DE60120934T2

DE60120934T2 - Anwendung eines wellenfrontsensors bei linsen mit nach der herstellung modifizierbarer brechkraft

Info

Publication number: DE60120934T2
Application number: DE60120934T
Authority: DE
Inventors: A. Christian Pasadena SANDSTEDT; M. Jagdish Pasadena JETHMALANI; H. Robert South Pasadena GRUBBS; A. Julia Pasadena KORNFIELD; M. Daniel San Francisco SCHWARTZ; Robert Pacific Palisades MALONEY
Original assignee: California Institute of Technology CalTech; University of California; Calhoun Vision Inc
Current assignee: California Institute of Technology CalTech; University of California; RxSight Inc
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: AU4594801A; CN1429090A; JP2004505232A; ATE331233T1; EP1266256A2; US6749632B2; CA2404222C; CA2404222A1; US20020016629A1; DE60120934D1; EP2042125A2; WO2001071411A2; EP1266256B1; ZA200208427B; CN1249454C; AU2001245948B2; WO2001071411A3; EP2042125A3; JP3677240B2

Description

Diese Anmeldung basiert auf der US-Anmeldung Nr. 60/190,738, die am 20. März 2000 eingereicht worden ist, auf deren Beschreibung hier Bezug genommen wird.
Hintergrund
In den Vereinigten Staaten werden jährlich etwa zwei Millionen Kataraktoperationen durchgeführt. Das Verfahren beinhaltet im allgemeinen, daß in die vordere Linsenkapsel ein Schnitt gemacht wird, um die vom Star betroffene kristalline Linse zu entfernen und an deren Stelle eine intraokulare Linse (IOL) zu implantieren. Es gibt im allgemeinen zwei Arten von intraokularen Linsen ("IOL").
Die erste Art einer IOL ersetzt die natürliche Linse des Auges. Der häufigste Grund für ein solches Verfahren sind Katarakte. Die zweite Art der IOL ergänzt die vorhandene Linse und wirkt als permanente korrigierende Linse. Diese Art von Linsen (gelegentlich als phakische IOL bezeichnet) wird in die vordere oder hintere Kammer eingesetzt, um irgendwelche Brechungsfehler des Auges zu korrigieren. In der Theorie läßt sich die Stärke jeder Art der IOL, die für die Emmetropie (d.h. den perfekten Fokus auf der Retina bei Licht aus dem Unendlichen) erforderlich ist, genau berechnen. Die Stärke der implantierten Linse wird so ausgewählt (auf der Basis von Messungen der Okularlänge und der Korneakrümmung vor der Operation), daß der Patient ohne zusätzliche korrigierende Maßnahmen (z.B. Brille oder Kontaktlinsen) sehen kann.
Aufgrund von Meßfehlern und/oder einer variablen Anordnung der Linse und unterschiedlicher Wundheilung kann sich leider etwa die Hälfte aller Patienten, die sich diesem Verfahren unterziehen, nach der Operation ohne Korrektur keiner optimalen Sicht erfreuen (Brandser et al., Acta Ophthalmol Scand 75: 162-165 (1997); Oshika et al., J cataract Refract Surg 24: 509-514 (1998)). Da die Stärke von herkömmlichen IOL im allgemeinen nicht geregelt werden kann, wenn sie einmal implantiert sind, muß sich der Patient typischerweise damit abfinden, zusätzliche korrigierende Linsen, wie eine Brille oder Kontaktlinsen, zu verwenden. Selten lassen sich die implantierten Linsen durch eine mit einer geeigneteren Linsenstärke austauschen.
In den letzten sechs bis sieben Jahren gab es ein deutliches Interesse an und Weiterentwicklungen bei der Verwendung der Wellenfrontabtastung und den adaptiven optischen Verfahren, um die Aberrationen zu messen und zu korrigieren, die im optischen System des Auges vorliegen. Frühe Untersuchungen konzentrierten sich auf die Aufhebung der optischen Aberrationen des Auges, um hochauflösende Bilder des Fundus zu erhalten (Liang et al., J. Opt. Soc. Am. A, 14: 2884-2892 (1997); Liang et al., J Opt. Soc. Am A, 11: 1949-1957 (1994)). Die Anwendung der Wellenfrontabtastung beim Auge ist erweitert worden, so daß sie präoperative Aberrationsmessungen von Patienten der LASIK (Laser-in-situ-Keratomilcusis) und Patienten der PRK (lichtbrechender Keratotomie) einschließt (Seiler, 2^nd International Congress of Wavefront Sensing and Aberration-Free Refraetive Corrections, 10. Februar 2001, Monterey, CA). Zu den Arten der Aberrationen, die die Sehschärfe deutlich vermindern, gehören Defokussierung, Astigmatismus, sphärische Aberration, Koma und Aberrationen höherer Ordnung.
Das Konzept dieses Verfahrens besteht darin, daß, wenn einmal die Art, Größenordnung und räumliche Verteilung der optischen Aberrationen entlang des Auges gemessen sind, angepaßte Korneaablationskurven erstellt werden können, die diese Aberrationen theoretisch korrigieren würden, um die Sehschärfe zu verbessern. In der Praxis läßt sich jedoch die Heilungsreaktion der Kornea bei LASIK- und PRK-Verfahren nicht vorhersagen, so daß nicht immer die gewünschte Ablationskurve erreicht wird. Außerdem beklagen sich Patienten nach der LASIK und PRK aufgrund der scharfen Übergangszonen zwischen den abgetragenen und nicht abgetragenen Bereichen der Kornea bei Nachtfahrten über "Lichthof"- und Blendeffekte.
Eine IOL, deren Stärke nach der Implantation und der anschließenden Wundheilung geregelt werden kann, wäre die ideale Lösung für Brechungsfehler nach der Operation, die mit der Kataraktchirurgie, der LASIK und der PRK verbunden sind. Eine solche Linse würde zudem eine umfangreichere Verwendung finden und kann dazu dienen, weitere typische Zustände, wie Myopie, Hypermetropie und Astigmatismus, zu korrigieren. Im letzteren Fall wird die IOL als phakische IOL bezeichnet. Obwohl chirurgische Verfahren, wie die LASIK, zur Verfügung stehen, die einen Laser verwenden, um die Kornea neu zu formen, lassen sich nur leichte bis mäßige Myopie und Hypermetropie einfach behandeln.
Demgegenüber kann eine IOL, die wie eine Brille oder Kontaktlinsen wirkt, um den Brechungsfehler des natürlichen Auges zu korrigieren, in das Auge jedes Patienten implantiert werden. Da die Stärke von implantierten Linsen reguliert werden kann, können postoperative Brechungsfehler aufgrund von Unregelmäßigkeiten bei der Messung und/oder einer variablen Anordnung der Linse und einer veränderlichen Wundheilung durch Feinabstimmung in situ korrigiert werden.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine postoperative IOL, bei der sich die Brechung regulieren bzw. einstellen läßt, in Kombination mit einem Wellenfrontsensor. Diese IOL kann nach der Kataraktoperation eingesetzt werden, um die vom Star betroffene Linse zu ersetzen, oder in das Auge eingesetzt werden, ohne daß die natürliche kristalline Linse entfernt wird, um einen bereits existierenden optischen Zustand, wie Myopie, Hypermetropie, Astigmatismus und/oder andere Bedingungen höherer Ordnung zu korrigieren.
Nachdem eine ausreichende Zeit verstrichen ist, um die Wundheilung und die Stabilisierung der Refraktion zu ermöglichen, können die Aberrationen des optischen Systems, das die einstellbare IOL enthält, mit einem Wellenfrontsensor gemessen werden. Die Kenntnis der Art, Größenordnung und räumlichen Verteilung dieser Aberrationen in Kombination mit der Kenntnis der Einstellbarkeit der Refraktion des Materials, das die IOL aufweist (ein Behandlungsnomogramm) erlaubt eine genaue Modifizierung der IOL, um die gemessenen Aberrationen zu korrigieren und folglich die gewünschte exakte IOL-Korrektur und optimale Sehschärfe zu erreichen.
Die WO 98/27863 offenbart ein System zum Korrigieren von Aberrationen bei einem optischen System, das ein optisches Element und einen Wellenfrontsensor aufweist.
Die US 5 296 305 offenbart ein optisches Element in Form eines hydrophilen Polymers, das mit einer photopolymerisierbaren Zusammensetzung imprägniert ist, die zumindest ein Monomer und einen Photoinitiator enthält. Das optische Element wird dann bestrahlt, so daß es zur Polymerisation des Monomers kommt, woraufhin die überschüssige Menge des Photoinitiators und des Monomers entfernt wird.
Kurze Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Implementieren eines optischen Elements, das eine brechungsmodulierende Zusammensetzung (RMC) aufweist, die in einer Polymermatrix verteilt ist. Die Anmelder haben festgestellt, daß die RMC eines optischen Elementes durch eine Polymerisation eingestellt werden kann, die auf der optischen Messung basiert, die mit einem Wellenfrontsensor, wie einem Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor (auch als Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor bekannt) erhalten wird.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

(i) Ausführen einer optischen Messung an dem optischen Element mittels eines Wellenfrontsensors und Hervorrufen einer Polymerisation der brechungsmodulierenden Zusammensetzung in einem freiliegenden Bereich des optischen Elements in einem gewissen Ausmaß, wobei das Ausmaß der Polymerisation aufgrund der optischen Messung bestimmt wird;
(ii) Migrierenlassen der brechungsmodulierenden Zusammensetzung in einem nichtfreiliegenden Bereich in den freiliegenden Bereich;
(iii) Wiederholen der Schritte (i) und (ii) nach Bedarf; und
(iv) Bestrahlen des gesamten optischen Elements, um die gewünschten Eigenschaften des optischen Elements "einzusperren".

