نمذجة تلف الشبكية للتنبؤ بالعتبة وتقييم المخاطر الاحتمالية

Nico Heussner; Adrian Azarian

doi:10.3791/69812

مقالة منهجية

نمذجة تلف الشبكية للتنبؤ بالعتبة وتقييم المخاطر الاحتمالية

DOI:

10.3791/69812

⸱

يوليو 14, 2026

Nico Heussner¹ , Adrian Azarian¹

¹Fraunhofer-Institute of Optronics, System Technologies and Image Exploitation IOSB

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تقديم نهج نمذجة للأضرار الحرارية الناتجة عن الليزر في عين الإنسان. يهدف إلى تحسين تقييم المخاطر القائمة على الليزر من خلال توفير وسيلة لحساب الضرر لسيناريو إشعاع محدد.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مع تزايد عدد تطبيقات الليزر في مجالات الطب والدفاع والتكنولوجيا، أصبح التعرض المتعمد والعرضي للعين البشرية لمصادر الليزر مصدر قلق كبير. يمكن التنبؤ القائم على النماذج لعتبات تلف الشبكية أن يتيح تقييما أكثر تحديدا لسلامة الليزر، خاصة لمعلمات الليزر غير المشمولة بالبيانات التجريبية. من الناحية المثالية، تسمح هذه النماذج بحساب قيم ED50 (الجرعة الفعالة التي يكون احتمال الضرر عندها 50٪) بناء على — من بين عوامل أخرى — على طول الموجة، مدة النبضة، وشكل البقعة. يتطلب ذلك فهما تفصيليا ونمذجة لجميع أنظمة الضرر لتعكس الاعتماد بين المعايير الرئيسية وآلية الضرر السائدة.

يناقش هذا العمل حالة هذا النهج (وقد تم التحقق منه هنا للنظام الحراري، أو ببساطة "في نظام الضرر الحراري"); يتم تسليط الضوء على الجوانب الحرجة التي قد تعيق نجاحه، ويتم توضيح الفوائد المحتملة. تتراوح هذه المؤشرات بين تحسين دقة حدود التعرض للليزر في معايير سلامة العين إلى تحسين الجرعة في جراحة الليزر الشبكية، إلى تقييم المخاطر الاحتمالية لاستخدام الليزر في البيئات الخارجية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا العمل تطوير والتحقق من نموذج الضرر الحراري المفصل فسيولوجيا للعين البشرية. ضمن نظام الإصابات الحرارية، يتنبأ النموذج بتطور درجة حرارة الشبكية وعتبات الإصابة باستخدام صيغة ضرر أرينيوس (قارن الشرح في قسم الضرر الحراري الضوئي). تشمل التطبيقات التمثيلية جميع الحالات التي يكون فيها التنبؤ بدرجات حرارة العين والضرر محل اهتمام. يشمل ذلك، على سبيل المثال، تقييم عتبات الضرر لفحص الإشعاع الشبكي الممسوح، وفهم تأثير إضافة قطار النبضات على عتبات الضرر، ومقارنة العتبات المحسوبة مع حدود السلامة من معيار سلامة الليزر. خارج النظام الحراري، يتم تقديم أساليب نمذجة حالية قيد الدراسة، ويتم توفير خارطة طريق لتوسيع الإطار ليشمل آليات ضرر إضافية.

العمل المقدم هنا يتعلق بالنمذجة، وبالتالي التنبؤ بتلف الشبكية الناتج عن الإشعاع بالليزر. بينما يمكن نظريا تحديد الجرعة الحرجة دائما من خلال تجارب على شبكية الحيوانات المشابهة لشبكية البشر، هناك حاجة قوية للتنبؤ بالضرر دون إجراء تجارب. فضاء التغيرات في معلمات الليزر (الأطوال الموجية، مدة النبضات، ومعدلات التكرار) شاسع، مما يعني وجود عدد هائل جدا من تجارب الحيوانات لكل مجموعة معلمات جديدة. بالإضافة إلى ذلك، لفترات الإشعاع الطويلة، يجب أخذ تدفق الدم في الشبكية في الاعتبار أيضا، مما يتطلب تجارب في الجسم الحي . وبالتالي، يبدو أن نمذجة تفاعل الليزر مع العين هي الطريقة الواقعية الوحيدة للمضي قدما.

الحاجة إلى فهم مفصل لآليات الضرر، وبالتالي عتبات الضرر (التي يمكن استخدامها كبديلات ED50) ترتبط أيضا بوضع معيار سلامة العين (IEC 60825 أو ANSI Z136.1). نظرا لأن المعيار يجب أن يعالج النطاق الكامل للأطوال الموجية، ومدة النبضات، وأنماط التكرار، وأحجام البقع، فإنه يدمج بالضرورة افتراضات مبسطة، واستيفاءات، وعوامل أمان محافظة لأخذ حالة عدم اليقين في الاعتبار. نظرا لأن عددا محدودا فقط من قيم ED50 - المستمدة أساسا من دراسات الرئيسيات غير البشرية - متاحة، يلزم الاستيفاء لتحديد حدود شاملة لأقصى تعرض مسموح به (MPE). على الرغم من أن هذا النهج يوفر تطبيقا واسعا وعمليا، إلا أن الإطار القائم على فهم ميكانيكي مفصل ونمذجة عمليات الأضرار يقدم مزايا واضحة من حيث الشفافية الفيزيائية، والدقة الخاصة بالسيناريو، وقابلية التطبيق دون معرفة مفصلة بمعيار سلامة الليزر.

على سبيل المثال، يتم تقييم الليزر النبضي والماسح كمصادر نابضة، رغم أن مسح الشبكية يدخل تأثيرات زمنية ومكانية إضافية. كان المعاملة المناسبة للمسح في استنتاج حدود السلامة موضوع نقاش مستمر داخل المجتمع خلال العقد الماضي. حتى مع التحديثات المنتظمة لتعكس التقدم التكنولوجي، لا يمكن للمعيار أن يغطي كل تكوين معقد من أنظمة الليزر الجديدة بمجموعات جديدة من المعايير دون تبسيطات وعوامل أمان محافظة. وبالتالي، يبقى مجال للتفسير، مما قد يؤدي إلى تناقضات أو أخطاء في تقييم السلامة.

يمكن لنهج النمذجة المعتمد على الفيزياء أن يقلل بشكل كبير من الاعتماد على الاستيفاء والهوامش المحافظة ويوسع قابلية تطبيق المعيار إلى السيناريوهات المعقدة. نظرا لأن تطوير والتحقق من صحة هذه النماذج مرتبط مباشرة بفهم أعمق لآليات الضرر الأساسية، فقد تدعم الرؤى الناتجة أيضا اشتقاقا أكثر شفافية واستدانة ماديا لقيم MPE من بيانات ED50 الحالية.

على المدى الطويل، يمكن تبسيط تقييم سلامة العين من خلال إطار عمل نمذجة متكامل ومباشر. يمكن تزويد مثل هذه الأداة إما بمعايير النظام ذات الصلة أو مباشرة بملف تصميم بصري (مثل نموذج زيماكس)، والذي يكون متاحا عادة أثناء تطوير المنتج، مما يتيح تقييم سلامة متسق ومحدد للسيناريو¹.

مجال آخر للتطبيق هو مجال الليزر عالي الطاقة (HEL) المتنامي، مثل مواجهة الطائرات بدون طيار. هنا، تكمن الصعوبة في الغالب في انعكاسات الليزر من الأهداف، خاصة الأهداف المعدنية، التي يمكن أن تتغير بسرعة وعشوائية وتشكل خطرا على العسكريين والمدنيين²^،³. تتطلب هذه الحالة العشوائية غير الحتمية آلية تقييم مناسبة – عادة ما يستخدم نهج احتمالي. هذا النهج يخلق بيانات حول حدوث حالات إشعاع معينة (شدة، زمن التعرض، الطول الموجي)، والتي يجب ترجمتها إلى احتمال حدوث ضرر. هنا، يمكن لنمذجة الأضرار التي نوقشت في هذا العمل أن تسد الفجوة من خلال ترجمة السيناريوهات الاحتمالية إلى احتمالات حدوث ضرر.

