公开/公告号CN108078654A
专利类型发明专利
公开/公告日2018-05-29
原文格式PDF
申请/专利权人 爱博诺德(北京)医疗科技有限公司;
申请/专利号CN201710635558.0
申请日2017-07-28
分类号
代理机构中国专利代理(香港)有限公司;
代理人李晨
地址 102200 北京市昌平区科技园超前路37号6号楼1层北区
入库时间 2023-06-19 05:25:45
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-02-07
授权
授权
2019-10-25
著录事项变更 IPC(主分类):A61F2/16 变更前: 变更后: 申请日:20170728
著录事项变更
2018-06-22
实质审查的生效 IPC(主分类):A61F2/16 申请日:20170728
实质审查的生效
2018-05-29
公开
公开
技术领域
本发明涉及人工晶状体的制造方法以及利用该方法制造的人工晶状体。
背景技术
有晶体眼人工晶状体是一种植入到人眼前房或后房（角膜与天然晶状体之间），用以改变人眼的屈光状态的人工晶状体，一般带有负的屈光度，用于纠正近视，特别是纠正高度近视。也有少数带有正的屈光度，用于纠正远视。
有晶体眼人工晶状体根据植入位置和固定方式，可分为前房型与后房型。后房型人工晶状体由于术后并发症少，具有确定的疗效，是目前最主流。这种人工晶状体被植入到天然晶状体与虹膜之间，具有板型襻或类似的扁平襻，支撑于睫状沟内。由于人工晶状体与人眼组织结构之间的位置关系非常紧密，容易与人眼组织结构，如睫状沟组织发生接触，故而对材料的柔润性，即材料的柔软程度、润滑程度要求较高，以免材质摩擦人眼组织表面引起炎症和并发症。因此这种类型的有晶体眼人工晶状体以带有一定含水量、具有较高柔润性的丙烯酸酯类材料为宜。比如STAAR公司生产的ICL即为亲水材料制成，含水量34%。这类具有含水量的丙烯酸酯类材料制成的人工晶状体在干态下进行加工或通过注塑成型，待人工晶状体吸足水分充分水合后，人工晶状体膨胀，在尺寸、光学性能等方面呈现最后的使用状态。
现有技术存在如下缺点：
（1）现有的有晶体眼人工晶状体均为球面设计
有晶体眼人工晶状体的植入环境是结构完整的人眼，理想的有晶体眼人工晶状体不应给人眼引入额外的像差，特别是球差，否则将引起光学质量下降、对比度差、夜间眩光等方面的问题。现有的有晶体眼人工晶状体均为球面设计，植入后会给人眼引入各类像差，尤其是球差。本领域人员所公知的是，带有正屈光度的人工晶状体将给人眼引入正球差，带有负屈光度的人工晶状体将给人眼引入负球差，人工晶状体的屈光度越强，引入的球差量越大，对视觉质量的干扰越严重。
比如现有的STAAR公司生产的ICL，据其市场宣传资料宣称，通过“渐进折射率变化”实现“球面表面但具有非球面效果”，其目的就是想通过材料特性来减小球面设计带来的球差的影响，提高视觉质量。但材料的制备过程本身非常复杂，很难做到变化的幅度、变化均匀性等方面的精密控制。因而实际产品的球差控制并不理想。ICL在临床上多见眩光现象，这可能与其引入到人眼的大量的球差是密不可分的。
（2）现有的非球面设计方法不适用于亲水材料制成的有晶体眼人工晶状体
亲水材料的吸水膨胀这一特性给有晶体眼人工晶状体的非球面设计带来新的难点，这是因为由亲水材料制成的人工晶状体在吸水膨胀后的面形会发生显著变化，导致人工晶状体的尺寸和光学性能发生显著变化，偏离预期设计值。
综上所述，现有的有晶体眼人工晶状体都是球面设计，会给人眼引入大量球差，而现有的非球面设计技术不适用于具有一定含水量的人工晶状体设计，甚至会来带负面的像差干扰。
植入有晶体眼人工晶状体矫正眼部屈光状态的一般为中青年人群，他们对视觉质量的要求较高，且一般植入的人工晶状体屈光度较大，亲水材料制成的球面人工晶状体会给患者带来非常严重的视觉困扰。
发明内容
本发明的一方面提供了一种人工晶状体的制造方法，所述人工晶状体被植入到具有天然晶状体的人眼的前房或后房中，用以改变人眼的屈光状态，所述人工晶状体包括光学部分、支撑部分以及在光学部分外围的与支撑部分相连的连接部分，所述光学部分包括前表面和后表面，所述前表面和所述后表面中的至少一个包括非球面，所述人工晶状体由在水合后能够吸水膨胀的材料制成，所述制造方法包括如下步骤：
（a）确定所述人工晶状体充分吸水膨胀后所期望实现的目标参数；
（b）根据所述目标参数确定所述人工晶状体吸水膨胀前的中间参数，并且根据所述中间参数确定所述人工晶状体的结构参数；
（c）根据结构参数利用吸水膨胀前的所述材料制造人工晶状体；
（d）使人工晶状体充分吸水膨胀；
