Ophthalmic lens and method for customizing defocus in myopia control

Abstract

Computer-implemented method for customizing defocus for planning an ophthalmic lens (18, 19) for myopia control for the purposes of using the plan for the production of an ophthalmic lens (18, 19). According to the method, an accommodative eye model (11) is provided, comprising at least one input eye parameter and at least one accommodation adjustment, wherein the accommodative eye model (11) outputs a distance-viewing focal plane (8) and a near-viewing focal plane (9). A defocus model is provided, wherein a defocus magnitude is defined based on a difference between the distance-viewing focal plane (8) and the near-viewing focal plane (9). A defocus magnitude (25) of a patient is derived, wherein at least one individual eye parameter of the patient is provided as input (22), wherein the patient is of an age group. An ideal age-specific defocus magnitude (24) is derived, wherein at least one ideal eye parameter specific to the patient's age group is provided as input (22). A compensation basic magnitude (26) is derived based on a deviation of the defocus magnitude (25) of the patient from the ideal age-specific defocus magnitude (24).

Description

Ophthalmic lens and method for customizing defocus in myopia control

[0001] The invention relates to a product comprising an oph-thalmic lens for myopia control and a computer-implemented method for customizing defocus for planning an ophthalmic lens for myopia control for the purposes of using the plan for the production of an ophthalmic lens for myopia control.

[0002] Myopia correction with a single-vision lens may result in peripheral hyperopic defocus while the central retina is in focus. As eye growth is regulated by the peripheral retina, peripheral hyperopic defocus may cause the eyeball to grow longer along the optical axis, increasing the degree of myo-pia. Ophthalmic lenses with peripheral myopic defocus are used for the purpose of slowing down the axial growth of the eye-ball in children as a means of controlling myopia progression.

[0003] Accommodation of the eye is the process of adapting the optical power of the eye to focus on an object in a given dis-tance between the far point and the near point. To this end, the shape of the eye lens as well as the shape of the cornea are modified by a mechanism involving muscles and fibers in the eye.

[0004] From WO 2018 / 138140 A2 it is known to establish geomet-ric and optical properties of an eye model which includes per-sonalized refraction data.

[0005] From T. Liu, L. N. Thibos, “Customized models of ocular aberrations across the visual field during accommodation” , Journal of Vision (2019) 19 (9) : 13, 1–24, an individual eye model is known which reproduces measurements of wavefront ab-errations across the visual field at different accommodative states.

[0006] From CN114980800A, WO 2021 / 184452 A1 it is known to capture a series of images at different focus positions and to find the optimal focus position, translating the focus posi-tion into a refraction determination.

[0007] From CN112068331A it is known to customize defocus lenses based on peripheral defocus obtained from 10 discrete retinal locations between 10 to 30° at four major meridians.

[0008] From CN202310359969 it is known to reconstruct a 3D de-focus image plane based on corneal biometrics and the retinal shape for optimization of orthokeratology lens fitting.

[0009] From EP2628441A1, WO 2012 / 049343 it is known to extract the defocus from aberration data obtained by an open-view Hartmann-Shack wavefront sensor. A basic scanning protocol al-lows the estimation of refraction in a circular retinal patch of 50° diameter, or ±25° from central fixation, in 3 seconds.

[0010] It is the object of the present invention to provide a method for customizing peripheral defocus while accounting for accommodation, and an ophthalmic lens produced on the basis of the determined peripheral defocus.