فهم مبادئ آليات الضرر بالتفصيل وتقليدها في نموذج برمجي هو طريقة مباشرة لتحديد عتبات الضرر بدلا من إجراء التجارب. اعتمادا على مدة النبضة، يحدث تلف الشبكية عبر آليات تفاعل مختلفة بين الليزر والأنسجة (الشكل 1)^4,5,6,7:

figure-introduction-1
الشكل 1: نظرة عامة على آليات الضرر. نوع آلية الضرر يعتمد على وقت التعرض والإشعاع. تتراوح بين تلف فوتوميكانيكي ناتج عن إشعاع عالي جدا في فترات نبضات قصيرة إلى أضرار كيميائية ضوئية بسبب انخفاض الإشعاع لفترات طويلة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

التحليل الضوئي (^10-12–^10-6 ثوان، 10¹⁰–10¹⁶ واط/سم²):
اضطراب الضوئي: عند فترات نبضة قصيرة جدا إلى نانوثانية وإشعاعات عالية جدا، يبدأ الامتصاص غير الخطي الانهيار البصري. تتكون بلازما كثيفة من الإلكترونات والأيونات الحرة، تتوسع بشكل انفجاري وتولد موجات صدمة قوية. تسمى هذه العملية اضطراب الضوئي، حيث تمزق الأنسجة ميكانيكيا مع تسخين ضئيل وتنتج آفات واضحة حتى في المناطق ضعيفة الامتصاص 4,8,9,10.

الاستئصال المحفز بالبلازما: في نطاق ns–μs عند إشعاع عالي جدا، تهيمن البلازما مرة أخرى. هنا، يتم تحريك إزالة الأنسجة ليس فقط بواسطة موجات الصدمة، بل أيضا بتوسع البلازما والاستئصال الانفجاري. تعرف هذه الآلية باسم الاستئصال الناجم عن البلازما وتنتج طردا كبيرا للمادة ^4,11.

الاستئصال الضوئي (≈ 10^⁻9–10⁻⁶ ثوان؛ ≈ 10⁷–10¹⁰ واط/سم²):
بالنسبة لفترات النبضة التي تزيد عن النانوثانية وأقل من نطاق الميكروثانية، يحدث الاستئصال الضوئي. في هذه العملية، تنكسر الروابط الجزيئية مباشرة بفعل الإشعاع. تستخدم هذه الطريقة، على سبيل المثال، لتصحيح الأخطاء الانكسارية في العين عن طريق إعادة تشكيل القرنية (ما يعرف بطريقة الليزك). عادة ما تطبق الإجراءات الضوئية في نطاق طاقة لم يحدث فيه تكوين البلازما بعد ^4,11.

الضرر الحراري الميكانيكي (≈ ^10-9 – ^10-6 ثوان؛ ≈ 10⁶ – 10⁸ واط/^{سم 2}):
في الأنسجة العينية المصبوغة، يمكن أن يؤدي الامتصاص القوي للميلانوسومات في نطاق ns–μs إلى تسخين فائق سريع. عندما يصل سطح الميلانوسوم إلى ≈ 150 درجة مئوية، تكون الفقاعات الدقيقة نووية ^12,13. يولد تمددها وانهيارها موجات إجهاد ميكانيكية تضر بظهارة الصبغة الشبكية (RPE). هذه الآلية الحرارية الميكانيكية تجسر الفجوة بين الاستئصال الضوئي والإصابة الحرارية: فهي ليست مدفوعة بالبلازما، بل تتضمن انتقالات ميكانيكية مرتبطة بالتسخين الموضعي. تعتمد العتبات على حجم الميلانوسوم وشكله واتجاهه والإضاءة المحلية ^4,11.

الضرر الحراري الضوئي (≈ 1 ميكروثانية – 60 ثانية؛ ≈ 10 – 10⁶ واط/^{سم 2}):
من ميكروثانية إلى ثواني، يهيمن تسخين الأنسجة. ترسيب الطاقة يرفع درجة الحرارة، مما يؤدي أولا إلى تآكل البروتينات، ومع زيادة التعرض، إلى نخر التجلط والكربنة. تختلف حدود الأدب: نيمز⁴ تذكر 1 ميكروثانية – 60 ثانية، زوكليتش¹⁴ 10 ميكروثانية إلى 60 ثانية. التبادلية التقريبية مع التعرض الإشعاعي (~1–1000 جول/سم²) تعمل، مع انحرافات للنبضات القصيرة جدا (انتشار حراري محدود) والنبضات الطويلة جدا (تبريد معزز بالتروية)⁴^،⁶^،¹⁵.

يعتمد نمذجة الضرر الحراري في العمل المقدم على تكامل أرينيوس، والذي يعرف بالتالي:

figure-introduction-2 (1)

مع τ التي تمثل زمن التعريض، وE_a طاقة التفعيل، وR ثابت الغاز الشامل، وT درجة الحرارة أثناء التعرض، وA عامل تحجيم ما قبل الأسي، فإن المعاملات المطبقة في هذه الدراسة هي A = 1.3 × 10⁹⁹ s⁻¹و E = 628 كيلوجول/مول¹⁵. يؤخذ شرط Ω = 1 للدلالة على بداية تلف الأنسجة. لمناقشة شاملة للنموذج الأساسي، يرجى الرجوع إلى منشور سابق⁴.

الضرر الكيميائي الضوئي (≈ 10 ثوان – 10⁴ ثوان؛ ≈ 10⁻³ – 10² واط/سم²):
في التعريضات الطويلة عند الإشعاعات المنخفضة، تسود التفاعلات الكيميائية الضوئية التراكمية - مثل تبييض الصبغة الضوئية أو المسارات التي تعبر عن أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). تحدث عند فترات تعريض تزيد عن 10 ثانية⁶ (أو أكثر من 1 ثانية⁴). لذا، هناك نطاق وسيط يمكن أن يحدث فيه كل من الضرر الحراري والكيميائي الضوئي في نفس الوقت¹⁶. مثال نموذجي على ذلك خطر الضوء الأزرق منخفض المستوى.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف القسم 1 الخطوات العامة اللازمة لبناء النماذج، حيث يمكن تنفيذها باستخدام مجموعة متنوعة من خيارات البرمجيات. يقدم القسم 2 هذه التعليمات للحالة المحددة والنموذجية التي تستخدم فيها Altair Hypermesh (برنامج نمذجة وتحليل العناصر المحدودة [FEA]) وبرنامج Ansys Fluent (برنامج محاكاة السوائل). بالإضافة إلى ذلك، ملف إضافي (الملف التكميلي 1¹⁷^، ¹⁸^، ¹⁹^، ²⁰^، ²¹^، ²²^، ²³^، ²⁴^، ²⁵^، ²⁶^، ²⁷^، ²⁸^، ²⁹^، ³⁰^، ³¹^، ³²^، ³³^{تم تقديم ,}^{34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45}) الذي يصف نهج النمذجة ويقدم خلفية نظرية بطريقة غير خطوة (الشكل 1 - Figure 5، الجدول 1 - الجدول 3).