（e）对充分吸水膨胀后的人工晶状体进行检测，得到该人工晶状体的实际参数；
（f）将实际参数与所述目标参数进行比较；
（g）如果实际参数与所述目标参数之间的差异超出预定阈值范围，则调整所述中间参数以得到经调整的中间参数并且根据所述经调整的中间参数确定所述人工晶状体的结构参数，如果实际参数与所述目标参数之间的差异未超出预定阈值范围，则将所制造的人工晶状体作为最终的人工晶状体；以及
（h）如果实际参数与所述目标参数之间的差异超出预定阈值范围，则重复步骤（c）-（g）。
在一个实施例中，所述非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线的表达式为：
其中，R为所述非球面的基础球面的曲率半径，r为所述曲线上任何一点距横坐标轴Z的垂直距离，A2i为非球面高次项系数，m、n均为不小于1的整数且n>m，Q为非球面系数，
其中，所述非球面的面形上的各点由所述曲线通过围绕横坐标轴Z进行旋转对称变化而得到，并且
其中，所述结构参数包括所述前表面的曲率半径、所述后表面的曲率半径、所述非球面系数以及所述非球面高次项系数。
在一个实施例中，所述步骤（b）中的根据所述中间参数确定所述人工晶状体的结构参数包括根据所述中间参数确定所述前表面的曲率半径、所述后表面的曲率半径、所述非球面系数以及所述非球面高次项系数；并且其中，所述步骤（c）在根据结构参数利用吸水膨胀前的所述材料制造人工晶状体之前还包括：
将所确定的前表面的曲率半径除以k，
将所确定的后表面的曲率半径除以k，以及
将所确定的非球面高次项系数A2i分别乘以
其中，k为所述材料的膨胀系数。
在一个实施例中，所述目标参数包括目标屈光度和/或目标球差，所述中间参数包括中间屈光度和/或中间球差，其中，所述目标屈光度是人工晶状体充分吸水膨胀后所期望实现的屈光度，所述目标球差是人工晶状体充分吸水膨胀后所期望实现的球差，所述中间屈光度是人工晶状体吸水膨胀前的屈光度，所述中间球差是人工晶状体吸水膨胀前的球差。
在一个实施例中，所述目标球差为零。
在一个实施例中，所述目标屈光度为0到-30.0D，优选地为-3.0D到-25.0D。
在一个实施例中，步骤（b）中的根据所述目标参数确定所述人工晶状体吸水膨胀前的中间参数包括：将所述中间屈光度确定为等于目标屈光度和/或将所述中间球差确定为等于目标球差。
在一个实施例中，步骤（b）中的根据所述目标参数确定所述人工晶状体吸水膨胀前的中间参数包括：将所述中间屈光度确定为比所述目标屈光度更负的值和/或将所述中间球差确定为比所述目标球差更正的值。
在一个实施例中，步骤（g）中的调整所述中间参数包括：将所述中间屈光度调整为比所述目标屈光度更负的值和/或将所述中间球差调整为比所述目标球差更正的值。
在一个实施例中，所述材料是丙烯酸酯类材料，其膨胀系数在1.01到1.615之间，优选地在1.01到1.29之间，更优选地在1.04到1.20之间。
在一个实施例中，所述材料是丙烯酸酯类材料，其折射率在1.38到1.55之间，优选地在1.44到1.53之间，更优选地在1.48到1.51之间。
在一个实施例中，所述材料是丙烯酸酯类材料，其含水量在3.5%到74.5%之间，优选地在6%到38%之间，更优选地在8%到20%之间。
在一个实施例中，所述人工晶状体的总直径在11.0 mm到14.5 mm之间，优选地在11.5 mm到14.2 mm之间，更优选地在11.8 mm到13.9 mm之间。
在一个实施例中，所述光学部分的直径大于等于4.2 mm，优选地在4.5 mm到6.5mm之间，更优选地在5.0 mm到6.0 mm之间。
在一个实施例中，所述光学部分和所述连接部分共同组成人工晶状体的主体，所述主体的直径在5.5 mm到8.0 mm之间，优选地在6.0 mm到7.5 mm之间，更优选地在6.2 mm到7.0 mm之间。
在一个实施例中，所述人工晶状体的中心厚度在0.05 mm到0.50mm之间，优选地在0.08 mm到0.20mm之间，更优选地在0.10 mm到0.15mm之间。
在一个实施例中，所述人工晶状体的拱顶高在1.00 mm到1.80mm之间，优选地在1.10 mm到1.60mm之间，更优选地在1.20 mm到1.50mm之间。
本发明的另一方面还提供了由上述制造方法制造的人工晶状体。
附图说明
图1a示出了本发明的人工晶状体的平面示意图。
图1b示出了本发明的人工晶状体的横截面示意图。
图2示出了由在水合后能够吸水膨胀的材料制成的人工晶状体在吸水膨胀之前和之后的面形变化的示意图。
图3示出了根据本发明的制造方法的一个实施例的流程图。
图4示出了根据本发明的制造方法的另一个实施例的流程图。