[0011] A first aspect of the invention is a computer-imple-mented method for customizing defocus for planning an ophthal-mic lens for myopia control for the purposes of using the plan for the production of an ophthalmic lens for myopia control comprising the steps of:

[0012] a) Providing an accommodative eye model comprising at least one input eye parameter and at least one accommo-dation adjustment, wherein the accommodative eye model outputs a distance-viewing focal plane and a near-view-ing focal plane, wherein the distance-viewing focal plane is based on the at least one input eye parameter,  wherein the near-viewing focal plane is based on the at least one input eye parameter and the at least one ac-commodation adjustment;

[0013] b) Providing a defocus model based on the accommodative eye model, wherein a defocus magnitude is defined based on a difference between the distance-viewing focal plane of the accommodative eye model and the near-view-ing focal plane of the accommodative eye model;

[0014] c) Deriving a defocus magnitude of a patient based on the defocus model, wherein at least one individual eye pa-rameter of the patient is provided as input into the accommodative eye model, wherein the patient is of an age group;

[0015] d) Deriving an ideal age-specific defocus magnitude based on the defocus model, wherein at least one ideal eye parameter specific to the patient’s age group is pro-vided as input into the accommodative eye model;

[0016] e) Deriving a compensation basic magnitude based on a de-viation of the defocus magnitude of the patient from the ideal age-specific defocus magnitude.

[0017] First, some terms used in the context of the invention are defined.

[0018] The accommodative eye model may be a computational model of an eye with the purpose of simulating optical proper-ties of the eye. It may comprise a representation of an opti-cal system which approximates a human eye. To this end, the accommodative eye model may comprise structural and optical parameters of refractive surfaces. The parameters may be taken from biological literature disclosing parameters of normal hu-man eyes.

[0019] An optical axis of the eye may be defined in the accom-modative eye model. To determine optical properties of the ac-commodative eye model, ray tracing may be performed by model-ling light transport through the eye model. This way, a reti-nal image may be simulated. It may also be possible to deter-mine wavefront aberrations based on the accommodative eye model. Ray tracing may be performed computationally, for exam-ple by Zemax ray tracing.

[0020] The at least one input eye parameter of the accommoda-tive eye model may be a structural parameter of the accommoda-tive eye model. Preferably, it may be at least one of a cor-neal curvature, a central lens thickness, a curvature of an anterior lens surface and / or a curvature of a posterior lens surface. Further types of eye parameters may be the object distance in mm, the corneal thickness in mm, the anterior cor-neal curvature in mm, the posterior corneal curvature in mm, the corneal refraction index, the aqueous humour in mm, the aqueous humour refraction index, the pupil size in mm, the ra-dius of anterior lens surface in mm, the length of lens equa-torial plane in mm, the radius of the posterior lens surface in mm, the lens volume in mm3, the lens refraction index, the vitreous chamber depth in mm, the vitreous refraction index, the axial length in mm and / or the overall refraction power in diopter.

[0021] The distance-viewing focal plane may be determined by ray tracing from a distant point through the accommodative eye model. To determine the distance-viewing focal plane, the fo-vea may be ensured to be always in focus. Additionally or al-ternatively, the Strehl ratio of a point spread function may be at a maximum. The ray tracing may comprise central and pe-ripheral rays. Preferably, the ray tracing for determining the distance-viewing focal plane may comprise rays which are close to the optical axis of the eye. To determine the distance- viewing focal plane, the value of the input eye parameter of the accommodative eye model may be a value corresponding to the relaxed eye. Preferably, an accommodation adjustment may not be applied.

[0022] The near-viewing focal plane may be determined by ray tracing from a near point through the accommodative eye model. To determine the near-viewing focal plane, the fovea may be ensured to be always in focus. Additionally or alternatively, the Strehl ratio of a point spread function may be at a maxi-mum. To determine the near-viewing focal plane, the changes in the input eye parameters in near-viewing conditions for dif-ferent accommodation demands may be considered. To this end, the at least one accommodation adjustment may be applied in the accommodative eye model to the at least one input eye pa-rameter of the accommodative eye model. This way, the input eye parameter may be modified to reflect the changes due to an accommodation state of the eye. The accommodation adjustment may be derived from the difference of the values of the input eye parameter between the relaxed eye and the eye in the ac-commodation state.

