Устройство и способ получения клинических офтальмологических оптических аберраций высшего порядка
Изобретение относится к медицине. Оптическое устройство для получения субъективных аберраций высшего порядка для выполнения офтальмологической коррекции у пациента, содержащее телескоп, регулируемый оптический узел, генерирующий аберрации, который содержит генератор аберраций и призматический узел или узел зеркал с воздушными прослойками; при этом генератор аберраций располагается у апертурной диафрагмы телескопа и содержит пару сопряженных многокомпонентных пластин, установленных на зрительном пути в зрачковой плоскости указанного регулируемого оптического узла, при этом указанный регулируемый оптический узел выполнен с возможностью внесения аберраций высшего порядка управляемой величины в зрачковую плоскость глаза испытуемого объекта. Применение данного изобретения позволит улучшить офтальмологическую коррекцию у пациента посредством определения субъективных аберраций высшего порядка. 7 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.
ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка является выделенной заявкой заявки США № 61/303753, поданной 12 февраля 2010 г., и испрашивает приоритет в соответствии с параграфом 121 раздела 35 Свода законов США.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к промышленному образцу и способам совершенствования окончательного назначения индивидуальной коррекции зрения. Сфероцилиндрическая коррекция хорошо известна и получила широкое применение. Однако индивидуальная коррекция зрения может включать не только традиционную сфероцилиндрическую коррекцию, но также коррекцию аберраций высшего порядка, таких как сферическая аберрация, требующих более точного определения субъективно приемлемого окончательного назначения. Существующие на данный момент устройства для измерения аберраций измеряют только объективные значения аберраций и не предоставляют оптимальных и субъективно приемлемых значений аберраций высшего порядка для разработки индивидуальной офтальмологической коррекции. Настоящее изобретение предлагает устройство и способ совершенствования назначения индивидуальной офтальмологической коррекции, включая линзы или хирургию.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству, позволяющему определить приемлемый субъективный уровень коррекции аберрации высшего порядка, такой как сферическая аберрация. Результаты можно использовать для формирования индивидуальной офтальмологической коррекции сфероцилиндрических рефракционных ошибок и аберраций высшего порядка, таких как сферические аберрации (в том числе, коррекции при помощи линз или рефракционной хирургии).
В дополнительном аспекте устройство содержит пару сопряженных многокомпонентных пластин, установленных на зрительном пути и вносящих заданное контролируемое количество аберраций. Указанная пара сопряженных многокомпонентных пластин содержит фазовые пластины, расположенные в зрачковой плоскости указанного регулируемого оптического узла так, что обеспечивают внесение аберраций высшего порядка заданной управляемой величины в волновой фронт глаза в результате латерального смещения на откалиброванное расстояние.
В еще одном аспекте настоящего изобретения генератор аберраций устанавливают на конце телескопа Кеплера с увеличением 1X, в результате чего достигают эффективного сопряжения между зрачком глаза и аберрациями, создаваемыми генератором.
В еще одном аспекте настоящего изобретения генератор аберраций выполнен с использованием фазовых пластин, расположенных в зрачковой плоскости оптического узла.
В еще одном аспекте настоящего изобретения пробные офтальмологические линзы вводят в зрительный путь в зрачковой плоскости оптического узла.
В еще одном аспекте настоящего изобретения в генераторе аберраций используют призматический узел или узел зеркал с воздушными прослойками с целью формирования прямого изображения, создаваемого оптическим узлом, и сохранения ориентации рассматриваемого объекта.
В еще одном аспекте настоящего изобретения используют перископический узел, состоящий из двух зеркал с воздушной прослойкой, который служит для совмещения линии прямой видимости оптического узла и линии прямой видимости объекта.
В еще одном аспекте настоящего изобретения система освещения с инфракрасным светодиодом выполнена с возможностью освещения зрачка объекта для центрирования устройства по линии прямой видимости объекта.
В еще одном аспекте настоящего изобретения предусматривают приемник для пробных офтальмологических линз, выполненный с возможностью введения в зрительный путь в зрачковой плоскости указанного регулируемого оптического узла.
В еще одном аспекте настоящего изобретения перед линзами объектива оптического узла устанавливают светоделитель, позволяющий регулировать и контролировать центрирование зрачка испытуемого объекта относительно телескопа, а также размер зрачка и линию прямой видимости испытуемого объекта.
В еще одном аспекте настоящего изобретения способ формирования и осуществления индивидуальной офтальмологической коррекции включает получение для данного пациента объективных сфероцилиндрических параметров рефракции низшего порядка, субъективных сфероцилиндрических параметров рефракции, объективных значений аберраций высшего порядка, субъективных значений аберраций высшего порядка, таких как сферическая аберрация, формирование и изготовление индивидуальной офтальмологической линзы в соответствии с одним из или со всеми указанными измерениями и установку линзы в глаз, на глаз или перед глазом пациента.
В еще одном аспекте настоящего изобретения способ формирования и осуществления индивидуальной офтальмологической коррекции включает получение для данного пациента объективных сфероцилиндрических параметров рефракции объективных значений аберраций высшего порядка, субъективных значений аберраций высшего порядка, таких как сферическая аберрация, формирование индивидуального хирургического профиля и применение указанной коррекции к глазу с использованием соответствующих способов.
В еще одном аспекте настоящего изобретения способ осуществления офтальмологической коррекции включает стадии получения данных о сфероцилиндрической рефракции низшего порядка, субъективных данных о рефракции высшего порядка и стадию осуществления коррекции зрения.
В еще одном аспекте настоящего изобретения индивидуальные субъективные данные об аберрациях высшего порядка считают частью высшего порядка.
В еще одном аспекте настоящего изобретения индивидуальные субъективные данные об аберрациях высшего порядка являются усредненными по множеству файлов.
