眼球体积随内压变化的实验研究及有限元数值模拟

论文摘要

本文在总结前人对巩膜实验工作的基础上，对在实验过程中出现的渗漏问题进行了专门的讨论。在巩膜力学实验过程中，渗漏对于实验结果有较大的影响，会导致实验结果的重复性较差。由于渗漏是相对缓慢的过程，可认为在某一高度下为匀速。通过在预实验阶段测量渗漏可发现渗漏速度与高度（压力）成线性规律，因此选取整个实验中INSTRON仪上升高度的一半测量渗漏速度，并将此速度看作整个循环实验的平均值。并且为了更接近眼球的状态，采取了三次渗漏两次循环的办法，最终的渗漏速率将采用循环实验前和实验后所测得的平均值。通过以下公式计算眼球的变形：△v=（h-kt）s，经过这样处理后所得结果较前有明显的效果，眼球力学性能的循环曲线基本达到封闭，消除了实验误差，比起原来的封闭贴膜法简洁有效。通过对比发现离体眼比在体眼的渗漏要大。计算眼球的刚度系数发现眼球在开始阶段更多表现出弹性的特征，而眼内压继续升高后，眼球在逐渐膨胀的过程中弹性特征逐渐减弱，粘弹性特征逐渐明显；在同等眼内压下，在体眼的刚度系数明显比离体眼要小。结合眼球的整体尺寸建立了三维壳体的ANSYS有限元模型，重新整理了眼球尺寸的测量和计算。通过测量眼球的体积、前后径、左右径和角膜部分的矢径，计算角膜壳厚度和巩膜椭圆的短轴，从而建立了模型。建模所用的具体数值采用前人所测量的平均值，给出了其弹性状态下应力和应变的模拟结果，发现在眼球后极部附近均有较大的应力和变形存在，这与文献报道的青光眼的病理一致，也与实验当中发现视神经处存在漏水现象相对照。说明在高眼压情况下，视神经周围组织会首先失效。计算了模型的瞬时硬度，与离体眼的瞬时硬度比较双方误差较小，说明模型能较好的反映眼球的弹性性质。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 眼球力学研究进展
• 1.1 眼部组织结构简介
• 1.2 测试巩膜力学性质的实验方法
• 1.3 关于眼球硬度的研究
• 1.4 眼球有限元模型的建立
• 1.5 诱导性近视
• 1.6 青光眼的机理
• 第二章 巩膜力学性能的实验测定
• 2.1 眼球整体实验方法的建立
• 2.1.1 离体实验方法的建立
• 2.1.2 实验误差的测定
• 2.1.3 引入应变摄像引伸仪测量液面高度
• 2.2 兔眼眼球压力与体积变化在体实验
• 2.3 兔眼眼球压力与体积变化离体实验
• 2.4 兔眼巩膜单轴拉伸实验
• 2.4.1 实验步骤
• 第三章 巩膜力学性能实验方法的改进
• 3.1 处理渗漏的物理方法
• 3.2 实验结果的修正
• 3.3 眼球的刚度系数
• 第四章 眼球有限元模型的建立
• 4.1 眼球的几何尺寸计算
• 4.2 Ansys简介
• 4.3 Ansys模型的建立
• 4.4 Ansys有限元模拟结果
• 4.5 Ansys有限元模型的刚度系数计算
• 进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文