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《天津大学》 2018年
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基于单轴拉伸实验的人角膜的生物力学性能的研究

向尧齐  
【摘要】:屈光不正是眼科最常见的疾病之一。近年来,随着现代角膜屈光手术的快速发展,出现了大量的近视激光治疗技术。飞秒激光小切口透镜取出术(SMILE)作为一种新手术,成为人们关注的焦点。尽管SMILE手术提供了令人满意的屈光结果、可预测性和术后稳定性,但手术后的并发症仍未解决。由于角膜屈光手术是通过消融一定厚度的角膜改变屈光力实现矫正视力的目的,屈光手术改变了角膜的完整性,导致角膜术后生物力学性能有了变化。为了预测角膜屈光手术后角膜的变形和内力,角膜生物力学的一个重要研究课题是确定近视患者角膜的材料性能参数。本文以SMILE角膜屈光手术取出的角膜透镜为研究对象,通过单轴拉伸实验及有限元数值模拟的方法研究了人角膜的生物力学性能。收集了34对左右眼角膜透镜,它们来自于年龄在17-39岁近视患者(11男,23女)。为了比较角膜的各向异性,将同一人的左右眼角膜透镜沿不同方向切割成矩形截面的拉伸试样,通过单轴拉伸实验确定了它们的应力-应变曲线和抗拉强度,比较了它们在水平方向和垂直方向的应力-应变关系、弹性模量和抗拉强度。综述了现有的角膜的超弹性本构理论,基于角膜的微观结构,采用Gasser-Ogden-Holzapfel(GOH)本构模型描述人眼角膜的生物力学行为,推导了GOH模型在单轴拉伸实验下的理论应力-应变关系,通过最小二乘法拟合单轴拉伸实验的应力-应变曲线,得到了人眼角膜组织的本构参数C_(10),k_1和k_2的值。根据临床上测得的角膜的几何参数和屈光手术的消融函数,建立了人眼角膜和角膜透镜的三维有限元模型,采用ABAQUS软件中的Holzapfel本构模型,通过模拟单轴拉伸实验验证了实验得到的材料参数的准确性;通过模拟角膜和角膜透镜的膨胀实验,比较了不同拟合方法对GOH模型材料参数的影响,确定了数值模型的材料参数。建立了SMILE手术后的角膜的三维有限元模型,将单轴拉伸实验得到的材料参数带入到数值模拟中,分析了一个近视病患手术后角膜后表面顶点位置差的变化情况。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:R318.01

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