Es können geeignete optische Aberrationsmessungen, wie Messungen der Differenz des Lichtweges oder der Wellenfrontneigungen und Strahlabtastverfahren, verwendet werden. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Aberrationsmessung irgendeinen geeigneten Aberrationskoeffizienten, wie z.B. Defokussierung, Astigmatismus, Koma, sphärische Aberration und Aberrationen höherer Ordnung, messen.
Die Aberrationsmessung wird vorzugsweise in einen Satz von Basisfunktionen umgewandelt, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Zernike-Polynomen und Seidel-Polynomen besteht. Die Aberrationsmessung kann eine Messung von zumindest einer Aberration aus der Gruppe sein, die aus Defokussierung, Astigmatismus, Koma, sphärischer Aberration und Aberrationen höherer Ordnung besteht. Die optische Messung ist vorzugsweise eine Wellenfrontmessung des optischen Elementes. Der Wellenfrontsensor kann geeigneterweise ein Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor sein.
Die optische Messung kann mit einem Wellenfrontsensor und einem Wellenfrontsensor-Kompensator ausgeführt werden. Der Wellenfrontsensor-Kompensator wird vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem verformbaren Spiegel, einer mikro-elektromechanischen Membran und einem segmentierten Mikrospiegel besteht. Das Ausmaß der Polymerisation kann bequem mit einem räumlichen Lichtmodulator oder einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung hervorgerufen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Es zeigen:
1a eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Linse, die in der Mitte bestrahlt wird, gefolgt vom Bestrahlen der gesamten Linse, um die modifizierte Linsenstärke "einzusperren";
1b eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Linse, die in der Mitte bestrahlt wird, gefolgt vom Bestrahlen der gesamten Linse, um die modifizierte Linsenstärke "einzusperren";
1c eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Linse, die in der Mitte bestrahlt wird, gefolgt vom Bestrahlen der gesamten Linse, um die modifizierte Linsenstärke "einzusperren";
1d eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Linse, die in der Mitte bestrahlt wird, gefolgt vom Bestrahlen der gesamten Linse, um die modifizierte Linsenstärke "einzusperren";
2a das Prismenbestrahlungsverfahren, das angewendet wird, um die Änderungen des Brechungsindex nach dem Bestrahlen mit unterschiedlichen Strahlungsmengen zu quantifizieren;
2b das Prismenbestrahlungsverfahren, das angewendet wird, um die Änderungen des Brechungsindex nach dem Bestrahlen mit unterschiedlichen Strahlungsmengen zu quantifizieren;
2c das Prismenbestrahlungsverfahren, das angewendet wird, um die Änderungen des Brechungsindex nach dem Bestrahlen mit unterschiedlichen Strahlungsmengen zu quantifizieren;
2d das Prismenbestrahlungsverfahren, das angewendet wird, um die Änderungen des Brechungsindex nach dem Bestrahlen mit unterschiedlichen Strahlungsmengen zu quantifizieren;
3a Muster von nicht gefilterten Moiréstreifenbildern einer IOL; der Winkel zwischen zwei Ronchigittern wurde auf 12° eingestellt und der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Moiréstreifenbild betrug 4,92 mm;
3b Muster von nicht gefilterten Moiréstreifenbildern einer IOL; der Winkel zwischen zwei Ronchigittern wurde auf 12° eingestellt und der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Moiréstreifenbild betrug 4,92 mm;
4 ein Ronchigramm einer erfindungsgemäßen IOL; das Ronchimuster entspricht einem zentralen Bereich von 2,6 mm der Linse;
5a eine schematische Darstellung eines zweiten Mechanismus, wobei die Bildung der zweiten Polymermatrix eine Linseneigenschaft moduliert, indem die Linsenform geändert wird;
5b eine schematische Darstellung eines zweiten Mechanismus, wobei die Bildung der zweiten Polymermatrix eine Linseneigenschaft moduliert, indem die Linsenform geändert wird;
5c eine schematische Darstellung eines zweiten Mechanismus, wobei die Bildung der zweiten Polymermatrix eine Linseneigenschaft moduliert, indem die Linsenform geändert wird;
5d eine schematische Darstellung eines zweiten Mechanismus, wobei die Bildung der zweiten Polymermatrix eine Linseneigenschaft moduliert, indem die Linsenform geändert wird;
6a Ronchi-Interferogramme einer IOL vor und nach der Laserbehandlung, die eine Änderung der Linsenstärke im Auge von etwa +8,6 Dioptrien zeigen; der Abstand zwischen wechselnden hellen und dunklen Streifen ist der Linsenstärke proportional;
6b Ronchi-Interferogramme einer IOL vor und nach der Laserbehandlung, die eine Änderung der Linsenstärke im Auge von etwa +8,6 Dioptrien zeigen; der Abstand zwischen wechselnden hellen und dunklen Streifen ist der Linsenstärke proportional;
7 eine schematische Darstellung des Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors;
8 das entsprechende Ronchi-Interferogramm einer Photopolymerschicht, in die mit Hilfe der 325 nm Linie eines He:Cd-Lasers "CALTECH" und "CVI" geschrieben worden sind;
9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
10 eine Photographie eines Schnitts der photopolymerisierten Schicht.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeisniele
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Anwendung der Wellenfrontabtastung und von Korrekturverfahren bei einem optischen Element, das eine in einer Polymermatrix verteilte RMC aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel, das in 9 schematisch dargestellt ist, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein optisches Element oder optisches System (z.B. das Auge) 1, in das ein optisches Element mit einstellbarer Stärke, wie eine IOL 10, einge setzt ist, in optischer Verbindung mit einer Strahlungsquelle 2 und einem Wellenfrontsensor 3 auf.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich zwischen der Strahlungsquelle 2 und dem optischen System 1, das das optische System mit einstellbarer Stärke 10 enthält, ein Strahlungsteiler 4, so daß zwischen dem optischen System 1, der Strahlungsquelle 2 und dem Wellenfrontsensor 3 ein Lichtweg erzeugt wird. Im Betrieb bei einem optischen System, wie dem Auge 1, wie es in 9 gezeigt ist, geht Licht 5 aus einer Quelle (entweder aus der Lichtquelle oder dem Wellenfrontsensor) durch das Auge 1, wo es auf der Retina 6 fokussiert wird.
Das Licht 5 wird von der Retina 6 reflektiert und geht zurück durch das Auge 1 in Richtung des Wellenfrontsensors 3. Der Wellenfrontsensor 3 mißt die im Auge 1 vorliegenden optischen Aberrationen. Der Wellenfrontsensor 3 mißt die Größenordnung und die räumliche Verteilung der Aberrationen, die im optischen System des Auges 1 vorliegen. Diese Information wird durch einen Prozessor 7 dem Nomogrammcomputer 8 zugeführt, der nach der Analyse die exakte Dauer, Intensität und räumliche Verteilung der Intensitäten bestimmt, die erforderlich sind, um die gemessenen Aberrationen zu korrigieren.
Der Nomogrammcomputer 8 überträgt wiederum Daten zum Strahlungsprofilerzeuger 9, so daß das erforderliche Licht 5 erzeugt wird, um das einstellbare optische Element (z.B. eine IOL) 10 bezüglich der bei einem Strahl im Auge 1 erfaßten Aberrationen in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des optischen Elementes 10 zu korrigieren. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ferner eine Rückkopplungsschleife auf, die die Bilder macht und diese Bilder zu einem Prozessor 6 in Signalverbindung mit dem Wellenfrontsensor 3 schickt, der die Bilder analysiert und die Information zu einer Steuerung 7 weiterleitet, die ein korrigierendes Profil erzeugt und dieses korrigierende Profil zu einem Strahlungsprofilerzeuger 9 in Signalverbindung mit der Steuerung 7 und der Lichtquelle 2 weiterleitet.
Der Strahlungsprofilerzeuger 9 steuert dann die Lichtquelle, so daß sie einen Lichtstrahl 5 abgibt, der das optische Element 10 bestrahlt, so daß die in der Polymermatrix des optischen Elementes 10 verteilte brechungsmodulierende Zusammensetzung RMC verändert wird, um die im optischen System 1 erfaßte Aberration zu korrigieren.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann so oft wie nötig wiederholt werden, so daß nach der ersten Dosis einer Bestrahlung 5 und nachdem ausreichend Zeit für eine Änderung der optischen Eigenschaften der IOL 10 und des Auges 1 vergangen sind, irgendwelche restlichen Aberrationen mit dem Wellenfrontsensor 3 erfaßt werden können und eine weitere Dosis einer Strahlung 5 angewendet werden kann, bei der die Eigenschaften des Strahls von der zweiten Aberrationsmessung abhängen. Dieses Verfahren aus Messen der Aberration, Anwenden eines Anreizes für die Polymerisation und erneutem Messen kann fortgesetzt werden, bis die gewünschten optischen Eigenschaften des Auges 1 erreicht sind oder bis das „Einsperren" bzw. Fixieren der IOL 10 mittels Licht erfolgt ist.
Es sollte erwähnt werden, daß bei der vorliegenden Erfindung irgendeine geeignete Lichtquelle 2, irgendein geeigneter Strahlungsteiler 4, Wellenfrontsensor 3, Prozessor 6, irgendeine geeignete Steuerung 7 und irgendein geeigneter Strahlungsprofilerzeuger 9 verwendet werden können, so daß die Aberrationen des optischen Elementes analysiert und korrigiert werden können.
1a bis 1d erläutern ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei der Brechungsindex eines bestimmten optischen Bereichs der Linse 10 durch eine von Licht hervorgerufene Polymerisation geändert wird (folglich eine Änderung der Linsenstärke). Die modulierte Linsenstärke wird durch Bestrahlen der gesamten Linse mit Flutlicht eingesperrt. Bei dem in 1a gezeigten Ausführungsbeispiel weist das optische Element 10 eine FPMC 12 und eine RMC 14 auf, die darin verteilt sind.
Die FPMC 12 bildet das Gitter des optischen Elementes und ist im allgemeinen für viele seiner Materialeigenschaften verantwortlich. Die RMC 14 kann eine einzige Verbindung oder eine Kombination von Verbindungen sein, die zu einer von einem Anreiz eingeleiteten Polymerisation, vorzugsweise einer Photopolymerisation, in der Lage ist bzw. sind. Der Begriff "Polymerisation" steht hier für eine Reaktion, bei der zumindest eine der Komponenten der RMC 14 reagiert, so daß zumindest eine kovalente oder physikalische Bindung mit entweder einer ähnlichen Komponente oder einer davon verschiedenen Komponente erzeugt wird.
Die entsprechende Art der FPMC 12 und der RMC 14 hängen vom endgültigen Zweck des optischen Elementes 10 ab. Als allgemeine Regel werden jedoch die FPMC 12 und die RMC 14 so ausgewählt, daß die Komponenten, die die RMC 14 aufweist, innerhalb der FPMC 12 diffundieren können; eine lockere FPMC 12 wird z.B. leicht mit größeren Komponenten der RMC 14 gepaart, und eine dichte FPMC 12 wird leicht mit einer kleineren RMC 14 gepaart.
Wie in 1b gezeigt, bildet die RMC 14 beim Bestrahlen mit einer geeigneten Energiequelle 16 (z.B. Wärme oder Licht) im bestrahlten Bereich 20 des optischen Elementes 10 typischerweise eine zweite Polymermatrix 18. Das Vorhandensein dieser zweiten Polymermatrix 18 ändert die Materialeigenschaften dieses Bereichs 20 des optischen Elementes 10, so daß dessen Brechungsvermögen moduliert wird. Die Bildung der zweiten Polymermatrix 18 erhöht im allgemeinen typischerweise den Brechungsindex des beeinflußten Bereichs 20 des optischen Elementes 10.
Wie in 1c gezeigt, wandert die RMC 14 im unbestrahlten Bereich 22 nach dem Bestrahlen mit der Zeit in den bestrahlten Bereich 20. Die in den bestrahlten Bereich 20 wandernde Menge der RMC 14 hängt von der Frequenz, Intensität und Dauer des Polymerisationsanreizes ab und kann exakt gesteuert werden. Wenn ausreichend Zeit zur Verfügung steht, wird sich die RMC 14 wieder ausgleichen und erneut innerhalb des gesamten optischen Elementes 10 verteilen (d.h. im FPMC 12, einschließlich dem bestrahlten Bereich).
Wenn dieser Bereich wieder mit einer Energiequelle 16 bestrahlt wird, polymerisiert die RMC 14, die seitdem in den Bereich 20 gewandert ist (was weniger sein kann, als wenn sich die RMC 14 wieder hätte ausgleichen können), so daß die Bildung der zweiten Polymermatrix 18 weiter verstärkt wird. Dieses Verfahren (Bestrahlen, gefolgt von einem geeigneten Zeitintervall, um für eine Diffusion zu sorgen) kann wiederholt werden, bis der bestrahlte Bereich 20 des optischen Elementes 10 die gewünschte Eigenschaft erreicht hat (z.B. Stärke, Brechungsindex oder Form).
Dann wird das gesamte optische Element 10 der Energiequelle 16 ausgesetzt, um die gewünschte Linseneigenschaft "einzusperren", indem die restliche RMC 14 polymerisiert, die außerhalb des bestrahlten Bereichs 20 ist, bevor die Komponenten 14 in den bestrahlten Bereich 20 wandern können, so daß das abschließende optische Element 10 gebildet wird, wie es in 1d gezeigt ist. Bei diesen Bedingungen kann das anschließende Bestrahlen des optischen Elementes 10 mit einer Energiequelle 16 dessen Stärke nicht weiter ändern, da keine RMC 14 mehr zur Verfügung steht, die ungehindert diffundieren kann.
Die FPMC 12 ist eine kovalent oder physikalisch gebundene Struktur, die als optisches Element 10 wirkt und aus einer FPMC 12 gebildet ist. Die FPMC 12 weist im allgemeinen ein oder mehrere Monomere auf, die beim Polymerisieren die FPMC 12 bilden. Die FPMC 12 kann gegebenenfalls irgendeine Anzahl von Hilfsmitteln für die Formulierung aufweisen, die die Polymerisationsreaktion modulieren oder irgendeine Eigenschaft des optischen Elementes 10 verbessern.
Zu erläuternden Beispielen von geeigneten Monomeren der FPMC 12 gehören Acrylharzderivate, Methacrylate, Phospazene, Siloxane, Vinyle, Homopolymere und Copolymere davon. Der Begriff "Monomer" steht hier für irgendwelche Einheiten (die selbst entweder ein Homopolymer oder ein Copolymer sein können), die miteinander verbunden werden können, so daß ein Polymer erzeugt wird, das Struktureinheiten dieser enthält. Wenn das Monomer der FPMC 12 ein Copolymer ist, kann es aus der gleichen Art von Monomeren bestehen (z.B. zwei verschiedene Siloxane) oder kann aus unterschiedlichen Arten von Monomeren bestehen (z.B. ein Siloxan und ein Acrylharzderivat).
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das eine oder werden die mehrere Monomere, das bzw. die die FPMC 12 bildet bzw. bilden, in Gegenwart der RMC 14 polymerisiert und vernetzt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird das polymere Ausgangsmaterial, das die FPMC 12 bildet, in Gegenwart der RMC 14 vernetzt. In diesem Fall muß die RMC 14 mit der FPMC 12 kompatibel sein und darf die Bildung der FPMC 12 nicht merklich stören. In ähnlicher Weise sollte die Bildung der zweiten Polymermatrix 18 ebenfalls mit der vorhandenen FPMC 12 kompatibel sein, so daß es zwischen der FPMC 12 und der zweiten Polymermatrix 18 nicht zu einer Phasentrennung kommt und die Lichttransmission durch das optische Element 10 nicht beeinflußt wird.
Wie bereits beschrieben, kann die RMC 14 eine einzige Komponente oder mehrere Komponenten sein, sofern sie (i) mit der Bildung der FPMC 12 kompatibel ist, (ii) nach der Bildung der FPMC 12 weiterhin zu einer von einem Anreiz eingeleiteten Polymerisation in der Lage ist, und (iii) innerhalb der FPMC 12 ungehindert diffundieren kann. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die von einem Anreiz eingeleitete Polymerisation eine photoinduzierte Polymerisation.
Die hier beschriebenen optischen Elemente 10 finden zahlreiche Verwendungen in der Elektronikindustrie und der Datenspeicherindustrie. Die optischen Elemente werden auch auf dem Gebiet der Medizin eingesetzt, indem sie z.B. als medizinische Linsen, insbesondere als IOL, verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen IOL weist eine FPMC 12 und eine darin verteilte RMC 14 auf. Die FPMC 12 und die RMC 14 sind wie vorstehend beschrieben, wobei zusätzlich gefordert wird, daß die entstehende Linse biokompatibel sein muß.
