Skip to main content
SUPERVISOR
محمد سیلانی (استاد مشاور) محمود کدخدایی الیادرانی (استاد راهنما) پیمان مصدق (استاد راهنما) وحید یعقوبی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamed Setayeshnasab
حامد ستایش نسب

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Probabilistic Modeling of Biomechanical Behavior of the Cornea to Study the Intraocular Pressure
Vision is a vitally important sense; therefore, it is essential to study and evaluate the eye in order to predict and treat the related diseases. For this reason, researchers and engineers have always designed many devices in order to recognize the structure and behavior of the eye, and have modeled different parts of the eye in order to better predict and understand it. The Intraocular Pressure is also one of the most important factors affecting the eyesight and, therefore, its value should always be within a specified range. But, the estimated pressure by these devices is not sufficiently precise and is dependent on various factors including material properties, thickness, curvature, and boundary conditions of the cornea. The purpose of this study was to investigate corneal biomechanical behavior in response to the Corvis tonometer to correct the pressure estimation by considering the affecting factors. To this end, the tonometry test was simulated for a contact lens with predefined geometry, properties, internal pressure, and boundary conditions. Then, in a variety of internal pressures, geometries and properties, the relationship between the applied internal pressure and the parameters reported by the tonometer was studied; then, the effect of inputs on these parameters was evaluated. Subsequently, finite element simulations were converted to surrogate models using stochastic modeling theory. Using these models, the Corvis parameters were calculated in a fraction of a second, and analysis of these parameters introduced suitable indicators for diagnosis and medical prognosis. Afterward, with a reverse trick, the surrogate models were used and the applied internal pressure was extracted as a black-box function of other factors. In this way, for each contact lens, the true internal pressure and the pressure reported by Corvis ST will be comparable and correctable. This process provides a novel and quick way for IOP measurement to ophthalmologists. At the end of this research, by performing a suitable statistical sensitivity analysis, the effect of factors such as thickness, curvature and material properties on the Corvis parameters was studied and similarly, the effect of all parameters on the IOP estimation process was investigated. This analysis showed that, for more accurate measurement of the applied internal pressure, the deflection amplitude, the radius of curvature, and the applanation time should be measured with a higher accuracy. The deflection amplitude is also influenced by the radius of curvature and thickness and the applanation time depends on the central thickness and the material model, respectively. Keywords Intraocular Pressure, IOP estimation, Corvis ST, Cornea, Contact lens, Stochastic modeling, Sensitivity analysis
مطالعه و بررسی چشم به‌منظور پیش‌بینی و درمان بیماری‌های مربوط به آن امری ضروری است. به همین جهت همواره محققان و مهندسان در راستای شناخت چشم و رفتار آن، به ساخت دستگاه‌هایی پرداخته و در راستای پیش‌بینی و درک هرچه بهتر آن، بخش‌های مختلف چشم را مدل‌سازی کرده‌اند. فشار سیال داخل چشم، یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر بینایی چشم است و بنابراین همواره باید مقدار آن در محدوده مشخصی باشد. اما دستگاه‌هایی که این فشار را اندازه‌گیری می‌کنند وابسته به عوامل مختلف شامل خواص مادی، ضخامت، انحنا و شرایط مرزی قرنیه هستند. هدف از انجام این پژوهش بررسی رفتار بیومکانیکی قرنیه و لنز تماسی در تونومتر کرویس به‌ منظور اصلاح فشارسنجی این تونومتر با در نظر گرفتن عوامل مؤثر بر آن است. برای این منظور ابتدا آزمون تونومتری کرویس برای یک لنز تماسی با هندسه، خواص، فشار داخلی و شرایط مرزی مشخص شبیه‌سازی شد. سپس در فشار داخلی، هندسه و خواص متعدد، رابطه بین فشار داخلی اعمالی و کمیت‌هایی که تونومتر کرویس گزارش می‌کند مورد مطالعه قرار گرفته و تأثیر ورودی‌ها بر این کمیت‌ها مورد ارزیابی قرار گرفت. پس‌از آن با بهره‌گیری از تئوری مدل‌های تصادفی، شبیه‌سازی‌های اجزای محدود به مدل‌های جایگزین تبدیل شدند. این مدل‌ها قادر هستند که کمیت‌های خروجی تونومتر کرویس را در کسری از ثانیه محاسبه کنند و با تحلیل‌های حاصل از آن‌ها، شاخص‌های مناسبی برای تشخیص و پیش‌بینی‌های پزشکی معرفی شد . در ادامه با یک ترفند معکوس، از مدل‌های جایگزین ایجاد شده استفاده شده و فشار داخلی اعمالی به صورت یک تابع جعبه سیاه از سایر عوامل استخراج شد. بدین ترتیب در لنزهای تماسی جدید، فشار داخلی حقیقی و فشار تونومتر کرویس قابل مقایسه و اصلاح خواهند بود. این فرایند روشی نوین و سریع برای سنجش فشار درون‌چشمی پیش روی چشم‌پزشکان قرار می‌دهد. در پایان این پژوهش نیز با اجرای یک تحلیل حساسیت آماری مناسب، اثر تغییر عواملی چون ضخامت، انحنا و خواص مادی بر کمیت‌های خروجی تونومتر کرویس مطالعه شده و تأثیرپذیری فرایند فشارسنجی از کلیه پارامترها مورد بررسی قرار گرفت. این تحلیل نشان داد که برای اندازه‌گیری هرچه دقیق‌تر فشار داخلی اعمالی باید انحراف، شعاع انحنا و زمان اولین صاف‌شدگی با دقت بالاتری اندازه‌گیری شوند. همچنین انحراف لنز تماسی به ترتیب تحت تأثیر شعاع انحنا و ضخامت بوده و زمان اولین صاف‌شدگی به ترتیب به ضخامت مرکزی و مدل ماده وابسته است. کلمات کلیدی فشار درون‌چشمی، فشارسنجی، تونومتر کرویس، قرنیه، لنز تماسی، مدل‌سازی تصادفی، تحلیل حساسیت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی