本文關(guān)鍵詞： 眼角膜 生物力學(xué)性能 非破壞性測試 壓平法 三維數(shù)字圖像相關(guān)方法　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2012年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：精確測量角膜的生物力學(xué)性能如應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力松弛、彈性模量、遲滯和蠕變性能以及眼壁硬度等在眼科臨床對指導(dǎo)近視眼準(zhǔn)分子激光角膜屈光手術(shù)、青光眼及角膜疾病的診治等具有廣泛的參考和應(yīng)用價值。現(xiàn)有的一些角膜生物力學(xué)特性檢測方法如角膜拉伸法、角膜膨脹法、光學(xué)干涉法以及整個眼球的灌注測試法等,由于都是對角膜進(jìn)行離體測量,破壞了角膜固有的生理環(huán)境和結(jié)構(gòu)特征,因而這些技術(shù)都不能真實反映角膜的在體生物力學(xué)性能。眼反應(yīng)儀雖然可以實現(xiàn)角膜滯后和阻力特性的在體測量,但是由于沒有建立與經(jīng)典角膜力學(xué)參量如彈性模量、應(yīng)力和應(yīng)變等的定量關(guān)系,在眼科臨床的實踐中也缺乏具體的指導(dǎo)作用。因此,開展在體非破壞性的角膜生物力學(xué)性能檢測技術(shù)與有關(guān)理論和應(yīng)用研究,具有重要現(xiàn)實意義。 本論文工作是在安徽省自然科學(xué)研究項目“眼角膜生物力學(xué)特性在體測量方法及實驗研究”(11040606M128)和安徽省教育廳自然科學(xué)基金項目“角膜組織生物力學(xué)性能在體非破壞性檢測技術(shù)與應(yīng)用研究”(KJ2011z060)的支持下進(jìn)行的,論文對角膜生物力學(xué)性能非破壞性檢測方法及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。 (1)介紹了傳統(tǒng)的壓平和壓陷眼壓檢測及最近發(fā)展的新型眼眼壓測量技術(shù)中有關(guān)角膜變形的檢測方法。重點研究了壓平式眼壓計工作原理及其在角膜變形檢測中的應(yīng)用,壓平式眼壓測量技術(shù)對在體角膜變形檢測具有非損害、測量速度快和精度高等優(yōu)點。對角膜組織的幾何結(jié)構(gòu)、材料和生物力學(xué)性能等參量與眼壓的關(guān)系進(jìn)行了全面分析,研究一種可同時動態(tài)連續(xù)在體測量角膜變形壓平面積、角膜壓平力和角膜變形壓平位移的角膜變形壓平眼壓式測量新方法。研究角膜壓平力測量和角膜變形壓平面積或位移測量的關(guān)鍵技術(shù),并構(gòu)建新型角膜變形壓平眼壓式實驗檢測裝置,最后與“金標(biāo)準(zhǔn)”Goldmann壓平式眼壓計進(jìn)行了眼壓對比實驗研究。結(jié)果表明,兩者測量值有很好的一致性,證明角膜變形壓平式眼壓檢測裝置在壓平式眼壓測量時可以實現(xiàn)對角膜變形壓平的面積、角膜壓平力、眼壓與角膜變形壓平位移同時動態(tài)在體檢測。 (2)依據(jù)壓平式眼壓測量時眼角膜受力與變形情況分析,采用角膜殼體模型從理論上推導(dǎo)出角膜的彈性模量與角膜變形壓平面積、眼壓測量值及真正眼內(nèi)壓之間的定量關(guān)系,并研究角膜彈性模量壓平式檢測方法。通過角膜變形壓平眼壓式測量裝置,對角膜材料的彈性模量和蠕變力學(xué)行為進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果表明,角膜彈性模量壓平式檢測方法可以對角膜的彈性模量及角膜黏彈力學(xué)蠕變行為進(jìn)行有效地非破壞性檢測。 (3)研究了角膜變形壓平位移、壓平力和眼壁硬度的關(guān)系,以及眼壁硬度在體壓平法檢測技術(shù)。利用角膜變形壓平眼壓式測量裝置對不同眼球在不同眼壓下的角膜壓平力及角膜變形壓平位移進(jìn)行了實驗檢測。初步研究結(jié)果表明在相同的角膜變形壓平面積時,眼球呈現(xiàn)不同的壓平力-壓平位移曲線,該技術(shù)可以實現(xiàn)“個體化”人眼壁硬度在體非破壞性測量。 (4)數(shù)字圖像相關(guān)方法是一種非接觸全場光學(xué)檢測方法,具有光路簡單、量程局限小、全場測量等優(yōu)點,非常適合生物軟組織力學(xué)性能測量。研究基于雙目立體視覺的三維數(shù)字圖像相關(guān)方法(3-D Digital Image Correlation,3-D DIC)測量的一些基本理論與技術(shù)實現(xiàn),利用電子萬能試驗機(jī),分別以不同速率對軟管生理鹽水液柱高度進(jìn)行線性控制，模擬在體眼內(nèi)壓的變化,采用三維數(shù)字圖像相關(guān)方法對不同眼內(nèi)壓載荷情形下的角膜變形情況進(jìn)行非接觸和非破壞性的全場測量,對角膜變形及角膜的蠕變、滯后和松弛等生物力學(xué)行為進(jìn)行了系統(tǒng)實驗研究。結(jié)果表明采用3-D DIC方法可以完成角膜生物力學(xué)性能非破壞性檢測。 (5)角膜是黏彈性材料,同一角膜其彈性模量會隨荷載的變化而稍顯不同,利用拉伸裝置對角膜進(jìn)行拉伸的同時,采用3-D DIC等光學(xué)檢測方法雖然可以用來進(jìn)行離體角膜應(yīng)力檢測,但由于拉伸角膜具有破壞性,因而該技術(shù)不能真實檢測角膜的力學(xué)性能,不具有實用性。采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的殼體模型對角膜進(jìn)行假設(shè),基于薄膜理論的應(yīng)用,給出一個簡單的只采用3-D DIC方法即可完成角膜表面應(yīng)力檢測的新方法。通過角膜膨脹實驗,研究結(jié)果表明，利用3-D DIC采集的角膜變形位移數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)對模擬眼角膜在眼內(nèi)壓作用下的徑向和環(huán)向應(yīng)力分布進(jìn)行非破壞性檢測。
[Abstract]:It is important to accurately measure the biological mechanical properties of cornea such as stress , strain , stress relaxation , elastic modulus , hysteresis , creep property and ocular wall hardness . The work of this paper is carried out under the support of the research on corneal biomechanics in Anhui Natural Science Research Project ( 11040606M128 ) and the Natural Science Foundation of Anhui Provincial Education Department ( KJ2011z060 ) . The non - destructive testing methods and key technologies of corneal biomechanical properties are studied in depth . ( 1 ) A new method for measuring corneal deformation is introduced in this paper , which is based on the principle of appli - tional tonometry and its application in the detection of corneal deformation . ( 2 ) Based on the analysis of the stress and deformation of the cornea when the intraocular pressure is measured , the corneal shell model is used to derive the quantitative relationship between the elastic modulus of the cornea and the corneal deformation , the intraocular pressure measurement and the true intraocular pressure . The elastic modulus and creep mechanics behavior of the corneal material are studied experimentally . The results show that the elastic modulus of the cornea can be effectively nondestructive testing of the elastic modulus and the creep behavior of the cornea . ( 3 ) To study the relationship between corneal deformation , appling force and hardness of the eye wall , and the measurement of the hardness of the eye wall in vivo . The results show that the corneal appling force and the corneal deformation flattening displacement of different eyeball under different intraocular pressure can be measured by using the corneal deformation flattening intraocular pressure measuring device . The results show that the eyeball has different appling force - flattening displacement curve when the same corneal deformation is flattened area , and the technique can realize the non - destructive measurement of the hardness of the human eye wall in the individual . ( 4 ) The digital image correlation method is a non - contact all - field optical detection method , which has the advantages of simple optical path , small measuring range , full field measurement and the like , and is suitable for the measurement of the mechanical property of the biological soft tissue . ( 5 ) The cornea is a viscoelastic material , and the elastic modulus of the same cornea is slightly different depending on the change of the load . While the cornea is stretched by the stretching device , the technique can not truly detect the mechanical property of the cornea , but it is not practical . The experimental results show that the corneal deformation displacement data acquired by the 3 - D DIC can realize nondestructive testing of the radial and circumferential stress distribution of the simulated cornea under the action of intraocular pressure .