图5为采用本发明的制造方法和采用普通制造方法的有晶体眼人工晶状体植入到同一标准人眼模型后的MTF。
图6为采用本发明的制造方法和采用普通制造方法的有晶体眼人工晶状体植入到同一标准人眼模型后的Seidel像差分布图。
具体实施方式
以下具体实施例只是用于对本发明进行进一步地解释说明，但是本发明并不局限于以下的具体实施方案。任何在这些实施方案基础上的变化，只要符合本发明的原则精神和范围，都将落入本发明的保护范围内。
本发明涉及一种人工晶状体的制造方法，该人工晶状体被植入到具有天然晶状体的人眼的前房或后房中，用以改变人眼的屈光状态。如图1a所示，本发明的人工晶状体包括光学部分1、支撑部分2以及在光学部分外围的与支撑部分相连的连接部分3。光学部分1包括前表面和后表面。前表面和后表面中的至少一个包括非球面。本发明的人工晶状体由在水合后能够吸水膨胀的材料制成。
图2示出了由在水合后能够吸水膨胀的材料制成的人工晶状体在吸水膨胀之前和之后的面形变化的示意图。虽然图2以光学部分为平-凹结构的人工晶状体为例，但图2所示的原理适用于光学部分为其他结构的人工晶状体，例如双凹结构、凸-凹结构等。在图2中，实线为该人工晶状体在吸水膨胀之前的光学部分的剖面图。由于人工晶状体为亲水材料制成，人工晶状体在吸水后体积将会膨胀，其膨胀程度可通过“膨胀系数”k来描述，其指的是膨胀之前和之后尺寸的变化，包括长度、厚度方向上的变化。以图中O为原点，假设人工晶状体表面上点A坐标为（h，d），人工晶状体充分吸水膨胀后，A点膨胀至A’，则A’的坐标为（h’，d’），且h’=k×h，d’=k×d。
如果人工晶状体为球面设计，则球面的光学面形满足公式：
其中z（r）为所述球面在二维坐标系平面rZ上的曲线表达式，R为所述球面的曲率半径，r为所述曲线上任何一点距横坐标轴Z的垂直距离，所述球面面形上的各点由所述曲线通过围绕横坐标轴Z进行旋转对称变化而得到。
A点的坐标满足公式：
以膨胀后A’的坐标表示A的坐标，得到：
将上式简化可得：
可见，A’的坐标（h’，d’）也满足球面的光学面形表达式，只是曲率半径由原先的R变为R’=Rk。由此可知，球面的人工晶状体经充分吸水膨胀后，其表面仍为球面，只是曲率半径发生了变化，当膨胀系数k＞1时，吸水膨胀后的曲率半径变得更大。如果想要实现人工晶状体在充分吸水膨胀后实现期望的屈光度，则需要对曲率半径进行调整。
然而，为了实现矫正像差的目的，如果将人工晶状体的前表面和/或后表面设计为非球面，情况将变得复杂。在光学设计中，用于矫正像差的偶次非球面一般表达为：
其中Z（r）为所述非球面在二维坐标系平面rZ上的曲线表达式，R为所述非球面的基础球面曲率半径，r为所述曲线上任何一点距横坐标轴Z的垂直距离，A2i为非球面高次项系数，m、n均为不小于1的整数且n>m，Q为非球面系数；所述非球面面形上的各点由所述曲线通过围绕横坐标轴Z进行旋转对称变化而得到。
根据不同的设计要求，这些系数可以为0，也可以不为0。
同样以A（h，d）、A’（h’，d’）的坐标来推算非球面上的点在膨胀之前和之后的关系可得：
可见，非球面设计的人工晶状体在充分吸水膨胀后，其非球面不再是单纯的曲率半径的变化，而是还与非球面高次项系数有关，并且各个非球面高次项系数变化的比例各不相同。
非球面人工晶状体对像差的矫正主要通过式（6）中的偶次项系数达到，这些偶次项系数有正有负，相互匹配达成各类像差矫正的目的。亲水材料制成的人工晶状体由于不同级次膨胀系数的干扰，给非球面设计带来两种负面效果：
（1）降低非球面球差矫正能力；
（2）带来额外的高阶像差，引起像差紊乱。
以Q值为0的非球面设计为例，非球面表达式仍见式（5），Q值为0，则偶次项之前的表达式表征一个球面，后续的偶次项用于使非球面产生与球面不同的面形差异，矫正像差。当人工晶状体具有负的屈光度时，如果想要达成像差的矫正，实现0球差的目的，则偶次项表征的是一个在高度上负的偏移量，使人工晶状体在周边区域比球面要更薄。当人工晶状体材质具有吸水特质和膨胀系数后，由式（6）可见，当k＞1时，高度上负的偏移量会减小，从而减小周边区域比球面薄的程度，降低非球面的球差矫正能力。同时，偶次项之间的匹配由于不同k的级次，导致匹配失衡，带来额外的高阶像差。
在本发明中，通过对人工晶状体充分吸水膨胀后的实际参数与目标参数进行比较，反复进行一次或多次的试制，使人工晶状体的实际参数逐次逼近目标参数，最终确定非球面人工晶状体的结构参数，使得根据该结构参数制造的人工晶状体在充分吸水膨胀后提供期望的光学性能。
在一个实施例中，如图3所示，本发明的制造方法包括如下步骤（a）-（h）。
在步骤（a）中，确定人工晶状体充分吸水膨胀后所期望实现的目标参数。在这里，目标参数可以包括人工晶状体充分吸水膨胀后所期望实现的任何参数。例如，目标参数可以包括目标屈光度和/或目标球差，其中，目标屈光度是人工晶状体充分吸水膨胀后所期望实现的屈光度，并且目标球差是人工晶状体充分吸水膨胀后所期望实现的球差。
在一些实施例中，目标球差为零。
在一些实施例中，目标屈光度为0到-30.0D，优选地为-3.0D到-25.0D。
在步骤（b）中，根据目标参数确定人工晶状体吸水膨胀前的中间参数，并且根据中间参数确定人工晶状体的结构参数。在这里，中间参数可以包括中间屈光度和/或中间球差，其中，中间屈光度是人工晶状体吸水膨胀前的屈光度，并且中间球差是人工晶状体吸水膨胀前的球差。在这里，结构参数可包括但不限于人工晶状体的前表面的曲率半径、人工晶状体的后表面的曲率半径、人工晶状体的非球面的非球面系数以及人工晶状体的非球面的非球面高次项系数。可以采用光学设计软件，如Zemax、CODE V等确定人工晶状体的结构参数。
在步骤（c）中，根据结构参数利用吸水膨胀前的材料制造人工晶状体。
在步骤（d）中，使人工晶状体充分吸水膨胀。在一些实施例中，通过平衡盐溶液对人工晶状体进行水合，使其充分吸水膨胀。在另一些实施例中，通过BSS溶液对人工晶状体进行水合，使其充分吸水膨胀。在另一些实施例中，通过与房水成分接近的溶液对人工晶状体进行水合，使其充分吸水膨胀。
水合时间可以由人工晶状体的材料含水量、人工晶状体的厚度等因素决定。人工晶状体水合过程中，当其尺寸、重量、形状均不再发生变化，被认为达到了充分水合或者充分吸水膨胀。在一些实施例中，水合时间为2天。在另一些实施例中，水合时间可以是2小时、4小时、8小时等。
在步骤（e）中，对充分吸水膨胀后的人工晶状体进行检测，得到该人工晶状体的实际参数。在这里，实际参数指的是在人工晶状体充分吸水膨胀后实际测得的与目标参数对应的参数，例如人工晶状体充分吸水膨胀后实际测得的屈光度和/或人工晶状体充分吸水膨胀后实际测得的球差。可以利用光学检测设备对充分吸水膨胀后的人工晶状体进行检测，例如检测人工晶状体的球差和/或屈光度，并记录数值。
在步骤（f）中，将实际参数与目标参数进行比较。
在步骤（g）中，如果实际参数与目标参数之间的差异超出预定阈值范围，认为本次制造的人工晶状体没有实现期望的目标参数，则调整中间参数以得到经调整的中间参数并且根据经调整的中间参数确定人工晶状体的结构参数；如果实际参数与目标参数之间的差异未超出预定阈值范围，认为本次制造的人工晶状体已经实现了期望的目标参数，则将所制造的人工晶状体作为最终的人工晶状体。
在步骤（h）中，如果实际参数与目标参数之间的差异超出预定阈值范围，则重复上述步骤（c）-（g）。
在一些实施例中，步骤（b）中的根据目标参数确定人工晶状体吸水膨胀前的中间参数包括：将中间屈光度确定为等于目标屈光度和/或将中间球差确定为等于目标球差。
人工晶状体的非球面表达式见式（5），人工晶状体材料的膨胀系数为k。由式（5）至式（6）的推导可知，人工晶状体在充分吸水膨胀之前和之后，人工晶状体的结构参数（例如，非球面的基础球面曲率半径、非球面系数以及非球面高次项系数）存在比例关系，如表1所示。
表1
从表1可以看出，人工晶状体的非球面的基础球面曲率半径R在吸水膨胀之后是吸水膨胀之前的k倍，人工晶状体的非球面系数Q在吸水膨胀之前和之后保持不变，并且人工晶状体的非球面高次项系数A2i在吸水膨胀之后是吸水膨胀之前的1/k2i-1倍。
基于上述分析，本发明创新性地提出了在设计和制造过程中考虑到膨胀系数的影响并且根据表2对人工晶状体的结构参数（例如，基础球面曲率半径、非球面系数以及非球面高次项系数）进行预先调整，以使得吸水膨胀之后的人工晶状体具有期望的结构参数。具体而言，当采用光学设计软件根据目标参数确定了人工晶状体的结构参数之后，根据表2对人工晶状体的结构参数进行预先调整，从而使得人工晶状体在吸水膨胀之后“变化”到期望的结构参数。
表2
可以看出，在对人工晶状体的结构参数进行预先调整时，非球面的基础球面曲率半径R的倍数因子为1/k，并且非球面高次项系数A2、A4、A6、……A2i的倍数因子分别为k、
进行上述调整之后的人工晶状体的非球面表达式：
相应地，在一些实施例中，如图4所示，步骤（b）中的根据中间参数确定人工晶状体的结构参数包括根据中间参数确定前表面的曲率半径、后表面的曲率半径、非球面系数以及非球面高次项系数，并且步骤（c）在根据结构参数利用吸水膨胀前的材料制造人工晶状体之前还包括根据材料的膨胀系数调整结构参数，其中，根据材料的膨胀系数调整结构参数包括：将所确定的前表面的曲率半径除以k，将所确定的后表面的曲率半径除以k，以及将所确定的非球面高次项系数A2i分别乘以，其中，k为所述材料的膨胀系数。
