مقالة منهجية

محاكاة ميكانيكا عدسة السكن عن طريق عدسة يدوية نقالة

DOI:

10.3791/57162

⸱

فبراير 23, 2018

 ,  ,  , 
1Fischell Department of Bioengineering, University of Maryland, 2Bioniko Consulting LLC

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم وسيلة فعالة لدراسة السكن العدسة باستخدام عدسة يدوية نقالة. بروتوكول يقلد متصلة السكن الفسيولوجية عن طريق سحب زونوليس حول كبسولة العدسة، وبالتالي تمتد العدسة.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

والهدف من هذا البروتوكول تقليد الميكانيكا الحيوية الفسيولوجية الإقامة بطريقة فعالة من حيث التكلفة، وعملياً. يتحقق السكن من خلال انكماش الجسم الهدبي والاسترخاء من ألياف زونولي، الذي ينتج سماكة العدسة اللازم للقرب من الرؤية. نقدم هنا، الرواية، والأسلوب البسيط الذي يتكرر الإقامة بتوتير زونوليس متصلة بكبسولة العدسة عن طريق عدسة يدوية نقالة (MLS). هذا الأسلوب ترصد تمتد شعاعي، يتحقق بعدسة عندما يتعرض لقوة متسقة ويسمح بإجراء مقارنة لاستيعاب العدسات، والتي يمكن أن تمتد إلى مراعاة عدم العدسات، والتي لا يمكن أن يتم تمدد. الأهم من ذلك، الأزواج نقالة زونوليس مباشرة، ولا على الصلبة العينية للعين، وبالتالي تتطلب فقط العدسة، زونوليس، والجسم الهدبي بدلاً من نموذج الكرة الأرضية بأسرها. يمكنك تقليل هذا الاختلاف إلى حد كبير تكاليف اقتناء العدسات الجثث المانحة بحوالي 62% مقارنة بالحصول الكرة الأرضية بأسرها.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

السكن هو العملية التي العين البشرية قادرة على التكيف بشكل حيوي على شكل عدسة البلورية رؤية الأشياء على مسافات بعيدة أو قريبة في التركيز الحاد. السكن عملية النشاط الحيوي ارتباطاً وثيقا. عند العصبية التحفيز، تنتج العضلات الهدبية قوة على الجسم الهدبي وألياف زونولي أن نعلق على محيط عدسة كبسولة1،2. بينما هناك نظريات مختلفة وراء الميكانيكا الحيوية الإقامة، الأكثر قبولا هو فرضية هلمهولتز. ووفقا للفرضية، العدسة في دولة امتدت طبيعية، المقابلة للشكل أنحف من العدسة التي الأمثل لتركيز الأشياء البعيدة. لتغيير التركيز إلى كائنات أوثق، عقد العضلات الهدبية واسترخاء الألياف زونولار. وفي المقابل، يمسك العدسة، زيادة الانحناءات السطح الأمامي والخلفي. يقابل ذلك زيادة في الطاقة ديوبتريك التي ضرورية للقرب من الرؤية، ولذلك، البعد البؤري أقصر1.

القدرة على استيعاب الخطر مع مرور الوقت عن طريق شرط اسمه شيخوخة. التي تؤثر على كل فرد من سن 50 سنة، يجعل شيخوخة العين غير قادر على بشكل حيوي تغيير التركيز من الآن لإغلاق المسافات3. ولمكافحة شيخوخة، الأساليب الحالية السلبية بما في ذلك العدسات التصحيحية والنظارة. مع زيادة قدرة المرء على التركيز على الأشياء القريبة في قليل من الطائرات، لا يمكن استعادة هذه العلاجات السلبي قدرة التركيز الحيوي4،العدسة5. من أجل علاج شيخوخة كفاءة، أو ربما منع ذلك، هناك حاجة مستمرة إلى فهم أفضل للإقامة.

لدراسة عدسة الإقامة، قد وضعت عددا من أجهزة لمحاكاة ظاهرة السابقين فيفو4،6،7،،من89. وأدخلت الغزل الأقراص أولاً لرصد تمتد من العدسة عن طريق القوى المركزية الطاردة8. لتكرار هذه الظاهرة أكثر دقة، وعرض الأجهزة العدسة تمتد تدريجيا وابتكر. استخدام عدسة نقالة، Manns وآخرون. وتتميز القوة المطلوبة لاستيعاب العدسة بينما ربط مثل هذه السلطة العدسة وقطرها الاستوائي9. الفهم الحالي أن يتصلب العدسة مع التقدم في السن، أدى إلى انخفاض تغيير شكل عدسة استجابة لقوة متساوية من الجسم الهدبي3،10،،من1112.

الحالي عدسة نقالات غالباً ما تنطوي على إعداد معقدة، تنفيذ معدلات تمتد للبرمجة، والإلكترونيات، ويتطلب جثة كاملة مقلة العين6،،من710،13. هذا الشرط يزيد من التكلفة لكل تجربة لما يزيد على مبلغ 500.00 كل العين ويقلل من توافر عينة. هنا نقدم طريقة لتكرار الإقامة عدسة تكلفة منخفضة كما العين الخلفي يبلغ حوالي 200.00 دولار. أقل تطورا من العديد من الأجهزة المستخدمة اليوم، في حين الأسلوب أكثر فعالية من حيث التكلفة وتبني دون المساس بنتائج. هذا الأسلوب تتمحور حول عدسة يدوية نقالة (MLS) هو مبين في الشكل 1، ويستخدم نظام لقط فريدة من نوعها على ألياف زونولار وطريقة اللف شعاعي لتوسيع قطر العدسة. يتم التحقق من دقة الفسيولوجية للبروتوكول باستنتاجات برنال et al.، الذي درس المسار الذي ترتبط الألياف زونولار الأمامي والخلفي ل كبسولة العدسة14. باستخدام تصميم الأحذية المخصصة التي لا تتطلب سوى العدسة، زونولي، والجسم الهدبي، نحن تهدف إلى دراسة الميكانيكا الحيوية العدسة بتكرار الإقامة الفسيولوجية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويتم قبول البروتوكولات التالية تحت رعاية الحيوان المؤسسية في جامعة ميريلاند واستخدام اللجنة فضلا عن مجلس المراجعة المؤسسية. البروتوكولات تتبع المعايير الاتحادية والولائية والمحلية، والمبادئ التوجيهية التي وضعتها جامعة ماريلاند السياسة المتعلقة بالسلامة الأحيائية.

1-تشريح العين عينة

  1. الحصول على نموذج عين من مصرف محلي في المسلخ أو الأنسجة. إذا كان يتم الحصول عليها عين كامل أنحاء العالم، مباشرة استخراج العدسة، زونوليس المرفقة، والجسم الزجاجي.
    ملاحظة: التفاصيل المحددة الموصوفة أدناه تتصل بعيون الخنزير والبشرية على السواء.
    1. باستخدام مقص جراحي تطهيرها والملقط، قطع وإزالة جميع الأنسجة الزائدة المحيطة الصلبة العينية.
    2. إيمانا راسخا عقد العين في الجانب الخاص بها، واستخدام شفرة حلاقة، جعل شق صغير بجانب العين 3 ملم بعيداً عن القرنية. جعل العميقة قص ما يكفي توصلنا إلى الجسم الزجاجي داخل العين.
    3. باستخدام مقص، قص بعناية إضافية على طول شق حول المحيط العين. تجنب ثقب العدسة. ويبين الشكل 2ألفصورة تمثيلية.
    4. مرة واحدة وقد تم قطع خارج محيط العين، إزالة الأنسجة الخلفي للعين باستخدام الملقط. عزل زونوليس والجسم الهدبي، العدسة والجسم الزجاجي المرفقة مع الملقط. ويبين الشكل 2بصورة تمثيلية.
    5. باستخدام المقص والملقط، إزالة الزائدة زجاجي حتى يمكن وضع العدسة مسطح على MLS.
      ملاحظة: في حالات زراعة القرنية، يستخدم الزر القرنية في الجراحة وبقية أنحاء العالم متاحة لأغراض البحث. ومع ذلك، يمكن استخدامها هذا العالم الجزئي لا يزال في إعداد الأنسجة الإعداد عدسة نقالة. إلا إذا كان يتم الحصول مؤخرة، فقط تنفيذ الخطوة 1.1.4–1.1.5.
  2. تطهير جميع التشريح بعد المعدات المستخدمة في حل التبييض 15% لمدة 30 دقيقة.

2-محاكمة جمعية نقالة عدسة دليل

  1. إدراج قيعان الأحذية 10 ملم وقمم الأحذية المقابلة في أسفل لوحة من MLS حيث لا تزال هناك فجوة 5 ملم بين الجدار الخلفي للمسافة البادئة الأحذية والأحذية نفسها.
  2. قم بمحاذاة لوحات العلوي والسفلي، والعض اللوحات معا؛ الجهاز الآن في موقف أونستريتشيد.
  3. إدراج اللوحات في حالة اللوحة والمسمار سداده في حفرة تقع على جانب أسفل لوحة.
  4. إدراج قضية اللوحة إلى القاعدة ووجع في المسافات البادئة تمت محاذاته.
  5. تطور وجع عقارب الساعة حتى يصل المسمار وقف التعاقد الأحذية، وتطور عقارب الساعة إلى الوراء العودة الأحذية إلى موقف أونستريتشيد الأصلي.

3-تركيب العدسة

  1. إدراج قيعان الأحذية 10 ملم في أسفل لوحة في MLS حيث مم 5 الفجوة بين ما زال الجدار الخلفي للمسافة البادئة الأحذية والأحذية نفسها.
  2. استخدام الملقط المنحنية، مكان مواجهة عدسة المستخرجة في منتصف أسفل لوحة حيث أن الأحذية هي دعم العدسة أكثر من ثقب مركزي.
  3. انجذاب أعلى المقابلة للأحذية في مكانها، لقطة فقط في زونوليس وفي الجسم الزجاجي. ضمان بصريا أن العدسة يبقى كما تركزت قدر الإمكان في أسفل لوحة.
  4. كرر الخطوات من 2، 2، 3-4.

4-قياس العدسة

  1. وضع نظام تصوير مباشرة أعلى الجهاز لالتقاط الفيديو والصور من عملية تمتد. تأكد من تضمين مسطرة في إطار الصورة بدقة حجم ونطاق الصور في مرحلة ما بعد المعالجة.
    ملاحظة: أي نظام تصوير مناسبة كافية لهذه الخطوة؛ هنا علينا استخدام 12 ميجا بكسل، autofocusing الذكي قدم واحدة من العينة.
  2. بشدة حتى الآن بسلاسة، تدوير وجع في اتجاه عقارب الساعة لتمتد العدسة. ويبين الشكل 3 صور الممثل في أونستريتشيد وامتدت الدولة.
  3. بعد تصوير العدسة ممدد، تدوير وجع في اتجاه عقارب الساعة لاستعادة العينة إلى حالة الراحة.
    ملاحظة: من الضروري أن يتم قياس العدسة في الوقت مناسب بغية التقليل من الجفاف للعدسة.
  4. وضوح تصوير الحالة النهائية يستريح للعدسة.

5-بيانات التحليل

  1. تحميل الصورة إلى إيماجيج، واستخدام ميزة "نقطة" لتحديد مالا يقل عن 40 نقطة حول المحيط العدسة كما هو موضح في الشكل 4أ. استخدم الخيار "قياس" ← "تحليل" تسفر عن موقع كل نقطة المحدد.
  2. صالح (باستخدام برامج مثل MATLAB) موقع النقاط بغية الحصول نصف قطرها و chi-square لصالح كما هو موضح في الشكل 4ب. تحويل نصف قطرها بكسل والخطأ في القياسات باستخدام المسطرة وتصويرها.
  3. أداء إقران اثنين الذيل الاختبار t لمقارنة عدسة فردية قبل وبعد تمتد من MLS.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم الحصول على عيون الخنزير، ونموذج مشترك لدراسة شيخوخة عبر العدسة تمتد15من4،،، (n = 10) من المسالخ محلية وهذا البروتوكول تم استخدامه لمراقبة إمكانية الإقامة للعدسات. الشكل 5 A يظهر المقارنة بين العدسة الخنزير قبل وبعد تمتد عبر MLS. كانت هناك زيادة 0.07 مم ± متوسط 0.19 في دائرة نصف قطرها العدسة عندما امتدت (ف < 0.001)، ومساواة إلى زيادة 1.62% 4.2 ± من دائرة نصف قطرها الأصلي...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ونحن قد وضعت طريقة جديدة لتوفير طريقة دقيقة وفعالة لدراسة إمكانية الإقامة للعدسة باستخدام إليه لقط المزدوج-قطعة لزوجين نقالة للعينة. أثناء الإقامة، يرتاح العدسة، وإنقاص القطر ردا على الاسترخاء من ألياف زونولار1،،من24،19. الأسلوب الذي يركز على هذه الظاهرة لقط والسيطرة على توتر ألياف زونولار. لهذا السبب، يجب اتخاذ العناية المركزة المشبك زونوليس داخل الحذاء محاكاة بدقة السكن عدسة الفسيولوجية. لضما...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد آب حصة ملكية في "شركة استشارات بيونيكو".

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
نقالة العدسة اليدويةBionikoMLSستتطلب الأنواع الحيوانية المختلفة أحجام مختلفة من الأحذية
عينات عين الخنازيرجورج جي روبرسبرغر ؛ المسلخN / Aتم الحصول على مقل عيون كاملة
عينات العين البشريةتم طلب التبادل الوطني لأبحاث الأمراضN / Aالقطبين الخلفية بدون القرنيات
مقص تشريح (5 1/2 '' مستقيم)علوم المجهري الإلكتروني72960
ملقط الأنسجة (4 1/2 بوصة)علوم ميكروسوبي الإلكترون72960
iPhone 6sAppleN / Aأي نظام تصوير بدقة ~ 0.1 مم سيعمل
هيبوكوريت الصوديومكلوركسكلوركس المبيض العاديمطهر سيعمل
أي

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Von Helmholtz, H. Uber die akkommodation des auges. Arch Ophthal. 1, 1-74 (1855).
  2. Schachar, R. A., Black, T. D., Kash, R. L., Cudmore, D. P., Schanzlin, D. J. The mechanism of accommodation and presbyopia in the primate. Ann Ophthalmol. 27, 58-67 (1995).
  3. Glasser, A., Campbell, C. W. Presbyopia and the optical changes in the human crystalline lens with age. Vision Res. 38 (2), 209-229 (1998).
  4. Reilly, M. A., Hamilton, P. D., Perry, G., Ravi, N. Comparison of the behavior and natural and refilled porcine lenses in a robotic lens stretcher. Exp Eye Res. 88, 483-494 (2009).
  5. Langenbucher, A., Huber, S., Nguyen, N. X., Seitz, B., Gusek-Schneider, G. C., Küchle, M. Measurement of accommodation after implantation of an accommodating posterior chamber intraocular lens. J Cataract Refract Surg. 29 (4), 677-685 (2003).
  6. Ehrmann, K., Ho, A., Parel, J. Biomechanical analysis of the accommodative apparatus in primates. Clin Exp Optom. 91 (4), 411(2008).
  7. Pinilla Cortés, L., et al. Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926(2015).
  8. Fisher, R. F. The elastic constants of the human lens. J Physiol. 212 (1), 147-180 (1971).
  9. Eppig, T., et al. Biomechanical eye model and measurement setup for investigating accommodating intraocular lenses. Z Med Ohys. 23 (2), 144-152 (2013).
  10. Manns, F., Parel,, et al. Response of Human and Monkey Lenses in a Lens Stretcher. Invest Ophthalmol Vis Sci. 48 (7), 3260(2007).
  11. Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. In vivo measurement of age-related stiffening in the crystalline lens by Brillouin optical microscopy. Biophys J. 101 (6), 1539-1545 (2011).
  12. Besner, S., Scarcelli, G., Pineda, R., Yun, S. -H. In Vivo Brillouin Analysis of the Aging Crystalline Lens. Invest Ophthalmol Vis Sci. 57 (13), 5093(2016).
  13. Cortes, L., et al. Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926-2932 (2015).
  14. Bernal, A., Parel, J. -M., Manns, F. Evidence for Posterior Zonular Fiber Attachment on the Anterior Hyaloid Membrane. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (11), 4708(2006).
  15. Kammel, R., Ackermann, R., Mai, T., Damm, C., Nolte, S. Pig Lenses in a Lens Stretcher. Optom Vis Sci. 89 (6), 908-915 (2012).
  16. Hahn, J., et al. Measurement of Ex Vivo Porcine Lens Shape During Simulated Accommodation, Before and After fs-Laser Treatment. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (9), 5332-5343 (2015).
  17. D'Antin, J. C., Cortes, L. P., Montenegro, G. A., Barraquer, R. I., Michael, R. Evaluation of a portable manual stretching device to simulate accommodation. Acta Ophthalmol. 93 (255), (2015).
  18. Pierscionek, B. Age-related response of human lenses to stretching forces. Exp Eye Res. 60 (3), 325-332 (1995).
  19. Marussich, L., et al. Measurement of Crystalline Lens Volume During Accommodation in a Lens Stretcher. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (8), 4239(2015).
  20. Martinez-Enriquez, E., Pérez-Merino, P., Velasco-Ocana, M., Marcos, S. OCT-based full crystalline lens shape change during accommodation in vivo. Biomed Opt Exp. 8 (2), 918-933 (2017).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة