人眼角膜组织弹性成像影响因素的仿真研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lvchao222
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角膜疾病可能会导致角膜组织弹性模量等参数发生改变,从而引起角膜组织生物力学特性的改变,影响角膜弹性成像结果。因此,本文基于有限元分析的方法模拟弹性成像,定量分析超声弹性成像在角膜疾病中的作用,对基于剪切波的光学相干弹性成像在角膜弹性测量中所受到的影响因素进行分析。主要的研究内容如下:(1)构建经典人眼三维有限元模型,有限元法被用于模拟角膜组织的超声弹性成像,然后通过改变角膜病变组织与正常组织杨氏模量的数值大小及分布,模拟角膜病变的不同情形,计算不同情形时的应变、应力和位移分布,并对仿真结果进行分析。结果表明,当角膜正常组织与病变组织的杨氏模量值之比为1:4时,正常区域中心的应变绝对值是病变角膜相同位置的2.67倍,而应力值是病变区域中心的0.64倍。当角膜正常组织与病变组织的杨氏模量之比为4:1时,结论则相反。研究结果能为弹性成像在眼科临床应用上提供理论指导。(2)构建个性化人眼三维有限元模型,提出了一种将探测点的位移转化为时间-位移图以及从图中提取位移峰值的算法,定量分析了人眼OCE试验中的影响因素,并根据琼脂仿体的实验和有限元模拟的结果,验证本课题有限元方法的可行性,然后从眼内压、结构参数和材料粘弹特性这三个方面来评估对波速的影响。结果表明,线弹性材料下角膜剪切波波速与眼内压相关性很弱,在粘弹性材料下波速随眼内压线性减小,而在超弹性材料下则是非线性增大。不同角膜结构对波速存在影响,角膜波速会随着粘弹特性的变化而发生变化。(3)构建人眼角膜非均匀弹性分布模型,并考虑实际角膜中弹性分布情况,进一步分析激励源的位置、检测区域范围和检测深度对人眼角膜弹性分层OCE的影响。结果表明,当激励源的位置放置在角膜前后基质层的接壤边界处时,测量误差比放置在其他位置时的测量误差更大。检测长度的变化对角膜前基质层或者角膜后基质层的波速测量都会产生较大测量误差。随着角膜检测深度的变化,相应测量的波速也会发生改变,这对实验中不同深度下角膜波速的测量具有指导意义。总之,采用瞬态有限元分析方法能更好地研究影响角膜弹性成像的因素,而这些因素与角膜波速的测量相关,因此提高弹性成像的准确度,实现对角膜疾病的精准诊疗必须要考虑这些因素。
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