【摘 要】
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近视是一种常见的眼科疾病。随着角膜屈光手术的发展,越来越多的患者通过手术改善了视力。然而屈光手术对于个别个体具有一定的风险。手术切除角膜基质层的一部分,通过改变角膜的几何形貌来改变角膜的屈光力。在前房液眼内压(intraocular pressure,IOP)作用下,角膜变薄之后会达到新的生理平衡状态。因此,角膜的生物力学性能对于术后效果会产生关键影响。通过实验评估角膜的力学性能对于预测术后角膜变
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近视是一种常见的眼科疾病。随着角膜屈光手术的发展,越来越多的患者通过手术改善了视力。然而屈光手术对于个别个体具有一定的风险。手术切除角膜基质层的一部分,通过改变角膜的几何形貌来改变角膜的屈光力。在前房液眼内压(intraocular pressure,IOP)作用下,角膜变薄之后会达到新的生理平衡状态。因此,角膜的生物力学性能对于术后效果会产生关键影响。通过实验评估角膜的力学性能对于预测术后角膜变形、控制术后并发症发生风险具有重要意义。无接触式眼压计CorVisST(corneal visualization Scheimpflug technology)使用一束脉冲气流冲击角膜中心区域,并采用高速相机记录角膜的变形,不仅能提供更准确的眼压测量结果,其测量过程还具有作为在体实验来评估角膜力学性能的潜力。本文采用描述角膜内纤维分布规律的各向异性超弹性本构理论,表征在体角膜组织材料的超弹性力学行为,推导有限元数值公式,编写ABAQUS用户材料子程序,将该本构模型应用于有限元计算,为后续研究提供基础;分别使用结构分析和流固耦合分析法模拟了CorVisST测量过程,探究了气-固界面的模拟方式对模拟结果的影响,并提出了结合数字图像处理和FLUENT/UDF函数定义流场动边界的模拟方法,提高了逆解效率;研究了固支边界条件和移动边界条件下角膜的动态响应,探讨眼球运动对角膜变形的耦合影响;最后使用逆解有限元法提取了不同角膜本构模型的参数,探讨了角膜力学性质对角膜变形的影响,评估了此方法对于提取角膜材料参数的可行性。研究表明,流固耦合对于精确模拟CorVisST测量过程是重要的,角膜的变形对流场具有显著影响;线性弹簧-线性阻尼器系统不能很好地模拟眼球运动,该系统对于角膜变形无显著影响;角膜的非线性、纤维分布对角膜的变形曲线轮廓有显著影响,这可能有助于在使用有限元反逆求解角膜材料参数时构建合适的反解策略,并有希望得到角膜基质剪切模量及纤维刚度的个体化差异。
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