Zu erläuternden Beispielen von geeigneten biokompatiblen FPMC 12 gehören: Polyacrylate, wie Polyalkylacrylate und Polyhydroxyalkylacrylate; Polymethacrylate, wie Polymethylmethacrylat ("PMMA"), Polyhydroxyethylmethacrylat ("PHEMA"), und Polyhydroxypropylmethacrylat ("PHPMA"); Polyvinyle, wie Polystyrol und Poly-N-vinylpyrrolidon ("PNVP"); Polysiloxane, wie Polydimethylsiloxan; Polyphosphazene und Copolymere davon. Das US-Patent Nr. 4,260,725 und die dort genannten Patente und Dokumente (die hier alle als Bezug erwähnt werden) nennen weitere spezifische Beispiele von geeigneten Polymeren, die für die Bildung der FPMC 12 verwendet werden können.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen besitzt die FPMC 12 eine relativ niedrige Glasübergangstemperatur ("T_g"), so daß die entstehende IOL dazu neigt, ein fluidähnliches und/oder elastomeres Verhalten zu zeigen, und wird typischerweise durch Vernetzen von einem oder mehreren polymeren Ausgangsmaterialien erzeugt, wobei jedes polymere Ausgangsmaterial zumindest eine vernetzbare Gruppe aufweist. Zu erläuternden Beispielen von geeigneten vernetzbaren Gruppen gehören Hydrid, Acetoxy, Alkoxy, Amino, Anhydrid, Aryloxy, Carboxy, Enoxy, Epoxy, Halogenid, Isocyano, Olefin und Oxim, sie sind jedoch nicht darauf begrenzt.
Bei stärker bevorzugten Ausführungsbeispielen weist jedes polymere Ausgangsmaterial endständige Monomere (auch als Abschlüsse bezeichnet), die entweder gleich dem einen oder den mehreren Monomeren oder davon verschieden sind, die das polymere Ausgangsmaterial aufweist, jedoch zumindest eine vernetzbare Gruppe aufweisen, so daß z.B. die endständigen Monomere am Anfang und am Ende des polymeren Ausgangsmaterials sind und zumindest eine vernetzbare Gruppe als Teil von dessen Struktur aufweisen.
Obwohl es für die Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist, ist der Vernetzungsmechanismus des polymeren Ausgangsmaterials vorzugsweise von dem Mechanismus der von einem Anreiz eingeleiteten Polymerisation der Komponenten verschieden, die die RMC 14 aufweist. Wenn die RMC 14 z.B. durch eine photoinduzierte Polymerisation polymerisiert wird, ist es bevorzugt, daß die polymeren Ausgangsmaterialien vernetzbare Gruppen aufweisen, die durch irgendeinen von der photoinduzierten Polymerisation verschiedenen Mechanismus polymerisiert werden.
Eine besondere bevorzugte Klasse von polymeren Ausgangsmaterialien für die Bildung der FPMC 12 sind Polysiloxane (auch als "Silicone" bekannt), die mit einem endständigen Monomer abgeschlossen sind, das eine vernetzbare Gruppe aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acetoxy, Amino, Alkoxy, Halogenid, Hydroxyl und Mercapto besteht. Da Silicon-IOL flexibel und faltbar sind, können beim Implantationsverfahren der IOL im allgemeinen kleinere Schnitte gemacht werden. Ein Beispiel eines besonders bevorzugten polymeren Ausgangsmaterials ist Bis(diacetoxymethylsilyl)polydimethylsiloxan (das ein Polydimethylsiloxan ist, das mit einem endständigen Diacetoxymethylsilyl-Monomer abgeschlossen ist).
Die RMC 14, die für die Herstellung der IOL verwendet wird, ist wie vorstehend beschrieben, außer daß sie außerdem biokompatibel sein muß. Die RMC 14 ist zu einer von einem Anreiz eingeleiteten Polymerisation in der Lage und kann eine einzige Komponente oder mehrere Komponenten sein, so fern sie (i) mit der Bildung der FPMC 12 kompatibel ist, (ii) nach der Bildung der FPMC 12 weiterhin zu einer von einem Anreiz eingeleiteten Polymerisation in der Lage ist, und (iii) innerhalb der FPMC 12 ungehindert diffundieren kann.
Im allgemeinen kann als eine Komponente der RMC 14 die gleiche Art von Monomeren verwendet werden, die für die Erzeugung der FPMC 12 verwendet wird. Da die Monomere der RMC 14 innerhalb der FPMC 12 diffundieren können müssen, sind die Monomere der RMC 14 jedoch im allgemeinen kleiner (d.h. haben ein geringeres Molekulargewicht) als die Monomere, die die FPMC 12 bilden. Zusätzlich zu dem einen oder mehreren Monomeren kann die RMC 14 andere Komponenten, wie Initiatoren und Sensibilisierungsmittel aufweisen, die die Bildung der zweiten Polymermatrix 18 erleichtern.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die von einem Anreiz eingeleitete Polymerisation eine Photopolymerisation. Mit anderen Worten, es weist das eine oder weisen die mehreren Monomere, das bzw. die die RMC 14 aufweist, vorzugsweise jeweils mindestens eine Gruppe auf, die zur Photopolymerisation in der Lage ist. Zu erläuternden Beispielen solcher photopolymerisierbaren Gruppen gehören Acrylat, Allyloxy, Cinnamoyl, Methacrylat, Stibenyl und Vinyl, sie sind jedoch nicht darauf begrenzt. Bei stärker bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die RMC 14 einen Photoinitiator (irgendeine Verbindung, die für die Radikalbildung verwendet wird) entweder allein oder in Gegenwart eines Sensibilisierungsmittels auf.
Zu Beispielen geeigneter Photoinitiatoren gehören Acetophenone (z.B., α-substitutierte Halogenacetophenone und Diethoxyacetophenon); 2,4-Dichlormethyl-1,3,5-triazine, Benzoinalkylether und o-Benzoyloximinoketon. Zu Beispielen geeigneter Sensibilisierungsmittel gehören p-(Dialkylamino)arylaldehyd, N-Alkylindolyliden und Bis[p-(dialkylamino)benzyliden]keton.
Da flexible und faltbare IOL bevorzugt sind, stellen Polysiloxane, die mit einer endständigen Siloxan-Einheit abgeschlossen sind, die eine photopolymerisierbare Gruppe aufweist, eine besonders bevorzugte Klasse der Monomere der RMC 14 dar. Ein erläuterndes Beispiel eines solchen Monomers ist: X-Y-X¹ wobei Y ein Siloxan ist, das ein Monomer, ein Homopolymer oder ein Copolymer sein kann, das aus irgendeiner Anzahl von Siloxan-Einheiten gebildet ist, und X und X¹ gleich oder verschieden sein können und jeweils unabhängig voneinander eine endständige Siloxan-Einheit sind, die eine photopolymerisierbare Gruppe aufweist. Zu einem erläuternden Beispiel von Y gehören:
wobei m und n jeweils unabhängig voneinander jeweils eine ganze Zahl sind und R¹, R², R³ und R⁴ unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Alkyl (primär, sekundär, tertiär, Cyclo), Aryl oder Heteroaryl sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind R¹, R², R³ und R⁴ jeweils eine C₁-C₁₀-Alkylgruppe oder Phenyl. Da festgestellt worden ist, daß Monomere der RMC 14 mit einem relativ hohen Arylgehalt stärkere Schwankungen des Brechungsindex der erfindungsgemäßen Linse hervorrufen, ist es allgemein bevorzugt, daß zumindest einer der Reste R¹, R², R³ und R⁴ ein Aryl, insbesondere Phenyl ist. Bei stärker bevorzugten Ausführungsbeispielen sind R¹, R² und R³ gleich und sind Methyl, Ethyl oder Propyl, und R⁴ ist Phenyl.
Erläuternde Beispiele von X und X¹ (oder X¹ und X in Abhängigkeit davon, wie das Polymer RMC 14 dargestellt wird) sind:
wobei R⁵ und R⁶ unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Alkyl, Aryl oder Heteroaryl sind und Z eine photopolymerisierbare Gruppe ist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen sind R⁵ und R⁶ unabhängig voneinander jeweils eine C₁-C₁₀-Alkylgruppe oder Phenyl und Z ist eine photopolymerisierbare Gruppe, die eine Einheit aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acrylat, Allyloxy, Cinnamoyl, Methacrylat, Stibenyl und Vinyl besteht. Bei stärker bevorzugten Ausführungsbeispielen sind R⁵ und R⁶ Methyl, Ethyl oder Propyl und Z ist eine photopolymerisierbare Gruppe, die eine Acrylat- oder Methacrylat-Einheit aufweist.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen hat das Monomer der RMC 14 folgende Formel:
wobei X und X¹ gleich sind und R¹, R², R³ und R⁴ wie bereits angegeben sind. Zu erläuternden Beispielen solcher Monomere der RMC 14 gehören ein Dimethylsiloxan-Diphenylsiloxan-Copolymer, das mit einer Vinyldimethylsilangruppe abgeschlossen ist, ein Dimethylsiloxan-Methylphenylsiloxan-Copolymer, das mit einer Methacryloxypropyldimethylsilangruppe abgeschlossen ist, und Dimethylsiloxan, das mit einer Methacryloxypropyldimethylsilangruppe abgeschlossen ist.
Obwohl irgendein geeignetes Verfahren angewendet werden kann, hat sich eine Ringöffnungsreaktion von einem oder mehreren cyclischen Siloxanen in Gegenwart von Triflinsäure als besonders wirksames Verfahren für die Herstellung einer Klasse der erfindungsgemäßen Monomere der RMC 14 herausgestellt. Kurz zusammengefaßt, es weist dieses Verfahren den Kontakt eines cyclischen Siloxans mit einer Verbindung der Formel:
in Gegenwart von Triflinsäure auf, wo R⁵, R⁶ und Z wie bereits angegeben sind. Das cyclische Siloxan kann ein cyclisches Siloxanmonomer, -homopolymer oder -copolymer sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann mehr als ein cyclisches Siloxan verwendet werden.
Es werden z.B. ein cyclisches Dimethylsiloxan-Tetramer und ein cyclisches Methylphenylsiloxan-Trimer/Tetramer in Gegenwart von Triflinsäure mit Bismethacryloxypropyltetramethyldisiloxan in Kontakt gebracht, so daß ein Dimethylsiloxan-Methylphenylsiloxan-Copolymer, das mit einer Methacryloxypropyldimethylsilangruppe abgeschlossen ist, ein besonders bevorzugtes Monomer der RMC 14, erzeugt wird.
Die IOL können mit irgendeinem geeigneten Verfahren hergestellt werden, das zu einer FPMC 12 mit einer oder mehreren Komponenten führt, die die darin verteilte RMC 14 aufweist, und wobei die RMC 14 zu einer von einem Anreiz eingeleiteten Polymerisation in der Lage ist, um eine zweite Polymermatrix 18 zu bilden. Das Verfahren zur Herstellung einer IOL ist im allgemeinen das gleiche wie das für die Herstellung eines optischen Elementes 10.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren das Mischen einer Zusammensetzung einer FPMC 12 mit einer RMC 14, so daß ein Reaktionsgemisch erzeugt wird, das Einfüllen des Reaktionsgemischs in eine Form, das Polymerisieren der Zusammensetzung der FPMC 12, so daß das optische Element 10 erzeugt wird, und das Entnehmen des optischen Elementes 10 aus der Form auf.
Die Art der verwendeten Form hängt von dem optischen Element ab, das hergestellt wird. Wenn das optische Element 10 z.B. ein Prisma ist, wie in den 2a bis 2d gezeigt ist, wird eine Form in Prismenform benutzt. Wenn das optische Element 10 eine IOL, wie es in den 1a bis 1d gezeigt ist, wird in ähnlicher Weise eine IOL-Form verwendet, und so weiter. Wie bereits beschrieben, weist die Zusammensetzung der FPMC 12 ein oder mehrere Monomere für die Bildung der FPMC 12 und gegebenenfalls irgendeine Anzahl von Hilfsmaterialien für die Formulierung auf, die entweder die Polymerisationsreaktion abstimmen oder irgendeine Eigenschaft des optischen Elementes 10 verbessern (unabhängig davon, ob sie mit den optischen Eigenschaften in Zusammenhang steht oder auch nicht).
In ähnlicher Weise weist die RMC 14 eine oder mehrere Komponenten auf, die zusammen zu einer von einem Anreiz eingeleiteten Polymerisation in der Lage sind, um die zweite Polymermatrix 18 zu erzeugen. Da flexible und faltbare IOL im allgemeinen kleinere Schnitte zulassen, ist es bevorzugt, daß sowohl die Zusammensetzung der FPMC 12 als auch die RMC 14 ein oder mehrere auf Silicon basierende oder Acrylmonomere mit einem niedrigen T_g-Wert aufweisen, wenn das Verfahren für die Herstellung von IOL angewendet wird.
Die optischen Eigenschaften des optischen Elementes 10, wozu die wie vorstehend beschriebene IOL gehört, können modifiziert werden, indem z.B. die Polymerisation der RMC 14 modifiziert wird. Eine solche Modifizierung kann selbst nach der Implantation des optischen Elementes 10 in das Auge erfolgen. Irgendwelche Fehler bei der Berechnung der Stärke aufgrund ungenauer Messungen der Kornea, einer variablen Anordnung der Linse oder einer veränderlichen Wundheilung können z.B. bei einem Verfahren nach der Operation korrigiert werden.
Eine solche Modifizierung kann außerdem verschiedene optische Eigenschaften, z.B. Brechungsindex und/oder Krümmungsradius, beeinflussen. Ohne durch irgendwelche technischen Einschränkungen gebunden sein zu wollen, nehmen die Anmelder an, daß die von einem Anreiz eingeleitete Polymerisation der RMC eine zweite Polymermatrix 18 bildet, die den Brechungsindex und/oder den Krümmungsradius der IOL in einer vorsehbaren Art und Weise ändern kann, was sich auf eine Änderung der Stärke der IOL auswirkt.
Das Verfahren zum Implementieren eines optischen Elementes 10 weist im allgemeinen folgendes auf: Ausführen einer optischen Messung an dem optischen Element 10 entweder als alleiniges optisches Element oder als optisches Element, das Teil eines größeren optischen Systems ist, z.B. eine in das Auge implantierte IOL, bei der das Licht einstellbar ist, und das Einleiten der Polymerisation der RMC 14 des optischen Elementes 10 auf der Basis der optischen Messung. Zu der optischen Messung gehört eine Messung von Aberrationen des optischen Elementes 10 oder eines optischen Systems, z.B. des Auges, das dieses optische Element 10 aufweist.
Die gemessenen Aberrationen können innerhalb einer Linse, einer IOL oder eines Auges mit einem IOL-Implantat sein. Zu den Aberrationen gehören Aberrationen der Wellenfront oder optische Aberrationen, einschließlich z.B. Defokussierung, Astigmatismus, Koma, sphärische Aberrationen sowie optische Aberrationen höherer Ordnung, sie sind jedoch nicht darauf begrenzt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die optische Messung nach einem Zeitraum, z.B. nach der Implantation der IOL und der Wundheilung, ausgeführt. Die optische Messung kann unter Verwendung eines Wellenfrontsensors ausgeführt werden, der für die Erfassung von Aberrationen in einem optischen Element geeignet ist, wie z.B. ein Shack-Hartman-Wellenfrontsensor.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Messung mit einem anpassungsfähigen optischen System, z.B. einem Wellenfrontsensor in Kombination mit einem Wellenfrontkompensator oder modifizierendem Element, wie z.B. einem verformbaren Spiegel, einem Phasenmodulator für räumliches Licht (SLM), einer mikroelektromechanischen Membran und einem segmentierten Mikrospiegel, ausgeführt werden.
Die optische Messung kann dazu dienen, das Ausmaß und die Art der Modifizierung zu bestimmen, die erforderlich sind, um die gewünschten optischen Eigenschaften eines optischen Elementes 10, wie einer IOL, zu erreichen. Wie in 7 gezeigt, erfaßt z.B. der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor die Aberrationen eines optischen Elementes 10 oder eines Systems, das das optische Element 10 aufweist; eine Messung, die diese Aberrationen widerspiegelt, kann dazu dienen, das Ausmaß und die räumliche Verteilung der Polymerisation der RMC 14 in diesem optischen Element 14, z.B. einer IOL, zu bestimmen. Eine von der Wellenfrontanalyse geleitete Polymerisation, z.B. nach der Implantation einer IOL, korrigiert Aberrationen mit einer hohen Genauigkeit, so daß die Sehschärfe des Auges maximiert wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor in Kombination mit einem Wellenfrontkompensator oder modifizierenden Element verwendet, der Shack-Hartmann-Sensor erfaßt die Aberrationen, wohingegen der Wellenfrontkompensator oder das modifizierende Element die Aberrationen, z.B. Wellenfrontfehler von einer Rückkopplungsschleife gesteuert korrigiert. Eine Information der erforderlichen Regelungen, die vom Wellenfrontkompensator oder modifizierenden Element vorgenommen wurden, um die Aberrationen zu korrigieren, kann dazu dienen, das Ausmaß und die Verteilung der Einleitung der Polymerisation der RMC 14 festzustellen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor ohne Wellenfrontkompensator verwendet werden. Der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor erfaßt die räumliche Verteilung und die Größenordnung der Aberrationen, die im optischen System, z.B. einem Auge mit einer IOL mit einstellbarer Stärke, vorliegen. Die Kenntnis der räumlichen Verteilung und der Größenordnung der im optischen Element oder optischen System vorhandenen Aberrationen kann dazu dienen, die erforderliche räumliche Verteilung der Intensität und der Dauer des angewendeten Anreizes zu bestimmen.
Die Einleitung der Polymerisation der RMC 14 eines optischen Elementes 10, wie einer IOL, kann erreicht werden, wenn das optische Element 10 einem Anreiz 16 ausgesetzt wird. Im allgemeinen weist ein Verfahren zum Einleiten der Polymerisation einer IOL, die eine FPMC 12 und eine darin verteilte RMC 14 aufweist, folgendes auf:

