在常规考试中，眼保健专业人员会寻找常见的折射错误，例如近视，远视和散光。随着患者的年龄，医生也在寻找长老会，长期导致近视的丧失，这是长期导致的。视觉适应过程是复杂的，需要改善诊断所需的有用的眼睛特性，很难获得长期治疗。为了解决测量镜头折射率的问题，研究人员开发了一种使用模拟的反向工程技术。
通过模拟专注于长老会校正
长老会是一种眼睛疾病，导致近视的丧失。这世界卫生组织（WHO）说“未矫正的长老会是视觉障碍的最常见原因” - 随着年龄的增长，它变得越来越普遍，大约45岁。
在我们年轻的时候，视觉适应性帮助我们的视力自然地适应了远处和近乎物体的焦点距离。除其他因素外，眼睛的结晶镜可以通过复杂的生物力学过程来改变其形状，从而导致视力是被动的，并且近视保持活跃。但是，随着年龄的增长，几何变化发生在镜头中。镜头的生长和镜头的机械性能变化（镜头变得更硬）会导致纤毛环向前推。镜头依从性受到越来越多的影响，直到远处和近视之间的变形幅度几乎不存在。镜头的形状会增加，其等效折射率和总直径降低到长期的情况下，最容易容纳的形状最终是远见。
人眼的解剖结构是近距离视力，其主要结构涉及标记的住宿过程。图片由Kejako提供。
虽然眼镜等矫正镜头是解决与长老会相关的视力问题的最安全，最可靠的方法，但它们并没有解决与长老会相关的所有问题，并不是每个人都喜欢戴眼镜。
阅读眼镜已经存在了很长时间，以帮助纠正Presbyopia等疾病的视觉障碍。这幅画被称为“眼镜使徒”，由1403年的康拉德·冯·索（Conrad von Soest）绘制。Wikimedia Commons。
有些人选择接受屈光手术以解决这种近视损失。目前，该手术具有侵入性，并且仍然可以带来视觉妥协 - 患者可能会遇到产生眩光或光晕的视力，或者在昏暗的照明中遇到问题。此外，许多体内可用于这些过程的成像技术无法准确考虑视觉住宿过程中的每个因素或实际临床测量。
左：晚上光晕。右：晚上眩光。图像由Kejako提供。
为了解决这些局限性以及长老会的根部问题，戴维·恩弗伦（David Enfrun），aurélienmaurer和kejako的查尔斯·洛里维尔·Zuber（Charles-Olivier Zuber）开发了人眼的3D参数机械模型以及使用COMSOL®软件的光学评估技术。188金宝搏优惠根据Kejako联合创始人兼首席执行官Enfrun的说法，研究团队“决定以一种抗衰老的心态来处理眼科，因此他们转向模拟，以寻找“读取眼镜和重型手术的生物力学替代方案”。通过他们的模型，团队可以使用逆向工程技术从体内成像。
为老年byopia的古老问题建模解决方案
由于视觉住宿过程是如此复杂，因此在对眼睛及其组件进行建模时，通常会进行简化。例如，许多模型是轴对称性的，并且不能解释眼睛器官的自然变异性。这些模型着重于住宿的机械或光学方面，这意味着只有一些眼部成分是建模的，并且材料特性是近似的，而不是考虑真实的行为。
体内眼科技术为3D建模的进步做出了巨大贡献，但是每种类型都有其优缺点：
- 磁共振成像（MRI）为内部几何形状提供了最佳的结果（低失真，高分辨率），但在实验室之外很难使用
- 光学相干断层扫描（OCT）有助于检索有关光轴的信息，但引起了一些空间扭曲
- 超声生物显微镜（UBM）获取非透明眼部分的图像，但引起了高空间畸变
在从中进行更正并推断信息体内成像，某些材料特性仍然难以测量。更重要的是，在尝试纠正长老会时，通常必不可少的特性，例如晶体透镜中的刚度和折射率分布。
建立人眼的光力学模型
为了获得这些重要数据，Kejako研究团队使用了自己的模型非线性结构材料模块，，，，结构力学模块， 和射线光学模块;comsolMultiphysics®软件的附188金宝搏优惠加产品。
首先，他们开发并验证了人眼的完整的3D非轴对称模型，其中包括参与视觉住宿过程的主要器官。由于经过验证的模型被证明能够模拟长老会的进展，研究人员能够进一步开发模型的几何形状，包括考虑近视和远视的几何形状。
Kejako开发的人眼的参数光力学模型。图片由Kejako提供。
研究小组还使用了CAD导入模块根据属于22岁患者的相对年轻眼睛的OCT扫描来准备模型的几何形状。While they used this imaging as a basis for their model, the researchers will eventually be able to help customize patient procedures by importing each patient’s biometry data into the model so they can “have an exact representation of each patient’s eye and its actual presbyopia stage.”
