MATERIALES FABRICACION Y MEDICION DE LOS LENTES DE CONTACTO
Franja Visual 1993; Vol.5 No.14 Págs.56-58
La tecnología de los lentes de contacto despegó efectivamente con la llegada del lente blando hidrofílico a comienzo de los años 70, pues en los años anteriores los lentes eran rígidos, los materiales consistían principalmente en plástico PMMA, la fabricación se realizaba mediante torneado, generalmente según diseño y las mediciones eran adecuadas, pero muy elementales.
Todo esto cambió con la llegada de los lentes blandos. Un nuevo material, el polihidroxietilmetacrilato, pronto se convirtió en un aliado; el profesor Otto Wichterle, de la Academia de Ciencias de Praga, había desarrollado el Polyhema su aplicación al campo de los lentes de contacto fue como la llegada de un maremoto.
Fue así como de repente el vocabulario de los profesionales de lentes de contacto se amplió para incluir palabras como “polímero” y “copolímero”, “factor de hidratación”, “coeficiente Dk y EOP”. A medida que se descubrían los beneficios y desventajas, se fue generando toda una nueva industria.
Los lentes hidrofílicos fueron cómodos, lo cual representó una gran ventaja, pero ellos requerían procedimientos complicados de limpieza y por eso aparecieron cantidad de productos para su cuidado.
La llegada del lente blando señaló la posibilidad de un uso más prolongado, lo cual llevó a retomar la importancia del oxígeno en el metabolismo de la córnea y la búsqueda de un nuevo tipo de lente rígido, el RGP. La búsqueda de mayor trasmisibilidad de gas fue bien llevada.
A la contactología ingresé a través de una investigación de polímeros, porque me encontraba en el lugar y momento precisos.
Mi área de trabajo durante la década de los años 60 fue el diseño y desarrollo de productos médicos plásticos, lo cual comprendió al final una investigación basada en el polyhema que había sido descubierto. Cuando la importancia de este material viró hacia los lentes de contacto, tuve la suerte de jugar un papel importante en su desarrollo desde el comienzo.
En los últimos 20 años, se han plateado varios problemas. Con este análisis espero ilustrar algunas de las ideas que he desarrollado y ciertas áreas a las cuales he aportado algo.
Siempre he estado motivado por mi propia definición de diseño de lentes: El diseño de lente es “todo” lo que usted pueda hacer para garantizar que el lente final sea seguro, cómodo y ofrezca buena visión. La palabra clave es “todo”.
ALGUNOS PENSAMIENTOS SOBRE EL DISEÑO DEL LENTE RÍGIDO
Cuando quien no ha usado lente piensa acerca de lentes de contacto rígidos, tiene la percepción, con cierta razón, de incomodidad.
Considerando las excelentes propiedades ópticas, la inmovilidad de los materiales RGP típicos y la precisión de fabricación, con lo cual se garantiza una buena corrección visual, es lógico que se haya enfatizado en el diseño de lente rígido, para lograr la comodidad, lo cual significa pensar en forma y tamaño. Por ejemplo, la superficie posterior del lente debe ajustarse cómodamente a la córnea.
Hoy en día, la mayoría de las superficies posteriores son esféricas, mientras que la córnea no lo es. Por lo general, esta falta de uniformidad se trata incorporando curvas angostas, planas y periféricas, una, dos o más veces con uniones pulidas. La parte periférica del lente debe hacer contacto suave con la córnea, en lugar de presionarla demasiado y bruscamente. Una alternativa es hacer la superficie posterior de forma apropiada, no esférica, según la formulación seleccionada.
En esta solo área del diseño existen grandes posibilidades para el desarrollo y mejoramiento. Si se analiza el contacto lente- córnea, bajo los principios de ingeniería, se encuentra que cada una de las uniones pulidas. La parte periférica del lente debe hacer contacto suave con la córnea, en lugar de presionarla demasiado y bruscamente. Una alternativa es hacer la superficie posterior de forma apropiada, no esférica, según la formulación seleccionada.
