角膜粘附行为及其对屈光手术的影响

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屈光手术的安全性和稳定性是被相关的临床医生和科研工作者重点关注的领域。角膜的生物力学性能对手术的成功实施和手术方案的设计起关键的指导作用。其中,角膜的粘附行为是临床治疗中常见的现象,如术后角膜帽与基质层的粘附、角膜移植术、人工角膜等。因此,研究角膜粘附行为对屈光手术的安全性和稳定性具有重要意义。屈光手术后,角膜损伤界面间相互的粘附行为对维持术后角膜的稳定性起关键作用。本文以理论建模的形式研究角膜组织损伤界面的粘附行为对屈光手术后角膜的安全性与稳定性的影响。目前分析软组织粘附行为多使用经典的Johnson-Kendall-Roberts(JKR)理论,其主要用于分析固体软物质的粘附行为。但自然完整的角膜,因受生理眼压的作用而发生并维持着膨胀变形,类似于膜材料的特性。经典的JKR理论并未考虑到这一特性,为此本文通过对经典的JKR模型增加膜张力项,以使改进后的JKR理论适用于分析角膜这样的生理膨胀组织的粘附行为。本文的主要工作以及结论如下:(1)用不同尺度的球形探针,对完整的自然角膜行压痕试验,分析其在不同眼压与不同探针尺寸下的力学特性。对实验数据采用经典JKR模型和改进的JKR(m-JKR)模型求解有关的粘附力,分析结果表明JKR模型的计算结果明显小于实验数据,而改进的JKR模型能较好地拟合实验数据。(2)压痕实验结果表明,角膜粘附行为具有明显的尺度效应。具体表现为,当与角膜接触的探针尺寸很小(亚毫米尺度)时,JKR模型可以很好地拟合角膜的粘附行为,说明小接触域下角膜的粘附行为与固体材料类似。但随着接触域的逐渐增大,JKR模型的拟合效果越来越差;而在增大趋膜性系数的数值后,改进的JKR模型能适用于分析接触域不断增长的角膜粘附行为。分析结果认为,角膜粘附行为的尺寸效应与其力学性能兼具固体和膜材料的特征有密切关系,随接触域的增加,角膜的粘附行为由固体材料的特性逐渐倾向于向膜特性变化。(3)屈光手术后角膜会产生一定的力损,本文假设该力损不能超过角膜的界面粘附力,否则术后角膜的角膜瓣会与角膜的残余基质床有分离的趋势进而导致角膜损伤,影响患者的视力健康。据此,本文理论推导了与屈光手术有关的角膜最大切削比,丰富了临床手术中角膜切削安全标准的理论基础。
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