авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Биомеханическая модель глазного яблока человека

На правах рукописи

ПОЛОЗ МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ

БИОМЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГЛАЗНОГО ЯБЛОКА ЧЕЛОВЕКА

Специальность 01.02.08 – биомеханика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Саратов, 2011

Работа выполнена в отделе патологии рефракции, бинокулярного зрения и

офтальмоэргономики ФГБУ «Московский научно-исследовательский институт глазных болезней им. Гельмгольца» Минздравсоцразвития России

Научный руководитель доктор биологических наук Иомдина Елена Наумовна

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Бауэр Светлана Михайловна кандидат физико-математических наук, доцент Гуляев Юрий Петрович

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Защита состоится “26” декабря 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.10 при Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, г. Саратов, ул.

Астраханская, 83, СГУ, 9 корп., 18 ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского

Автореферат разослан “ ” _ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Шевцова Ю.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Несмотря на то, что в настоящее время накоплено множество клинико-функциональных данных, относящихся к анатомии и физиологии органа зрения человека, общей биомеханической модели глаза до сих пор не создано. В то же время такая модель может быть эффективным инструментом для изучения нормальной и патологической физиологии человеческого глаза, в определенных случаях позволит заменить дорогостоящие экспериментальные и клинические испытания, а также может быть использована в качестве виртуального тренажера в учебном процессе. Существующие в настоящее время биомеханические модели описывают отдельные анатомо оптические структуры глаза: хрусталик и цинновы связки, склеру, роговицу, глазодвигательные мышцы (С.М.Бауэр и соавт., 2002, 2005, 2007, 2009;

К.Е.Котляр, 1998;

Е.В.Краковская, 2009;

S.Cirovik et. al., 2006;

D.Ljubimova, 2009;

S.Schutte et. al., 2006). Кроме того, активные исследования важнейшей зрительной функции - механизма аккомодации глаза - ведутся, в том числе, путем построения механико-математических моделей, изолированно описывающих работу хрусталика и его мышечно-связочного аппарата (Е.A.Исполова и соавт., 2004;

В.П.Пересыпкин и соавт., 2009;

A.Abolmaami et al., 2007;

E.A.Hermans et. al., 2007;

D.Ljubimova et al., 2005;

M.Clifton et al., 2005). Однако такие модели, не учитывающие возможное влияние активных и пассивных структур глаза, не входящих в хрусталиковый комплекс, на его аккомодационную способность, не отражают все функциональные связи, которые присутствуют в реальности, и тем самым, не достаточно адекватно описывают механизм аккомодации как оптической установки глаза для рассматривания объектов на разных расстояниях.

Единой общепринятой теории аккомодации до сих пор не существует, однако, несмотря на различие в подходах к описанию аппарата аккомодации, основными структурами, участвующими в этом процессе, считаются хрусталик, цинновы связки и цилиарная мышца. Ограниченность адекватных средств для прижизненного наблюдения и количественной оценки физиологии и патологии механизма аккомодации, в том числе для достоверного определения ее активных и пассивных участников, обусловливает актуальность и целесообразность биомеханического моделирования процесса аккомодации.

Очевидно, адекватность такого описания будет зависеть от того, какие именно структуры глаза включать в рассмотрение и какие параметры и свойства этих структур использовать при моделировании механизма аккомодации. Вполне возможно, что при определенном наборе характеристик процесс аккомодации наиболее оптимально может быть описан одной теорией, а при другом наборе свойств и элементов более адекватно описывает аккомодацию другая теория.

Для моделирования и изучения аккомодационной способности глаза, определения пределов применимости различных теорий аккомодации нами предложено использовать метод вариации параметров, когда выполняются серии расчетов, использующих различные свойства глазных структур, которые при этом находятся в диапазонах, установленных морфологическими, физиологическими и клиническими исследованиями.

