基于有限元方法的角膜屈光手术分析

【摘要】： 虚拟器官的建模与仿真是当前国际上研究的前沿课题,眼睛作为人体中一个极为精密且十分重要的器官,其建模与仿真的实现具有十分重要的意义。而角膜是人眼的重要组成部分,对眼睛的屈光度影响最大。角膜屈光手术通过改变角膜的屈光力来达到矫正屈光不正的目的,由于手术方便、疗效显著,且不需要佩戴眼镜,因此受到人们普遍欢迎。而术后的应力分布及手术中采用的不同参数对手术效果的影响一直是医患双方都比较关心的问题。运用有限元的方法分别建立角膜屈光手术前后的有限元模型,并通过分析对比手术前后眼角膜的应力分布及变形情况,可以为实际手术中不同情况进行预测,为实际的屈光手术提供指导。 本文首先分析了角膜的物理形态,在此基础上,简化了角膜的模型,分别建立了几种角膜屈光手术前后的有限元模型;然后在建立的有限元模型的基础上,针对当前常见的屈光手术(RK、LTK、LASIK)进行了仿真研究和分析,探索了屈光手术的实现原理,并详细分析了眼内压对角膜屈光手术的影响及各手术参数对角膜屈光手术的影响。 本文研究工作的主要内容及创新主要包括以下几点: 1.构建了RK手术前后的有限元模型,并对手术前后的角膜形态进行了仿真,分析了眼内压对正常情况下及RK手术后的角膜的影响,研究了RK手术中切口深度对手术效果的影响。 2.针对LTK手术的特点,首先对激光照射下的角膜进行了热分析,研究了角膜在激光照射后的热分布及热传递情况;然后在此基础上建立了LTK手术后的有限元模型,对比分析了在相同眼内压作用下不同光学区半径对LTK手术的影响以及相同光学区直径下不同的眼内压对角膜的影响。 3.对准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK术)进行了简化分析,首先建立了手术后的角膜有限元模型,然后详细分析了手术中切削厚度对手术效果的影响及眼内压对手术效果的影响,并对RK手术和LASIK手术来治疗近视做了对比分析,从结果来看,RK手术用来矫正低度近视而LASIK手术可以用来矫正高度近视是有科学依据的。