En esta sola área del diseño existen grandes posibilidades para el desarrollo y mejoramiento. Si se analiza el contacto lente- córnea, bajo los principios de ingeniería, se encuentra que cada una de las uni0ones periféricas contribuyen a una “concentración de fuerza deformante” en el lugar donde se tocan y, en algunos casos, el pulimiento puede ser negativo en lugar de una ayuda.
Este problema puede aliviarse al utilizar superficies esféricas especialmente diseñadas, las cuales ofrecen un contacto conocido como “conformal” y producen menos presión de contacto que la geometría tradicional denominada “contra – formal”. Quisiera semejar esta situación con el béisbol: cuando se arroja la pelota con la mano, produce un contacto conformal de baja presión contra el guante; mientras que la pelota lanzada con el bate produce un contacto contraformal de alta presión contra la mano, lo cual obliga a agarrarla con un guante.
También podemos utilizar la geometría esférica en la superficie delantera para control de aberración o para modificar el diseño con un fin especial. Por ejemplo, los lentes afáquicos de alta potencia deben ser, necesariamente, muy gruesos y pueden tener pequeñas zonas ópticas cuando son fabricados con curvas esféricas. Sin embargo, con la utilización secciones cónicas de alta excentricidad, se puede lograr que la superficie delantera se aplane lo suficiente para reducir el grosor del centro.
Los lentes asferícos hachos maquina pueden ser analizados para especificar exactamente la geometría utilizada, y al contrario, la maquinaria puede ser diseñada para producir formas especiales con destino a un caso particular.
IDEAS ALREDEDOR DEL DISEÑO DEL LENTE BLANDO
La principal diferencia entre hacer un lente hidrofílico blando y uno rpigido, radica en el proceso de hidratación. Básicamente, se hace un lente más pequeño, más húmedo, de mayor potencia que el deseado y se hidrata hasta que se expanda las dimensiones y potencia requeridas. Por esto, es importante conocer los factores de expansión del material.
Hace 20 años hubiéramos escrito “el factor de expansión” en singular, por que entonces se expandía isotrópicamente, es decir, igualmente en todas las direcciones. Muy pronto se descubrió que el comportamiento anormal encontrado en forma consistente en la hidratación, solamente podría explicarse por las especificaciones de dos factores de expansión, uno aplicado al diámetro de los lentes y el otro al radio.
Se creyó que esto surgía del proceso de polimerización y que dependía en algún grado del tamaño y forma de la masa polimerizada. El efecto era producir un material que tuviera diferentas factores de expansión en las direcciones del diámetro y del eje (axial). Así se podía calcular el valor del factor de expansión Radial de una fórmula derivada del siguiente análisis.
SF (rad) = Sf(día x Sf (día) / Sf (ax)
SF= Factor de Expansión.
En términos matemáticos, el factor de expansión es una cantidad de vector en lugar de escalar, el cual es un numero puro.
Al utilizar dos números, es posible predecir con mayor exactitud las dimensiones hidratadas que anteriormente se lograban con uno solo.
Lo mismo que los parámetros dimensiónales cambian en la hidratación, también lo hace la potencia. Este cambio consiste en dos partes: la primera se debe a los cambios relativos en las curvaturas de la superficie y la segunda, la más dominante, a la reducción del índice de refracción a medida que el material absorbe agua. El factor de expansión de poder (power Swell Factor) no es una constante sino que explica una ley algo complicada. Tanto como para poderes positivos como para negativos., el factor es el mismo, pero a medida que el poder disminuye hacia cero, el factor de poder se aparta de este valor constante, moviéndose hacia valores mas altos para poderes mas bajos hacia valores mas bajos para poderes menores. Un resultado aun mas sorprendente surge del análisis para Lentes Tóricos, el cual sugiere que el factor de expansión de poder para el componente esférico es diferente del factor para componente cilíndrico.
