眼球眼外肌有限元模型的建立与力学分析.docx

眼球■眼外肌有限元模型的建立与力学分析 第25卷第3期 2006年6月 北京生物医学工程 BeijingBiomedicalEngineering V01.25NO.3 Jun.2006 眼球一眼外肌有限元模型的建立与力学分析 周伊频王广志丁辉焦永红 摘要将有限元分析(FEA)方法运用到眼科研究中，建立了眼球和眼外肌的三维有 限元模型并进行外力 加载，通过非线性有限元计算过程得岀模型的位移，应力，应变等结果，探讨眼部结 构与受力,运动之间的关 系,所得结果与眼科临床知识相符合. 关键词眼球眼外肌有限元分析力学分析 中图分类号R3101文献标识码A文章编号1002.3208(2006)03—0228—03 TheFiniteElementModelingandBiomechanicalAnalysisoftheEyeball 一 Extraoculars.ZHOUYiyi.WANG CuangzhiL,DINGHuiL,jIAOYonghong 订 DepartmentofBiomedicalEngineeiingTsingh uaUners,Beng 100084; 2Departmentofophthalmology,BengTongrenHospital,Beng 100730 【 Abstract 】 Finiteelementanalysis(FEA)playsanimportantroleinthebiomechanicalfield.Inthispapor, weusedFEAmethodin theareaofbphthalmology.Wegeneratedaneyeball-extraocularsmodelandconvertedittom eettheneedofFEAprocess.Weexertedoutsideforces onthestructurefornonlinearcomputationandgotthedistributionsofdisplacement,stressan dstrain.Wealsodiscussedtherelationshipamong eyeSstructure,outsidefbrceandmove.Theresultscorrespondedwiththebasictheoryofopht halmology.Weputforwardsomerelatedaspectsfor discussionandadvancedresearchaswell [Keywords] eyeballextraocularsfiniteelementanalysis(FEA)biomechanicalanalysis 视器是人类重要的感觉器官，然而由于眼部组 织所占体积小，结构精细,目前国内很少有人对其 采用力学建模的方法进行深入研究?美国JoelM Milled専士的研究室…在眼部组织的受力分析方面 开展了一系列工作，给这方面研究带来很多启示. 本研究希望建立一个在解剖学水平上比较精确的眼 球一眼外肌三维模型，通过有限元分析的方法，计 算眼部结构在外力作用下的位移,应力和应变情 况,得到模型运动与受力的关系?这方面的研究是 具有明确临床意义的，可以在诊断治疗方面用该模 型做一些指导或验证工作，来探讨眼科疾病产生的 病理机制或研究相应的治疗方案.例如在研究垂直 斜视过程中，上斜肌损伤是引起斜视的主要因素， 医牛往往靠改变下斜肌附着点来治疗纠正?在模型 中，可通过改变下斜肌附着点位置来改变它的受力 方向，观察眼球转动的变化规律，也可以用模型来 基金项R :清华一裕元医学研究基金资助 作者单位：1清华犬学生物医学工程系(北京100084) 2北京同仁医院眼科中心(北京100730) 作者简介:周伊颇(1979 —)，女,硕士研究生. 模拟病眼情况，对其进行分析. 1方法 1.1几何建模 建立眼部组织几何模型是进行有限元分析的基 础.比较三种建模方法:一是用规则体建模，二是 基于解剖学参数建立比较精确的模型，三是基于临 床影像切片进行建模. 用常规的几何体组合来模拟眼部结构,可以用 球体模拟眼球，圆柱体模拟肌肉.这样的模型过度 简化，只适用于初步定性分析.而通过切片图像进 行建模，主要是运用图像处理和三维重建技术从切 片图像集中提取出感兴趣部位，模型可以根据个体 建立得比较精确，但是不具有通用性，而且可能过 于复杂.对于眼科图像而言，在体的医学成像过程 很难达到所需精度，建出的模型效果不一定好，而 且要将几何模型运用到有限元分析领域屮还需要解 决两者的接口问题，所以在研究初期暂时不考虑用 这种模型做分析. 收集和整理一系列眼科资料，学习眼科相 关的解剖学知识，根据解剖结构采用临床