1. تنفيذ نهج النمذجة – الخطوات الإجرائية العامة

أنشئ نموذجا ثلاثي الأبعاد وفقا للهندسة كما هو موضح أعلاه.
1. ضمن هذا العمل، يتم إنشاء الهندسة في برنامج تصميم ميكانيكي ثلاثي الأبعاد بمساعدة الحاسوب (الإصدار 16) وفقا للمعايير الموضحة في الملف التكميلي 1.
إنشاء شبكة الحجم وفقا لخصائص وامتدادات جميع أجزاء العين، وفقا للملف التكميلي 1.
1. تنفيذ الدمج والمعالجة اللاحقة باستخدام برنامج تحليل FEA (الإصدار 11) وبرنامج تحليل الهندسة الحاسوبية (CAE) (الإصدار 11). يتكون النموذج من 761,766 عنصرا رباعي الأوجه. أبعاد خلايا الشبكة تتراوح بين 37 ميكرومتر و491 ميكرومتر.
  ملاحظة: الشبكة الخشنة ستؤدي إلى أخطاء أو انحرافات حسابية. عدد أكبر من الخلايا ممكن دائما، لكنه سيزيد من وقت الحساب. ثبت أن هذه الشبكة مستقلة عن الحجم، حيث أدى المزيد من تحسين حجم العنصر إلى فروق ضئيلة في الحسابات.
2. للحفاظ على أوقات حساب معقولة، استخدم هذه الشبكة وتعتمد فقط إذا كانت المناطق المحددة تتطلب دقة أدق. وبناء عليه، يتم إعادة تركيب الشبكية بحجم خاصية لا يقل عن 5 ميكرومتر لتمكين الامتصاص داخل طبقة RPE، كما هو مطلوب وشرح لاحقا في البروتوكول.
  ملاحظة: يظهر الشكل 2 صورة نموذجية للشبكة مع زجاجية مخفية لجعل الشبكية مرئية.
دمج شروط الحدود.
1. عند الصلبة، استخدم معامل حدود التوصيل فقط h_scl = 20 W/m²K وقيمة القرنية _h'corn,1 = 14.21 W/m²K من كما تم استنتاجها أعلاه بالتفصيل. استخدم هذه القيم لتحديد شروط الحدود للسطح الذي يمثل الصلبة والقرنية على التوالي.
نفذ تدفق الدم.
ملاحظة: يوفر هذا المجال اتجاه التدفق والمقدار في كل خلية شبكة ويضيف الانتقال إلى معادلة الطاقة.
1. اتبع خطوات البناء كما هو مذكور أدناه:
  1. حدد المداخل/المخارج الفسيولوجية—تدفق أمامي من الدائرة الشريانية الرئيسية للقزحية والتدفق الخلفي من الشرايين الهدية القصيرة، مع تصريف وريدي عبر الأوردة الدوامية.
  2. احسب حقل التدفق الناتج.
  3. إعادة تصغير جميع السرعات المحلية إلى 5 مم موحدة (حسب Peyman⁴⁵) مع الحفاظ على الاتجاهات، وذلك من خلال وظيفة تعريفها المستخدم من برنامج محاكاة السوائل (UDF). النتيجة هي حقل سرعة صحيح اتجاهيا بمقدار ثابت عبر المشيمية.
احسب توزيع درجة الحرارة.
1. ابدأ حساب درجة الحرارة بتعريف المواقع والأشكال المعتمدة على الوقت لشعاع الليزر. للحصول على هذه المواقع المتغيرة زمنيا على الشبكية (أو داخل العين بشكل عام)، استخدم نموذج برنامج تتبع أشعة للعين بالتوازي مع النموذج الحراري.
  ملاحظة: استنادا إلى نمذجة برنامج تتبع الأشعة لنظام الليزر قيد التقييم، يوفر هذا النهج التطور الزمني لمواقع وأشكال بقع الليزر. هذا غير موضح بالتفصيل في هذا العمل من أجل سهولة الوصول، لكنه موصوف سابقا ^1,18.
2. قم بتعيين المواقع والأشكال المربعة المحسوبة إلى الأقسام المقابلة من خلايا الشبكة مع مرور الوقت، والتي يتم تعيين طاقة الليزر المعنية.
