Fritsch et al., Monotone Piecewise Cubic Interpolation, SIAM J. Numerical Analysis, Vol. 17, 1980, pp. 238-46]을 참조한다.
본 발명에 따르면, 마스크는 채색되거나 착색된 불투명 영역, 예를 들어 유색(colored) 또는 흑색 링(ring)을 포함할 수 있다. 렌즈의 중심으로부터의, 마스크의 내측 반경은 약 2.0 mm 내지 3.0 mm일 수 있고, 렌즈의 외측 광학 구역까지, 예를 들어 약 8.0 mm까지 연장될 수 있다. 특정 실시예들에서, 마스크는 2.25 mm 내지 4.5 mm의 폭을 가질 수 있다.
시력 교정을 측정하기 위해, 4.5 mm EP(입사 동공) 및 6.5 mm EP에서의 신경 선예도가 망막 이미지 품질의 결정자로서 이용된다. 망막 이미지 품질의 양호함을 측정하는 임의의 다른 적합한 수단 및/또는 방법(예를 들어, MTF 곡선 아래의 면적, 스트렐 비(strehl ratio) 등)이 이용될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
신경 선예도는 하기의 수학식에 의해 주어진다:
[수학식 3]
Figure 112015083681152-pat00005
(x,y) gN (x,y)dx dy
NS = __________________________________________,
Figure 112015083681152-pat00006
DL (x,y) gN (x,y)dx dy
상기 수학식에서, PSF 또는 점상 강도 분포 함수(point-spread function)는 점 객체의 이미지이고, 동공 함수 P(X, Y)의 역 푸리에 변환(inverse Fourier transform)의 제곱 크기로서 계산되며, 여기서 P(X, Y)는 하기의 수학식에 의해 주어진다:
[수학식 4]
P(X,Y) = A (X,Y) exp (ik W(X,Y))
상기 수학식에서, k는 파수(wave number)(2π/파장)이고, A(X, Y)는 동공 좌표 X, Y의 광학적 아포다이제이션(apodization) 함수이며, psfDL은 동일한 동공 직경에 대한 회절-제한된 psf이고, gN (X,Y)는 이변수-가우시안(bivariate-Gaussian) 신경 가중 함수이다. 더욱 완전한 정의 및 신경 선예도의 계산에 대해, 파면 수차(wave front aberration)를 이용하여 눈의 최상의 교정을 결정하는 문제를 논의하는 문헌[Thibos et al., Accuracy and precision of objective refraction from wave front aberrations, Journal of Vision (2004) 4, 329-351]을 참조한다. 콘택트 렌즈 및 눈의 파면 W(X, Y)는 하기에 의해 주어지는 각각의 합이다:
[수학식 5]
WCL + eye (X, Y) = WCL(X, Y) + Weye (X, Y).
특정 표적 버전스에서의 물체에 대한 렌즈+눈 시스템의 이미지 품질(IQ) 감도 또는 기울기를 결정하기 위하여, 3개의 주요 단계들: 안구 원근 조절 시스템의 커플링 효과의 식별, 물체에 대한 상응하는 원근 조절 상태의 추정, 및 이미지 품질 감도의 계산이 요구된다.
단계 1: 안구 원근 조절 시스템의 커플링 효과의 식별: 인간 눈이 원거리로부터 근거리로 원근 조절 할 때, 2개의 안구 구조체들이 동시에 변화한다: 홍채 개구가 더 작아지고, 수정체가 더 커진다. 이들 해부학적 변화들은 렌즈+눈 시스템에서 결합된 방식으로의 3개의 광학 관련 파라미터들의 변화로 이어진다: 입사 동공 직경, 디포커스(예컨대, 제르니케(Zernike) 디포커스 Z2 0) 및 구면 수차(예컨대, 제르니케 구면 수차 Z4 0). 특히, 표적이 더 가깝게 이동할 때 동공 크기가 감소하고 종래의 제르니케 디포커스 및 구면 수차가 동공 크기에 고도로 의존하기 때문에, 종래의 방식으로 이들 제르니케 수차 항들을 규정하는 것이 난제임에 주목한다. 대안으로서, 상이한 동공 크기들에 걸친 제르니케 디포커스 및 수차를 측정하기 위해, 이들 항목이 때때로 '디옵터' 방식으로 나타내어졌다. 하기와 같은 수학식들을 통해 고전적인 제르니케 계수들로 변환하기 위해:
Z20 microns = Z20 Diopter *(EPD/2)2/(4*
Figure 112015083681152-pat00007
3)
Z40 microns= Z40 Diopter *(EPD/2)4/(24*
Figure 112015083681152-pat00008
5)
(상기 수학식에서, EPD는 입사 동공의 직경이고, Z20 Diopter (단위: D) 및 Z40 Diopter (단위: D/㎟)(도면들에서뿐만 아니라 일부 문헌에서도 이들 항의 단위가 또한 짧게 'D'로서 규정된다는 것에 주목한다)는 '디옵터' 방식으로 규정된 제르니케 디포커스 및 구면 수차 항들이며, Z20 microns 및 Z40 microns는 대응하는 종래의 제르니케 항들이다.)
문헌[Ghosh et al 2012 (Axial Length Changes with Shifts of Gaze Direction in Myopes and Emmetropes, IOVS, Sept 2012, VOL. 53, No. 10)]은 정시자(emmetrope) 및 근시 환자에 대한 표적 버전스와 관련한 이들 3개의 파라미터들의 변화를 측정하였다. 도 1a는 디포커스 대 표적 버전스의 그래픽 표현이고, 도 1b는 구면 수차 대 표적 버전스의 그래픽 표현이며, 도 1c는 입사 동공 직경 대 표적 버전스의 그래픽 표현이다. 표적 버전스가 변화함에 따라, 이들 3개의 파라미터가 동시에 변화한다. 이들 데이터는 콘택트 렌즈가 없는 인간 대상의 눈 상에서 측정되었기 때문에, 이들 광학적 파라미터와 렌즈+눈 시스템에 의한 표적 버전스 사이의 관계가 상이하다. 그럼에도 불구하고, 광학적 파라미터들(입사 동공 크기, 디포커스 및 구면 수차) 사이의 커플링 관계가 동일하게 남아있는데, 그 이유는 그들의 변화가 동일한 해부학적 소스로부터 기원하기 때문이다. 이어서, 다양한 보간 기술들이 실험 데이터로부터의 3개의 파라미터들 사이에서 그러한 커플링 관계들을 모델링하는 데 사용될 수 있다.
단계 2: 근거리에 있는 물체에 대한 대응하는 원근 조절 상태의 추정: 일단 원근 조절 동안의 입사 동공, 디포커스 및 구면 수차 사이의 커플링 관계가 단계 1에서 모델링되면, 이는 임의의 주어진 거리에 있는 표적에 대한 렌즈+눈 시스템의 휴지(resting) 원근 조절 상태를 추정하는 데 사용될 수 있다. 이러한 단계의 과학적 본질은 콘택트 렌즈의 존재 시에 눈이 근거리의 표적에 대해 어떻게 원근 조절하는지를 찾는 것이다. 예를 들어, 근거리의 특정 거리(예컨대, 2D)에 있는 표적이 거리 보정된 렌즈+눈 시스템(예컨대, 도 3a의 렌즈와 눈 모델 0.06D/㎟ SA를 조합한 시스템)에 대해 블러링을 초래한다. 이러한 시스템의 휴지 원근 조절 상태를 결정하기 위해, 눈의 입사 동공, 디포커스 및 구면 수차가 단계 1에서의 커플링 모델마다 체계적으로 조정되어, 대응하는 이미지 품질이 임계치까지 향상되게 한다. 예를 들어 도 3c에서, 입사 동공, 디포커스 및 구면 수차는 이미지 품질(NS)을 -1.6(대략 20/25 VA)이 되도록 증가시키기 위해 4.5mm, 1.3D, 0.04D/㎟인 것으로 보여진다.
특정 표적 버전스에 대한 이미지 품질 감도의 계산: 일단 원근 조절 상태 및 대응하는 입사 동공, 디포커스 및 구면 수차가 결정되면, 망막 이미지 품질 감도 또는 기울기가 하기와 같이 쉽게 계산될 수 있다:
[수학식 6]
IQ 감도= d.NS/d.Rx
상기 수학식에서, d.NS/d.Rx는 디포커스 값에 대한 신경 선예도의 도함수이다. 예를 들어, 표준 눈 모델 및 멀리 있는 표적 2D를 갖는 설계 3a의 경우, 대응하는 IQ 감도가 0.7로 계산된다.
수학식 1에서의 반경 값들, 구역들의 개수, 구역들의 폭, 구역들의 크기들, 및 구면 수차에 대한 범위들을 설정함으로써, 상이한 굴절력 프로파일들이 획득될 수 있다. 이들 변수의 예시적인 범위들이 아래에서 표 1에 나열되어 있다.
[표 1]
Figure 112015083681152-pat00009
생성된 다초점 굴절력 프로파일이 도 3a에 도시되어 있다. 제1 마스크 렌즈 설계에 대한 파라미터들이 아래에서 표 2에 나열되어 있다.
[표 2]
Figure 112015083681152-pat00010
도 3a는 단계형이거나 불연속적인 3-구역 설계 및 마스크를 갖는 굴절력 프로파일을 도시한다. 도 3b에서, (신경 선예도에 의해 측정된) 이미지 품질이 0.00 디옵터 디포커스에서 가장 선명할 것이며, 초점이 잘 맺혔을 때 광학 시스템이 가장 선명한 이미지를 수반한다는 것을 나타낸다. 광학 시스템 내에 (양의 그리고 음의) 굴절 오류가 도입되면, 이미지 품질이 하강하기 시작한다. -2.2에서 DOF를 정량화하기 위해, 신경 선예도 값의 임계치가 선택된다. 값이 -2.2 초과일 때, 환자들은 여전히 독서에 상당히 양호한 근거리 시력을 갖는다. 도 3b에서, -2.2에서 수평 임계선이 그려진다. 선은 초점 통과 곡선과 교차한다. 두 교차점들 사이의 폭은 DOF에 대응한다. 이러한 실시예에서, DOF는 1.03D이다.
도 3c를 참조하면, 도 3a의 렌즈 설계에 대한 원근 조절 지체와 전형적으로 연관된 -0.20D 내지 -0.70D의 계산된 디포커스 오류, 및 2D, 3D, 4D 및 5D 원근 조절 상태들(표적 버전스)에서의 신경 선예도의 그래프가 도시되어 있다. 각각의 곡선은 특정 디포커스(Z20), 구면 수차(Z40) 및 입사 동공 크기(EP)를 갖는, -1.6의 임계 값에서의 견부에 의해 특징지어진다. 견부의 기울기는 감소된 IQ 감도를 나타낸다. 이러한 실시예에서, IQ 감도는 각각 0.66, 0.40, 0.28 및 1.68이다.
수학식 2 내에 입력된 점들의 개수, 구면 수차, 높이(PPCHIP 내로 입력된 D) 및 반경 값과 표적 버전스에 기초하여, 상이한 굴절력 프로파일들이 얻어진다. 굴절력 프로파일은 연속적일 수 있고, 이는 렌즈의 상이한 영역들 내의 상이한 굴절력들 사이에서 매끄러운 전이를 갖는 것인데, 즉 렌즈의 상이한 구역들 또는 영역들 사이에 급격한 또는 불연속적인 변화가 존재하지 않는다.
이들 변수의 예시적인 값들이 도 4a에 도시된 바와 같은 굴절력 프로파일을 갖는 제2 마스크 렌즈 설계에 대해 표 3에 나열되어 있다.
[표 3]
Figure 112015083681152-pat00011
도 4a는 연속적인 자유 형태의 설계 및 마스크를 갖는 굴절력 프로파일을 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 렌즈의 중심에서의 굴절력은 렌즈의 근축 굴절력(paraxial power)(-3.00D)보다 0.00D 내지 0.50D 더 음이다. 굴절력은 이어서 중심으로부터 고점(high point)까지 점진적으로 증가한다. 고점의 크기는 근축 굴절력보다 1.00D 내지 1.50D 더 양이다. 고점 A의 위치는 중심으로부터 0.25 mm 내지 0.50 mm 떨어져 있다. 굴절력은 고점으로부터 저점(low point)까지 하강한다. 저점에서의 굴절력은 근축 굴절력보다 0.00D 내지 0.25D 더 음이다. 저점 이후에, 굴절력은 마스크의 내측 직경까지 더 느린 속도로 증가한다. 그러한 증분의 크기는 0.25D 미만이다.
이제 도 4b를 참조하면, 신경 선예도를 위한 수평 임계선이 -2.2에서 그려져 있다. 선은 초점 통과 곡선과 교차한다. 두 교차점들 사이의 폭은 DOF에 대응한다. 이러한 실시예에서, DOF는 1.17D이다.
도 4c를 참조하면, 도 4a의 렌즈 설계에 대한 원근 조절 지체와 전형적으로 연관된 -0.60D 내지 -0.70D의 계산된 디포커스 오류, 및 2D, 3D, 4D 및 5D 원근 조절 상태들(표적 버전스)에서의 신경 선예도의 그래프가 도시되어 있다. 각각의 곡선은 특정 디포커스(Z20), 구면 수차(Z40) 및 입사 동공 크기(EP)를 갖는, -1.6의 임계 값에서의 견부에 의해 특징지어진다. 견부의 기울기는 감소된 IQ 감도를 나타낸다. 이러한 실시예에서, IQ 감도는 각각 0.70, 0.52, 0.35 및 0.20이다.
표 4에서 하기에 나타낸 바와 같이, 4.5 mm 및 6.5 mm의 입사 동공에서의 신경 선예도가 마스크 렌즈 설계들에 대해 계산된다. 초점 깊이(DOF) 및 IQ 감도가 각각 -2.2 및 -1.6의 임계 신경 선예도 값에서 계산된다.
[표 4]
Figure 112015083681152-pat00012
표 4에 나타낸 바와 같이, 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같은 마스크 렌즈 설계들은, 도 3c 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 비구면 렌즈 및 아큐브(등록상표) 이중 초점 +1.50 추가 굴절력 렌즈보다 더 양호한 신경 선예도를 가지며, 이러한 초점 깊이 및 감소된 IQ 감도에 의해 측정된 바와 같은 유사한 초점 깊이 및 비구면 렌즈에 비해 우수한 근시 치료 효능을 갖는다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 콘택트 렌즈(400)의 개략도가 예시되어 있다. 콘택트 렌즈(400)는 광학 구역(optic zone)(402) 및 외측 구역(404)을 포함한다. 광학 구역(402)은 제1 중심 구역(406) 및 적어도 하나의 주변 구역(408)을 포함한다. 하기의 예들에서, 렌즈(400)의 기하학적 중심으로부터 측정된 광학 구역(402)의 직경은 8 mm로 선택될 수 있고, 실질적으로 원형인 제1 구역(406)의 직경은 4 mm로 선택될 수 있으며, 환형 외측 주변 구역(408)의 경계 직경은 5.0 mm 및 6.5 mm일 수 있다. 도 5는 단지 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 예를 들어, 이러한 예시적인 실시예에서, 적어도 하나의 주변 구역(408)의 외측 경계는 광학 구역(402)의 외측 가장자리와 반드시 일치할 필요가 없는 반면, 다른 예시적인 실시예들에서는 이들이 일치할 수 있다. 외측 구역(404)은 광학 구역(402)을 둘러싸고, 렌즈 위치설정 및 중심화를 비롯한 표준적인 콘택트 렌즈 특징들을 제공한다. 예시적인 일 실시예에 따르면, 외측 구역(404)은 눈 상에 있을 때 렌즈 회전을 감소시키기 위한 하나 이상의 안정화 메커니즘(stabilization mechanism)을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 마스크는 적어도 하나의 주변 구역(408)들 중 임의의 하나에서 내측 반경을 가질 수 있고, 광학 구역(402)의 외측 가장자리까지 연장될 수 있다.
도 5의 다양한 구역들은 동심 원들로서 도시되었으며, 구역들은 임의의 적합한 둥근 또는 둥글지 않은 형상, 예컨대 타원형 형상을 포함할 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
눈의 입사 동공 크기 및 표적 버전스/원근 조절이 부분 모집단(subpopulation)들 사이에서 달라진다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 소정의 예시적인 실시예들에서, 렌즈 설계는 환자의 평균 동공 크기에 기초하여 양호한 중심와 시력 교정 및 근시 치료 효능 둘 모두를 달성하도록 맞춤화될 수 있다. 더욱이, 동공 크기는 소아 환자들에 대해 굴절 및 연령과 상관되기 때문에, 소정의 예시적인 실시예에서, 렌즈는 소아 부분 모집단의 하위 집단에 대해 그들의 공동 크기에 기초한 특정 연령 및/또는 굴절에 의해 추가로 최적화될 수 있다. 본질적으로, 굴절력 프로파일은 중심와 시력 교정과 증가된 초점 깊이와 감소된 IQ 감도 사이의 최적 균형을 달성하도록 동공 크기에 대해 조정 또는 맞춤될 수 있다.
현재 이용가능한 콘택트 렌즈는 여전히 시력 교정을 위한 비용 효과적인 수단이다. 얇은 플라스틱 렌즈는 근시 또는 근시안, 원시 또는 원시안, 난시, 즉 각막의 비구면성(asphericity), 및 노안, 즉 수정체의 원근 조절 능력의 상실을 비롯한 시력 결함을 교정하기 위해 눈의 각막 위에 착용된다. 콘택트 렌즈는 다양한 형태로 이용가능하며, 상이한 기능성을 제공하기 위해 다양한 재료로 제조된다.
매일 착용(daily wear) 소프트 콘택트 렌즈는 전형적으로 산소 투과성을 위해 물과 조합된 연질 중합체 재료로부터 제조된다. 매일 착용 소프트 콘택트 렌즈는 일일 착용 일회용 또는 연속 착용 일회용(extended wear disposable)일 수 있다. 일일 착용 일회용 콘택트 렌즈는 보통 하루 동안 착용되고 그 후 버려지지만, 연속 착용 일회용 콘택트 렌즈는 보통 최대 30일의 기간 동안 착용된다. 컬러 소프트 콘택트 렌즈는 상이한 기능성을 제공하기 위해 상이한 재료들을 사용한다. 예를 들어, 가시성 색조 콘택트 렌즈는 착용자가 떨어뜨린 콘택트 렌즈를 찾아내는 것을 돕기 위해 약한 색조를 사용하고, 강화 색조 콘택트 렌즈는 착용자의 본래 눈 색상을 향상시키도록 의도된 반투명한 색조를 가지며, 컬러 색조 콘택트 렌즈는 착용자의 눈 색상을 변화시키도록 의도된 더 어두운 불투명한 색조를 포함하고, 광 여과 색조 콘택트 렌즈는 다른 색상을 약화시키면서 소정의 색상을 향상시키는 기능을 한다. 기체 투과성 강성 하드 콘택트 렌즈는 실록산-함유 중합체로부터 제조되지만, 소프트 콘택트 렌즈보다 강성이고 이에 따라 그의 형상을 유지하고 더욱 내구성이 있다. 이중초점 콘택트 렌즈는 특히 노안을 가진 환자를 위해 설계되고, 소프트 및 강성 종류 둘 모두로 이용가능하다. 원환체 콘택트 렌즈는 특히 난시를 가진 환자를 위해 설계되며, 소프트 및 강성 종류 둘 모두로 또한 이용가능하다. 상기의 상이한 태양들을 조합하는 조합 렌즈, 예를 들어 하이브리드 콘택트 렌즈가 또한 이용가능하다.
본 발명의 마스크 렌즈 설계가 다수의 재료들로부터 형성된 다수의 다양한 콘택트 렌즈들에 통합될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 특히, 본 발명의 마스크 렌즈 설계는 매일 착용 소프트 콘택트 렌즈, 기체 투과성 강성 콘택트 렌즈, 이중 초점 콘택트 렌즈, 원환체 콘택트 렌즈 및 하이브리드 콘택트 렌즈를 비롯한 본 명세서에 기술된 콘택트 렌즈들 중 임의의 것에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명이 콘택트 렌즈에 관하여 기술되지만, 본 발명의 개념은 안경 렌즈, 안내 렌즈(intraocular lens), 각막 인레이(inlay) 및 온레이(onlay)에 이용될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다.
가장 타당하며 바람직한 실시예로 여겨지는 것을 도시하고 기술하였지만, 기술되고 도시된 특정 설계 및 방법으로부터 벗어나는 것이 당업자에게 제안될 것이며, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 사용될 수 있음이 명백하다. 본 발명은 설명되고 예시된 특정 구성들로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위의 범주 내에 포함될 수 있는 모든 변형들과 일관성이 있도록 구성되어야 한다.

Claims (23)

  1. 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하는 것 중 적어도 하나를 위한 안과용 렌즈(ophthalmic lens)로서, 상기 안과용 렌즈가,
    상기 안과용 렌즈의 중심에 있는 제1 구역;
    상기 중심을 둘러싸고, 상기 중심에서의 렌즈 굴절력(dioptric power)과는 상이한 렌즈 굴절력을 갖는 적어도 하나의 주변 구역; 및
    상기 적어도 하나의 주변 구역으로부터 연장되는 불투명 마스크를 포함함으로써, 단초점렌즈(single vision lens)와 등가인 중심와 시력 교정(foveal vision correction)을 가지고, 안과용 렌즈 전체에 근시 진행을 늦추거나, 지연시키거나, 예방하는 초점 깊이 및 감소된 망막 이미지 품질 감도(retinal image quality sensitivity)를 갖는 렌즈 굴절력 프로파일을 제공하고,
    상기 불투명 마스크보다 내측의 상기 안과용 렌즈의 설계는, 이하의 수학식으로 기술되는, 안과용 렌즈.
    Figure 112022087467550-pat00026
    , r＜r마스크
    상기 수학식에서, P는 렌즈 굴절력(D)을 나타내고,
    r은 상기 안과용 렌즈의 기하학적 중심으로부터의 반경방향 거리를 나타내고,
    r마스크는 상기 불투명 마스크의 내반경이고,
    SA는 구면 수차량을 나타내고,
    P'(r)는, 상이한 범위의 r 및, 각각의 r의 범위에 대응하는 렌즈 굴절력의 크기를 갖는 다수의 구역을 갖는 단계 함수로서, 구역 1의 r의 범위는 상기 안과용 렌즈의 중심으로부터 0.95mm이고, P'(r)의 값은 0.32D이고, 구역 2의 r의 범위는 상기 구역 1의 종점으로부터 0.86mm이고, P'(r)의 값은 -0.23D이고, 구역 3의 r의 범위는 상기 구역 2의 종점으로부터 0.46mm이고, P'(r)의 값은 0.44D인, 단계 함수를 나타내고,
    또한, P'(r)는, 다수의 점에 의한 구간적 3차 에르미트 보간 다항식 곡선 제어를 나타내고,
    상기 다수의 점의 상기 안과용 렌즈의 중심으로부터의 거리와 그 점에서의 렌즈 굴절력이 (0.00mm, -0.67D), (0.56mm, 1.00D), (1.13mm, 0.11D), (1.69mm, -0.07D), 및 (2.25mm, 0.28D)이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안과용 렌즈는 콘택트 렌즈(contact lens)를 포함하는, 안과용 렌즈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 안과용 렌즈는 안경 렌즈(spectacle lens)를 포함하는, 안과용 렌즈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 안과용 렌즈는 안내 렌즈(intraocular lens), 각막 인레이(inlay), 또는 각막 온레이(onlay)를 포함하는, 안과용 렌즈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 불투명 마스크는 유색(colored) 또는 흑색 링(ring)을 포함하는, 안과용 렌즈.
  6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 안정화 메커니즘(stabilization mechanism)을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 굴절력 프로파일은 중심와 시력 교정과 근시 진행을 치료하기 위한 효과적인 초점 깊이 및 감소된 망막 이미지 품질 감도 사이의 균형을 달성하도록 동공 크기에 기초하여 조정 가능한, 안과용 렌즈.
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