تعیین خواص بیومکانیکی قرنیه به روش اجزاء محدود معکوس
[پایان نامه]
میترا برادری
صنعتی سهند
۱۴۰۲
۸۴ص.
مصور، جدول، نمودار
CD
کارشناسی ارشد
مهندسی پزشکی- بیومکانیک
۱۴۰۲/۰۶/۰۱
قرنیه جزء بیرونی و شفاف چشم است که از ورود مواد خارجی به چشم نیز جلوگیری می¬کند. این ماده از پروتئین¬ها و سلول¬ها تشکیل شده است و برخلاف بسیاری از بافت¬های بدن انسان حاوی رگ-های خونی نمی¬باشد، زیرا ممکن است رگ¬های خونی قرنیه را کدر کرده و مانع از شکست نور شود و بر بینایی تأثیر منفی بگذارد. جهت پیشبینی نتایج جراحی¬ها و مطالعه آسیب¬شناسی بافت قرنیه، درک بیومکانیک قرنیه اهمیت دارد. در این راستا، از یک ابزار تشخیصی غیرتهاجمی به نام تونومتری غیرتماسی استفاده می¬شود. با این وجود از تونومتری نمی¬توان خواص مکانیکی صحیح بدست آورد و تنها می¬توان نمودار مقدار جابجایی راس قرنیه برحسب زمان استخراج کرد. هدف از مطالعه حاضر آن است که بتوان به کمک روش اجزاء محدود معکوس مدلی ساخت که مقدار جابجایی راس قرنیه بدست آمده از نتایج شبیه¬سازی برابر نتایج آزمون تونومتری باشد و در نهایت با استفاده از الگوریتم بهینه¬سازی، خواص مکانیکی قرنیه بدست آید. به همین جهت مدلسازی و شبیهسازی قرنیه مشابه شرایط آزمون تونومتری به روش اجزاء محدود و به کمک اسکریپتنویسی به زبان پایتون در نرم افزار آباکوس انجام شد. با مقایسه کردن نتایج جابجایی راس قرنیه به کمک الگوریتم بهینهسازی در دو روش آزمایشگاهی و عددی، پارامترهای مجهول معادله¬های ساختاری الاستیک خطی و الاستیک غیرخطی برای قرنیه محاسبه گردید. نتایج نشان داد که معادلات ساختاری الاستیک غیرخطی نسبت به معادله ساختاری الاستیک خطی برای توصیف رفتار مکانیکی قرنیه مناسبتر است. همچنین از نتایج اینگونه برمی¬آید که با نازک شدن قرنیه و افزایش فشار داخل چشم میزان جابجایی راس قرنیه به ترتیب افزایش و کاهش می¬یابد. اگر چه در پژوهش حاضر به تعیین پارامترهای مکانیکی قرنیه سالم پرداخته شد اما در آینده این روش میتواند در راستای درمان بیماری قوز قرنیه با توجه به تعیین پارامترهای مکانیکی قرنیه بیمار مفید واقع شود. شایان ذکر است که اسکریپت مطالعه حاضر به سادگی برای دیگر بافتها نیز قابل استفاده خواهد بود.
The cornea is the transparent outer part of the eye that prevents foreign substances from entering the eye. It is made up of proteins and cells, and unlike many tissues in the human body, it does not have blood vessels. This is because blood vessels in the cornea can cloud the cornea and negatively affect vision. Understanding the biomechanics of the cornea is important for predicting surgical outcomes and studying corneal tissue pathology. In this regard, a non-invasive diagnostic tool called non-contact tonometry is used. Although, it is not capable to provide accurate mechanical properties. The time course of corneal apex displacement is usually reported. The aim of the present study is to build a model using the inverse finite element method, where the amount of corneal apex displacement obtained from the simulation results is equal to the results of the non-contact tonometry test. Finally, the mechanical properties of the cornea can be obtained using an optimization algorithm. For this reason, modeling and simulation of the cornea under non-contact tonometry test conditions was performed using the finite element method and Python scripting in Abaqus software. By comparing the results of corneal apex displacement using the optimization algorithm in both laboratory and numerical methods, the unknown parameters of the linear elastic and nonlinear elastic structural equations for the cornea were calculated. The results showed that nonlinear elastic structural equations are more suitable than linear elastic constitutive models equations to describe the mechanical behavior of the cornea. It can also be seen from the results that with thinning of the cornea and increase in intraocular pressure, the amount of corneal apex displacement increases and decreases rapidly, respectively. Although the present study dealt with the determination of the mechanical parameters of the healthy cornea, in the future, this method can be used in the treatment of keratoconus as well. It is worth mentioning that the script of the present study can be easily used for other tissues as well.
The Determination of Mechanical Properties of Cornea Using Inverse Finite Element
خواص مکانیکی
فشار داخل چشم
جابجایی راس قرنیه و اجزاء محدود معکوس
خواص مکانیکی، فشار داخل چشم، جابجایی راس قرنیه و اجزاء محدود معکوس
Mechanical properties, intraocular pressure, corneal apex displacemen and inverse finite elements