מידול נזק רשתית לחיזוי סף והערכת סיכון הסתברותית

Nico Heussner; Adrian Azarian

doi:10.3791/69812

מאמר שיטה

מידול נזק רשתית לחיזוי סף והערכת סיכון הסתברותית

DOI:

10.3791/69812

⸱

14 ביולי 2026

Nico Heussner¹ , Adrian Azarian¹

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

במאמר זה

סיכום

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

מוצגת גישה למידול לנזק תרמי שנגרם על ידי לייזר לעין האנושית. מטרתו לשפר את ההערכה של סיכונים מבוססי לייזר על ידי מתן דרך לחישוב הנזק עבור תרחיש הקרנה ספציפי.

תקציר

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

עם העלייה במספר יישומי הלייזר ברפואה, הגנה וטכנולוגיה, חשיפה מכוונת או מקרית של עין האדם למקורות לייזר הפכה לדאגה מרכזית. חיזוי מבוסס מודל של ספי נזק לרשתית יכול לאפשר הערכת בטיחות לייזר ספציפית יותר לתרחישים, במיוחד עבור פרמטרי לייזר שאינם מכוסים בנתונים ניסיוניים. באופן אידיאלי, מודלים כאלה יאפשרו חישוב ערכי ED50 (מינון אפקטיבי שבו הסבירות לנזק היא 50%) בהתבסס — בין גורמים נוספים — על אורך גל, משך פולס וצורת נקודה. זה דורש הבנה ומודלים מעמיקים של כל משטרי הנזק כדי לשקף את התלות בין הפרמטרים המרכזיים למנגנון הנזק הדומיננטי.

עבודה זו דנה במצב הגישה הזו (מאומת כאן עבור המשטר התרמי, או פשוט "במשטר הנזק התרמי"); היבטים קריטיים שיכולים לחסום את הצלחתו מודגשים, ומוצגים יתרונות פוטנציאליים. אלה נעים בין שיפור דיוק מגבלות החשיפה ללייזר בתקני בטיחות העיניים, דרך דוסימטריה אופטימלית בניתוחי לייזר רשתית, ועד להערכת סיכון הסתברותי לשימוש בלייזרים בסביבות חיצוניות.

מבוא

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

עבודה זו מתארת את פיתוח ואימות מודל נזק תרמי מפורט פיזיולוגית בעין האנושית. בתוך משטר הפציעות התרמיות, המודל חוזה את התפתחות טמפרטורת הרשתית וספי הפציעה באמצעות נוסחת נזק ארניוס (השוו הסבר בסעיף הנזק הפוטותרמי). יישומים מייצגים מכסים את כל המצבים שבהם חיזוי טמפרטורות עיניים ונזק מעניין. זה כולל, למשל, הערכת ספי נזק לקרינה רשתית סרוקה, הבנת השפעת התוספת של מערכת הפולסים על ספי הנזק, והשוואת ספים מחושבים למגבלות בטיחות מתקן הבטיחות של הלייזר. מחוץ למשטר התרמי, מוצגות גישות מודל נוכחיות הנבחנות, ומסופקת מפת דרכים להרחבת המסגרת למנגנוני נזק נוספים.

העבודה המוצגת כאן עוסקת במידול, ולכן גם בחיזוי נזק לרשתית הנגרם מקרינת לייזר. בעוד שמנה קריטית יכולה, בתיאוריה, להיקבע תמיד על ידי ניסויים ברשתית בעלי חיים בדומה לרשתית אנושית, יש צורך חזק לחזות את הנזק מבלי לבצע ניסויים. מרחב הפרמטרים של הלייזר (אורכי גל, משך פולסים וקצבי חזרה) עצום, מה שמרמז על מספר עצום של ניסויים בבעלי חיים לכל סט פרמטרים חדש. בנוסף, לזמני הקרנה ארוכים, יש לקחת בחשבון גם זרימת דם ברשתית, מה שידרוש ניסויים ב-in vivo . כתוצאה מכך, מידול האינטראקציה בין הלייזר לעין נראה כדרך הריאלית היחידה קדימה.

