CN102316825A - 界面折射可调节晶状体(iral) - Google Patents

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Abstract

本发明涉及人工晶状体。更特别地，本发明涉及这样的人工晶状体：所述人工晶状体具有响应于眼睛的睫状肌或睫状体的张力或任何其它调节力的变化而改变折光力的能力。本发明的晶状体通常被称作界面折射可调节晶状体(IRAL)，即，晶状体特性根据具有不同折射率的两液体的界面限定。

Description

界面折射可调节晶状体(IRAL)
相关申请的交叉引用
本申请为于2008年2月4日提交的申请号为12/025,512的未决美国申请的部分持续申请，该申请要求二者均于2007年2月2日提交的申请序列号为60/887,933和60/887,928的美国临时申请的优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文(包含所述临时申请中的一个或两个中通过引用并入的任何引用)。
技术领域
本发明涉及人工晶状体。更特别地，本发明涉及这样的人工晶状体：所述人工晶状体具有响应于眼睛的睫状肌或睫状体的张力或任何其它调节力的改变而改变折光力的能力。本发明的晶状体通常被称为可调节晶状体。
背景技术
人眼的天然晶状体为透明的晶体，其被收容在囊袋内，所述囊袋位于所谓后房的区域中虹膜的后面以及玻璃体腔的前面。囊袋在所有侧通过称为小带的纤维附接到睫状体上。在玻璃体腔的后面，填充有凝胶的玻璃体腔进一步包括视网膜，穿过晶状体的光线聚焦到视网膜上。睫状体的收缩和松弛改变了其中的囊和天然晶状体的形状，从而使得眼睛能够将源自于位于不同距离处的物体的光线聚焦到视网膜上。
当眼睛的天然晶状体或其周围的透明隔膜变暗并且阻碍了光的通过而导致不同程度的视力损伤时，会发生白内障。为了校正患者的这种状态，进行如下手术操作：其中提取出暗的天然晶状体或白内障并且用人工晶状体替代。在白内障手术过程中，囊袋的前部与白内障一起被移除，并且称为后囊的囊袋的后部有时被保持原状以作为用于植入人工晶状体(IOL)的支撑部位。然而，这种常规的IOL具有如下缺陷：这种IOL具有固定的折光力，因此不能够响应于改变患者的焦距需求(诸如阅读或在计算机上工作)而改变它们的聚焦。
已经提出的具有改变它们的折光力的能力的各种类型的人工晶状体试图复制眼睛内天然晶状体的性能。如本领域所公知的，这种可调节人工晶状体具有各种设计，这些设计的目的是使患者能够聚焦且因此清楚地看到位于多个距离处的物体。可在如专利号为4,254,509的美国专利、专利号为4,932,966的美国专利、专利号为6,299,641的美国专利、专利号为6,406,494的美国专利和专利号为7,261,737的美国专利的公开中找到示例。
授权于Garabet的专利号为5,443,506的美国专利公开了一种可变焦人工晶状体，该可变焦人工晶状体改变晶状体的两个表面之间的介质以改变它的调节。’506专利的晶状体具有联接人工晶状体的第一部分中的沟道的连续流环(flow loop)。除了提供沟道之外，连续流环还提供了人工晶状体借以定位和保持在眼睛中的器件。在一个实施例中，连续流环包括晶状体支撑襻(haptic)，即晶状体主体支撑结构，晶状体支撑襻反过来将充满的溶液移动到固态晶状体表面之间的光学区域中以改变晶状体的聚焦。
专利号为5,489,302的美国专利公开了一种用于植入眼睛的后房中的可调节人工晶状体。该晶状体包括短管状硬质框架和在其基部附接到所述框架的透明且弹性的隔膜。框架和隔膜限定了填充有气体的密封空间。框架包括经由支撑襻附接至后囊的柔性区域。在眼睛的睫状肌拉伸囊时，柔性区域被拉开，从而增大了容积并且降低了密封空间内的压力。这改变了隔膜的曲率，并且因此改变了晶状体的折光力。
专利号为6,117,171的美国专利公开了一种可调节人工晶状体，所述可调节人工晶状体被收容在包封硬质壳的内部以使其对人工环境的变化基本不敏感。晶状体适合于被植入到后囊内并且包括柔性透明隔膜，该柔性透明隔膜将人工晶状体的内部划分成独立的前部空间和后部空间，前部空间和后部空间分别填充有具有不同折射率的流体。后部空间的周边附接至支撑襻，支撑襻反过来附接至后囊。在眼睛的睫状肌拉伸囊时，支撑襻以及因此所述周边被扭曲而分离以增大后部空间的容积并且改变所述空间之间的压力差。结果，隔膜的曲率改变，因此晶状体的折光力改变。
改变IOL的聚焦的另一方法是形成具有由诸如硅酮的材料制成的柔性外表面的常规的硬质人工晶状体。然后，将水喷射到晶状体的常规硬质部分和晶状体的柔性外表面之间。水将拉伸柔性外层以改变人工晶状体的曲率半径，并且因此改变晶状体的调节。这种方法的一个缺点是，流体源、流体泵和流量控制阀均必须设置在晶状体内紧靠晶状体。由于眼睛的晶状体周围的区域极受限制，因此大部分流体喷射部件必须设置在晶状体本身上。此外，必须设置能量源以抽吸流体。由于在眼睛内不会产生足够强以抽吸流体的机械力，需要外部电源以使泵运转。这种外部电源通常是利用具有有限寿命周期的电池来实现的。
已经用于改变IOL的调节的另一方法是利用液态晶体材料涂覆常规IOL。将电压源施加到晶体材料上以将晶体极化。一旦晶体被极化，晶质材料的折射率改变，从而改变IOL的调节。这种类型的系统的一个主要缺点是，需要相对大量的能量来将液态晶体材料极化，大约是25伏特。由于不存在在身体内产生该级别的电压的公知方式，因此诸如电池的外部电源是必要的。
一些常规的可调节IOL依靠固态曲面来提供折射。因此，足够显著地改变曲率以引发屈光度和调节力增大所需的力比尤其是老化的晶状体中的睫状肌所提供的力大得多。其它可调节IOL涉及到整个IOL沿着光轴移位以形成调节。这不仅需要相对较大的力，而且由于前房中缺少空间不能够传递屈光度的较大变化。
为人工晶状体提供可变调节的上述和其它现有的尝试通常为复杂的系统。这些复杂系统成本高、难以制造并且在人的眼睛内难以实现。因此，当前的可调节晶状体提供了很小的调节力(约为1至2.5个屈光度“D”)。对于本领域的用途，应当理解的是，多焦点晶状体不必为可调节晶状体，比较美国7,229,475。更接近地仿造天然晶状体的调节的真正可调节晶状体应当具有至少约4D的调节力，优选地至少约为6D或更大。另外，多焦点IOL提供了视觉适当的有限数量的距离。相反地，通过提供连续的晶状体焦距以满足佩戴者的需求，可调节IOL允许患者在任何距离处实现良好的视觉。因此，对具有仅依靠由人眼提供的力来工作的较大级别的调节力的简单IOL存在需求。
发明内容
本发明通过使用新颖的折射系统解决了现有技术的晶状体和晶状体组件的缺陷，所述折射系统基于在第一和第二不可混合的流体或液体(有时表示为“I”和“II”)之间自然形成的界面。在通过施加微小的力和力的变化(例如，通过睫状肌或睫状体)而实施本发明时能够实现折光力的显著变化，而无需使IOL通过光轴移动。
本发明的可调节IOL通常包括扁豆状室，在扁豆状室中，两种不可混合的液体彼此相接触而形成半月板。两种液体之间的界面提供了使光弯曲到视网膜上的焦点的折射表面。通常通过借助于晶状体支撑襻向晶状体的周边施加压力来改变半月板曲率，并且因此改变晶状体的聚焦。需要施加到支撑襻上的例如由睫状肌收缩引起的非常小的力来引起半月板曲率的显著变化，半月板曲率的显著变化反过来改变了晶状体的屈光度以提供对位于不同距离处的物体的聚焦。力通过支撑襻从睫状肌被传送给半月板。支撑襻可形成为多个构造，包括C形环、改进的C形环、方形、盘状、板等。
在本发明的一个优选实施方式中，支撑襻本身至少部分为空心的，具有收容流体的支撑襻内室，支撑襻室与扁豆状室或晶状体主体流体连通以使得支撑襻的移位(例如，向后)使得一些流体I或II流入晶状体主体中并且增强、提高或放大所获得的可调节性。在本发明的这一方案中，限定扁豆状室的视觉透明的后壁和前壁中的任一个或两个是柔性的或可拉伸的，以使得它们能够通过流体中的一个或另一个而移位。在一个优选的实施方式中，仅扁豆状室的后壁是柔性的或可拉伸的，使得当来自支撑襻室的流体流入支撑襻室中时允许扁豆状室的后壁向后移位。在本发明的这一实施例中，空心的晶状体支撑襻优选为矩形构造，优选的数量为两个，并且布置在晶状体的相反两侧。
各种液体可用于本发明。最重要的参数为清晰度、表面能量、密度、粘度和折射率。实际上可以使用任何液体组合。各种液体组合的调节力是基于半月板曲率的变化而计算的。下面的表1总结了这些结果中的一些结果。在本发明的一个优选实施方式中，各种液体的密度大致相同。
在本发明的另一实施例中，液体仅任选地为不可混合的(即，液体可以为可混合的)。在该实施例中，液体由光学容许的隔膜或薄膜分离。薄膜将保持可混合的流体或液体分离并且将根据本发明限制流体I和II以产生可变的屈光度变化。薄膜或隔膜被施加到盘的边缘从而防止具有不同折射率(RI)的可混合液体混合。在一个优选实施方式中，液体(或由于液体中的一种可以为空气而更一般地为“流体”)具有大致相同的密度。本文中使用“大致相同的密度”指的是具有这样相似性的密度：即，使得流体或液体能够被收容到细长的、垂直布置的视觉室(optic chamber)内并且如本文描述的不可混合，流体或液体具有很小或不具有由于重力而“沉淀”在室的底部(或在室的底部收集)的倾向，因此当佩戴者水平地或以一定距离注视时相对于彼此保持分离的、垂直布置的关系。