(a) zumindest ein Teil der Linse, optisches Element 10, wird einem Anreiz 16 ausgesetzt, wobei der Anreiz 16 die Polymerisation der RMC 14 einleitet. Wenn nach der Implantation und Wundheilung keine Eigenschaft der IOL modifiziert werden muß, was vom Wellenfrontsensor bestimmt wird, dann ist der bestrahlte Bereich die gesamte Linse. Das Bestrahlen der gesamten Linse mit einer Intensität, die ausreicht um eine vollständige Polymerisation der RMC innerhalb der gesamten Linse einzuleiten, fixiert bzw. sperrt die dann vorhandenen Eigenschaften der implantierten Linse ein.

Wenn jedoch eine Linseneigenschaft, wie deren optische Leistung, modifiziert werden soll, was vom Wellenfrontsensor bestimmt wird, muß die Linse so mit dem Anreiz 16 bestrahlt werden, daß die Polymerisation der RMC 14 entlang der Linse unterschiedlich erfolgt, um die vom Wellenfrontsensor erfaßten Aberrationen zu kompensieren. Eine solche differenzierte Polymerisation der RMC 14 kann durch irgendeine geeignete Maßnahme zur räumlichen Änderung der Intensität des Anreizes 16 entlang der Linse erreicht werden, wie z.B. durch Bestrahlen von nur einem Teil der Linse mit dem Anreiz 16 durch eine Photomaske oder mit einem parallel gerichteten Strahl, oder in einem anderen Ausführungsbeispiel durch Verwendung einer Quelle für den Anreiz mit unterschiedlicher Intensität entlang der gesamten Öffnung der Linse, so daß die Linse einem räumlich variablen Anreiz ausgesetzt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren zum Implementieren der IOL ferner folgendes auf:

(b) Abwarten eines Zeitintervalls; und
(c) erneutes Bestrahlen eines Teils der Linse mit dem Stimulus oder Anreiz 16.

Dieses Verfahren wird im allgemeinen die weitere Polymerisation der RMC 14 innerhalb des bestrahlten Bereichs 20 der Linse einleiten. Die Schritte (b) und (c) können mehrere Male wiederholt werden, bis die IOL (oder das optische Element) die gewünschten Linseneigenschaften erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt kann das Verfahren ferner einen Schritt aufweisen, bei dem die gesamte Linse mit dem Anreiz 16 bestrahlt wird, um die gewünschten Linseneigenschaften einzusperren.
Das Einleiten der Polymerisation der RMC in einer IOL kann auch wie folgt erreicht werden:

(a) Bestrahlen eines ersten Teils der Linse mit einem Anreiz 16, wobei der Anreiz 16 die Polymerisation der RMC 14 einleitet, und
(b) Bestrahlen eines zweiten Teils der Linse mit dem Anreiz 16.

Der erste Linsenabschnitt und der zweite Linsenabschnitt stellen unterschiedliche Bereiche der Linse dar, obwohl sie einander überlappen können. Das Verfahren kann gegebenenfalls ein Zeitintervall zwischen dem Bestrahlen des ersten Linsenabschnitts und des zweiten Linsenabschnitts aufweisen. Außerdem kann das Verfahren ferner das mehrmalige erneute Bestrahlen des ersten Linsenabschnitts und/oder des zweiten Linsenabschnitts (mit oder ohne Zeitintervall zwischen den Bestrahlungen) aufweisen oder kann ferner das Bestrahlen von weiteren Bereichen der Linse (z.B. eines dritten Linsenabschnittes, eines vierten Linsenabschnittes usw.) aufweisen. Wenn die gewünschte Eigenschaft einmal erreicht ist, kann das Verfahren ferner einen Schritt aufweisen, bei dem die gesamte Linse mit dem Anreiz 16 bestrahlt wird, um die gewünschten Linseneigenschaften einzusperren.
Die Stelle, des einen oder der mehreren bestrahlten Abschnitte 20 ändert sich im allgemeinen in Abhängigkeit von der Art des Brechungsfehlers, der korrigiert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der bestrahlte Abschnitt 20 der IOL z.B. die optische Zone, die sich im mittleren Bereich der Linse befindet (z.B. etwa 4 mm bis etwa 5 mm im Durchmesser). In einem andern Ausführungsbeispiel können sich der eine oder die mehreren bestrahlten Linsenabschnitte 20 entlang des äußeren Randes der IOL oder entlang eines bestimmten Meridians befinden. Der Anreiz 16 für die Einleitung der Polymerisation der RMC 14 kann irgendeine geeignete kohärente oder inkohärente Lichtquelle sein.
Außerdem können ein optisches Element 10, das eine RMC 14 aufweist, und ein Wellenfrontsensor kombiniert werden, so daß eine Vorrichtung für die Korrektur von Aberrationen bei optischen Systemen, z.B. in Augen, bereitgestellt wird. Der Wellenfrontsensor kann der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung auch ein optisches Element, das eine RMC 14 aufweist, in Kombination mit einem anpassungsfähigen optischen System auf, das einen Wellenfrontsensor und eine die Wellenfront kompensierende oder modifizierende Einrichtung, z.B. einen verformbaren Spiegel, einen Phasenmodulator für räum liches Licht (SLM), eine mikro-elektromechanischen Membran oder einen segmentierten Mikrospiegel, aufweist.
Die folgenden Beispiele dienen nur der Erläuterung und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken, der vorstehend allgemein beschrieben worden ist.
Beispiel 1
Es wurden geeignete optische Materialien hergestellt und getestet, die verschiedene Mengen von (a) Polydimethylsiloxan, das mit Diacetoxymethylsilan abgeschlossen ist ("PDMS") (36000 g/Mol), (b) einem Dimethylsiloxan-Diphenylsiloxan-Copolymer, das mit Vinyldimethylsilan abgeschlossen ist ("DMDPS") (15500 g/Mol) und (c) einem UV-Photoinitiator, 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon ("DMPA") aufweisen, wie es in Tabelle 1 angegeben ist. PDMS ist das Monomer, das die FPMC bildet, und die RMC weist DMDPS und DMPA zusammen auf. Tabelle 1