这可能会大大提高长老会的治疗，因为据毛勒（Maurer）所说，当前的植入物市场就像是一家鞋子的鞋子：一堆不同的尺寸。”但是，每个人的眼睛都不同。组件及其个体形状之间的距离创造了独特的组合。此外，Zuber说，并非所有给定年龄段的患者在晶状体硬化方面都处于同一长老会的同一阶段，并且晶状体的特性并未“在患者中均匀分布”。使用模拟可以帮助创建适合每个人需求的优化激光治疗。正如莫雷尔（Maurer）所解释的那样，“成像，模拟和激光的组合使我们能够进行特定于患者的治疗。”
OCT成像为团队提供了两个光学刺激的光轴中的几何形状：0D，远远视觉，近视为6D。这些几何形状在二极管中测量，表明了镜头的力量及其将光线集中在视网膜上的能力。他们使用了经过验证的实验和参考数据中的其他测量和属性。然后，研究人员能够将样品组织提交给机械和光学测试，以提高其获得更多材料特性的能力。一旦未经安排的几何形状进入远距离测量，该模型就可以准备就绪。（有关更多详细信息，请看一下Kejako的研究论文，在2017年鹿特丹Comsol会议上介绍。）188金宝搏优惠
对主题（左）的OCT成像（左）旁边（右）。图像由Kejako提供。
推论2种视觉状态的折射率
为了建模镜头的折射，研究人员使用了墙距离界面以创建折射率的重新分配，该折射率遵循镜头变形期间镜头的变形。该团队的目标是计算远视视力和近视视力条件的屈光指数及其空间分布。
在他们的第一项研究（“测试A”）中，他们准备了几何形状来解释这些极端条件，假设折射率在镜头中是均匀的。然后，他们在生成的距离字段上应用了两个参数函数以创建一个折射率的梯度（笑）与天然光学特性排队。
左：用MRI测量的笑容。S. Kasthurranagan等人的图像，“体内研究人类晶体中折射率分布的变化随着年龄和适应性的“，2018年。右：模拟显示的3D切口墙距离界面。图片由Kejako提供。
他们准备的第二项研究（“测试B”）集中在笑容的模型上。通过运行参数扫描，研究人员试图为符合两个视觉状态的笑容提取独特的几个参数。
与两个视力状态相匹配的笑容的地图。图片由Kejako提供。
评估模拟结果
在检查了整体模拟之后，研究人员能够验证其3D参数人眼模型几何形状的结果与科学文献一致。例如，Far-Vision数据的镜头位置和形状差异不到3％。此外，研究人员发现，单个研究的结果与经过验证的数据一致。它们在测试A中获得的值很好地在经过验证的研究的等效测量范围内，并且在两种视觉条件下，测试B中的笑容结果一致。
基于这两项研究，小组发现了一些令人惊讶的结果，有助于为他们的研究和逆向工程能力提供信息。例如，与他们的假设相反，镜头中的折射率是均匀的，测试的结果表明，找不到与患者刺激幅度（0至6D）相匹配的独特均质折射率。此外，当将远视率匹配的均匀折射率用于近视时，它会诱导4.35d而不是6D的适应幅度 - 均匀的折射率值在计算近视时需要更高。
基于他们的笑容模型结果，研究人员还发现了关于自然光学结构的有趣的东西：人眼将诱导非线性响应，以尝试最大程度地发挥镜头组织的光功能。如下所示，为了达到高原的最大值，梯度会导致比最大值更大的变化。
在远处的两个不同的笑容强度参数具有相同平台值的影响。图片由Kejako提供。
此外，由于自然光学结构，眼睛具有更大的焦点，其最大值的折射率较低。下面显示的是笑容的示意图，充当了适应性的乘法因素。对于每种视力，镜头组织随着住宿而移动。遥远视觉的光学配置显然与近视的配置完全不同。通过诱导这种非线性反应，笑容有助于提高视力振幅。
笑容的有限多层表示，每一层的等效镜片分解。图片由Kejako提供。
推断出像上面的不可衡量的特性可能会导致眼保健方面的重要发展，例如预防和纠正长老会。Kejako的研究人员很快了解了这种能力在眼科领域的价值。在开发和验证模型之后，他们开设了一个专门用于回答研究和开发问题的内部部门，他们的工具和模拟可以帮助回答。
眼保健中模拟的未来
将来，模拟可以帮助团队学习更多信息，例如激光治疗对患者的住宿幅度有什么影响。反向工程技术也可以在他们的计划中发挥作用，以确定弹性成像镜头的机械性能。
他们的模型结果已经有助于回答有关视觉住宿的一些问题。很快，研究人员希望他们的模型不仅限于视觉住宿，而且还可以用于诊断和优化个性化的医疗程序。为此，团队正在努力改进眼睛模型，以便他们可以模拟治疗长老会的潜在解决方案。
Enfrun解释说，他们正在通过“增加对实验室测试中可能发生的事情的物理解释”来进一步开发实验室测试的模型前任或者体内（目前，研究人员正在测试离体可行性）。通过这样的改进，该模型可以减少生物学数量（例如，体内）需要测试，这是团队的目标之一。Enfrun说，他们选择了模拟“作为我们不进一步了解视觉住宿过程的工具EX VIVO/体内测试。”
有关3D全眼模型的更多信息，您可以通过单击下面的按钮阅读研究论文：
还了解有关Kejako在第6-9页的光学机械建模研究中的更多信息多物理模拟2018。
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