В еще одном аспекте настоящего изобретения субъективные данные об аберрациях высшего порядка для большой группы населения считают частью высшего порядка.
В еще одном аспекте настоящего изобретения субъективная аберрация является ротационно симметричной.
В еще одном аспекте настоящего изобретения субъективная аберрация является сферической.
В еще одном аспекте настоящего изобретения субъективная аберрация является неротационно симметричной.
В еще одном аспекте настоящего изобретения субъективная аберрация является несимметричной.
В еще одном аспекте настоящего изобретения субъективная аберрация является трилистниковой.
В еще одном аспекте настоящего изобретения субъективную аберрацию получают с использованием генератора аберраций непрерывного действия.
В еще одном аспекте настоящего изобретения субъективные данные об аберрациях высшего порядка для подгруппы населения считают частью высшего порядка.
В еще одном аспекте настоящего изобретения собирают данные, описывающие степень, диапазон, разрешение и переносимость субъективной офтальмологической коррекции высшего порядка.
В еще одном аспекте настоящего изобретения способы формирования офтальмологической коррекции, включающей субъективную коррекцию аберраций высшего порядка, кодируют в форме инструкций, например машинных команд, и вносят в программу компьютера.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На ФИГ. 1 представлено устройство, используемое для определения субъективных значений аберраций высшего порядка.
На ФИГ. 2 представлено схематичное изображение устройства, подобного представленному на фигуре 1, где показаны входящие в устройство оптические элементы, генерирующие и определяющие субъективные значения аберраций высшего порядка.
На ФИГ. 3 графически представлены данные о распределении по возрасту объектов, принимавших участие в клиническом испытании, проведенном с использованием устройства, обладающего признаками изобретения.
На ФИГ. 4 показана оптометрическая таблица.
На ФИГ. 5A графически представлены данные, демонстрирующие результаты измерения субъективной сферической аберрации у разных объектов, проводимого монокулярно по оптометрической таблице.
На ФИГ. 5B графически представлены данные, демонстрирующие результаты измерения субъективной сферической аберрации у разных объектов, проводимого бинокулярно по оптометрической таблице.
На ФИГ. 5C графически представлены данные, демонстрирующие результаты измерения субъективной сферической аберрации у разных объектов, проводимого монокулярно по фотографическому изображению.
На ФИГ. 5D графически представлены данные, демонстрирующие результаты измерения субъективной сферической аберрации у разных объектов, проводимого бинокулярно по фотографическому изображению.
На ФИГ. 6 представлен график соотношения измерений субъективной и объективной сферических аберраций.
На ФИГ. 7 графически представлены данные, демонстрирующие чистую разность значений сферической аберрации для разных объектов.
На ФИГ. 8A представлен график измерений субъективной сферической аберрации и объективной сферической аберрации для первого объекта.
На ФИГ. 8B представлен график измерений субъективной сферической аберрации и объективной сферической аберрации для второго объекта.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству, которое можно применять для более точного формирования индивидуальной офтальмологической коррекции, включающей в себя офтальмологические линзы, способы использования и назначения таких линз, а также в рефракционной хирургии. Под офтальмологическими линзами понимают контактные линзы, очковые линзы, интраокулярные линзы, имплантируемые или накладные линзы. Офтальмологические линзы предпочтительно представляют собой контактные линзы. Офтальмологическая линза предпочтительно представляет собой индивидуальную контактную линзу, учитывающую субъективно оптимизированные значения аберраций высшего порядка. Под рефракционной хирургией понимают операции Lasik, Lasek, PRK и т.п.
Под аберрациями высшего порядка понимают такие аберрации, как сферическая аберрация, несимметричная аберрация (кома), трилистниковая аберрация или другие аберрации, отличные от нуля или от аберраций первого порядка, таких как сферическая или астигматическая ошибка рефракции. Аберрации высшего порядка предпочтительно представляют собой сферическую аберрацию.
Под оптическим узлом или устройством понимают бинокулярную или монокулярную оптическую систему, выполненную с возможностью центрирования и позволяющую рассматривать целевой объект с заданного расстояния, в том числе, в оптической бесконечности или вблизи, и вносить контролируемое количество аберраций высшего порядка.
В целях получения данных, необходимых для коррекции зрения, проводят различные измерения, на основе которых осуществляют назначение и формирование линзы. Традиционные способы определения сфероцилиндрической рефракции с применением ретиноскопа, авторефрактора, такого как Nidek ARK-700A (Nidek Co., Ltd., г. Гамагори, префектура Айти, Япония) и т.п., позволяют получить сфероцилиндрические параметры корректирующего назначения низшего порядка. Эти данные дополнительно субъективно уточняют с использованием фороптера, такого как Nidek RT-5100 (Nidek Co., Ltd., г. Гамагори, префектура Айти, Япония) и т.п., что позволяет получить обычные значения низшего порядка - сферическую оптическую силу, цилиндрическую оптическую силу и ось цилиндра. Для проведения рефракционной коррекции высшего порядка используют измерения, полученные с помощью датчика волнового фронта. Данные волнового фронта глаз пациента получают с помощью датчика волнового фронта, например COAS (Wavefront Sciences Inc, г. Альбукерке, штат Нью-Мексико). Полученные данные волнового фронта, как правило, представлены в виде коэффициентов разложения по полиномам Цернике, но могут также быть представлены в виде набора высот волнового фронта в точках с заданными декартовыми или полярными координатами. Предпочтительная система определения коэффициентов Цернике описана как способ Американского оптического общества (OSA) в ANSI Z80.28 и включена в настоящий документ путем ссылки.
Способ формирования офтальмологической коррекции можно применять для конкретных людей с индивидуальным подбором линз или можно усреднять по большой группе населения или подгруппе населения. Данные, полученные с помощью данного способа, можно собирать с целью описания степени, диапазона, разрешения и переносимости субъективной офтальмологической коррекции высшего порядка. Базовые объективные значения параметров рефракции низшего порядка можно определить, используя ретиноскоп, авторефрактор и т.п. Получение субъективных параметров рефракции низшего порядка возможно при помощи фороптера и т.п. Объективные значения аберраций высшего порядка можно получить с помощью датчика волнового фронта и т.п., а субъективные значения рефракции высшего порядка можно получить с помощью устройства и способа, составляющих предмет настоящего изобретения. В способах назначения и обеспечения индивидуальных офтальмологических коррекций, обладающих признаками изобретения, принимают во внимание субъективное восприятие рефракционных элементов высшего порядка.
Сферическую аберрацию определяют описанным ниже образом. Измерение сферической аберрации глаза имеет несколько различных форматов. Первый формат происходит из технической оптики, в которой аберрации измеряют в волнах или в микронах расстояния от базы. Второй формат относится к офтальмологической оптике, в которой аберрации рассматривают как ошибку оптической силы (или иногда как коррекцию оптической силы), измеряемую в диоптриях. Упростить перевод значений между этими двумя форматами помогает уравнение зависимости ошибки оптической силы от радиуса (уравнение 1):
где r - немасштабированный радиус зрачка, а W(r) - радиально-зависимая волновая функция аберрации. Волновую функцию аберрации, описывающую сферическую аберрацию, можно записать в виде зависимости от r (уравнение 2):
где W040 - член разложения волнового фронта для сферической аберрации, и rmax - максимальная радиальная протяженность. Объединив уравнения и, можно получить соотношение между выражениями волновой аберрации и ошибки оптической силы применительно к сферической аберрации (уравнение 3):
Иногда необходимо дополнительно выразить сферическую аберрацию в виде величины, не зависящей от радиуса зрачка. Для этого в офтальмологической оптике обычно проводят нормализацию (уравнение 4) ошибки оптической силы к rmax 2:
(4)
В качестве единиц измерения в уравнении обычно используют мм-3 или дптр/мм2. Это отношение использовали для преобразования значений сферической аберрации, полученных с помощью устройства, обладающего признаками изобретения, в ошибку оптической силы, соответствующую соглашению, принятому в офтальмологии. Таким образом, сферическая аберрация выражается в дптр/мм2. Аналогичным образом можно определять сходные соотношения между описаниями других аберраций высшего порядка, принятыми в технической оптике и офтальмологии.
Формирование оптического узла включает генерацию переменных и контролируемых аберраций непрерывным образом. Пластины с боковым смещением для получения переменной аберрации были предложены Palusinski, et al. [21]. Данный метод получения аберраций является развитием метода линз переменной оптической силы, предложенного Luis W. Alvarez [26], которые общеизвестны как «линзы Альвареца». На пути луча устанавливают пару сопряженных многокомпонентных пластин. Относительное латеральное смещение пластин в противоположные друг от друга стороны действует на волновой фронт, проходящий через пластины, как операция дифференцирования. Найденное Альварецом решение имело вид многокомпонентной поверхности третьего порядка, которое в результате смещения генерировало волновой фронт второго порядка (дефокусировка или оптическая сила). Общее решение, найденное Palusinski, et al., описывает поверхности, необходимые для получения всех аберраций волнового фронта третьего порядка. При получении сферической аберрации соответствующий профиль многокомпонентной поверхности T(x, y) имеет пятый порядок и описывается уравнением 5:
где k - поправочный коэффициент. При смещении пластин вдоль оси x на равное и противоположное по знаку расстояние a и -a, пластины будут генерировать аберрацию волнового фронта W(x,y), описываемую уравнением 6:
где κ=2k(n-1) представляет собой константу для данной конструкции. Из уравнения (6) можно увидеть, что хотя, в первую очередь, получают нужные выражения волнового фронта сферических аберраций или четвертого порядка, также образуются дополнительные выражения для волнового фронта второго порядка (соответствующие дефокусировке и астигматизму). Эти дополнительные аберрации в данном способе генерации аберраций считают паразитными, и избавиться от них полностью невозможно, хотя при правильной конструкции системы их можно уменьшить до уровня ниже порога приемлемости.
Для сведения к минимуму образование данных паразитных аберраций и улучшения таким образом качества генерируемого волнового фронта сферической аберрации можно использовать два подхода. Первый подход связан с простой оценкой соотношения значений W(x,y), где полученные значения аберрации четвертого порядка (сферической аберрации) и аберраций второго порядка (дефокусировка и астигматизм) сравнивают по уравнениям (7) и (8):
и
где r2=x2+y2 определяет радиальную протяженность апертуры для волнового фронта в пластинах. Согласно уравнениям (7) или (8), сравнение по соотношению показывает, что если размер апертуры r больше величины смещения a, то величина генерируемой сферической аберрации будет намного больше величины образующихся паразитных аберраций. Фактически, чтобы пропорциональная доля образующихся паразитных аберраций начала быстро падать, отношение r к a не должно быть очень большим, поскольку для этого важен квадрат этого отношения.
Второй подход к уменьшению образования паразитных аберраций связан с использованием некоторых кубических членов в описании поверхности T(x, y), что позволяет сбалансировать аберрации волнового фронта второго порядка. Из простого изучения уравнения 6 не очевидно, какой коэффициент нужно добавить к каждому из кубических членов. Тем не менее, был выполнен анализ с использованием многокомпонентных выражений Цернике, имеющих минимальную степень свободы, что позволило определить соответствующие коэффициенты кубических членов. В данном анализе поверхность T(x, y) сначала преобразуют в эквивалентную поверхность Цернике, а затем отбрасывают все члены ниже пятого порядка. Поскольку полученный волновой фронт приблизительно представляет собой производную от уравнения поверхности, то волновой фронт, полученный по отброшенным членам уравнения поверхности, определенно, лишь добавил бы отклонение к суммарному волновому фронту. В результате удаления членов Цернике низших порядков из T(x, y) полученные поверхности при смещении должны генерировать волновой фронт четвертого порядка с минимальным количеством остаточных паразитных аберраций. В результате обратного преобразования поверхности в исходную многокомпонентную форму получили приведенную ниже модифицированную форму уравнения (5), обозначенную как уравнение (9):
Необходимо отметить, что дополнительные члены уравнения 9 уменьшают влияние паразитных аберраций по всему диапазону латеральных смещений. Если необходимо получить асимметричный диапазон значений сферической аберрации, или если паразитные аберрации в районе нулевого значения сферической аберрации нужно контролировать в большей степени, чем в районе границы диапазона, то кубические члены уравнения 9 следует изменить соответствующим образом.
Поскольку настоящее устройство предназначено для проверки зрения человека, диапазон значений коррекции сферической аберрации должен отражать диапазон значений сферической аберрации, наблюдаемый у населения. На основании приведенных в публикации Porter, et al. данных при исследовании 218 глаз, среднее значение измеренной сферической аберрации при зрачке 5,7 мм составило приблизительно +0,14 мкм (Z4,0). Если преобразовать это значение в выражение аберрации волнового фронта W040 для зрачка 6 мм, получится среднее значение по популяции, составляющее приблизительно +3,9 волн сферической аберрации с λ=594 нм. Отметки погрешностей, представленные в этом исследовании, также показывают, что индивидуальные разбросы могут составлять до 3 волн в обе стороны от среднего значения. Для предоставления широкого диапазона коррекции переменной сферической аберрации для населения в целом устройство должно быть выполнено с возможностью генерации до 7 волн отрицательной сферической аберрации и до приблизительно 2 волн положительной сферической аберрации.
Другой генератор аберраций непрерывного действия включает две вращающиеся в противоположном направлении пластины Цернике (Acosta и Bara, 2005 г.). Использование таких вращающихся пластин сходно с уже описанными идеями, где две сопряженные поверхности Цернике создают переменные аберрации при вращении относительно друг друга. Такая концепция является приемлемой, поскольку вращательное движение зачастую легче получить, чем боковое. Конструкция с вращающейся пластиной предоставляет альтернативное решение для введения в визуальную систему неротационно симметричных аберраций высшего порядка. В альтернативном аспекте, аберрации можно вводить в оптический узел иными способами, в том числе, с помощью пространственного модулятора света, пластины Фреснеля, адаптивного оптического устройства, деформируемого зеркала и т.п.
Некоторые офтальмологические устройства могут быть разработаны для обеспечения эффективной работы только в осевом направлении, но такая конструкция бесполезна для визуальных устройств, для которых желательно, чтобы глаз рассматривал окружающие объекты естественным образом. Для формирования корректора сферических аберраций для работы в небольшом поле зрения (±4°) коррекцию волнового фронта необходимо отображать прямо в зрачок глаза. Это условие позволяет избавиться от проявления внеосевых ошибок в волновом фронте. Отображение в зрачок глаза признают важным фактором для коррекции аберраций высшего порядка в небольшом поле зрения.
Один из простейших способов отображения коррекции сферической аберрации в зрачок глаза представляет собой размещение генератора аберраций у апертурной диафрагмы оптического узла, например телескопа Кеплера с увеличением 1X, и размещение глаза у реального выходного зрачка телескопа. При нахождении генератора аберраций у диафрагмы пучок лучей при всех углах зрения будет проходить через центр генератора. Данный телескоп выполнен с возможностью работы в поле зрения ±4°. Разные поля хорошо сходятся в выходном зрачке. Благодаря тому, что реальный выходной зрачок находится вне телескопа, телескоп Кеплера с увеличением 1X позволяет эффективно соединить зрачок глаза и отображаемое изображение со скорректированной аберрацией. В альтернативном варианте осуществления можно использовать систему оптических реле, отличную от телескопа Кеплера.
Для улучшения общих характеристик системы можно вносить изменения в данную базовую конструкцию. С помощью соответствующих методов формирования линз, используя такие конструкционные особенности как множество поверхностей телескопа и принимая во внимание оптический путь через пластины генератора аберраций, можно добиться ахроматизации телескопа и уменьшения аберраций волнового фронта. Кроме того, поскольку телескоп Кеплера создает зеркальное изображение, изображение нужно восстановить в том случае, если прибор должен сохранять ориентацию рассматриваемого объекта. Как правило, в стандартной бинокулярной конструкции для этого служит призматический узел, но данную операцию также можно выполнить с использованием зеркал с воздушной прослойкой. Четыре отражения в системе формирования прямого изображения, как правило, сопровождаются отклонением от линии прямой видимости и, возможно, изменением межзрачкового расстояния. Поскольку прибор разработан для наиболее полного сохранения картины, наблюдаемой объектом, в нем используют два дополнительных зеркала в перископической конфигурации, совмещающих линию прямой видимости телескопа с линией прямой видимости объекта.
Также для настоящего изобретения важен размер зрачка. В примерах, представленных в настоящем документе, использовали естественные зрачки, что требовало поддержания стабильного уровня освещенности. Расширение зрачков в результате введения каких-либо препаратов не происходило. Для измерений сферической аберрации наиболее благоприятным оказался низкий уровень освещенности, поскольку эффекты сферической аберрации усиливались при увеличенном из-за малого количества света размере зрачка. Освещенность рассматриваемых целевых объектов поддерживали на уровне приблизительно 48 люкс. Целевые значения освещенности двух рассматриваемых целевых объектов немного различались вследствие преобладания белого поля на оптометрической таблице. После потерь передачи света в устройстве, обладающем признаками изобретения, которые составляли приблизительно 50%, эффективная освещенность на уровне глаза составила 5,6 кд/м2 и 3,3 кд/м2 для оптометрической таблицы и фотографии, соответственно. При использовании аберрометра волнового фронта Шака-Хартмана освещение регулировали таким образом, чтобы при получении данных объективных показателей были использованы сходные условия освещенности.
Хотя размеры естественных зрачков в данных условиях составляли от 5 мм до 8 мм, любые сравнения сферической аберрации необходимо было проводить при стандартном диаметре зрачка. Значения сферической аберрации калибровали для зрачка размером 6 мм, и поскольку данные калибровочные значения были одинаковыми для всех объектов, никакие дополнительные преобразования, относящиеся к размеру зрачка, не требовались. Поскольку измерения, выполненные датчиком Шака-Хартмана, являлись объективными показателями сферической аберрации, которые можно было использовать для сравнения, эти наборы данных также соответствующим образом масштабировали для приведения к размеру зрачка 6 мм.
Данные топографии роговицы пациента необязательно получают с помощью такого устройства, как Keratron или Keratron Scout (Optikon 2000, г. Рим, Италия). Принцип действия таких устройств заключается в интерпретации отражения множества колец, спроецированных на роговицу. Данные топографии роговицы доступны в нескольких форматах. Представление роговой оболочки глаза в виде карты элевации поверхности роговицы является предпочтительным для целей настоящего изобретения форматом. Данные по топографии роговицы можно использовать для индивидуального формирования контактной линзы посредством использования таких данных для направленного выбора наиболее предпочтительной формы задней поверхности контактной линзы. Топографические данные также применимы для выяснения места расположения источника глазных аберраций - в роговице или внутри глаза.
В предпочтительном варианте осуществления формируют индивидуальную офтальмологическую линзу, учитывающую субъективно оптимизированные значения как сфероцилиндрической размытости изображения низших порядков, так и аберраций более высоких порядков, например, сферической аберрации. Для оптимизации и повышения точности назначения индивидуальной офтальмологической линзы в рецепт включают один из или все эти параметры.
Сферическая аберрация влияет на зрение в разной степени, в зависимости от условий зрения, аккомодации и индивидуальных особенностей глаза, но она ограничивает способность глаза к формированию на сетчатке четкого изображения. Хотя можно провести объективные измерения и определить уровни различных аберраций в глазу (в том числе, сферической аберрации), в зрительной системе человека есть и другие факторы, влияющие на то, что мы «видим». Следовательно, подход к коррекции зрения, основывающийся целиком на объективных измерениях аберраций глаза, необязательно обеспечит улучшение зрения.
Конструкция устройства, составляющего предмет настоящего изобретения, дает пользователю возможность варьировать значение сферической аберрации, вводимой в зрительную систему. Устройство изображено на фигуре 1. Объект смотрит через устройство на визуальный стимул и имеет возможность регулировать сферическую аберрацию до тех пор, пока не получит наилучшее изображение. В альтернативном варианте осуществления пользователь совместно со специалистом определяют наилучший конечный результат посредством психофизических вопросов. Регулировка устройства непосредственно аналогична такой настройке бинокля рукояткой фокусировки, которая позволяет пользователю добиться наилучшего изображения при просмотре через его окуляр. Регулировку устройства осуществляют поворотом на два микрометра (по одному на глаз), пока объект не получит наилучшее изображение.
На фигуре 2 представлен оптический путь для одной стороны или одного окуляра устройства, составляющего предмет настоящего изобретения. Значение аберрации изменяется путем механического перемещения генераторов переменных аберраций непрерывного действия (2). Эти генераторы представляют собой прозрачные фазовые пластины, установка которых на оптическом пути вызывает сферическую аберрацию. Необходимо наличие двух фазовых пластин в оптическом пути для каждого глаза. Значение генерируемой сферической аберрации можно регулировать путем латерального перемещения пластин относительно друг друга. Для того чтобы испытуемый объект мог видеть целевой объект на заданном расстоянии, предусмотрена соответствующая телескопическая установка. Объектив телескопа (1) отделен от окуляра (6) телескопа.
Аберрацию, вызванную генераторами аберрации (2), отображают в зрачок глаза (7). Для поворота изображения в исходное положение предусмотрены дополнительные зеркала или призмы (4, 5). Человек, смотрящий через устройство, будет таким образом видеть перед собой ту же картину в правильном положении, но с дополнительными эффектами сферической аберрации на изображении. Объект, использующий устройство, вращает рукоятку микрометра (8), изменяя величину аберрации, вводимой в систему. В альтернативном варианте осуществления это может быть электронное звено, такое как джойстик, рукоятка и т.п.
Устройство центрируют по глазам объекта перед каждым испытанием, используя перемещаемые вручную платформы (3). Для увеличения точности позиционирования при центрировании используют видеокамеру, установленную на оптическую платформу, и подсвечивают глаза для камеры с помощью светодиодов (9), по одному на глаз. Эти светодиоды испускают свет в ближней инфракрасной части спектра предпочтительно с пиком в районе длины волны 865 нм с шириной спектра на уровне 50% амплитуды 90 нм. После центрирования светодиоды (9) отключают и снимают камеру с платформы. В ходе испытания используют только стандартное комнатное освещение и (или) управляемое освещение оптометрической таблицы или фотографии.
В альтернативном варианте осуществления светоделитель посылает изображение зрачка (перпендикулярно к оптической плоскости) на стационарную видеокамеру (10), что дает возможность постоянно отслеживать положение зрачка относительно оптической оси системы. При такой конфигурации видеокамера выводит изображение на монитор, и специалист регулирует центрирование системы так, чтобы зрачок находился по центру апертуры, отображаемой на мониторе и, следовательно, в центре системы. Камера предпочтительно может включать систему, такую как камера PixeLink PL-B741EU-R с установленным компактным объективом Шнайдера с эффективным фокусным расстоянием 23 мм и цветокоррекцией. Это камера с разрешением 1,3 мегапикселя, монохромная, с усилением инфракрасного света, подключаемая к порту USB.
Подобно тому, как окулист по субъективным ответам пациента пишет стандартное назначение сфероцилиндрической коррекции, устройство, составляющее предмет настоящего изобретения, используют для получения субъективного впечатления о влиянии аберраций, например, сферической аберрации, на зрение человека, а также о том, какой уровень коррекции пациент субъективно сочтет предпочтительным. Устройство, составляющее предмет настоящего изобретения, дает пользователю возможность рассматривать любой визуальный стимул и регулировать уровень аберраций, пока не будет получено наилучшее и наиболее приемлемое изображение. Субъективное измерение сферической аберрации при помощи устройства и способа, составляющих предмет настоящего изобретения, дает возможность решить, что можно считать «наилучшим зрением», при участии сигналов всей зрительной системы (включая мозг).
Способы, составляющие предмет настоящего изобретения, можно реализовать посредством регистрации данных, полученных в ходе испытаний и измерений, выполненных устройством, составляющим предмет настоящего изобретения. Регистрированные данные можно предоставить в любом допустимом формате, включая письменный, записанный на пленку или электронный. Данные об аберрациях, записанные подобным образом, можно преобразовать в формат, применяемый при осуществлении офтальмологической коррекции. Такая коррекция может охватывать локальный профиль оптической силы, фазовый профиль, профиль вогнутости или выпуклости и может применяться для осуществления необходимой офтальмологической коррекции с помощью линзы или применения рефракционной хирургии. Офтальмологическую коррекцию с помощью данного способа можно осуществлять с целью улучшения зрения.
Способы, составляющие предмет настоящего изобретения, могут быть реализованы как машиночитаемые коды на машиночитаемом носителе. Машиночитаемый носитель представляет собой любое устройство для хранения данных, которое может хранить данные с их последующим считыванием в компьютерную систему. Примеры машиночитаемого носителя включают постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, диски CD-ROM и DVD, магнитную ленту, оптические устройства хранения информации. Машиночитаемый носитель может также быть распределен по группе связанных сетью компьютеров так, что указанные машиночитаемые коды хранят и выполняют в распределенной среде.
Настоящее изобретение может быть практически реализовано с использованием технологий компьютерного программирования и разработки, включая компьютерное программное обеспечение, прошивки, аппаратное обеспечение или любое их сочетание или комплект. Любая подобная готовая программа, имеющая совокупность машиночитаемых кодов, может быть осуществлена или записана на один или более машиночитаемых носителей, тем самым представляя собой компьютерный программный продукт, т.е. изделие, изготовленное в соответствии с принципами настоящего изобретения. Машиночитаемые носители могут представлять собой, например, жесткий диск, гибкий диск, оптический диск, магнитную ленту, полупроводниковое запоминающее устройство, такое как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и т.д., либо могут представлять собой любую приемо-передающую среду, такую как сеть Интернет или иную сеть или систему связи. Изделие, содержащее компьютерные программы, может быть получено и (или) использовано путем запуска программы непосредственно с одного носителя, путем копирования программы с одного носителя на другой носитель или путем передачи программы по сети. Устройства, составляющие предмет настоящего изобретения, могут также представлять собой одну или более систем обработки данных, включающих, помимо прочего, центральный процессор (ЦП), память, устройства хранения, устройства обеспечения связи/подключения к сети, серверы, устройства ввода/вывода либо любую часть одной или более систем обработки данных, включая программное обеспечение, прошивку, аппаратное обеспечение или любое их сочетание или комплект, которые используют при реализации настоящего изобретения, сформулированного в представленных ниже пунктах формулы изобретения.
Информацию от пользователя можно вводить с использованием клавиатуры, мыши, пера, голоса, сенсорного экрана или иного средства, с помощью которого человек может вводить данные в компьютер, в том числе включая другие программы, например, прикладные программы.
Специалист в области информационных технологий сможет совместить описываемое в настоящей заявке программное обеспечение с соответствующим компьютерным аппаратным обеспечением общего или специального назначения для создания компьютерной системы или подсистемы, реализующей способ, составляющий предмет настоящего изобретения.
Способы, реализованные, например, в машинных инструкциях на машиночитаемом носителе, используют для получения описанных выше конструкций линз. Созданные в соответствии с одним из описанных выше способов конструкции линз используют для изготовления линз. Линзы предпочтительно представляют собой контактные линзы. Типичные материалы для изготовления мягких контактных линз, помимо прочего, включают силиконовые эластомеры, силиконсодержащие макромеры, которые, помимо прочего, включают макромеры, описанные в патентах США №№ 5371147, 5314960 и 5057578, которые полностью включены в настоящую заявку путем ссылки, гидрогели, силиконсодержащие гидрогели и т.п., а также их комбинации. Поверхность более предпочтительно представляет собой силоксан или материал, имеющий характеристики силоксана, в том числе, помимо прочего, макромеры полидиметилсилоксана, метакрилоксипропилсилоксаны и их смеси, силиконгидрогель или гидрогель. Примеры таких материалов включают, помимо прочего, аквафилкон, этафилкон, генфилкон, ленефилкон, сенофилкон, балафилкон, лотрафилкон, галифилкон и нарафилкон.
Для полимеризации материала линз можно применять любые подходящие способы. Например, материал можно поместить в форму для литья и полимеризовать с использованием термической, радиационной, химической, электромагнитной полимеризации и т.п., и их комбинации. Изготовление предпочтительно выполняют с использованием ультрафиолетового излучения или полного спектра видимого излучения. Более конкретно, точные параметры допустимых условий полимеризации материала линзы зависят от выбранного материала и изготавливаемой линзы. Соответствующие процессы описаны в патентах США №№ 4495313, 4680336, 4889664, 5039459 и 5540410, которые полностью включены в настоящую заявку путем ссылки.
Формирование контактных линз в рамках настоящего изобретения можно осуществлять любым удобным способом. Один из таких способов представляет собой изготовление вкладыша в форму на токарном станке. Вкладыши в форму в свою очередь используют для создания форм для литья. Затем соответствующий материал для изготовления линзы помещают в форму для литья, выполняют прессование и полимеризацию материала для изготовления линз, составляющих предмет настоящего изобретения. Для специалистов в данной области техники очевидно, что линзы в рамках настоящего изобретения можно изготавливать с использованием других известных способов.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Воспроизводимость субъективных измерений сферических аберраций с использованием устройства, обладающего признаками изобретения и представляющего предмет настоящего изобретения, оценивали на 14 объектов. Для каждого объекта всего потребовалось провести четыре сеанса измерения с двухдневными перерывами между сеансами. Возраст объектов должен был составлять от 18 до 39 лет, у них не должно было быть глазных инфекций или они не должны были принимать глазные препараты. Поскольку использованное устройство, обладающее признаками изобретения, не имело устройств коррекции оптической силы, объекты должны были иметь нормальное зрение, либо изначально, либо в результате коррекции с помощью сферических контактных линз. Перед участием в исследовании объекты проходили проверку остроты зрения, и для продолжения исследования требовалось получить оценку по меньшей мере 20/20-2 для каждого глаза. Всех объектов, прошедших проверку остроты зрения, также усаживали перед аберрометром Шака-Хартмана, разработанным и используемым в Университете Аризоны (Jain, 2006 г.), с помощью которого провели объективное измерение волнового фронта для каждого глаза. Если объект носил контактные линзы, измерения проводили при надетых контактных линзах. При значительной ошибке оптической силы или астигматизме один или оба глаза исключали из исследования.
Распределение объектов по возрасту представлено на фигуре 3; средний возраст составил 27 лет. Используя анализ объективных параметров Шака-Хартмана, для каждого глаза измерили обычную сфероцилиндрическую ошибку оптической силы и астигматизм, а также внутреннюю сферическую аберрацию. Каждый объект в течение каждого из четырех сеансов участвовал в 24 измерениях с использованием устройства, обладающего признаками изобретения. Использовали два рассматриваемых целевых объекта: оптометрическую таблицу ETDRS (фиг. 4) и реальное фотоизображение. Эти два вида целевых объектов имели разные пространственные частоты и уровни контраста и сменяли друг друга случайным образом на расстоянии 6,1 м (20 футов) от объекта. На каждом рассматриваемом целевом объекте измерения производили троекратно, и при каждом повторении выполняли как бинокулярные, так и монокулярные измерения. При каждом сеансе объект должен был регулировать сферическую аберрацию, добиваясь получения наилучшего изображения, видимого через устройство, обладающее признаками изобретения. Если диапазон приемлемых регулировок оказывался широким, объекта просили найти среднюю точку между двумя положениями, при которых ухудшение качества изображения становилось заметным. Порядок измерений в течение сеанса определяли случайным образом, но при каждом сеансе выполняли один и тот же набор из 24 измерений. Объекты проходили четыре сеанса, проводимые в разное время суток, за 7-15 дней.
Для каждого глаза использовали четыре режима измерения: монокулярное по оптометрической таблице, бинокулярное по оптометрической таблице, монокулярное по фотоизображению и бинокулярное по фотоизображению. Измерения в каждом режиме в течение сеанса производили троекратно. Вычисляли среднее значение и стандартное отклонение для 12 измерений в каждом режиме и для каждого глаза. Точки данных, выходящие за пределы 2 стандартных отклонений от среднего, удаляли, и среднее значение и стандартное отклонение пересчитывали для уменьшенного набора данных. В среднем использовали 11 или все 12 точек данных. Результаты субъективных измерений по каждому объекту показаны на фигурах 5A, 5B, 5C и 5D. На фигурах 5 данные для левых глаз обозначены ромбами, а для правых глаз - квадратами.
Сводная информация по измеренным значениям для каждого из четырех режимов измерений представлена в таблице 1. Значения стандартного отклонения отражают воспроизводимость для использованного устройства. Таблица 1 показывает, что средний пользователь обычно выбирает субъективную коррекцию аберрации в пределах 0,03 дптр/мм2. Для объектов средняя воспроизводимость по четырем режимам составила 0,031 дптр/мм2, со стандартным отклонением 0,015 дптр/мм2. У некоторых объектов наблюдался большой разброс, особенно заметный для данных объекта B.
| Таблица 1 | ||||
| Режим | Средняя субъективная СА (дптр/мм2) | Среднее станд. отклонение (дптр/мм2) | Максимальное среднее значение (дптр/мм2) | Минимальное среднее значение (дптр/мм2) |
| Монокулярный по оптометрической таблице | -0,048 | 0,030 | 0,007 | -0,161 |
| Бинокулярный по оптометрической таблице | -0,035 | 0,030 | 0,026 | -0,086 |
| Монокулярный по фотоизображению | -0,046 | 0,031 | 0,010 | -0,111 |
| Бинокулярный по фотоизображению | -0,033 | 0,034 | 0,034 | -0,107 |
На фигуре 6 представлен график соотношения субъективных значений аберрации и объективных показателей аберрации при монокулярном режиме измерений по оптометрической таблице и по фотоизображению для всех 24 глаз. Аппроксимация линейной регрессией показывает очень малую корреляцию между двумя измерениями. Ромбами обозначены данные, полученные на оптометрической таблице, а треугольниками - данные, полученные на фотоизображении. Наклон линии регрессии, принудительно проведенной через начало координат, составляет -0,5.
