基于角膜整体膨胀实验数据的角膜本构参量获取方法的研究

角膜生物力学特性的研究对于了解角膜在病变、外伤等情况下的力学响应以及屈光手术个性化方案的设计具有重要意义。角膜具有各向异性和非线性特征，其实验研究方法有角膜条拉伸试验和角膜整体膨胀试验。由于角膜生物力学特性测量方法的复杂性和多样性，不同的实验条件，实验方法所得的结果不同，这导致实验结果没有得到更广泛的利用。角膜条拉伸试验由于忽略了角膜的形态结构和生理功能，丢失了角膜整体的信息；而角膜整体膨胀试验给出的信息是全面的，却也是综合的，很难突出角膜的微观信息和提取角膜的本构参量。本研究拟以角膜整体膨胀实验数据为基础，通过构建角膜整体力学理论模型，将角膜膨胀试验的数值模拟结果与实验测量数据进行比对，给出获取角膜本构参量的方法。补偿角膜条拉伸试验所得模量丢失的信息，建立一种可通过角膜条拉伸试验获取角膜生物材料力学参量的研究方法。

本项目按计划顺利完成。本项目主要进行了角膜整体膨胀实验装置的改造和优化，获得了一套较完善的角膜整体膨胀测试系统。开展了角膜条的单轴拉伸实验、扩展的单轴拉伸实验、离体角膜整体膨胀实验和在体角膜膨胀预实验。通过实验数据分析，获得了角膜生物力学特性的定量认识：（a）在角膜条状试件的长宽比大于等于5的情况下，角膜长、短试件的模量仅在应力大于0.6MPa时才略有差别，且此差别无明显统计意义；（b）拉伸速率对角膜条的应力-应变关系的影响不明显，但快速拉伸后的角膜条应力衰减的明显变快；（c）3月龄和7-8月龄兔眼角膜条的应力-应变关系没有明显的差别，高月龄兔眼角膜条的相关弹性模量稍大，且其应力衰减的明显快；由此实验结果可对比推测，10岁以内的儿童角膜的应力-应变关系无明显变化，角膜随年龄增长会轻微变硬，但角膜的松弛特性变化明显；（d）角膜整体膨胀实验表明，角膜内压强与角膜顶点升高量呈非线性关系。在达到正常兔眼眼内压之前，角膜较软，其弹性模量约为0.1MPa；在正常眼内压时，角膜较硬，不容易变形，其弹性模量约为0.9MPa；大于正常眼内压后，角膜变得更硬，其弹性模量大于2.0MPa。此结论为研究生理范围内角膜的力学特性和眼球的有限元计算提供了参考。本项目一个很重要的理论工作是进行了一维测量获取生物材料二维本构关系的方法学探索，得到了利用多方向试件条的单轴拉伸测试数据获得生物软组织本构关系的方法。用此方法得到了角膜的应变能函数，此应变能函数得到了初步的验证。.目前有两篇论文（SCI）已经接收，三篇会议论文（1篇EI），有两篇论文在投。