根据本发明，通过在人工晶状体的结构参数（例如前表面的曲率半径、后表面的曲率半径、非球面系数以及非球面高次项系数）中搭配与膨胀系数相关的、不同比例的倍数因子，采用逐次逼近的制造方法，使人工晶状体像差、屈光度符合目标，消除膨胀系数带来的影响。
从前文的推导可以知道，吸水膨胀会使人工晶状体的非球面的球差修饰作用降低，即非球面带来的面形变化不够大，对于负球差的矫正量不足，因此在设计时更倾向于使人工晶状体提供的球差正得更多，从而提高非球面带来的面形变化量，进而弥补吸水膨胀后球差修饰量的减小。
值得注意的是，正如前文所述的人工晶状体吸水膨胀带来的曲率半径变大的变化，在加工过程中，为了得到正确的屈光度，需要调整加工程序，将曲率半径调小一定程度后（也即将人工晶状体设计成在吸水膨胀前具有更负的屈光度），才能在充分吸水膨胀后获得期望的屈光度。而调小的程度取决于人工晶状体材质的膨胀系数及理论曲率半径的大小，膨胀系数越大，调整量越大；曲率半径本身越大，调整量越大。为了排除加工误差的影响，试制多片取平均值作为最终球差测量结果。最终，获得的人工晶状体应在屈光度、像差方面均符合预期的设计要求。
相应地，在一些实施例中，步骤（b）中的根据目标参数确定人工晶状体吸水膨胀前的中间参数包括：将中间屈光度确定为比目标屈光度更负的值和/或将中间球差确定为比目标球差更正的值。
相应地，在一些实施例中，步骤（g）中的调整中间参数包括：将中间屈光度调整为比目标屈光度更负的值和/或将中间球差调整为比目标球差更正的值。
实施例1至8示意性地给出了本发明的一些具体实施例。本发明将材料的膨胀特性加入到非球面的设计和人工晶状体的制造过程中，利用逐次逼近的试制过程，使人工晶状体在充分吸水膨胀后能够获得期望的球差和/或屈光度。在一个方案中，通过人工晶状体充分吸水膨胀后检测到的实际参数与目标参数对比，确定非球面设计，消除膨胀系数的影响；在另一个进一步优选的方案中，在人工晶状体的结构参数中搭配与膨胀系数相关的、不同比例的倍数因子，消除膨胀系数的影响。
实施例1
材料折射率为1.502，膨胀系数为1.04，目标参数为-15.0D和零球差。也就是说，目标屈光度为-15.0D，目标球差为0。
采用光学设计软件Zemax进行人工晶状体光学部分的非球面设计，设计人工晶状体前表面为球面，后表面为非球面，以人工晶状体在通光孔径为5.0mm时，水中的球差为0且屈光度为-15.0D为中间参数（即中间球差为0，中间屈光度为-15.0D）进行设计，得到人工晶状体的结构参数，如表3所示。
表3
其中，Ra、Rp分别为前、后表面的曲率半径，单位mm。Q为非球面系数，A4、A6、A8为非球面高次项系数。
根据结构参数制作加工图纸，利用数控车床，采用折射率为1.502，膨胀系数为1.04的丙烯酸酯材料，进行非球面人工晶状体试制。
将试制得到的人工晶状体放入平衡盐溶液，浸泡两天，使人工晶状体水合，充分吸水膨胀后取出。
利用光学检测仪，进行水合后的人工晶状体的实际参数的检测，观察球差大小或屈光度分布曲线，并记录数值。经检测，发现初次试制所得的多枚人工晶状体的平均实际球差为-0.12λ，与期望实现的0球差差异较大。屈光度检测结果显示，所得人工晶状体的实际屈光度为-13.8D，与期望实现的-15.0D的目标屈光度差异较大。
对于负度数的人工晶状体，其自带的球差为负球差，因此初次给出的“0球差”设计其本质是通过非球面为人工晶状体提供额外的正球差，与晶状体本身的负球差进行调和。本次试制结果，人工晶状体仍然表现出负的球差，说明非球面提供的正球差的调和力度不足，故应在设计中加大非球面面形干扰的力度，将中间球差向正值调大，也就是说将人工晶状体设计成在吸水膨胀前具有更大的球差。
同时，屈光度没有达到预期要求，检测值显示屈光度不够，从而需要将中间屈光度调整为比目标屈光度更负的值，也就是将人工晶状体设计成在吸水膨胀前具有更负的屈光度，也即将曲率半径调小。
将中间球差调整为在通光孔径为5.0mm时，水中的球差为+0.1λ，优化后得到设计参数，如表4所示。
表4
其中，λ表示一个波长，比如设计时采用550nm波长，则球差+0.1λ表示球差大小为+0.055μm。
重复上述加工、水合、检测过程，最终检测发现所得人工晶状体的球差为-0.01λ=-0.0055μm≈0μm，屈光度为-14.90D，判定符合目标参数。
在本发明的制造过程中，如果所制造的人工晶状体充分吸水膨胀后测得的屈光度与目标屈光度之间的差异未超出预定阈值范围和/或人工晶状体充分吸水膨胀后测得的球差与目标球差之间的差异未超出预定阈值范围，则判定所制造的人工晶状体符合目标参数。
人工晶状体的屈光度的预定阈值范围可以根据行业标准的要求来确定，比如YY0290、ISO11979中规定的屈光度合格标准。一般设计时控制实际测得的屈光度与目标屈光度的差异不超出行业标准的公差。另外，在一些实施例中，屈光度的预定阈值范围也可以设定为目标屈光度的一定百分比，例如设定为目标屈光度的±10%、±8%、±6%、±4%、±2%、±1%、±0.5%，等等。人工晶状体的球差的预定阈值范围可以由设计者的要求决定。例如，可以认为将实际测得的球差与目标球差的差异控制在±0.05λ以内即可。另外，在一些实施例中，可以以μm为单位来设定球差的预定阈值范围，例如可以设定为±0.05μm、±0.1μm等。另外，在一些实施例中，球差的预定阈值范围也可以设定为目标球差的一定百分比，例如设定为目标球差的±10%、±8%、±6%、±4%、±2%、±1%、±0.5%，等等。
在本实施例中，通过两次试制得到了满足要求的人工晶状体，使其大体实现了0球差和-15.0D屈光度的目标参数。如果第二次试制没能得到满足要求的人工晶状体，则需要反复重复上述步骤，直到得出能够实现0球差和-15.0D屈光度的人工晶状体。
在另一种方式中，在制造过程中采用膨胀系数对结构参数进行调整。
采用光学设计软件Zemax进行人工晶状体光学部分的非球面设计，设计人工晶状体前表面为非球面，后表面为球面，以人工晶状体在通光孔径为5.0mm时，水中的球差为0且屈光度为-15.0D为中间参数（即中间球差为0，中间屈光度为-15.0D）进行设计，得到结构参数，如表5所示。
表5
根据材料膨胀系数1.04，按照表2的处理方式对表5所示的人工晶状体的结构参数进行调整，得到经调整的结构参数，如表6所示。
表6
根据表6所示的结构参数制作加工图纸，利用数控车床，采用折射率为1.502，膨胀系数为1.04的丙烯酸酯材料，进行非球面人工晶状体试制。
将人工晶状体放入平衡盐溶液，浸泡两天，使人工晶状体水合，充分吸水膨胀后取出。
利用光学检测仪，进行水合后的人工晶状体实际参数的检测，观察球差大小或屈光度分布曲线，并记录数值。经检测，多枚人工晶状体的屈光度的平均值为-15.12D。对于目标屈光度为-15.0D而言，行业标准中规定的屈光度公差（也即预定阈值范围）是±0.3D，可以认为该屈光度符合要求。经检测，球差为-0.06λ，接近于-0.1λ，认为仍然残留一部分负球差。
如上所述，对于负度数的人工晶状体，其自带的球差为负球差，因此初次给出的“0球差”设计其本质是通过非球面为人工晶状体提供额外的正球差，与晶状体本身的负球差进行调和。本次试制结果，人工晶状体仍然表现出负的球差特质，说明非球面提供的正球差调和力度不足，故应在设计中加大非球面面形干扰的力度，将中间球差向正值调大，也就是说将人工晶状体设计成在吸水膨胀前具有更大的球差。
将中间球差调整为在通光孔径为5.0mm时，水中的球差为+0.1λ，得到结构参数，如表7所示。
表7
根据材料膨胀系数1.04，按照表2的处理方式对人工晶状体的结构参数进行调整，得到经调整的结构参数，如表8所示。
表8
重复上述步骤，进行机械加工、水合、检测，最终获得多枚人工晶状体的屈光度的平均值为-15.04D，球差的平均值为0.03λ≈0μm，判定达到了目标参数。
实施例2-8的目标参数、所用材料不同，但实施过程与实施例1类似，以下仅列明关键步骤和实施信息。
实施例2
材料折射率为1.458，膨胀系数为1.13，目标参数为-25.0D和零球差。也就是说，目标屈光度为-25.0D，目标球差为0。
在制造过程中采用膨胀系数对结构参数进行调整。
将中间屈光度设定为-25.0D，并且将中间球差分别设定为0、+0.1λ、+0.2λ、+0.25λ，得到人工晶状体的结构参数，如表9所示，其中，人工晶状体前表面为球面，后表面为非球面。
表9
根据材料膨胀系数1.13，按照表2的处理方式对表9所示的人工晶状体的结构参数进行调整，得到经调整的结构参数，如表10所示。
表10
试加工后水合，进行5.0mm孔径的球差和屈光度检测，结果见表11，确认1号人工晶状体为最终结果。
表11
从所述实施例的实施过程可以看出，在采用膨胀系数对结构参数进行调整的情况下，由于膨胀系数在设计阶段就已经介入，故实际加工所得的人工晶状体的实际参数与目标参数偏差较小。在大部分情况下，通过1-2次的试制就能获得较为理想的结果。在个别情况下，比如材料膨胀系数较大，变形较大，或机床本身的校准不佳，试制环境不稳定等，需要更多次试制，排除各类系统、设计误差，获得最终设计。
实施例3-8同样在制造过程中采用膨胀系数对结构参数进行调整。
实施例3
材料折射率为1.453，膨胀系数为1.17，目标参数为-5.0D和零球差。也就是说，目标屈光度为-5.0D，目标球差为0。