הצורך בהבנה מפורטת של מנגנוני הנזק ולכן ספי נזק (שיכולים לשמש כתחליפי ED50) קשור גם למצב תקן בטיחות העיניים (IEC 60825 או ANSI Z136.1). מכיוון שהתקן חייב להתייחס לכל טווח אורכי הגל, משך הפולסים, דפוסי החזרה וגדלי הנקודות, הוא משלב בהכרח הנחות מפשטות, אינטרפולציות וגורמי בטיחות שמרניים כדי להתחשב באי-ודאות. מכיוון שרק מספר מוגבל של ערכי ED50 — שמקורם בעיקר במחקרים על פרימטים לא-אנושיים — זמינים, נדרשת אינטרפולציה כדי לקבוע מגבלות MPE מקיפות (חשיפה מקסימלית מותרת). למרות שגישה זו מספקת יישום רחב ומעשי, מסגרת המבוססת על הבנה מכנית מפורטת ומידול של תהליכי נזק מציעה יתרונות ברורים מבחינת שקיפות פיזית, דיוק ספציפי לתרחיש ויישום ללא ידע מפורט בתקן בטיחות הלייזר.

לדוגמה, לייזרים פולסים וסריקים מוערכים כמקורות פולסיים, אם כי סריקת רשתית מוסיפה אפקטים זמניים ומרחביים נוספים. הטיפול הנכון בסריקה בגזירת מגבלות בטיחות היה נושא לדיון מתמשך בקהילה בעשור האחרון. אפילו עם עדכונים שוטפים המשקפים את ההתקדמות הטכנולוגית, לא אפשרי שהתקן יכסה כל תצורה מורכבת של מערכות לייזר חדשות עם סטים חדשים של פרמטרים ללא פישוטים וגורמי בטיחות שמרניים. כתוצאה מכך, נותר מקום לפרשנות, מה שעלול להוביל לאי-עקביות או טעויות בהערכת הבטיחות.

גישת מידול מבוססת פיזיקה יכולה להפחית משמעותית את התלות באינטרפולציה ובמרווחים שמרניים ולהרחיב את היישום של התקן לתרחישים מורכבים. מכיוון שפיתוח ואימות של מודלים כאלה קשורים ישירות להבנה עמוקה יותר של מנגנוני הנזק הבסיסיים, התובנות שמתקבלות עשויות גם לתמוך בגזירת ערכי MPE שקופה ומבוססת פיזית יותר מנתוני ED50 קיימים.

בטווח הארוך, ניתן לייעל את הערכת בטיחות העיניים באמצעות מסגרת מודלים משולבת של Plug-and-Play. כלי כזה יכול להיות מסופק עם פרמטרי המערכת הרלוונטיים או ישירות עם קובץ עיצוב אופטי (למשל, דגם Zemax), שבדרך כלל זמין במהלך פיתוח המוצר, ובכך מאפשר הערכת בטיחות עקבית וספציפית לתרחיש¹.

תחום יישום נוסף הוא תחום הלייזרים בעלי האנרגיה הגבוהה (HEL), לדוגמה, להתמודדות עם רחפנים. כאן, הקושי טמון בעיקר בהחזרות הלייזר ממטרות, במיוחד מטרות מתכתיות, שיכולות להשתנות במהירות ובאקראיות ולהוות סכנה לאנשי צבא ואזרחים^. מצב אקראי לא-דטרמיניסטי זה דורש מנגנון הערכה מספק – בדרך כלל נעשה שימוש בגישה הסתברותית. גישה זו יוצרת הצהרות על הופעת מצבי הקרנה מסוימים (עוצמה, זמן חשיפה, אורך גל), שעדיין חייבים להיות מתורגמים לסבירות לנזק. כאן, מידול הנזק שנדון בעבודה זו יכול לצמצם את הפער על ידי תרגום תרחישים הסתברותיים לסבירויות לנזק.

הבנת עקרונות מנגנוני הנזק בפירוט וחיקוי שלהם במודל תוכנה היא דרך פשוטה לקבוע ספי נזק במקום לבצע ניסויים. בהתאם למשך הדופק, נזק לרשתית מתרחש באמצעות מנגנוני אינטראקציה שונים בין לייזר לרקמה (איור 1)4,5,6,7:

figure-introduction-1
איור 1: סקירה של מנגנוני הנזק. סוג מנגנון הנזק תלוי בזמן החשיפה ובהקרנה. הוא נע מנזק פוטומכני שנגרם מקרינה גבוהה מאוד בזמני פולס קצרים ועד לנזק פוטוכימי הנובע מקרינה נמוכה לפרקי זמן ארוכים. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