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表1
迄今为止已知技术不具备的本发明的方法和可调节IOL的优点为：
1.因为两种不可混合的液体之间的界面由于无需考虑能量而自然稳定，实现了稳定折射。
2.可通过微小的力使界面运动。这允许通过来自睫状肌的最小力改变曲率，并且因此得到显著较大的屈光度变化。
3.设计相对简单并且与常规IOL的设计相似。关键是，方形边缘可被并入设计中以防止后囊浑浊化(PCO)。
本发明的晶状体可提供迄今为止已知技术不具备的真正的可调节性和实质上增加的晶状体屈光度变化。
因此，在一个方案中，本发明为一种响应于植入IOL的患者对屈光度变化的生理需求而通过可调节IOL获得至少2个屈光度、优选地至少4个屈光度、最优选地至少6个屈光度(达到10个屈光度或更大)的屈光度变化的方法。在非常真实的程度上，本可调节方法和可调节IOL装置近似地模仿了年轻、健康的前期内障性眼睛(pre-cataractous eye)的晶状体聚焦调整和响应。
本说明书和权利要求中使用的术语“囊状单元”指的是相互连接并且共同起作用的后囊、小带和睫状体，依据本发明形成了一种缆，所述缆的可变张力提供了施加到本发明的晶状体组件上且由本发明的晶状体组件使用以实现调节的轴向力。
本发明的晶状体为从眼睛移除天然晶状体之后天然晶状体的替代物，不仅通过使眼睛在植入组件之后能够更好(或非常好)地看到，而且通过使所述晶状体能够调节并且因此使位于连续距离处的物体被聚焦。为了实现调节，所述组件被设计成固定在后房中的囊袋或沟中，使弹性体轴向地抵接后囊或沟。
本发明的晶状体组件利用囊状单元或沟的自然压缩和松弛以对弹性体施加轴向力从而使弹性体用作其曲率半径以及因此所提供的折光力根据力的大小而变化的晶状体。以此方式，晶状体组件与眼睛的自然操作协作以调节并且使眼睛能够更加清楚地看到在不同距离处的物体。
根据本发明的组件的支撑襻元件可以采用本领域所公知的各种设计中的任一种，例如，支撑襻元件可以为弯曲的或者可以为板的形式。另外，支撑襻元件可以是完全透明的或是半透明的。根据本发明的晶状体组件的支撑襻元件可由适合于侵入性医疗用途且本领域所公知的各种可能的硬质材料制成以用于支撑襻的形成。上文注意到，在优选实施例中，支撑襻至少部分为空心的，收容一种流体，并且经由沟道与扁豆状室或晶状体主体流体联接。
由本发明的可调节晶状体组件提供的优点有许多。晶状体组件不需要与囊的尺寸或形状一致，因此可随意采取多种不同的设计。此外，在移除天然晶状体的手术过程中囊有时受到损坏，但是本发明的晶状体组件不需要囊为完好无损的袋的形式，而仅需要囊可靠地保持连接而作为囊状单元的部分。源自于晶状体组件位于后囊外部的另一优点是，晶状体组件不受由于移除天然晶状体的手术之后留下疤痕而使囊必然经历的永久性的、不可预测的限制(通常称作囊纤维变性，这可能不同的程度地发生在所有的患者身上)的影响。对于依靠晶状体向前的运动来提供调节的常规的可调节IOL，囊纤维变性使IOL固定不动并且限制晶状体向前的运动，导致不一致的临床结果和受限的调节范围。本发明的IOL不需要晶状体向前运动。
此外，在一个实施例中，本发明的晶状体是可折叠的。在该实施例中，晶状体包括光学容许的、可折叠的材料。因此，提供了本领域技术人员所公知的可折叠IOL的所有优点。
除了上述优点之外，本发明的晶状体组件还提供了诸如简单且廉价的构造的优点。本发明的晶状体组件还提供了在折光力的大范围内调节的能力，所述范围包括天然眼睛提供的完整范围，并且在为诸如与年龄有关的黄斑变性(AMD)的其它眼睛疾病的情况下可按需要包括更大的范围。而且，晶状体组件提供了用于响应于由囊状单元施加的力而改变其灵敏度的器件。另外，晶状体组件在设计上与常规的单焦点IOL相似，并且可利用现有的手术器械和技术来植入晶状体组件。不需要特殊的手术技能或训练。
附图说明
为了理解本发明并且清楚地知道其在实践中可以如何实施，现在将参照附图通过非限制性示例来描述优选实施例，其中：