a) Gew.-% auf DMDPS bezogen

Geeignete Mengen von PMDS (Gelest DMS-D33, 36000 g/Mol), DMDPS (Gelest PDV-0325, 3,0 bis 3,5 Mol-% Diphenyl, 15500 g/Mol) und DMPA (Acros, 1,5 Gew.-%, bezogen auf DMDPS) wurden zusammen in eine Aluminiumpfanne abgewogen, bei Raumtemperatur manuell gemischt, bis das DMPA gelöst war, und für 2 bis 4 Minuten unter Druck (5 m Torr) entgast, um Luftblasen zu entfernen. Lichtempfindliche Prismen, wie sie in den 2a bis 2d schematisch dargestellt sind, wurden hergestellt, indem die entstandene Siliconzusammensetzung in eine Form aus drei Glasplatten gegossen wurde, die von einem Klebeband in Form eines Prismas zusammengehalten wurden und an einem Ende mit einer Silicondichtungsmasse abgedichtet waren. Diese Prismen sind ≈ 5 cm lang, und die Abmessungen der drei Seiten betragen jeweils ≈ 8 mm. Das PDMS in den Prismen wurde feucht gehärtet und für 7 Tage in einem dunklen Raum bei Raumtemperatur aufbewahrt, um sicher zu gehen, daß die entstehende FPMC nichtklebrig, klar und transparent war.
Die Menge des Photoinitiators (1,5 Gew.-%) beruhte auf früheren Versuchen mit einem festgelegten Gehalt des Monomers der RMC von 25 %, wobei der Photoinitiatorgehalt geändert wurde. Bei Zusammensetzungen, die 1,5 Gew.-% und 2 Gew.-% Photoinitiator enthielten, wurde eine maximale Modulation des Brechungsindex beobachtet, wobei eine Sättigung des Brechungsindex bei 5 Gew.-% auftrat.
Beispiel 2
Synthese von Monomeren der RMC
Wie im nachfolgenden Schema 1 dargestellt, kommt es bei einer Synthese in einem Gefäß in Gegenwart von Triflinsäure zur Dissoziation von handelsüblichem Bismethacryloxypropyltetramethyldisiloxan ("MPS") und anschließend zur Ringöffnung des handelsüblichen Octamethylcyclotetrasiloxans ("D₄") und Trimethyltriphenylcyclotrisiloxans ("D'₃"), so daß lineare Monomere der RMC erzeugt werden. US-Patent Nr. 4,260,725, Kunzler, J. F., Trends in Polymer Science, 4: 52-59 (1996); Kunzler et al. J. Appl. Sci. 55: 611-619 (1995) und Lai et al., J. Poly. Sci. A. Poly. Chem. 33: 1773-1782 (1995). Schema 1
Geeignete Mengen von MPS, D₄ und D'₃ wurden für 1,5 bis 2 Stunden in einer Ampulle gerührt. Es wurde eine geeignete Menge Triflinsäure zugesetzt, und das entstandene Gemisch wurde für weitere 20 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde mit Hexan verdünnt, durch den Zusatz von Natriumbicarbonat neutralisiert (die Säure) und durch den Zusatz von wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Filtrieren und dem Rotationsverdampfen des Hexan wurde das Monomer der RMC durch Filtration durch eine Säule mit Aktivkohle weiter gereinigt. Das Monomer der RMC wurde für 12 bis 18 Stunden bei einem Druck von 5 m Torr und bei 70 bis 80 °C getrocknet.
Die eingeführten Mengen von Phenyl, Methyl und Endgruppen wurden anhand der ¹H-NMR-Spektren berechnet, die in deuteriertem Chloroform ohne den internen Standard Tetramethylsilan ("TMS") erfaßt wurden. Es folgen erläuternde Beispiele der chemischen Verschiebungen für einige der synthetisierten Monomere der RMC.
Ein Monomer der RMC mit 1000 g/Mol, das 5,58 Mol-% Phenyl enthält (hergestellt durch die Reaktion von: 4,85 g (12,5 mMol) MPS, 1,68 g (4,1 mMol) D'₃, 5,98 g (20,2 mMol) D₄ und 108 μl (1,21 mMol) Triflinsäure): δ = 7,56-7,57 ppm (m, 2H) aromatisch, δ = 7,32-7,33 ppm (m, 3H) aromatisch, δ = 6,09 ppm (d, 2H) olefinisch, δ = 5,53 ppm (d, 2H) olefinisch, δ = 4,07-4,10 ppm (t, 4H) -O-CH ₂CH₂CH₂-, δ = 1,93 ppm (s, 6H) Methyl von Methacrylat , δ = 1,65-1,71 ppm (m, 4H) -O-CH₂CH ₂CH₂- , δ= 0,54-0,58 ppm (m, 4H) -O-CH₂CH₂CH ₂-Si, δ = 0,29-0,30 ppm (d, 3H), CH ₃-Si-Phenyl, δ = 0,04-0,08 ppm (s, 50 H) (CH ₃)₂Si der Hauptkette.
Ein Monomer der RMC mit 2000 g/Mol 5,26 Mol-% Phenyl (hergestellt durch die Reaktion von: 2,32 g (6,0 mMol) MPS; 1,94 g (4,7 mMol) D'₃ ; 7,74 g (26,1 mMol) D₄ und 136 μl (1,54 mMol) Triflinsäure): δ = 7,54-7,58 ppm (m, 4H) aromatisch, δ = 7,32-7,34 ppm (m, 6H) aromatisch, δ = 6,09 ppm (d, 2H) olefinisch, δ = 5,53 ppm (d, 2H) olefinisch, δ = 4,08-4,11 ppm (t, 4H) -O-CH ₂CH₂CH₂-, δ = 1,94 ppm (s, 6H) Methyl von Methacrylat , δ = 1,67-1,71 ppm (m, 4H) -O-CH₂CH ₂CH₂-, δ = 0,54-0,59 ppm (m, 4H) -O-CH₂CH₂CH ₂-Si, δ = 0,29-0,31 ppm (m, 6H), CH ₃-Si-Phenyl, δ = 0,04-0,09 ppm (s, 112H) (CH ₃)₂Si der Hauptkette.
Ein Monomer der RMC mit 4000 g/Mol 4,16 Mol-% Phenyl (hergestellt durch die Reaktion von: 1,06 g (2,74 mMol) MPS; 1,67 g (4,1 mMol) D'₃, 9,28 g (31,3 mMol) D₄ und 157 μl (1,77 mMol) Triflinsäure): δ = 7,57-7,60 ppm (m, 8H) aromatisch, δ = 7,32-7,34 ppm (m, 12H) aromatisch, δ = 6,10 ppm (d, 2H) olefinisch, δ = 5,54 ppm (d, 2H) olefinisch, δ = 4,08-4,12 ppm (t, 4H) -O-CH ₂CH₂CH₂-, δ = 1,94 ppm (s, 6H) Methyl von Methacrylat , δ = 1,65-1,74 ppm (m, 4H) -O-CH₂CH ₂CH₂-, δ = 0,55-0,59 ppm (m, 4H) -O-CH₂CH₂CH ₂-Si, δ = 0,31 ppm (m, 11H), CH ₃-Si-Phenyl, δ = 0,07-0,09 ppm (s, 272 H) (CH ₃)₂Si der Hauptkette.
Für die Synthese des Dimethylsiloxanpolymers ohne irgendwelche Methylphenylsiloxan-Einheiten, das mit Methacryloxypropyldimethylsilan abgeschlossen ist, wurde das Verhältnis zwischen D4 und MPS in ähnlicher Weise geändert, ohne daß D'₃ enthalten war.
Das Molekulargewicht wurde durch ¹H-NMR und Gel-Permeationschromatographie ("GPC") berechnet. Das absolute Molekulargewicht wurde durch ein universelles Kalibrierverfahren unter Verwendung von Standards aus Polystyrol und Poly(methylmethacrylat) erhalten. Tabelle 2 führt die Kennzeichnung von anderen Monomeren der RMC auf, die durch eine Ringöffnungspolymerisation mit Triflinsäure synthetisiert wurden.
Tabelle 2
Bei 10 bis 40 Gew.-% sind diese Monomere der RMC mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 4000 g/Mol bei einem Phenylgehalt von 3 bis 6,2 Mol-% vollkommen mischbar, biokompatibel und bilden optisch klare Prismen und Linsen, wenn sie in der Siliconmatrix aufgenommen werden. Monomere der RMC mit einem hohen Phenylgehalt (4 bis 6 Mol-%) und einem geringen Molekulargewicht (1000 bis 4000 g/Mol) führten zu einer 2,5-fachen Zunahme des Brechungsindex und einer 3,5- bis 5,0-fachen Zunahme der Diffusionsgeschwindigkeit, verglichen mit dem in Tabelle 1 verwendeten Monomer der RMC (ein Dimethylsiloxan-Diphenylsiloxan-Copolymer, das mit Vinyl dimethylsilan abgeschlossen ist ("DMDPS") (Diphenylgehalt 3 bis 3,5 Mol-%, 15500 g/Mol).
Diese Monomere der RMC wurden für die Herstellung von optischen Elementen verwendet, die folgendes aufweisen: (a) Polydimethylsiloxan, das mit Diacetoxymethylsilan abgeschlossen ist ("PDMS") (36000 g/Mol), (b) ein Dimethylsiloxan-Methylphenylsiloxan-Copolymer, das mit einer Methacryloxypropyldimethylsilangruppe abgeschlossen ist, und (c) 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon ("DMPA"). Es wird darauf hingewiesen, daß die Komponente (a) das Monomer darstellt, das die FPMC bildet, und die RMC die Komponenten (b) und (c) aufweist.
Beispiel 3
Herstellung von intraokularen Linsen ("IOL")
Eine IOL-Form wurde nach allgemein anerkannten Standards gestaltet. Siehe z.B. die US-Patente Nr. 5,762,836, 5,141,678 und 5,213,825. Kurz zusammengefaßt, es wird die Form um zwei plankonkave Oberflächen aufgebaut, die Krümmungsradien von –6,46 mm und/oder –12,92 mm aufweisen. Die entstehenden Linsen haben einen Durchmesser von 6,35 mm und weisen eine Dicke im Bereich von 0,64 mm, 0,98 mm oder 1,32 mm auf, wobei dies von der Kombination der verwendeten konkaven Linsenoberflächen abhängt. Bei Verwendung von zwei unterschiedlichen Krümmungsradien in deren drei möglichen Kombinationen und unter der Annahme eines nominellen Brechungsindex für die IOL-Zusammensetzung von 1,404, der jedoch nicht darauf begrenzt ist, wurden Linsen mit einer Stärke vor dem Bestrahlen von 10,51 D (62,09 D in Luft), 15,75 D (92,44 in Luft) und 20,95 D (121,46 D in Luft) hergestellt.
Beispiel 4
Stabilität der Zusammensetzung gegenüber dem Auslaugen
Drei IOL wurden mit 30 und 10 Gew.-% der Monomere B und D der RMC hergestellt, die in 60 Gew.-% der PDMS-Matrix eingeführt wurden. Nach dem feuchten Härten der PDMS, so daß die FPMC hergestellt wurde, wurde das Vorhandensein von irgendeinem freien Monomer der RMC in der wäßrigen Lösung wie folgt analysiert. Zwei der drei Linsen wurden dreimal für einen Zeitraum von zwei Minuten mit Licht mit 340 nm bestrahlt, wobei die dritte Linse überhaupt nicht bestrahlt wurde. Dann wurde bei einer der bestrahlten Linsen das Einsperren vorgenommen, indem die gesamte Linsenmatrix bestrahlt wurde.
Alle drei Linsen wurden drei Tage in einer 1,0 m NaCl-Lösung mechanisch geschüttelt. Dann wurden die NaCl-Lösungen mit Hexan extrahiert und mittels ¹H-NMR analysiert. Im NMR-Spektrum wurden keine Peaks des Monomers aufgrund des Monomers der RMC beobachtet. Diese Ergebnisse legen nahe, daß die Monomere der RMC in allen drei Fällen nicht aus der Matrix in die wäßrige Phase ausgelaugt worden waren. Frühere Untersuchungen bei einem Monomer der RMC aus einem mit Vinyl abgeschlossenen Silicon zeigten selbst nach der Aufbewahrung für mehr als ein Jahr in einer 1,0 m NaCl-Lösung ähnliche Ergebnisse.
Es wurde die matrixgestützte Laser-Desorptions/Ionisations-Flugzeitmassenspektrometrie (MALDI-TOF-Massenspektrometrie) angewendet, um das mögliche Auslaugen des Monomers und der Matrix in wäßrige Lösungen weiter zu untersuchen. Bei dieser Untersuchung wurden vier Linsen geprüft. Die erste Linse wurde mit 30 und 10 Gew.-% der Monomere E und F hergestellt, die in 60 Gew.-% der PDMS-Matrix eingeführt wurden. Diese Linse wurde, nachdem eine 0,5 mm breite Astigmatismusmaske unter 23° in Uhrzeigerrichtung von der Senkrechten auf der Linse angeordnet worden war, für vier Minuten mit 325 nm Licht von einem He:Cd-Laser mit 2,14 mW/cm² bestrahlt. Bei der ersten Linse wurde dann drei Stunden nach der ersten Bestrahlung das Einsperren mit Licht vorgenommen, indem sie für acht Minuten mit einer Hg-Niederdrucklampe bestrahlt wurde.
Die zweite Linse bestand aus 30 und 10 Gew.-% der Monomere B und D, die in 60 Gew.-% der PDMS-Matrix eingeführt wurden. Diese Linse wurde, nachdem eine Photomaske mit einem Durchmesser von 1 mm auf den mittleren Teil der Linse gelegt worden war, mit 340 nm Licht von einer Xe:Hg-Lichtbogenlampe mit 3,43 mW/cm² bestrahlt. Bei der zweiten Linse erfolgte das Einsperren mit Licht nicht. Die dritte Linse wurde mit 30 und 10 Gew.-% der Monomere E und F hergestellt, die in 60 Gew.-% der PDMS-Matrix eingeführt wurden.
Diese Linse wurde, nachdem eine Photomaske mit 1,0 mm Durchmesser auf den mittleren Teil der Linse gelegt worden war, für vier Minuten mit 325 nm Licht von einem He:Cd-Laser mit 2,14 mW/cm² bestrahlt. Dann wurde bei der dritten Linse drei Stunden nach dem ersten Bestrahlen das Einsperren mittels Licht vorgenommen, indem sie acht Minuten mit einer Hg-Niederdrucklampe bestrahlt wurde. Die vierte Linse wurde mit 30 und 10 Gew.-% der Monomere E und F hergestellt, die in 60 Gew.-% der PDMS-Matrix eingeführt wurden. Die vierte Linse wurde nicht bestrahlt. Diese vier Linsen wurden einzeln in 5 ml zweifach destilliertes Wasser gegeben. 1 ml Geschirrspülmittel (ein Tensid) wurde der Lösung zugegeben, die die Linse Nr. 2 enthielt.
Diese Linsen wurden 83 Tage bei Raumtemperatur in ihren entsprechenden Lösungen belassen. Nach dieser Zeit wurden die Linsen in ihren entsprechenden Lösungen für 78 Tage in einen Ofen gegeben, der bei 37 °C gehalten wurde. Jede der wäßrigen Lösungen wurde dann dreimal mit etwa 5 ml Hexan extrahiert. Alle Hexanextrakte jeder Linsenlösung wurden gemischt, über wasserfreiem Natriumsulfat (Na₂SO₄) getrocknet und konnten bis zur Trocknen verdampfen. Jede der vier Ampullen wurde dann mit THF extrahiert, auf eine Dihydroxybenzoesäurematrix getupft und mittels MALDI-TOF analysiert. Zum Vergleich wurden jedes der Monomere und die PDMS-Matrix in ihrer reinen Form erfaßt. Ein Vergleich der vier extrahierten Linsenproben und der reinen Komponente zeigte weder das Vorhandensein der Monomere noch der Matrix, was darauf hinweist, daß Monomer und Matrix nicht aus den Linsen ausgelaugt wurden.
Beispiel 5
Toxikologische Untersuchungen bei Auen von Kaninchen
Sterilisierte, nicht bestrahlte und bestrahlte erfindungsgemäße Silicon-IOL (wie in dem Beispiel 3 beschrieben hergestellt) und sterilisierte handelsübliche Silicon-IOL wurden in die Augen von Albinokaninchen implantiert. Nachdem die Augen für eine Woche klinisch verfolgt worden waren, wurden die Kaninchen getötet. Die entnommenen Augen wurden ausgeschält, in Formalin gegeben und histopathologisch untersucht. Es gibt keinen Hinweis auf korneale Toxizität, eine Entzündung des anterioren Segments oder andere Hinweise auf eine Linsentoxizität.
Beispiel 6
Bestrahlung von Siliconprismen
Aufgrund der Einfachheit der Messung einer Änderung des Brechungsindex ((Δn) und des Prozentsatzes der effektiven Änderung des Brechungsindex (%Δn) von Prismen wurden die erfindungsgemäßen Formulierungen zu Prismen 26 für das Bestrahlen und die Kennzeichnung geformt, wie sie in den 2a bis 2d gezeigt sind. Wie in 2a dargestellt, wurden die Prismen 26 hergestellt, indem (a) 90 bis 60 Gew.-% PDMS 12 mit hohem M_n (FPMC), (b) 10 bis 40 Gew.-% der Monomere der RMC 14 in Tabelle 2 und (c) 0,75 Gew.-% (auf die Monomere der RMC bezogen) des Photoinitiators DMPA gemischt und in Glasformen in Form von Prismen mit 5,0 cm Länge und 8,0 mm auf jeder Seite gegossen wurden. Die Siliconzusammensetzung in den Prismen 26 wurde feucht gehärtet und für einen Zeitraum von sieben Tagen in einem dunklen Raum bei Raumtemperatur aufbewahrt, um sicherzugehen, daß die abschließende Matrix nicht klebrig, klar und transparent war.
2a bis 2d zeigen das Verfahren zum Bestrahlen der Prismen. Zwei der langen Seiten jedes Prismas 26 wurden mit einem schwarzen Hintergrund bedeckt, wohingegen die dritte mit einer Photomaske 28 aus einer Aluminiumplatte 30 mit rechteckigen Öffnungen 32 (2,5 mm × 10 mm) bedeckt wurde, wie es in 2b gezeigt ist. Jedes Prisma 26 wurde für unterschiedliche Zeiträume mit parallel gerichtetem 340 nm Licht 16 mit 3,4 mW/cm² (maximale Absorption des Photoinitiators) von einer 1000 W Xe:Hg-Lichtbogenlampe bestrahlt.
Die Prismen 26 mit der Photomaske 28 wurden sowohl (i) einer kontinuierlichen Bestrahlung – einmaliges Bestrahlen für einen bekannten Zeitraum, als auch (ii) einer "Stakkato"-Bestrahlung – drei kürzere Bestrahlungen mit längeren Intervallen dazwischen ausgesetzt. Beim kontinuierlichen Bestrahlen hängt der Kontrast des Brechungsindex von der Vernetzungsdichte und den Mol-% der Phenylgruppen ab; wohingegen bei der diskontinuierlichen Bestrahlung auch die Diffusion des Monomers der RMC 14 und die weitere Vernetzung eine wichtige Rolle spielen.
Bei dem Stakkato-Bestrahlen hängt die Polymerisation des Monomers der RMC 14 von der Ausbreitungsrate bei jeder Bestrahlung und dem Ausmaß der Zwischendiffusion des freien Monomers der RMC 14 während der Intervalle zwischen den Belichtungen ab. Typische Werte für den Diffusionskoeffizienten der Oligomere (den 1000 g/Mol der Monomere der RMC 14 ähnlich, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet wurden) in einer Siliconmatrix liegen in der Größenordnung von 10^–6 bis 10^–7 cm²/s.
Mit anderen Worten, es benötigen die erfindungsgemäßen Monomere der RMC 14 etwa 2,8 bis 28 Stunden, um 1 mm zu diffundieren (ungefähr die halbe Breite der bestrahlten Streifen). Die Distanz einer typischen optischen Zone in einer IOL beträgt etwa 4 bis etwa 5 mm im Querschnitt. Die Distanz der optischen Zone kann jedoch auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Nach den geeigneten Bestrahlungen wurden die Prismen 26 für sechs Minuten ohne die Photomaske bestrahlt (womit folglich die gesamte Matrix bestrahlt wurde), wobei eine Quecksilber-Mitteldrucklampe verwendet wurde, wie es in 2d gezeigt ist. Dadurch polymerisierten die restlichen Monomere der Silicon-RMC 14, und folglich wird der Brechungsindex des Prismas "eingesperrt".
Beispiel 7
Dosisempfindlichkeitskurven der Prismen
Erfindungsgemäße Prismen 26, die aus Monomeren der RMC 14 hergestellt wurden, die in Tabelle 2 angegeben sind, wurden maskiert und zuerst für 0,5, 1, 2, 5 und 10 Minuten bestrahlt, wobei die 340 nm Linie einer 1000 W Xe:Hg-Lichtbogenlampe mit 3,4 mW/cm² verwendet wurde, wie es in den 2a bis 2d schematisch dargestellt ist. Die bestrahlten Bereiche 20 der Prismen 26 wurden markiert, die Maske 28 wurde abgenommen, und es wurden die Änderungen des Brechungsindex gemessen.
Die Modulation des Brechungsindex der Prismen 26 wurde gemessen, indem die Ablenkung einer Laserlichtbahn beobachtet wurde, die durch das Prisma 26 hindurchging. Die Differenz der Ablenkung des durch den belichteten Bereich 20 und den unbelichteten Bereich 22 hindurchgehenden Strahls diente dazu, die Änderung des Brechungsindex (Δn) und den Prozentsatz der Änderung des Brechungsindex (% Δn) zu quantifizieren.
