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青光眼是一种高危致盲疾病,亚洲以原发性闭角型青光眼(Primary angleclosure glaucoma,PACG)为主并且发病率较高。瞳孔阻滞已被公认是闭角型青光眼发生的主要因为之一,瞳孔阻滞加重、前后房压强差改变和房水循流受阻是闭角型青光眼病程发展的重要力学表征。
本研究在生物力学研究中心自主研制的瞳孔阻滞仿真实验装置的基础上,构建了测量虹膜小试样微变形的双目立体视觉系统。模拟完全瞳孔阻滞闭角型青光眼的发生过程,并且在不破坏兔眼虹膜环状结构的情况下完成动物体外模拟实验。根据立体视觉原理,利用虹膜膨隆过程多视角拍摄的二维图像序列集进行空间三维数据的计算,再将这些三维信息进行拟合和重建,研究虹膜在前后房压强差改变的情况下发生膨隆的形态变化规律。
据我们所知,有研究提出用虹膜膨隆最高点的曲率半径来描述虹膜膨隆变形的程度。本研究中,我们提出一个与房角开放度相关的参数,即膨隆变形曲线上虹膜根部附着点的切线斜率,并获得虹膜膨隆最高点的曲率半径和该切线斜率与前后房压强差增加值之间的变化关系。研究结果可以为临床医生适时选择手术时机,防止闭角型青光眼患者失明提供重要的实验依据。
根据虹膜的几何形状和力学性质,分析虹膜膨隆变形过程中的受力情况和变形情况,确定三维正交各向异性材料的本构关系。实验结果表明,兔眼虹膜膨隆长度变化率、虹膜膨隆面积变化率、虹膜膨隆厚度变化率与前后房压强差的增加值P的关系可采用δ=b0+b1lnP的非线性曲线进行拟合。随着前后房压强差的增大,径向模量、周向模量和轴向模量都逐渐增大,这表明虹膜在膨隆过程中变形越来越困难,表现出其刚性在逐渐增强。此外,兔眼虹膜的泊松比在前后房压强差的增加值大于200Pa时的变化很小。研究结果为分析闭角型青光眼发生时虹膜的变形情况,房水循流的状态等提供了实验数据。
本文提出了一种可行的定量研究虹膜膨隆变形规律和虹膜力学特性的理论和实验方法,研究结果为闭角型青光眼发病机理的解释提供实验基础。