青光眼房水引流物对眼压影响的计算机模拟研究

青光眼是全球第二位致盲眼病，主要由眼内生成房水不能正常排出引起病理高眼压所致。房水引流物的插入使房水流出增加、眼压下降，实现对青光眼的治疗。房水引流物降低眼压的量化效果难以通过目前的测量或成像手段获得。本项目利用计算机模拟研究房水引流物对眼压的影响。解决眼组织受力分析所用精确形态模型构建困难问题，进而从整体上、定量地分析房水引流对青光眼高眼压的影响。研究内容主要包括：1）建立房水引流管的功能模型，分析引流管形状参数和物理属性的变化对房水排出的影响；2）通过合理简化，采用眼科图像数据建模与参数化建模相结合的方法构建精细眼组织形态模型；3）在形态模型基础上，利用有限元方法分析房水引流后眼压变化对视乳头位移、应力和应变的影响。以期探寻眼压与视神经损伤的关系，揭示青光眼引流手术的作用机制，分析房水引流对眼压，尤其是视乳头部压力的影响，并为优化引流物设计提供依据。

青光眼主要由眼内生成房水不能正常排出引起的病理性高眼压所致。房水引流手术可以通过降低眼压来实现对青光眼的治疗。定量分析眼前节房水变化引起眼压改变对眼组织受力的影响是揭示青光眼致病机理的关键所在。但目前的测量或成像手段难以对眼的受力状态作量化分析。计算机建模仿真为定量分析眼压变化对眼组织受力的影响提供了可能。.(1)本项目中，我们首先构建了构建了一个包含视乳头结构的人眼有限元模型，用于分析青光眼的力学致病机理。该模型仿真结果表明青光眼的高眼压会使杯盘比增大。验证了梁厚成的假说，即：在高眼压作用下，视盘扩大，脉络膜和视网膜紧贴巩膜，视神经在穿出眼球时形成三个直角，造成视神经的压迫损伤。.(2)结合医学图像与文献报道的人眼几何形态参数，构建了一系列相对精细、完整的二维和三维人眼有限元模型。进一步分析房水引流物引流导致眼前节的房水压力发生变化对眼内的各个解剖结构的受力状态的影响。.(3)利用该模型分析了房水引流前后，房水压力改变对眼部各解剖结构受力状态的影响。量化模拟了眼压从眼前节传递到视神经乳头区域的过程。实验结果表明了我们构建的整体模型存在的特殊优势，这些优势是通过局部眼模型（目前国内外普遍采用的建模方式）不能获得的。该仿真也再一次验证了眼压升高引起的人眼生物力学响应可能是导致青光眼发病的危险因素之，揭示了房水引流对视乳头部分受力改善的机理。.(4)青光眼房水排除不畅会造成前后房房水的压力差。利用构建的精细眼模型仿真了前后房眼压差升高对眼前节组织的力学作用。仿真结果表明无论是虹膜后非粘连和粘连的情况，随着眼压差升高均表现出前房角变窄，前房变浅，前房体积减小，这些现象与闭角型青光眼患者眼部OCT图像分析结果高度一致。.该人眼整体模型提供了一个定量分析青光眼致病机理的研究平台，并且该模型可能有助于防治眼部相关疾病。