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基于整体角膜膨胀实验对兔眼角膜参数的确定
目的 角膜一般被视为非线性弹性材料,用线弹性模型刻画角膜的力学特性难免存在一定误差.本研究基于体外兔眼角膜膨胀实验,探索用分段的线弹性模型描述角膜非线性弹性行为的可行性.方法 选取5只新鲜兔眼,制备附带巩膜环的角膜试件,将试件固定在自制的加压装置上,用微量注射泵给试件加压以模拟角膜随内压力的增加发生形变的过程,同时利用显微镜获取相应压力下角膜的正侧面轮廓图像.预调后,记录加载过程中压力与角膜顶点及轮廓信息.分别选取角膜内压力为7mmHg、14 mmHg和21 mmHg时的角膜正侧面轮廓图像,建立具有不均匀厚度的轴对称角膜几何模型,将角膜视为各向同性不可压缩材料,在7～14 mmHg、14～21 mmHg和21～28 mmHg三个眼内压范围内视角膜为线弹性材料,通过有限元方法分段模拟体外角膜膨胀实验,将模拟结果与膨胀实验角膜外轮廓线位移结果比对,确定角膜在上述压力范围内的弹性模量.结果 获得的兔眼角膜在7～14 mmHg、14～21mmHg和21～28 mmHg的弹性模量分别为(0.73±0.16) MPa、(2.20±0.43) MPa和(3.03±0.37) MPa.此结果与文献结果基本一致.结论 用分段的线弹性模型近似描述角膜非线性弹性行为的方法是可行的.
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膨胀法加压兔角膜前表面与后表面所测生物力学性能的比较
目的 研究比较膨胀法加压角膜前、后表面所测角膜生物力学性能的差异.方法 实验研究.8只日本大耳白兔纳入本研究.实验开始前测量角膜的厚度、直径和眼内压.每只白兔被随机选取一只眼膨胀法加压角膜的前表面(前表面加压眼组,n=8),另一只眼加压角膜的后表而(后表面加压眼组,n=8),加压范围为1.1～44.0 mmHg,记录角膜顶点前突位移值,然后采用板壳理论公式获得角膜的应力-应变关系、正切弹性模量和滞后量.两眼角膜厚度、直径、眼压、正切弹性模量和滞后量的比较均采用配对t检验进行分析.结果 两眼之间角膜平均厚度、直径、眼压差异无统计学意义(厚度:t=-0.073,P＞0.05；直径:t=0.260,P＞0.05;眼压:t=- 1.033,P＞0.05).后表面加压眼组测得的角膜正切弹性模量值大于前表面加压眼组,且差异有统计学意义(t=6.664、6.681、6.931,P＜0.01)；前表面加压眼组的角膜滞后量明显大于后表面加压眼组,分别为2.50×104 MPa和1.94×10-4 MPa,差异有统计学意义(t=-2.891;P＜0.05).结论 加压角膜后表面所测得的角膜硬度明显大于加压前表面.角膜作为非线性黏弹性组织,不仅在冠状面上表现出区域硬度的非对称性,而且在矢状面上也表现出硬度的非对称性.本实验研究结果对今后眼内压的校正具有一定参考价值.
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基于膨胀实验和逆向建模技术评估戊二醛对兔角膜生物力学性能的影响
目的 基于膨胀实验和逆向建模技术评估戊二醛对角膜生物力学性能的影响.方法 实验研究.选取10只日本大耳白兔,处死摘取眼球.实验开始前测量角膜的厚度与直径.用随机数字表法选取每只白兔其中一眼进入实验组,另一眼进入对照组,分别浸入包含和不包含4％戊二醛的PBS磷酸盐缓冲液30 min.处理完毕后分离2组眼球制成附带巩膜环的完整角膜试件,固定于自制前房模拟装置,于角膜后表面施加液压,加压范围为2.1～45.0 mmHg,记录角膜前顶点的前突位移值;采用逆向建模技术计算角膜的应力、应变和正切模量值.数据采用配对t检验和配对Hotelling T2检验进行分析.结果 戊二醛处理前实验组角膜的厚度、直径和对照组差异无统计学意义,戊二醛处理后角膜厚度下降约1/4.实验组测得的角膜正切模量值明显大于对照组;随着应力增加,相比于对照组,实验组角膜正切模量的增加比例逐渐减少(从199.5％下降到59.7％).结论 戊二醛处理后角膜正切模量明显增大,戊二醛促使胶原纤维间产生交联而增强角膜硬度.
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基于膨胀实验数据获取角膜屈光手术后力学参数的方法初探
目的:基于离体膨胀实验获得的角膜顶点与压力数据,探索利用有限元方法获得屈光手术后角膜力学参数的方法.方法:取实验兔4只,左眼为手术眼,右眼为对照眼.行标准的LASIK术实验兔2只,仅制瓣未对角膜基质层消融的实验兔2只,分别于术后不同时间点实施离体角膜膨胀实验.在离体膨胀实验中,利用位移传感器、压力传感器和显微镜分别获得角膜顶点位移、角膜内压力及角膜正侧面轮廓图像.根据获得的角膜轮廓图像构建角膜几何模型,用二阶Ogden模型描述角膜的本构关系,通过有限元方法模拟膨胀实验,将计算结果与膨胀实验数据比对确定角膜的力学参数,分析屈光手术后饲养一定时间时角膜的力学特性.结果:角膜膨胀实验获得的角膜顶点位移与压力呈非线性关系.在相同压力下,术后饲养一定时间后的兔眼角膜顶点位移量比对照眼小.二阶Ogden模型可以较好地描述屈光手术后角膜的力学特性.屈光手术后角膜弹性模量较对照眼大.结论:基于整体膨胀实验数据,利用有限元方法模拟角膜膨胀实验反推屈光手术后角膜力学参数的方法是可行的.
