Wir stellen eine automatisierte Methode zur Charakterisierung des effektiven Elastizitätsmoduls einer Okularlinse mit Hilfe eines Kompressionstests vor.
Die biomechanischen Eigenschaften der Okularlinse sind essentiell für ihre Funktion als optisches Element mit variabler Leistung. Diese Eigenschaften ändern sich bei der menschlichen Linse mit zunehmendem Alter dramatisch, was zu einem Verlust des Sehvermögens in der Nähe führt, der als Presbyopie bezeichnet wird. Die Mechanismen dieser Veränderungen sind jedoch noch unbekannt. Die Linsenkompression bietet eine relativ einfache Methode zur Beurteilung der biomechanischen Steifigkeit der Linse im qualitativen Sinne und kann in Verbindung mit geeigneten Analysetechniken zur Quantifizierung biomechanischer Eigenschaften beitragen. Bisher wurde eine Vielzahl von Linsenkompressionstests durchgeführt, darunter sowohl manuelle als auch automatisierte, aber diese Methoden wenden wichtige Aspekte biomechanischer Tests wie Vorkonditionierung, Belastungsraten und Zeit zwischen den Messungen inkonsistent an. In diesem Artikel wird ein vollautomatischer Linsenkompressionstest beschrieben, bei dem ein motorisierter Tisch mit einer Kamera synchronisiert wird, um die Kraft, die Verschiebung und die Form des Objektivs während eines vorprogrammierten Belastungsprotokolls zu erfassen. Aus diesen Daten kann dann ein charakteristischer Elastizitätsmodul berechnet werden. Während der Ansatz hier anhand von Schweinelinsen demonstriert wird, eignet er sich für die Kompression von Linsen jeder Spezies.
Die Linse ist das transparente und flexible Organ des Auges, das es ihm ermöglicht, auf verschiedene Entfernungen zu fokussieren, indem es seine Brechkraft ändert. Diese Fähigkeit wird als Akkommodation bezeichnet. Die Brechkraft wird durch die Kontraktion und Entspannung des Ziliarmuskels verändert. Wenn sich der Ziliarmuskel zusammenzieht, verdickt sich die Linse und bewegt sich nach vorne, wodurch ihre Brechkraft erhöhtwird 1,2. Die Erhöhung der Brechkraft ermöglicht es dem Objektiv, Objekte in der Nähe zu fokussieren. Mit zunehmendem Alter wird die Linse steifer und diese Anpassungsfähigkeit geht allmählich verloren. Dieser Zustand wird als Presbyopie bezeichnet. Der Mechanismus der Versteifung ist nach wie vor unbekannt, was zumindest teilweise auf die Schwierigkeiten zurückzuführen ist, die mit der biomechanischen Charakterisierung der Linse verbunden sind.
Eine Vielzahl von Methoden wurde verwendet, um die Steifigkeit der Linsen und die biomechanischen Eigenschaften abzuschätzen. Dazu gehören das Drehen von Linsen 3,4,5, akustische Verfahren 6,7,8, optische Verfahren wie Brillouin-Mikroskopie9, Eindringung 10,11 und Kompression12,13. Die Kompression ist die am leichtesten zugängliche experimentelle Technik, da sie mit einfachen Instrumenten (z. B. Glasdeckgläser14,15) oder einer einzelnen motorisierten Stufe durchgeführt werden kann. Wir haben bereits gezeigt, wie die biomechanischen Eigenschaften der Linse durch einen Kompressionstest genau abgeschätzt werden können16. Dieser Prozess ist technisch anspruchsvoll und erfordert spezielle Software, die für Linsenforscher, die an Messungen der relativen Steifigkeit interessiert sind, nicht ohne weiteres zugänglich ist. Daher konzentrieren wir uns in der vorliegenden Studie auf zugängliche Methoden zur Schätzung des Elastizitätsmoduls der Linse unter Berücksichtigung der Linsengröße. Der Elastizitätsmodul ist eine intrinsische Materialeigenschaft, die mit seiner Verformbarkeit zusammenhängt: Ein hoher Elastizitätsmodul entspricht einem steiferen Material.
Die Prüfung selbst ist eine parallele Plattendruckprüfung und kann daher auf geeigneten handelsüblichen mechanischen Prüfsystemen durchgeführt werden. Hier wurde ein kundenspezifisches Instrument konstruiert, das aus einem Motor, einem Lineartisch, einer Bewegungssteuerung, einer Wägezelle und einem Verstärker besteht. Diese wurden mit einer eigens entwickelten Software gesteuert, die in regelmäßigen Abständen auch Zeit, Position und Last aufzeichnete. Pig-Linsen bieten keine Aufnahmemöglichkeiten, sind aber leicht zugänglich und kostengünstig17. Die folgende Methode wurde entwickelt, um die Augenlinse inkrementell zu komprimieren und ihren Elastizitätsmodul zu quantifizieren. Diese Methode kann leicht repliziert werden und wird bei der Untersuchung der Linsensteifigkeit nützlich sein.
Die Linsenkompression ist eine vielseitige Methode zur Abschätzung der Linsensteifigkeit. Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen den Vergleich zwischen Linsen verschiedener Arten und unterschiedlicher Größen. Alle Verformungen werden gegen die Linsengröße normiert, und die Berechnung des Elastizitätsmoduls berücksichtigt näherungsweise die Linsengröße. Der effektive Modul ist erheblich höher als der Modul, der zuvor für die porcineLinse 4,7,11,19 berichtet wurde, was …
The authors have nothing to disclose.
Gefördert durch das National Institutes of Health Grant R01 EY035278 (MR).
Curved Medium Point General Purpose Forceps | Fisherbrand | 16-100-110 | |
Galil COM Libraries | Galil Motion Control | ||
High Precision Scalpel Handle | Fisherbrand | 12-000-164 | |
Linear Stage | McMaster-Carr | 6734K4 0.125" | |
Load Cell | FUTEK | LSB200-FSH03869 | |
Load Cell Amplifier | FUTEK | IAA300-FSH03931 | |
MATLAB | The Mathworks, Inc. | ||
Microprobe | Surgical Design | 22-079-740 | |
Miniature Self Opening Precision Scissors | Excelta | 63042-004 | |
Motion Controller | Galil Motion Control | DMC-31012 | |
Motor | Galil Motion Control | BLM-N23-50-1000-B | |
Straight Hemastats | Fine Science | NC9247203 | stainless steel, 14cm |