[0023] The accommodation adjustment used in the accommodative eye model may be a function of an input eye parameter. It may be a ratio relative to the input eye parameter. The accommoda-tion adjustment may preferably be an accommodation adjustment of the corneal curvature, the central lens thickness, the cur-vature of an anterior lens surface and / or the curvature of a posterior lens surface.

[0024] The peripheral defocus increases from distance-viewing to near-viewing. In other words, it depends on the accommoda-tion state of the eye. The inventors of the present invention have recognized that this can be used to define a defocus mag- nitude. A defocus magnitude may be defined as a difference be-tween the distance-viewing focal plane and the near-viewing focal plane. The defocus magnitude may be calculated at dif-ferent distances from the optical axis of the eye.

[0025] By providing the individual eye parameter of the pa-tient, the defocus magnitude derived according to the inven-tion has the advantage of being customized to the patient. By taking into account the accommodation adjustment for determin-ing the near-viewing focal plane, accommodation of the eye is taken into account.

[0026] In a defocus model provided according to the invention, the peripheral defocus magnitude may be obtained through opti-cal simulation. Changes in lens geometry with accommodation and eye growth which may affect the magnitude of peripheral defocus may be considered, particularly in the peripheral ar-eas which may be blocked by the iris and contribute signifi-cantly to peripheral defocus. Since the image plane is set by the optical power of the cornea and the lens together, the lens refraction may be included in the optical simulation. The cornea has been shown to undergo small changes with age, but to remain constant in refraction power for most subjects throughout life, whereas lens power experiences an abrupt loss of compensatory changes at the onset of myopia.

[0027] The at least one individual eye parameter of the pa-tient provided as input to the accommodative eye model, which is provided by the invention to derive the defocus magnitude of the patient, may be based on ocular biometrics of the pa-tient. It may comprise a corneal curvature, a central lens thickness, a curvature of an anterior lens surface and / or a curvature of a posterior lens surface. The value of the indi-vidual eye parameter may be obtained from measuring the corre-sponding parameter of the patient’s eye. The patient may have  myopia. The patient’s age group may be known to the day and / or to the month and / or to the year and / or to a period of 3 years.

[0028] The at least one ideal eye parameter specific to the patient’s age group provided as input to the accommodative eye model, which is provided by the invention to derive the ideal age-specific defocus magnitude, may be based on ocular biomet-rics. It may comprise a corneal curvature, a central lens thickness, a curvature of an anterior lens surface and / or a curvature of a posterior lens surface. The value of the ideal age-specific eye parameter may be obtained according to the literature about emmetropic children and / or according to pre-vious measurements of emmetropic children, wherein the chil-dren are of the same age group as the patient.

[0029] The compensation basic magnitude derived based on a de-viation of the defocus magnitude of the patient from the ideal age-specific defocus magnitude may be a magnitude at a dis-tance from the optical axis of the eye. It may be defined as the difference between the defocus magnitude of the patient and the ideal age-specific defocus magnitude. This takes into consideration that some amount of defocus is present also in emmetropic children.

[0030] A compensation target may be defined. The compensation target may correspond to the compensation basic magnitude of the patient. Alternatively or additionally, the compensation target may correspond a factor of 1.5 of the compensation basic magnitude of the patient. This has the advantage of providing a safety margin for myopia control.

[0031] The invention overcomes the limitation of the prior art which cannot measure the amount of peripheral defocus in near viewing because the light is blocked by the constricted pupils  at near fixation. The peripheral lens geometry may be recon-structed based on a large sample of children who are experi-encing the process of emmetropization to myopia onset to cal-culate the age-specific ideal defocus magnitude.

[0032] In one embodiment, providing an accommodative eye model comprises cross validating the accommodative eye model using data of normal adults for the at least one input eye parame-ter. The data of normal adults may comprise the types of eye parameters described above. Through cross validation, it may be confirmed that the accommodation adjustment leads to the correct modelling for near vision. In particular, it may be validated that the near-vision parameters are reproduced for the normal adults data using the accommodative eye model with accommodation adjustment. This way, a normal defocus magnitude may be defined and a defocus model may be established.