פירוק פוטומכני (^10-12–^10-6 שניות, 10¹⁰–^{10 16} W/cm²):
דיבור פוטו: במשכי פולס קצרים מאוד עד ננו-שניות ובקרינה גבוהה מאוד, בליעה לא ליניארית מתחילה התמוטטות אופטית. פלזמה צפופה של אלקטרונים ויונים חופשיים נוצרת, מתפשטת בפיצוץ ויוצרת גלי הלם חזקים. התהליך, הנקרא פוטו-דיסריפרס, קורע מכנית רקמה עם חימום נפחי מינימלי ויוצר נגעים מוגדרים בצורה חדה גם באזורים סופגים חלשים 4,8,9,10.

אבלציה מושרה פלזמה: בטווח ה-ns–μs בקרינה גבוהה מאוד, הפלזמה שוב שולטת. כאן, הסרת רקמות מונעת לא רק על ידי גלי הלם אלא גם על ידי התפשטות פלזמה ואבלציה מתפוצצת. המנגנון נקרא אבלציה מושרת פלזמה ומייצר פליטת חומר^{משמעותית} ^4,11.

פוטואבלציה (≈ 10^⁻9–10⁻⁶ שניות; ≈ 10⁷–^{10 10} W/cm²):
למשך משכי פולסים מעל ננו-שנייה ומתחת לטווח המיקרו-שנייה, מתבצעת פוטואבלציה. בתהליך זה, הקשרים המולקולריים נשברים ישירות על ידי הקרינה. שיטה זו, למשל, משמשת לתיקון שגיאות שבירה בעין על ידי שינוי עיצוב הקרנית (שיטת LASIK). בדרך כלל, פרוצדורות פוטואבלטיביות מיושמות בטווח הספק שבו עדיין לא התרחשה יצירת פלזמה ^4,11.

נזק תרמומכני (≈ ^10-9 – ^10-6 שניות; ≈ 10⁶ – 10⁸ W/cm²):
ברקמות עיניות פיגמנטיות, ספיגה חזקה של מלנוזומים בטווח ns–μs עלולה לגרום להתחממות מהירה. כאשר פני השטח של המלנוזום מגיעים ל-≈ 150 מעלות צלזיוס, המיקרובועות יוצרות גרעין^12.13. ההתרחבות והקריסה שלהם יוצרות גלי מאמץ מכניים הפוגעים באפיתליום הפיגמנט הרשתית (RPE). מנגנון תרמומכני זה מגשר על הפער בין פוטואבלציה לפגיעה תרמית: הוא אינו מונע על ידי פלזמה, אלא כולל טרנזיינטים מכניים המקושרים לחימום מקומי. הספים תלויים בגודל, צורה, כיוון ותאורה מקומית של המלנוזום ^4,11.

נזק פוטותרמי (≈ 1 מיקרושניות – 60 שניות; ≈ 10–10⁶ W/cm²):
ממיקרושניות ועד שניות, חימום הרקמות שולט. הצטברות אנרגיה מעלה את הטמפרטורה, מה שמוביל תחילה לדנאטורציה של חלבונים, ובחשיפות גבוהות יותר, לנמק קרישי ופחמן. גבולות הספרות שונים: נימץ⁴ מציין 1 מיקרו-שניות – 60 שניות, זוקליך¹⁴ 10 מיקרו-שניות–60 שניות. הדדיות משוערת עם חשיפה קרינתית (~1–1000 J^/cm2) מתקיימת, עם סטיות לפולסים קצרים מאוד (דיפוזיית חום מוגבלת) ופולסים ארוכים מאוד (קירור מוגבר על ידי פרפוזיה)^4,6,15.

המידול של הנזק התרמי בעבודה המוצגת מבוסס על אינטגרל ארניוס, המוגדר כך:

figure-introduction-2 (1)

כאשר τ מסמן את זמן החשיפה, E_a הוא אנרגיית ההפעלה, R הוא קבוע הגז האוניברסלי, T הוא הטמפרטורה במהלך החשיפה, ו-A הוא גורם קנה מידה קדם-מעריכי, והפרמטרים שהוחלפו במחקר זה הם A = 1.3 × 10⁹⁹ s⁻¹ו-E = 628 kJ/mol¹⁵. תנאי של Ω = 1 נלקח כדי לציין את תחילת הנזק לרקמה. לדיון מקיף במודל הבסיסי, עיינו בפרסום קודם⁴.

