접안 수정체의 자동 압축 검사
Summary
우리는 압축 시험을 사용하여 접안렌즈의 유효 탄성 계수를 특성화하기 위한 자동화된 방법을 제시합니다.
Abstract
접안렌즈의 생체역학적 특성은 가변 동력 광학 요소로서의 기능에 필수적입니다. 이러한 특성은 인간의 수정체에서 나이가 들면서 극적으로 변하여 노안이라고 하는 근거리 시력 상실을 초래합니다. 그러나 이러한 변화의 메커니즘은 아직 알려지지 않았습니다. 렌즈 압축은 렌즈의 생체역학적 강성을 정성적으로 평가하기 위한 비교적 간단한 방법을 제공하며, 적절한 분석 기법과 결합하면 생체역학적 특성을 정량화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 현재까지 수동 및 자동 렌즈 압축 테스트를 포함한 다양한 렌즈 압축 테스트가 수행되었지만, 이러한 방법은 사전 컨디셔닝, 로딩 속도 및 측정 간격과 같은 생체 역학 테스트의 주요 측면을 일관되게 적용하지 않습니다. 이 백서에서는 전동 스테이지를 카메라와 동기화하여 사전 프로그래밍된 로딩 프로토콜 전반에 걸쳐 렌즈의 힘, 변위 및 모양을 캡처하는 완전 자동화된 렌즈 압축 테스트에 대해 설명합니다. 그런 다음 이러한 데이터로부터 특성 탄성 계수를 계산할 수 있습니다. 여기서는 돼지 렌즈를 사용하여 시연했지만, 이 접근법은 모든 종의 렌즈를 압축하는 데 적합합니다.
Introduction
수정체는 눈에서 발견되는 투명하고 유연한 기관으로, 굴절력을 변화시켜 다른 거리에 초점을 맞출 수 있습니다. 이 능력을 적응이라고 합니다. 굴절력은 섬모 근육의 수축과 이완으로 인해 변경됩니다. 수정체가 수축하면 수정체가 두꺼워지고 앞으로 이동하여 굴절력이 증가합니다 1,2. 굴절력이 증가하면 렌즈가 가까운 물체에 초점을 맞출 수 있습니다. 인간이 나이가 들어감에 따라 수정체는 더 뻣뻣해지고 이러한 수용 능력은 점차 상실됩니다. 이러한 상태를 노안이라고 합니다. 경화 메커니즘은 적어도 부분적으로는 렌즈의 생체역학적 특성화와 관련된 어려움 때문에 알려지지 않았습니다.
렌즈 강성과 생체역학적 특성을 추정하기 위해 다양한 방법이 사용되었습니다. 여기에는 렌즈 회전 3,4,5, 음향 방법 6,7,8, Brillouin 현미경9, 압흔10,11 및 압축12,13과 같은 광학 방법이 포함됩니다. 압축은 간단한 기기(예: 유리 커버슬립14,15) 또는 단일 전동 스테이지로 수행할 수 있으므로 가장 접근하기 쉬운 실험 기술입니다. 우리는 이전에 렌즈의 생체역학적 특성이 압축 시험(16)으로부터 어떻게 엄격하게 추정될 수 있는지를 보여주었다. 이 과정은 기술적으로 까다로우며, 상대 강성 측정에 관심이 있는 렌즈 연구자들이 쉽게 접근할 수 없는 특수 소프트웨어가 필요합니다. 따라서 본 연구에서는 렌즈 크기를 고려하면서 렌즈의 탄성률을 추정하기 위한 접근 가능한 방법에 중점을 둡니다. 탄성 계수는 변형성과 관련된 고유한 재료 특성입니다: 높은 탄성 계수는 더 단단한 재료에 해당합니다.
시험 자체는 평행 판 압축 시험이므로 적합한 상용 기계 시험 시스템에서 수행할 수 있습니다. 여기에서 맞춤형 계측기는 모터, 선형 스테이지, 모션 컨트롤러, 로드 셀 및 증폭기로 구성되었습니다. 이들은 시간, 위치 및 하중을 일정한 간격으로 기록하는 맞춤형 소프트웨어를 사용하여 제어되었습니다. 돼지 렌즈는 수용하지 못하지만 쉽게 접근할 수 있고 저렴합니다17. 다음 방법은 눈 수정체를 점진적으로 압축하고 탄성 계수를 정량화하기 위해 개발되었습니다. 이 방법은 쉽게 복제할 수 있으며 수정체 강성 연구에 유용합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
렌즈 압축은 렌즈 강성을 추정하기 위한 다양한 방법입니다. 위에서 설명한 절차를 통해 다양한 종과 크기의 렌즈를 비교할 수 있습니다. 모든 변형은 렌즈 크기에 대해 정규화되며, 탄성 계수의 계산은 대략 렌즈 크기를 고려합니다. 유효 탄성률은 porcine lens(4,7,11,19)에 대해 이전에 보고된 탄성률보?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
미국 국립보건원(National Institutes of Health) 보조금 R01 EY035278(MR)의 지원을 받습니다.
Materials
| 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 |
References
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