巩膜的区域性力学性能研究

发布时间：2020-10-26 14:47

　　 近视、青光眼等眼部疾病的发生发展与巩膜生物力学特性的改变密切相关。与正常人的巩膜相比,在眼部复杂力学环境下,高度近视眼巩膜产生变形,导致眼轴增长,视力改变。研究巩膜的力学特性对揭示近视等眼部疾病的发病机理具有重要的意义。目前的报道中多采用轴向拉伸实验测试巩膜的力学行为,但该方法破坏了巩膜固有的弯曲度,且现有研究中大多为巩膜受到较大载荷时的力学性能,不能反映巩膜在生理状态下的力学行为。压痕法是测量材料力学特性的常见方法,与轴向拉伸相比,压痕法可以不改变材料的固有形状,保证组织结构的完整性,更接近生理状态。目前尚无压痕法在整体巩膜区域性生物力学性能测试方面的系统报道。本文以猪巩膜为研究对象,采用压痕法对整体巩膜不同区域的刚度、弹性毛细管作用力等力学特性进行了比较,系统分析压痕速率以及不同眼压对不同区域巩膜力学性能的影响,并进一步探讨造成巩膜不同区域力学性能差异的原因。研究结果可为眼球运动的精准建模及深入探讨近视、青光眼等眼部疾病的发病机理提供参考。本文的主要工作及结论如下:1.将猪巩膜从角膜端至视神经端依次沿眼轴方向划分为前部、赤道部及后部三个区域,采用压痕法对常眼压(17 mmHg)下巩膜不同区域的整体力学性能进行分析,得到如下结论:在正常生理载荷范围内,前部巩膜的整体刚度最大,赤道部巩膜次之,后部巩膜的整体刚度最小,与单轴拉伸方法所得巩膜三个区域的弹性模量趋势一致,表明后部巩膜更容易产生变形。三个区域巩膜的刚度均随压痕速率的增大而增加。此外,巩膜弹性毛细管作用力及表面张力从强到弱依次为:后部巩膜、赤道部巩膜、前部巩膜。2.对眼球施加不同的眼压,通过压痕实验对常眼压以及高眼压(40 mmHg、80 mmHg)下巩膜的力学性能进行比较,分析高眼压对巩膜力学性能的影响,得出如下结论:高眼压条件下,生理范围内不同区域巩膜的整体刚度和最大载荷的相对大小与常眼压下相同:前部巩膜区域赤道部巩膜后部巩膜。同一区域巩膜的整体刚度随眼压的升高而增大,而最大载荷随眼压升高呈下降趋势,表明高眼压患者的巩膜更易受到破坏。3.利用分光光度法和天狼星红染色-偏振光成像对巩膜不同区域中的胶原含量及结构进行分析,探讨其与巩膜力学性能之间的关系,结果发现,巩膜不同区域胶原含量依次为:后部巩膜赤道部巩膜前部巩膜。尽管前部巩膜中总胶原含量较低,但I型胶原含量高于赤道部和后部巩膜,且胶原纤维组成直径较大纤维束,形态长直,排布相对规则。后部巩膜以III型胶原为主,且胶原纤维较细,形态卷曲,排列紊乱。结果表明巩膜不同区域力学性能的差异主要与不同区域巩膜中胶原的类型以及结构有关。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R77;R318.01
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 巩膜力学性能的研究进展
        1.2.1 巩膜概述
        1.2.2 巩膜力学性能研究方法及比较
        1.2.3 巩膜不同区域力学性能的研究现状
    1.3 压痕法及其在生物组织力学性能测试方面的应用
        1.3.1 压痕法简介
        1.3.2 压痕法的应用
        1.3.3 压痕法的特点
    1.4 本文的主要内容
第二章 常眼压下巩膜区域性力学性能分析
    2.1 方法
        2.1.1 实验仪器及试剂
        2.1.2 巩膜试件的制备
        2.1.3局部压痕实验
        2.1.4单轴拉伸实验
        2.1.5 数据统计方法
    2.2 结果
        2.2.1 不同区域巩膜的最大载荷、整体刚度
        2.2.2 巩膜的弹性毛细管作用力
        2.2.3 不同压痕速率对巩膜力学性能的影响
    2.3 讨论
    2.4 小结
第三章 高眼压对巩膜力学性能的影响
    3.1 方法
    3.2 结果
        3.2.1 最大载荷及位移
        3.2.2 瞬时模量
        3.2.3 瞬时应力
        3.2.4 生理范围内巩膜的刚度
    3.3 讨论
    3.4 小结
第四章 巩膜不同区域的胶原含量及结构分析
    4.1 方法
        4.1.1 实验仪器及试剂
        4.1.2 试样的制备
        4.1.3 胶原含量测定
        4.1.4 胶原结构分析
    4.2 结果
        4.2.1 巩膜不同区域的胶原含量
        4.2.2 巩膜不同区域的胶原组成及结构
    4.3 讨论
    4.4 小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：2857134