Цель работы: построение биомеханической модели глазного яблока человека, моделирование в ее рамках процесса аккомодации, а также изучение влияния биомеханических свойств некоторых тканей глаза на его аккомодационную способность.

Задачи исследования. Для осуществления данной цели поставлены следующие задачи:

1. Построить биомеханическую модель глаза на основе 3D конечно элементного компьютерного моделирования, характеризующуюся геометрическим, оптическим и физико-механическим подобием глазу человека.

2. Верифицировать разработанную модель с помощью известных клинических фактов.

3. Использовать разработанную биомеханическую модель для изучения механизма аккомодации и его возрастных изменений.

4. Использовать биомеханическую модель глаза для оценки влияния физико-механических характеристик тканей глаза (различных структур хрусталика, склеры, роговицы и др.) на аккомодационную способность.

5. С помощью разработанной модели оценить влияние работы глазодвигательных мышц (поворотов глазного яблока) на аккомодационную способность и астигматизм оптической системы глаза Методы исследования. Биомеханическая модель человеческого глаза построена с использованием методов механики деформированного твердого тела, гидростатики, геометрической оптики в проксимальном приближении, 3D компьютерного моделирования и верифицирована с помощью клинических данных. Конечно-элементная модель построена при помощи программного комплекса ANSYS.

Научная новизна. Впервые разработана биомеханическая модель глазного яблока, характеризующаяся геометрическим, оптическим и физико механическим подобием глазу человека и учитывающая большинство известных в офтальмологии показателей его строения и физиологии.

Модель выполнена в виде виртуальной параметрической среды, которую можно модифицировать и дополнять для дальнейших исследований.

Разработанная модель впервые применена для взаимосвязанного вариационного анализа влияния различных параметров и физико-механических свойств структур глаза как единой системы на его аккомодационную способность.

Впервые выполнен численный анализ различных теорий аккомодации, определены области числовых значений основных параметров, определяющих применимость различных теорий аккомодации в зависимости от физико механических свойств тканей глаза и возраста.

С помощью разработанной модели получены математические зависимости влияния таких факторов, как модуль упругости коры хрусталика и его ядра, модуль упругости склеры, тонус мышц (цилиарной и глазодвигательных), модуль упругости роговицы, внутриглазное давление, кровенаполнение сосудистой оболочки, а также комбинации этих факторов на аккомодационную способность глаза.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки математической задачи, проверкой сходимости численного решения, а также сравнением результатов расчета с данными экспериментальных и клинических исследований.

Научная и практическая ценность. Разработанная численная биомеханическая модель человеческого глаза может быть использована для изучения нормальной и патологической физиологии органа зрения.

Биомеханическая модель аккомодации, как часть общей биомеханической модели глаза, позволяет оценить роль отдельных структур глаза в ее механизме и создает основу для разработки новых адекватных средств повышения аккомодационной способности. Биомеханическая модель человеческого глаза может быть использована в качестве виртуального тренажера в учебном процессе.

Апробация результатов. Основные результаты работы доложены на конференциях «Биомеханика глаза 2009» (Москва, 2009), Российский общенациональный офтальмологический форум (Москва, 2009), «Биомеханика 2010» (Саратов, 2010), на международной конференции ARVO - общества исследователей глаза и зрения (США, 2010), Российский общенациональный офтальмологический форум (Москва, 2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав (в том числе 3-х с изложением собственных разработок и исследований), заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 245 источников: 121 отечественный и 124 зарубежных. Объем диссертации 164 страницы. Работа иллюстрирована 40 фотографиями и рисунками, содержит 15 таблиц.

Результаты, выносимые на защиту

:

Разработана биомеханическая модель глаза человека, включающая в 1.

себя следующие структуры: хрусталик и его содержимое по слоям (включая ядро и капсулу), цилиарное тело, цилиарную мышцу, зонулярные волокна, радужку, лимб, роговицу, склеру, глазодвигательные мышцы (включая сухожилия), глазной нерв, стекловидное тело, сосудистую оболочку, сетчатку.

