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《国防科学技术大学》 2006年
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人眼晶状体建模与仿真研究

刘卓  
【摘要】: 虚拟器官的研究是当前生物医学工程学中一个十分活跃的研究领域,而眼睛是人体最重要的器官之一。虚拟眼模型的构造需要采用多领域的先进技术,具有较高的研究意义和学术价值。同时虚拟眼研究的成果将在眼科学生理、病理研究和临床诊断、治疗等方面具有广阔的应用前景,有很高的实用价值。晶状体是人眼的重要组成部分,更是屈光调节功能系统的核心。而常见的近视、老视和白内障等常见疾病都与晶状体有着直接和密切的联系。因此对于人眼晶状体的建模和仿真研究,既是虚拟眼研究的重要组成部分,同时也能为各种晶状体相关疾病的病理研究和临床诊断提供重要的指导和参考,具有重要的社会价值。 本文研究人眼晶状体的几何建模、物理建模及功能仿真等内容,目标是建立虚拟眼器官的晶状体部分,并为虚拟眼其他部分研究的实现提供技术路线方面的参考。 本文的主要研究内容和成果为: 1.针对不同个体晶状体几何形态数据测量获取的多源性,将参数化引入晶状体的几何建模中,对不同来源的晶状体几何形态数据(国内外晶状体形态的临床研究成果)进行数据融合,提取晶状体直径、晶状体厚度、核直径、核厚度和核偏移等刻画晶状体的几何特征的参数,采用参数化建模方法,建立晶状体的二维轮廓,并将其扩展为三维实体模型,实现基于特征参数的晶状体模型的建立和显示。 2.在晶状体几何模型的基础上,采用有限元方法建立“晶状体-悬韧带-睫状体”联合作用的调节功能仿真物理模型,使得悬韧带的拉伸与收缩引起晶状体形态的改变,模拟晶状体最重要的调节功能;根据有限元方法的基本理论,对所建立的模型进行了理论分析,证明了在线性小形变的条件下,此类模型的解关于模型施加的拉力载荷和压力载荷都具有线性关系,且拉力载荷和压力载荷对模型解的影响具有线性叠加性;并应用上述理论分析结果,极大地简化了此类模型在不同拉力载荷和压力载荷作用下的模型求解过程。 3.应用29岁和45岁两个不同晶状体的物理模型,研究影响调节的因素,讨论了晶状体的形变随悬韧带刚度及位移的变化规律;根据仿真计算的结果,分析Helmholtz和Schachar两种不同的调节机制假说的合理性。计算结果表明,按照Helmholtz调节假说过程和Schachar调节假说过程所分别给出的基本仿真结果都与当前公认的调节过程的基本事实一致;对于Helmholtz调节仿真过程,其变化结果与}telrnholtz给出的描述完全相符,且模型物理参数的变化不改变调节过程中晶状体的形态改变规律,仅对变化的幅度有影响;而按照Schachar假说给出的基本仿真结果中关于“调节过程中晶状体直径增加”这一论断存在争议,当赤道部悬韧带的弹性较前、后悬韧带大时,能得到“调节中晶状体直径增加”这样的结果,而当赤道部悬韧带的弹性相对较小时则“调节时晶状体赤道直径减小”。对于Schachar假说的分析需要更准确的悬韧带物理参数的测量数据。不同年龄模型的对比分析验证了随着年龄的增大,晶状体形态和物理属性的变化导致了人眼品状体的调节能力不断减小,结果与老视机制的当前基本理论相符合。应用调节的物理模型。研究了房水产生的眼压对晶状体形态、屈光和调节功能的影响,仿真结果表明,压力对于晶状体的形态有着显著的影响;随着眼压的增大晶状体的厚度将减小,直径将不断增加,前、后表面曲率半径增大,晶状体的屈光力也将增大;压力作用下依Helmholtz假说的调节仿真计算则表明,压力和睫状体拉力对晶状体形变的影响作用是互相独立,且晶状体形变的基本规律与无压力作用下完全相同。这一结果说明,在应用物理模型按照Helmholtz假说研究调节时,忽略压力的影响不会改变晶状体形变的基本结果。 4.建立环形撕囊后前囊膜的有限元非线性大形变模型,分析在外力作用下的前囊膜的应力分布,研究撕囊开口大小与所能承受的最大拉伸长度的关系。仿真结果表明,撕开口越大,则囊膜所能承受的最大拉伸长度越大,这一结果与实验研究得到的结果完全一致;同时仿真研究还指出,在相同撕开口大小的情况下,囊膜受力作用范围的越大,则最大拉伸长度也会增大。而这一结论未被临床实验研究所发现。 5.在计算机上实现一个具有交互功能的晶状体三维显示和调节仿真系统。以参数化建模为基础设计并实现了晶状体三维显示系统,可通过改变输入参数来实现不同个体特征晶状体的三维可视化;以调节仿真模型为基础,初步建立了晶状体功能仿真平台,实现可模拟调节的互动功能,及人眼视觉光路的晶状体屈光力计算。本文工作的主要创新之处在于: 1.将参数化引入晶状体的几何建模中,提取能确定晶状体几何形态的参数,实现基于特征参数的晶状体模型的建立,用来显示具有不同个体特征的晶状体。 2.建立了“晶状体-悬韧带-睫状体”联合作用的有限元调节仿真模型,并依据有限元理论对模型进行了详细的理论分析,载荷之间都具有线性关系,且拉力载荷和压力载荷对模型解的影响具有线性叠加性;并据此提出了该模型有限元计算的简化方法。 3.利用调节仿真有限元模型,分别按照Helmholtz和Schachar两种不同的调节机制假说进行了仿真计算,验证了两种假说符合当前公认的调节形变事实,并得出模型依据Helmholtz假说的仿真结果具有稳健性;而依据Schachar假说提出的仿真结果则与悬韧带的弹性密切相关。 4.得出眼压对晶状体形态和屈光特性具有显著的影响,及在压力作用下依Helmholtz假说的调节时,压力载荷与拉力载荷对晶状体形态的影响独立的结论,从而说明在应用物理模型按照Helmholtz假说研究调节时,忽略压力的影响不改变晶状体形变的基本结果。 5.建立CCC后前囊膜的有限元形变的非线性大形变模型,研究CCC后撕囊开口大小与所能承受的最大拉伸长度的关系,得到了与实验研究完全一致的结果,并进一步指出,“在相同撕开口大小的情况下,囊膜受力作用范围的越大,则最大拉伸长度也会增大”这一结论。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:R319;TP391.9

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 仇安琪,白净;人体呼吸系统数学模型[J];北京生物医学工程;2000年01期
2 卢虹冰,白净,张立藩;多元非线性人体循环呼吸系统模型及其应用[J];第四军医大学学报;1999年03期
3 严灿荣,阎亦农;青年人晶状体悬韧带弹性的实验研究[J];广东医学院学报;2000年03期
4 袁永康;构建虚拟的人体器官[J];国外科技动态;2002年03期
5 张丽云;调节机制和老视的研究[J];国外医学.眼科学分册;2001年05期
6 饶惠英;晶体悬韧带的理化特性及其研究进展[J];国外医学.眼科学分册;1994年04期
7 梁皓,谭少健;尸眼晶体前囊悬韧带的解剖分析[J];广西医科大学学报;2001年01期
8 郝卫亚,李为慧,白净;左心室心肌局部缺血的生物力学模型及计算机仿真研究[J];航天医学与医学工程;2001年05期
9 石波,陈淑珍,沈海鸥;VC与Matlab接口方法的剖析[J];计算机工程;2000年03期
10 于力牛,常伟,王成焘,张富强;基于实体模型的牙颌组织三维有限元建模问题探讨[J];机械设计与研究;2002年02期
【共引文献】
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1 熊向军;钢筋砼结构抗火性能研究现状与展望[J];四川建筑科学研究;1999年04期
2 郭进军;张天航;黄秋风;;铸铁检查井盖的结构优化分析[J];四川建筑科学研究;2006年03期
3 汪敏;石少卿;肖丹;;局部火灾下钢框架的反应分析[J];四川建筑科学研究;2007年01期
4 温宇平;王清湘;;钢骨—钢管混凝土组合重载柱节点的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2008年02期
5 杨秀英;赵金城;王益超;;高温对管桁架节点承载力的影响[J];四川建筑科学研究;2008年02期
6 徐其功;孙业华;;基于ANSYS参数化设计语言门式刚架分析程序的二次开发[J];四川建筑科学研究;2008年02期
7 陈国栋;李章政;;钢筋混凝土框架异型节点非线性浅析[J];四川建筑科学研究;2009年02期
8 衡涛;宋彧;邝志斌;;应用ADINA模拟应力解除法对湿陷性黄土地基的纠倾效果[J];四川建筑科学研究;2012年01期
9 惠宽堂;黄斌;;BRBFs的结构影响系数研究方法初探[J];四川建筑科学研究;2012年02期
10 惠宽堂;黄斌;;BRBFs的抗震性能分析[J];四川建筑科学研究;2012年03期
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1 苏卫卫;刘扬;许友生;;垃圾填埋场中热效应和渗流机理的数值模拟[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
2 张军;贾瑞清;;基于DDE的Matlab与VB接口编程技术及其工程应用[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
3 张倩倩;袁宝国;刘为;李萍;候一江;;新型6300kN模锻液压机侧梁有限元分析及优化[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
4 刘维;丁文斌;朱莉娜;;基于ANSYS二次开发的焊接结构有限元分析系统[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
5 谭伦;王多垠;;内河框架直立式码头抗震分析方法及措施的探讨和应用[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
6 王飞;王国伟;;直埋供热管道变径处的受力分析与保护[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十六届学术交流大会论文集[C];2009年
7 冯智睿;张恩龙;;隔膜泵曲轴的参数化有限元分析[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
8 王荣;汤文成;赵春花;;精梳机钳板机构的振动平衡优化[A];2011全国高效能精梳机工艺技术开发与创新研讨会论文集[C];2011年
9 熊朝清;卢熹;;基于APDL参数化的磁极冲片结构分析[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年
10 陈树勋;汤勇;应鸿烈;白斌;王素暖;;后装式压缩垃圾车结构的有限元分析[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
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1 张春玉;预应力空间网格结构优化理论及可靠性分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张选利;柔性注压锚杆锚固特性研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
3 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
4 孟珣;基于动力特性的海上风力发电支撑结构优化技术研究[D];中国海洋大学;2010年
5 张永林;车辆道路数值模拟与仿真研究[D];华中科技大学;2010年
6 雷金;洛仑兹平面电机的结构动态特性研究[D];华中科技大学;2010年
7 陈海卫;波轮式全自动洗衣机脱水振动与抑制机理的研究[D];江南大学;2010年
8 江德增;斜塔斜拉桥施工与运营过程中的力学行为研究[D];华南理工大学;2010年
9 黄永辉;钢管混凝土拱桥拱肋病害机理与影响分析及吊杆更换技术研究[D];华南理工大学;2010年
10 徐少平;虚拟手术仿真中软组织实时形变模型的研究[D];南昌大学;2010年
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1 徐为海;金雀异黄素对兔角膜碱烧伤新生血管的抑制作用研究[D];南京医科大学;2009年
2 杨宝宽;正畸三维测力装置的设计与牙周应力分析系统的建立[D];南京医科大学;2009年
3 杨翎;他克莫司对TGF-β诱导的人Tenon's囊成纤维细胞转分化作用及相关信号转导通路的研究[D];南京医科大学;2010年
4 崔树新;可重构动态集成测量方法研究[D];河南理工大学;2010年
5 周磊;振动筛分机械的动态特性分析与结构优化设计研究[D];河南理工大学;2010年
6 邓小铭;基于OpenCV的物体三维检测系统研究[D];南昌航空大学;2010年
