膨胀法测量离体猪眼角膜生物力学性能的研究

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目的:  采用膨胀法模拟猪眼眼内压升高,监测角膜的变形情况,获取液压-位移曲线,根据板壳理论研究离体猪眼角膜眼内压间断升高后应变、蠕变、弹性模量等生物力学性能的变化,为后续研究奠定基础。  方法:  1.自制前房模拟装置模拟前房形成  取新鲜猪眼30只(6~7月龄),随机分成3组,每组10只。剪下附带4~5mm宽度巩膜环的角膜,千分尺测量角膜的周边厚度,取水平、垂直、45度及135度方向,共采8个点,取平均值。将角膜置于自行设计的前房模拟装置内。前房系统形成后,游标卡尺测量角膜直径,取水平、垂直、45度和135度方向,每个方向测量4次,共12次,取平均值。  2.自制升压系统模拟眼内压升高  在自制升压系统中,通过提高输液瓶液平面与角膜前顶点水平面之间的高度差来增加角膜压力,模拟眼内压升高。采取间断加压法给角膜加压,以0mmH2O(0mmHg)为起点,加压范围:0~1000mmH2O(0~73.5294mmHg),按照加压间隔不同,分为3组:第1组:间隔50mmH2O(3.6765mmHg);第2组:间隔100mmH2O(7.3529mmHg);第3组:间隔200mmH2O(14.7059mmHg)。  3.激光位移传感器实时监测角膜前顶点的位移变化  用激光位移传感器监测每次加压后一段时间角膜前顶点的位移变化:间隔50mmH2O(3.6765mmHg)组记录5分钟,间隔100mmH2O(7.3529mmHg)组记录10分钟,间隔200mmH2O(14.7059mmHg)组记录20分钟。激光位移传感器与电脑相连,自动实时记录每个液压段角膜的位移变化,获取液压-位移曲线。  4.应用板壳理论分析获得角膜生物力学参数  将所获得的液压和对应的角膜位移值及测得的角膜厚度、直径等参数代入板壳理论公式,获得角膜应力、应变和弹性模量,描绘应力应变曲线、液压-弹性模量曲线,分析蠕变等力学性能。  结果:  1.角膜在间断加压时的应力应变曲线初始段为线性增加,后段为非线性变化。三组变形的液压“转折点”分别为:第1组,液压150mmH2O(11.0294mmHg);第2组,液压200mmH2O(14.7059mmHg);第3组,液压400mmHg(29.4118 mmHg)。  2.监测液压稳定后一段时间角膜的应变,统计分析发现:在每个液压段,每组组内各分钟之间应变均有统计学差异(P=0.000<0.01);同一液压段,对比三组加压后5分钟的应变,各组之间有统计学差异(P=0.000<0.01),对比第2组和第3组加压后10分钟的应变有统计学差异(P=0.000<0.01)。即在设定的记录时间内,角膜一直处于蠕变状态,随加压时间延长,角膜能继续出现变形,时间越久,变形越大,但变形速率逐渐下降。  3.一定时间内达到同样的液压水平,3组最后引起的变形大小分别为:第1组>第2组>第3组,三组比较有统计学差异(P=0.000<0.01)。  4.眼内压与角膜的弹性模量成线性关系,拟合公式第1组为:y=0.0013x+0.0305;第2组:y=0.0020x+0.0737;第3组:y=0.0018x+0.1985。随液压升高,三组的弹性模量增加,第2组较第1组和第3组增加更明显;在第1组和第2组,每次液压后各分钟弹性模量值比较有统计学差异(P=0.000<0.01),而在第3组,在第16~18分钟,弹性模量值无统计学差异(P>0.05);在本研究加压范围内,同一液压下,比较三组弹性模量值由大到小分别为:第3组>第2组>第1组。  结论:  1.离体猪眼角膜在手动间隔加压下,其角膜变形在液压11mmHg之下呈线性增加;在液压29mmHg之上,角膜呈非线性变化;而在液压11mmHg~29mmHg区间,角膜变形速率随加压间隔而改变,是角膜变形的“转折”期。  2.间断加压膨胀法能用于观察角膜的蠕变特性。眼压在一定范围内不断升高时,角膜的蠕变一直存在。  3.加压大小及蠕变效应对角膜弹性模量的影响较大,角膜的弹性模量随眼压增加而线性增加。
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