一种角膜术后情况的模拟方法技术

本发明专利技术提供一种角膜术后情况的模拟方法，其步骤包括如下：步骤一、通过有限元建模软件建立基础眼球模型；步骤二、在基础眼球模型的基础上输入特定对象角膜参数建立个体眼球形态模型；步骤三、输入个体角膜材料属性，制备个性化全眼眼球模型；步骤四、在手术方案模拟软件通过输入切削深度参数、切削范围参数，制备消融手术标记模型；步骤五、在消融手术标记模型基础上，构建无眼内压的消融手术模型；步骤六、根据无眼内压的消融手术模型上标记消融轮廓的位置和深度去除角膜组织，获得术后模型；步骤七、根据光路追迹法计算模拟获得术后角膜屈光力参考数据从而评估手术效果，实现三种手术方案的角膜术后情况的准确预测。

【技术实现步骤摘要】
一种角膜术后情况的模拟方法
本专利技术涉及一种模拟方法，特别涉及一种角膜术后情况的模拟方法
技术介绍
在经过IK,EK,PRK的不断迭代后，目前主流的屈光手术主要有TPRK、LASIK、SMILE三种。TPRK中文全称“经上皮的激光角膜切削术。TPRK的原理是去除角膜上皮和前部角膜基质层，完成角膜曲率的改变，使外界物体在视网膜上清晰成像。由于仅对表层进行手术，所以仅适用于700度以内的近视人群。其优势是无切口，不制角膜瓣，个性化程度高，视觉成像效果好。手术操作简单，一步完成，手术过程中器械不需要直接接触眼球,安全性相当高，不存在着各种角膜的并发症。缺点是术后流泪畏光异物感等刺激症状稍重，恢复期有数月时间，并且视力恢复正常需要一周左右。LASIK,准分子激光原位角膜消除术。LASIK的原理是先采用自动微型角膜板层系统在角膜表面制作板层角膜瓣，掀开角膜瓣后，应用准分子激光电脑控制多步分区进行角膜基质内切削，最后将角膜瓣复位。这种方法保留了角膜上皮和前弹力层的完整性，有着术后反应轻，安全性、稳定性、舒适度高，手术时间短恢复快等特点。微小切口基质透镜切除术，smallincisionlenticuleextraction，英文缩写为SMILE。SMILE手术的原理是利用飞秒激光聚焦于角膜基质，根据屈光度类型和程度做基质透镜成型并将其从由飞秒激光形成的小切口取出，使角膜表面曲率改变以矫正各类屈光不正。SMILE手术有着切口小，对眼表及神经损伤小，术后恢复快，舒适度高等优点。在眼科屈光手术领域，nomogram值的调整对于屈光手术的准确性是至关重要的。屈光度调整值(nomogram值)是根据手术医生先前的手术经验，综合考量球镜度、柱镜度，年龄等其他可能影响的相关因素对输入机器的治疗参数，进行一个经验的调整，以期望达到手术精准性。现有技术方案：中国专利“CN110960349A”公开的一种SMILE屈光手术屈光度调整值的预测方法，该技术方案有涉及到眼球三维模型的建立，但是该技术方案仅将三维模型用于建立数据库，通过与先前模型的对比得到预测值，功能单一，只能对屈光手术中的屈光度调整值进行预测，不能模拟手术方案术后的视觉效果。且该专利技术基于机器学习算法原理实现，不同于本专利技术的有限元分析，其预测精度不高，个性化程度较低，且无法可视化。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种角膜术后情况的模拟方法，其通过构建个体角膜有限元模型进行角膜手术模拟，从而实现三种手术方案的角膜术后情况的准确预测。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种角膜术后情况的模拟方法，其步骤包括如下：步骤一、通过有限元建模软件建立基础眼球模型；步骤二、通过有限元建模软件在基础眼球模型的基础上输入特定对象角膜形态参数，修改角膜形状并拉伸巩膜建立个体眼球形态模型；步骤三、在有限元建模软件输入个体角膜材料属性，制备个性化全眼眼球模型；步骤四、在有限元建模软件输入角膜瓣厚度值及角膜瓣范围值，根据手术种类选择建立手术准备模型，该手术准备模型为SMILE模型或TPRK模型或LASIK模型，在手术方案模拟软件通过输入切削深度参数、切削范围参数，在受眼内压下的手术准备模型上标记消融轮廓的位置和深度，制备消融手术标记模型；步骤五、在消融手术标记模型基础上，构建无眼内压的消融手术模型；步骤六、在有限元建模软件中，根据无眼内压的消融手术模型上标记消融轮廓的位置和深度去除角膜组织，获得术后模型；步骤七、通过在有限元建模软件对术后模型加载特定对象个体眼内压力值，根据光路追迹法计算模拟获得术后角膜屈光力参考数据，通过比对角膜屈光力参考数据来评估手术效果。本专利技术进一步设置为，所述步骤二特定对象角膜形态参数为角膜前表面高度图、角膜厚度图和临床眼轴长度。本专利技术进一步设置为，所述步骤二采用10阶Zernike多项式计算个体角膜任意位置的节点坐标和相应的厚度。本专利技术进一步设置为，所述步骤三个体角膜材料属性通过在有限元建模软件载入应力应变曲线，该应力应变曲线如下公式表示：其中age为年龄，e为自然常数，ε为应变量，在有限元建模分析软件中自动拟合该曲线与Ogden材料模型，并输出Ogden本构参数，通过CorvisST仪器测得的特定对象的个体应力应变系数，个体应力应变系数乘上获得的Ogden本构参数Mu1得到个体角膜材料属性，输入个体角膜材料属性，制备个性化全眼眼球模型。本专利技术进一步设置为，步骤五无眼内压的消融手术模型构建过程为：测量特定对象个体眼内压力值，消融手术标记模型加载上述眼内压值，并获得由该加压过程而产生的眼球形变数据，从变形后的形态中参考上一步获得的眼球形变数据的双倍数值调整角膜前表面节点坐标，得到模拟无眼内压模型，在模拟无眼内压模型加载眼内压形成参考加压模型，对参考加压模型与消融手术标记模型的角膜前表面节点坐标的差值进行判断，在差值小于0.00001mm时，参考加压模型为最终无眼内压模型，在差值大于0.00001mm时，通过调整角膜前表面节点坐标更新模拟无眼内压模型，对更新后的模拟无眼内压模型加载眼内压形成更新后的参考加压模型，对更新后的参考加压模型与消融手术标记模型的角膜前表面节点坐标的差值进行判断，反复迭代，直至差值小于0.00001mm。本专利技术进一步设置为，所述角膜屈光力参考数据包括等效球镜角膜屈光力、0度角方向角膜散光分量、45度角方向角膜散光分量。本专利技术进一步设置为，利用Matlab软件或具有有限元建模功能的软件构建个性化眼球有限元模型。本专利技术进一步设置为，采用Abaqus软件或具有有限元分析功能的软件计算术后角膜的形态和角膜生物力学属性。本专利技术的有益效果为：通过有限元模拟来实现手术的虚拟实施，根据输入不同人眼的形态和材料相关参数，以及个体手术切削方案相关参数，建立个性化预测屈光手术效果的数值模型，分析角膜在手术过程中的形变情况，达到更为可靠与精确地预测术后角膜形态和角膜屈光力的目的。并且根据术后模型再通过CorvisST仪器测量术后角膜形态及生物力学的改变，从而评估术后发生角膜膨隆的可能性，即若生物力学属性较低，则表示易出现角膜膨隆。同时其在实现精准预测效果的前提下，通过不断调整手术参数设置可以得到效果最优的手术方案，为眼科临床屈光手术术式选择以及手术参数设置提供参考。附图说明：图1：为本专利技术无应力求解过程中角膜形变状态结构示意图。具体实施方式下面的实施例将对本专利技术做进一步的详述。本实施例公开的一种角膜术后情况的模拟方法，其步骤包括如下：步骤一、通过有限元建模软件建立基础眼球模型；具体设置方式为，其中建立基础化模型包括对模型的基本设置：比如控制模型网格划分精度、角巩膜链接形式，设置合理的边界条件等，其中角膜和巩膜分别使用了25和45个环。角膜和巩膜厚度分为3层，形成44100个元素。角膜的形状取决于其前表面，中央角膜厚度(CCT)和周边角膜厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种角膜术后情况的模拟方法，其步骤包括如下：/n步骤一、通过有限元建模软件建立基础眼球模型；/n步骤二、通过有限元建模软件在基础眼球模型的基础上输入特定对象角膜形态参数，修改角膜形状并拉伸巩膜建立个体眼球形态模型；/n步骤三、在有限元建模软件输入个体角膜材料属性，制备个性化全眼眼球模型；/n步骤四、在有限元建模软件输入角膜瓣厚度值及角膜瓣范围值，根据手术种类选择建立手术准备模型，该手术准备模型为SMILE模型或TPRK模型或LASIK模型，在手术方案模拟软件通过输入切削深度参数、切削范围参数，在受眼内压下的手术准备模型上标记消融轮廓的位置和深度，制备消融手术标记模型；/n步骤五、在消融手术标记模型基础上，构建无眼内压的消融手术模型；/n步骤六、在有限元建模软件中，根据无眼内压的消融手术模型上标记消融轮廓的位置和深度去除角膜组织，获得术后模型；/n步骤七、通过在有限元建模软件对术后模型加载特定对象个体眼内压力值，根据光路追迹法计算模拟获得术后角膜屈光力参考数据，通过比对角膜屈光力参考数据来评估手术效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种角膜术后情况的模拟方法，其步骤包括如下：
步骤一、通过有限元建模软件建立基础眼球模型；
步骤二、通过有限元建模软件在基础眼球模型的基础上输入特定对象角膜形态参数，修改角膜形状并拉伸巩膜建立个体眼球形态模型；
步骤三、在有限元建模软件输入个体角膜材料属性，制备个性化全眼眼球模型；
步骤四、在有限元建模软件输入角膜瓣厚度值及角膜瓣范围值，根据手术种类选择建立手术准备模型，该手术准备模型为SMILE模型或TPRK模型或LASIK模型，在手术方案模拟软件通过输入切削深度参数、切削范围参数，在受眼内压下的手术准备模型上标记消融轮廓的位置和深度，制备消融手术标记模型；
步骤五、在消融手术标记模型基础上，构建无眼内压的消融手术模型；
步骤六、在有限元建模软件中，根据无眼内压的消融手术模型上标记消融轮廓的位置和深度去除角膜组织，获得术后模型；
步骤七、通过在有限元建模软件对术后模型加载特定对象个体眼内压力值，根据光路追迹法计算模拟获得术后角膜屈光力参考数据，通过比对角膜屈光力参考数据来评估手术效果。


2.根据权利要求1所述的一种角膜术后情况的模拟方法，其特征在于：所述步骤二特定对象角膜形态参数为角膜前表面高度图、角膜厚度图和临床眼轴长度。


3.根据权利要求1所述的一种角膜术后情况的模拟方法，其特征在于：所述步骤二采用10阶Zernike多项式计算个体角膜任意位置的节点坐标和相应的厚度。


4.根据权利要求1所述的一种角膜术后情况的模拟方法，其特征在于：所述步骤三个体角膜材料属性通过在有限元建模软件载入应力应变曲线，该应力应变曲线如下公式表示：



其中age为年龄，e为自然常数，ε为应变量，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪霏，章培培，王俊杰，吕丹，邱晨辉，张馨予，罗圣龙，叶仪，王征，樊磊，靳雨，王子健，龚家桅，欣杨，
申请(专利权)人：温州医科大学附属眼视光医院，
类型：发明
国别省市：浙江;33