7 刘鸣;双回路直线型圆管角钢组合型输电塔静动力分析[D];山东科技大学;2010年
8 王睿;井筒受采空区塌落影响的破坏机理及治理研究[D];山东科技大学;2010年
9 郑珊珊;带流量稳定器的先导式比例减压阀设计研究与特性分析[D];山东科技大学;2010年
10 何敬玉;罗茨鼓风机振动噪声分析与数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 魏洪涛,张天夫,曾晨光,刘英,刘景新;牙颌三维有限元模型生成方法的探讨[J];白求恩医科大学学报;2000年02期
2 谭军,万卫平,王鸣鹏,张国桢,朱汉民,贾连顺;应用三维有限元法分析正常人腰椎椎体的应力分布[J];第二军医大学学报;1997年06期
3 夏顺仁,吕维雪;双平面投影心血管三维重建技术研究新进展[J];国外医学.生物医学工程分册;1993年05期
4 罗颂椒,饶跃,王大章,赵美英;功能矫形前伸下颌对幼年大鼠颅面颌生长发育影响的研究[J];华西口腔医学杂志;1992年03期
5 饶跃,罗颂椒,王大章,赵美英,肖邦良;下颌前伸后大鼠下颌髁突适应性生长改建的组织学和组织化学研究[J];华西口腔医学杂志;1992年03期
6 赵志河,房兵,赵美英;颅面骨三维有限元模型的建立[J];华西口腔医学杂志;1994年04期
7 罗颂椒,周征;功能矫形前伸大鼠下颌后髁突胰岛素样生长因子Ⅰ表达变化的研究[J];华西口腔医学杂志;1998年02期
8 卢虹冰,白净,张立藩;可后仰座椅提高 G 耐力的仿真研究[J];航天医学与医学工程;1997年01期
9 谢力勤,刘成林;骨的力负荷调节理论进展[J];航天医学与医学工程;1999年03期
10 吕维雪,徐振耀,符影杰;心电图QRST波仿真模型的构造与实现[J];中国科学(B辑 化学 生命科学 地学);1991年11期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邹杰;;小切口非超声乳化白内障囊外摘除术在大规模复明行动中应用体会[J];蚌埠医学院学报;2010年03期
2 龚文广;陈超丽;韩育红;廖燕;;超声乳化治疗合并白内障的急性闭角型青光眼的临床体会[J];实用临床医学;2011年01期
3 朱晓青!100730,魏文斌!100730,施玉英!100730,宋旭东!100730,何永奇!100730;超声乳化白内障吸除术中晶状体核脱位的原因及处理[J];中华眼科杂志;2000年02期
4 徐方,杨冠;超声乳化术中晶状体核脱入玻璃体2例[J];临床眼科杂志;2004年04期
5 胡春玲!737103,张晓农,惠延年;老年性白内障晶状体核硬度及相关因素研究[J];中华眼科杂志;2000年05期
6 张再菊,盛世峰;成熟期白内障超声乳化吸除术[J];中华眼科杂志;2002年11期
7 郦全福,易魁先,邓金印;超声乳化术中晶状体核下沉的处理[J];广东医学;2001年07期
8 惠延年,林培索,黄花梅,杜刚,石一宁;玻璃体手术中晶状体核机械性粉碎切除[J];眼外伤职业眼病杂志(附眼科手术);1999年06期
9 ;晶状体与玻璃状体疾病[J];国外科技资料目录(医药卫生);1998年02期
10 闫亦农;杨丽英;胡俊;高莉莉;;年龄相关性白内障患者晶状体核中11种元素的含量[J];微量元素与健康研究;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王志军;张鲲;;病案2 晶状体膨胀性青光眼[A];第十次全省中、西医眼科学术交流会(暨吉安地区眼科专委会成立会议)学术论文集[C];2010年
2 刘卓;徐秀英;王博亮;;基于OpenGL的人眼晶状体建模与可视化[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
3 黄文勇;;非超声乳化小切口白内障摘除术[A];第十二届广东省视光学学术会议专题讲座、论文汇编[C];2009年
4 姚克;;双手微切口超声乳化术及其技术平台[A];2005年浙江省眼科学术会议论文集[C];2005年
5 项振扬;;切除联合玻璃体机械碎核摘除玻璃体腔脱位晶状体的疗效观察[A];2007年浙江省眼科学术会议论文集[C];2007年
6 吴昌凡;郎平;梅立新;蔡瑞玲;黄宝玲;;固定式手法劈核在非超声乳化白内障摘除术中运用[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
7 朱煌;;铒-钇铝石榴石激光乳化白内障吸除术的临床运用[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年
8 马忠旭;刘汝瑜;;喇叭型与标准型针头在硬核白内障超声乳化手术效果的对比研究[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
9 姜剑;毕宏生;王兴荣;张建华;温莹;;玻璃体视网膜手术联合不同方式白内障摘除术后角膜内皮的改变[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
10 陈建康;;小切口无缝线白内障囊外摘除加人工晶状体植入术156例分析[A];2007年浙江省眼科学术会议论文集[C];2007年
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1 本报记者 王璐;老花眼“还童” 警惕白内障[N];保健时报;2009年
2 本报记者 曹玉祥;老年性白内障应积极防治[N];医药养生保健报;2010年
3 主任医师 王黎生 小文;挑战白内障[N];医药经济报;2002年
4 本报记者 王邻;“复明11号”:重启光明生活[N];贵州日报;2010年
5 ;近视十问[N];山西经济日报;2001年
6 周向东;老花眼减轻 白内障先兆[N];西藏日报;2002年
7 朱立明;白内障药物防治现曙光[N];中国医药报;2003年
8 北京大学人民医院眼科教授 鲍永珍;老年性白内障手术时机如何确定[N];健康报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 汤霞靖;进行性多形态先天性白内障疾病相关候选基因的定位和克隆[D];浙江大学;2007年
2 鲍春波;生物软组织建模仿真方法研究[D];大连理工大学;2008年
3 张军;热休克转录因子4基因突变致先天性白内障分子机理研究[D];河南大学;2010年
4 李蕊;波前视觉矫正和视神经特性的研究[D];南开大学;2012年
5 陈小璠;2003-2008年重庆主城区医院白内障手术现状调查及相关因素分析[D];第三军医大学;2011年
6 严宏;α-晶体蛋白作为分子伴侣及其翻译后修饰在白内障发病中的作用[D];第四军医大学;2001年
7 冯雪亮;一个晶状体脱位家系的连锁分析及临床回顾性研究[D];天津医科大学;2010年
8 竺向佳;人晶状体细胞膜流动性的年龄相关性改变及可溶性晶状体蛋白的调节作用[D];复旦大学;2010年
9 张露;多焦点和单焦点人工晶体植入术后视觉质量的对比研究[D];中南大学;2013年
10 章露易;白内障超声乳化术中后囊膜破裂风险因素分析[D];浙江大学;2013年
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1 孔俐;高强度聚焦超声对离体兔眼晶状体组织形态和弹性变化的影响[D];重庆医科大学;2012年
2 冯鹏飞;年龄对兔眼晶状体刚度的影响[D];太原理工大学;2012年
3 冯少颖;青白联合术治疗原发性闭角型青光眼合并厚晶状体白内障的疗效观察[D];南华大学;2010年
4 郝琳琳;晶状体摘除对发作期急性闭角型青光眼眼压控制的评估[D];山东大学;2013年
5 段祥龙;p38在体外培养的鸡胚胎晶状体半乳糖性白内障中的作用[D];第四军医大学;2008年
6 谢国丽;糖皮质激素受体介导的激素性白内障形成机制的研究[D];第四军医大学;2010年
7 李娟;UBM观察超声乳化晶状体摘除并人工晶体植入术治疗急性闭角型青光眼临床前期、先兆期疗效[D];南华大学;2011年
8 赵红;两种不同材料折叠式人工晶状体植入术后预防后发性白内障的临床研究[D];郑州大学;2012年
9 陈琼;去整合素Kistrin对晶状体摘除术后兔晶状体上皮细胞MMP-2和TIMP-2基因表达的影响[D];广西医科大学;2011年
10 尹沂;试剂ZS预防和治疗大鼠亚硒酸钠诱导的白内障作用研究[D];第三军医大学;2006年
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