巴鵬， 劉識博,2， 劉進(jìn)長

(1.沈陽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 沈陽 110159； 2.中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100090；3.科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心， 北京 100044)

青光眼是全世界排名第二的致盲疾病和排名第一的不可逆致盲疾病[1-2]。而原發(fā)性開角型青光眼是臨床中最為常見的一種類型，具體發(fā)病機(jī)制尚未明確[3]。目前，唯一已知可改變的致病危險(xiǎn)因素是升高的眼內(nèi)壓，它通常由房水流出減少導(dǎo)致，而房水流出阻力主要產(chǎn)生于小梁網(wǎng)(trabecular meshwork，TM)與施萊姆氏管(Schlemm’s canal，SC)處。因此，青光眼的治療方法包括使用降眼壓藥物、激光治療或手術(shù)等手段來降低眼內(nèi)壓[4]。但傳統(tǒng)的過濾手術(shù)存在較高的術(shù)后并發(fā)癥，如慢性低眼壓、眼內(nèi)炎等。于是，微創(chuàng)青光眼手術(shù)(minimally-invasive glaucoma surgeries，MIGS)由于其具有安全性高、創(chuàng)傷小的優(yōu)點(diǎn)被逐步用做手術(shù)干預(yù)措施[5-6]。黏小管成形術(shù)(canaloplasty，CP)是MIGS中一種新型非濾過泡依賴性抗青光眼手術(shù)，創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少、恢復(fù)快，臨床證實(shí)是一種較為安全有效的手術(shù)方式。術(shù)者在角鞏膜緣的鞏膜上做切口深至SC，并將直徑小于250 μm的微導(dǎo)管引入SC的管腔中，使微導(dǎo)管在SC內(nèi)環(huán)行360°從切口對側(cè)穿出。隨后在微導(dǎo)管末端系10-0縫合線并撤回。撤回過程中在管腔內(nèi)注入黏彈劑使其擴(kuò)張，然后將引入的縫合線系緊達(dá)到長期擴(kuò)張SC和TM的目的。處于擴(kuò)張狀態(tài)的TM和SC恢復(fù)房水自然流出通路，從而降低眼內(nèi)壓。

然而在CP中尚無法直接測量縫合線張緊力的大小[7]和組織的擴(kuò)張情況。前者主要由醫(yī)生臨床經(jīng)驗(yàn)及間接方法判斷，如利用在鞏膜切口處縫合線張緊對薄膜組織的壓痕來判斷[8]；后者主要通過成像的方式表征，大致可分為兩類，第一類是在術(shù)前和術(shù)后用超生生物顯微鏡(ultrasound biomicroscopy, UBM)或光學(xué)相干層析(optical coherence tomography, OCT)成像對比SC和TM擴(kuò)張前后組織形貌發(fā)生的變化，如SC的長徑和短徑或擴(kuò)張引起的組織相對角度變化等[9-11]。Lewis等[9-10]研究發(fā)現(xiàn)，SC和TM的擴(kuò)張與眼內(nèi)壓下降相關(guān)；第二類是用術(shù)中UBM或OCT進(jìn)行成像[12]。這種方式雖然可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測擴(kuò)張，但易受成像深度和手術(shù)器械的影響。

要獲得縫合線拉力與TM擴(kuò)張的關(guān)系，首先要確定TM的力學(xué)性質(zhì)。Camras等[13]將豬眼TM解剖出來，并用微應(yīng)變分析儀進(jìn)行單軸拉伸實(shí)驗(yàn)獲得其楊氏模量為2.49 MPa，且得出結(jié)論剛度隨應(yīng)變的增大而增加；Yuan等[14]用原子力顯微鏡對豬眼TM做壓痕試驗(yàn)測量其彈性模量為1.38 kPa。文獻(xiàn)[15]指出測量結(jié)果差異巨大與測量方式的不同有關(guān)，兩種方式分別表征組織整體與局部特性，且在壓痕方式下測量值受壓頭的形狀參數(shù)影響。目前，有限元方法已廣泛應(yīng)用于生物力學(xué)分析[16]。在TM力學(xué)性質(zhì)研究方面，Chang等[17]模擬了垂直和平行于彈性纖維方向的大鼠TM壓痕實(shí)驗(yàn)；Wang等[18]通過離體人眼的灌注試驗(yàn)和逆有限元方法求解TM彈性模量。