נזק פוטוכימי (≈ 10 שניות – 10⁴ שניות; ≈ 10⁻³ –^{10 2} W/cm²):
בחשיפות ארוכות בקרינונים נמוכים, תגובות פוטוכימיות מצטברות שולטות - כגון הלבנת פוטופיגמנט או מסלולים המתווכים על ידי סוגי חמצן תגובתי (ROS). הם מופיעים בזמני חשיפה מעל 10 שניות⁶ (או מעל 1 שניות⁴). לכן, קיים טווח ביניים שבו נזק תרמי ופוטוכימי יכולים להתרחש בו-זמנית¹⁶. סיכון כרוני לאור כחול ברמה נמוכה הוא דוגמה טיפוסית.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

סעיף 1 מתאר את השלבים הכלליים הנדרשים לבניית מודלים, שכן ניתן לבצע אותם באמצעות מגוון אפשרויות תוכנה. סעיף 2 נותן הוראות אלו למקרה הספציפי והמופתי שבו נעשה שימוש ב-Altair Hypermesh (תוכנת מידול וניתוח אלמנטים סופיים [FEA]) ו-Ansys Fluent (תוכנת סימולציית נוזלים). בנוסף, תיק משלים (קובץ משלים 1 17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33 ^,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45) מסופק, המתאר את גישת המידול ומספק רקע תיאורטי באופן שאינו שלבי שלב (איור 1 - Figure 5, טבלה 1 - טבלה 3).

