眼角膜生物力學性能非破壞性檢測技術(shù)研究.pdf

1、精確測量角膜的生物力學性能如應力、應交、應力松弛、彈性模量、遲滯和蠕變性能以及跟壁硬度等在眼科臨床對指導近視眼準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用價值?，F(xiàn)有的一些角膜生物力學特性檢測方法如角膜拉伸法、角膜膨脹法、光學干涉法以及整個眼球的灌注測試法等，由于都是對角膜進行離體測量，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性能。眼反應儀雖然可以實現(xiàn)角膜滯后和阻力特性的在體

2、測量，但是由于沒有建立與經(jīng)典角膜力學參量如彈性模量、應力和應交等的定量關系，在眼科臨床的實踐中也缺乏具體的指導作用。因此，開展在體非破壞性的角膜生物力學性能檢測技術(shù)與有關理論和應用研究，具有重要現(xiàn)實意義。
　　 本論文工作是在安徽省自然科學研究項目“眼角膜生物力學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基金項目“角膜組織生物力學性能在體非破壞性檢測技術(shù)與應用研究”（J2011z060）的支持

3、下進行的，論文對角膜生物力學性能非破壞性檢測方法及關鍵技術(shù)進行了深入的研究。
　　 (1)介紹了傳統(tǒng)的壓平和壓陷眼壓檢測及最近發(fā)展的新型眼壓測量技術(shù)中有關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用，壓乎式眼壓測量技術(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)、材料和生物力學性能等參量與眼壓的關系進行了全面分析，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

4、壓平力和角膜變形壓平位移的角膜變形壓平跟壓式測量新方法。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“金標準”Goldmann壓平式眼壓計進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

5、力與變形情況分析，采用角膜殼體模型從理論上推導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行為進行了實驗研究。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蠕變行為進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系，以及眼壁硬度在體壓平法檢測技術(shù)。

6、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)字圖像相關方法是一種非接觸全場光學檢測方法，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性能測量。研究基于雙目立體視覺的三維數(shù)字圖像相關方法(3-DDigitalIm

7、ageCorrelation，3-DDIC)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，分別以不同速率對軟管生理鹽水液柱高度進行線性控制，模擬在體眼內(nèi)壓的變化，采用三維數(shù)字圖像相關方法對不同眼內(nèi)壓載荷情形下的角膜變形情況進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行為進行了系統(tǒng)實驗研究。結(jié)果表明采用3-DDIC方法可以完成角膜生物力學性能非破壞性檢測。
　　 (5)角膜是黏彈性材料，同一角膜

8、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行拉伸的同時，采用3-DDIC等光學檢測方法雖然可以用來進行離體角膜應力檢測，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性能，不具有實用性。采用結(jié)構(gòu)力學中的殼體模型對角膜進行假設，基于薄膜理論的應用，給出一個簡單的只采用3-DDIC方法即可完成角膜表面應力檢測的新方法。通過角膜膨脹實驗，研究結(jié)果表明，利用3-DDIC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