La mayoría de los lentes hidrofílicos son cortados por torno y pulidos, pero otro proceso, el moldeado con cantidades mayores, mientras una proporción menor se hace mediante uno de los procesos originales desarrollados para lentes suaves, conocido como moldeado con fundición en movimiento.
Estos procesos ilustran otro fenómeno de hidratación producido por la falta de homogeneidad, por presentar diferentes factores de expansión en diferentes factores de expansión en diferentes puntos del material. Nuevamente necesitamos el desarrollo de una teoría para explicar el comportamiento anormal de la hidratación entre los lentes moldeados y los lentes torneados que se pretendía reproducir.
La hipótesis es: cuando un material se polimeriza, la capa externa que generalmente está en contacto con una superficie del vaso de polimerización, se ordena de manera un poco diferente de la masa interna del material. Se cree también que esta diferencia de ordenamiento producirá una diferencia de ordenamiento producirá una diferencia el en Factor de Expansión. Entre más ordenada sea la expansión de la “capa”, menos imperfecto será el ordenamiento del material interno.
Ahora, un lente torneada se fabrica partiendo de una sustancia en bruto hasta eliminar toda capa externa, de tal manera que el lente obtenido será totalmente de material interno.
Por contraste, un lente moldeado retendrá la capa que resulte de la polimerización y tendrá dos fases en lo referente a hidratación. De esta forma, las dimensiones finales hidratadas serán afectadas por las proporciones y disposiciones del material interno y de la capa, y se esperaría que la hidratación dimensional dependiera del poder, pues este determinará el perfil del grosor.
Las predicciones, provenientes de esta teoría de la naturaleza de la capa/ material interno de un lente hidrofílico, son:
Un lente moldeado se expanderá de manera diferente a un lente similar pero torneado, y dentro de las especies de los lentes moldeados existirá una diferencia entre los factores de expansión del lente.
La idea final tiene que ver con la capacidad de los lentes para transmitir gases. Es nuestra tendencia poner un poco más de énfasis en la transmisión de oxígeno, porque conocemos con bastante detalle la cantidad requerida de este elemento para que la córnea funcione a satisfacción en diferentes formas y condiciones; pero la eliminación del dióxido de carbono es un proceso metabólico de igual importancia.
En ambos casos, es la “resistencia” del lente al paso del gas lo que nos interesa y esto se logra al final con el grosor del lente.
Inicialmente, sólo se calculaba el grosor del centro del lente para describir los materiales. Es fácil observar que un lente mas evaluado bajo esta limitación resulta muy deficiente sise compara con un lente delgado menos evaluado.
Rápidamente se reconoció que se necesitaba un espesor “efectivo” que tomara en cuenta el perfil de espesor variable desde el centro hasta el borde. Los primeros cálculos se hicieron con la medida aritmética, forma en la cual se calcula un promedio de bateado en cricket.
Sencillamente, se agregan los valores de espesor a un numero especifico de puntos y se divide por ese número. Sin embargo, este no es el cálculo correcto cuando el efectuó físico que se trata de describir el Flujo, ya sea de gas líquido o la velocidad promedio de un automotor en una sucesión de distancias.
Existe un método correcto para evaluar estas condiciones, conocido como media armónica, la cual no es tan fácil de calcular como la media aritmética, pero es más adecuado.
Los aspectos ópticos descritos muestran que debemos proceder con astucia para poder explotar al máximo algunas tecnologías. Obviamente, estas son algunas de las múltiples áreas a explorar y evaluar en el campo de la tecnología de lentes de contacto, pero ellas han sido muy importantes en el diseño de lentes en la búsqueda de “todo”.
REFERENCIAS
Sammons, WA (1984), BCLA Dallos Award Lecture, Brighton.
Sammons, WA (1982), Amer, Acad, Philadelphia, P.A.