1. יישום גישת המידול – צעדים פרוצדורליים כלליים

צור מודל תלת-ממדי לפי הגיאומטריה שתוארה לעיל.
1. בתוך עבודה זו, נוצר את הגיאומטריה בתוכנת תכנון מכנית תלת-ממדית בעזרת מחשב (גרסה 16) בהתאם לפרמטרים המתוארים בקובץ המשלים 1.
צור את רשת הנפח בהתאם לתכונות ולהרחבות של כל חלקי העין, לפי קובץ משלים 1.
1. ביצוע מיזוגים ועיבוד לאחר מסחר עם תוכנת ניתוח FEA (גרסה 11) ותוכנת ניתוח הנדסה ממוחשבת (CAE) (גרסה 11). המודל מורכב מ-761,766 אלמנטים טטראדרליים. לתאי הרשת יש ממדים שבין 37 מיקרון ל-491 מיקרון.
  הערה: רשת גסה יותר תגרום לשגיאות/סטיות חישוביות. מספר גבוה יותר של תאים תמיד אפשרי, אבל זה יגדיל את זמן החישוב. רשת זו התגלתה כבלתי תלויה בגודל, שכן שיפור נוסף בגודל האלמנט גרם להבדלים זניחים בחישובים.
2. כדי לשמור על זמני חישוב סבירים, השתמשו ברשת זו ואמצו רק אם אזורים מסוימים דורשים רזולוציה מדויקת יותר. בהתאם לכך, ניתן לבצע רימיוס מחדש של הרשתית עם גודל תכונה מינימלי של 5 מיקרון כדי לאפשר ספיגה בתוך שכבת ה-RPE, כפי שנדרש ומוסבר בהמשך הפרוטוקול.
  הערה: איור 2 מציג תמונה מופתית של הרשת עם זגוגית מוסתרת כדי להפוך את הרשתית לגלויה.
אינטגרציה של תנאי גבול.
1. בסקלרה, יש להשתמש במקדם גבול הולכה בלבד h_scl = 20 W/m²K וערך קרנית _h'corn,1 = 14.21 W/m²K כפי שנגזר לעיל. השתמשו בערכים אלו כדי להגדיר את תנאי הגבול של המשטח המייצגים את הסקלרה והקרנית, בהתאמה.
יישם את זרימת הדם.
הערה: שדה זה מספק כיוון וגודל זרימה בכל תא רשת ומוסיף אדבקציה למשוואת האנרגיה.
1. עקבו אחר שלבי הבנייה כפי שצוינו להלן:
  1. יש לציין כניסות/יציאות פיזיולוגיות — זרימה קדמית מהמעגל העורקי הראשי של הקשתית וזרימה אחורית מהעורקים הסיליאריים הקצרים, עם ניקוז ורידי דרך ורידי המערבולת.
  2. חשב את שדה הזרימה המתקבל.
  3. שינוי כל המהירויות המקומיות ל-5 מ"מ אחיד (לפי פיימן⁴⁵) תוך שמירה על כיוונים, המיושמים באמצעות פונקציה מוגדרת על ידי המשתמש (UDF) באמצעות תוכנת סימולציית נוזלים. התוצאה היא שדה מהירות מדויק בכיוון ובעוצמה קבועה לאורך הכורואיד.
חשב את התפלגות הטמפרטורה.
1. התחל את חישוב הטמפרטורה בהגדרת המיקומים והצורות התלויים בזמן של קרן הלייזר. כדי לקבל מיקומים משתנים בזמן על הרשתית (או בתוך העין באופן כללי יותר), יש להשתמש במודל תוכנת קרניים של העין במקביל למודל התרמודינמי.
  הערה: בהתבסס על מידול תוכנת הרייטרייסינג של מערכת הלייזר הנמצאת בהערכה, גישה זו מספקת את ההתפתחות הזמנית של מיקומי וצורות נקודות הלייזר. דבר זה לא מוסבר בפירוט בעבודה זו למען נגישות, אך תואר קודם^לכן ^1,18.
2. מיפוי את מיקומי הנקודות והצורות המחושבים לחלקים המתאימים של תאי הרשת לאורך זמן, אשר מקבלים את עוצמת הלייזר המתאימה.