将中间屈光度设定为-5.0D，并且将中间球差设定为0，得到人工晶状体的结构参数，如表12所示，其中，非球面位于人工晶状体的光学部分的后表面。
表12
根据材料膨胀系数1.17，按照表2的处理方式对表12所示的人工晶状体的结构参数进行调整，得到经调整的结构参数，如表13所示。
表13
试加工水合后，进行5.0mm孔径的球差和屈光度检测，多枚人工晶状体的球差平均值为-0.01λ，屈光度平均值为-5.22D，确认该人工晶状体为最终结果。
实施例4
材料折射率为1.453，膨胀系数为1.17，目标参数为-5.0D和-0.2λ球差。也就是说，目标屈光度为-5.0D，目标球差为-0.2λ。
将中间屈光度设定为-5.0D，并且将中间球差设定为-0.2λ，得到人工晶状体的结构参数，如表14所示，其中，人工晶状体的光学部分的后表面为非球面。
表14
根据材料膨胀系数1.17，按照表2的处理方式对表14所示的人工晶状体的结构参数进行调整，得到经调整的结构参数，如表15所示。
表15
试加工水合后，进行5.0mm孔径的球差和屈光度检测，测得的球差为-0.22λ，屈光度平均值为-5.13D，确认该人工晶状体为最终结果。
实施例5
材料折射率为1.502，膨胀系数为1.04，目标参数为-5.0D和+0.2λ球差。也就是说，目标屈光度为-5.0D，目标球差为+0.2λ。
将中间屈光度设定为-5.0D，并且将中间球差设定为+0.2λ，得到人工晶状体的结构参数，如表16所示，其中，人工晶状体的光学部分的后表面为非球面。
表16
根据材料膨胀系数1.04，按照表2的处理方式对表16所示的人工晶状体的结构参数进行调整，得到经调整的结构参数，如表17所示。
表17
试加工水合后，进行5.0mm孔径的球差和屈光度检测，测得的球差为+0.19λ，屈光度平均值为-5.15D，确认该人工晶状体为最终结果。
实施例6
材料折射率为1.375，膨胀系数为1.615，目标参数为-3.0D和零球差。也就是说，目标屈光度为-3.0D，目标球差为0。
将中间屈光度设定为-3.0D，并且将中间球差设定为0，得到人工晶状体的结构参数，其中，人工晶状体的光学部分的后表面为非球面。初始结构参数与利用膨胀系数调整后的结构参数见表18。
表18
在试制、水合后，利用光学检测仪对样品进行屈光度和球差检测，发现多枚人工晶状体的屈光度平均值为-3.72D，球差平均值为-0.12λ，可见与目标参数差异较大。这是因为膨胀系数达到了1.615，过大的膨胀系数导致设计阶段介入的膨胀系数对非球面系数的影响也成倍增加，影响了最终结果的准确性。
在这种情况下，需要进行调整。从上述结果可以看出，调整措施应包括降低屈光度，提高球差干预量。根据该结果，将中间屈光度设定为-2.5D，并且将中间球差分别设定为+0.1λ、+0.15λ、+0.2λ，得到人工晶状体的结构参数，如表19所示。
表19
对表19的人工晶状体设计进行机械图绘制、加工、水合，采用光学检测仪检测，检测结果见表20。
表20
认为2号人工晶状体的球差最接近0球差的目标参数，2号人工晶状体屈光度平均值为-2.98D，确定其为最终设计。
实施例7
材料折射率为1.438，膨胀系数为1.20，目标参数为-10.0D和零球差。也就是说，目标屈光度为-10.0D，目标球差为0。
将中间屈光度设定为-10.0D，并且将中间球差设定为0，得到人工晶状体的结构参数，其中，人工晶状体的光学部分的后表面为非球面。初始结构参数与利用膨胀系数调整后的结构参数见表21。
表21
经过机械图绘制、加工、水合后，采用光学仪进行检测，多枚人工晶状体的球差平均值为-0.03λ，屈光度平均值为-9.84D，确定为最终结果。
实施例8
材料折射率为1.530，膨胀系数为1.01，目标参数为-30.0D和零球差。也就是说，目标屈光度为-30.0D，目标球差为0。
将中间屈光度设定为-30.0D，并且将中间球差设定为0，得到人工晶状体的结构参数，其中，人工晶状体的光学部分的后表面为非球面。初始结构参数与利用膨胀系数调整后的结构参数见表22。
表22
经过机械图绘制、加工、水合后，采用光学仪进行检测，多枚人工晶状体的球差平均值为-0.01λ，屈光度平均值为-30.16D，确定为最终结果。
在上述实施例中，一些实施例的非球面位于人工晶状体前表面，另一些实施例的非球面位于人工晶状体后表面，非球面高次项系数普遍采用A4、A6、A8的组合。本发明所构想的是，在一些实施例中，人工晶状体的前、后表面可以都采用非球面。本发明所构想的是，在一些实施例中，可以同时采用A2、A10、A12、A14等非球面高次项系数，并与Q值进行组合。
在上述实施例中，将人工晶状体的目标参数选择为屈光度和球差二者。在其他实施例中，可以将人工晶状体的目标参数选择为屈光度，或者将人工晶状体的目标参数选择为球差。
