眼角膜生物力學(xué)性能非破壞性檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、精確測(cè)量角膜的生物力學(xué)性能如應(yīng)力、應(yīng)交、應(yīng)力松弛、彈性模量、遲滯和蠕變性能以及跟壁硬度等在眼科臨床對(duì)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(jià)值?，F(xiàn)有的一些角膜生物力學(xué)特性檢測(cè)方法如角膜拉伸法、角膜膨脹法、光學(xué)干涉法以及整個(gè)眼球的灌注測(cè)試法等，由于都是對(duì)角膜進(jìn)行離體測(cè)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(shí)反映角膜的在體生物力學(xué)性能。眼反應(yīng)儀雖然可以實(shí)現(xiàn)角膜滯后和阻力特性的在體

2、測(cè)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)交等的定量關(guān)系，在眼科臨床的實(shí)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(cè)技術(shù)與有關(guān)理論和應(yīng)用研究，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本論文工作是在安徽省自然科學(xué)研究項(xiàng)目“眼角膜生物力學(xué)特性在體測(cè)量方法及實(shí)驗(yàn)研究”(11040606M128)和安徽省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目“角膜組織生物力學(xué)性能在體非破壞性檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用研究”（J2011z060）的支持

3、下進(jìn)行的，論文對(duì)角膜生物力學(xué)性能非破壞性檢測(cè)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(cè)及最近發(fā)展的新型眼壓測(cè)量技術(shù)中有關(guān)角膜變形的檢測(cè)方法。重點(diǎn)研究了壓平式眼壓計(jì)工作原理及其在角膜變形檢測(cè)中的應(yīng)用，壓乎式眼壓測(cè)量技術(shù)對(duì)在體角膜變形檢測(cè)具有非損害、測(cè)量速度快和精度高等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)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(shí)動(dòng)態(tài)連續(xù)在體測(cè)量角膜變形壓平面積、角膜

4、壓平力和角膜變形壓平位移的角膜變形壓平跟壓式測(cè)量新方法。研究角膜壓平力測(cè)量和角膜變形壓平面積或位移測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)，并構(gòu)建新型角膜變形壓平眼壓式實(shí)驗(yàn)檢測(cè)裝置，最后與“金標(biāo)準(zhǔn)”Goldmann壓平式眼壓計(jì)進(jìn)行了眼壓對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，兩者測(cè)量值有很好的一致性，證明角膜變形壓平式眼壓檢測(cè)裝置在壓平式眼壓測(cè)量時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)動(dòng)態(tài)在體檢測(cè)。
　　 (2)依據(jù)壓平式眼壓測(cè)量時(shí)眼角膜受

5、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(cè)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(cè)方法。通過角膜變形壓平眼壓式測(cè)量裝置，對(duì)角膜材料的彈性模量和蠕變力學(xué)行為進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，角膜彈性模量壓平式檢測(cè)方法可以對(duì)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(cè)。
　　 (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(cè)技術(shù)。

6、利用角膜變形壓平眼壓式測(cè)量裝置對(duì)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(shí)驗(yàn)檢測(cè)。初步研究結(jié)果表明在相同的角膜變形壓平面積時(shí)，眼球呈現(xiàn)不同的壓平力-壓平位移曲線，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“個(gè)體化”人眼壁硬度在體非破壞性測(cè)量。
　　 (4)數(shù)字圖像相關(guān)方法是一種非接觸全場(chǎng)光學(xué)檢測(cè)方法，具有光路簡(jiǎn)單、量程局限小、全場(chǎng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，非常適合生物軟組織力學(xué)性能測(cè)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-DDigitalIm

7、ageCorrelation，3-DDIC)測(cè)量的一些基本理論與技術(shù)實(shí)現(xiàn)，利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)，分別以不同速率對(duì)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(duì)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(chǎng)測(cè)量，對(duì)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(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明采用3-DDIC方法可以完成角膜生物力學(xué)性能非破壞性檢測(cè)。
　　 (5)角膜是黏彈性材料，同一角膜

8、其彈性模量會(huì)隨荷載的變化而稍顯不同，利用拉伸裝置對(duì)角膜進(jìn)行拉伸的同時(shí)，采用3-DDIC等光學(xué)檢測(cè)方法雖然可以用來進(jìn)行離體角膜應(yīng)力檢測(cè)，但由于拉伸角膜具有破壞性，因而該技術(shù)不能真實(shí)檢測(cè)角膜的力學(xué)性能，不具有實(shí)用性。采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的殼體模型對(duì)角膜進(jìn)行假設(shè)，基于薄膜理論的應(yīng)用，給出一個(gè)簡(jiǎn)單的只采用3-DDIC方法即可完成角膜表面應(yīng)力檢測(cè)的新方法。通過角膜膨脹實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明，利用3-DDIC采集的角膜變形位移數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬眼角膜在眼內(nèi)壓