近视(myopia，short-sightedness)的患病率正在迅速上升。例 如，研究发现7岁台湾孩子近视(-0.25D或更大)的发病率在1986 年与2000年之间从4％大幅度攀升至16％，并且台湾在校16岁到 18岁的孩子近视(myopia，short-sightedness)的患病率高达84％。 大陆中国的人口研究报告称55％的15岁女孩和37％的15岁男孩具 有严重的近视(-1.00D或更大)。
研究发现高度近视(超过-6.00D)的人群的50％具有一定形式 的视网膜病变。近视显著地增大了视网膜脱落、后极性白内障和青光 眼的风险(根据近视的程度)。由于近视的光学效果、视觉效果和潜 在的病变效果及其随后对于个人和社会的不便之处和代价，所以期望 采取一些有效措施以减慢进展或者防治或延迟近视的发作或者限制在 孩子和成人二者中发生的近视程度。
因此，由于很大比重的世界人口具有一定程度的近视，从而这些 人为了能够清楚地进行观看，需要进行一定形式的光学校正。我们知 道，不管开始出现近似的年龄如何，对校正的需求程度都会变得越来 越大。能够通过各种各样的装置实现这些校正，这些装置包括眼镜、 隐形镜片和屈光手术。然而，有争议的是，根据一些研究发现，这些 校正不仅仅不能够发挥作用，而且实际上还会促使近视的进展。
与生俱来的一种形式的近视(通常称作“先天性近视”)一般程度 较高，并且可能会逐渐变得恶化。第二种形式(有时候称作“青少年 近视”或“学生近视”)从5岁到10岁的孩子中开始并且进展至成人或 者有时候进展更长时间。第三种近视(可以称作“成人近视”)从年轻 的成人或晚些的十几岁(16岁到19岁)开始并且在成人过程中继续 上升，有时候稳定下来并且有时候持续上升。
已经采取了一些措施以防止或减缓近视，这些措施涉及通过诸如 阿托品(通常用于进行麻痹适应)或哌仑西平的抗蕈毒碱药品药物介 入。然而，与这些药物的长期使用相关联的潜在缺点可以导致这些有疑 问的模态。
我们知道，在早期的发展阶段，通常两只眼睛朝着理想化光学状态 以高度协调方式进行生长，这一过程称作“眼球正常化”。基于用于防止 发作或者减缓近视的进展的光学介入的立场，从鸟类到更高的灵长目动 物中的多种脊椎类动物中进行的三种基本观察决定性地示出：通过视觉 反馈积极地调整该“眼球正常化”。
首先，用于防止形成清楚的视网膜图像的条件或实验性操纵导致眼 睛不正常长地进行生长(称作“轴向延长”)并且导致变成近视 (myopia，short-sightedness)，这一现象称作“形觉剥夺性近视 (form-deprivation myopia)”。
其次，如果具有形觉剥夺性近视的眼睛随后获得不受限制的视 觉，则那只眼睛于是以消除现有的折射误差的方式进行生长。由于采 用眼镜镜片对近视误差进行光学校正会防止恢复，所以这种恢复需要 与眼睛的有效折射误差相关联的视觉反馈。
再次，通过镜片将折射误差强加到正常眼睛(或者“屈光正常眼 睛”，该眼睛既不是近视也不是远视)上会生成补偿眼睛生长，从而 消除了经由镜片进行观看的折射误差，这一现象称作“镜片补偿”。通 过分别佩戴负光焦度镜片或正光焦度镜片，能够诱使在包括较高灵长 目动物的动物模型中发生近视或远视(myopia，short- sightedness)。例如，当通过利用负光焦度镜片将图像定位在视网膜 之后(即，后面)时，例如会诱使发生近视。通过轴向延长驱动这种 近视进展(生长带来眼球的“加长”)。
因此，对眼球正常化起作用的机制监视视网膜图像并且调整轴向 生长率以消除折射误差。也就是说，眼睛利用光学离焦引导眼睛朝着 理想化光学状态进行生长。
由于没有完全理解的原因，眼球正常化过程在一些个人中发生失 败，从而导致诸如近视的普通折射误差。研究强有力地表明：光学离 焦按照与镜片补偿相似的方式在这个过程中发挥作用。然而，直到今 天，在防止近视或减慢近视的进展的方面，对于中心视觉已经操纵眼 睛的有效聚焦的近视的治疗措施(例如，双焦)仅仅获得了有限的成 功。
例如，长时间以来我们将双焦或先进的眼镜镜片或者双焦隐形镜 片认为是用于减缓近视的进展的潜在措施。然而，对于它们的功效的 研究仅仅显示了有限的功效。在双焦眼镜的情况下，不能够保证佩戴 者总是能够顺应地看清楚近程工作的近程添加部分。直到今天使用的 双焦隐形镜片已经是并行视觉双焦眼镜。这种双焦眼镜降低了整体视 网膜图像品质并且知道可以生成诸如用户并不期望的掩星、闪烁和鬼 影的视觉问题。
另外的研究发现，通过中断近视诱使刺激即使在相对短的时间段 内也能够减小或者甚至消除这种刺激的近视诱使效果。隐含意义在 于：“每日佩戴”方案，由此，近视患者在一天的某些时间段内停止利 用近视诱使装置(例如，工作之后以及睡觉之前摘除该近视诱使装 置)可能是无效的并且能够相当地连累其功效。
用于尝试减缓个人近视的进展的另一种光学方法是“不足校正 (under-correction)”。对佩戴者指定并提供校正(例如，眼镜或隐 形镜片)，其中，该校正的程度要低于清楚视觉所需的全折射眼镜。 例如，对-4.00D近视患者仅仅给出-3.50D的一副眼镜，从而这个 近视患者仍然具有-0.50D的相对近视程度。因此，这个方法暗示了 中央凹视觉图像(关键视觉的最重要区域，例如，视觉锐度)会进行 一定程度的模糊或恶化。因为佩戴者的视觉性能恒定减小，所以这会 显著地减损该装置的有用性(例如，防止佩戴者由于合法视觉需要而 进行驱动)。另外，这非常明显地表明：在一些个人中不足校正方案 甚至可以加速近视进展。
减轻、减缓以及最终反转近视的进展的方法将对遭受近视的数以 百万计的人提供大量益处，并且减小了与近视相关联的个人、卫生保 健工人和提供商以及政府的开销。

直到今天，在防止近视或减慢近视的进展的方面，对于中心视觉 已经操纵眼睛的有效聚焦的近视的治疗措施(例如，双焦)仅仅获得 了有限的成功。用于防止近视和近视进展的这些先前努力已经暗示假 定：通过与中心视觉关联的视觉反馈控制眼睛生长并且位于视网膜中 心(即，眼睛的中央凹区域)的视觉依赖机制控制折射发展。确实的 是，鉴于于此报告的发现，结合本发明，现在确信：已知的传统装置 至少是存在缺点的并且在近视发展方面相当有害。
本发明提供了一种通过经由以预定方式操纵视觉图像的场曲控制 离轴像差并且最终改变、减小或消除眼睛轴向延长以减轻、减缓或消 除个人近视或远视的进展的方法。
本发明基于来自我们的实验的新的教述，其中，我们的实验证明 了：外围视网膜图像(即，外围视觉)在确定整体眼睛长度方面发挥 了主要作用，并且是促进外围和全部眼睛生长从而导致轴向延长、眼 睛尺寸和近视全部增大的有效刺激。
本发明还涉及一种方法，其中，通过该方法利用具有减轻、减缓 或消除眼睛生长的预定离轴像差控制设计的新颖的光学装置能够减缓 (在许多情况下，停止或反转)近视进展。
另外，根据本发明，通过对离轴光学校正因子或校正装置的像差 或眼睛和校正装置的相组合的离轴光学像差进行精确预定控制来修正 近视的进展，从而关于视觉图像，与正常在未校正条件下或采用传统 校正装置或措施的情况相比较而言，外围场图像更加定位在外围视网 膜之前(或者前面)(即，朝向眼睛的角膜或前侧)，而中心场图像 定位在中心视网膜(即，中央凹)附近。这种布置最小化或消除了导 致近视的眼睛轴向延长的刺激。另外，由于该装置没有引入任何中心 场离焦(即，例如由不足校正方法、或者双焦或先进光学装置所引入 的中心场离焦)，所以该装置对佩戴者提供良好的视觉锐度。因此， 本发明的优点在于：减缓了折射误差的进展并且基本同时对佩戴者保 持清楚有用的关键性视觉。
为了达到清楚的目的，根据本发明，术语“之前”定向反映一个概 念：相对于比较点，一个点在从角膜到视网膜测量的方向上定位在较 小的距离处；而术语“后面”反映一个概念：相对于比较点，一个点在 从角膜到视网膜的方向上定位在较大的距离处。
能够通过单独或相组合地采用例如眼镜、隐形镜片、角膜移植器 (例如，高嵌体(on-lay)或嵌体(in-lay))、前房镜片、和眼内 镜片(IOL)以及包括角膜矫正术(采用隐形镜片的专门的方法，用 于通过短期佩戴特定设计的隐形镜片重塑角膜和皮膜临时改变眼睛的 折射状态)和任何手术屈光治疗程序(例如，表层角膜镜片术、热角 膜成形术、LASIK、PRK和LASEK)的角膜或皮膜雕塑和重塑程序 实现用于治疗近视的本发明的像差控制方法。
优选的是，在无论眼睛的注视方向如何均能够保持与眼睛基本共 轴(即，保持轴向对齐或者保持“同心”)的模态例如角膜矫正术、角 膜屈光术、角膜移植器、隐形镜片和眼内镜片中实现本发明的方法和 装置。这样，无论眼睛运动如何，都能够可预测地保持促使对场曲的 精确预定操纵的外围像差的精确控制。
另外，优选的是，远离眼睛的节点对本发明的装置进行定位，从 而能够以更大自由度和有效性提供适于控制近视的外围像差的操纵。 这些装置包括眼镜、包括使用在角膜矫正术模态中的镜片的隐形镜片 和角膜移植器。
另外，优选的是，能够在可以基本上以相对持续方式呈现给眼睛 从而在所有睁眼时机期间内均可以进行的模态例如持续佩戴隐形镜片 (例如，软体、RGP、巩膜触觉)、角膜矫正术、角膜屈光术、角 膜移植器、前房镜片和眼内镜片中实现本发明的方法和装置。通过提 供没有中断的基本持续视觉刺激，能够实现近视治疗的最大效果。
另外，优选的是，由于能够容易地改变光焦度和像差轮廓(如佩 戴者的近视程度变化所需)，所以在眼镜、隐形镜片(软体、还缩写 为“RGP”的硬式高透气、巩膜触觉型)、角膜矫正术或角膜高嵌体 模态中实现本发明。
在眼镜、隐形镜片和角膜矫正术的情况下，能够容易地指定并且 分配新的镜片。
对于高嵌体，刮掉角膜皮膜，去除现有的高嵌体并且将新的高嵌 体进行附着定位，并且允许皮膜在该装置上重新生长。
本发明尤其适于应用在延长佩戴或持续佩戴隐形镜片模态、角膜 矫正术模态或者角膜高嵌体模态中，由此对近视减缓提供基本持续的 刺激。
通常，延长佩戴或持续佩戴可以例如是软体或RGP镜片的隐形 镜片具有足够的透氧性和其它属性从而允许在睡眠期间镜片仍保留在 眼睛中并且从睑结合膜接收足够的氧从而保持眼睛健康，尽管由于关 闭的眼睑而不能够获得大气中的氧。
在角膜矫正术中，将隐形镜片(可以是适于延长或过夜佩戴的高 透氧性的隐形镜片)佩戴短时间(例如，睡觉的几个小时期间)以重 塑皮膜和角膜，然后，去除该隐形镜片从而患者保留在根据本发明的 期望折射和像差状态，而不需要在角膜矫正术的效力期间内佩戴隐形 镜片。
能够以减缓或消除近视的多种方法实现本发明。主要的是，对光 学视觉校正装置设计用于校正中心视觉所需的一定程度的折射光焦 度，其中，在该中心视觉中纳入了指定程度的合适离轴或外围像差具 体的讲相对场曲。对与恰当的折射光焦度一起引入的这种离轴外围像 差或相对场曲进行精确操纵，从而与现有的眼睛像差相组合，外围场 的图像相对于外围视网膜的对应部分更加居前定位同时中心图像定位 在中央凹处或靠近中央凹进行定位。通常，由于存在径向像散(外围 离轴像差的类型)，所以两个线焦点与外围图像相关联(两个线焦点 之间的间隔称作“Sturm间隔”，该“Sturm间隔”还包括“最小模糊 圈”，沿着Sturm间隔的位置生成最小聚焦点直径并且通常认为是最 佳等效焦点的位置)。在存在径向像散的情况下，对根据本发明引入 的场曲(与恰当折射光焦度一起)进行操纵，从而与眼睛像差相组 合，与径向像散相关联的至少更加居前的线焦点相对于外围视网膜更 加居前定位，由此Sturm间隔的一部分或者在一些情况下Sturm间 隔的全部位于外围视网膜之前而中心图像定位在中央凹处或靠近中央 凹进行定位。
当对场曲进行操纵从而与径向像散相关联的更加居后的线焦点聚 焦在视网膜上或者聚焦在视网膜附近时，能够实现特别有利的布置。 在这种特定布置中，由于像散的两个线焦点之一将位于视网膜附近， 所以尽管存在像散但是外围视网膜图像仍将是清楚的。
这些布置提供持续清楚的中心视觉具体地讲对佩戴者提供良好的 中心视觉锐度，并且同时减缓或消除近视患者的近视的进展，或者防 止具有近视倾向(正视或远视患者)的非近视患者(即，易发展成近 视的个人)开始出现近视。
附图说明
图1a到图1c是解释一般光学系统的场曲的离轴外围像差的光学 图。
图2a到图2h是眼睛的光学图和解释眼睛及其各种类型的相对场 曲的相对场曲曲线图。
图3a到图3d是眼睛的光学图和解释相对场曲如何能够导致外围 场中的相对局部远视的近视眼以及如何导致外围场中的相对局部近视 的远视眼的相对场曲曲线图。
图4a到图4l是眼睛的光学图、实验结果的曲线图以及详细示出 本发明的原理的相对场曲的曲线图。图4a和图4b示出了用于近视治 疗的传统方案，具体地讲，是仅仅对于轴上或中心场折射状态的不足 校正。图4c到图4d描述了我们的实验，这些实验证明了在近视的发 展、进展和衰退方面控制外围场是非常重要的。图4e和图4f详细示 出了本发明的原理以及控制近视的进展的过程中相对场曲的效果。图 4g和图4h解释了在本发明的原理之下不足校正方案的相对无效的基 础。图4i到图4l详细示出了具有现有的正的相对场曲的眼睛的情况 下的本发明的原理。
图5a到图5c是示出实施为眼睛镜片设计的采取通过圆锥截面描 述的镜片表面的本发明的一个实施例的原理的相对场曲的曲线图和光 线轨迹图。该例子眼镜镜片设计适于减缓、停止或反转-3D近视患 者的近视的进展。
图6a到图6d示出了作为利用圆锥截面和多项式方程表面描述项 的组合实现的眼镜镜片设计的本发明的另一个实施例。该例子设计适 于减缓、停止或反转-3D近视患者的近视的进展。图6a和图6b示 出了明显改变相对场曲的设计，其中，与径向像散关联的切向和径向 线焦点均重新定位在外围视网膜之前。图6c和图6d示出了更加细微 改变相对场曲的设计，其中，与径向像散关联的径向线焦点重新定位 在外围视网膜上或者稍微定位在外围视网膜之前。
图7a和图7b示出了作为隐形镜片的本发明的另一个实施例。图 7a是示出沿着半个子午线的前后表面轮廓和厚度轮廓的隐形镜片设 计图，图7b是示出适于减缓、停止或反转-3D近视患者的近视的 进展的本发明的软体隐形镜片的设计和相对场曲性能的相对场曲的曲 线图的形式输出计算机辅助光线轨迹程序。
图8a和图8b示出了作为隐形镜片的本发明的另一个实施例。图 8a是隐形镜片设计图，图8b是示出适于减缓、停止或反转-10D 近视患者的近视的进展的本发明的软体隐形镜片的设计和相对场曲性 能的计算出的相对场曲的曲线图。
图9a到图9c是在本发明的原理之下解释用于尝试防止近视的进 展的同心双焦隐形镜片和相似传统方案的相对无效的基础的图。
图10a和图10b示出了适于防止具有近视倾向但非近视患者的近 视进展的作为用于控制具有平光焦度的相对场曲的软体隐形镜片设计 的本发明的另一个实施例。
图11a和图11b示出了作为控制相对场曲以刺激轴向延长和眼镜 生长从而减小远视将眼睛返回正视的本发明的软体隐形镜片设计的本 发明的另一个实施例。
图12a到图12i示出了控制相对场曲并且同时部分地校正眼睛的 高阶像差的软体隐形镜片设计的先进应用的本发明的另一个实施例。
图13a到图13d示出了在完整中央凹(fovea)和周围中央凹视 网膜(peri-fovea retina)上根据例子1中概述的程序执行的程序的 结果。
图14a到图14d示出了在完整中央凹和周围中央凹视网膜上根据 例子2中概述的程序执行的程序的结果。
图15a到图15d示出了在完整中央凹和周围中央凹视网膜上根据 例子3中概述的程序执行的程序的结果。
图16a和图16b示出了在完整中央凹和周围中央凹视网膜上根据 例子4中概述的程序执行的程序的结果。
图17a到图17d示出了利用负光焦度和正光焦度镜片根据例子5 中概述的程序执行的程序的结果。

在早期发展阶段，两种眼睛通常以高度协调方式朝向理想化光学 状态进行生长，这一过程称作“眼球正常化”。三个基本观察已经最终 证明：通过视觉反馈积极地调整眼球正常化过程，其中，对于从鸟类 到高级灵长目动物的大量多种脊椎类动物进行这三个基本观察。首 先，防止形成足够清楚的视网膜图像的条件或实验操纵诱使眼睛不正 常长地进行生长并且变成近视(myopia，short-sightedness)，这一 现象称作“形觉剥夺性”近视。其次，如果具有形觉剥夺性近视的眼睛 随后获得不受限制的视觉，则那只眼睛于是以消除现有的折射误差的 方式进行生长。由于采用眼镜镜片对近视误差进行光学校正会防止恢 复，所以这种恢复需要与眼睛的有效折射误差相关联的视觉反馈。再 次，采用眼镜镜片在正常眼睛上强加折射误差会生成消除由镜片生成 的折射误差的补偿眼睛生长，这一现象有时候称作“镜片补偿”。
对眼球正常化起作用的机制监视视网膜图像并且调整轴向生长以 消除折射误差。也就是说，眼睛利用光学离焦引导眼睛朝向理想化光 学状态进行生长。
由于没有完全理解的原因，眼球正常化过程在一些个人中发生失 败，从而导致诸如近视的普通折射误差。研究强有力地表明：光学离 焦按照与镜片补偿相似的方式在这个过程中发挥作用。然而，直到今 天，在防止近视或减慢近视的进展的方面，已经操纵眼睛的有效聚焦 的近视的治疗措施(例如，双焦和不足校正)仅仅获得了有限的成 功。确实的是，一些证据似乎表明：不足校正可能会在一些个人中诱 使近视进展。就像我们在接下来的部分中进行的解释，用于防止近视 和近视进展的这些先前努力已经暗示假定：通过与中心视觉关联的视 觉反馈控制眼睛生长并且位于视网膜中心(即，眼睛的中央凹区域) 的视觉依赖机制控制折射发展。
本发明基于新的发现，并且从实验进行学习我们已经执行：证明 了在修正或控制近视的发展、进展和衰退方面，外围视网膜是有效 的。我们的发现证明了：视网膜外围(即，外围视觉、或者与离轴视 觉目标关联的视觉，并且有时候称作“外围场”)处的图像品质在确 定整个眼睛长度方面能够发挥重要作用，然后，促使外围眼睛生长的 来自外围场的刺激将导致眼睛尺寸和近视全部增大。来自我们实验的 下面观察支持断定：在控制眼睛生长方面，外围视觉是有效的和足够 的。
观察1-由外围形觉剥夺生成轴向近视：通过将环形扩散器镜片 置于两只眼睛之前抚养婴儿非人类灵长目动物，这会恶化外围视觉而 不会改变中心视觉。具体地讲，采用具有4mm或8mm的清晰孔的 环形扩散器镜片抚养3星期大的猕猴，其中，这些4mm或8mm的 清晰孔的中心位于每只眼睛的瞳孔之前。当经由这些孔进行观看时， 接收到的中心视网膜的相当部分(对于4mm孔，是近似22.5°；对于 8mm孔，是近似45°)没有阻挡清楚的视网膜图像。由于存在环形扩 散器，所以从清楚的视网膜图像剥夺了视网膜的剩余外围区域。
如果仅仅通过中心视觉控制眼睛生长，则允许获得清楚的中心视 觉的这些环形扩散器镜片对折射发展基本上没有任何作用。然而，与 这种传统哲学相反，强加的外围形觉剥夺会影响中心折射发展。大多 数治疗的猴子发展了显著的近视折射误差，其中，该显著的近视折射 误差落在正常猴子的折射误差的范围之外。通过由于眼睛生长所导致 的玻璃房深度增大从而导致眼睛的长度大于正常眼睛轴向长度(即， 轴向延长)生成这些实验性诱使近视误差。
这些结果清楚地证明：外围视网膜图像的品质的改变是有效并且 足以改变整个轴向生长和折射发展。
观察2-从轴向近视进行恢复不需要中心视觉：婴儿猴子展现了 从形觉剥夺近视进行恢复的显著能力。例如，在一个实验中，我们发 现：当停止形觉剥夺并且形觉剥夺近视(在-1.0D到-10.5D的范围 内)的18只猴子允许获得不受限制的视觉时，这些动物显现了从近 视进行恢复的清楚证据。
其它物种的研究强有力地表明：通过视觉经验调停这种恢复。在 另一个实验中，我们测试外围视觉足以驱动这个视觉依赖恢复的假 说。对由于佩戴上述的环形扩散器镜片而已经发展成近视或远视的五 只猴子进行测试。在大约4个月大时，去除该环形扩散器镜片，并且 利用氩光凝固(蓝色-绿色)激光对位于一只眼睛的中央凹的视网膜 的2mm到3mm环形部分(近似等效于中心5°到7°)进行烧蚀。不 对另一只眼睛进行治疗，并且然后这些动物允许获得不受限制的视 觉。
如果从实验性诱使的折射误差进行恢复取决于中心视觉，则激光 治疗的眼睛将不能够进行恢复。然而，我们发现：在所有的五只猴子 中，观察到了治疗的眼睛和没有治疗的眼睛的恢复的清楚的证据。另 外更加重要的是，在烧蚀的眼睛与没有烧蚀的眼睛之间在眼睛生长和 折射误差恢复方面不存在系统差别。
这些结果令人确信地证明：中心视觉对于从实验性诱使的折射误 差进行恢复来讲不是非常重要的并且外围视觉是有效并且足以调停正 常的眼球正常化。更加重要的是，这些发现致使了引导本发明的思 想：外围视觉在诸如近视的普通折射误差的发生过程中发挥了关键作 用并且操纵外围视网膜图像能够可预测地调整眼睛生长和折射发展。
附加研究已经发现：即使在相对短的时间段内，中断诸如形觉剥 夺或镜片补偿的近视诱使刺激，也能够减小或者甚至消除这些刺激的 近视诱使效果。隐含意义在于：“每日佩戴”方案，由此，近视患者在 一天的某些时间段内停止利用近视诱使装置(例如，工作之后以及睡 觉之前摘除该近视诱使装置)可能是无效的并且能够相当地连累其效 果。当近视诱使方法和装置能够在一天内持续应用到眼睛时，可以实 现最大效果。
本发明提供了一种通过操纵呈现给眼睛的离轴外围像差具体地讲 操纵相对场曲从而减小或消除眼睛轴向延长的外围视网膜刺激减缓或 消除近视的进展或者防止个人的近视的开始发展的方法。
另外，为了对离轴外围像差进行优化和一致的控制，该方法必须 提供一种一致地与眼睛的光学系统保持基本同轴(基本轴向对齐或共 轴)的装置。
另外，为了使得这个方法能够获得最大效果，预定折射校正和离 轴外围像差控制设计优选基本持续呈现给用户，从而覆盖所有睁眼情 形。
本发明还提供了一种方法，其中，通过利用减缓或消除眼睛生长 的新颖的光学装置和系统，通过这种方法能够防止近视发展，能够减 轻和减缓并且在许多情况下能够停止或反转近视进展。
本发明的方法和设备通过以预定方式精确地控制离轴外围像差具 体地讲控制校正装置的相对场曲或者控制眼睛和校正装置的组合的现 有光学像差修正近视的进展，从而外围视觉场的图像在相对居前方向 上进行偏移由此理想化地将Sturm间隔部分或完全地定位在外围视 网膜之前同时中心图像定位在中央凹或靠近中央凹。这种布置提供了 持续清楚的中心视觉，具体地讲，对佩戴者提供了良好的视觉锐度， 并且同时通过提供用于减小外围处的轴向延长的强烈信号减缓或消除 近视患者的近视的进展或者防止具有近视倾向(即，容易发展成近视 的个人)的非近视患者(正视或远视)开始出现近视。
由于本发明的装置没有引入由不足校正方法或者双焦或先进的光 学装置引入的任何离焦效果(中心视觉)，所以这种装置基本同时对 佩戴者提供良好的品质视觉锐度。因此，本发明的优点在于：不仅能 够减缓折射误差的进展还能够同时对佩戴者保持基本连续清楚有用的 视觉图像。
尽管能够利用包括眼镜、隐形镜片、角膜移植器(例如，高嵌体 或嵌体)、前房镜片、眼内镜片(IOL)等等的任何合适光学装置以 及通过包括角膜矫正术(专门的隐形镜片技术，用于通过短期佩戴特 定设计的隐形镜片重塑角膜和皮膜追求改变眼睛的折射状态)和手术 屈光治疗程序(例如，热角膜成形术、表层角膜镜片术、LASIK、 PRK、和LASEK等等)的角膜或皮膜重塑和雕塑方法实现本发明的 像差控制方面，但是优选在诸如IOL、角膜移植器、隐形镜片、角 膜矫正术或屈光手术的能够保持相对定位在眼睛的轴的中心的装置或 方法中实现像差控制。这样，无论眼睛运动如何，都能够保持促进外 围和中心场图像的位置的精确预定操纵的外围像差的精确控制。
由于能够容易地改变光焦度和像差轮廓(如佩戴者的近视程度变 化所需)，所以同样优选在眼镜、隐形镜片(软体或RGP或巩膜触 觉型)、角膜矫正术或角膜高嵌体模态中实现本发明。
在眼镜、隐形镜片和角膜矫正术的情况下，能够容易地指定并且 分配新的镜片。
对于高嵌体，刮掉皮膜，去除现有的高嵌体并且将新的高嵌体进 行附着定位，并且允许皮膜在该装置上重新生长。
另外，更加优选在延长佩戴或持续佩戴隐形镜片模态或者角膜高 嵌体模态中实施本发明，由此提供基本持续刺激从而将近视减缓的效 果最大化。
通常，延长佩戴或持续佩戴可以是软体、RGP、或巩膜/触觉型 隐形镜片具有足够的透氧性和其它属性从而允许在睡眠期间镜片仍保 留在眼睛中并且从睑结合膜接收足够的氧从而保持眼睛健康，尽管由 于关闭的眼睑而不能够获得大气中的氧。
对于角膜矫正术，将隐形镜片(也可以是适于延长或过夜佩戴的 高透氧性的隐形镜片)佩戴短时间以重塑皮膜和角膜，然后，去除该 隐形镜片从而患者保留在根据本发明的期望折射和像差状态，而不需 要在角膜矫正术的效力期间内佩戴隐形镜片。使用在角膜矫正术模态 中的隐形镜片设计发挥两个作用。因此，将隐形镜片设计为当在“治 疗”或重塑期间内佩戴在一只眼睛上时，根据本发明操纵相组合的眼 睛、眼泪镜片(通过在隐形镜片的后表面与角膜皮膜的前表面之间填 充眼泪形成)和隐形镜片像差。另外，能够设计并且选择均用于控制 皮膜和角膜的重塑的隐形镜片后表面或居后表面轮廓以及它的刚度和 厚度轮廓，从而当去除镜片时(在角膜矫正术的“治疗”期间佩戴镜片 以后)，重塑后的角膜和皮膜轮廓可以为能够根据本发明操纵残余眼 睛像差。
现在，将详细描述引发根据本发明的方法和装置的发展。
图1a示出了理想化光学系统。光学系统[10]将来自由沿着目标 点C、A和B的箭头表示的目标[20]的光进行折射，从而将该光聚焦 到具有图像点C′、B′和A′的图像[30]。在理想化光学系统中， 该聚焦的图像[30]沿着图像接收表面[40]精确而置。通常，对于传统 的光学系统来讲，图像接收表面[40]是平坦或平面表面。于是，理想 化的聚焦的图像也应该是平面或平坦的。也就是说，聚焦的图像[30] 上的点C′、B′和A′应该位于图像接收表面[40]上。当聚焦的图 像[30]与图像接收表面[40]紧密对齐时，每个成像的点(例如， C′、B′和A′)将会锐聚地聚焦到图像接收表面[40]上并且整个图 像都是清楚的。
许多光学系统遭受如已知的“场曲”的离轴像差。在图1b中，另 一个光学系统[50]将来自目标[60]的光折射到图像[70]。然而，由于场 曲的存在，所以聚焦的图像[70]不会完全对齐地置于平坦图像接收表 面[80]上。在这个例子中，来自轴上目标点A的光(即，在该光学系 统的光轴上或者沿着该光学系统的光轴而置)聚焦到图像接收表面 [80]上的轴上图像点A′并且将由此进行锐聚聚焦。然而，来自离轴 (即，离开该光学系统的光轴而置或者与该光学系统的光轴成一定角 度而置)目标点C和B的光聚焦到位于图像接收表面[80]之前(即， 在与从目标入射的光的方向相反的方向上)的离轴图像点C″和 B″。这些图像点C″和B″由此将离焦并且出现模糊。在带有场曲 的光学系统中，例如在这个例子中，由于这些离轴外围图像点基本上 更加居前进行定位或者在中心轴上图像点之前(即，在与从目标传播 到图像的光的方向相反的方向上)进行定位，所以可以讲该系统具有 负的场曲。
图1c示出了具有正向场曲的光学系统。在这种系统中，由光学 系统[100]生成的目标[85]的图像[90]没有与平坦图像接收表面[110]对 齐。尽管从中心目标点A聚焦的中心轴上图像点A″′位于图像接收表 面[110]上，但是离轴外围目标点C和B聚焦到离轴外围图像点C″′ 和B″′，其中，该离轴外围图像点C″′和B″′基本上位于图像接收表 面[110]以后并且相对更加居后，或者在中心轴上图像点A″′之后 (即，在该光的方向上)。这里，图像点A″′将会进行锐聚聚焦，而 图像点C″′和B″′将会离焦并且出现模糊。
应该注意：在光学像差的定量描述中，不同的人将利用多个不同 的符号法则。在这个文献中，我们采用了一种符合法则，由此，测量 从参考位置到关注点的距离，并且如果测量的方向与光传播通过该系 统的方向相同，则该符合法则是正的；如果测量的方向与光的方向相 反，则该符合法则是负的。对于场曲，参考表面是理想化(没有像 差)的图像表面，并且该关注点是像差的弯曲的图像表面。因此，对 于图1b，按照从没有像差的平坦图像表面[80]到弯曲的像差的表面 [70]的距离测量场曲。另外，由于这个测量的方向与光传播通过这个 光学系统的方向(从左到右)相反，所以场曲是负的。
与之相反，对于图1c，基于理想化参考表面[110]测量的弯曲图 像表面[90]在光传播的方向上，于是场曲是正的。
与大多数光学系统不同，眼睛的图像接收表面即视网膜不是平坦 表面也不是平面表面。因此，为了获得锐聚聚焦的图像点，图像表面 需要以伴随方式向视网膜表面进行弯曲。在图2a至2c中，眼睛[120] 从三个不同的目标方向[140、170和190]接收来自远程场景[130]的 光。这些方向通常称作“场角”。还显示了图像接收表面即眼睛[136] 的视网膜。基本上位于光轴[160]上的来自场景的一部分的目标[140] 点和图像[150]点等于零度场角并且分别称作“中心”或“轴上”目标和 图像。图2中示出了这种情况。
当目标和图像点渐进地远离光轴和中心目标和图像点而置时，可 以讲场角增大。这些目标和图像点称作“外围”或“离轴”目标[170]和 图像[180]并且具有有限的(非零)场角。图2b中示出了这种情况。 图2c示出了具有大的场角的外围或离轴目标[190]和图像[200]。
为了使得眼睛能够接收整个图像的锐聚聚焦的图像点，来自所有 场角的图像点[150、180和200]必须同时精确地置于视网膜表面[136] 上。图2d中示出了这种理想化情况。
由于眼睛的视网膜不是平坦的表面，所以当考虑眼睛的光学系统 的场曲时，可以更加方便地考虑相对场曲。能够按照相对中心图像点 和视网膜的不同场角的图像点的轴向位置(前后向(antero- posterior，forward-backward))定义该相对的场角。因此，即使由 于外围图像点[180和200]定位在轴向图像点[150]之前从而图2d所示 的眼睛[120]的图像表面[136]具有实际负的场曲，也不存在纯的相对 场曲(即，相对于视网膜[136]的弯曲)并且于是所有场角的图像点 锐聚地聚焦在视网膜上并且能够清楚看清全部图像。
图2e示出了具有相当程度的负的场曲的眼睛[210]。由这只眼睛 对来自远程场景(目标)的光进行聚焦，从而当轴上中心图像点[220] 聚焦在视网膜上时，中间[230]和更远[240]外围(离轴)场角的图像 点渐进聚焦在中心图像点[220]之前(前方、或者在与光的方向相反 的方向上)。由于这些外围场角的图像点[230和240]也基本上聚焦 在弯曲的视网膜[250]之前，所以外围场的图像点[230和240]将不会 聚焦在视网膜上并且眼睛[210]发生模糊。因此，这只眼睛遭受负的 相对场曲。
对于相对场曲条件的图形表示以及简单地评估该相对场曲条件， 通过将弯曲的视网膜表面“映射”到平坦表面能够更加方便地绘制相对 场曲。也就是说，将视网膜的弯曲在几何上进行平坦化并且由此能够 通过直线或平坦表面表示该视网膜的弯曲。直线表示是三维几何平坦 (或者重新映射)平面视网膜表面的二维截面。图2f示出了图2e中 所示的眼睛的这样一种相对场曲的图形。视网膜已经被重新映射到直 线[220]。这提供了图像表面[242]全部位于视网膜[220]之前的直接指 示。对于这个文献的剩余部分，同样频繁使用在计算机辅助光学建模 程序的输出中的这种类型的相对场曲的图形表示将称作“相对场曲图 形”。由于在相对场曲图形中易于总结以及评估根据该眼镜或眼睛的 相对场曲的全部性能，所以生成场曲结果的关于眼镜或眼睛的细节的 剩余部分不需要包括在这种图形表示中(先前附图中已经包括了这些 细节的剩余部分)。
图2g和2h示出了具有正的场曲的眼睛[260]。从图2h中的相对 场曲的图形可以看出，这只眼睛也具有正的相对场曲，其中，对于图 像表面[262]，离轴的外围场角图像点[266和268]位于中心轴上图像 点[264]和视网膜[290]之后(或者后面，即在光的方向上)。在这种 情况下，中心图像点[264]进行锐聚聚焦(sharply focus)，而外围场 图像点[266和268]离焦并且将出现模糊。
图3a和3b示出了具有负的场曲的眼睛[300]。由于中心轴上图 像点[310]位于视网膜[320]之后(即，在光的方向上)，所以按照利 用诸如自动验光仪、验光仪头部或试镜架的标准技术进行测量认为这 只眼睛是远视的，其中，诸如眼科医师、验光师、眼镜商、视觉校正 师和视觉科学家的眼睛护理从业者熟悉这些标准技术。由于在这个例 子中呈现的是正的场曲，所以大的场角的离轴外围图像点[330]位于 视网膜[320]之前(即，在与光的方向相反的方向上)。因此，对于 外围视觉场，这个例子的眼睛实际上是相对近视的。能够从图3b中 的相对场曲的图形中最佳看到这种情况，其中，图3b清楚地示出： 中心[310]至中周缘场是远视(在视网膜以后进行聚焦)，而该中周 缘至远周场[330]是近视(在视网膜之前进行聚焦)。
图3c和3d示出了具有正的场曲的眼睛[340]。由于中心轴上图 像点[350]位于视网膜[360]之前(即，与光的方向相反)，当利用诸 如眼睛护理从业者熟悉的自动验光仪、验光仪头部或试镜架的标准技 术进行测量时，认为这只眼睛是近视的。然而，由于在这个例子中呈 现的是正的场曲，所以大的场角的离轴外围图像点[370]位于视网膜 [360]之后(即，在光的方向上)。因此，对于外围视觉场，这个例 子的眼睛是相对远视的。能够从图3d的相对场曲的图形中最佳看出 这种情况，其中，图3d清楚地示出：中心[350]至中周缘场是近视 (在视网膜之前进行聚焦)，而该中周缘至远周缘[370]场是远视 (在视网膜之后进行聚焦)。
图4a到图4k详细描述了本发明的基本原理。迄今为止对于诱使 或控制近视生长的所有尝试都暗示性地仅仅考虑中心场的折射状态。 这是因为包括由眼科医师、验光师、眼镜商或其它眼睛护理从业者利 用试镜架、验光仪头部和自动验光仪的折射误差的测量的当前标准均 测量基本位于眼睛的中心场的中央凹或非常靠近该中央凹的眼睛的折 射状态。在这种传统的理解中，如图4a中的示意性眼睛和光学装置 所示，负的折射光焦度模糊即通过将图像点[402]布置在视网膜[404] 和中央凹[406]之后(即，在光传播通过眼睛的方向上)，或者由于 眼睛[408]的固有光学系统或者由于诸如眼镜[410]的过度负的光焦度 的指定的有意介入能够提供轴向延长(如箭头[412]的方向指示)的 刺激，从而根据镜片补偿近视的现象导致眼睛朝着居后而置的图像点 进行生长，并且由此或者诱使正视者的近视或远视，或者致使近视患 者的近视进一步进展。
这种有限仅仅考虑眼睛的轴上或中心场折射状态形成尝试防止近 视的发作或减缓近视的进展所采取的传统的光学方案的基础。一个这 种传统的方案在于利用正的光焦度模糊，其中，这种方案暗示将中心 或轴上图像置于中央凹之前以去除轴向延长和眼睛生长的刺激。由 此，这会导致通过对近视利用不足校正减缓近视的进展的传统的方 案。如图4b的示意性眼睛和光学装置所示，不足校正故意将中心轴 上图像聚焦在视网膜[418]和中央凹[420]之前。相对于对个人进行正 常指定以实现清楚的视觉的情况来讲，通过对光学校正[422]指定稍 大些的正的光焦度(或者对近视患者指定稍小些的负的焦度，从而一 般使用的术语“不足校正”描述这个方案)实现本情况。例如，可以对 需要-4.00D镜片才能够获得清楚视觉的近视患者指定-3.50D的镜 片。尽管这个方案对于一些个人能够多少有效地减缓近视进展，但是 已经发现这个方案并不能够对于所有个人均有效。确实的讲，一些研 究结果表明，对于一些个人不足校正实际上可能会增大近视程度。另 外，更严重的问题是，这种方案暗示在中央凹[420]处导致图像发生 模糊，从而镜片佩戴者不能够获得最佳视觉和视觉锐度，并且这种方 案还会导致佩戴者不能够执行一些关键的视觉任务例如开车。
现在在我们的实验中我们已经发现，仅仅外围场有效并且足以驱 动眼睛生长，这会诱使轴向延长并且最终诱使近视发展或进展。
在图4c的示意性眼睛和光学装置中示出了一个重要实验的结 果。在这个实验中，灵长目动物将环形扩散镜片[424]佩戴在眼睛[426] 之前。环形扩散镜片[424]允许来自轴上中心场目标[428]的光线[427] 畅通地到达眼睛[426]。同一环形扩散器[424]对来自离轴外围场目标 [430]的光线[429]进行散射或扩散。这种散射仅仅致使外围场[430]中 的离轴视觉目标的形觉剥夺性丧失，而对中心场[428]保持清楚视 觉。从事近视研究的视觉科学家知道，应用到眼睛的整个视觉场(或 中心场)的形觉剥夺会诱使导致近视的轴向生长。在我们的实验中， 不只涉及仅仅对外围场的形觉剥夺，眼睛还会由于轴向延长(箭头 [432]的方向所示)和眼睛生长[434]而进一步近视。
在该实验的扩展中，在近视到一定程度以后，从一些眼睛去除环 形扩散镜片[424]。当去除了该扩散器以后，灵长目动物的近视程度 如图4d的图形中的实线所示进行下降。
另外，在该实验的并行扩展中，对于其它眼睛，除了在近视到一 定程度以后去除扩散器以外，通过利用氩(蓝-绿)激光通过激光凝 固法对视网膜的斑点部分进行烧蚀以消除灵长目动物的眼睛的中心视 觉，从而基本上丧失中心视觉而匀出外围视觉。即使当以这种方式中 断轴上中央凹视觉时，近视下降仍然与当如图4d的图形中的虚线所 示没有中断中心视觉时相似。
例子
下面的附加实验呈现进一步的调查，其中，执行这些调查以对于 关于调整眼睛生长的视觉依赖变化时的中央凹相对外围视网膜的相对 重要性的一系列问题和外围视网膜是否对光学离焦敏感的问题。在活 着的猕猴上执行所有实验，这是因为对于人类的折射误差发展这个样 本被认为是最有效的模型。
下面例子的结果支持本发明，其中，外围在以下方面发挥了重要 作用，这些方面为：1)眼睛生长的调整；2)近视的发展；3)外围 视觉的作用(外围视觉演示为遮蔽中心视觉的影响)；和4)外围视 觉的操纵影响眼睛生长。
例子1
例子1描述了一个实验，这个实验涉及中央凹对正常的眼球正常 化(即，正常的眼睛生长和折射发展)是否是必要的问题。
在五个婴儿猴子(平均年龄19天)的一个眼睛中利用氩激光或 者倍频YAG激光对中央凹和大部分的周围中央凹(即，紧贴包围该 中央凹的视网膜的区域)进行烧蚀。尽管利用YAG激光，但是应该 明白，已经在这个或接下来的利用激光的例子中利用了能够实现必要 程度的烧蚀的任何激光。随后，允许这些猴子经历不受限制的视觉体 验。对于三只猴子在超过一年的时间内监视折射发展，并且对于另外 的两只猴子在超过200天的时间内监视折射发展(即，通过年轻猴子 的正常的眼球正常化过程的关键时间段)。
如果中央凹在折射发展过程中发挥了显著的作用，则在眼球正常 化过程的生长率和/或效果方面在治疗眼睛与非治疗眼睛之间一只猴 子会具有期望差别。然而，在整个观察时间段内的任何时间在折射误 差和/或轴向尺寸方面，在眼睛之间不存在差别。给定动物的两只眼 睛(治疗的眼睛和非治疗的眼睛)总是能够良好地进行匹配。见图 13a到图13c，这些附图显示了跟随最长时间的三个动物(实验代码 ZAK、YOY和COR)的两只眼睛的折射误差数据。图13d示出了 所有五个治疗动物的折射误差的眼睛间差别。在图13d中，每个动物 的结果由不同的黑色符号即方形、圆形、菱形、三角形和倒三角形进 行指示。为了进行比较，没有符号的黑线表示正常的控制数据。
这个实验结果证明：对于正常的眼球正常化(即，正常的眼睛生 长和折射状态的控制)来讲，功能性中央凹不是非常重要的。外围视 网膜自身就能够调整正常的折射发展。
例子2
这个实验涉及完整中央凹对于形觉剥夺性近视的发展是否是必要 的以及孤立外围是否能够响应近视基因刺激生成不正常的眼睛生长的 问题。在大约三周年龄时，利用氩激光烧蚀九个婴儿猴子的一个眼睛 中的中央凹和大部分的周围中央凹。随后，在激光烧蚀的眼睛中利用 扩散器眼镜诱使单眼形觉剥夺。
对于完成抚养时间段(基本上从三个星期年龄到五个星期的年 龄)的所有的六个猴子，治疗(即，激光烧蚀和形觉剥夺)的眼睛相 对它们的另一只眼睛变得更长和更加近视。图14a到图14c示出了三 个动物(实验代码FID、EDE、JAC)的代表性折射误差数据。图 14d示出了所有六只猴子的眼睛之间的差别。在图14d中，每个动物 的结果由诸如方形、圆形、菱形、三角形、倒三角形和六边形的不同 的黑色符号进行指示。为了进行比较，没有符号的黑线表示正常的控 制数据。
这个实验的结果证明：对于形觉剥夺性近视的发展来讲，功能性 中央凹不是必要的，并且外围处的慢性图像恶化能够在中央凹处生成 轴向近视。
例子3
这个实验考虑完整的外围对于正常的眼球正常化来讲是否是必要 的。
在九只猴子中，在大约三周的年龄时，采用倍频YAG激光对一 只眼睛的中周缘视网膜到远周视网膜进行烧蚀。对于这些治疗的猴子 中的六只猴子，烧蚀从大约太阳穴血管弓一直延伸到锯齿缘(即，视 网膜的最外围界限)。对于另外的三只猴子，烧蚀该血管弓一直延伸 到赤道(equator)。然后，所有这些猴子能够获得不受限制的视 觉。
尽管许多动物表现为初始远视在折射误差方面发生偏移(有时候 十分显著)，但是几乎所有动物在激光处理以后不久发展为平衡的折 射误差(即，尽管两只眼睛在晶状体尺寸和轴向长度方面存在很大的 差别，但是两只眼睛最终获得相同的折射误差)。然而，在每种情况 下，治疗的眼睛最终开始在远视方向上发生漂移。图15a到图15c示 出了三个动物(实验代码CAS、YOK、CUT)的代表性折射误差数 据。图15d示出了所有猴子的眼睛之间的差别。为了进行比较，没有 符号的黑线表示正常的控制数据。在图15d中，通过外围视网膜的烧 蚀进行治疗的每个动物的结果由诸如方形、圆形、菱形、三角形和倒 三角形的黑色符号进行指示；而通过中央凹的烧蚀进行治疗的各个动 物的结果由白色(开放)圆圈进行指示。由于激光处理在这两组中的 眼睛上生成了多个直接效果，所以对这个组的结果进行解释是非常复 杂的。例如，眼睛的居前部分受到影响从而使得晶状体出现正向适应 (玻璃体房深度减小，晶状体厚度增大以及前和后晶状体表面的曲率 半径减小)并且玻璃体房的深度减小。
这些结果表示外围激光烧蚀能够改变正常的折射发展。此外，这 些结果还证明：在长的时间段内，剩余中心视网膜不足以保持两只眼 睛之间的正常的折射误差平衡。
例子4
这个实验涉及完整的外围视网膜对于形觉剥夺近视是否是必要 的。
在两只猴子中，在大约3周年龄时，采用倍频YAG激光对一只 眼睛的中周缘视网膜到远周视网膜进行烧蚀。该烧蚀在赤道处停止。 然后，在激光烧蚀的眼睛中利用扩散器眼镜生成单眼形觉剥夺。
如图16a和图16b所示，这两只猴子中的任何一个表现为它们的 治疗的眼睛中的形觉剥夺性近视的任何征兆(为了进行比较，没有符 号的黑线表示正常的控制数据)。这些结果证明：对于由近视基因刺 激生成的不正常的轴向生长来讲，外围视觉是必要的。
例子5
这个实验涉及外围离焦是否能够改变中央凹处的折射发展。这个 实验是以上例子3和例子4中描述的外围形觉剥夺实验的离焦模拟。
在3周年龄开始，对婴儿猴子在双眼之前安置双目负光焦度(七 个动物佩戴-3D)眼镜或双目正光焦度(四个猴子佩戴+3D)眼 镜。在双眼的瞳孔上的镜片的中心处挖出6mm直径孔，从而使得中 心视觉受到相当限制。以这种方法，我们引入了在外围处离焦的选择 性远视(相对负的，其中，图像位于视网膜之后)或近视(相对正 向，其中，图像位于视网膜之前)。
对于负的镜片组，七只猴子中的五只猴子表现为近视折射发展的 清楚的征兆。这证明：外围远视离焦(其中，图像位于视网膜之后) 生成轴向近视。见图17a到图17d。
在图17a到图17d中示出了以上情况，其中，在该图17a到图 17d中，白色符号表示左眼折射误差，黑色符号表示右眼折射误差。 在图17a和图17c中示出了佩戴具有6mm孔的负光焦度镜片的这些 动物的结果，而在图17b和图17d中示出了佩戴具有6mm孔的正光 焦度镜片的这些动物的结果。为了进行比较，没有符号的细实线表示 正常的控制猴子。
图17a到图17d所示的结果证明：外围处的相对近视离焦(图像 在视网膜之前，或者较小的远视离焦)不会干扰中央凹处的正常的折 射发展。
一些数据表明：正的外围镜片能够改变眼睛的形状。在例子1到 例子5中执行的实验的结果显示：外围离焦能够改变中央凹折射发展 并且强加的相对远视和近视外围折射误差能够差异性地改变眼睛生 长。
上述例子和实验结果清楚地证明：仅仅外围场中的恰当近视减小 刺激(基本上，仅仅外围的局部化刺激)是有效的并且足以减缓或防 止近视的发展或者减小、消除或反转近视的进展。尽管先前实验(例 子1到例子4)主要涉及形觉剥夺性近视，但是我们假定：通常形觉 剥夺与镜片补偿近视之间的连结意味着局部化镜片补偿效果(即，仅 仅应用到外围视网膜-基本上，不足校正仅仅应用到外围场)也能够 提供相似的近视减小的刺激。这由例子5的结果进行强有力支持，其 中，例子5的结果示出：仅仅对视网膜的外围的光学介入生成模拟镜 片补偿的近视发展响应。也就是说，仅仅外围视网膜处的离焦足以控 制近视发展。
仅仅外围场的不足校正要优于传统的方案，这是因为它能够使得 中心场的锐聚聚焦的图像继续到达中央凹，从而佩戴者能够继续享受 获得良好视觉锐度(例如，用于开车、阅读、看电视等等)所需的清 楚的中央凹视觉。这是本发明的主要原理并且参照图4e和图4f进行 更加详细的解释。
在图4e和图4f中，对具有近视倾向(即，或者是近视，或者尽 管不是近视但是由于诸如近视父母或延长的费眼力工作的因素将生长 为近视)的眼睛[436]指定本发明的光学装置[438]。这个光学装置 [438]被设计为能够在眼睛[436]上生成负的相对场曲[440]。由于中心 轴上图像点[441]锐聚聚焦到中央凹[442]以实现良好的视觉锐度，所 以这种布置要优于传统的不足校正方案。由于负的相对场曲[440]， 外围图像点[443]居前聚焦或者聚焦在视网膜[444]之前(即，在与眼 睛中光的方向相反的方向上)。这具有对外围场生成相对不足校正的 效果，从而基于我们的实验结果能够控制眼睛生长和轴向延长。也就 是说，由于离轴外围场图像点[443]的更加居前而置，所以能够在眼 睛中明显地将轴向生长的刺激进行减小、消除或者反转，从而致使近 视发展的减小或消除或者近视进展的减小甚至反转。
在驱动近视进展的过程中外围场的重要性还解释了为什么对中心 视觉进行不足校正的传统方案表现为并不是对所有人均有效，并且实 际上在一些公开的研究报告中表现为对一些个人近视增大。
在图4g和图4h中，已经利用传统的不足校正方案对眼睛[446] 进行不足校正。通过实现用于提供不足校正的传统方案的光学装置 [448]，这只眼睛或者与眼睛的眼镜一起或者自身还致使眼睛发生显 著的正的相对场曲[450]。于是，尽管这个方案将中心轴上图像点[451] 置于中央凹[452]之前从而尝试减小对生长的刺激，但是由于正的相 对场曲[450]，离轴外围场图像点[453]聚焦在视网膜[456]之后(即， 在与眼睛中的光的方向相同的方向上)。基于证明用于驱动轴向生长 的眼睛的外围的效果的我们的实验结果，尽管努力控制中心图像聚焦 位置，但是这些完成校正的外围图像点诱使导致眼睛生长[460]和近 视的进展的轴向延长(如箭头[458]指示)的刺激。
对于具有相对正的场曲[464]的眼睛[462](如图4i和图4j所 示)，本发明的光学装置[466]可以被设计为与眼睛的光学系统相组 合提供锐利中心聚焦[470]和纯的负的相对场曲[468](如图4k和图4l 所示)。这将组合后的眼睛和光学装置系统的光学系统返回到与图 4e和图4f中描述的光学系统相似的光学系统，从而能够有效地消除 轴向生长和近视进展或发展的刺激以及继续提供获得良好视觉锐度所 需的锐利中心聚焦。
基于上述解释，现在能够容易地明白：能够减缓、消除或反转近 视的进展的方法在于引入包括眼镜、隐形镜片、诸如高嵌体和嵌体的 人工角膜装置、角膜移植器、前房镜片或眼内镜片的光学装置或者采 用诸如包括诸如表层角膜镜片术、热角膜成形术、LASIK、LASEK 和PRK的角膜矫正术和屈光手术的角膜和皮膜重塑和雕塑的方法的 介入从而能够在视网膜处获得负的相对场曲，并且还能够容易地明 白：为了为关键视觉任务继续提供良好的中心视觉锐度，该光学装置 或光学介入应该能够确保将中心场图像良好地聚焦到视网膜上。
重要的是注意：尽管恰当类型的折射离焦能够驱动导致近视(或 者其衰退)的眼睛生长(或者不生长)，但是当折射离焦的程度很大 时，由于严重离焦导致图像品质大量恶化从而光学状态可以改变成形 觉剥夺的现象并且可以以这种方式诱使近视。例如，当通过引入+ 0.50D镜片将图像置于视网膜之前时，去除了轴向延长的刺激并且可 以控制近视。然而，例如，如果通过利用+5D镜片将图像极端居前 而置，则视网膜处的图像恶化可能会非常大从而导致条件变成形觉剥 夺之一并且可以导致近视的发展或进展。在这些情况下，尽管利用正 光焦度镜片以及尽管视觉图像在视网膜之前，但是诱使而非减小近 视。从镜片补偿效果到形觉剥夺效果的这种改变可以应用根据场角图 像是位于中心还是位于外围。于是，为了使得本发明变得有效，外围 场角的最小值的负的相对场曲必须足以消除轴向延长的刺激，而最大 值的负的相对场曲一定不能够太大从而导致外围视觉图像的严重恶化 并且带来形觉剥夺近视。我们认为用于有效治疗的最小程度的相对曲 率大约在+0.25D到+0.50D的等效球镜范围内(即，在最小模糊圈 测量的折射状态)。我们认为导致形觉剥夺性近视的发生基本视觉恶 化之前的最大值的相对场曲在大约+3.50D到+4.00D的等效球镜范 围内，其中，该+3.50D到+4.00D的等效球镜代表用于近视的有效 治疗的负的场曲的上限。
本发明的一种实施方式在于利用具有被设计用于带来恰当程度的 负的相对场曲的镜片的眼镜。图5a到图5c示出了这种眼镜镜片实施 方式的一个例子。当通过一定校正光焦度的标准眼镜镜片(例如，仅 仅通过球形表面)校正-3D轴向近视的眼睛但是没有尝试控制或修 正眼睛-镜片组合的场曲时，这个例子眼睛的视网膜处的合成相对场 曲是正的，与图5a所示相似。包括这个特定眼睛的许多典型光学系 统对于外围场角存在相当程度的径向像散(一种类型的外围像差)。 通过图5a中的绘制场曲的两个曲线对此进行显示。本领域技术人员 应该明白，标记“T”[502]表示径向像散的“切向”线聚焦的聚焦位置和 相对场曲；标记“S”[504]表示径向像散的“弧矢”线聚焦的聚焦位置和 相对场曲。
眼睛护理从业者可以理解，像散可以分类为“简单”像散、“复合” 像散或“混合”像散。当线焦点之一(或者径向或者切向)定位在视网 膜上而另一个线焦点或者定位在视网膜之前(在近视简单像散的情况 下)或者定位在视网膜之后(在远视简单像散的情况下)时，发生简 单像散。当弧矢和切向线焦点均定位在视网膜的同一侧时，不管是定 位在视网膜之前还是定位在视网膜之后，发生复合像散。例如，当这 两个线焦点定位在视网膜之后时，发生复合远视像散。当一个线焦点 定位在视网膜之前而另一个线焦点定位在视网膜之后时，发生混合像 散。在这些情况下，眼睛既是伴随像散的一条子午线的远视又是伴随 另一条子午线的近视，由此使用术语“混合”。
利用像散镜片对近视进展进行的实验已经表明：当存在基本混合 像散时，眼睛会趋向努力生长以将视网膜重新定位在更加居后而置的 线焦点(即，位于视网膜之后的线焦点)上。然而，在这两个线焦点 均居后而置的复合远视像散中，尽管在一些例子中，眼睛生长超过更 靠近视网膜的线焦点并且继续朝向更加居后而置的线焦点进行生长， 但是眼睛的生长仍然用于将视网膜朝向更靠近视网膜的线焦点(即， 更加居前定位的线焦点)进行重新定位。
因此，在图5a的情况下，由于相对于视网膜外围切向焦点[502] 稍微更加居前定位而相对于视网膜外围弧矢焦点[504]更加居后定 位，所以眼睛将会经历朝向弧矢焦点[504]的轴向延长的刺激，从而 导致眼睛生长和近视的进展。
如图5b中的计算机辅助光学建模程序输出所示，本发明的优选 眼镜镜片设计的例子除了提供校正折射光焦度(-3D)以外，还对 视网膜处的相对场曲提供恰当的控制从而控制近视的进展。这个特定 示例性眼镜镜片[508]利用具有圆锥截面的非球面镜片表面，由折射 率1.5168的玻璃形成，并且中心厚度是3mm。这个眼镜镜片的后表 面具有80mm的顶端半径(r0)并且非球面度(形状因子，p)为- 893，而前表面具有259.5mm的顶端半径(r0)并且形状因子(p) 是-165.6。
在图5c中的相对场曲曲线中示出了镜片和近视眼睛组合的场的 合成相对曲率。能够看出，现在这两个像散焦点位置均位于视网膜之 前以去除轴向延长的任何刺激，由此能够消除眼睛近视的进展，并且 在一些近视患者中能够将近视的进展进行反转。
注意传统的眼镜镜片设计模式，由于自由的程度受到限制(操纵 镜片表面形状、镜片厚度和玻璃材料的折射率受到限制)，所以镜片 设计人员受到约束仅仅能够或者控制径向散射或者控制场曲，但是不 能够同时对二者进行控制。由于两个原因，眼镜镜片设计的传统理念 在于控制并且最小化或者消除径向像散。首先，一般认为首先由像散 宣告视觉恶化然后由场曲宣告视觉恶化，其次，认为在场曲的面前， 眼睛能够按照需要适应将外围聚焦图像偏移到视网膜上。对于本发明 的目的，镜片设计中场曲的控制要优先于像散的控制，这是因为曲率 的控制是在影响近视发展和进展时有效的这个先前像差。另外，由于 视网膜外围处的受光器单元密度较低从而外围场中的锐度明显较低， 所以本发明的设计方案将不会明显地冲击外围场中的视觉。
光学工程和镜片设计领域的一个技术人员将会立即明白，圆锥截 面型非球面镜片并不是实现相对负的场曲的唯一设计方案。能够采用 当与眼睛组合使用时生成所需的相对场曲的任何表面或光学设计。在 图6a中，利用圆锥截面和多项式方程的组合设计本发明的眼镜镜片 的表面[602]。这个镜片的后表面由具有75mm的顶端半径(r0)以 及-425的形状因子(p)的圆锥截面型表面组成。通过形式 s＝a1·x2+a2·x4+a3·x6的多项式方程描述它的前表面，其中，s是相对于 它的顶点(或者最高点)的表面的弧矢高度(以毫米为单位沿着轴进 行测量)，x是以毫米为单位远离镜片的轴的径向距离。在这种设计 中，a1＝0.003312，a2＝2.056×10-6并且a3＝-6.484×10-9。这个镜片的 中心厚度是3mm并且由折射率1.517的玻璃形成。这个特定例子设 计还适于-3D近视患者。图6b中示出了这个眼镜镜片的合成的相对 场曲曲线。基于这个附图，能够清楚看出：由于切向和弧矢焦点位置 均置于视网膜之前，所以去除了导致近视初始或进展的轴向延长的刺 激。
在优选眼镜设计的先前两个例子中，径向像散的切向和径向线焦 点被操纵为基本上定位在视网膜之前，从而将轴向延长的刺激的消除 最大化。然而，在本发明中，只要径向(更加居后定位)线焦点没有 定位在视网膜之后，就能够实现减小轴向延长的刺激，并且由此防止 近视初始或者减小近视进展。因此，即使当径向线焦点位于视网膜上 时，也能够实现消除轴向延长的刺激。
在图6c中，通过对径向(更加居后)线焦点进行操纵从而该线 焦点基本上位于视网膜上或者仅仅稍微位于视网膜之前的特定物镜设 计本发明的眼镜镜片的表面[604]。利用圆锥截面和多项式方程的组 合，这个镜片的后表面由75mm的顶端半径(r0)和-122.8形状因 子(p)的圆锥截面型表面组成。通过形式s＝a1·x2+a2·x4+a3·x6的多项式 方程描述它的前表面，其中，s是相对于它的顶点(或者最高点)的 表面的弧矢高度(以毫米为单位沿着轴进行测量)，x是以毫米为单 位远离镜片的轴的径向距离。在这种设计中，a1＝0.003285，a2＝- 4.488×10-6并且a3＝1.631×10-8。这个镜片的中心厚度是3mm并且由 折射率1.517的玻璃形成。这个特定例子设计也适于-3D近视患 者。图6d示出了这个眼镜镜片的合成的相对场曲曲线。基于这个附 图，能够看出：切向线焦点被操纵定位在视网膜之前，而弧矢焦点现 在基本上位于视网膜上或者稍微位于视网膜之前。由于任何一个线焦 点位于视网膜之后，所以去除了导致近视初始或进展的轴向延长的刺 激。另外，在近视发展的“离焦征兆”理论下，其中，该理论表述了离 焦类型(无论光焦度相对正的或者相对负的)引入了生长的方向性刺 激(即，生长减小或增大)，与定位在视网膜之前的线焦点(在那个 以上例子中，切向线焦点)相关联的近视离焦将用作正向刺激以减小 生长。
由于线焦点之一位于视网膜上，所以这个例子设计的优点在于给 眼睛带来良好的外围视觉性能。相比较而言，先前两个例子设计的优 点在于：由于切向和径向线焦点均置于视网膜之前，所以能够更加明 显地减小轴向延长的刺激。
所有如此的例子设计的目的在于将两个线焦点均置于视网膜之前 从而将轴向延长的刺激的消除最大化。然而，给出以上例子，光学工 程和镜片设计领域的技术人员现在将会明白，通过对设计参数进行明 智选择，或者能够将轴向延长的刺激的消除最大化(通过对两个线焦 点进行居前而置)，或者不仅仅能够实现较好的外围视觉性能还能够 在一定程度上减小轴向延长的刺激(通过将更加居前的线焦点定位在 视网膜上或者稍微定位在视网膜之前)。
本发明还可以利用不同于眼镜的光学校正装置对近视进行控制。 具体地讲，不管注视方向基本上保持与眼轴相对共轴的那些光学校正 装置是最优选的。因此，用于实施本发明的更加优选方法是利用软体 隐形镜片。在图7a中，通过沿着半个子午线的前表面和后表面弧矢 高度和厚度轮廓的隐形镜片设计程序绘图显示本发明的软体隐形镜片 设计的一个例子。这个软体隐形镜片设计利用圆锥截面和它的光学区 域表面的多项式方程的组合。后表面由8.33mm的顶端半径(r0)和 0.75形状因子(p)的圆锥截面型表面组成。基本前表面是- 0.615mm顶端半径(r0)和0.007形状因子(p)的圆锥截面，并且 添加到这个基本表面的附加弧矢高度由形式s＝a1·x2+a2·x4+a3·x6的多 项式方程进行描述，其中，s是相对于基本圆锥截面表面的表面的附 加弧矢高度(以毫米为单位沿着轴进行测量)，x是以毫米为单位远 离镜片的轴的径向距离。在这个设计中，a1＝0.8695，a2＝0.004623 并且a3＝3.470×10-5。这个镜片的中心厚度是182μm，光学区域直径 (OZD)是8.2mm并且适于校正和治疗-3D近视患者。尽管可以利 用隐形镜片材料范围内的任何一种材料，但是假定由隐形镜片领域的 技术人员熟知的硅树脂水胶材料(silicone hydrogel material)形成 这个示例性镜片，这是因为这种硅树脂水胶材料具有高的透氧性以适 于延长或连续佩戴并且折射率是1.427。图7b示出了这个软体隐形 镜片的最终相对场曲曲线。基于这个绘图，能够清楚，由于切向和弧 矢焦点位置均置于视网膜之前，所以去除了导致近视初始或进展的轴 向延长的刺激。
基于上述内容，变得清楚的是，本发明的近视治疗方法和装置能 够实现为对任何近视程度进行校正。例如，图8a示出了适于-10D 近视患者的本发明的软体隐形镜片设计。这个镜片设计的后表面由 8.45的顶端半径(r0)和0.75的形状因子(p)的圆锥截面型表面组 成。前表面可以由1347.6mm的半径(r)的基本球形表面进行描 述，其中，添加到这个基本表面的附加弧矢高度由形式 s＝a1·x2+a2·x4+a3·x6+a4·x8的多项式方程进行描述，其中，s是相对于 基本球形表面的表面的附加弧矢高度(以毫米为单位沿着轴进行测 量)，x是以毫米为单位远离镜片的轴的径向距离。在这个设计中， a1＝0.04803，a2＝5.740×10-4，a3＝1.543×10-5并且a4＝-1.219×10-6。 这个镜片的中心厚度是100μm，光学区域直径(OZD)是8.2mm， 并且由折射率是1.427的隐形镜片材料形成。图8b示出了这个软体 隐形镜片的最终的相对场曲曲线。基于这个绘图，能够清楚，由于切 向和弧矢焦点位置均置于视网膜之前，所以去除了导致近视初始或进 展的轴向延长的刺激。
给出上述讨论，光学工程或镜片设计领域的一个技术人员将会立 即明白，用于减缓近视的进展并且同时对近视进行校正的本发明的方 案能够以不同的折射光焦度应用到同一光学装置的不同的子午线从而 对折射像散进行校正。
注意本发明的隐形镜片设计与同心(尤其是中心远程型)双焦隐 形镜片设计之间的差别是重要的。如在图9a到图9c中进行解释，尽 管中心远程同心双焦隐形镜片的外围处的焦度可以模拟为了实现校正 相对场曲所需的较高正光焦度，但是这种隐形镜片的双焦性能(即， 具有两个有效折射光焦度，并且由此同时具有两个焦点)使得它们在 近视控制方面相当无效。
如图9a所示，中心远程同心双焦隐形镜片[900]包括中心圆形区 域[902]和外部同心环形区域[910]，其中，该中心圆形区域[902]将来 自远程视觉目标[906]的光[904]聚焦到中央凹[908](中心视网膜)； 该外部同心环形区域[910]环绕该中心区域[902]，用于同时将来自近 程视觉目标[912]的光[911]也聚焦到中央凹[908]。由于这种隐形镜片 的并行聚焦(simultaneous focusing)作用，它们被称作“并行视觉 (simultaneous vision)”双焦眼镜。这种并行视觉同心双焦隐形镜片 通常用于对远视进行校正。
实际上，同心双焦隐形镜片可以是中心远程型(如以上所述)或 中心近程型。由于中心近程同心双焦眼镜的优点在于在近程视觉的过 程中能够适应较小瞳孔尺寸(这是由于自然反应所导致的，由此当眼 睛在近程处进行聚焦时，瞳孔尺寸也减小)，所以更加广泛地使用这 种双焦眼镜。
为了实现中心远程(由此，环绕近程)聚焦，这种同心双焦隐形 镜片的外围区域的正光焦度要大于中心区域的正光焦度。尽管当进行 仓促观察时可以由提供负的相对场曲的镜片错误地识别这种镜片(由 于中心近程同心双焦眼镜具有更大的负光焦度外围，所以它们不会与 本发明的隐形镜片相类似。)，与本发明的设计相比较而言，如图 9b所示，由于它们的双焦性能从而它们在控制近视方面无效。中心 远程同心双焦隐形镜片[914]置于观看远程目标[918]的眼睛[916]上。 由于镜片[914]的双焦性能，在所有的场位置处形成两个图像。因 此，从中心场[922]穿过隐形镜片[914]的中心远程光学区域[924]的光 [920]聚焦到中央凹[926]并且形成目标[918]的清楚图像。由于在这只 眼睛中存在相对正向场曲[928]，所以从外围场[930]穿过中心远程光 学区域[924]的光[929]成像到视网膜[934]之后的位置[932]。同时，从 中心场[922]穿过隐形镜片[914]的环形近程光学区域[938]的光[936]聚 焦到视网膜[934]和中央凹[926]之前的近程聚焦点[940]。这个近程聚 焦点具有它自身场曲[942]，从而从外围场[930]穿过环形近程光学区 域[938]的光[944]成像到位于近程聚焦场曲[942]上的点[946]。作为相 对场曲曲线在图9c中示出了到视网膜和中央凹的远程和近程焦点的 相对场曲的关系。还应该注意：由于存在双焦性能，不管偏心率如何 由于清楚(远程或近程)图像和模糊(分别地，远程的近程)图像恒 定地在视网膜处进行重叠，所以任何空间目标的视网膜图像品质将总 是恶化，并且这种重叠还是潜在的轴向生长的形觉剥夺性刺激。
在我们的实验中，我们已经表明：通过利用生成两个线焦点的像 散镜片，当两个轴向线焦点定位在视网膜上时，眼睛会趋向朝向这两 个线焦点之一进行生长而非朝向最小模糊圈进行生长。在复合远视像 散的情况下(两个轴向线焦点均定位在视网膜之后)，眼睛会趋向进 行一定生长从而将视网膜重新定位到更加居前定位的线焦点。在简单 远视像散中(一个线焦点定位在视网膜上，另一个线焦点定位在视网 膜之后)，眼睛生长可以将更加居前而置的线焦点稳定并保持在视网 膜上，但是在一些情况下，眼睛会进行一定生长从而将视网膜重新定 位在更加居后定位的线焦点上。在混合像散中(一个线焦点定位在视 网膜之前，另一个线焦点定位在视网膜之后)，眼睛会趋向进行一定 生长从而将视网膜重新定位在更加居后定位的线焦点上。
利用双焦隐形镜片防止近视的意图在于：在近程视觉工作(例 如，阅读)过程中通过利用近程光学区域减小所需的适应程度和/或 在近程视觉过程中不适应所导致的离焦程度。然而，如图9c所示， 由于同时存在远程和近程图像以及正向相对场曲，刺激眼睛朝向远程 图像表面进行生长(在箭头[948]的方向上)会导致轴向延长[950]和 近视的发展或进展。这解释了为什么对所有个人利用双焦隐形镜片不 能够有效地控制近视。如本发明所教述，通过对相对场曲进行操纵能 够有效地控制近视。
尽管本发明可以用于减缓或反转现有近视患者的近视的进展，但 是本发明还可以用于防止例如知道高概率发展成近视的具有近视眼的 父母或者从事延长近程视觉任务(诸如学习或计算机操作)的“濒临 危险”类别的个人近视的发作。对于还没有近视但是具有近视倾向的 这些个人，可以通过零折射光焦度的镜片实施本发明。图10a中示出 了这种零光焦度镜片(眼睛护理专家还称作“平光”镜片)的例子，其 中，这种零光焦度镜片纳入了本发明的方案以防止近视的发作。这种 镜片设计的后表面由8.45mm的顶端半径(r0)和0.75的形状因子 (p)的圆锥截面型表面组成。前表面由14.75mm的半径(r)的基 本球形表面进行描述，其中，添加到这个基本球形表面的附加弧矢高 度通过形式s＝a1·x2+a2·x4+a3·x6+a4·x8的多项式方程进行描述，其中， s是相对于基本球形表面的表面的附加弧矢高度(以毫米为单位沿着 轴进行测量)，x是以毫米为单位远离镜片的轴的径向距离。在这个 设计中，a1＝0.02553，a2＝5.900×10-4，a3＝2.564×10-5并且a4＝- 1.437×10-6。这个镜片的中心厚度是249.2μm，光学区域直径 (OZD)是8.2mm，并且由折射率是1.427的隐形镜片材料形成。图 10b示出了这个软体隐形镜片的最终的相对场曲曲线。基于这个绘 图，能够清楚，由于切向和弧矢焦点位置均置于视网膜之前，所以去 除了能够初始化近视发展的轴向延长的刺激。
对于一些个人和在某些应用中，可能有利的是能够刺激轴向延 长。例如，可以对远视患者刺激轴向延长从而减小远视的程度。减小 这些个人的远视程度的一个益处在于提高近程聚焦能力。可以采用与 本发明的基本方案相反的方案从而通过促使眼球生长减小远视的程 度。图11a示出了适于将+6D远视眼返回到正视眼的本发明的软体 隐形镜片设计。这个镜片设计的后表面由8.60mm半径(r)的球形 表面组成。前表面由-614.7mm半径(r)的基本球形表面进行描 述，其中，添加到这个基本表面的附加弧矢高度由形式 s＝a1·x2+a2·x4+a3·x6的多项式方程进行描述，其中，s是相对于基本球 形表面的表面的附加弧矢高度(以毫米为单位沿着轴进行测量)，x 是以毫米为单位远离镜片的轴的径向距离。在这个设计中，a1＝ 0.06605，a2＝1.400×10-4并且a3＝6.190×10-6。这个镜片的中心厚度是 249μm，光学区域直径(OZD)是8.2mm并且由折射率是1.427的 隐形镜片材料形成。图10b示出了这个软体隐形镜片的最终的相对场 曲曲线图。基于这个绘图能够看出来，现在切向和径向聚焦位置已经 有效地定位在视网膜之后(更加居后)。在这个结构中，诱使了轴向 延长的刺激，这能够初始化促使远视下降的眼睛生长。
图12a到图12i示出了用于部分校正包括像散和高阶像差的复杂 光学误差并且同时操纵场曲以控制近视的本发明的先进应用。在本发 明的近视控制中这项技术提供眼睛的波前像差(通常包括更高阶像 差)的并行校正并且同时传递相对场曲的校正程度。这种方案能够进 一步提高视觉并且同时保持减缓近视的进展所需的恰当刺激。
能够利用一系列现有的眼睛波前传感器(例如，Hartmann- Shack装置)测量个人的像差(包括“像散”，即在眼镜或环面隐形镜 片中利用柱面校正通常可以进行校正的非球面光学缺陷)尤其是更高 阶像差(诸如“慧差”，即采用诸如眼镜的传统的视觉校正装置通常不 能够进行校正的一种类型的像差)。图12a中示出了一个人的眼睛的 波前像差的图的例子。基于这个波前图的非对称性能够看出，这只眼 睛具有大量的像散和慧差。
为了进行定量分析，视觉科学家和光学工程师可以将波前像差描 述为Zernike多项式系列。描述像差的这个方法的附加优点在于 Zernike多项式条件与光学工程师或视觉科学家熟悉的像差类型有 关。例如，系数Z2 2表示眼睛的光学系统中的像散，系数Z3 1表示眼睛的 光学系统中存在的慧差。对于图12a所示的例子，像散(Z2 2)的 Zernike系数的幅值是-0.446μm，慧差(Z3 1)的Zernike系数的幅 值是-0.344μm。
图12b到图12d示出了这个人的眼睛固有的相对场曲。由于存 在包括像散和慧差的非对称的像差，所以相对场曲在不同的子午线之 间是不同的。图12b、图12c和图12d分别示出了水平、上部垂直和 下部垂直半个子午线的相对场曲。此外，尽管如图12b到图12d所 示这只眼睛在中心场中是正视的，但是(切向和弧矢)像散图像表面 的外围场图像位置主要沿着大多数半个子午线的范围置于视网膜之 后，并且会诱使轴向延长的刺激和眼球生长从而导致近视发展或增 大。
根据本发明的原理设计的光学装置能够操纵相对场曲并且同时部 分地校正眼睛的较高阶像差。这种布置能够促进近视进展的减缓以及 潜在的反转并且另外提供像差校正的一些益处。在下文中描述并且在 图12e到图12i中示出了这种例子。对于这个特定例子，利用了软体 隐形镜片设计。然而，本领域技术人员应该明白，适于校正高阶眼睛 像差的任何光学装置也是合适的。通过将本发明的隐形镜片设计应用 到所述的眼睛波前像差的眼镜，最终的波前像差证明已经有效地消除 了像散和慧差并且同时提供适于控制近视发展或演化的相对场曲。能 够在图12e中的最终波前图中清楚地看出这种情况。非对称性的不存 在指示已经有效地消除了像散和慧差。与像散(Z2 2)和慧差(Z3 -1) 的校正的波前相关联的最终的Zernike系数的幅值已经分别减小到 0.0144μm和-0.0086μm，这证明显著消除了像散和慧差，从而促进 改进视觉锐度。
由于在这个例子中眼睛的波前像差旋转非对称，所以隐形镜片设 计例子也是旋转非对称的(在这种情况下，为了校正像散和慧差)并 且需要被保持在相对于最佳性能的眼睛的校正取向(隐形镜片从业者 还称作“定位”)。隐形镜片从业者均知道适于这种非对称隐形镜片的 校正取向的设计特征，并且这些设计特征包括棱镜压载(prism ballasting)、动态薄区域和“脱板(slab-off)”设计。本领域技术人 员还非常了解非对称设计隐形镜片的加工，并且这种加工包括利用计 算机控制的多轴车床和研磨机。
对于波前像差校正分量，这种非对称镜片设计的光学表面描述可 以方便地表达为一系列的Zernike多项式系数。在图12f到图12h中 示出了这个例子的软体隐形镜片设计，其中，图12f到图12h示出了 沿着水平半个子午线(图12f)、上部垂直(图12g)半个子午线和 下部垂直(图12h)子午线的前表面和后表面高度以及厚度轮廓的隐 形镜片设计程序绘图。这个软体隐形镜片设计利用圆锥截面和它的基 本光学表面的多项式方程的组合。后表面由8.33mm的顶端半径 (r0)和0.75的形状因子(p)的圆锥截面型表面组成。基本前表面 是0.3712mm的顶端半径(r0)和0.004667的形状因子(p)的圆锥 截面，其中，添加到这个基本表面的附加弧矢高度通过形式 s＝a1·x2+a2·x4+a3·x6+a4·x8的多项式方程进行描述，其中，s是相对于 基本圆锥截面表面的表面的附加弧矢高度(即，添加到这个表面的厚 度，以毫米为单位沿着轴进行测量)，x是以毫米为单位远离镜片的 轴的径向距离。在这个设计中，a1＝-1.288，a2＝-0.01078，a3＝- 1.540×10-4并且a4＝-9.261×10-6。为了引入用于校正非对称像差所需 的非对称表面轮廓，将附加弧矢高度另外添加到利用Zernike多项式 描述的这个组合的圆锥和多项式表面。具体地讲，对于这个例子的前 表面设计，该Zernike多项式包括幅值分别是-0.002146μm、 0.007828μm以及0.01442μm的倾斜(Z1 -1)、像散(Z2 2)和慧差 (Z3 -1)分量。
这个镜片的中心厚度是224μm并且OZD是8.0mm。假定这个 示例性镜片由折射率是1.427的硅树脂水胶材料形成。在图12i中示 出了这个软体隐形镜片的最终相对场曲的曲线图。由于有效地消除了 像散和慧差，所以现在仅仅需要一个曲线图示出所有子午线，从而最 终的相对场曲呈现为旋转对称。基于这个绘图，清楚的是，由于切向 和径向聚焦位置均置于视网膜之前，所以去除了导致开始出现近视近 视或进展的轴向延长的刺激。
用于实现以上正常视觉(或者有时候称作“超级视觉”)的最近发 展在于：通过生成像差校正设计减小或消除眼睛的像差、或者眼睛与 校正装置相组合的像差或者简单地减小或消除校正装置的像差。重要 的是注意：尽管实现超级视觉的这种设计方案能够提供良好的视觉， 但是不足以减缓、消除或反转佩戴者近视的进展。
确实的是，现在认为不能够控制场曲的当前传统装置事实上会促 使或导致近视。以这种方法，鉴于结合本发明所呈现的发现，于此， 现在确信：已知的传统装置至少是存在缺点的并且在近视发展方面相 当有害。
当同样用于校正眼睛像差时，本发明的光学装置的设计与为中心 视觉的最佳化而进行的设计的基本不同之处在于像差的校正。当镜片 被设计为基本上减小或消除包括称作“高阶像差”的眼睛的像差例如提 供以上正常视觉性能或超级视觉时，该意图在于将中央凹视觉的波前 像差进行优化。特别关注中央凹视觉的原因在于视网膜的分辨率(由 于视网膜受光器的密度)在这个区域最密(提供最敏锐的视觉)。中 肯地讲，在这个区域之外，视网膜受光器密度迅速减小，其中，在中 周缘处，密度不足以保证能够对像差进行校正以改进这个区域中的视 觉。相比而言，根据本发明，对于近视进展的减缓或消除，由整个视 网膜上的图像位置的相对位置控制的相对场曲对于控制近视发展和进 展是必要的。
阅读上述实施例的描述，本领域技术人员将会明白，能够以几个 另外方法实现通过本发明的光学装置对相对场曲进行操纵。例如，替 代利用圆锥截面或多项式方程定义光学表面的轮廓，可以利用其它的 表面描述项，其中，这些表面描述项包括样条曲线、贝塞尔曲线、傅 立叶系列合成、作为弧矢高度描述项的Zernike多项式、或者任何上述 描述项的组合、或者经由查表或相似方案进行的更加普通的逐点表面描 述。另外，本发明的光学装置的设计不限于光学表面轮廓的设计。
光学镜片设计人员应该熟悉：至少可以利用两个附加设计变量即镜 片厚度和折射率。尽管实际用于眼科视觉校正装置的范围内的镜片厚度 对于控制镜片像差仅仅具有小的影响，但是可以对它进行操纵以提供镜 片性能的精细控制。因此，本发明的装置的厚度不限于在上述实施例中 利用的镜片厚度。
该装置的折射率在像差和光学性能的设计和控制方面同样发挥了作 用。在眼科装置中使用的大量多种材料可以用于本发明的装置。这些材 料的折射率在大约1.33(例如，适用于角膜高嵌体和嵌体的高孔隙率材 料)到大约1.9(例如，用于生成大约1.893的优选折射率的低厚度眼镜 镜片的高指数玻璃)的范围内。因此，本发明的装置的折射率不限于在 上述实施例中利用的折射率。
另外，能够以更加精细的方式利用折射率。例如，梯度折射率 (GRIN)材料可以用于操纵相对场曲，例如，可以单独地或者彼此 组合或与表面轮廓设计方案相组合利用菲涅耳型光学系统、全息或衍 射光学系统。
能够以多种方式实现本发明，从而提供了设计具有指定或预定程 度的合适外围像差的目镜装置，具体地讲提供了相对场曲并且实现了 预定的折射变化。
关键需求在于：本发明的设计通过确保将中心场良好地聚焦到视 网膜和中央凹以提供良好的视觉敏锐度并且同时通过操纵相对场曲将 外围图像定位在视网膜之前消除轴向延长的刺激。
本发明还想到：这些方法和设备可以应用到校正眼睛的现有折射 误差所需的任何治疗方法。例如，可以通过合适程度的相对场曲将- 6D治疗方法引入到该装置，由此对-6D近视佩戴者提供了持续良好 的校正视觉并且减缓了他的/她的近视的进展。
自然地，当近视程度减小时，应该引入进行恰当减小程度的折射 校正(即，低水平治疗方法)的新的校正装置以保持新减小的程度的 近视。
例如，通过高产量成型技术可以将本发明实现为批量生产装置或 者实现为特别定制装置。在批量生产装置的情况下，可以将相对场曲 设计为适于典型的近视患者的分组人口。例如，对于用于减缓-3D 近视患者的进展的批量生产-3D治疗方法装置，该设计会包括补偿 典型-3D近视患者的现有眼睛相对场曲。以这种方法，通过在许多 个人中进行人口平均批量生产设计能够实现有用效果。
然而，对于给出的个人，通过特别定制装置实现最佳近视减缓效 果。对于该特别定制装置，例如利用多个可用眼睛波前传感器(例 如，Hartmann-Shack装置)之一以及利用光学相干层析成像 (OCT)或其它类型的干涉仪或高分辨率超声波系统的倾斜或离轴 眼球轴向长度测量对包括个人有意佩戴者的现有的相对场曲的实际眼 睛像差进行测量。该设计然后考虑该实际现有的相对场曲以实现纯的 负的相对场曲并且同时保持中心场聚焦。
本发明还想到促进远视眼睛返回到正视眼睛。通过将合适程度的 正向相对场曲引入到该装置实现这个目标，从而促使轴向延长并且由 此减小远视。
尽管优选实施例采取软体或RGP隐形镜片的形式，但是本领域 技术人员将会立即明白，还能够以其它形式的隐形镜片(例如，触觉 或巩膜隐形镜片以及可以串联佩戴两个或更多个隐形镜片的“驼载 (piggy-back)”系统)、眼镜、IOL、人工角膜(例如，嵌体、高嵌 体、非穿透一体式人工角膜)、前房镜片以及通过适于包括角膜矫正 术和屈光手术(例如，表层角膜镜片术、PRK、LASIK、LASEK等 等)的角膜或皮膜重塑和雕塑的方法实现本发明。
通过引入能够实时校正折射误差和眼睛像差的起作用的光学装置 (例如，波前校正系统和“自适应光学”系统)，想到：这个发明的设 计方案也可以纳入到这些装置中。
通过在上述说明中呈现的教述，本发明所属的本领域技术人员能 够想到本发明的许多变型、改变和其它实施例。因此，应该理解为： 本发明不限于公开的特定实施例，并且变型和其它实施例应当包括在 权利要求的范围内。尽管这里采用了特定术语，但是仅仅是按照一般 和描述性意义利用这些术语而并非限制的目的。