3. استيراد هذه البيانات إلى برنامج محاكاة السوائل عبر UDF، الذي يعالجها دوريا. يحدد UDF خلايا الشبكة ذات الصلة ويقدم مصطلح مصدر طاقة وفقا لقدرة الليزر المحددة لوقت الإشعاع المقابل. اعتبر كل من الإشعاع الموجي المستمر (CW) والإشعاع النبضي، بالإضافة إلى حركات الحزمة الثابتة أو المعتمدة على الزمن.
4. لكل موقع، احسب الطاقة الممتصة باستخدام معامل الامتصاص عند الطول الموجي الليزري المعطى وخصصه لخلايا الشبكة المتأثرة، والتي يتم تسخينها بشكل متوازي.
  ملاحظة: كمثال، في التعريض عند طول موجي 532 نانومتر، يحدث امتصاص 51٪ في RPE بسماكة 5 ميكرومتر⁷، كما هو موضح في الشكل 3. لا يحدث امتصاص داخل غشاء بروخ ^7,46. تنخفض طاقة الليزر المتبقية في الكورويد، ويفترض أنها سمكها 100 ميكرومتر مع معامل امتصاص⁷ α_Ch= 270 ^سم-1، وفقا لقانون لامبرت-بير. يحسب UDF الطاقة الممتصة عبر سمك كل خلية شبكة ويخصص هذه القيمة للخلية. لنقل العدوى من القرنية إلى الشبكية، يتم تطبيق قيمة 20٪ ⁷. يمكن استيعاب تغير طول موجة الليزر بسهولة عن طريق تعديل معامل الامتصاص وانتقال التيار من القرنية إلى الشبكية.
5. بالإضافة إلى ذلك، حدد مدة خطوة زمنية واحدة، لأن بيانات الشكل البقعي (من نموذج تتبع الأشعة أو معرفة مباشرة في UDF إذا كانت معروفة بدون نموذج تتبع الأشعة) تصف فقط تسلسل الإشعاع بدون مقياس زمني.
6. لتسريع الحساب، قم بتجميع جميع الفترات التي لا تتعرض للإشعاع معا وخصص خطوة زمنية أكبر تناسبيا، حيث لا يتطلب الأمر دقة زمنية دقيقة هناك.
  ملاحظة: بعد تطبيق هذه الإعدادات، يمكن للمحلل حساب الاستجابة الحرارية الزمنية للعين. نظرا لأن النموذج الحالي يتطلب فقط التوصيل الحراري وتدفق الدم في الاعتبار، فإن المحلل يقتصر على حل المعادلات التفاضلية المقابلة. راجع الملف التكميلي 2 للوظائف النموذجية المعرفة من قبل المستخدم.
احسب الأضرار.
1. لاشتقاق عتبة ضرر بناء على الاستجابة الحرارية، استخرج قيم درجة الحرارة المحسوبة من ملف نتائج فلوينت باستخدام أداة تعتمد على +C (انظر ^1,18 للتفاصيل وقوائم الكود).
2. باتباع نهج تكامل آرينيوس، احسب قيم آرينيوس لخلايا الشبكة الفردية من هذه درجات الحرارة وتخزينها في صيغة متوافقة مع برنامج المعالجة اللاحقة. يتيح ذلك التبديل بسهولة بين قيم درجات الحرارة واحتمالات الضرر أثناء التحليل.
3. وأخيرا، احصل على نتيجة ضرر ثنائية (نعم/لا) لكل خلية شبكية. حدد تصنيف نعم/لا بقيمة عتبة 1 لتكامل أرينيوس⁴. حدد عتبة الضرر هذه بشكل تكراري من خلال اختبار قوى إدخال مختلفة لمدة إشعاع ثابتة.
حدد حجم خطوة الزمن للمحلل.
1. استخدم برنامج محاكاة السوائل (الإصدار 14.5) كمحلل، مستخدما طريقة الحجم المحدود. يجب أن يحقق حجم الخطوة شرط كوران-فريدريش-ليوي، الذي يصف النسبة إلى حجم خلايا الشبكة من أجل خلق ظروف محاكاة مستقرة.
2. أيضا، قم بتقليل حجم الخطوة خطوة بخطوة حتى تصبح النتيجة ثابتة بالنسبة لحجم الخطوة. على سبيل المثال، في الحسابات التي تصل إلى 10 خطوات زمنية تصل إلى 10 ثانية و100 مللي ثانية، وجد أن تغيرات درجة الحرارة كانت <1٪.