綜上，縫合線張緊引起SC和TM擴(kuò)張是CP中恢復(fù)房水流出通路、降低眼內(nèi)壓的重要操作。然而，這一過程目前尚無法直接測得縫合線拉力大小和TM擴(kuò)張情況，無法量化表征力與擴(kuò)張之間的對應(yīng)關(guān)系。為此，針對黏小管成形術(shù)中縫合線擴(kuò)張SC和TM的過程進(jìn)行有限元仿真，獲得量化表征縫合線拉力與組織擴(kuò)張的對應(yīng)關(guān)系，并用離體豬眼組織樣品模擬手術(shù)中的擴(kuò)張操作，記錄縫合線張力和組織對應(yīng)的變形，與仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證?；贑P手術(shù)原理建立縫合線擴(kuò)張SC和TM的有限元求解模型，搭建實(shí)時(shí)縫合線拉力測量平臺，開展離體豬眼小梁網(wǎng)擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)。通過量化的縫合線拉力與組織擴(kuò)張的對應(yīng)關(guān)系，預(yù)測相應(yīng)拉力下組織的擴(kuò)張情況，從而為醫(yī)生術(shù)中實(shí)時(shí)決策提供依據(jù)，縮短學(xué)習(xí)曲線，提高手術(shù)精準(zhǔn)性，優(yōu)化患者預(yù)后。同時(shí)也為之后的手術(shù)機(jī)器人輔助眼科手術(shù)提供控制輸入。

1 小梁網(wǎng)與施萊姆氏管組織有限元建模

1.1 仿真模型的建立

淺灰色為角膜；深灰色為鞏膜；黃色為TM；紅色為縫合線圖1 含有縫合線、SC和TM的角鞏膜緣模型Fig.1 Corneoscleral limbus model with suture, SC and TM

建立角鞏膜緣模型如圖1所示。SC和TM位于眼睛前房角的角鞏膜緣處，角鞏膜緣是角膜和鞏膜移行區(qū)，因此可簡化為截面繞對稱軸回轉(zhuǎn)形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。為使模型貼近組織真實(shí)形貌，依據(jù)文獻(xiàn)[19-20]的組織照片及尺寸描述，在Siemens NX 10中建立鞏膜外緣、鞏膜內(nèi)緣、TM、SC和縫合線的三維實(shí)體模型。SC簡化為單一理想環(huán)狀管腔，其中SC長145 μm，寬30 μm[20]，TM長450 μm，寬250 μm[19-20]，鞏膜厚1 000 μm，SC至回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)半徑為6.75 mm[21](包含縫合線的管腔為SC)。由于采用軸對稱建模，設(shè)置回轉(zhuǎn)角度為0.2°生成小角度的實(shí)體模型，并導(dǎo)入有限元分析軟件 ANSYS Workbench中。

對上述模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為提高計(jì)算效率，TM和鞏膜采用無中間節(jié)點(diǎn)的一階線性四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，縫合線采用無中間節(jié)點(diǎn)的一階六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。由于TM產(chǎn)生變形較大，因此將擴(kuò)張過程分成多段進(jìn)行分步求解，并逐步細(xì)化網(wǎng)格模型，整體網(wǎng)格單元尺寸為8 μm，局部細(xì)化至4 μm，平均網(wǎng)格質(zhì)量為0.81，具有較好的網(wǎng)格，最終生成63 875個(gè)單元。

1.2 材料屬性

在Engineering Data中設(shè)置縫合線、TM、鞏膜的材料屬性。手術(shù)中使用的是不可吸收聚丙烯10-0縫合線，由文獻(xiàn)[22]可知其楊氏模量為3.449×109Pa。TM由薄層結(jié)締組織形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由上述可知當(dāng)前研究中其彈性模量測量值相差巨大，并且組織在擴(kuò)張過程中出現(xiàn)大變形。因此在組織擴(kuò)張過程的前期和后期用兩種楊氏模量不同的各向同性線彈性材料分別模擬，在上述測量值[13-14]范圍內(nèi)設(shè)置其楊氏模量為2.00×104Pa和1.00×105Pa以便分段累加求解。根據(jù)Bronte-Ciriza等[23]研究鞏膜楊氏模量范圍在(1.84±0.30)～(6.04±2.11) MPa，其值大于TM。因此在手術(shù)和實(shí)驗(yàn)中鞏膜幾乎不發(fā)生變形，力學(xué)性能用線彈性材料模型表征，生物軟組織材料設(shè)為不可壓縮材料，設(shè)置楊氏模量為1.95 MPa，泊松比為0.48。