3. ייבא את הנתונים הללו לתוכנת סימולציית הנוזלים באמצעות UDF, שמעבד אותם במחזוריות. ה-UDF מזהה את תאי הרשת הרלוונטיים ומציג מונח מקור אנרגיה בהתאם להספק הלייזר שנקבע לזמן ההקרנה המתאים. שקלו גם קרינה בגל רציף (CW) וגם בפולס, וכן בתנועות קרן סטטיות או תלויות זמן.
4. לכל מיקום, מחשבים את האנרגיה הנספגת באמצעות מקדם הספיגה באורך הגל הנתון של הלייזר והקצו אותה לתאי הרשת המושפעים, המחוממים במקביל.
  הערה: לדוגמה, עבור הקרנה באורך גל של 532 ננומטר, מתרחשת ספיגה של 51% ב-RPE בעובי של 5 מיקרומטר⁷, כפי שמוצג באיור 3. אין ספיגה בתוך ממברנת ברוך ^7,46. אנרגיית הלייזר שנותרה יורדת בכורואיד, שמניחים שהיא בעובי 100 מיקרון עם מקדם בליעה⁷ של _{α Ch}= 270 ס"^מ-1, לפי חוק למברט-ביר. ה-UDF מחשב את האנרגיה הנספגת בעובי של כל תא רשת ומקצה ערך זה לתא. להעברת הקרנית לרשתית, ערך של 20% ^{מוחל 7}. שינוי באורך גל הלייזר ניתן להתאמה בקלות על ידי התאמת מקדם הספיגה והמעבר מהקרנית לרשתית.
5. בנוסף, יש להגדיר את משך צעד הזמן היחיד, שכן נתוני צורת הנקודות (ממודל עקבות הקרניים או מוגדרים ישירות ב-UDF אם ידועים ללא מודל הקרניים) מתארים רק את רצף הקרינה ללא קנה מידה זמני.
6. כדי להאיץ את החישוב, קבץ את כל המרווחים ללא הקרנה יחד והקצה שלב זמן גדול יותר בהתאם, שכן אין צורך ברזולוציה זמנית מדויקת שם.
  הערה: לאחר יישום הגדרות אלו, הפותר יכול לחשב את התגובה התרמית הזמנית של העין. מכיוון שהמודל הנוכחי דורש רק הולכת חום וזרימת דם כדי להילקח בחשבון, הפותר מוגבל לפתרון המשוואות הדיפרנציאליות המתאימות. עיין בקובץ המשלים 2 לפונקציות מופתיות שהוגדרו על ידי המשתמש.
חשב את הנזקים.
1. כדי לגזור סף נזק המבוסס על התגובה התרמית, יש לחלץ את ערכי הטמפרטורה המחושבים מקובץ תוצאות Fluent באמצעות כלי מבוסס C++ (ראו ^1,18 לפרטים ורשימות קוד).
2. בהתאם לגישת האינטגרל של ארניוס, מחשבים את ערכי ארניוס של תאי הרשת הבודדים מתוך טמפרטורות אלו ואחסנו אותם בפורמט התואם לתוכנת העיבוד לאחר המעבד. זה מאפשר מעבר נוח בין ערכי טמפרטורה להסתברויות נזק במהלך הניתוח.
3. לבסוף, קבל תוצאה בינארית של נזק (כן/לא) עבור כל תא רשת. קבעו את הסיווג כן/לא לפי ערך סף של 1 עבור אינטגרל ארניוס⁴. זהה את סף הנזק הזה באופן איטרטיבי על ידי בדיקת כוחות קלט שונים למשך הקרנה קבוע.
קבע את גודל הפותר לצעד זמן.
1. השתמש בתוכנת סימולציית נוזלים (גרסה 14.5) כפותר, תוך שימוש בשיטת הנפח הסופי. גודל הצעד ימלא את תנאי קוראן-פרידריכס-לוי, המתאר את היחס לגודל תאי הרשת כדי ליצור תנאי סימולציה יציבים.
2. כמו כן, הפחת את גודל הצעד שלב אחר שלב עד שהתוצאה הופכת לבלתי משתנה לגודל הצעד. לדוגמה, בחישובים עם עד 10 שניות של צעדי זמן של 1 ms ו-100 ms, השינויים בטמפרטורה נמצאו כ-<1%.