图1为示出可调节IOL和患者的光学感测机构之间相互作用以提供改进的视觉灵敏度的流程图。
图2为根据本发明的界面折射可调节晶状体或晶状体组件(IRAL)的前视图；
图3为图2所示的IRAL的剖视图；以及
图4为本发明的第二实施例的立体图，其中，由睫状肌施加到支撑襻上的力的方向由箭头(11)表示。图4的可调节晶状体还具有与图1和图2的晶状体不同的支撑襻构造。
图5为本发明的压电或电气可调节晶状体实施例的立体图。
图6示出了本发明的另一实施例，其中，图6A显示了处于调节后状态的本发明的IOL，而图6B显示了处于未调节状态的与图6A中显示的相同的IOL。
图7在图7A和图7B中示出了处于调节后状态和未调节状态的本发明的IOL的又一变型。
图8在剖视图中再显示了本发明的第三可调节IOL。
图9为处于未调节状态即支撑襻未布置到后部的如图8所示的IOL。
图10在沿着图9的线10A-10A截取的剖视图中显示了图9的晶状体，视图的方向为向右(向后)。
图11至图13分别在侧视图、俯视图以及沿着图12的线13-13的剖视图中图示了本发明的另一可调节IOL。
图14显示了处于调节状态的图13的IOL，支撑襻朝向图的底部略微弯曲、被压下或者沿箭头的方向运动。
图15显示了本发明的IOL的植入部位，IOL处于调节后状态。
图16显示了植入后处于未调节状态的图15的IOL。
图17、图18和图19分别在侧视图、俯视图以及剖视图中显示了本发明的IOL的另一实施例。
图20和图21分别显示了处于调节后状态和未调节状态的图17至图19中的IOL的植入部位。
图22、图23和图24在侧视图、俯视图以及沿着图23的线24-24截取的剖视图中显示了本发明的另一实施例。
图25至图26和图27A至图27D显示了本发明的另一实施例，其中，晶状体支撑襻流体室与晶状体主体联接，并且晶状体支撑襻流体室通过向后(或向前)运动来改变晶状体聚焦。
具体实施方式
当然，可调节晶状体的基本原理为本领域技术人员所公知。专利号为5,489,302的美国专利的图1和图2(以及第4栏第20行至第52行中的相关公开内容)阐述了这些原理，该专利的公开特别地通过引用并入本文中。
通常，在一个方案中，本发明为一种可植入界面折射眼用晶状体(IRAL)组件或装置，其响应于所述晶状体的用户(例如，已经植入有晶状体的患者)的变化的生理需求而调节其焦距。晶状体包括柔性视觉室、晶状体主体或光学且协作的支撑襻。视觉室由相对的、大致平行的、视觉上透明的、大致圆形的、弹性或可拉伸的盘或壁限定，所述盘或壁在它们的边缘处柔性地联接并且间隔开以限定闭合的流体室。流体室包括第一流体和第二流体，所述流体具有不同的折射率(差为ΔRI)，并且在一个实施例中，流体是不可混合的，优选地，流体具有大致相同的密度从而在它们之间限定可变的或变化的球形或扁豆状的界面。支撑襻与视觉室的边缘联接并且与流体室联接以使得向支撑襻施加力使流体室变形，使流体移位到视觉室中，因此改变液体界面的球形。因此，晶状体组件的焦距响应于向支撑襻施加力而改变以改变用户的视觉聚焦。在施加到支撑襻上的睫状肌力松弛时，具有自然偏压以抵制所施加的力的支撑襻返回到它们被施加力之前的构造或布置，因此晶状体屈光度由于I、II流体界面的形状的变化而下降。
在一个实施例中，流体任选地为不可混合的并且由视觉透明的、柔性的隔膜分离，所述隔膜密封到盘的边缘上以限定柔性流体室并且防止流体混合。
本发明还包括一种利用可调节型IRAL来校正视觉活动的方法，所述方法包括如下步骤：
在需要使用可调节型IRAL进行替换时，替换患者的眼睛的有缺陷的天然晶状体；
使得IRAL适应患者的需求以通过改变屈光度强度来改变眼睛的焦点，例如视网膜焦点，并且因此改变IRAL的焦点，其中，IRAL的屈光度强度变化至少为2个屈光度；
并且其中，IRAL采用具有不同折射率的液体来限定以改变屈光度强度，并且因此改变界面。
图1为示出光学机械原理的流程图，其允许可调节晶状体(例如，可调节IOL)与生理的、光学信号相互作用从而为晶状体的用户提供更好的近距离以及远距离的视觉灵敏度。简言之，大脑指示睫状体(眼肌)收缩。该肌收缩经由小带纤维向晶状体支撑襻(下文讨论)施加微小的、大致向后方向的力。施加到支撑襻上的该力使得可调节晶状体的光焦度改变，从而以较大精度且以提高的清晰度将入射光聚焦到视网膜上。框100大体显示了在该过程中支撑襻的功能以及可调节性或可调节IOL(诸如本发明的晶状体)的所联接的光学机械。支撑襻将IOL集中到眼睛的聚焦带或聚焦轴，接收睫状肌力并且将睫状肌力传送给视觉室或晶状体主体(下文更加详细地描述)。如果可调节IOL被植入沟中，则支撑襻可以与眼肌直接接触。然后，本发明的可调节IOL的光学机械将睫状肌力转换成晶状体的屈光度变化。