figure-protocol-1
الشكل 2: قطع القسم عبر شبكة (المزاح الزجاجي مخفي). تظهر الشكل الصلبة (بيضاء)، المشيمية (حمراء)، الشبكية (صفراء)، العدسة (بيضاء)، القزحية (خضراء)، والخلط المائي (الأزرق)¹⁸. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-protocol-2
الشكل 3: خصائص الامتصاص عند قاع العين. داخل RPE، يتم امتصاص 51٪ من إشعاع الليزر البالغ 532 نانومتر؛ لا يحدث امتصاص في غشاء بروخ، ويتم نمذجة المشيمية وفقا لسلوك لامبرت-بير¹⁸. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

2. مثال توضيحي – خطوات محددة

أنشئ نموذجا ثلاثي الأبعاد وفقا للهندسة كما هو موضح أعلاه.
ملاحظة: يتم بناء النموذج ثلاثي الأبعاد عن طريق إنشاء كائنات لجميع العناصر المدرجة في الجدول التكميلي 1. كمثال، هذه الخطوات تؤدي إلى الصلبة.
1. أنشئ ملف جزء جديد (.ipt).
2. ابدأ رسم تخطيطي ثنائي الأبعاد على مستوى XY.
3. ارسم خط بناء أفقي (سيكون هذا محور الدوران).
4. ارسم قوسا بنصف قطر 12 مم للسطح الخارجي.
5. في المركز (القطب الخلفي)، تخلق نقطة بعمق 0.99 مم إلى الداخل من القوس الخارجي.
6. من هذه النقطة، ارسم منحنى السطح الداخلي.
7. عند الليمبوس، اضبط المسافة بين السطح الداخلي والخارجي إلى 0.75 مم.
8. اربط المنحنيات الداخلية والخارجية عند الحافة لتشكيل ملف مغلق.
9. اختر نموذج ثلاثي الأبعاد > Revolve.
10. اختر Surface وأكد.
أنشئ شبكة الصوت.
ملاحظة: يتم إنشاء الشبكة بناء على الكائن ثلاثي الأبعاد. هذا مثال على التشابك:
1. استورد النموذج ثلاثي الأبعاد الذي تم إنشاؤه في برنامج التصميم الميكانيكي ثلاثي الأبعاد بمساعدة الحاسوب.
2. انقر على سطح الجسم لتشابك الشبكة، مثل الصلبة الصلبة.
3. قم بتشابك الأسطح أولا – انقر على Mesh في هذه الواجهة، والتي تظهر بمجرد النقر على السطح. اختر التصفح في الواجهة واختر الشبكة التكيفية التلقائية.
4. الشبكة ثلاثية الأبعاد (التي تعرف الكائن) تعتمد على شبكات السطح. للإنشاء، اختر الأسطح وانقر من القائمة العلوية اليسرى: Mesh > إنشاء > Solid Map Mesh.
5. الآن، تظهر واجهة. انقر على الشبكة.
دمج شروط الحدود.
ملاحظة: يجب تحديد شروط الحدود للصلبة والقرنية، لأن هذه الأسطح على اتصال بالعالم المحيط. هذا المثال للصلبة الصلب (الصلبة):
1. اذهب إلى Analysiمن القائمة العلوية > BCs > إنشاء > القيود (أو الأحمال).
2. اختر نوع الكيان من الأسطح واختر الصلبة من القائمة.
3. في نفس اللوحة، حدد موقع حقول القيمة الإدخال وأدخل القيمة مباشرة في حقل المقدار .
4. انقر على إنشاء لتعيين شرط الحدود.
نفذ تدفق الدم.
1. حدد الأسطح ل - التدفق الأمامي (الدائرة الشريانية الرئيسية للقزحية)، والتدفق الخلفي (الشرايين الهدبية القصيرة)، والتدفق الخارج (الأوردة الدوامية).
2. حدد شروط حدودية لهذه الأسطح.
3. انقر على تحليل التحليل > القواعد > إنشاء > الأحمال.
4. اختر أسطح المدخل > تعيين متجهات اتجاه السرعة (اتجاهات فسيولوجية تقريبية).
5. اختر أسطح المخرج > تعيين مخرج ضغط (أو عدم وجود قيد حسب إعداد المحلل).
6. تصدير النموذج إلى برنامج محاكاة السوائل – هنا سيتم تعديل طول متجه التدفق.
7. استخدم UDF ScaleVelocity من الملحق داخل برنامج محاكاة السوائل لتكييف طول المتجه (UDF هو تنسيق قياسي يتم تحميله في برنامج محاكاة السوائل).
احسب توزيع درجة الحرارة (محلل المجموعات).
ملاحظة: استخدم برنامج محاكاة السوائل لحساب درجات الحرارة كما يلي واحفظه بصيغة ملف يمكن قراءته بواسطة برنامج تحليل CAE.
1. انقر على ملف > قراءة > الشبكة > اختر الشبكة > الشبكة > التحقق.
2. انقر على محلل > العام: > القائم على الضغط: مؤقت.
3. انقر على النماذج > الطاقة > تمكين > حسنا.
4. انقر على المواد > تعريف ρ و p و kρ > شروط منطقة الخلية > تعيين المواد لجميع المناطق.
5. انقر على شروط الحدود > تعريف البكرات الحرارية (القرنية، الصلبة، البيئة).
6. انقر على تهيئة الحل > التهيئة (OFFIZ).
7. انقر على حساب التشغيل > تعيين حجم خطوة زمنية + عدد خطوات الزمن + التكرارات لكل خطوة.
8. انقر على تشغيل الحساب > الحساب.
9. انقر على ملف > تصدير بيانات الحل >... نوع > الملف: Ensight Gold > اختر درجة الحرارة > تحديد المناطق > الكتابة.
احسب الضرر.
1. نفذ AddingArrhenius.exe (الملف الإضافي 3 والملف التكميلي 4) من نفس المجلد الذي يحتوي عليه برامج تحليل FEA التي تحتوي على درجات الحرارة. يحتوي على حساب بسيط لتكامل أرينيوس بناء على درجات الحرارة المخزنة في ملفات تحليل FEA.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعرض هذا القسم أولا التحقق والتحقق من صحة النموذج المعروض. بعد ذلك، يتم عرض ثلاث تطبيقات نموذجية.

