基于眼外肌本構模型的眼球運動建模及臨床應用研究.pdf

1、眼外肌疾病嚴重影響著人類的正常生活，其中僅斜視的發(fā)病率就高達1％～5%。近年來，由眼外肌 Pulley（眼外肌上的結締組織，具有改變眼外肌路徑的作用）異位引起的眼外肌疾病也受到了越來越多的關注。眼外肌疾病的治療可分為非手術療法和手術療法，其中手術療法占很大的比重。眼外肌手術量的準確性是眼外肌手術成功與否的關鍵。目前，眼科醫(yī)生一般參考經(jīng)驗值來確定眼外肌的手術量。用生物力學的方法建立眼球運動模型，給出確定眼外肌手術量的方案，對實現(xiàn)眼外肌疾患

2、手術量的個性化設計具有重要的理論價值和臨床實際意義。
　　眼球的運動主要受六條眼外肌及其他眼眶組織的支配。在眼球運動的建模中，眼外肌力學本構關系的輸入、眼外肌Pulley功能的給定及眼眶組織對眼球運動的阻力剛度的設定都是先決條件。由于人眼眶解剖的難度且受倫理道德的約束，目前還沒有文獻報道出六條眼外肌收縮的力學本構關系，Pulley對雙眼視的生物力學意義還不清楚，其他眼眶組織對眼球運動的貢獻也有待進一步確定。本文的目的是通過研究眼外

3、肌收縮的力學本構關系、眼外肌Pulley對雙眼視的生物力學意義及眼眶組織對眼球運動的阻力，建立相應的眼球運動模型，為臨床確定眼外肌疾病的治療方案提供理論指導。
　　本文主要完成了以下工作：
　?。?）提出了第一眼位神經(jīng)興奮水平下人眼外肌收縮的力學本構關系?；谇叭藢嶒炈猛庵奔〉拈L度-張力關系，假設在第一眼位神經(jīng)興奮水平下其余五條眼外肌的長度-張力曲線可在外直肌長度-張力曲線的基礎上沿張力軸平移得到，分別建立了單線眼外肌和三

4、線眼外肌的眼球運動模型；結合第一眼位的靜力平衡方程及張應力增量平方和最小的優(yōu)化方程，分別用兩種模型得到了第一眼位神經(jīng)興奮水平下六條眼外肌收縮的力學本構關系。通過與已有實驗數(shù)據(jù)對比驗證了所得本構關系的合理性；對比眼外肌單線模型和三線模型的計算結果，證明了基于單線模型推導眼外肌收縮的力學本構關系是簡單有效的。
　?。?）首次從生物力學角度論證了Pulley存在對雙眼視的生物學意義。建立了無Pulley、被動Pulley和主動Pulle

5、y三類眼球運動模型，分別用這三類模型模擬了正常生理范圍內的水平雙眼運動，其中對眼球運動過程中伸長的眼外肌，弱化神經(jīng)的支配作用只考慮其被動力；應用文獻中眼外肌的被動拉伸數(shù)據(jù)結合空間力系的靜平衡方程，分別得到了三類模型中眼外肌對眼球的作用力，并對眼球的受力狀態(tài)進行分析。分析結果表明無Pulley模型中左眼沿文中y軸方向的受力明顯大于Pulley模型中左眼沿該方向的受力；與Pulley模型相比，無Pulley模型雙眼沿文中x軸方向和y軸方向受

6、力的差異都比較大，這將會導致雙眼發(fā)生不均等的變形，進而導致雙眼對視覺目標的距離發(fā)生誤判；可見 Pulley對雙眼視有重要的生物力學意義。
　　（3）獲得了兔眼眶組織對眼球運動的阻力及阻力剛度。對15只體重為2.41±0.13kg的健康新西蘭大白兔全麻后，用Instron5544電子萬能材料試樣機對其眼眶組織進行了在體拉伸測試；統(tǒng)計分析了含四條眼外肌及不含眼外肌的眼眶組織在眼球水平轉動和垂直轉動過程中對眼球運動的阻力；用線性回歸方法

7、得到了8種不同眼球運動狀態(tài)下眼眶組織對眼球運動的阻力剛度。實驗結果表明無論是對于眼球的水平轉動還是垂直轉動，若將轉動過程中發(fā)揮主導作用的兩條直肌剪斷，剩余四條眼外肌對眼球運動的阻力很??；含四條次要眼外肌的眼眶組織的阻力剛度與不含眼外肌的眼眶組織的阻力剛度之間有統(tǒng)計學差異，結果表明在兔眼水平轉動和垂直轉動的建模中這兩種剛度不能通用。這一研究可為眼球運動建模中選擇眼眶組織對眼球運動的阻力剛度提供參考。
　?。?）從生物力學角度為臨床斜