图2为本发明的界面折射可调节晶状体(IRAL)的前视图。在图2中，显示了晶状体组件10包括视觉室或晶状体主体12和支撑襻14。应当理解的是，图2中所示的支撑襻14仅为一种可能的支撑襻构造，可存在考虑到本公开时本领域技术人员易于想到的许多其它支撑襻。在视觉室12内还通过虚线圈16、16’显示了在响应于由睫状肌施加的力时折射表面(即，两流体之间的界面)的位置。
图3为图2所示的IRAL的剖视图，显示了支撑襻变形或位移角15、15’和通过非常小的支撑襻变形角的变化获得的界面16、16’的曲率半径的变化之间的关系。图2所示的界面16的形状的变化解释了在支撑襻压力变化时折射表面的曲率半径的增大。支撑襻压力的变化是通过支撑襻的变形的变化获得的，支撑襻的变形的变化反过来是由睫状肌或囊袋的压力增加引起的。如图所示，内包络线16、16’的曲率半径响应于支撑襻变形角的变化而变化。与液体I和II(具有下文详述的折射率特性)相关联的曲率半径的该变化对于非常小的睫状肌运动产生了实质的屈光度变化。在上文的表1中显示了对于各种液体I和II变形角变化的每度的屈光度变化。显然，本发明提供了实质上超过现有技术公开的任何内容的屈光度变化。因此，例如，在本发明的一次实施中获得了四个屈光度、优选地六个屈光度、最优选地约7.5个屈光度或更大的范围内的屈光度变化(以及如上文讨论的调节)。
图4为本发明的另一实施例的立体图，其中由例如睫状肌施加的力的方向显示为箭头11。支撑襻14为与本发明的教导一致的另一局部环变型。下文中讨论视觉室、流体室或晶状体主体12的其它实施例。
图5图示了本发明的电气或压电设计或方法。如提及的，传感元件或圆形支撑襻40经由连接或联接元件42与流体室44联接或连接。依据该方法，由用户的睫状肌引起的传感元件-支撑襻40的运动使得电信号经由传导元件42被传送给流体室44。眼睛的调节是由睫状肌(未显示)和囊袋(未显示)的收缩引发的。本发明的方法包括传感元件40感测睫状肌力并且通过晶状体室44生成电流或电压。电压引发表面能量沿着室44的表面的变化，这反过来使得两液体之间的界面的曲率变陡。然后，在一个方案中，本发明为这样的可调节IOL：其中，通过由睫状肌在收缩期间产生的电脉冲直接引发界面曲率的变化。在该实施例中，支撑襻是由传导材料制成的。传导元件还可被嵌置到支撑襻中。
能够将睫状肌或囊袋的运动转换成电信号的传感器用于有效地改变半月板的形状并且允许进行调节。传感器可以为压电器件、力传感器、执行器或能够将力转换成电信号的任何其它元件。支撑襻可以由力感测元件制成。支撑襻可以形成为多个构造，包括C形环、改进的C性环、方形、盘状、板等。
选择用于实施本发明的材料对于本领域技术人员将是显而易见的。在一个实施例中，支撑襻材料可以包括PMMA、PVDF、PP或其它聚合物。视觉室12的材料可以包括疏水丙烯酸聚合物或共聚物(HAC)、亲水丙烯酸聚合物或共聚物、硅酮聚合物或共聚物(PDMS)或其它聚合物。优选的聚合物包括PDMS或HAC。(12和16由相同材料制成)。如所提及的，需要液体I和II的折射率之间的关系来获得本发明的优点。
现在参照图6至图14，其中显示了本发明的多个另外的实施例。在图6中，植入件、晶状体主体或晶状体组件20的前侧通常为左侧；后侧22通常为右侧。晶状体主体或视觉室通常包括在它们的边缘28处柔性联接的盘24、26。如图所示，柔性联接器或侧壁28是可压缩的并且提供盘24、26和联接器28之间的环形连接。
因为盘24、26沿着眼睛聚焦轴线间隔开(当植入时)，限定了闭合的流体室30。室30收容了根据本发明的具有不同折射率的不可混合的液体32、34。通常，较高折射率的液体将向后布置在晶状体主体34中，使得较低折射率的液体32为前部，但是在一些实施例中可以使用相反的布置。
由于不可混合的液体32、34，形成了球形弯曲界面36。在其周边处，界面在与植入件侧壁28的界面处具有固定接触角40A。该液体界面的曲率取决于液体和植入件材料的特性(表面张力)。其对应于最小的能量。来自眼肌的力通过由箭头42示意性地示出的支撑襻传送给植入件，较粗的箭头表示较大的力。该施加的力使侧壁28变形。由于固定接触角40，侧壁倾斜度的变化将改变液体界面36的半径(获得最小能量)。半径的变化将引起折光力的变化，即，装置10的屈光度额定值的变化。以此方式，IOL的焦距将改变以提供入射到视网膜(未显示)上的光的更好聚焦。