Nach drei Stunden wurden die Prismen 26 erneut mit den Öffnungen 32 maskiert, die die bereits bestrahlten Bereiche 20 überlappten, und ein zweites Mal für 0,5, 1, 2 und 5 Minuten bestrahlt (die Gesamtzeit war folglich gleich 1, 2, 4, bzw. 10 Minuten). Die Masken 28 wurden abgenommen und es wurden die Änderungen des Brechungsindex gemessen. Nach weiteren drei Stunden wurden die Prismen ein drittes Mal für 0,5, 1 und 2 Minuten bestrahlt (die Gesamtzeit betrug folglich 1, 5, 3 und 6 Minuten), und es wurden die Änderungen des Brechungsindex gemessen. Wie erwartet, nahm für jedes Prisma 26 nach jedem Bestrahlen der Wert für %Δn mit der Bestrahlungszeit zu, was zu den prototypischen Dosisempfindlichkeitskurven führte. Auf der Basis dieser Ergebnisse trat für das Monomer der RMC 14 mit 1000 g/Mol in etwa drei Stunden eine angemessene Diffusion des Monomers der RMC 14 auf.
Alle Monomere der RMC (B bis F), abgesehen vom Monomer A der RMC, führten vor und nach deren entsprechenden Bestrahlungen zu optisch klaren und transparenten Prismen. Der höchste Wert für %Δn für die Monomere B, C und D der RMC mit einer Einführung von 40 Gew.-% in 60 Gew.-% FPMC betrug z.B. 0,52 %, 0,63 % bzw. 0,30 %, was 6 Minuten Gesamtbestrahlung entspricht (drei Bestrahlungen mit zwei Minuten, jeweils durch dreistündige Intervalle getrennt, für das Monomer B der RMC und drei Tage für die Monomere C und D der RMC).
Obwohl es die stärkste Änderung des Brechungsindex hervorrief (0,95 %), wurde das Prisma jedoch etwas trüb, das aus dem Monomer A der RMC hergestellt worden war (ebenfalls mit einer Einführung von 40 Gew.-% in 60 Gew.-% FPMC und insgesamt 6 Minuten Bestrahlung – drei Bestrahlungen mit zwei Minuten, jeweils durch Intervalle von 3 Stunden getrennt). Wenn das Monomer A der RMC für die Herstellung einer IOL verwendet wurde, muß die RMC folglich weniger als 40 Gew.-% des Monomers A der RMC enthalten oder der Wert für %Δn muß unter dem Wert gehalten werden, bei dem die optische Klarheit des Materials verlorengeht.
Ein Vergleich zwischen der kontinuierlichen und der Stakkato-Bestrahlung für A und C der RMC in den Prismen zeigt, daß niedrigere Werte für %Δn in Prismen auftreten, die einer kontinuierlichen Bestrahlung ausgesetzt wurden – verglichen mit jenen, die bei der Anwendung von Stakkato-Bestrahlungen beobachtet wurden. Wie diese Ergebnisse zeigen, kann der Zeitintervall zwischen den Bestrahlungen (der mit dem Ausmaß der Diffusion der RMC aus dem unbestrahlten in den bestrahlten Bereich in Zusammenhang steht) ausgenutzt werden, um den Brechungsindex irgendeines Materials, das aus den erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen hergestellt ist, exakt zu modulieren.
Das Bestrahlen der gesamten, bereits bestrahlten Prismen mit einer Hg-Mitteldruck-Lichtbogenlampe polymerisierte die gesamte restliche freie RMC, womit der Kontrast des Brechungsindex wirksam eingesperrt wurde. Eine Messung der Änderung des Brechungsindex vor und nach dem Einsperren mittels Licht zeigte keine weitere Modulation des Brechungsindex.
Beispiel 8
Optische Kennzeichnung der IOL
Die Talbot-Interferometrie und der Ronchi-Test, wie sie in den 3a, 3b und 4 dargestellt sind, dienten dazu, irgendwelche primären optischen Aberrationen (primäre sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Feldkrümmung und Distorsion) qualitativ und quantitativ zu messen, die in vor- und nachbestrahlten Linsen vorliegen, sowie auch Änderungen der Stärke nach der Photopolymerisation quantitativ zu erfassen.
Bei der Talbot-Interferometrie wird die Test-IOL zwischen zwei Ronchigittern angeordnet, wobei sich das zweite Gitter außerhalb des Fokus der IOL befindet und mit einem bekannten Winkel θ bezüglich des ersten Gitters gedreht wird. Die Überlagerung des Eigenbildes des ersten Ronchigitters (p₁ = 300 Linien/inch) auf dem zweiten Gitter (p₂= 150 Linien/inch) erzeugt Moiréstreifenbilder, die in einem Winkel α₁ geneigt sind. Ein zweites Moiréstreifenbild wird durch eine axiale Verschiebung des zweiten Ronchigitters entlang der optischen Achse in einem bekannten Abstand d von der Testlinse konstruiert.
Die Verschiebung des zweiten Gitters ermöglicht es, daß die Vergrößerung des Eigenbildes des ersten Ronchigitters zunimmt, was dazu führt, daß sich das beobachtete Moiréstreifenbildmuster zu einem neuen Winkel θ₂ dreht. Die Kenntnis der Moiré-Schrittwinkel ermöglicht eine Bestimmung der Brennweite der Linse (oder umgekehrt ihrer Stärke) anhand der Gleichung:
Um die Gültigkeit der Talbot-Interferometrie für diese Arbeit zu erläutern, wurden Moiréstreifenbildmuster von einer der erfindungsgemäßen vorbestrahlten IOL (60 Gew.-% PDMS, 30 Gew.-% Monomer B der RMC, 10 Gew.-% Monomer D der RMC und 0,75 % DMPA, auf die zwei Monomere der RMC bezogen) in Luft gemessen, wie es in den 3a und 3b gezeigt. Jedes der Moiréstreifenbilder wurde mit einem Anpassungsalgorithmus der kleinsten Quadraten angepaßt, der für die Verarbeitung von Moirestreifenbildern spezifisch ausgelegt ist.
Der Winkel zwischen zwei Ronchigittern wurde auf 12° eingestellt, der Abstand zwischen dem zweiten Ronchigitter zwischen dem ersten und dem zweiten Moiréstreifenbild betrug 4,92 mm, und die Schrittwinkel der Moiréstreifenbilder, die bezüglich eines orthogonalen Koordinatensystems gemessen wurden, das von der optischen Achse des Geräts und der Kreuzung der zwei Ronchigitter bei 90° definiert wird, lauteten α₁ = –33,2° ± 0,30° und α₂ = –52,7° ± 0,40°. Das Einsetzen dieser Werte in die vorstehend angegebene Gleichung ergibt die Brennweite von 10,71 ± 0,50 mm (Stärke = 93,77 ± 4,6 D).
Die optischen Aberrationen der erfindungsgemäßen IOL (entweder von der Herstellung oder von der von einem Anreiz eingeleiteten Polymerisation der Komponenten der RMC) wurden unter Anwendung des "Ronchi-Tests" überwacht, der das Entfernen des zweiten Ronchigitters vom Talbot-Interferometer und das Beobachten des vergrößerten Eigenbildes des ersten Ronchigitters nach dem Durchgang durch die Test-IOL beinhaltet. Die Aberrationen der Testlinse zeigten sich durch eine geometrische Veränderung des Streifensystems (die von dem Ronchigitter hervorgerufen wird), wenn man das Ganze in der Bildebene betrachtet. Die Kenntnis dieses veränderten Bildes offenbart die Aberration der Linse.
Im allgemeinen zeigten die erfindungsgemäß hergestellten Linsen (sowohl vor als auch nach den Bestrahlungsbehandlungen) einen deutlichen, parallelen, periodischen Abstand der Interferenzstreifen, was auf das Fehlen der Majorität der optischen Aberrationen erster Ordnung, eine hohe optische Qualität der Oberfläche, Homogenität von n in der Masse und eine gleichbleibende Linsenstärke hinweist. 4 ist ein erläuterndes Beispiel eines Ronchigramms einer erfindungsgemäßen vorbestrahlten IOL, die aus 60 Gew.-% PDMS, 30 Gew.-% Monomer B der RMC, 10 Gew.-% Monomer D der RMC und 0,75 % DMPA, bezogen auf die beiden Monomere der RMC, hergestellt worden war.
Die Verwendung eines einzigen Ronchigitters kann auch dazu dienen, das Ausmaß der Konvergenz einer gebrochenen Wellenfront (d.h. die Stärke) zu messen. Bei dieser Messung wird die Test-IOL in Kontakt mit dem ersten Ronchigitter gebracht, man läßt parallel gerichtetes Licht auf das Ronchigitter auftreffen, und die Linse und das vergrößerte Eigenbild werden auf einen Betrachtungsbildschirm projiziert. Eine Vergrö ßerung des Eigenbildes ermöglicht eine Messung der Krümmung der gebrochenen Wellenfront, indem die räumliche Frequenz des projizierten Streifenmusters gemessen wird. Diese Angaben werden durch folgende Gleichung mengenmäßig wiedergegeben:
wobei P_V die Stärke der Linse in Dioptrien ist, L der Abstand von der Linse zur Betrachtungsebene ist, d_S der vergrößerte Streifenabstand des ersten Ronchigitters ist, und d der ursprüngliche Gitterabstand ist.
Beispiel 9
Änderungen der Stärke der erfindugsgemäßen IOL durch Photopolymerisation
Eine erfindungsgemäße IOL 10 wurde, wie in Beispiel 3 beschrieben, hergestellt, die 60 Gew.-% PDMS 12 (n_D = 1,404), 30 Gew.-% Monomer B der RMC 14 (n_D = 1,4319), 10 Gew.-% Monomer D der RMC 14 (n_D = 1,4243), und 0,75 Gew.-% des Photoinitiators DMPA, auf die Summe der Gewichtsprozentsätze der beiden Monomere der RMC 14 bezogen, aufweist. An die IOL 10 wurde eine Photomaske 28 mit einem Durchmesser von 1 mm angepaßt, und sie wurde für zwei Minuten parallel gerichtetem Licht 16 mit 340 nm von einer 1000 W Xe:Hg-Lichtbogenlampe mit 3,4 mW/cm² bestrahlt, wie es in 5a gezeigt ist.
Die bestrahlte Linse 10 wurde dann für drei Stunden in einen dunklen Raum gegeben, um die Polymerisation und die Diffusion des Monomers der RMC 14 zu ermöglichen, wie es in 5b gezeigt ist. Bei dieser IOL 10 wurde das Einsperren mittels Licht vorgenommen, indem die gesamte Linse 10 für sechs Minuten unter Anwendung der vorstehend genannten Lichtbedingungen kontinuierlich bestrahlt wurde, wie es in
5c gezeigt ist. Die Messung der Moiré-Schrittwinkel, gefolgt vom Einsetzen in die Gleichung 1, ergab eine Stärke von 95,1 ± 2,9 D (f = 10,52 ± 0,32 mm) und 104,1 ± 3,6 D (f = 9,61 mmn ± 0,32 mm) für die unbestrahlte Zone 22 bzw. die bestrahlte Zone 20.
Das Ausmaß der Zunahme der Stärke war größer als das, was anhand von Prismenversuchen vorhergesagt worden war, bei denen routinemäßig eine Zunahme des Brechungsindex von 0,6 % erreicht worden war. Wenn eine ähnliche Zunahme des Brechungsindex bei der IOL erreicht wurde, würde die erwartete Änderung des Brechungsindex 1,4144 bis 1,4229 betragen. Unter Verwendung dieses neuen Brechungsindex (1,4229) in der Berechnung der Linsenstärke (in Luft) und unter der Annahme, daß sich die Abmessungen der Linse bei der Photopolymerisation nicht ändern, wurde eine Linsenstärke von 96,71 D (f = 10,34 mm) berechnet. Da dieser Wert kleiner als die beobachtete Stärke von 104,1 ± 3,6 D ist, muß die zusätzliche Zunahme der Stärke von einem anderen Mechanismus herrühren.
Eine weitere Untersuchung der photopolymerisierten IOL 10 zeigte, daß eine anschließende Diffusion des Monomers der RMC 14 nach der ersten Bestrahlung zu Änderungen des Krümmungsradius der Linse 10 führt, wie es in 5d gezeigt ist. Die Migration des Monomers der RMC 14 aus der unbestrahlten Zone 22 in die bestrahlte Zone 20 führt dazu, daß entweder die Vorderseite 34 oder die Rückseite 36 der Linse 10 quellen, womit sich folglich der Krümmungsradius der Linse 10 ändert. Es ist festgestellt worden, daß eine Abnahme des Krümmungsradius von 7 % für beide Oberflächen 34 und 36 ausreicht, um die beobachtete Zunahme der Linsenstärke zu erklären.
Diese gleichzeitige Änderung des Krümmungsradius wurde weiter untersucht. Es wurde eine identische IOL 10, wie sie vorstehend beschrieben ist, hergestellt. Ein Ronchi-Interferogramm der IOL 10 ist in 6a gezeigt (linkes Interferogramm). Unter Verwendung eines Talbot-Interferometers wurde die Brennweite der Linse 10 experimentell mit 10,52 ± 0,30 mm (95,1 D ± 2,8 D) bestimmt. An die IOL 10 wurde dann eine 1 mm Photomaske 28 angepaßt und für 2,5 Minuten kontinuierlich mit parallel gerichtetem Licht 16 mit 340 nm von einer 1000 W Xe:Hg-Lichtbogenlampe mit 1,2 mW bestrahlt.
Im Gegensatz zu der vorherigen IOL wurde bei dieser Linse 10 das "Einsperren" drei Stunden nach dem Bestrahlen nicht vorgenommen. 6b (rechtes Interferogramm) ist das Ronchi-Interferogramm der Linse 10, das sechs Tage nach dem Bestrahlen gemacht wurde. Das offensichtlichste Merkmal zwischen diesen beiden Interferenzmustern ist die deutliche Zunahme des Streifenabstandes 38, was auf eine Zunahme der Brechkraft der Linse 10 hinweist.
Eine Messung der Streifenabstände 38 zeigt eine Zunahme von etwa +38 Dioptrien in Luft (f ≈ 7,5 mm). Dies entspricht einer Änderung in der Größenordnung von etwa +8,6 Dioptrien im Auge. Da die meisten postoperativen Korrekturen nach einer Kataraktoperation innerhalb von ≈ 2 D liegen, zeigt dieser Versuch, daß die Verwendung der erfindungsgemäßen IOL ein relativ großes therapeutisches Fenster zuläßt.
Beispiel 10
Photopolymerisationsuntersuchungen von kein Phenol enthaltenden IOL
Es wurden erfindungsgemäße IOL 10 hergestellt, wobei keine phenylhaltigen Monomere der RMC 14 verwendet wurden, um das Quellen durch das Bilden der zweiten Polymermatrix 18 weiter zu untersuchen. Ein erläuterndes Beispiel einer solchen IOL 10 wurde aus 60 Gew.-% PDMS, 30 Gew.-% Monomer E der RMC, 10 Gew.-% Monomer F der RMC und 0,75 % DMPA, bezogen auf die beiden Monomere der RMC, hergestellt. Die Brennweite der entstandenen IOL betrug vor dem Bestrahlen 10,76 mm ± 0,25 mm (92,94 ± 2,21 D).
Bei diesem Versuch war die Lichtquelle 16 eine 325 nm Laserlinie von einem He:Cd-Laser. Eine Photomaske 28 mit einem Durchmesser von 1 mm wurde auf der Linse 10 angeordnet und für einen Zeitraum für zwei Minuten mit einem parallel gerichteten Strahl 16 mit 325 nm und 2,14 mW/cm² belichtet. Dann wurde die Linse 10 für drei Stunden in einen dunklen Raum gegeben. Die Versuchsmessungen zeigten eine Änderung der Brennweite der IOL 10 von 10,76 mm ± 0,25 mm (92,94 D ± 2,21 D) auf 8,07 mm ± 0,74 mm (123,92 D ± 10,59 D) oder eine Dioptrienänderung von + 30,98 D ± 10,82 D in Luft. Das entspricht einer ungefähren Änderung von + 6,68 D im Auge. Die erforderliche Strahlungsmenge, um diese Änderungen hervorzurufen, beträgt nur 0,257 J/cm².
Beispiel 11
Überwachung möglicher Änderungen der IOL durch Umgebungslicht
Die optische Leistung und die Qualität der erfindungsgemäßen IOL wurden überwacht, um festzustellen, daß eine Handhabung bei Umgebungslichtbedingungen nicht zu einer unerwünschten Änderungen der Linsenstärke führt. Eine Photomaske mit einer Öffnung mit einem Durchmesser von 1 mm wurde auf den mittleren Bereich einer erfin dungsgemäßen IOL gelegt (enthält 60 Gew.-% PDMS, 30 Gew.-% Monomer E der RMC, 10 Gew.-% Monomer F der RMC und 0,75 Gew.-% DMPA, bezogen auf die beiden Monomere der RMC), für einen Zeitraum von 96 Stunden mit kontinuierlichem Raumlicht belichtet, und die räumliche Frequenz der Ronchimuster sowie auch der Winkel der Moiréstreifenbilder wurden alle 24 Stunden überwacht.
Bei Anwendung des Verfahrens der Moiréstreifenbilder beträgt die Brennweite der Linse, die unmittelbar nach der Entnahme aus der Linsenform in der Luft gemessen wurde, 10,87 ± 0,23 mm (92,00 D ± 1,98 D) und nach 96stündigem Belichten mit Raumlicht aus der Umgebung beträgt sie 10,74 mm ± 0,25 mm (93,11 D ± 2,22 D). Somit wird innerhalb der Ungenauigkeit bei der Messung in diesem Versuch deutlich, daß Umgebungslicht keine unerwünschte Änderung der Stärke hervorruft. Ein Vergleich der entstehenden Ronchimuster zeigte keine Änderung der räumlichen Frequenz oder Qualität der Interferenzmuster, womit bestätigt wird, daß das Belichten mit Raumlicht die Stärke oder Qualität der erfindungsgemäßen IOL nicht beeinflußt.
Beispiel 12
Einfluß des Einsperrverfahrens auf eine bestrahlte IOL
Eine erfindungsgemäße IOL, deren Stärke durch Bestrahlen moduliert worden war, wurde getestet, um festzustellen, ob das Einsperrverfahren zu einer weiteren Modifizierung der Linsenstärke führt. Eine IOL, die aus 60 Gew.-% PDMS, 30 Gew.-% Monomer E der RMC, 10 Gew.-% Monomer F der RMC und 0,75% DMPA, bezogen auf die beiden Monomere der RMC, bestand, wurde für zwei Minuten mit der 325 nm Laserlinie von einem He:Cd-Laser mit 2,14 mW/cm² bestrahlt und für acht Minuten mit einer Hg-Mitteldrucklichtbogenlampe bestrahlt. Vergleiche der Talbotbilder vor und nach dem Einsperrverfahren zeigten, daß die Linsenstärke unverändert blieb. Der deutliche Kontrast der Interferenzstreifen zeigte, daß auch die optische Qualität der erfindungsgemäßen Linse unbeeinflußt blieb.
Um festzustellen, ob das Einsperrverfahren vollständig und abgeschlossen war, wurde der IOL wieder eine Photomaske mit einem Durchmesser von 1 mm angepaßt, und sie wurde ein zweites Mal für zwei Minuten mit der 325 nm Laserlinie mit 2,14 mW/cm² bestrahlt. Wie vorher wurde keine feststellbare Änderung des Streifenabstandes oder der optischen Qualität der Linse beobachtet.
Beispiel 13
Überwachung möglicher Änderungen der IOL durch das Einsperren
Es kann sich eine Situation ergeben, bei die implantierte IOL keine postoperative Modifizierung der Stärke erfordert. In diesen Fällen muß das Einsperren bei der IOL so erfolgen, daß deren Eigenschaften keiner Änderung unterliegen. Um festzustellen, ob das Einsperrverfahren unerwünschte Änderungen der Brechkraft einer vorher nicht bestrahlten IOL hervorruft, wurde die erfindungsgemäße IOL (enthält 60 Gew.-% PDMS, 30 Gew.-% Monomer E der RMC, 10 Gew.-% Monomer F der RMC und 0,75 Gew.-% DMPA, bezogen auf die beiden Monomere der RMC) auf ihrer gesamten Fläche drei Bestrahlungen mit 2 Minuten, zwischen denen ein Intervall von 3 Stunden lag, unterzogen, wobei die 325 nm Laserlinie eines He:Cd-Lasers mit 2,14 mW/cm² verwendet wurde.
Ronchigramme und Moiréstreifenbilder wurden vor und nach jeder nachfolgenden Bestrahlung erfaßt. Die Moiréstreifenbilder, die bei der erfindungsgemäßen IOL in Luft unmittelbar nach der Entnahme aus der Linsenform und nach der dritten zweiminütigen Bestrahlung erfaßt wurden, zeigten eine Brennweite von 10,50 mm ± 0,39 mm (95,24 D ± 3,69 D) bzw. 10,12 mm ± 0,39 mm (93,28 D ± 3,53 D). Diese Messungen zeigen, daß das Einsperren mittels Licht einer vorher nicht bestrahlten Linse keine unerwünschten Änderungen der Stärke hervorruft. Außerdem wurde keine erkennbare Änderung des Streifenabstandes oder der Qualität der Ronchistreifen erfaßt, womit nachgewiesen wird, daß sich die Brechkraft durch das Einsperren nicht verändert hatte.
