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角膜接触镜材料与设计 南京医科大学第四临床医学院 南京医科大学附属眼科医院 沙素琴. 理想隐形眼镜材料. 为正常角膜新陈代谢提供足够的氧气 生理学惰性 在眼睛上保持湿润性 抵抗沉淀. 2014/10/26. 理想隐形眼镜材料. 维持稳定的尺寸 在操作过程中耐破损 光学特性透明 佩戴者需要简单的镜片维护 镜片容易制造. 2014/10/26. 材料特征. 镜片制造商依据镜片材料的实验结果制造镜片,但是实验常是真实情况的简化形式,测试结果没有标准化,测试结果常不能反映镜片规格实际的临床表现. 2014/10/26. 材料的重要属性. - PowerPoint PPT Presentation
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23/4/20
透氧性能:氧传导性
• 氧传导性, Dk/t ,是材料的 Dk( 透氧率 ) 除以镜片厚镜。
• 厚镜 t 可以是 tc( 几何中心厚度 ) 或局部厚度, 这些取决于计算何种氧传导性。• D = 材料的扩散系数。• k = 气体在材料中的溶解度。
23/4/20
等效氧百分比 (EOP)
测量 EOP 可分为两步 :
· 使用不同的混合气体以及空气 5 分钟环境测定角膜不配戴镜片时的需氧量
· 镜片配戴 5 分钟后测量角膜的需氧量把它与准数据比较,得出戴镜时角膜的需氧量。
23/4/20 94N29-13S.PPT
RGPSCL
戴镜过夜后角膜水肿
Dk/t
(La Hood, Holden和Newton-Howes, 1990)
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
角膜水肿和Dk/t的关系角膜水肿和Dk/t的关系
23/4/20
二氧化碳渗透率
94N29-15S.PPT
• 水凝胶为21:1
• 透气硬镜材料为7:1
• 硅弹性材料为8:1
• 水凝胶为21:1
• 透气硬镜材料为7:1
• 硅弹性材料为8:1
镜片材料的二氧化碳渗透率镜片材料的二氧化碳渗透率
(Ang, Efron, 1989) (Ang, Efron, 1989)
23/4/20 94N29-17S.PPT
实验室测试 : 湿润角-液滴附着实验- Wilhelmy板法-水泡俘获法 泪液覆盖范围
在眼实验: 泪膜破裂时间 干燥时间
实验室测试 : 湿润角-液滴附着实验- Wilhelmy板法-水泡俘获法 泪液覆盖范围
在眼实验: 泪膜破裂时间 干燥时间
湿润性湿润性
23/4/20
94N29-66S.PPT
• 必须让镜片在眼睛上有运动
• 镜片材料必须有可塑性,特别是较厚的镜片
• 必须让镜片在眼睛上有运动
• 镜片材料必须有可塑性,特别是较厚的镜片
软镜材料物理兼容性软镜材料物理兼容性
94N29-67S.PPT
• 取决于镜片水化后的表面质量• 水化后形态的规则性• 后顶焦度是否在允许误差内• 没有不需要的复曲面• 如果是环曲面镜片需要考虑镜片柱镜轴向
• 取决于镜片水化后的表面质量• 水化后形态的规则性• 后顶焦度是否在允许误差内• 没有不需要的复曲面• 如果是环曲面镜片需要考虑镜片柱镜轴向
软镜材料光学质量软镜材料光学质量
软性隐形眼镜材料与制造
23/4/20
94N29-68S.PPT
• 透氧率(Dk)
• 含水量• 弹性• 离子性• 抗沉淀• 折算率• 耐用性• 镜片稳定性
• 透氧率(Dk)
• 含水量• 弹性• 离子性• 抗沉淀• 折算率• 耐用性• 镜片稳定性
软镜材料重要物理/化学属性软镜材料
重要物理/化学属性
94N29-69S.PPT
透氧率率受到以下因素的影响:
• 含水量• 聚合体化学特征• 水在镜片内保留的方法• 温度• pH
• 渗透压
透氧率率受到以下因素的影响:
• 含水量• 聚合体化学特征• 水在镜片内保留的方法• 温度• pH
• 渗透压
软镜材料软镜材料
23/4/20 94N29-71S.PPT
<40%
40 - 55%
>55%
<40%
40 - 55%
>55%
软镜材料Dk @ 34o C软镜材料Dk @ 34o C
5 - 8
7 - 19
18 - 28
5 - 8
7 - 19
18 - 28
含水量 透氧率(DK) 含水量 透氧率(DK)
低含水量 优点
• 环境影响较少—— 镜片参数稳定
• 较大的硬度提供的镜片操作较容易• 较高折射率• 几乎任何镜片护理产品均能使用• 镜片制造的所有方法均能使用• 较好的镜片重复性• 较好的湿润性• 较少发生因为水分蒸发而引起的角膜干燥性染色
高含水量镜片 缺点
· 镜片较脆弱· 较容易镜片沉淀· 较易受环境的影响· 低折射率· 镜片参数稳定性差并且重复性差· 不建议使用热消毒法消毒镜片 ( 试戴镜片 )
· 制造困难· 不能制造得太薄一因水分蒸发
软性隐形眼镜聚合材料
94N29-80S.PPT
• 原始材料(1952-1959,1955获专利) 由O.Wichterle、D.Wichterle和D. Limg,捷克斯洛伐克人共同拥有。
• 是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,1934获得专利)的化学衍生物。
• 它的区别是极化羟基(OH),该集团是亲水的。含水量是近似 38% (W/W)。PHEMA 仍然由许多制造商用于镜片制造。
• 原始材料(1952-1959,1955获专利) 由O.Wichterle、D.Wichterle和D. Limg,捷克斯洛伐克人共同拥有。
• 是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,1934获得专利)的化学衍生物。
• 它的区别是极化羟基(OH),该集团是亲水的。含水量是近似 38% (W/W)。PHEMA 仍然由许多制造商用于镜片制造。
聚羟乙基氢化异丁烯酸(PHEMA)
聚羟乙基氢化异丁烯酸(PHEMA)
23/4/20 94N29-82S.PPT
31%
39%
30%
0
10
20
30
40
50
7 11 18
百分比
Dk/ tav
0.13 mm 0.07 mm 0.035 mm
PHEMA利用PHEMA利用
23/4/20
PHEMA 以后的材料
• 因为专利 / 法律 /市场需要等原因加速了 "PHEMA 的改进
• 产生了第二代称为 Griffin'Bionite' Natura 镜 片的镜片 (1968)
—— 多聚体 PHEMA 和聚乙烯基吡咯烷酮, 55% 含水量
23/4/20 94N29-86S.PPT
PHEMA polymacon 低 非离子性 PHEMA, PVP vifilcon A 高 离子性 GMA, MMA crofilcon A 低 非离子性 PVP, MMA lidofilcon A 高 非离子性 PHEMA, DAA, MA bufilcon A 低/高 离子性*
PHEMA, PVP, MA perfilcon A 高 离子性*
PHEMA, MA etafilcon A 高 离子性*
PVA, MMA atlafilcon A 高 非离子性*
PHEMA polymacon 低 非离子性 PHEMA, PVP vifilcon A 高 离子性 GMA, MMA crofilcon A 低 非离子性 PVP, MMA lidofilcon A 高 非离子性 PHEMA, DAA, MA bufilcon A 低/高 离子性*
PHEMA, PVP, MA perfilcon A 高 离子性*
PHEMA, MA etafilcon A 高 离子性*
PVA, MMA atlafilcon A 高 非离子性*
USANC材料分类USANC材料分类 组合 组合 USAN
名称
USAN
名称 含水量 含水量 离子性 离子性
*indicates MA-containing polymer
-
*indicates MA-containing polymer
-
23/4/20
软镜制造 模压
• 液态单体加入凹模• 和制造透气硬镜镜片一样• 该过程要求严格的环境控制,特别是湿度。 在许多过程中需要没有氧气。• 而后对其进行紫外线照射,直到聚合完成• 脱模后镜片进行水化
软镜制造 切削
