Представлен автоматизированный метод определения эффективного модуля упругости окулярной линзы с помощью компрессионного теста.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Представлен автоматизированный метод определения эффективного модуля упругости окулярной линзы с помощью компрессионного теста.
Биомеханические свойства окулярной линзы имеют важное значение для ее функционирования в качестве оптического элемента переменной мощности. Эти свойства резко меняются с возрастом в хрусталике человека, что приводит к потере зрения вблизи, называемой пресбиопией. Однако механизмы этих изменений остаются неизвестными. Сжатие хрусталика представляет собой относительно простой метод оценки биомеханической жесткости хрусталика в качественном смысле и, в сочетании с соответствующими аналитическими методами, может помочь количественно оценить биомеханические свойства. На сегодняшний день были проведены различные испытания на сжатие хрусталика, в том числе ручные и автоматические, но эти методы непоследовательно применяют ключевые аспекты биомеханических испытаний, такие как предварительное кондиционирование, скорость загрузки и время между измерениями. В этом документе описывается полностью автоматизированное испытание объектива на сжатие, в котором моторизованный столик синхронизируется с камерой для захвата силы, смещения и формы объектива в течение заранее запрограммированного протокола нагружения. Затем на основе этих данных можно рассчитать характеристический модуль упругости. Несмотря на то, что здесь мы демонстрируем на примере свиных линз, этот подход подходит для компрессии хрусталиков любого вида.
Хрусталик - это прозрачный и гибкий орган глаза, который позволяет ему фокусироваться на разных расстояниях, изменяя свою преломляющую силу. Эта способность известна как аккомодация. Преломляющая сила изменяется из-за сокращения и расслабления цилиарной мышцы. Когда цилиарная мышца сокращается, хрусталик утолщается и движется вперед, увеличивая свою преломляющую силу 1,2. Увеличение преломляющей силы позволяет объективу фокусироваться на близлежащих объектах. С возрастом хрусталик становится более жестким, и эта способность постепенно утрачивается; Это состояние известно как пресбиопия. Механизм жесткости остается неизвестным, по крайней мере, частично из-за трудностей, связанных с биомеханической характеристикой хрусталика.
Для оценки жесткости хрусталика и биомеханических свойств используются различные методы. К ним относятся вращение линзы 3,4,5, акустические методы 6,7,8, оптические методы, такие как микроскопия Бриллюэна9, вдавливание 10,11 и компрессия12,13. Компрессия является наиболее доступным экспериментальным методом, так как она может быть выполнена с помощью простых приборов (например, стеклянных покровных стекол14,15) или одной моторизованной ступени. Ранее мы показали, как биомеханические свойства хрусталика могут быть строго оценены с помощью испытания на сжатие16. Этот процесс технически сложен и требует специализированного программного обеспечения, недоступного исследователям объективов, заинтересованным в измерении относительной жесткости. Поэтому в настоящем исследовании мы сосредоточимся на доступных методах оценки модуля упругости хрусталика с учетом размера линзы. Модуль упругости — это внутреннее свойство материала, связанное с его деформируемостью: высокий модуль упругости соответствует более жесткому материалу.
Само испытание представляет собой испытание на сжатие параллельной пластины и поэтому может быть выполнено на подходящих коммерческих системах механических испытаний. Здесь был сконструирован специальный прибор, состоящий из двигателя, линейного столика, контроллера движения, тензодатчика и усилителя. Они управлялись с помощью специального программного обеспечения, которое также фиксировало время, положение и нагрузку через равные промежутки времени. Объективы свиньи не вмещают, но легкодоступны и недороги17. Для инкрементального сжатия хрусталика глаза и количественной оценки его модуля упругости был разработан следующий метод. Этот метод легко тиражируется и будет полезен при исследовании жесткости хрусталика.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Свиные глаза были получены на местной скотобойне. Никаких согласований этического комитета не требовалось.
1. Вскрытие хрусталика (рис. 1)
2. Компрессия хрусталика с капсулой хрусталика или без него (рис. 2)
ПРИМЕЧАНИЕ: Все шаги здесь, за исключением шагов 2.1 и 2.4, управляются компьютером.
3. Оценка модуля линзы
(1)
– коэффициент Пуассона (принятый равным 0,5, соответствующий несжимаемому материалу), а u – нисходящее сближение разгонного блока с точкой контакта. Обратите внимание, что модуль упругости и коэффициент Пуассона являются свойствами материала, указывающими соответственно на собственную жесткость линзы и относительную сжимаемость линзы.Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Шесть свиных линз были сжаты, сначала с неповрежденной капсулой, затем после осторожного удаления капсулы. Значения толщины составляли 7,65 ± 0,43 мм для инкапсулированных линз и 6,69 ± 0,29 мм для декапсулированных линз (среднее ± стандартное отклонение). Типичная история загрузки показана на рисунке 3. Полученные кривые сила-перемещение были хорошо подогнаны моделью Герца (т.е. они имели силу, пропорциональную смещению, возведенному в степень 1,5; Рисунок 4). ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Компрессия линзы является универсальным методом оценки жесткости линзы. Процедуры, описанные выше, позволяют сравнивать линзы разных видов и разных размеров. Все деформации нормируются по размеру линзы, а расчет модуля упругости приблизительно учитывает размер линзы. Эффективный модуль значительно выше, чем модуль, о котором сообщалось ранее для хрусталика свиньи 4,7,11,19, по крайней мере, частично из-за использования толщины, а не радиуса кривизны: полярные радиусы кривизны хрусталика...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявлять.
При поддержке гранта Национальных институтов здравоохранения R01 EY035278 (MR).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Изогнутые щипцы общего назначения со средней точкой | Fisherbrand | 16-100-110 | |
| Galil COM Libraries | Galil Motion Control | ||
| Высокоточная рукоятка скальпеля | Fisherbrand | 12-000-164 | |
| Линейная сцена | McMaster-Carr | 6734K4 0,125" | |
| Тензодатчик | FUTEK | LSB200-FSH03869 | |
| Усилитель тензодатчика | FUTEK | IAA300-FSH03931 | |
| MATLAB | The Mathworks, Inc. | ||
| Хирургический дизайн микрозондов | 22-079-740 | ||
| Миниатюрные самооткрывающиеся прецизионные ножницы | Excelta | 63042-004 | |
| Контроллер движения | Galil Motion Control | DMC-31012 | |
| Мотор | Galil Motion Control | BLM-N23-50-1000-B | |
| Прямой гемастаты | Изобразительная наука | NC9247203 | нержавеющая сталь, 14см |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.