013 硬性角膜接触镜材料、设计和加工 - 角膜接触学

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013 硬性角膜接触镜材料、设计和加工

2009-11-28 14:49:35 来源:网络作者:唯尊【大中小】浏览:80346次评论:0条

一、硬性角膜接触镜材料

（一）普通硬性角膜接触镜（HCL）

1．材料种类聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）见图3-2。

2．物理特性 Dk值（评价材料透气性能的透气系数，D为气体弥散系数，k为气体溶解系数）仅0.02×10－11，折射率1.49，透光率93%，比重1.19，维克斯硬度23.0，接触角68°吸水率0.3%（见表3-3）。

表3-3 PMMA材料的物理特性

项目
单位/条件
数值

透气系数（Dk值）
（cm2/sec）·ml(O2)/ml·mmHg 35°C电极法
0.02×10－11

光透过率
% 93
折射率
Nd/25°C
1.49
比重
水中置换法/25°C 1.19
维克斯硬度
维克斯硬度计/25°C 23.0
亲水性
°接触角/25°C
气泡法
68
吸水率
%/24hr35°C
0.3
断裂强度
kg/m2 1200
耐热性
°C/回执变形温度
100

3．优点光学性能良好，矫正视力清晰，矫正角膜散光效果效果尤佳。聚合形式稳定，耐用，不易变色，抗沉淀性好。有良好的加工性和生理相容性，配戴时容易操作，可进行研磨修正。原材料价格低廉。可一定程度地暂时减低角膜的屈光力，控制近视发展。

4．缺点透气性极差，因影响角膜氧代谢而易引起角膜水肿。戴镜舒适度差，初期戴镜适应时间长。稳定性差，镜片容易从眼内脱出，镜片下容易混入尘埃等异物。久戴可致角膜变形，在改用框架眼镜时不能获得良好的矫正视力。光学区小，在暗环境中可能发生眩光现象。单纯的PMMA镜片因其种种弊端现基本已弃用。

（二）透气性硬性角膜接触镜（RGP镜片）

1．材料种类（图3-3）

(1) 醋酸丁酸纤维素（CAB）。

（2）硅氧烷甲基丙烯酸酯（SiMA）。

（3）氟硅丙烯酸酯（FSA）。

（4）氟多聚体。

2．物理特性 CAB因其透气性比较差，性能及规格欠佳，表面容易受损并结垢，临床上基本不使用。SiMA和氟多聚体材料归为常用，其物理特性列于表3-4
表3-4 RGP镜片材料的物理特性
项目单位/条件数值
透气系数（Dk值）（cm2/sec）·ml(O2)/(ml·mmHg)35°C电极法低：（8~30）×10－11
中：（31~60）×10－11
高：（61~90）×10－11
超高：＞90×10－11
光透过率% ＞92
折射率Nd 25°C1.45~1.47
比重水中置换法25°C 1.13~1.06
维克斯硬度维克斯硬度计25°C 7.5~13.0
亲水性°接触角25°C 56~63

3．优点矫正视力清晰，矫正散光的效果较好。耐用，加工性良好，容易操作。有良好的透氧性能，不干扰角膜生理代谢。具有一定弹性，直径可加大，镜片不易从眼内脱出。较HCL舒适，被戴适应时间短，并发症少，特别是极少引起角膜感染这一并发症。对控制近视发展有一定作用。可针对角膜形状的改变，施行特殊设计加工和研磨修正。

4．缺点配戴不及软镜舒适，需一定的适应时间。须将镜片制成多种规格的内曲面弯曲度，以适应不同的配戴眼，同时增加了验配技术的难度。价格较为昂贵，比HCL容易产生沉淀。

二、硬性角膜接触镜设计

接触镜每个解剖部位的量化值被称为镜片的参数，能够根据配戴的实际需要加以更改的参数称为镜片的可变参数。而可变参数通常是根据原材料的理化特性，配戴眼的解剖、生理学要求来决定的，确定镜片的可变参数的过程称为镜片的设计。理想的HCL设计应能获得良好的配适状态，使镜片中心和旁中心区基本与角膜保持平行，具有良好的中心定位和适宜的活动度，镜片边缘区存留的泪液量适度，从而达到理想的戴镜状态，即视物清晰，感觉舒适，使用持久，泪液循环好，眼表不良反应少，不改变头位，能保持自然视物。HCL的设计应包括后曲面、前曲面、镜片厚度、边缘形态、镜片直径。图3-4所示为硬性角膜接触镜片的部分可变参数。

（一）硬性角膜接触镜后曲面
后曲面弧可以是球面的，即弧面上任意两点的曲率半径值均相等，也可以是非球面的，即中心顶点至边缘的曲率半径逐渐变长或逐渐变短。球面研磨加工比较容易，但会出现球面像差，亦并非最佳光学曲面。非球面镜中央区域为球面，周边部分曲率半径逐渐增大，整体形态为非球面（图3-5）。

弧面中心顶点至边缘曲率半径值的变化称为弧面的离心度，通常用e值来表示。不同的e值表示不同形态的弧，e=0为圆弧；0＜e＜1为椭圆弧；e=1 为抛物线；e＞1为双曲线弧（图2-2）。
接触镜后曲面的弧面形态必须最大限度地与人眼角膜前表面形态吻合才能确保镜片的稳定附着，配戴舒适。因此接触镜后曲面的弧面形态应根据配戴眼角膜e值的人群中值来设计，由于角膜前表面仅在中心4.0mm左右大致呈球面弧，周边部则渐趋平坦，所以接触镜的后曲面弧形常设计成双球弧面，多球弧面，椭圆弧面或抛物线面等。角膜散光显著的情况下，还可以制成后环曲面。
（二）光学区直径
镜片几何中心区起屈光作用的部分称为光学区（图3-6），以mm为单位。接触镜的光学区分为外光学区和内光学区。RGP镜片的光学区直径设计为7.0~9.0mm，其最小直径应大于人眼瞳孔开大时的最大直径，如果镜片光学区直径小于瞳孔直径，或光学区边缘移入瞳孔区内则可产生眩光现象。

（三）基弧
球面镜片后光学区的曲率半径为基弧，以mm作单位。基弧值越大，镜片越平；基弧值越小，镜片越陡（图3-7）。球面镜片的基弧通常设计为7.2~9.2mm等基于种规格，验配时可根据角膜的弧度选择。在实际应用时镜片基弧应比角膜曲率略平10%左右，以利于镜片下的泪液循环。

后光学区为非球面弧的镜片则没有固定的基弧，为控制其弯度，通常定量设计在特定直径上的矢深。
（四）周边弧
镜片光学中心以外的弧面称为周边弧，曲率半径以mm为单位。如前所述，为适应角膜前表面的形态，镜片的后曲面常被设计为双球弧面或多球弧面，如果镜片的后曲面由两个曲率半径组成称为双弧镜片。由多个曲率半径组成则称为多弧镜片。中心弧以外的紧邻弧面称为第二弧（或中间弧），第二弧以外的紧邻弧面称为第三弧，依次类推，最靠边缘的弧面称为边缘弧。通常自中心至周边各弧面曲率半径依次增大，依次变平。中心弧与第二弧交接处，或第二弧与第三弧交接处称为接合部（汇结），为使角膜表面受力均匀，配戴舒适，各接合部不能出现角度，需进行平滑过渡处理。
边缘系指连接镜片的前后曲面的几何界区。边弧常需制成一倾斜面，自角膜表面抬起，犹如滑雪板前端翘起的设计，以利于镜片的活动和泪液循环，被称为斜边弧或倾斜面，其宽度为0.6~1.0mm。接触镜后曲面的基弧延长至接触镜边缘的假想圆弧与接触镜边缘部的距离称为边缘翘起，这一翘起高度以及边缘的厚度可影响镜片的中心定位、活动度和泪液循环（图3-8）。

（五）直径
镜片边缘两对应点之间最大的直线距离称为直径，以mm为单位。通常将直径设计为若干种规格供验配时根据角膜和睑裂的形态选择。球面RGP镜片的直径常用8.8mm和9.2mm，非球面及环曲面设计直径多大于9.0mm，角膜塑型镜较大为10.0~10.6mm，有些用于圆锥角膜等不规则角膜的特殊设计镜片直径很小，8.0~8.9mm。
（六）屈光度
镜片折射力的定量参数称为屈光度。以D为单位。
负透镜中间薄边缘厚，正透镜中间厚边缘薄。屈光度越高，镜片中心与边缘的厚度差越大。接触镜的焦度通常取+20.00D~－20.00D。
影响接触镜屈光度的因素：
前曲率半径：主要控制接触镜屈光度
后曲率半径：依照角膜表面曲率半径
材料折射率：恒定
接触镜的中心厚度：变化极小
（七）前曲面形态
前曲面有屈光作用的范围称为前光学区，前曲面光学区一般为球面设计，光学区之外的部分为支撑部。制作高屈光度的镜片时，为了使透镜更薄，通常将围绕光学区的支撑部分削薄，这种设计称为透镜薄化设计（图3-9）。支撑部的形状一般有三种类型，平削、凸形和凹形（图3-10）。光学区与支撑部的结合部分亦需要进行平滑过渡处理。薄化设计可减轻重量，但与成像功能有关的光学区不可过小，所以对直径有一定限制，如外伤无晶状体眼伴虹膜损伤，瞳孔变形、移位等情况不适宜使用。

（八）厚度
镜片的前、后曲面的垂直距离称为厚度，以mm为单位。分为中心厚度、旁中心厚度和边缘厚度等。
镜片过薄影响镜片的操作、耐用和角膜散光的矫正，镜片过厚可影响镜片的透氧性能、舒适度和稳定性。

三、硬性角膜接触镜加工
RGP镜片的加工工艺有切削研磨法和铸模法。
（一）切削研磨工艺
利用精密车床，在同轴旋转时进行切削加工的方法，是最常用最传统的方法。
1．优点
（1）用于CL的切削技术比较简单，更为复杂、特殊的切削技术已被用于其他工业领域（如半导体和超精密加工等）。
（2）目前采用更现代的电脑数控车床，可切削出各种所需的弧面，参数的限度极小。
（3）尽管有些材料需要特别的注意与保护，但绝大多数材料可利用切削工艺加工。
（4）切削工艺所需设备并不十分复杂和昂贵，故投资不大。
2．缺点
（1）对于复杂的设计，加工时比较困难，相对劳动强度会更大一些。
（2）成品消耗、成本费用较高。
（3）旋转切削时，镜片表面会遗留微细的纹理，因此需要进行抛光研磨。切削和研磨的过程会导致镜片表面出现不同变化。而某些工艺成功地进行精确切削而不需要进一步的抛光研磨。
（4）需对每一弧面进行切削，花费时间较长，工作效率相对较低，不适宜大规模成批量生产制造。
（5）加工程序比较多，不易控制，因此制品的重复性较差。
（二）铸模工艺
RGP镜片的铸模是最近的新型工艺。一些镜片材料可以液态注入双面铸模中，聚合过程中固化、成型，然后打开铸模，其中有些需要进一步的加工处理。
1．优点
（1）工艺简单、快捷，适宜多量生产制造。
（2）镜片成本比较低。
（3）表面成型性依赖于铸模面的质量，如铸模面光滑，规格精确，则加工出的镜片均能保证优质的表面。
（4）制品的生产重复性好，各参数稳定不变。
（5）可进行复杂的设计，而且加工过程的费用并不比简便设计的高。
2．缺点
（1）初期投资费用相对较高。有些需特殊订制的镜片需要特殊机器。
（2）每种模具对参数有一定限制，新镜片系列则需要更换新的模具，其费用高于切削法。
（3）因化学成分或因聚合过程中尺寸问题，铸模并不适宜所有镜片材料使用。
（4）一般不考虑订制加工，仅适合需求量高的、常见的普通制品。
（三）双焦RGP镜片的加工方法
1．同心圆和渐进双焦镜一般利用传统的切削研磨法，或可利用铸模工艺。
2．部分植入传统材料镜片下方植入的高折射片，通常呈D形或新月形。
3．衍射型镜镜片后表面制成同心圆形衍射沟回。
（四）RGP镜片的着色方法
1．材料混合于聚合之前将染料溶于单体中。
2．材料混合于聚合之前，使色素弥散于单体中。

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责任编辑：peijingshi

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