· 镜片原料是无水的 (干凝胶 )毛坯· 与透气硬镜制造过程相似· 需要严格控制的环境,特别湿度·最后需要清洁镜片表面去除抛光粉·将镜片浸泡在盐水中而密封· 包装而后进行灭菌消毒 (1210C 15 分钟 )
软镜制造 稳定软性模压
·批量制造镜片· 惰性稀释剂在聚合前被加入到单体中·而后稀释剂被水分取代并占据镜片的空间· 镜片水化后膨胀度明显减小· 较好视力质量· 较好的镜片表面质量· 水合较快· 镜片重复性较好
软镜制造质量保证
94N29-107S.PPT
• BOZR
• BVP
• 光学质量• 中心厚度• 边缘情况• 总体质量
• BOZR
• BVP
• 光学质量• 中心厚度• 边缘情况• 总体质量
软镜制造软镜制造初步镜片评估 –干燥状态(如果相关)和湿
润状态初步镜片评估 –干燥状态(如果相关)和湿
润状态
94N29-110S.PPT
• 桶式染色• 化学结合染色• 同心杆浇铸• 前表面印制/加印• 加层
- 手绘- 加入照片- 不透明染料加印
• 桶式染色• 化学结合染色• 同心杆浇铸• 前表面印制/加印• 加层
- 手绘- 加入照片- 不透明染料加印
软镜制造染色镜片软镜制造染色镜片
软性隐形眼镜染色
23/4/20
染色软性镜片 染色过程
• 在染色过程不需要染色的区域需要中得到保护
• 镜片夹在夹板上遮盖镜片“透明”区域
• 色彩密度能通过变化染料的浓度、时间、温度或其组合来实现
• 有些染料进行单一染色,而有些染料可进行组合染色
94N28-3S.PPT
镜片参数镜片参数
后表面参数
r2
tc
tpj2
前表面参数
简单三弧度镜片
tpj1 r1
r0
rao
ra1
94N28-4S.PPT
镜片参数镜片参数
tEA
tER
Ø0
Ø1
ØTØa0
设计考虑 负镜片系列
· 选择材料· 选择前光学区直径。·-3.OOD 以上镜片选择中心厚度 —— 镜片 <-3.OOD 常常较厚和 / 或有较大前光学 区直径以提高镜片操作 —— 镜片 >S.OOD 可能须减少前光学区直径以便 减少旁中心厚度
水分蒸发
• 如果镜片太薄,导致角膜脱水的因素如下 :
——穿流镜片水分过多和表面水流不稳定
—— 有个体差异
—— 高含水量情况更差
—— 镜片水分丢失引起角膜脱水
——脱水引起上皮干燥性染色一蒸发性染色
94N28-24S.PPT
达到白天零水肿的镜片厚度达到白天零水肿的镜片厚度
38% 0.033 0.009 0.023
75% 0.166 0.046 0.117
38% 0.033 0.009 0.023
75% 0.166 0.046 0.117
含水量 日戴 长戴 含水量 日戴 长戴 弹性 长戴 弹性 长戴
94N28-31S.PPT
软性镜片基弧软性镜片基弧
粘弹力有利于镜片中心定位 初始镜片配适关系会因为附着性、渗透压、眼睑力和弹性应力而变化
镜片的形态取决于眼睛前表面地形图
粘弹力有利于镜片中心定位 初始镜片配适关系会因为附着性、渗透压、眼睑力和弹性应力而变化
镜片的形态取决于眼睛前表面地形图
94N28-52S.PPT
圆锥截面的偏心度圆锥截面的偏心度
圆形 e = 0
椭圆 0 < e < 1.0
拋物线 e = 1.0
圆形 e = 0
椭圆 0 < e < 1.0
拋物线 e = 1.0
94N28-56S.PPT
角膜是不对称的
不对称性是常见的但是不大 角膜是椭圆形的(一阶近似值)
角膜偏心度:
H=0. 53, V=0. 58 (Hol den, 1970)
Fl at=0. 41, Steep=0. 44 (Ki el y, 等, 1984)
Hand, V=0. 44 (Gui l l on, 等, 1986)
• 周边曲率
围绕基弧的曲率称为周边曲率;
周边可以由一至两个逐趋平坦的球性曲率相连接;
通常双弧的第二弧比基弧平 0.8~1.0mm;亦可以融合多球面弧度;
也可以用一个逐渐平坦的非球面作为周边 部分。
94N28-3S.PPT
镜片参数镜片参数
后表面参数
r2
tc
tpj2
前表面参数
简单三弧度镜片
tpj1 r1
r0
rao
ra1
94N28-4S.PPT
镜片参数镜片参数
tEA
tER
Ø0
Ø1
ØTØa0
94N28-54S.PPT
何为非球面?何为非球面?