Разработанная модель подобна человеческому глазу по геометрическим 2.

параметрам его структур, по физико-механическим свойствам тканей и их распределению, по оптико-механическим параметрам преломляющей системы, по основным алгоритмам физиологии.

Разработанная модель глаза верифицирована с помощью данных 3.

клинических исследований, результаты верификации свидетельствуют о достаточной точности модели и возможности ее применения в научных исследованиях и практической офтальмологии.

Определены диапазоны изменения механических характеристик тканей 4.

глаза, а также интраокулярных и экстраокулярных мышц, в пределах которых возможно нормальное функционирование механизма аккомодации.

Определены основные факторы, вызывающие снижение объема аккомодации.

Определены соотношения зависящих от возраста величин механических 5.

характеристик тканей глаза, при которых механизм аккомодации не описывается теорией Гельмгольца.

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи работы, описываются методы исследования, перечисляются основные результаты, выносимые на защиту, указывается их научная новизна и практическая значимость. Кратко представлены структура диссертации и содержание последующих глав.

Первая глава посвящена краткому описанию строения человеческого глаза и классификации различных его структур, условно разделенных на активные и пассивные элементы. Приводится аналитический обзор литературы, посвященной существующим биомеханическим моделям различных структур глаза, суммированы результаты исследований по определению механических свойств различных тканей глаза, представлены и проанализированы известные теории аккомодации.

Вторая глава посвящена изложению принципов, положенных в основу построения биомеханической модели, приведены математические соотношения, программные средства, используемые в программном комплексе ANSYS, расчетные методики, численные и аналитические основы моделирования тканей глаза, экстраокулярных и цилиарной мышц. Описаны разработанные модели: твердотельная, конечно-элементная (КЭ), оптическая.

Изложены граничные условия, описано моделирование нагрузок и контактного взаимодействия.

Основным условием построения модели было стремление к минимизации гипотез, которые используются в моделях изолированных фрагментов глаза и обычно выражаются в виде граничных условий и приложенных внешних усилий. Для максимального приближения модели к реальной физиологии глаза при ее построении выполнялись следующие принципы подобия:

геометрическое подобие – соответствие формы и размеров;

механическое подобие – соответствие физико-механических свойств и их распределений;

физическое подобие – соответствие моделируемых алгоритмов реальной физиологии глаза.

Разработанная биомеханическая модель человеческого глаза (рис. 1) включает в себя следующие элементы: содержимое хрусталика по слоям (включая ядро и капсулу), цилиарное тело, цилиарную мышцу, зонулярные волокна, радужку, лимб, роговицу, склеру, глазодвигательные мышцы (включая сухожилия), глазной нерв, стекловидное тело, сосудистую оболочку, сетчатку.

Модель ограничена глазным яблоком и его содержимым, глазодвигательными мышцами и глазным нервом в области орбиты.

В качестве граничных условий задавалось жесткое закрепление на сухожильном кольце, нижней косой мышце и блоке. Воздействие жировой ткани глазницы и сила тяжести не учитывались. В целом модель включает 5. млн. узлов и 1.6 млн. элементов.

Модель создана в виде виртуальной параметрической среды, которую можно модифицировать и использовать для дальнейших исследований.

На рис.2. показаны возможности модификации модели в среде ANSYS Workbench: общий вид модели (рис. 2.1), дерево структуры модели, включающее элементы модели и связи между ними (рис. 2.2), перечень параметров, изменение которых ведет к перестройке модели на другие размеры (рис. 2.3), размеры, проставленные непосредственно на модели, изменение которых, как и параметров, ведет к перестройке модели (рис. 2.4).

Активное воздействие мышцы задавалось в виде ее сокращения с соответствующим изменением жесткости. Модель экстраокулярной мышцы построена на основе данных экспериментов Collins (1975) по вживлению измерителя силы в наружную прямую мышцу, позволивших получить зависимости силы от перемещения мышцы, как в активном (при разных уровнях нагрузки), так и в пассивном состоянии.

Зависимость силы от перемещения вдоль направления сокращения мышцы определяется зависимостью:

K se K se K lt x, где T F (1) K se K lt K se K lt Klt=60.7 Н/м;

Kse=125 Н/м;

F – активная составляющая силы, возникающей в мышце;

x - перемещение мышцы.

Рис. 1. Биомеханическая модель глаза человека Рис. 2. Изменение параметров в биомеханической модели глаза Экспериментов, подобных выполненным Collins (1975), для цилиарной мышцы не проводилось из-за невозможности вживления датчика силы в эту внутреннюю структуру глаза. В связи с этим, для данной мышцы, не имеющей одного направления деформирования (как это свойственно экстраокулярным мышцам), КЭ модель строилась по аналогии с экстраокулярными мышцами, но только с учетом пространственного распределения ее волокон. Задавались участки волокон с различными жесткостными характеристиками и возможностью изменения внутреннего возбуждения.

Процесс аккомодации моделировался "как есть", то есть воздействие задавалось не в виде силы или перемещения, как это делается в большинстве работ, посвященных биомеханическим расчетам, а в виде сокращения мышечной ткани, когда одновременно изменяются ее размеры и податливость.

Моделирование выполнялось следующим образом:

- хрусталик в модели задавался по размерам, соответствующим взгляду вблизь (свободное, ненагруженное состояние хрусталика с наибольшей кривизной и нулевой запасенной энергией деформирования);

- перед началом счета одним из граничных условий задавалось предварительное (исходное) натяжение элементов, моделирующих волокна, которое, в свою очередь, вызывало деформацию хрусталика, соответствующую аккомодации вдаль;

- далее, в процессе собственно счета, моделировалось сокращение цилиарной мышцы (изменение жесткости и размеров), что приводило к возврату хрусталика к форме с максимальной кривизной.

Оптическая модель глаза построена при помощи методов матричной оптики, которые применяются для описания геометрического построения изображений в центрированной системе линз, т. е. в системе, состоящей из последовательности сферических преломляющих поверхностей, центры которых расположены на одной оптической оси.

Матрица преломления оптической системы глаза вычислялась по формуле:

M=TT1·RR1·TT2·RR2·TT3·TT4·RR3·TT5·RR4·TT6, (2) где TTi и RRi соответствующие матрицы для оптических промежутков и преломляющих поверхностей.

Оптическая сила оптической системы глаза равна значению элемента матрицы Р=М1,2.

Объем аккомодации вычисляется как максимальная разница оптических сил при взгляде вблизи и вдаль V= М1,2вблизи- М1,2вдаль В третьей главе представлены верификационные тесты, использованные для оценки построенной биомеханической модели.

Верификация расчетной модели выполнена с помощью известных клинических данных, характеризующих глаза взрослых с эмметропией (нормальной рефракцией), без какой-либо офтальмологической патологии.

В качестве верификационных тестов, описывающих повороты глаза в глазнице, выбраны перемещения глаза из центрального положения в основные диагностические положения взора. Рассмотрены повороты глаза при сокращении соответствующих групп мышц. Основным параметром, определяющим точность биомеханической модели, является степень совпадения расчетного положения оптической оси глаза с учетом максимально возможного сокращения мышц с положением, фиксируемым в клинике при повороте глаза в соответствующее диагностическое положение взора.

Кроме того, выполнен сравнительный анализ расчетных и экспериментальных значений углов поворота глаза в зависимости от уровня усилия в наружной прямой мышце (lateral rectus). Учитывая, что в верификационных тестах рассмотрены не только крайние положения глаз, но и поле перемещений глазного яблока между этими положениями, можно считать, что данных верификационных тестов достаточно для определения точности моделирования поворотов глазного яблока в глазнице.

Для верификации моделирования процесса аккомодации выполнено сравнение расчетных аккомодационных изменений структур глаз с зафиксированными клинически при помощи современной системы оптической визуализации «Scheimpflug imaging» (рис. 3). Анализ результатов верификационных тестов показал, что относительная погрешность определения расчетных характеристик по сравнению с соответствующими клиническими и экспериментальными данными достаточно мала: не превышает 24% для усилия при поворотах глаза и 16% для объема аккомодации.

а) б) г) в) Рис. 3. Изменение формы хрусталика при аккомодации, полученное в результате расчета (а, б), и зафиксированное в естественных условиях с помощью «Scheimpflug imaging» (в, г).

Совпадение результатов расчета и клинических наблюдений получено как в отношении механизма аккомодации и поворотов глазного яблока в глазнице в целом, так и по отдельным особенностям процесса аккомодации и поворотов глаза. В частности, моделирование и клинические данные весьма сходно описывают следующие феномены:

- провисание цилиарных волокон при аккомодации для пациентов старших возрастных групп;

- изменение формы роговицы и ее смещение относительно хрусталика при аккомодации;

- изменение формы склеры, смещение центра хрусталика перпендикулярно исходному положению оптической оси при поворотах глаза (относительное смещение хрусталика по отношению к склере).

Четвертая глава посвящена исследованию влияния возрастных изменений тканей глаза на аккомодационную способность и определению зависимостей, связывающих значения модуля упругости тканей глаза с объемом аккомодации.

В качестве исходных данных, описывающих состояние хрусталика, принимались результаты работы K.Heys и соавт. (2004), выполнивших прямые измерения модуля сдвига удаленных хрусталиков людей различного возраста.

Моделирование аккомодации для различных возрастов показало, что в зависимости от соотношения жесткостей ядра и коры хрусталика возможны два различных механизма аккомодации.

В случае если жесткость коры хрусталика больше (не более, чем в 4. раза) жесткости ядра, либо жесткость коры незначительно меньше жесткости ядра хрусталик сохраняет свою деформационную способность, и механизм аккомодации адекватно описывает классическая теория аккомодации Гельмгольца: сокращение цилиарной мышцы вызывает ослабление натяжения волокон и увеличение кривизны хрусталика (аккомодация вблизь) (рис. 4а), а расслабление цилиарной мышцы вызывает натяжение волокон и уплощение хрусталика (аккомодация вдаль). Этот механизм аккомодации действует в молодом возрасте.

В случае если жесткость коры значительно меньше увеличенной с возрастом жесткости ядра (что характерно для старших возрастных групп), сокращение цилиарной мышцы, которое так же, как и в молодом возрасте, вызывает ослабление натяжения волокон, не приводит к достаточному увеличению кривизны хрусталика в центральной зоне вследствие потери его деформационной способности, и преломляющая способность глаза вблизи оказывается сниженной. При этом механизм аккомодации вдаль оказывается сходным с описанным R.Schachar (1992), поскольку при расслаблении цилиарной мышцы и натяжении волокон хрусталик теряет форму, и поверхность, как передней, так и задней капсулы хрусталика имеет две точки перегиба (рис. 3 б).

а б в г Рис. 4. Форма поверхности хрусталика при различных соотношениях жесткостей коры и ядра хрусталика: 4 а, в - нормальное изменение формы хрусталика при аккомодации в молодом возрасте;

4 б, г – изменение деформационной способности и потеря формы хрусталика в старших возрастных группах (при пресбиопии) Следует подчеркнуть, что аккомодацией по R.Schachar такой механизм аккомодации назван нами исключительно из-за формы хрусталика, поскольку его поверхность при максимальном натяжении цилиарных волокон не гладкая, а имеет выпуклость в центральной части и обратную кривизну в периферийных участках. Отличие полученного аккомодационного механизма от аккомодации по R.Schachar заключается в том, что согласно R.Schachar, максимальное натяжение цилиарных волокон наблюдается при сокращении мышцы, и оно вызывает увеличение кривизны в центральной части хрусталика. В проведенных расчетах максимальное натяжение волокон наблюдается при расслаблении цилиарной мышцы, но оно также приводит к некоторому увеличению кривизны хрусталика в центральной части и уплощению на периферии, однако только в том случае, когда ядро хрусталика становится более жестким, чем его кора.

Зависимости объема аккомодации от возраста, полученные расчетным путем, а также данные экспериментальных и клинических исследований объема аккомодации у лиц разного возраста представлены на рис. 5.

Как показано на рис. 4 (объем аккомодации с учетом знака), в возрасте 50-60 лет расчетный объем аккомодации падает до 0.5 дптр, а потом его значение становится отрицательным вплоть до -2 дптр, то есть преломляющая сила глаза при максимальном напряжении аккомодации оказывается меньше, чем при расслаблении цилиарной мышцы (аккомодация по R.Schachar с указанными выше существенными отличиями).

Сравнение двух кривых на рис. 5 (объем аккомодации с учетом знака и абсолютный объем аккомодации) показывает, что расчетные зависимости достаточно хорошо описывают экспериментальные данные, за исключением небольшого провала в возрасте 45-55 лет. При этом точно такой же провал зафиксирован при исследовании удаленных хрусталиков, растягиваемых в приспособлении, моделирующем работу цилиарной мышцы. Коэффициент корреляции между полученными нами расчетными значениями и экспериментальными данными составляет R=0.81.

Исследования влияния механических свойств склеры и внутриглазного давления (ВГД) на объем аккомодации, проведенные с использованием модели, показывают, что изменение модуля упругости нормальной склеры в широком диапазоне (от 5 МПа до 40 МПа) и ВГД от 10 до 30 мм рт. ст. практически не оказывает влияния на объем аккомодации, хотя поверхность склеры при сокращении цилиарной мышцы может смещаться до 0.02 мм.

Рис. 5. Зависимость объема аккомодации от возраста.

Расчеты, произведенные с использованием модели, показывают, что существенное воздействие на объем аккомодации может оказать избыточный тонус или рассогласованное сокращение экстраокулярных мышц, неравномерно сжимающих глазное яблоко при его повороте. Подобное воздействие мышц приводит к деформации глазного яблока и к незначительному увеличению длины его переднезадней оси (ПЗО). Увеличение ПЗО тем больше, чем ниже модуль упругости склеры и чем значительней рассогласованность сокращений экстраокулярных мышц, но в расчетах не удалось получить удлинения ПЗО более 0.5 мм. При согласованной работе экстраокулярных мышц расчетное изменение ПЗО при аккомодации не превышает 0.02 мм.

В заключении представлено обобщение и краткий анализ полученных результатов, их соответствие имеющимся литературным данным, сформулирована новизна и научно-практическая значимость работы.

Выводы.

1. Разработана биомеханическая модель человеческого глаза, выполненная в виде виртуальной параметрической среды и учитывающая большинство известных анатомо-оптических параметров и физико-механических свойств глазных структур. 3D компьютерная модель включает численное моделирование методом конечных элементов с использованием программного комплекса ANSYS, твердотельную и оптическую модель глаза.

2. Верификация биомеханической модели с помощью клинических данных показала ее близкое геометрическое, оптическое и физико-механическое подобие глазу человека.

3. Использование модели для изучения механизма аккомодации и его возрастных изменений показало, что с возрастом, при изменении соотношения жесткости ядра и коры хрусталика (при жесткости ядра выше жесткости коры) хрусталик теряет свою нормальную форму и деформационную способность, вследствие чего происходит не только возрастное падение объема аккомодации, но и изменение самого аккомодационного механизма:

преломляющая сила глаза при аккомодационном напряжении цилиарной мышцы может оказаться меньше, чем при ее расслаблении.

4. Расчеты, произведенные с использованием модели, показывают, что изменение модуля упругости нормальной склеры в широком диапазоне (от МПа до 40 МПа) и внутриглазного давления от 10 до 30 мм рт. ст. практически не оказывает влияния на объем аккомодации, хотя поверхность склеры при сокращении цилиарной мышцы может смещаться до 0.02 мм.

5. Существенное воздействие на объем аккомодации может оказать избыточный тонус или рассогласованное сокращение экстраокулярных мышц, неравномерно сжимающих глазное яблоко при его повороте. Подобное воздействие мышц приводит к деформации глазного яблока и к незначительному увеличению длины его переднезадней оси (ПЗО). Увеличение ПЗО тем больше, чем ниже модуль упругости склеры и чем значительней рассогласованность сокращений экстраокулярных мышц, но в расчетах не удалось получить удлинения ПЗО более 0.5 мм. При согласованной работе экстраокулярных мышц расчетное изменение ПЗО при аккомодации не превышает 0.02 мм.

Практическая значимость работы • Разработанная численная биомеханическая модель человеческого глаза может быть использована для изучения нормальной и патологической физиологии органа зрения.

• Биомеханическая модель аккомодации, как часть общей биомеханической модели глаза, позволяет оценить роль отдельных структур глаза в ее механизме и создает основу для разработки новых адекватных средств повышения аккомодационной способности.

• Биомеханическая модель человеческого глаза может быть использована в качестве виртуального тренажера в учебном процессе.

Список публикаций по теме диссертации Иомдина Е.Н., Полоз М.В. Изменение оптических и энергетических 1.

параметров глаза при аккомодации в зависимости от состояния хрусталика и других структур глаза // М.: Сборник трудов конференции "Биомеханика глаза 2009". 2009. с. 6–11.

Иомдина Е.Н., Полоз М.В. Основные принципы построения 2.

деформационной биомеханической модели человеческого глаза // М. Сборник трудов научно-практической конференции «Российский общенациональный офтальмологический форум». 2008. с.572-577.

Иомдина Е.Н., Полоз М.В., Спирочкин Ю.К. Численное моделирование 3.

оптико-механических процессов аккомодации // Сб. научно-практ. конф. с междунар. участием, посв. памяти проф. Э.С.Аветисова, «Рефракционные и глазодвигательные нарушения. М. » 2007. с. 227-229.

Иомдина Е.Н., Полоз М.В. Биомеханическая модель глаза человека как 4.

основа для изучения его аккомодационной способности // Российский журнал биомеханики, Пермь, 2010, т.14, 3(49), с.7-18.

Иомдина Е.Н., Полоз М.В. Возможности использования биомеханической 5.

модели глаза для изучения возрастных изменений аккомодационной способности // Российский офтальмологический журнал, 2011, №1, с.17-21.

Полоз М.В., Иомдина Е.Н. Активные деформации человеческого глаза// 6.

«Биомеханика 2010», Саратов, с. 136-138.

Иомдина Е.Н., Полоз М.В. Изучение возрастных изменений аккомодации 7.

глаза человека с помощью биомеханического моделирования. Сб. трудов VII офтальмологической конф. «Рефракция 2010», Самара, 2010, с.45-49.

Иомдина Е.Н., Полоз М.В. Биомеханическое моделирование возрастных 8.

изменений аккомодации глаза человека. // Вестник С.-Петербургского университета, 2011, Сер. 1. Выпуск 2, с. 127-132.

Иомдина Е.Н., Полоз М.В. Основные результаты биомеханического 9.

моделирования глазного яблока человека. Сб. трудов научно-практ. конф. с международным участием «IV Российский Общенациональный Офтальмологический Форум». М., 2011, с.87-93.

10. Iomdina E., Poloz M. Numerical biomechanical model of accommodation as a part of general biomechanical eye model. Proc. оf ARVO Annual Meeting. Florida, 2010, N4589, D 659.



 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.