Значения, полученные с помощью устройства, обладающего признаками изобретения, и датчика волнового фронта Шака-Хартмана, можно использовать для получения итогового предпочтительного значения сферической аберрации для данного глаза. На фигуре 7 показаны расчетные итоговые значения сферической аберрации для каждого объекта. Ромбами обозначены данные, полученные на оптометрической таблице, а треугольниками - данные, полученные на фотоизображении. Данные по левому глазу показаны более темным цветом, чем данные по правому глазу. Изучение фигуры 7 отчетливо показывает наличие фундаментальных различий между объективным измерением и субъективным измерением сферической аберрации. Таким образом, очевидно, что общие итоговые или разностные значения сферической аберрации не только не равны нулю, но значительно различаются у разных объектов.
В альтернативном варианте осуществления устройства, в котором используется система со стационарной камерой 10, вариабельность субъективных измерений можно снизить. Оценку вариабельности измерения субъективной сферической аберрации провели на двух объектов, средний возраст которых составил 35 лет. Объекты не имели глазных инфекций, не принимали глазные препараты и изначально имели нормальное зрение (без обычных средств коррекции). Для каждого объекта по объективным данным, полученным датчиком Шака-Хартмана, определили обычную сфероцилиндрическую ошибку оптической силы и астигматизм, а также внутреннюю сферическую аберрацию. При объективном измерении аберрометром Шака-Хартмана и при измерении устройством, обладающим признаками изобретения, объект рассматривал один и тот же визуальный стимул (реальное фотографическое изображение на цифровом мониторе).
Измерения устройством, обладающим признаками изобретения, производили с использованием системы центрирования по видеокамере и без него. Измерения производили в ходе отдельных сеансов, в течение нескольких дней, и в ходе каждого сеанса регистрировали три субъективных измерения сферической аберрации.
Сводные значения измерений по каждому объекту приведены в таблице 2. Значения стандартных отклонений отражают воспроизводимость для использованного устройства, и видно, что стандартное отклонение существенно уменьшается при использовании системы центрирования с видеокамерой.
| Таблица 2 | ||||
| Режим | Объект 1: средняя субъективная СА (дптр/мм2) | Объект 1: среднее станд. отклонение (дптр/мм2) | Объект 2: средняя субъективная СА (дптр/мм2) | Объект 2: среднее станд. отклонение (дптр/мм2) |
| Без центрирования по видеокамере | -0,046 | 0,039 | *** | *** |
| С центрированием по видеокамере | -0,044 | 0,014 | -0,087 | 0,026 |
На фигурах 8A и 8B представлены измерения сферической аберрации, полученные у двух объектов с помощью устройства, обладающего признаками изобретения, и с помощью системы объективного измерения аберраций (аберрометр Шака-Хартмана с системой COAS). Квадратами обозначены данные, полученные с помощью устройства, обладающего признаками изобретения, а ромбами обозначены данные, полученные с помощью объективного аберрометра Шака-Хартмана. В данном случае, как и в предыдущем примере, изучение фигур 8A и 8B отчетливо показывает различие между объективным измерением при помощи аберрометра и субъективным измерением сферической аберрации при помощи устройства, обладающего признаками изобретения. Здесь также очевидно, что субъективно предпочтительное значение сферической аберрации не равно нулю. Кроме того, отчетливо видно, что субъективная сферическая аберрация неизменно меньше той, которая получена по объективно измеренным значениям. Из этого и предыдущего примера также очевидно, что сферическая аберрация у разных объектов различается.
1. Оптическое устройство для получения субъективных аберраций высшего порядка для выполнения офтальмологической коррекции у пациента, содержащее телескоп, регулируемый оптический узел, генерирующий аберрации, который содержит генератор аберраций и призматический узел или узел зеркал с воздушными прослойками; при этом генератор аберраций располагается у апертурной диафрагмы телескопа и содержит пару сопряженных многокомпонентных пластин, установленных на зрительном пути в зрачковой плоскости указанного регулируемого оптического узла, при этом указанный регулируемый оптический узел, выполнен с возможностью внесения аберраций высшего порядка управляемой величины в зрачковую плоскость глаза испытуемого объекта.
2. Устройство по п. 1, в котором указанная пара сопряженных многокомпонентных пластин содержит фазовые пластины, расположенные в зрачковой плоскости указанного регулируемого оптического узла так, что обеспечивают внесение аберраций высшего порядка заданной управляемой величины в волновой фронт глаза в результате латерального смещения на откалиброванное расстояние.
3. Устройство по п. 1, в котором телескоп представляет собой телескопа Кеплера с увеличением 1X, указанный телескоп имеет реальный выходной зрачок, который находится вне телескопа, в результате чего достигается эффективное сопряжение между зрачком глаза и аберрациями, вносимыми генератором аберраций.
4. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее приемник для пробных офтальмологических линз, выполненный с возможностью введения в зрительный путь в зрачковой плоскости указанного регулируемого оптического узла.
5. Устройство по п. 1, в котором для формирования прямого изображения, создаваемого регулируемым оптическим узлом, используют призматический узел или узел зеркал с воздушной прослойкой.
6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее перископический узел, состоящий из двух зеркал с воздушной прослойкой, используемый для совмещения линии прямой видимости регулируемого оптического узла и линии прямой видимости объекта.
7. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее систему освещения с инфракрасным светодиодом, выполненную с возможностью освещения зрачка объекта таким образом, что устройство может быть центрировано по линии прямой видимости объекта.
8. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее светоделитель, установленный перед линзами объектива регулируемого оптического узла, позволяющий регулировать и контролировать центрирование зрачка испытуемого объекта относительно телескопа, а также размер зрачка и линию прямой видимости испытуемого объекта.