在图7中，显示了一种来自眼肌的力通过支撑襻传送到植入件到达可移位环形侧壁50的变型。由箭头52所示的施加的力沿着可变的弯曲侧壁50推动液体界面。这是通过使铰链状结构56变形来实现的，铰链状结构56与植入件一体形成。还可以构思实现液体界面沿着结构侧壁50运动的其它可行的机械方案。在侧壁54的倾斜度变化时，液体界面将使其曲率适合于获得固定接触角。这对应于最小能量。半径的变化将引起装置的光焦度的变化。
由于不可混合的液体形成了球形弯曲界面36。在其周边54处，界面与植入件10内的可移动环形结构成固定接触角。该液体界面的曲率取决于液体和植入件材料的特性(表面张力)。来自眼肌的力通过支撑襻传送给植入件。图8、图9和图10图示了本发明的另一实施例。在该实施例中，支撑襻80在内部与可移动内环81联接。在箭头82处施加的力使环形结构81在植入件内运动。该可移动环形结构可由与植入件不同的材料(例如，具有高硬度)制成。由于环形结构遍及液体界面，将形成液体界面的特定半径，其对应于最小能量。因此，半径的变化将引起植入件的光焦度的变化。
图11至图14图示了静态力(static power)和调节力二者均由两液体之间的界面产生的晶状体。植入件被设计为使得支撑襻与沟相接触。植入件位于晶状体袋中的设计也是可行的。在该设计中，显示了四个支撑襻90，四个支撑襻90与沟相接触。可以构思出具有更少或更多支撑襻的设计。在调节后状态下，收缩的睫状肌沿玻璃液的方向推动支撑襻。这将使得环在植入件内沿相反的方向运动。液体界面将形成与最小能量对应的特定半径(取决于环形结构和所涉及材料的设计)。箭头98通常表示支撑襻90变形以实现调节后状态或调节状态的偏移方向。在图14中，与未调节状态96(图11、图12和图13)相比较，液体界面的曲率增大，并且植入件的光焦度增加。
晶状体参数的计算
利用下列公式(傍轴近似)获得结果
Figure BPA00001422883800121
利用下列公式(傍轴近似)获得结果
处于未调节状态的液体界面的半径：
Figure BPA00001422883800122
处于调节后状态的液体界面的半径：
Figure BPA00001422883800131
侧壁变形角
Figure BPA00001422883800132
利用泰勒近似，该公式可进一步简化成：
Figure BPA00001422883800133
其中，D晶状体的单位为mm，而调节力的单位为D。
表2
Figure BPA00001422883800134
表3
Figure BPA00001422883800135
表4
表5
Figure BPA00001422883800142
表6
Figure BPA00001422883800143
表7
Figure BPA00001422883800151
图15和图16大体显示了眼睛中将定位本发明的晶状体的植入部位。前部为左侧，而后部为右侧。入射光从左侧进入并且聚焦到视网膜(未显示)上。图15显示了例如图9至图14中的晶状体，使得收缩的睫状肌110向支撑襻90施加力，从而使晶状体主体10中的不可混合液体的表面变形以改变晶状体的光学特性，即，适应于植入患者的视觉需求。眼睛结构显示了沟112、玻璃液114、角膜116、虹膜118、塌缩的晶状体袋120和小带122。图16显示了睫状肌松弛(未调节状态)的相同的植入位置和IOL。
图17至图19显示了使用前部单凸晶状体140的变型。其它所有结构元件相同。
图20至图21显示了植入的图17至图19中的晶状体。
图22至图24显示了本发明的等凸或双凸IOL 160的设计。植入视图与图15和图16中所示的相似。
图25至图26和图27A至图27D显示了本发明的优选实施例，其中，流体I、II中的一个或另一个被收容在空心晶状体支撑襻内并且通过例如睫状肌收缩移位到视觉体(optic body)中。所示的晶状体通常是朝向纸面的底部观察的。图25在剖视图中显示了未调节的晶状体200，其包括由透明的晶状体前壁204和晶状体后壁206限定的视觉室或晶状体主体202。根据本发明，疏水液体208和亲水液体210被收容在视觉室202内并且限定了界面212。支撑襻214至少部分为空心的，限定了支撑襻室216，支撑襻室216通过沟道218与视觉室202流体联接。