非球面设计是为了优化镜片/角膜关系 非球面设计降低了因为周边弧度/移行区的不连续引起的角膜局部压力
非球面设计是为了优化镜片/角膜关系 非球面设计降低了因为周边弧度/移行区的不连续引起的角膜局部压力
94N28-55S.PPT
第一个非球面软性镜片第一个非球面软性镜片
Con-O-Coi d, 椭圆后表面 有2个偏心度 球面和复曲面
Con-O-Coi d, 椭圆后表面 有2个偏心度 球面和复曲面
(Hirst [NZ], 1970早期)(Hirst [NZ], 1970早期)
94N28-58S.PPT
软性非球性镜片软性非球性镜片
非球面镜片设计所需要的的后表面弧度的规格较少就可以满足配适需要
“库存镜片”的减少对公司有吸引力
非球面镜片设计所需要的的后表面弧度的规格较少就可以满足配适需要
“库存镜片”的减少对公司有吸引力
94N28-59S.PPT
非球面的优点非球面的优点
较好的镜片/角膜-周边-角巩缘配适关系
需要较少的弧度等级规格 镜片直径变化对镜片配适影响不大 增加镜片移动量
镜片压力对眼的压力均匀
较好的镜片/角膜-周边-角巩缘配适关系
需要较少的弧度等级规格 镜片直径变化对镜片配适影响不大 增加镜片移动量
镜片压力对眼的压力均匀
94N28-60S.PPT
非球面的缺点非球面的缺点
镜片形态不是光学理想状态 比球面镜片更会偏位影响视力
视力可能不理想 制造困难
镜片形态不是光学理想状态 比球面镜片更会偏位影响视力
视力可能不理想 制造困难
94N28-61S.PPT
非球面的缺点非球面的缺点
制造昂贵 生产量不大
复杂 比球面设计的镜片更易偏位和发生更大的镜片移动量
制造昂贵 生产量不大
复杂 比球面设计的镜片更易偏位和发生更大的镜片移动量
94N28-36S.PPT
前表面光学区曲率半径(FOZR)前表面光学区曲率半径(FOZR)
上睑覆盖软镜比透气硬镜多,这会影响:镜片位置(静态位置)
瞬目引起镜片移动前表面设计需要优化镜片位置和瞬目引起的镜片移动
上睑覆盖软镜比透气硬镜多,这会影响:镜片位置(静态位置)
瞬目引起镜片移动前表面设计需要优化镜片位置和瞬目引起的镜片移动
94N28-46S.PPT
前表面设计前表面设计
前表面包括双焦或多焦点成分如:
连续非球面表面
同心性双光平顶子片
前表面包括双焦或多焦点成分如:
连续非球面表面
同心性双光平顶子片
软镜的直径
• 设计与角膜直径和睑裂高度有关;
• 静态时覆盖角膜至少超出角膜缘 0.5mm;
• 角膜的水平径约为 12.0mm ,镜片至少达到13.6mm ,大部分软镜设计直径为 14.0mm 。
94N28-63S.PPT
软镜参数范围软镜参数范围
总直径 (ØT)
基弧 (r0)
中心厚度 (tc)
球镜焦度(Fv)散光含水量(%)光学区直径(Oao)放射性边缘厚度(tER)
总直径 (ØT)
基弧 (r0)
中心厚度 (tc)
球镜焦度(Fv)散光含水量(%)光学区直径(Oao)放射性边缘厚度(tER)
12. 0 - 15. 5毫米
7. 6 - 9. 6毫米
. 035 - 0. 35毫米
+35 D
0. 50 - 20 D
25 - 79%
6. 5 - 11. 5毫米
0. 05 - 0. 25毫米
12. 0 - 15. 5毫米
7. 6 - 9. 6毫米
. 035 - 0. 35毫米
+35 D
0. 50 - 20 D
25 - 79%
6. 5 - 11. 5毫米
0. 05 - 0. 25毫米