Beispiel 14
Verwendung eines Wellenfrontsensors bei einer IOL deren Stärke nach der Implantation modifiziert werden kann
a.) Shack-Hartmann Wellenfrontsensor
Die Basistheorie eines Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors, der für die Messung der Aberrationen eines optischen Systems verwendet wird, basiert auf dem Konzept, daß ein Teil (d.h. ein Suböffnung) einer konvergierenden Wellenfront, die im Verhältnis zu einer idealen Wellenfront geneigt ist, bewirkt, daß das Licht an einer anderen Stelle als beim beabsichtigten Fokus fokussiert wird. Diese Umkehrung kann der Feststellung des Neigungsfehlers in einem Teil der Wellenfront dienen, indem bestimmt wird, wo das Licht aus diesem Bereich eine gewisse Ebene schneidet, und der Bestimmung der entsprechenden Differenz zwischen diesem Schnittpunkt und dem von einer perfekten/idealen Wellenfront erwarteten dienen.
Der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor verwendet eine Linsenanordnung, um die lokalisierten Neigungen einer abweichenden Wellenfront zu messen. Wie in 7 gezeigt, ist der Sensor 40 aus einer Gruppe von sphärischen Linsen oder zwei identischen Schichten von zylindrischen Linsen aufgebaut, die unter einem Winkel von 90° zu einander angeordnet sind, so daß eine zweidimensionale Anordnung von kleinen sphärischen Linsen 42 gebildet wird. Diese kleinen sphärischen Linsen 42 teilen die getestete Wellenfront 44 in eine Anzahl von Suböffnungen, die das Licht zu einer Fokusgruppe in der Fokusebene der Linsenanordnung 42 leiten. Der Test einer idealen Welle 46 führt zu einer regelmäßigen Anordnung von Fokuspunkten 48, wobei sich jeder Punkt auf der optischen Achse der entsprechenden Linse 42 befindet.
Wenn eine abweichende Wellenfront 44 verwendet wird, verschiebt sich der Bildpunkt 50 auf einer Bildebene 52 bei jeder Suböffnung bezüglich dem entsprechendem Punkt 48 im Referenzmuster um einen Faktor, der der lokalen Neigung proportional ist. Die lokalen Neigungen oder die partiellen Differentialquotienten der getesteten Wellenfront 44 können somit erfaßt werden, wenn die Verschiebung dieser Fokuspunkte 48 und 50 gemessen wird. 7 zeigt, wie die Neigung bei jedem Durchgang durch eine Linse 42 sich ausbildet. Die durchgängigen und die gepunkteten Linien zeigen die Wellennormale zur idealen Wellenfront 46 bzw. abweichenden konvergierenden Wellenfront 44, nach der idealen Wellenfront 46 und der abweichenden konvergierenden Wellenfront 44 bzw. nach dem Durchgang durch die Anordnung von Linsen 42.
In dieser Figur ist Δx der Wert einer der Komponenten der Ablenkung des Strahls, f ist die Brennweite der der Linsenanordnung und θx der Neigungswinkel der abweichenden Wellenfront 44 zur Idealen. Die partiellen Differentialquotienten der getesteten Wellenfront 44 W(x, y) an den Probenpositionen (x, y) werden anhand der folgenden Gleichungen erhalten:
b.) Verwendung eines Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors und eines Wellenfrontkompensators um die optischen Abberationen des menschlichen Auges zu korrigieren
Der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor kann beim menschlichen Auge und gegebenenfalls in Verbindung mit einem Wellenfrontkompensator verwendet werden. Insbesondere kann eine optische Messung ausgeführt werden, indem zuerst ein Satz von Bezugspunkten von einer idealen Wellenfront erstellt wird. Ohne das Auge wird eine ausreichend parallel gerichteter Strahl direkt durch ein optisches System gerichtet und durch den Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor geleitet, wo er auf den Betrachtungsbildschirm fokussiert wird.
Durch die Verwendung dieses Musters als Bezug werden irgendwelche Phasenfehler oder Abberationen beseitigt, die dem optischen System inhärent sind. Dann wird eine kompakte Quelle von inkohärentem oder kohärentem Licht auf die Retina fokussiert. Wenn das Auge Aberrationen aufweist, bildet das von der Retina reflektierte Licht beim Verlassen des Auges eine veränderte Wellenfront. Die Pupille der veränderten Wellenfront wird dann auf die Oberfläche des verformbaren Spiegels (oder einer geeigneten, die Wellenfront kompensierenden Vorrichtung) fokussiert, die am Anfang flach (oder in der Aus-Position) gehalten wird, und dann zum Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor geleitet. Der verformbare Spiegel oder die geeignete, die Wellenfront kompensierende Vorrichtung liegt in einer Ebene, die sowohl der Ebene der Pupille des Auges als auch der Linsenanordnung des Wellenfrontsensors zugeordnet ist.
Die zweidimensionale Linsenanordnung tastet die Wellenfront ab und bildet eine Anordnung von fokussierten Punkten auf der photographischen Platte, CCD-Kamera, oder einer anderen Art einer elektronischen Bildverarbeitungsvorrichtung. Jeder Punkt von den Linsen ist auf der Bildebene im Verhältnis zur Neigung des Wellenfrontfehlers verschoben. Die resultierende abweichende Wellenfront aus dem Auge wird analysiert, indem zuerst der Fokuspunkt jeder Suböffnung festgestellt wird, der durch das Zentrum der Lichtverteilung bestimmt wird. Durch Vergleich der Positionen der entsprechenden Fokuspunkte im echten und im Bezugsmuster werden die Verschiebungen jedes Fokuspunktes in der Richtung x und y berechnet.
Die partiellen Differentialquotienten der mittleren Abtastpunkte der deformierten Wellenfront aus dem Auge sowohl in Richtung x als auch y werden anhand der Gleichung (3a) und (3b) bestimmt. Die gesamte Wellenfrontverteilung wird dann aus dem berechneten partiellen Differentialquotienten der abweichenden Wellenfront rekonstruiert, wobei eine Einschätzung der modalen Wellenfront angewendet wird. Es wird angenommen, daß die getestete Wellenfront W (x, y) wie folgt angegeben wird:
wobei Z_i (x, y) die Zernike-Polynome bis zur vierten Ordnung sind und die Ci die entsprechenden Koeffizienten für jeden Mode sind. Mit den Gleichungen (3a) und (3b) erhalten die partiellen Differentialquotienten von W (x, y) die folgende Form:
Bei den getesteten partiellen Differentialquotienten wird eine Anpassung mit der Methode der kleinsten Quadrate verwendet, und die Koeffizienten für die Zernike-Polynome werden in Matrixform erhalten: C = (TM)(PQ) (6),wobei C der Koeffizient der Spaltenmatrix ist, PQ der Differentialquotient des Spaltenvektors ist und TM eine Transformationsmatrix mit der Dimension 14 × 2N², wobei 2N² die Gesamtzahl der Messungen der Differentialquotienten ist. Somit erlaubt die Kenntnis der getesteten Differentialquotienten eine Berechnung der Zernike-Koeffizienten, der gesamten Wellenfrontverteilung W (x, y) und folglich des Beitrags der einzelnen Zernike-Moden. Die Endmenge hat eine direkte physikalische Bedeutung für die gesamten im Auge vorhandenen Aberrationen, da die einzelnen Zernike-Moden für eine bestimme Aberration, z.B. Defokussierung, Astigmatismus, Koma usw., stehen, und folglich deren Größenordnungen ein Merkmal für den Beitrag der Aberration sind, die das Sehen nachteilig beeinflußt.
Die vorangegangene Erläuterung gilt explizit für Zernike-Polynome für die Wellenfrontzerlegung. In der Praxis kann die Wellenfrontzerlegung jedoch auch mit Seidel-Aberrationskoeffizienten oder irgendeinen anderen geeigneten Satz von Basisfunktionen vorgenommen werden.
Die Kompensation der abweichenden Wellenfront kann durch die Verwendung eines verformbaren Spiegels, eines Modulators für räumliches Licht (SLM), einer mikroelektromechanischen Membran, eines segmentierten Mikrospiegels oder eines geeigneten Wellenfrontkompensators erreicht werden.
Ein typischer handelsüblicher verformbar Spiegel besteht aus einer aluminisierten Glasfrontplatte mit 37 PZT Stellgliedern, die in einer rechteckigen Anordnung auf der Rückseite angebracht sind. Nach der Berechnung des Wellenfrontfehlers werden an die geeigneten Stellglieder auf der Rückseite des verformbaren Spiegels Spannungen angelegt, um die Aberrationen des Systems zu minimieren oder effektiv gegen Null zu bringen. In der Praxis werden die Stellglieder aktualisiert, indem 10 % des vom Wellenfrontsensor gemessenen Fehlers in schrittweisen Näherungen korrigiert werden. Nach der ersten Korrektur wird der Test der Wellenfront erneut durchgeführt, mit dem Bezugsmuster der idealen Wellenfront verglichen, der Fehler wird berechnet, und an geeignete PZT-Stellglieder des verformbaren Spiegels werden Spannungen angelegt. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis das Minimum der Standardabweichung (RMS) des Wellenfrontfehlers erreicht ist.
c.) Verwendung des Wellenfrontsensors bei einer IOL deren Stärke nach der Implantation modifiziert werden kann
Der Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor kann verwendet werden, um die Modifizierung einer IOL mit regelbarer Stärke im menschlichen Auge zu leiten. Nachdem eine IOL mit einstellbarer Stärke implantiert worden ist und ausreichend Zeit für die Heilung und Stabilisierung der Brechung des Auges vergangen ist, können das Ausmaß und die Art der Aberrationen im Auge mit dem Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor, insbesondere einem anpassungsfähigen optischen System, wie es im Abschnitt b.) beschrieben ist, ausgewertet werden.
Nach der Rekonstruktion der abweichenden Wellenfront wird der Wellenfrontfehler minimiert, indem an die Stellglieder des verformbaren Spiegels die erforderlichen Spannungen angelegt werden. Die Kenntnis der Größenordnung und der Stelle der Einstellungen des verformbaren Spiegels können als Bezug für das Belichten der lichtempfindlichen IOL verwendet werden, um ein geeignetes Ausmaß der Polymerisation einzuleiten, das die optischen Aberrationen minimiert.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Verwendung eines verformbaren Spiegels oder eines anderen geeigneten Wellenfront-Kompensators durchaus nicht erforderlich. Der Aufbau der abweichenden Wellenfront aus der Messung der optischen Aberrationen des Auges unter Verwendung eines Shack-Hartmann-Wellenfrontsensors liefert eine ausreichende Information bezüglich der Stelle und der Größenordnung der Aberrationen für das Belichten. Ein Behandlungsnomogramm, d.h. eine graphische Darstellung, die die Brechungsreaktion der IOL bezüglich Frequenz, Dauer und Intensität eines Anreizes, wie dem Bestrahlen, definiert, in Kombination mit einer Information über das Ausmaß der Polymerisation der IOL, die erforderlich ist, um die optimale Sehschärfe zu erreichen, kann in einem Modulator für räumliches Licht (SLM) einprogrammiert werden. Ein SLM mit einer solchen programmierten Information kann dazu dienen, räumlich differenzierte Anreize zu liefern, die das gewünschte Ausmaß der Polymerisation der RMC in einer IOL hervorrufen.
Der üblichste SLM ist die Transmissionskonfiguration und besteht aus einem Flüssigkristallmaterial, das zwischen zwei ITO-Glasplatten angeordnet ist. Ein typischer SLM mit einer Flüssigkristallanzeige (LCD) besteht aus einer Anordnung von 540 × 480 Pixeln mit 25 μm auf einer Seite. Jedes einzelne Pixel weist einen geeigneten Füllfaktor (die wirksame Fläche jedes Pixels) von 32 % auf und kann eine 8 Bit Grauskala liefern. Man läßt Licht mit der gewünschten Intensität und dem gewünschten Durchmesser auf den SLM einfallen. Das Muster und die anschließende, räumlich definierte Intensität des Ausgangsstrahls werden durch den vom Anwender ausgewählten Transmissionszustand jedes Pixels bestimmt. Auf diese Weise werden sowohl die Fläche als auch die Intensität der Bestrahlung in einem bestimmten Bereich exakt gesteuert.
Eine zweite Klasse von SLM-Vorrichtungen, die bei dieser vorgeschlagenen Technologie verwendet werden kann, ist eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD), die in dem Reflexionsmodus arbeitet. Die DMD ist ein mit Pixeln ausgestatteter mikromechanischer Modulator für räumliches Licht, der monolithisch auf einem Siliciumsubstrat ausgebildet ist. Typische DMD-Chips haben Abmessungen von 0,594 × 0,501 inch, und die Mikrospiegel bilden ein Quadrat mit 13 bis 17 μm, das aus Silicium mit einer reflektierenden Beschichtung besteht. Die Mikrospiegel sind in einer xy-Anordnung angeordnet, und die Chips enthalten Zeilentreiber, Spaltentreiber und eine Zeitschaltung. Die adressierte Schaltung unter jedem Spiegelpixel ist eine Speicherzelle, die zwei Elektroden unter dem Spiegel mit komplementären Spannungen steuert.
In Abhängigkeit vom Status der Speicherzelle (eine "1" oder "0") wird jeder Spiegel durch eine Kombination aus Vorspannung und Adreßspannung elektrostatisch zu einer der anderen Adreßelektroden angezogen. Physisch kann der Spiegel sich um ± 10° drehen. Eine "1" im Speicher bewirkt, daß sich der Spiegel + 10° dreht, wohingegen eine "0" im Speicher bewirkt, daß sich der Spiegel – 10° dreht. Ein um + 10° gedrehter Spiegel reflektiert das ankommende Licht in die Projektionslinse und durch das Auge auf die IOL. Wenn der Spiegel – 10° gedreht wird, verfehlt das reflektierte Licht die Projektionslinse.
Das Bestrahlen der IOL mit Licht mit Hilfe eines Modulators für räumliches Licht kann erreicht werden, indem die IOL entweder bei einer Anwendung mit einer vorbestimmten Intensität, Dauer und Anordnung bestrahlt wird, oder das Licht kann in einigen Dosen angewendet werden, wobei die resultierende Wellenfrontkorrektur im Zwischenraum zwischen den Bestrahlungen gemessen wird.
d.) Änderung des Phasenkontrasts einer Zusammensetzung die eine brechungsmodulierende Zusammensetzung aufweist
Die Beispiele 9, 10, 12 und 13 dieser Patentanmeldung beschreiben Versuche, die auf die Korrektur der Aberration der Defokussierung dieser IOL mit einstellbarem Licht zielen. Die Defokussierung, der Astigmatismus und die sphärische Aberration sind für mehr als 80 % aller Aberrationen verantwortlich, die zu Sehfehlern beim Menschen führen. Deshalb wird die Möglichkeit, diese Fehler exakt zu korrigieren, das Sehvermögen deutlich verbessern.
Die anderen Aberrationen höherer Ordnung sind typischerweise komplexer, und deren räumliche Verteilung und Form erfordern eine stärkere Modifizierung der Auflösung (eine räumliche Auflösung in der Ordnung von Mikrometern) der Brechungseigenschaft der IOL mit einstellbarem Licht, verglichen mit den einfachen Fällen des Astigmatismus und der Korrektur der Defokussierung. Um die Auflösung von lichtreflektierenden Materialien zu prüfen, aus denen die IOL bestehen, wurde folgender Versuch durchgeführt.
Dünne Schichten der lichtbrechenden Zusammensetzung wurden hergestellt, indem zuerst 60 Gew.-% einer Matrix aus mit Diacetoxymethylsilyl abgeschlossenem Polydimethylsiloxan (PDMS, M_w = 36000) mit 30 Gew.-% eines Makromers aus mit Methacryloxypropyldimethylsilyl abgeschlossenem Polydimethylsiloxan (M_w = 1000), 10 Gew.-% eines Makromers aus mit Methacryloxypropyldimethylsilyl abgeschlossenem Polydimethylsiloxan (M_w = 4000) und 0,75 Gew.-% (bezogen auf die beiden Makromere) des Photoinitiators 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon (DMPA) gemischt wurden. Die Zusammensetzung wurde für 5 Minuten bei Raumtemperatur gründlich gemischt und für 15 Minuten bei einem Druck von 30 m Torr entgast, um irgendwelche eingeschlossene Luft zu entfernen. Dann wurde das Material zwischen zwei Glasplatten gegeben und konnte für 24 Stunden bei Raumtemperatur härten.
Die Bestrahlung erfolgte mit der 325 nm Linie eines He:Cd-Lasers. Der aus dem Laser austretende Strahl wurde mit einer 75 mm Fokussierlinse bis zu einem nadelfeinen Loch von 50 μm fokussiert. Eine 125 mm Linse wurde in einer Fokusdistanz zum nadelfeinen Loch angeordnet, um das Licht parallel auszurichten, so daß ein Durchmesser des Strahls von etwa 1,6 mm erzeugt wurde.
Das parallele Ausrichten des Strahls (Kollimation) wurde sichergestellt, indem der Neigungswinkel der Streifen überwacht wurde, die von einem im Strahl angeordneten Scherungsplatten-Interferometer erzeugt wurden. Ein Strichgitter mit 5000 Linien/inch (Periode ≈ 5 μm) wurde auf der Oberseite der zwischenliegenden Schicht angeordnet, und die lichtbrechende Zusammensetzung wurde für 90 Sekunden mit dem Talbot-Eigenbild des Gitters belichtet, wobei parallel gerichtetes 325 nm Licht mit 6,57 mW/cm² verwendet wurde.
10 zeigt eine Mikroskopaufnahme der Schicht nach dem Bestrahlen durch die Maske mit 5000 Linien/inch. Die Vergrößerung des Bildes beträgt etwa das 125fache. Die wechselnden dunklen und hellen Streifen, die durch das Bild laufen, weisen eine Periode von etwa 5 μm auf, dies wurde mit einem geeichten Mikroskoptestobjekt bestimmt. Folglich besitzen die lichtempfindlichen Materialien einen starken räumlichen Phasenkontrast.
Die Elemente der Vorrichtung und die allgemeinen Merkmale der Komponenten sind in relativ vereinfachter und allgemeiner symbolischer Art und Weise dargestellt und beschrieben. Geeignete Einzelheiten der Struktur und Parameter für das praktische Verfahren stehen dem Fachmann für die herkömmlichen Gesichtspunkte dieses Verfahrens zur Verfügung und sind ihm bekannt.
Obwohl hier bestimmte Ausführungsbeispiele offenbart sind, ist zu erwarten, daß der Fachmann andere Systeme des optischen Elements und Wellenfrontsensorsysteme gestalten kann, die im Umfang der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