图26显示了处于调节后状态的图25的晶状体200，其中支撑襻214的向后位移实现了调节。如图所示，晶状体后壁206为柔性的，使其向后凸出，允许通过由界面212限定的曲率变化的增加而增大调节。箭头218显示了支撑襻移位的方向，而箭头220显示了响应于支撑襻移位的流体流动的方向。尽管未显示，当使得图26中的支撑襻返回到图25所示的构造时，发生相反方向的流体流动(即，流入支撑襻室216中)。因此，获得了调节和调节的松弛。
图27A至图27D在局部平面图和局部剖视图中图示了图25和图26中所示的晶状体的另外的实施例。如图所示，使用矩形的、相对布置的空心支撑襻。其它晶状体主体/支撑襻构造对于本领域技术人员是易于构思的。
调节力的测量
在模拟眼睛的调节的特别构建的测试装置中测试所选择的设计。模拟眼睛的自然调节过程，响应于施加到支撑襻上的力来测量IRAL晶状体的力的变化。观察到了超过10D的调节力(图28)。另外，发现折光力的增加是瞬时的并且几乎与施加到支撑襻上的力成比例。这代表了与年轻人的天然晶质晶状体相似的表现。
参照上述表2至表7。上述与表中包含的信息相结合的数学构造使得本领域技术人员能够设计本发明的可调节晶状体，所述可调节晶状体可唯一地适用于特定患者的视力需求。“静态力”为提供在一定距离(诸如驾驶或观看运动项目)处正确的视觉灵敏度所需的晶状体的力的测量值。由本发明的晶状体提供的调节为，相同的晶状体也提供例如阅读需要的近视校正。因此，对于为患者确定的任何给定的静态力，表中显示了对于上文讨论的收容在晶状体主体的视觉室内的液体I和II(也表示为32、34)的任何给定折射率差(ΔRI)获得的曲率半径。显然，折射率差(ΔRI)越大，液体界面的半径越大，并且所允许的晶状体调节力越大。对于各种晶状体调节力显示了侧壁变形角。已在表中使用的0.1和0.23的“ΔRI”应当被理解为示例性的，可以使用其它这样的差，并且在本发明的构思之内。
上文中提到，在本发明的一个实施例中，使用了具有不同折射率的流体，而流体为可混合的。在该结构中，两液体由光学容许的、柔性的或弹性的隔膜、薄膜或分隔器分离。隔膜随后限定流体之间的界面或半月板(例如，图3中的16、16’，图13中的96，图6至图9中的36’、36)，因此限定了确定调节度的曲率半径。分离流体I和II的隔膜不可渗透任一流体、不受任一流体化学作用的影响，并且与视觉室或晶状体主体的边缘内部接合以防止液体混合。
应当注意的是，本发明的IRAL为完全气密密封的结构。本发明的IRAL是稳固的、目的用于长期植入，为患者提供多年的接近天然晶状体的调节。
在优选实施例中，本发明的IRAL是可折叠的。在该IRAL的可折叠实施例中，晶状体实现了小切口植入和可折叠IOL所提供的其它医疗优势。要成为可折叠的，为各个晶状体结构所选的材料必须具有相对的柔韧性或硬度从而实现期望的光学功能并且提供结构整体性，同时还允许整个结构足够柔软或柔韧以便在折叠的状态下储存并且当在植入操作期间通过小切口以折叠或卷起方式插入时展开。
牢记上述结构和医疗功能以及数学构造，向本领域技术人员建议了各个晶状体结构的材料选择。光学容许材料根据它们的功能提供了必需的透光性，并且可在长的时间段内植入眼中。在选择这些材料时必须考虑到免疫反应、生物可降解性(或缺少生物可降解性)，以及其它各种生理因素。对于本发明的许多结构，建议丙烯酸族的聚合物以及高分子化合物。
下列专利和公开的专利申请通过引用并入本文：
US 2004/018279
US 7,025,783
US 5,443,506
上文中第四段至第七段中讨论的专利也通过引用并入本文中。
应当理解的是，上述实施例仅构成了根据本发明的植入眼睛中的可调节晶状体组件的示例，并且本发明的范围充分地包含对于本领域技术人员显而易见的其它实施例。例如，尽管描述了人的晶状体组件的植入，该组件显然可适用于其它动物。显然，如上所述的不同特征的任何和所有可能的改变和/或组合在本发明的范围之内。

Claims (18)

1.一种可植入界面折射眼用晶状体组件，其响应于所述晶状体的用户的变化的生理需求而调节所述晶状体组件的焦距，所述晶状体包括柔性视觉室和协作的支撑襻：
所述视觉室由相对的、大致平行的视觉透明的圆盘限定，所述圆盘在它们的边缘处柔性地联接并且间隔开以限定闭合的流体室，所述流体室包括第一液体和第二液体，所述液体具有不同的折射率并且是不可混合的从而在它们之间限定球形或扁豆状的界面；
所述支撑襻与所述视觉室的边缘联接并且与所述流体室联接，以使得向所述支撑襻施加力使所述流体室变形并且改变液体界面的球形；
