眼球力学及临床应用研究课件.ppt

眼球力学及临床应用研究陈 维 毅太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所E-mail: chenweiyi@tyut.edu.cn 1、眼球的构造2、角膜屈光手术3、巩膜的力学特性与后巩膜加固术4、眼球的运动模型及其应用 提 纲 1. 眼球的构造 2、角膜屈光手术 角膜的力学特性 角膜的应力-应变关系是非线性的 (Woo,1972) 作为对角膜替代材料的研究，猪角膜有于人角膜相近的应力应变关系，但应力松弛存在较大差异（杨坚，2001）。 刘志成等(2003)设计了一套测量离体虹膜及角膜的装置 用面应变来表征变形： 眼球整体变形测试系统 眼球整体变形与眼内压的关系 近视眼 放射状角膜切开术 发展于上世纪80年代 在角膜前极的3-4mm的“视区”的周围切一组(4-16条)径向刀口，改变角膜的有效弹性，使角膜的前极变得较平（曲率半径增大），调节其折光能力。 经典弹性理论中的无矩理论  手术切开越深效果越好，实际上，手术切开深度可达角膜厚度的90-95% (Werner,1986)； 眼内压波动大的患者来说，施行角膜切除术后，带来视力剧烈波动的危险增大了。 缺陷，没有将刚度函数B（φ）与手术切口数及深度直接联系起来 。 数值分析方法 Pinsky等(1990)、王家权等（1999）利用线弹性球壳模型（王家权等，取E=1.8Mpa，μ=0.49） 切开的深度与刀口数对手术的效果有最重要的影响。 准分子激光角膜屈光术 准分子激光角膜切削术 Photorefractive Keratectomy ，PRK 准分子激光原位角膜磨镶术 laser in situ keratomileusis, LASIK 目前开展最为广泛且临床疗效明确的治疗近视的两类角膜屈光手术。我国每年有近百万人接受该手术治疗。 Lasik手术图示 Lasik手术 准分子激光原理 准分子激光是一种脉冲光，波长范围为157－353nm。 光化反应 组织受到远紫外光作用时，会断裂分子之间结合键，将组织直接分离成挥发性的碎片而消散，对周围的组织则没有影响。 精确、对周围组织无损害、对眼内部组织无损害 每一发激光可以切削0.2-0.25μm厚度的生物组织。由于激光的整个脉冲只有10－20μs，因此其热扩散效应非常小，周围仅有0.3-0.8μm的组织会受到伤害；电磁波对于角膜的穿透力随着波长的缩短而减少。在400nm波长以下，穿透力减至零。 动物术后角膜超微结构检查。 问题：继发性圆锥角膜 1998 年Seiler等首次报道了LASIK 术后产生继发性圆锥角膜, 此后，不断有病例报告, Pallikaris（2001） 等报道发生率为0.66 %。(陈跃国 ，2002) 继发性圆锥角膜是严重的角膜并发症，会对术后视力造成破坏性的影响，部分病例不得不进行穿透性角膜移植术。 病因目前看法不一, 多数认为是生物力学变化的结果(Seitz, 2001, Piccoli , 2003,Wang,2003) 。 Comaish（2002)认为角膜基质的改变与继发性圆锥角膜的发病有着密切的关系。 圆锥角膜的主要病理改变为角膜基质变薄，角膜前凸，这可能与胶原数量减少以及胶原纤维异常分布和排列有关。角膜受损后出现的炎性反应,能引起角膜基质的分解酶活性增加,导致角膜融解、变薄、从而导致继发性圆锥角膜。 Haydee（2005）, Smith（2006）等认为MMPs在角膜的多种生理及病理反应中发挥作用 如在角膜伤口愈合过程中可见角膜上皮细胞、基质细胞及中性粒细胞分泌多种MMPs以促进基底膜重塑、创面收缩及纤维修复组织沉积，当MMPs表达不当则可导致瘢痕的形成。 如果LASIK术后MMPs表达异常就会使胶原的降解发生改变，使角膜的力学性能降低，可能诱发继发性圆锥角膜的发生 (Dupps, 2005) 。 此外，术后角膜层变薄，所受的应力明显增大。这种力学环境的改变对Lasik术后圆锥角膜病变的发展是一个不可忽视的因素。 LASIK手术研究初步 对44只实验动物（兔）分四组，每一个手术组接受一种切削量的角膜切削术实验。术后6个月，用明胶酶谱分析法检查术后各组角膜之间明胶酶含量的变化、及生物力学测试分析。 用粘弹性材料模型，根据实验得到的数据处理导入，对眼球的变形进行模拟分析。 3、巩膜的力学特性与后巩膜加固术 后巩膜加固术机理研究 存在的问题 巩膜生物力学特性测试分析 巩膜的力学特性 不同组织材料的蠕变曲线与弹性模型比较 加固术后巩膜的力学特性与胶原含量测定 可用摄像引伸计的夹持方法 加固术后1个月眼球与对照组眼球的表观 加固术后2个月眼球与对照组眼球的表观 加固术后9个月眼球与对照组眼球的表观