人工晶状体预定的球差由使用目的决定。在一些实施例中，人工晶状体的目标球差为正值，在另一些实施例中，人工晶状体的目标球差为负值。针对有晶体眼人工晶状体的应用，优选地，人工晶状体的目标球差为0。本领域人员所公知的是，检测孔径、溶液环境、前置或是后置光学元件等均会对球差值表述造成影响，球差设计值与检测值在不同的条件下可能存在不同的表述，均不脱离本发明的构思。
表23为可采用的材料的一些实施例，所述材料为丙烯酸酯类，适合眼科植入，具有良好的光谱透过率性能，在水合后软性可折叠。
表22 材料折射率、含水量与膨胀系数实施例
如图1a所示，本发明所涉及的人工晶状体包括光学部分1和支撑部分2。人工晶状体与人眼组织结构尺寸相匹配，总直径4在11.0mm到14.5mm之间，优选地在11.5mm到14.2mm之间，更优选地在11.8mm到13.9mm之间。人工晶状体的光学部分位于人工晶状体中心，是人工晶状体实现屈光功能的核心部位，在一些人工晶状体的光学部分1外围具有与支撑部分2相连的连接部分3。人工晶状体的光学部分1的直径大于等于4.2mm，优选地，人工晶状体的光学部分1的直径在4.5mm到6.5mm之间，更优选地，人工晶状体的光学部分1的直径在5.0mm到6.0mm之间。人工晶状体的光学部分1、光学部分1外围与支撑部分2相连的连接部分3共同组成人工晶状体的主体，人工晶状体的主体直径5在5.5mm到8.0mm之间，优选地在6.0mm到7.5mm之间，更优选地在6.2mm到7.0mm之间。支撑部分2（例如支撑襻）用于人工晶状体植入后的位置固定。优选地，本发明采用板型襻或扁平襻。在一些实施例中，人工晶状体的支撑部分2具有定位孔或帮助房水流通的孔6。
在一些实施例中，人工晶状体的中心厚度为在0.05mm到0.50mm之间，优选地在0.08mm到0.20mm之间，更优选地在0.10mm到0.15mm之间。如图1b所示，人工晶状体拱顶高7是指垂直于光轴、天然晶状体近侧的人工晶状体顶点平面和垂直于光轴、未加压时最接近角膜的人工晶状体平面之间的距离。在一些实施例中，人工晶状体拱顶高7在1.00mm到1.80mm之间，优选地在1.10mm到1.60mm之间，更优选地在1.20mm到1.50mm之间。
本发明的人工晶状体具有负的屈光度，优选地，人工晶状体在房水中具有0到-30.0D的屈光度，更优选地，人工晶状体在房水中具有0到-25.0D的屈光度，更优选地，人工晶状体在房水中具有-3.0D到-25.0D的屈光度。人工晶状体光学部分的前、后表面为平-凹、双凹、或凸-凹结构，优选地，人工晶状体光学部为双凹结构。人工晶状体的光学部至少有一个表面为非球面，可以是前表面为非球面，可以是后表面为非球面，也可以是前表面和后表面均为非球面。
本发明的人工晶状体在充分吸水膨胀后，能够提供期望的球差和/或屈光度。优选地，本发明的人工晶状体在充分吸水膨胀后提供的球差为零和/或屈光度为0到-30.0D，优选地为-3.0D到-25.0D。
本发明的人工晶状体由具有一定含水量的丙烯酸酯类材料制成，材料吸水膨胀后，软性可折叠。在一些实施例中，该软性可折叠丙烯酸酯材料的膨胀系数在1.01到1.615之间；优选地，该软性可折叠丙烯酸酯材料的膨胀系数在1.01到1.29之间；更优选地，该软性可折叠丙烯酸酯材料的膨胀系数在1.04到1.20之间。该软性可折叠丙烯酸酯材料的折射率在1.375到1.530之间；优选地，该软性可折叠丙烯酸酯材料的折射率在1.406到1.530之间；更优选地，该软性可折叠丙烯酸酯材料的折射率在1.438到1.502之间。
本发明所提供的制造方法消除了材料水合膨胀对非球面设计的削弱影响，消除像差紊乱，使人工晶状体获得预期的像差修饰效果，提高人工晶体眼的光学质量。
图5为采用本发明的制造方法和采用普通制造方法（不考虑膨胀系数）的有晶体眼人工晶状体植入到同一标准人眼模型后的MTF。可见，本发明采用的方法能使人工晶体眼获得更好的光学质量。
图6为采用本发明的制造方法和采用普通制造方法（不考虑膨胀系数）的有晶体眼人工晶状体植入到同一标准人眼模型后的Seidel像差分布图。可见，采用本发明的方法能够使人眼各类像差更小，消除了材料水合膨胀对非球面设计的削弱影响，并消除了像差紊乱。
前文中所描述的实施例仅为示例性的而非限制性的，在不脱离本文所公开的发明构思的情况下，可对上述实施方案进行修改、组合或替换。
机译： 复曲面人工晶状体，人工晶状体插入装置以及复曲面人工晶状体的制造方法
机译： 人工晶状体插入装置，人工晶状体推入辅助装置以及人工晶状体插入装置的制造方法
机译： 人工晶状体，制造人工晶状体以及将人工晶状体插入患者体内的方法
