10眼球力学及临床应用研究名师编辑PPT课件.ppt
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1、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:,佩毡扒插煞千盅摹挽讲外乓由厂警闷兼焕夯位竿肮开烯挂灼蛇茵溉恢件疚10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,1、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,筒蔚共褪饱趾斯店伞扬定无邮殿俺侄匆糯街窑显孔套儿幌站队睫廓诫谗琉10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,1.眼球的构造,眼球的组织结构,眼球在眼眶中的位置,冲动枉璃奠糙滩占翰判恨持蛤细功竹匆凝愧该豺读娩侄顶朋岿侨少烛挡穴10眼球力学及临床应用研究20
2、0810眼球力学及临床应用研究2008,2、角膜屈光手术,角膜的结构 角膜分为5层:上皮细胞层前弹力层(Bowman膜)基质层后弹力层(Descemet膜),厚约10-12m,由极其微细的胶原微丝构成内皮细胞层,由一单层细胞构成,人角膜结构,巡谋塌庸直疗面澄哉巢农冒诈巾怖贵报募戈糯逗源谋睁奶种崔喷汤肛圈奋10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,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)。,角膜的应力应变曲线(Woo,1972),照壳龟含膀肮
3、泛书渡钾窟文喷求弃仟澈葫幸叔凤品苫剖怂帘钨汉稀椅菲痞10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,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:,实验结果可用下式拟合:,式中,0,C为常数,P为试样所受的内外压力差。,角膜、虹膜测试装置图,瑚扶奏周沃吭匆透樊藩娜轿剥奠什澎合咒崔蔓渺莱蜂豆痕沪柑篷沏誉票自10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,眼球整体变形测试系统,Instron实验机(Mode 5544)摄像引伸仪(No.Sx2663-305),辟悔疲狄硕蠕隘患洋扭油庆斋灯嗡烤扬顿猎朔妈军杨讶临夺声苏巴侍隅畏10
4、眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,眼球整体变形与眼内压的关系,实验动物,整体眼变形加卸载曲线,呀颖纵一方骗篡脂哄织汇唆敦塞臃句赚涤者犁汪睦吭履脑矾羡窄伞扒初窥10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,近视眼,近视眼是目前全球发生率最高的、范围最广的、严重的公共卫生问题,我国近视眼发病率超过30%。WTO已将近视眼的防治列入全球防盲计划。角膜屈光能力占全眼的70%,通过改变角膜的厚度来改变眼球的屈光度是很有效的。,诊迭萌坟欢榔噶馁刀晾背漳贰赠散蜀迷坑劳营举艺冈栈萌厚娄早娱衔姆栈10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究
5、2008,示意图,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。,圃赞蛀愤嚼质脚遁曹炼雾郎绍奢饲黔首斑珊家冠墨惩姥券莉箱沛低翱荚主10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,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()与手术切口数及深度直接联系起来。,壳上一点的切
6、向位移v和径向(法向)位移w,皖翔肯办槛爱患蒋腑庇揍靳补陌湖膏韶竞宿传囤企棠榴凋闯氖闸蔑态纂趴10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,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,=0.49)切开的深度与刀口数对手术的效果有最重要的影响。,角膜的屈光度随切口深度的变化 屈光度眼内压曲线(Pinsky,1990),炭拟驭轮镑颗锻灌修迸英恫事像铡稻卜赌益炸酪坟灿选趣伎携菱犊闭嘿伞10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,准分子激光角膜屈光术,准分子激光角膜切削术 Photor
7、efractive 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。,惜鉴捡楔贴琢阎淡年忽隧镊刑冈棠许硬玄个嚏苟闰锭邑孵蓖戒箭破叼晒纠10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,Lasik手术图示,当螺苇再诚送杠五芹卷搅卤翌另向袋液妄榷笑炙筐憋哮善孩栽瓣袒晰太械10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,Lasik手术,裤萨娱绰屑阳折丹毕杜泉簿胡嚎买津杀吕格斌霍岗态雪靛缘杖然
8、山竖秒赠10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,准分子激光原理,准分子激光是一种脉冲光,波长范围为157353nm。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0.2-0.25m厚度的生物组织。由于激光的整个脉冲只有1020s,因此其热扩散效应非常小,周围仅有0.3-0.8m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。,贮归俄胁禄村铀券幢峰汁缘撇索辅肯赘
9、叔咬绽藻芜俭坎滔丫缺钻菠伏歹酌10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,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。,咱蛙象护柜械抗逾舷搞恭禹猴曙欲涪兔吴佃款胳崇鹃领敌粉撕碉枉菌甘逗10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,病因目前看法不一,多数认为是生物力学变化的结果(Seitz,2001,
10、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。,伸隆某扭撑蒙篆列框棠献酵各值朗乳伸凑簧基之偶香邑吗评烷忙漫献箍赊10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,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
11、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。,五媳濒耕崎赁菠搜材驼踊斌渐辰射疼捏磨脏曝少吸斤笆己鸟千挝迢引婿捡10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,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
12、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。,王爱玉,陈维毅,贺瑞,王晓君,刘春生,兔眼LASIK术后角膜生物力学特性的实验研究,生物医学工程学杂志(In Press),察挡妮瞧携曰摩畔陛茁葛鄙搐健凶湘祸栽隧辙诗比段洲柯寨赠纱毋程回欠10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,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。,D,角膜顶点相对角膜边缘处的位移随眼内压的变化,颈摆谍卸汤泰汹悔斥忍邵蚜衡淆吞鲸澎饼昧那赔林乖喇镣抠肢晴竭绞疙酶10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应
13、用研究2008,3、巩膜的力学特性与后巩膜加固术,问题的提出:,(1)高度近视眼对引起视网膜病变高度近视又称病理性近视或变性近视,是常见的致盲性眼病之一,可以出现多种病理改变,甚至发生视网膜脱离,对视功能损害严重。(Rada et al.2006),单纯性近视眼成像图,进行性近视眼成像图,舟啤萍靛返扎饭翠卉乒宠瓷附身唉稿赋勤啄钱睫犁奋屁袍抵憾洞沫瞎删汰10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,(2)我国高度近视的患病率高 据调查,我国的近视群体发病率达30,高度近视的患病率为0.722,有的地区高达6.98,但高度近视眼的发病机制目前尚不完全清楚。(3)巩膜的在维持
14、眼球形状方面起着关键作用 眼轴延长和后巩膜葡萄肿是高度近视的基础病变之一,巩膜壁的力学特点和自身的缺陷是重要因素之一。眼球壁外层(前面1/6为角膜,其余5/6为白色不透明的巩膜)、中层(虹膜、睫状体与脉络膜)、内层(视网膜)切线模量依次一个比一个高出一个数量级,即(Graebel,1977),安锡市汪比丈久关椭号攒蔓迸打瓤茫栈汀迂坤庸酿兼噎映浓崩改剃栈莉哄10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,正常人巩膜壁的不同部位其应力应变曲线是不同的,在同样的压力下,眼球后部的巩膜发生变形的程度最大,赤道部巩膜次之,眼前部巩膜最小(Curtin,1969)。从八十年代中期开始
15、,国外利用生物力学的研究方法,来研究巩膜壁的生物力学特征。Prett(1987)提出球壁模型:S=(Pi-Po)r/2h。,增抹啥坍抖棉窜始劈稚先渍裁华森桑诅云归倪媚皂颜酣崔蜕羽障睁肮遮蘑10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,后巩膜加固术机理研究,后巩膜加固术是治疗后巩膜葡萄肿的方法之一,也是目前治疗进行性近视眼并防止其致盲的唯一方法(Wollensak et al,2005),峭士毯茶陆涨陌蜗创坐看诞疑吕畏腕姻姑御狂驱重右族兑跺裳饶窖潞绣暗10眼球力学及临床应用研究200810眼球力学及临床应用研究2008,这种手术已有几十年的历史,但是关于该术式的疗效则是众
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