التحقق والتحقق
في هذا القسم، يتم التحقق من النموذج المعروض أولا بالمقارنة مع نماذج العين الحرارية الفسيولوجية المعتمدة 19,27,28,30,32 لضمان اتساق توزيعات درجات الحرارة المتوقعة (حالة الحالة المستقرة).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

داخل البروتوكول، لا توجد خطوات حرجة فيما يتعلق بإنشاء النموذج. الأهم هو اختيار حجم ونوع الشبكة مع حجم خطوة الزمن. تعديل تقنية النمذجة له أهمية عند استخدام أنماط مسح أخرى على الشبكية. لا يجوز تعديل النموذج نفسه. تقتصر التقنية على أنظمة الضرر كما هو موضح في القسم المعني. تكمن الأهمية في إمكانية التنبؤ بالضرر دون تجارب على الحيوانات. واحدة من أكثر التطبيقات المستقبلية أهمية هي تحليل الاحتمالات لتلف الشبكية في السيناريوهات التي تتضمن HEL.

بمجرد التحقق من صحة النمو...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون أنه لا يوجد تضارب مصالح.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
Altair Hypermesh 11.0	Altair Engineering Inc.	الإصدار 11	إنشاء الشبكة وعرضها؛ برنامج نمذجة وتحليل العناصر المحدودة [FEA]
Ansys Fluent 14.5	Ansys Inc.	الإصدار 14.5	مُحَلِّل ديناميكي حراري؛ برنامج محاكاة السوائل
Autodesk Inventor	Autodesk	الإصدار 16	برنامج تصميم آلي بمساعدة الكمبيوتر ثلاثي الأبعاد
Hyperview	Altair Engineering Inc.	الإصدار 11	برنامج تحليل هندسي بمساعدة الكمبيوتر (CAE)
Optic Studio 13 (Zemax)	Zemax Development Corporation، اليوم هو Ansys Inc.	الإصدار 13	برنامج Raytracing
Optocon FOTEMP2	Optocon	https://comem.com/en/optocon/	مقياس الطيف؛ قياس درجة حرارة الأنسجة العينية
Optocon TS2	Optocon	https://comem.com/en/optocon/	مسبار القياس؛ قياس درجة حرارة الأنسجة العينية

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

233 233

نمذجة تلف الشبكية للتنبؤ بالعتبة وتقييم المخاطر الاحتمالية

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

المواد

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة