Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.
Methodenartikel
Ein Modellierungsansatz für laserinduzierte thermische Schäden am menschlichen Auge wird vorgestellt. Es zielt darauf ab, die Bewertung laserbasierter Gefahren zu verbessern, indem eine Möglichkeit zur Berechnung des Schadens für ein bestimmtes Bestrahlungsszenario bereitgestellt wird.
Mit der zunehmenden Anzahl von Laseranwendungen in Medizin, Verteidigung und Technologie ist sowohl die absichtliche als auch die versehentliche Exposition des menschlichen Auges gegenüber Laserquellen zu einem großen Problem geworden. Eine modellbasierte Vorhersage der Schwellen für Netzhautschäden könnte eine szenariospezifischere Bewertung der Lasersicherheit ermöglichen, insbesondere für Laserparameter, die in experimentellen Daten nicht abgedeckt sind. Idealerweise würden solche Modelle die Berechnung von ED50 (effektive Dosis, bei der die Schadenswahrscheinlichkeit 50 % beträgt) erlauben, basierend auf – unter anderem – auf Wellenlänge, Pulszeit und Punktform. Dies erfordert ein detailliertes Verständnis und eine Modellierung aller Schadensregime, um die Abhängigkeit zwischen den Schlüsselparametern und dem dominanten Schadensmechanismus widerzuspiegeln.
Diese Arbeit behandelt den Status dieses Ansatzes (hier validiert für den thermischen Bereich, oder einfach "im thermischen Schadensbereich"); Kritische Aspekte, die den Erfolg blockieren könnten, werden hervorgehoben und potenzielle Vorteile werden dargelegt. Diese reichen von verbesserter Genauigkeit der Laserbelichtungsgrenzen in Augensicherheitsstandards über optimierte Dosimetrie in der Netzhautlaserchirurgie bis hin zur probabilistischen Risikobewertung für den Einsatz von Lasern im Freien.
Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Validierung eines physiologisch detaillierten thermischen Schadensmodells des menschlichen Auges. Innerhalb des thermischen Verletzungsregimes sagt das Modell die Entwicklung der Netzhauttemperatur und die Verletzungsschwellenwerte anhand einer Arrhenius-Schadensformulierung voraus (vergleiche Erklärung im Abschnitt um photothermische Schäden). Repräsentationsanwendungen decken alle Situationen ab, in denen die Vorhersage von Augentemperaturen und -schäden von Interesse ist. Dazu gehört z. B. die Bewertung von Schadensschwellen für gescannte Netzhautbestrahlung, das Verständnis der Wirkung d....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Abschnitt 1 beschreibt die allgemeinen Schritte für den Modellbau, da sie mit verschiedenen Softwareoptionen durchgeführt werden können. Abschnitt 2 gibt diese Anweisungen für den spezifischen und beispielhaften Fall, in dem Altair Hypermesh (Finite-Elemente-Modellierung und -Analyse [FEA]-Software) und Ansys Fluent (Fluidsimulationssoftware) verwendet werden. Zusätzlich gibt es eine ergänzende Akte (Supplementary File 1 17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Dieser Abschnitt zeigt zunächst die Verifikation und Validierung des präsentierten Modells. Anschließend werden drei beispielhafte Anwendungen demonstriert.
Verifikation und Validierung
In diesem Abschnitt wird das vorgestellte Modell zunächst durch den Vergleich mit den etablierten thermophysiologischen Augenmodellen 19,27,28,30,32 überprüft, um die Konsistenz der vorhergesagten Temperaturverteilungen (stationäre Si.......
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Im Protokoll gibt es keine kritischen Schritte hinsichtlich der Erstellung des Modells. Entscheidend ist die Auswahl der Netzgröße und des Typs in Kombination mit der Zeitschrittgröße. Eine Modifikation der Modellierungstechnik ist im Hinblick auf die Verwendung anderer Scanmuster auf der Netzhaut relevant. Das Modell selbst darf nicht verändert werden. Die Technik ist auf die im jeweiligen Abschnitt erklärten Schadensregimes beschränkt. Die Bedeutung liegt in der Möglichkeit der Schaden.......
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt vorliegt.
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Altair Hypermesh 11.0 | Altair Engineering Inc. | Version 11 | Mesherstellung und -anzeige; Finite-Elemente-Modellierungs- und Analysesoftware [FEA] |
| Ansys Fluent 14.5 | Ansys Inc. | Version 14.5 | Thermodynamischer Löser; Fluidsimulationssoftware |
| Autodesk Inventor | Autodesk | Version 16 | 3D mechanisches computergestütztes Konstruktionssoftware |
| Hyperview | Altair Engineering Inc. | Version 11 | Computergestütztes Engineering-Analysesoftware (CAE) |
| Optic Studio 13 (Zemax) | Zemax Development Corporation, heute ist es Ansys Inc. | Version 13 | Raytracing Software |
| Optocon FOTEMP2 | Optocon | https://comem.com/de/optocon/ | Spektrometer; Temperaturmessung von Augengewebe |
| Optocon TS2 | Optocon | https://comem.com/de/optocon/ | Messsonde; Temperaturmessung von Augengewebe |