基于眼外肌本構(gòu)模型的眼球運(yùn)動(dòng)建模及臨床應(yīng)用研究.pdf

1、眼外肌疾病嚴(yán)重影響著人類的正常生活，其中僅斜視的發(fā)病率就高達(dá)1％～5%。近年來，由眼外肌 Pulley（眼外肌上的結(jié)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(guān)注。眼外肌疾病的治療可分為非手術(shù)療法和手術(shù)療法，其中手術(shù)療法占很大的比重。眼外肌手術(shù)量的準(zhǔn)確性是眼外肌手術(shù)成功與否的關(guān)鍵。目前，眼科醫(yī)生一般參考經(jīng)驗(yàn)值來確定眼外肌的手術(shù)量。用生物力學(xué)的方法建立眼球運(yùn)動(dòng)模型，給出確定眼外肌手術(shù)量的方案，對(duì)實(shí)現(xiàn)眼外肌疾患

2、手術(shù)量的個(gè)性化設(shè)計(jì)具有重要的理論價(jià)值和臨床實(shí)際意義。
　　眼球的運(yùn)動(dòng)主要受六條眼外肌及其他眼眶組織的支配。在眼球運(yùn)動(dòng)的建模中，眼外肌力學(xué)本構(gòu)關(guān)系的輸入、眼外肌Pulley功能的給定及眼眶組織對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的阻力剛度的設(shè)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(xiàn)報(bào)道出六條眼外肌收縮的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系，Pulley對(duì)雙眼視的生物力學(xué)意義還不清楚，其他眼眶組織對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)也有待進(jìn)一步確定。本文的目的是通過研究眼外

3、肌收縮的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系、眼外肌Pulley對(duì)雙眼視的生物力學(xué)意義及眼眶組織對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的阻力，建立相應(yīng)的眼球運(yùn)動(dòng)模型，為臨床確定眼外肌疾病的治療方案提供理論指導(dǎo)。
　　本文主要完成了以下工作：
　　（1）提出了第一眼位神經(jīng)興奮水平下人眼外肌收縮的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系?；谇叭藢?shí)驗(yàn)所得外直肌的長(zhǎng)度-張力關(guān)系，假設(shè)在第一眼位神經(jīng)興奮水平下其余五條眼外肌的長(zhǎng)度-張力曲線可在外直肌長(zhǎng)度-張力曲線的基礎(chǔ)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(yùn)動(dòng)模型；結(jié)合第一眼位的靜力平衡方程及張應(yīng)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(xué)本構(gòu)關(guān)系。通過與已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了所得本構(gòu)關(guān)系的合理性；對(duì)比眼外肌單線模型和三線模型的計(jì)算結(jié)果，證明了基于單線模型推導(dǎo)眼外肌收縮的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系是簡(jiǎn)單有效的。
　?。?）首次從生物力學(xué)角度論證了Pulley存在對(duì)雙眼視的生物學(xué)意義。建立了無(wú)Pulley、被動(dòng)Pulley和主動(dòng)Pulle

5、y三類眼球運(yùn)動(dòng)模型，分別用這三類模型模擬了正常生理范圍內(nèi)的水平雙眼運(yùn)動(dòng)，其中對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)過程中伸長(zhǎng)的眼外肌，弱化神經(jīng)的支配作用只考慮其被動(dòng)力；應(yīng)用文獻(xiàn)中眼外肌的被動(dòng)拉伸數(shù)據(jù)結(jié)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(duì)眼球的作用力，并對(duì)眼球的受力狀態(tài)進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明無(wú)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(wú)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(huì)導(dǎo)致雙眼發(fā)生不均等的變形，進(jìn)而導(dǎo)致雙眼對(duì)視覺目標(biāo)的距離發(fā)生誤判；可見 Pulley對(duì)雙眼視有重要的生物力學(xué)意義。
　　（3）獲得了兔眼眶組織對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的阻力及阻力剛度。對(duì)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(wàn)能材料試樣機(jī)對(duì)其眼眶組織進(jìn)行了在體拉伸測(cè)試；統(tǒng)計(jì)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(zhuǎn)動(dòng)和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)過程中對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的阻力；用線性回歸方法

7、得到了8種不同眼球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下眼眶組織對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的阻力剛度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無(wú)論是對(duì)于眼球的水平轉(zhuǎn)動(dòng)還是垂直轉(zhuǎn)動(dòng)，若將轉(zhuǎn)動(dòng)過程中發(fā)揮主導(dǎo)作用的兩條直肌剪斷，剩余四條眼外肌對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的阻力很?。缓臈l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(jì)學(xué)差異，結(jié)果表明在兔眼水平轉(zhuǎn)動(dòng)和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的建模中這兩種剛度不能通用。這一研究可為眼球運(yùn)動(dòng)建模中選擇眼眶組織對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的阻力剛度提供參考。
　　（4）從生物力學(xué)角度為臨床斜