基于眼生物力学性能的散光性角膜切开术有限元分析

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目的:  建立散光性角膜切开术的有限元生物力学模型,模拟散光性角膜切开术预测其矫正角膜散光的作用。初步研究各项手术参数对术后角膜形态改变、应力分布及散光矫正量的影响,为散光性角膜切开术的临床应用提供理论支持,为后续研究奠定基础。  方法:  利用Rhinoceros三维几何模型软件,计算前表面两主子午线上的角膜曲率值,建立定量的散光角膜模型。设置不同的切口半径、切割深度、切口弧长等手术参数,模拟散光性角膜切开术。将Rhinoceros所建立的散光性角膜切开术模型利用SAT文件接口导入Abaqus有限元分析软件。在Abaqus中对模型设置弹性模量及泊松比定义材料属性,选择角膜内表面加载均匀的压强模拟眼内压对角膜的作用力,设置模型边缘为不可移动模拟角巩缘处的角膜受力情况,选择四面体单元,进行网格自动划分,最终提交软件进行有限元分析。得到模拟散光性角膜切开术后的角膜形态,各节点坐标、应力及位移情况。根据最小均方差的原理,利用节点坐标拟合计算得到术后角膜散光值。  结果:  建立起了基于角膜生物力学性能的散光性角膜切开术有限元模型。对于术后角膜,在切口边缘及切口底部可见明显的应力集中,随着切口半径、切割深度及切口弧长的增加,术后角膜应力最大值并未见相应的规律变化。术后角膜前后表面隆起度增加,前后表面稍向前凸起。随着切口半径、切割深度及切口弧长的增加,前后表面顶点位移均相应增加,呈正相关的关系。相同的手术参数设置下,后表面顶点隆起度比前表面大。术后角膜陡峭子午线上屈光力减小,平坦子午线上屈光力增大,术后角膜散光值减少,角膜整体呈“球面化”改变。切口弧长分别为30°、45°、60°及90°时,可分别矫正0.85D、1.59D、2.23D、及3.06D的散光值,两者呈正相关。  结论:  1.建立了具有可操作性的基于角膜生物力学性能的散光性角膜切开术有限元模型。  2.散光性角膜切开术对角膜生物力学的表现有一定影响,随着切口半径、切割深度及切口弧长的增加,角膜前后表面形变增加。  3.散光性角膜切开术有限元模型可初步预测不同手术设计方案的散光矫正量。随着切口弧长的增加,散光矫正量增加。
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