由此，所述晶状体的所述焦距响应于向所述支撑襻施加力而改变以改变所述用户的聚焦。
2.一种利用可调节型界面折射可调节晶状体来校正视觉活动的方法，所述方法包括如下步骤：
在需要使用可调节型界面折射可调节晶状体进行替换时，替换患者的眼睛的有缺陷的天然晶状体；
使得所述界面折射可调节晶状体适应患者的需求以通过改变屈光度强度来改变眼睛的焦点且因此改变所述界面折射可调节晶状体的焦点，其中，所述界面折射可调节晶状体的屈光度强度变化至少为2个屈光度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，屈光度变化至少为3个屈光度。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，屈光度变化至少为6个屈光度。
5.一种可植入界面折射眼用晶状体组件，其响应于所述晶状体的用户的变化的生理需求而调节所述晶状体组件的焦距，所述晶状体包括柔性视觉室和协作的支撑襻；
所述视觉室由相对的、大致平行的视觉透明的圆盘限定，所述圆盘在它们的边缘处柔性地联接并且间隔开以限定闭合的流体室，所述流体室包括第一液体和第二液体，所述第一液体和所述第二液体具有不同的折射率，所述液体由光学容许的隔膜分离，所述隔膜与所述圆盘的边缘接合以在液体之间限定球形或扁豆状的界面；
所述支撑襻与所述视觉室的边缘联接并且与所述流体室联接，以使得向所述支撑襻施加力使所述流体室变形并且改变液体界面的球形；
由此，所述晶状体的所述焦距响应于向所述支撑襻施加力而改变以改变所述用户的聚焦。
6.根据权利要求5所述的晶状体组件，其中，所述晶状体组件是可折叠的。
7.根据权利要求6所述的晶状体组件，其中，能够使用人工晶状体喷射器将所述晶状体植入到眼睛中。
8.根据权利要求5所述的晶状体组件，其中，第一液体和第二液体的折射率之差(ΔRI)至少约为0.1。
9.根据权利要求5所述的晶状体组件，其中，所述折射率之差(ΔRI)至少约为0.2。
10.一种利用可调节型界面折射可调节晶状体来校正视觉活动的方法，所述方法包括如下步骤：
在需要使用可调节型界面折射可调节晶状体进行替换时，替换患者的眼睛的有缺陷的天然晶状体；
使得所述界面折射可调节晶状体适应患者的需求以通过改变屈光度强度来改变眼睛的焦点且因此改变所述界面折射可调节晶状体的焦点，其中，所述界面折射可调节晶状体的屈光度强度变化至少为2个屈光度；
其中，所述界面折射可调节晶状体采用具有不同折射率的液体来限定界面。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述界面折射可调节晶状体屈光度强度变化响应于睫状肌收缩而发生。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述界面折射可调节晶状体使用压电响应来改变界面。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述界面折射可调节晶状体利用机械地施加力来改变界面。
14.一种可植入界面折射可调节眼用晶状体组件，其响应于所述晶状体的用户的变化的生理需求而调节所述晶状体组件的焦距，所述晶状体包括柔性视觉室和协作的支撑襻：
所述视觉室由相对的、大致平行的视觉透明的圆盘限定，所述圆盘在它们的边缘处柔性地联接并且间隔开以限定闭合的流体室，所述流体室包括第一液体和第二液体，所述液体具有不同的折射率并且是不可混合的从而在它们之间限定球形或扁豆状的界面；
所述支撑襻与所述视觉室的边缘联接并且与所述流体室联接，以使得向所述支撑襻施加力使所述流体室变形并且改变液体界面的球形；
其中，所述支撑襻限定了内室，支撑襻室与所述视觉室流体连通，以使所述支撑襻的向后移位使得流体流入所述视觉室中，
由此，所述晶状体的所述焦距响应于向所述支撑襻施加力而改变以改变所述用户的聚焦。
15.根据权利要求14所述的眼用晶状体，其中，所述第一液体和所述第二液体由视觉透明的、弹性隔膜分离。
16.根据权利要求14所述的眼用晶状体，其中，所述隔膜附接至所述圆盘的限定闭合流体室的边缘以使所述隔膜的周边至少部分地分离所述盘。
17.根据权利要求14所述的眼用晶状体，其中，所述隔膜具有变化的厚度。
18.根据权利要求14所述的眼用晶状体，其中，所述隔膜布置在所述圆盘之间。
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