Sammons, WA (1979), Amer, Acad, Anaheim, CA
Sammons, WA (1988), BCLA Nissel Memoral Lecture, Londres
Sammons, WA (1989), BCLA Birminghan
Sammons, WA (1980), The Optician
Franja Visual 1993; Vol.5 No.14 Págs.56-58
La tecnología de los lentes de contacto despegó efectivamente con la llegada del lente blando hidrofílico a comienzo de los años 70, pues en los años anteriores los lentes eran rígidos, los materiales consistían principalmente en plástico PMMA, la fabricación se realizaba mediante torneado, generalmente según diseño y las mediciones eran adecuadas, pero muy elementales.
Todo esto cambió con la llegada de los lentes blandos. Un nuevo material, el polihidroxietilmetacrilato, pronto se convirtió en un aliado; el profesor Otto Wichterle, de la Academia de Ciencias de Praga, había desarrollado el Polyhema su aplicación al campo de los lentes de contacto fue como la llegada de un maremoto.
Fue así como de repente el vocabulario de los profesionales de lentes de contacto se amplió para incluir palabras como “polímero” y “copolímero”, “factor de hidratación”, “coeficiente Dk y EOP”. A medida que se descubrían los beneficios y desventajas, se fue generando toda una nueva industria.
Los lentes hidrofílicos fueron cómodos, lo cual representó una gran ventaja, pero ellos requerían procedimientos complicados de limpieza y por eso aparecieron cantidad de productos para su cuidado.
La llegada del lente blando señaló la posibilidad de un uso más prolongado, lo cual llevó a retomar la importancia del oxígeno en el metabolismo de la córnea y la búsqueda de un nuevo tipo de lente rígido, el RGP. La búsqueda de mayor trasmisibilidad de gas fue bien llevada.
A la contactología ingresé a través de una investigación de polímeros, porque me encontraba en el lugar y momento precisos.
Mi área de trabajo durante la década de los años 60 fue el diseño y desarrollo de productos médicos plásticos, lo cual comprendió al final una investigación basada en el polyhema que había sido descubierto. Cuando la importancia de este material viró hacia los lentes de contacto, tuve la suerte de jugar un papel importante en su desarrollo desde el comienzo.
En los últimos 20 años, se han plateado varios problemas. Con este análisis espero ilustrar algunas de las ideas que he desarrollado y ciertas áreas a las cuales he aportado algo.
Siempre he estado motivado por mi propia definición de diseño de lentes: El diseño de lente es “todo” lo que usted pueda hacer para garantizar que el lente final sea seguro, cómodo y ofrezca buena visión. La palabra clave es “todo”.
ALGUNOS PENSAMIENTOS SOBRE EL DISEÑO DEL LENTE RÍGIDO
Cuando quien no ha usado lente piensa acerca de lentes de contacto rígidos, tiene la percepción, con cierta razón, de incomodidad.
Considerando las excelentes propiedades ópticas, la inmovilidad de los materiales RGP típicos y la precisión de fabricación, con lo cual se garantiza una buena corrección visual, es lógico que se haya enfatizado en el diseño de lente rígido, para lograr la comodidad, lo cual significa pensar en forma y tamaño. Por ejemplo, la superficie posterior del lente debe ajustarse cómodamente a la córnea.
Hoy en día, la mayoría de las superficies posteriores son esféricas, mientras que la córnea no lo es. Por lo general, esta falta de uniformidad se trata incorporando curvas angostas, planas y periféricas, una, dos o más veces con uniones pulidas. La parte periférica del lente debe hacer contacto suave con la córnea, en lugar de presionarla demasiado y bruscamente. Una alternativa es hacer la superficie posterior de forma apropiada, no esférica, según la formulación seleccionada.
En esta solo área del diseño existen grandes posibilidades para el desarrollo y mejoramiento. Si se analiza el contacto lente- córnea, bajo los principios de ingeniería, se encuentra que cada una de las uniones pulidas. La parte periférica del lente debe hacer contacto suave con la córnea, en lugar de presionarla demasiado y bruscamente. Una alternativa es hacer la superficie posterior de forma apropiada, no esférica, según la formulación seleccionada.
En esta sola área del diseño existen grandes posibilidades para el desarrollo y mejoramiento. Si se analiza el contacto lente- córnea, bajo los principios de ingeniería, se encuentra que cada una de las uni0ones periféricas contribuyen a una “concentración de fuerza deformante” en el lugar donde se tocan y, en algunos casos, el pulimiento puede ser negativo en lugar de una ayuda.
Este problema puede aliviarse al utilizar superficies esféricas especialmente diseñadas, las cuales ofrecen un contacto conocido como “conformal” y producen menos presión de contacto que la geometría tradicional denominada “contra – formal”. Quisiera semejar esta situación con el béisbol: cuando se arroja la pelota con la mano, produce un contacto conformal de baja presión contra el guante; mientras que la pelota lanzada con el bate produce un contacto contraformal de alta presión contra la mano, lo cual obliga a agarrarla con un guante.
También podemos utilizar la geometría esférica en la superficie delantera para control de aberración o para modificar el diseño con un fin especial. Por ejemplo, los lentes afáquicos de alta potencia deben ser, necesariamente, muy gruesos y pueden tener pequeñas zonas ópticas cuando son fabricados con curvas esféricas. Sin embargo, con la utilización secciones cónicas de alta excentricidad, se puede lograr que la superficie delantera se aplane lo suficiente para reducir el grosor del centro.
Los lentes asferícos hachos maquina pueden ser analizados para especificar exactamente la geometría utilizada, y al contrario, la maquinaria puede ser diseñada para producir formas especiales con destino a un caso particular.
IDEAS ALREDEDOR DEL DISEÑO DEL LENTE BLANDO
La principal diferencia entre hacer un lente hidrofílico blando y uno rpigido, radica en el proceso de hidratación. Básicamente, se hace un lente más pequeño, más húmedo, de mayor potencia que el deseado y se hidrata hasta que se expanda las dimensiones y potencia requeridas. Por esto, es importante conocer los factores de expansión del material.
Hace 20 años hubiéramos escrito “el factor de expansión” en singular, por que entonces se expandía isotrópicamente, es decir, igualmente en todas las direcciones. Muy pronto se descubrió que el comportamiento anormal encontrado en forma consistente en la hidratación, solamente podría explicarse por las especificaciones de dos factores de expansión, uno aplicado al diámetro de los lentes y el otro al radio.
Se creyó que esto surgía del proceso de polimerización y que dependía en algún grado del tamaño y forma de la masa polimerizada. El efecto era producir un material que tuviera diferentas factores de expansión en las direcciones del diámetro y del eje (axial). Así se podía calcular el valor del factor de expansión Radial de una fórmula derivada del siguiente análisis.
SF (rad) = Sf(día x Sf (día) / Sf (ax)
SF= Factor de Expansión.
En términos matemáticos, el factor de expansión es una cantidad de vector en lugar de escalar, el cual es un numero puro.
Al utilizar dos números, es posible predecir con mayor exactitud las dimensiones hidratadas que anteriormente se lograban con uno solo.
Lo mismo que los parámetros dimensiónales cambian en la hidratación, también lo hace la potencia. Este cambio consiste en dos partes: la primera se debe a los cambios relativos en las curvaturas de la superficie y la segunda, la más dominante, a la reducción del índice de refracción a medida que el material absorbe agua. El factor de expansión de poder (power Swell Factor) no es una constante sino que explica una ley algo complicada. Tanto como para poderes positivos como para negativos., el factor es el mismo, pero a medida que el poder disminuye hacia cero, el factor de poder se aparta de este valor constante, moviéndose hacia valores mas altos para poderes mas bajos hacia valores mas bajos para poderes menores. Un resultado aun mas sorprendente surge del análisis para Lentes Tóricos, el cual sugiere que el factor de expansión de poder para el componente esférico es diferente del factor para componente cilíndrico.
La mayoría de los lentes hidrofílicos son cortados por torno y pulidos, pero otro proceso, el moldeado con cantidades mayores, mientras una proporción menor se hace mediante uno de los procesos originales desarrollados para lentes suaves, conocido como moldeado con fundición en movimiento.
Estos procesos ilustran otro fenómeno de hidratación producido por la falta de homogeneidad, por presentar diferentes factores de expansión en diferentes factores de expansión en diferentes puntos del material. Nuevamente necesitamos el desarrollo de una teoría para explicar el comportamiento anormal de la hidratación entre los lentes moldeados y los lentes torneados que se pretendía reproducir.
La hipótesis es: cuando un material se polimeriza, la capa externa que generalmente está en contacto con una superficie del vaso de polimerización, se ordena de manera un poco diferente de la masa interna del material. Se cree también que esta diferencia de ordenamiento producirá una diferencia de ordenamiento producirá una diferencia el en Factor de Expansión. Entre más ordenada sea la expansión de la “capa”, menos imperfecto será el ordenamiento del material interno.
Ahora, un lente torneada se fabrica partiendo de una sustancia en bruto hasta eliminar toda capa externa, de tal manera que el lente obtenido será totalmente de material interno.
Por contraste, un lente moldeado retendrá la capa que resulte de la polimerización y tendrá dos fases en lo referente a hidratación. De esta forma, las dimensiones finales hidratadas serán afectadas por las proporciones y disposiciones del material interno y de la capa, y se esperaría que la hidratación dimensional dependiera del poder, pues este determinará el perfil del grosor.
Las predicciones, provenientes de esta teoría de la naturaleza de la capa/ material interno de un lente hidrofílico, son:
Un lente moldeado se expanderá de manera diferente a un lente similar pero torneado, y dentro de las especies de los lentes moldeados existirá una diferencia entre los factores de expansión del lente.
La idea final tiene que ver con la capacidad de los lentes para transmitir gases. Es nuestra tendencia poner un poco más de énfasis en la transmisión de oxígeno, porque conocemos con bastante detalle la cantidad requerida de este elemento para que la córnea funcione a satisfacción en diferentes formas y condiciones; pero la eliminación del dióxido de carbono es un proceso metabólico de igual importancia.
En ambos casos, es la “resistencia” del lente al paso del gas lo que nos interesa y esto se logra al final con el grosor del lente.
Inicialmente, sólo se calculaba el grosor del centro del lente para describir los materiales. Es fácil observar que un lente mas evaluado bajo esta limitación resulta muy deficiente sise compara con un lente delgado menos evaluado.
Rápidamente se reconoció que se necesitaba un espesor “efectivo” que tomara en cuenta el perfil de espesor variable desde el centro hasta el borde. Los primeros cálculos se hicieron con la medida aritmética, forma en la cual se calcula un promedio de bateado en cricket.
Sencillamente, se agregan los valores de espesor a un numero especifico de puntos y se divide por ese número. Sin embargo, este no es el cálculo correcto cuando el efectuó físico que se trata de describir el Flujo, ya sea de gas líquido o la velocidad promedio de un automotor en una sucesión de distancias.
Existe un método correcto para evaluar estas condiciones, conocido como media armónica, la cual no es tan fácil de calcular como la media aritmética, pero es más adecuado.
Los aspectos ópticos descritos muestran que debemos proceder con astucia para poder explotar al máximo algunas tecnologías. Obviamente, estas son algunas de las múltiples áreas a explorar y evaluar en el campo de la tecnología de lentes de contacto, pero ellas han sido muy importantes en el diseño de lentes en la búsqueda de “todo”.
REFERENCIAS
Sammons, WA (1984), BCLA Dallos Award Lecture, Brighton.
Sammons, WA (1982), Amer, Acad, Philadelphia, P.A.
Sammons, WA (1979), Amer, Acad, Anaheim, CA
Sammons, WA (1988), BCLA Nissel Memoral Lecture, Londres
Sammons, WA (1989), BCLA Birminghan
Sammons, WA (1980), The Optician
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