【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH786;R318.01

【參考文獻(xiàn)】

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1 王家權(quán),蔣和洋,曾衍鈞,李秀云,齊莉;放射狀角膜切開術(shù)有限元法計算機(jī)數(shù)值模擬的研究[J];北京生物醫(yī)學(xué)工程;1999年02期

2 張學(xué)勇;馬建國;盧榮勝;;眼壓檢測技術(shù)應(yīng)用研究[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年07期

3 梁娟;劉偉;季健;;青光眼患者生存質(zhì)量的研究進(jìn)展[J];眼科研究;2009年10期

4 劉志成,張昆亞,王玉慧;兔眼角膜生物力學(xué)特性的實驗研究[J];中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志;2003年03期

5 楊堅,曾衍鈞,黃昆,李志輝;人與豬角膜的生物力學(xué)特性之比較[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2001年02期

6 朱懷亮;謝嚴(yán);梁思輝;袁二娜;;活性豬眼角膜的各向異性生物力學(xué)行為研究[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2009年01期

7 曾衍鈞，任慶華，徐巽珠，李秀云，，胡泳霞，宋海蘭;豬眼角膜的本構(gòu)方程和應(yīng)力松弛[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;1995年04期

8 蔣百川;;近視眼研究的進(jìn)展[J];中國眼耳鼻喉科雜志;2011年01期

9 褚春漫;;青少年近視眼的防治[J];中國眼鏡科技雜志;2011年05期

本文編號：1492917