[0033] Each eye parameter in the data of normal adults may have a value for the accommodation states of distance viewing, intermediate viewing, and / or near viewing. The value of the eye parameter for distance viewing may be the value of the eye parameter in the relaxed state of the eye. The distance of the object to the eye defining distance viewing may be 1 m to 1000 , preferably 1.5 m to 3 m. The value of the eye parameter for intermediate viewing may be its value in an accommodation state corresponding to intermediate distance viewing. The dis-tance of the object to the eye defining intermediate distance viewing may be 20 cm to 1 m, preferably 25 cm to 50 cm. The value of the eye parameter for near viewing may be its value in an accommodation state corresponding to near viewing. The distance for near viewing may be 5 cm to 20 m, preferably 10 cm to 15 cm.

[0034] In an embodiment, only two accommodation states are considered, in particular only the distance viewing and near  viewing accommodation states. Alternatively or additionally, more than three accommodation states of the eye may be taken into account, wherein a plurality of distances of the object to the eye are defined and / or values of the eye parameters are given for a plurality of distances of the object to the eye.

[0035] The values of the eye parameters may be the same for all accommodation states, in particular for those eye parame-ters which do not change based on accommodation. The values may be different for each of the accommodation states, in par-ticular for those eye parameters on which accommodation of the eye has an impact.

[0036] A second aspect of the invention is a product compris-ing an ophthalmic lens for myopia control or a representation which is located on a data medium in the form of computer-readable data and is of the ophthalmic lens for myopia control with instructions for the production thereof, wherein the oph-thalmic lens for myopia control comprises a compensation basic magnitude derived according to the inventive method according to the first aspect of the invention.

[0037] A third aspect of the invention is a computer program having program code for carrying out all method steps of the inventive method according to the first aspect of the inven-tion when the computer program is loaded in a computer and / or executed in a computer.

[0038] A fourth aspect of the invention is a computer-readable medium comprising a computer program according to the third aspect of the invention.

[0039] A fifth aspect of the invention is a computer having a processor and having a data medium, on which a computer pro-gram according to the third aspect of the invention is stored  and which is configured to carry out a method according to the first aspect of the invention.

[0040] A sixth aspect of the invention is a method for produc-ing an ophthalmic lens for myopia control, comprising a method according to the first aspect of the invention, and manufac-turing the ophthalmic lens for myopia control according to the plan.

[0041] The ophthalmic lens for myopia control may be a specta-cle lens or a contact lens. Contact lenses suitable for being used within the invention are disclosed in ISO 18369-1: 2017 (E) . Suitable contact lenses may be soft and / or rigid contact lenses.

[0042] The ophthalmic lens for myopia control may be produced in such a way as to provide the defocus magnitude of the pa-tient derived according to the inventive method. Preferably, the ophthalmic lens for myopia control may be produced in such a way as to provide a defocus corresponding to the compensa-tion basic magnitude of the patient derived according to the inventive method. This has the advantage of the ophthalmic lens for myopia control correcting for the defocus only so far as it exceeds the age-specific ideal defocus found in emme-tropic children. Alternatively or additionally, the ophthalmic lens may be produced in such a way as to provide a defocus corresponding to a factor of 1.5 of the compensation basic magnitude of the patient derived according to the inventive method. In this case a factor 1.5 higher defocus provides an overcorrection, which may be considered a safety margin for myopia control.

[0043] Embodiments of the invention are described with refer-ence to the attached drawings. These drawings show:

[0044] Fig. 1a-c: Schematically the defocus model based on the ac-commodative eye model;

[0045] Fig. 2a-c: Schematically the accommodation states included in an accommodative eye model;

[0046] Fig. 3: The peripheral focus obtained according to the accommodative eye model;

[0047] Fig. 4: The steps required for deriving a compensation basic magnitude;

[0048] Fig. 5a, b Schematically an embodiment of ophthalmic lens customization.

[0049] Fig. 1a shows schematically the elements of the defocus model comprising the following components of the accommodative eye model 11: a cornea 1, eye lens 2 with anterior lens sur-face 3 and posterior lens surface 4, retina 5 and optical axis 10.Ray tracing is indicated by distance viewing rays 6, which are more central than outer near-viewing rays 7. In the accom-modative eye model 11, the cornea 1 has a corneal thickness, an anterior corneal curvature and a posterior corneal curva-ture.

[0050] Fig. 1b and 1c show how the defocus model is estab-lished: The distance-viewing ray tracing illustrated in Fig. 1b resulting in a distance-viewing focal plane 8 is combined with the near-viewing ray tracing illustrated in Fig. 1c re-sulting in a near-viewing focal plane 9. More peripheral reti-nal areas are involved in near viewing. In the more peripheral areas, defocus is greater.

[0051] Ray tracing through the accommodative eye model 11 yields a distance-viewing focal plane 8, which has a larger  radius of curvature than the retina 5, but a smaller radius of curvature than a near-viewing focal plane 9.

[0052] Fig. 2a illustrates the ray tracing performed with the accommodative eye model 11 for distance viewing. The object has a distance of 2000 mm from the eye. The light rays have a small angle to the optical axis 10 of the eye. The resulting distance-viewing focal plane 8 has a radius of curvature slightly larger than that of the retina 5. The defocus is therefore small.

[0053] Fig. 2b illustrates the ray tracing performed with the accommodative eye model for intermediate viewing. The object has a distance of 250 mm from the eye. The intermediate-view-ing rays 12 have a larger angle to the optical axis 10 of the eye than in the case of distance viewing. The resulting inter-mediate-viewing focal plane 13 has a radius of curvature larger than the retina 5 and larger than the distance-viewing focal plane 8.

[0054] Fig. 2 c illustrates the ray tracing performed with the accommodative eye model for near viewing. The object has a distance of 100 mm from the eye. The near-viewing rays 7 have a larger angle to the optical axis 10 of the eye than in the case of intermediate viewing. The resulting near-viewing focal plane 9 has a radius of curvature larger than the intermedi-ate-viewing focal plane 13.

[0055] According to the embodiments of Fig. 2a-c, the model may be cross validated based on a dataset of normal adults’ eye parameters for different accommodation states. The cross validation ensures that the accommodation adjustment of the accommodative eye model reproduces the eye parameters of in-termediate vision and / or near vision. The following dataset of normal adult eye parameters is used:

[0056] The resulting defocus for the cases of distance view-ing, intermediate viewing, and near viewing according to the accommodative eye model 11 are shown in Fig. 3. The defocus magnitude is plotted against the two-dimensional plane perpen-dicular to the optical axis 10 of the eye. The fovea 14 is in the center. The amount of defocus for distance viewing 15 is smallest and the amount of defocus for near viewing 17 is largest, with an intermediate amount for the defocus for in-termediate viewing 16. The difference is most pronounced in the peripheral areas further away from the optical axis 10.

[0057] Fig. 4 shows the steps of inputting an age-specific em-metropic dataset 20 to the accommodative eye model 11, which results in the output 23 of an age-specific ideal defocus 24. Using data from an individual myopic eye 21 as input 22 to the accommodative eye model 11 results in an individual defocus 25 as the output 23. The difference Δ of the age-specific ideal defocus 24 and the individual defocus 25 is the defocus com-pensation 26.

[0058] Fig. 5a, Fig. 5b illustrate the customization of a spectacle lens (Fig. 5a) and a contact lens (Fig. 5b) for myo-pia control with the defocus compensation.

[0059] List of reference symbols:

[0060] 1      cornea

[0061] 2      eye lens

[0062] 3      anterior lens surface

[0063] 4      posterior lens surface

[0064] 5      retina

[0065] 6      distance-viewing rays

[0066] 7      near-viewing rays

[0067] 8      distance-viewing focal plane

[0068] 9      near-viewing focal plane

[0069] 10 optical axis of the eye

[0070] 11 accommodative eye model

[0071] 12 intermediate viewing rays

[0072] 13 intermediate viewing focal plane

[0073] 14 fovea

[0074] 15 defocus for distance viewing

[0075] 16 defocus for intermediate viewing

[0076] 17 defocus for near viewing

[0077] 18 spectacle lens

[0078] 19 contact lens

[0079] 20 age-specific emmetropic dataset

[0080] 21 individual myopic eye data

[0081] 22 input to the accommodative eye model

[0082] 23 output of the accommodative eye model

[0083] 24 age-specific ideal defocus

[0084] 25 individual defocus

[0085] 26 defocus compensation

Claims

1.Computer-implemented method for customizing defocus for planning an ophthalmic lens (18, 19) for myopia control for the purposes of using the plan for the production of an ophthalmic lens (18, 19) for myopia control comprising the following steps:a) Providing an accommodative eye model (11) comprising at least one input eye parameter and at least one accommo-dation adjustment, wherein the accommodative eye model (11) outputs a distance-viewing focal plane (8) and a near-viewing focal plane (9) , wherein the distance-viewing focal plane (8) is based on the at least one input eye parameter, wherein the near-viewing focal plane (9) is based on the at least one input eye param-eter and the at least one accommodation adjustment;b) Providing a defocus model based on the accommodative eye model (11) , wherein a defocus magnitude is defined based on a difference between the distance-viewing fo-cal plane (8) of the accommodative eye model (11) and the near-viewing focal plane (9) of the accommodative eye model (11) ;c) Deriving a defocus magnitude (25) of a patient based on the defocus model, wherein at least one individual eye parameter of the patient is provided as input (22) into the accommodative eye model (11) , wherein the patient is of an age group;d) Deriving an ideal age-specific defocus magnitude (24) based on the defocus model, wherein at least one ideal eye parameter specific to the patient’s age group is provided as input (22) into the accommodative eye model (11) ;e) Deriving a compensation basic magnitude (26) based on a deviation of the defocus magnitude (25) of the patient from the ideal age-specific defocus magnitude (24) .2.Method according to Claim 1, characterized in that a value of the at least one ideal eye parameter is obtained accord-ing to the literature about emmetropic children and / or ac-cording to previous measurements of emmetropic children, wherein the children are of the same age group as the pa-tient.3.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the distance-viewing focal plane (8) and / or the near-viewing focal plane (9) are determined by ensuring that the fovea (14) is always in focus and / or by ensuring that a Strehl ratio of a point spread function is at a maximum.4.Method according to any of the Claims 1 to 3, characterized in that providing an accommodative eye model (11) comprises cross validating the accommodative eye model (11) using data of normal adults for the at least one input eye param-eter.5.Product comprising an ophthalmic lens (18, 19) for myopia control or a representation which is located on a data me-dium in the form of computer-readable data and is of the ophthalmic lens (18, 19) for myopia control with instruc-tions for the production thereof, wherein the ophthalmic lens (18, 19) for myopia control comprises a compensation basic magnitude (26) derived according to the method of claim 1.6.Computer program having program code for carrying out all method steps according to any one of Claims 1 to 4 when the computer program is loaded in a computer and / or executed in a computer.7.Computer-readable medium comprising a computer program ac-cording to Claim 6.8.Computer having a processor and having a data medium, on which a computer program according to Claim 6 is stored and which is configured to carry out a method according to any one of Claims 1 to 4.9.Method for producing an ophthalmic lens (18, 19) for myopia control, comprising a method according to any one of Claims 1 to 4, and manufacturing the ophthalmic lens (18, 19) for myopia control according to the plan.

Images