2 組織擴(kuò)張過程的仿真計(jì)算

2.1 邊界條件設(shè)置與數(shù)值計(jì)算方法

在Workbench軟件中對有限元模型施加載荷和邊界條件。手術(shù)過程中，向前房注入黏彈劑維持眼壓，鞏膜不發(fā)生變形，因此將其分成兩層，外層作為剛體，設(shè)置固定邊界條件。內(nèi)層與外層設(shè)置綁定接觸，同時(shí)內(nèi)層與TM設(shè)為共享拓?fù)?，保證鞏膜與TM間不發(fā)生分離，接觸面節(jié)點(diǎn)一一對應(yīng)。由于術(shù)中無法確定縫合線相對SC管腔的具體位置，設(shè)置其一般位置如圖1所示?？p合線與TM接觸面設(shè)為摩擦接觸，摩擦系數(shù)為0.15[24]。在手術(shù)過程中，用縫合線向內(nèi)收緊擴(kuò)張TM，因此設(shè)置縫合線沿徑向指向回轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)制位移，拉伸TM模擬手術(shù)過程。TM產(chǎn)生大變形，求解設(shè)置中打開“Large Deflection”以調(diào)整剛度矩陣，每次求解最小子步為50，最大為100，用牛頓拉夫森法迭代求解至收斂。并將上一次的求解結(jié)果導(dǎo)入本次求解中，保證分段求解中TM模型的連續(xù)變形。每次求得固定邊界條件上的支反力Frβi(圖2)即為縫合線作用于小梁網(wǎng)上力的大小。由于采用軸對稱小角度建模，模型兩個(gè)端面設(shè)置為對稱面，并且可以認(rèn)為縫合線拉緊時(shí)，拉力沿線的方向即沿線端面的法向向外且在小角度下線兩端上力F、F′大小相等，則支反力Frβi可由該力的分力Fr、F′r表示(圖2)?？p合線擴(kuò)張寬度δtotal可表示為上述強(qiáng)制位移δi[圖3(a)]之和。

圖2 縫合線擴(kuò)張SC和TM徑向受力分析Fig.2 Radial force analysis of the suture expanding SC and TM

(1)

縫合線上拉力可表示為

(2)

式中：n為總體變形中分段求解的段數(shù)；δi為第i段模擬中縫合線的強(qiáng)制位移量；Frβi為中心角為β的模型第i段中縫合線的徑向合力。

2.2 仿真結(jié)果與分析

SC和TM的擴(kuò)張程度用縫合線對組織的擴(kuò)張寬度表示，即縫合線強(qiáng)制位移的大小。在擴(kuò)張前期TM楊氏模量為2.00×104Pa，此時(shí)，隨著縫合線強(qiáng)制位移增加，SC、TM被逐漸擴(kuò)張，每一步求解結(jié)果的組織最大變形均出現(xiàn)在其與縫合線接觸區(qū)域周圍，這與實(shí)際變形情況相同，最大應(yīng)力也出現(xiàn)在與縫合線接觸處，并且應(yīng)力可以在TM與鞏膜間較好傳遞，證明接觸較好，鞏膜未發(fā)生變形是由于彈性模量差異巨大而引起的。隨著TM變形，產(chǎn)生最大變形處逐漸變薄，剛度逐漸降低，因此隨著拉力的增加，在恒定彈性模量下，擴(kuò)張寬度的變化量逐漸增大。在縫合線張力為19.9 mN，擴(kuò)張寬度為210 μm時(shí)將彈性模量增加至1.00×105Pa，此時(shí)由于TM彈性模量增加，擴(kuò)張寬度隨縫合線拉力增加速度減緩，最終當(dāng)拉力為57.3 mN時(shí)，擴(kuò)張寬度增加至390 μm。模擬求解結(jié)果及拉力與擴(kuò)張寬度關(guān)系如圖3、圖4所示。

圖3 縫合線擴(kuò)張SC和TM的變形，應(yīng)力仿真結(jié)果Fig.3 Deformation and stress simulation results of the suture expanding SC and TM

圖4 拉力與擴(kuò)張寬度的模擬結(jié)果Fig.4 Simulation results of tension vs. dilation width

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

由于豬眼的外形尺寸、生理結(jié)構(gòu)與人眼相似，且廉價(jià)易得，因此采用豬眼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，模擬手術(shù)中縫合線擴(kuò)張TM的過程。采用當(dāng)天宰殺的離體豬眼球，將其解剖去除玻璃體、晶狀體、虹膜、睫狀體等組織，保留包含角鞏膜緣在內(nèi)的眼前節(jié)。選擇顳側(cè)一個(gè)象限的眼前節(jié)組織固定在顯微鏡下。將100 μm鎳鈦絲與縫合線固結(jié)，并從組織斷面確定TM和SC的位置，將鎳鈦絲插入SC內(nèi)，沿管腔穿出，將縫合線引入SC，完成豬眼樣品組織穿線操作，如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)組織樣品(屠宰24 h內(nèi)豬眼球)Fig.5 Experimental tissue sample (porcine eye within 24 hours of slaughter)

3.2 實(shí)驗(yàn)平臺

整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖6所示，其中定制支架球面半徑為7.5 mm，由豬眼角膜半徑確定，用于支撐固定準(zhǔn)備好的眼組織，簡單恢復(fù)其空間形貌模擬術(shù)中眼球。由于光纖光柵傳感器(FBG)的直徑小，柔順性好且靈敏度高，因此用于測量沿縫合線方向的實(shí)時(shí)拉力值。定制支架安裝于位移平臺，平臺水平右移用于提供縫合線與組織樣品間的相對運(yùn)動(dòng)。顯微鏡攝像頭用于記錄實(shí)驗(yàn)中組織的擴(kuò)張變形，同步采集平臺位移、縫合線拉力、組織擴(kuò)張寬度數(shù)據(jù)，即可獲得拉力與組織擴(kuò)張的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 縫合線擴(kuò)張施萊姆氏管和小梁網(wǎng)實(shí)驗(yàn)過程Fig.6 Experimental process of suture expanding SC and TM

實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將組織樣品的角膜、鞏膜外表面小心的固定在支架上，并將支架安裝于位移平臺。穿過SC的縫合線兩端分別與固定在支架上的光纖相連，此時(shí)微調(diào)位移平臺，使縫合線處于張緊的臨界狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中使平臺水平移動(dòng)，組織樣品與縫合線產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，模擬手術(shù)中縫合線擴(kuò)張SC和TM的操作。實(shí)驗(yàn)完成了從開始擴(kuò)張直至SC和TM破壞的過程。該過程同時(shí)記錄了FBG測量的拉力值、位移平臺表頭記錄的位移值、顯微鏡攝像頭記錄的眼組織的擴(kuò)張情況。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

利用上述實(shí)驗(yàn)平臺模擬了SC和TM被縫合線擴(kuò)張直至組織完全破壞的過程，并獲得了平臺位移與縫合線拉力、縫合線拉力與組織擴(kuò)張寬度的關(guān)系。

3.3.1 整體實(shí)驗(yàn)過程分析

在位移與拉力的關(guān)系中，隨著平臺位移增加，組織與縫合線產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，縫合線被逐漸張緊，SC和TM開始擴(kuò)張變形。如圖7所示，整體擴(kuò)張過程可分成2～3個(gè)階段：第一階段，縫合線張力隨著位移增加而增大，雖有波動(dòng)但基本成線性趨勢，組織無明顯破壞；隨著拉力進(jìn)一步增加，組織將出現(xiàn)部分破壞，此時(shí)拉力將急劇下降，或者表現(xiàn)為隨著位移增加，縫合線拉力先出現(xiàn)小范圍的平穩(wěn)，不再增長然后急劇下降。第二階段，如果只產(chǎn)生部分破壞，下降至某一值附近后，剩余組織仍可繼續(xù)承受縫合線擴(kuò)張，拉力值可再次隨位移增加，或趨于平穩(wěn)；隨著位移進(jìn)一步增大，大部分組織破壞進(jìn)入第三階段，拉力再次突變下降至極小值，此時(shí)僅有殘余組織勾連，可認(rèn)為完全破壞。部分實(shí)驗(yàn)中第二階段不明顯。因此選擇組織無明顯破壞并具有線性趨勢的第一階段進(jìn)行分析，此時(shí)平臺位移范圍為0～2 mm。

由圖7可以看出，在擴(kuò)張過程中縫合線兩端拉力值有一定差異，先產(chǎn)生變形的一側(cè)(FBG1)拉力值較大。在沒有阻力的理想情況下，縫合線張緊后，線上的力應(yīng)沿線的方向且大小相等。在沒有發(fā)生明顯破壞的第一階段中，兩側(cè)力之差逐漸增大，在出現(xiàn)破壞以后，兩條曲線突變點(diǎn)及突變趨勢一致，差值明顯減小，當(dāng)幾乎完全破壞時(shí)，測量值又基本一致，因此，兩端差值可以認(rèn)為是縫合線受到組織變形的阻力。在0～2 mm范圍內(nèi)用縫合線兩端測量值作差，可得在SC和TM上產(chǎn)生阻力的大小及其與位移的關(guān)系。如圖8所示，隨平臺位移增大，縫合線阻力逐漸增大，且基本成線性趨勢。阻力最大值為40.6 mN最小值為33.9 mN。雖然在實(shí)驗(yàn)過程中注意給被擴(kuò)張的組織補(bǔ)生理鹽水，避免失水變性。但相較于實(shí)際手術(shù)中眼前節(jié)處于充滿房水的非開放狀態(tài)，因此仍有一定差距。

圖7 平臺位移與縫合線拉力曲線Fig.7 Platform displacement and suture tension curves

圖8 平臺位移與縫合線阻力曲線Fig.8 Platform displacement and suture resistance curves

3.3.2 0～2 mm內(nèi)拉力-擴(kuò)張寬度分析

在上述的0～2 mm的位移范圍內(nèi)，選擇拉力較大一側(cè)即FBG1側(cè)的6組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制拉力-擴(kuò)張寬度曲線如圖9所示。5組實(shí)驗(yàn)中拉力的上下限范圍，在平臺位移2 mm處，拉力最大值為66.6 mN，最小值為55.1 mN。

黑色曲線為出現(xiàn)破壞的對照組，表現(xiàn)為隨著位移增加，拉力在略大于70 mN處短時(shí)趨于平穩(wěn)，而擴(kuò)張寬度急劇增大；組1～組5為無明顯破壞的實(shí)驗(yàn)組圖9 0～2 mm內(nèi)拉力-擴(kuò)張寬度曲線Fig.9 Tension-dilation width curves within 0-2 mm

在平臺0～2 mm位移中，SC和TM變形如圖10(a)和圖10(b)所示，縫合線向內(nèi)收緊擴(kuò)張組織。因此用縫合線擴(kuò)張寬度表示組織變形情況。而圖10(c)和圖10(d)表示出現(xiàn)部分和完全破壞。由于SC和TM結(jié)構(gòu)微小，難以直接測量，所以在顯微鏡視圖中，選擇已知尺寸的參照物和參照點(diǎn)，通過Image J軟件計(jì)算已知參照物的像素尺寸和實(shí)際尺寸獲得全局比例尺，進(jìn)而在顯微鏡圖像上標(biāo)定相對參照點(diǎn)的擴(kuò)張寬度，由全局比例尺計(jì)算實(shí)際組織擴(kuò)張寬度。

在實(shí)驗(yàn)組中，擴(kuò)張寬度隨拉力增加而逐漸增大，無急劇變化，且基本成線性關(guān)系，經(jīng)線性擬合R2為0.84。拉力變化范圍為55.1～66.6 mN，而相應(yīng)的擴(kuò)張寬度變化范為297.8～404.6 μm。但具體變化趨勢不盡相同，如在組1和組2中變化較為均勻，而在組3～組5中則呈現(xiàn)前期擴(kuò)張寬度隨拉力增加增長較快，而后期增長較緩的趨勢，這與組織樣本之間的差異性有關(guān)，豬眼SC呈現(xiàn)節(jié)段性，并非完全理想化的均一結(jié)構(gòu)。同時(shí)在圖上以加粗藍(lán)線示出了有限元仿真結(jié)果，可見模擬分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證呈現(xiàn)相同趨勢。

3.3.3 0～2 mm內(nèi)擴(kuò)張過程的驗(yàn)證

由于實(shí)驗(yàn)材料具有不可重復(fù)性，每個(gè)制備好的實(shí)驗(yàn)樣本僅能完成1次實(shí)驗(yàn)。為了驗(yàn)證上述5組實(shí)驗(yàn)中在0～2 mm范圍內(nèi)擴(kuò)張時(shí)組織沒有發(fā)生明顯破壞，并可以簡化認(rèn)為上述范圍的擴(kuò)張是彈性擴(kuò)張。在位移到達(dá)2 mm后進(jìn)行卸載，位移平臺逐漸恢復(fù)至0 mm初始位置，然后再進(jìn)行二次加載，直至組織完全破壞。圖11描述了縫合線拉力較大一側(cè)的實(shí)驗(yàn)過程，黑色曲線表示第一次加載，紅色曲線表示卸載過程，可以看出縫合線上拉力卸載較快，并未沿加載曲線變化，在0.9 mm位移處降至4.9 mN，這說明在擴(kuò)張過程中已經(jīng)產(chǎn)生了組織松弛，并非完全的彈性變形。藍(lán)色曲線表示第二次加載過程，在加載至0.6 mm時(shí)，拉力為3.1 mN，此前雖然出現(xiàn)波動(dòng)但無明顯拉力增加，之后基本與第一次加載曲線保持一致，在第二次加載至2.0 mm時(shí)，拉力為64.7 mN與第一次的59.3 mN比相差很小(表1)，而且可以繼續(xù)保持線性趨勢變化，這表明在0～2 mm范圍組織沒有出現(xiàn)明顯破壞，卸載后再次加載可以恢復(fù)至首次加載水平。并且上述區(qū)間擴(kuò)張過程可以近似看作是彈性擴(kuò)張。

圖10 組織擴(kuò)張過程Fig.10 The dilation process of tissue

圖11 二次加載的位移-拉力曲線Fig.11 Platform displacement and suture tension curve of reloading

表1 平臺位移二次加載至2 mm的拉力結(jié)果Table 1 The tension results of the platform displacement reloading to 2 mm

Fuest等[25]通過AS-OCT成像的方式測得了患者術(shù)后SC在縫合線擴(kuò)張下的平均寬度為380.2 μm，且由分布圖可知寬度區(qū)間在300～500 μm。而圖11中5組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均擴(kuò)張寬度為360.3 μm，與文獻(xiàn)[25]參考范圍基本一致。參考上述范圍，在實(shí)驗(yàn)組間選擇297.8～404.6 μm的擴(kuò)張寬度區(qū)間進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)拉力范圍為34.1～66.6 mN。而有限元模擬結(jié)果中當(dāng)擴(kuò)張寬度為300～390 μm時(shí)，縫合線拉力范圍為43.5～57.3 mN，分布于實(shí)驗(yàn)結(jié)果范圍內(nèi)。因此通過參考擴(kuò)張寬度結(jié)合拉力-擴(kuò)張寬度關(guān)系可以給出縫合線拉力的對應(yīng)范圍，獲取量化的拉力值。

4 結(jié)論

建立了包含縫合線、SC、TM和鞏膜的數(shù)值求解模型，模擬CP中縫合線擴(kuò)張SC和TM的過程，應(yīng)用有限元法求解了縫合線拉力與組織擴(kuò)張寬度的量化關(guān)系。建立了實(shí)時(shí)縫合線拉力測量平臺，在豬眼組織的SC中穿入縫合線完成擴(kuò)張操作，測量縫合線上實(shí)時(shí)張緊力與組織擴(kuò)張的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得拉力-擴(kuò)張寬度曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果呈現(xiàn)相同趨勢。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用卸載后二次加載的方法驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)組中平臺位移在2 mm范圍內(nèi)組織無明顯破壞，雖然并非完全彈性變形，但可以簡化認(rèn)為是彈性拉伸過程，在再次恢復(fù)至2 mm平臺位移時(shí)，縫合線拉力與首次加載基本一致。針對當(dāng)前無法直接測量縫合線拉力的問題，應(yīng)用有限元分析法結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證獲得了量化的縫合線拉力與擴(kuò)張寬度對應(yīng)關(guān)系，可預(yù)測相應(yīng)拉力下組織擴(kuò)張情況，縮短醫(yī)生學(xué)習(xí)曲線，提高手術(shù)精準(zhǔn)性。同時(shí)也為機(jī)器人輔助眼科手術(shù)提供控制信息輸入。