Verfahren zum Implementieren eines optischen Elements (10), das in ein optisches System (1) implantiert wird, wobei das optische Element (10) eine brechungsmodulierende Zusammensetzung (14) aufweist, die in einer ersten Polymermatrix (12) verteilt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (i) Ausführen einer optischen Messung an dem optischen Element (10) mittels eines Wellenfrontsensors (3) und Hervorrufen einer Polymerisation der brechungsmodulierenden Zusammensetzung (14) in einem freiliegenden Bereich des optischen Elements (10) in einem gewissen Ausmaß, wobei das Ausmaß der Polymerisation aufgrund der optischen Messung bestimmt wird; (ii) Migrierenlassen der brechungsmodulierenden Zusammensetzung (14) in einem nicht-freiliegenden Bereich in den freiliegenden Bereich; (iii) Wiederholen der Schritte (i) und (ii) nach Bedarf; und (iv) Belichten des gesamten optischen Elements, um die gewünschten Eigenschaften des optischen Elements (10) "einzusperren".
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als optische Messung eine Aberrationsmessung des optischen Elements (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Aberrationsmessung in einen Satz von Basisfunktionen umgewandelt wird, die ausgewählt werden aus der Gruppe, die aus Zernike-Polynomen und Seidel-Polynomen besteht.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei es sich bei der Aberrationsmessung um eine Messung von mindestens einer Aberration aus der Gruppe handelt, die aus Defokussierung, Astigmatismus, Koma, sphärische Aberration sowie Aberrationen höherer Ordnung besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als optische Messung eine Wellenfrontmessung des optischen Elements durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Wellenfrontsensor (3) um einen Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor handelt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die optische Messung mittels eines Wellenfrontsensors (3) und eines Wellenfrontsensor-Kompensators ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Wellenfront-Kompensator ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus einem verformbaren Spiegel, einer mikro-elektromechanischen Membran und einem segmentierten Mikrospiegel besteht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ausmaß der Polymerisation durch einen räumlichen Lichtmodulator oder eine digitale Mikrospiegelvorrichtung hervorgerufen wird.