figure-protocol-1
איור 2: חתך דרך רשת (הומור זגוגי מוסתר). הדמות מציגה את הסקלרה (לבנה), הכורואיד (אדום), הרשתית (צהוב), העדשה (לבנה), הקשתית (ירוקה) וההומור המימי (כחול)¹⁸. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-protocol-2
איור 3: מאפייני הספיגה בקרקעית העין. בתוך ה-RPE, 51% מקרינת הלייזר של 532 ננומטר נספגת; אין ספיגה בממברנת ברוך, והכורואיד מודל לפי התנהגות למברט-ביר¹⁸. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

2. דוגמה להמחשה – שלבים ספציפיים

צור מודל תלת-ממדי לפי הגיאומטריה שתוארה לעיל.
הערה: המודל התלת-ממדי נבנה על ידי יצירת אובייקטים לכל האלמנטים המפורטים בטבלה משלימה 1. לדוגמה, שלבים אלו יובילו לסקלרה.
1. צור קובץ חלק חדש (.ipt).
2. התחל סקיצה דו-ממדית במישור XY.
3. שרטט קו בנייה אופקי (זה יהיה ציר הסיבוב).
4. צייר קשת ברדיוס של 12 מ"מ עבור המשטח החיצוני.
5. במרכז (הקוטב האחורי), נוצר נקודה 0.99 מ"מ פנימה מהקשת החיצונית.
6. מנקודה זו, שרטט את עקומת פני השטח הפנימיים.
7. בלימבוס, הגדרו את המרחק בין הפנים הפנימיות לחיצוניות ל-0.75 מ"מ.
8. מחברים את הקימורים הפנימיים והחיצוניים בקצה ליצירת פרופיל סגור.
9. בחר מודל תלת-ממדי > סיבוב.
10. בחר ב-Surface ואשר.
צור את רשת הווליום.
הערה: הרשת נוצרת על בסיס האובייקט התלת-ממדי. זו דוגמה ל-meshing:
1. ייבא את מודל התלת-ממד שנוצר בתוכנת העיצוב המכאנית התלת-ממדית בעזרת מחשב.
2. לחץ על פני השטח של האובייקט כדי להשתלב, למשל, הסקלרה.
3. Mesh של המשטחים קודם – לחץ על Mesh בממשק זה, שמופיע לאחר לחיצה על המשטח. בחר גללים בממשק ובחר רשת אוטומטית אדפטיבית.
4. הרשת התלת-ממדית (המגדירה את האובייקט) מבוססת על רשתות המשטח. כדי ליצור, בחר את המשטחים ולחץ מהתפריט השמאלי העליון: Mesh > Create > Solid Map Mesh.
5. כעת, מופיע ממשק. לחץ על רשת.
אינטגרציה של תנאי גבול.
הערה: יש להגדיר תנאי גבול עבור הסקלרה והקרנית, שכן משטחים אלו במגע עם העולם הסובב. הדוגמה הזו מיועדת לסקלרה:
1. לך ל-Analysis מהתפריט העליון > BCs > ליצור > אילוצים (או עומסים).
2. בחר את סוגי הישות שמופיעים ובחר את הסקלרה מהתפריט.
3. באותו פאנל, אכן את שדות הקלט של הערך והזן את הערך ישירות בשדה הגודל.
4. לחץ על יצירה כדי להקצות את תנאי הגבול.
יישם את זרימת הדם.
1. הגדר משטחים עבור - זרימה קדמית פנימה (מעגל העורק הראשי של הקשתית), זרימה אחורית נכנסת (עורקים ציליאריים קצרים), וזרימה יוצאת (ורידים מערבולתיים).
2. הקצה תנאי גבול למשטחים אלו.
3. לחצו על ניתוח > ה-BCs > יצירת עומסים >.
4. בחר משטחי כניסה > להקצות וקטורי כיוון מהירות (כיוונים פיזיולוגיים משוערים).
5. בחר משטחי יציאה > להקצות יציאת לחץ (או אפס מגבלה, תלוי בהגדרת הפותר).
6. ייצוא מודל לתוכנת סימולציית הנוזלים – כאן יותאמת אורך וקטור הזרימה.
7. השתמש ב-ScaleVelocity UDF מהנספח בתוך תוכנת סימולציית הנוזלים כדי להתאים את אורך הווקטור (UDF הוא פורמט סטנדרטי לטעינה בתוכנת סימולציית הנוזלים).
חשב את התפלגות הטמפרטורה (פותר הערכות).
הערה: השתמש בתוכנת סימולציית נוזלים כדי לחשב את הטמפרטורות כמו הבא ושמור אותה בפורמט קובץ שניתן לקרוא על ידי תוכנת ניתוח CAE.
1. לחץ על קובץ > Read > Mesh > בחר mesh > Mesh > בדיקה.
2. לחץ כללי > פותר : זמן > מבוסס לחץ: חולף.
3. לחץ על מודלים > אנרגיה > להפעיל > בסדר.
4. לחץ על חומרים > להגדיר ρ, p, kρ > תנאי אזור תא > להקצות חומרים לכל האזורים.
5. לחץ על תנאי גבול > הגדרת BCs תרמיים (קרנית, סקלרה, סביבה).
6. לחץ על אתחול פתרון > אתחול.
7. לחץ על חישוב הרצה > להגדיר גודל צעד זמן + מספר צעדי זמן + איטרציות לכל שלב.
8. לחץ על הרצת חישוב > חישוב.
9. לחץ על קובץ > ייצוא נתוני פתרון >... > סוג קובץ: Ensight Gold > לבחור טמפרטורה > לבחור אזורים > Write.
חשב את הנזק.
1. הרצו את AddingArrhenius.exe (קובץ משלים 3 וקובץ משלים 4) מאותה תיקיה כמו קבצי תוכנת ניתוח FEA המכילים את הטמפרטורות. הוא מכיל חישוב פשוט של אינטגרל ארניוס המבוסס על הטמפרטורות המאוחסנות בקבצי תוכנת ניתוח FEA.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

סעיף זה מציג תחילה את האימות והאימות של המודל המוצג להצגה. לאחר מכן מוצגים שלושה יישומים לדוגמה.

אימות ואימות
בחלק זה, המודל המוצג מאומת לראשונה בהשוואה למודלים תרמו-פיזיולוגיים לעיניים מבוססים 19,27,28,30,32 כדי להבטיח עקביות בהתפלגויות הטמפרטורות החזויות (מצב יציב). בשלב השני, ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

בתוך הפרוטוקול, אין שלבים קריטיים ביצירת המודל. קריטי הוא בחירת גודל וסוג הרשת בשילוב עם גודל צעד הזמן. שינוי בטכניקת המידול רלוונטי ביחס לשימוש בדפוסי סריקה אחרים על הרשתית. המודל עצמו לא ישונה. הטכניקה מוגבלת למשטרי הנזק כפי שמוסבר בסעיף הרלוונטי. המשמעות טמונה באפשרות לחיזוי נזקים ללא ניסויים בבעלי חיים. אחד היישומים העתידיים הרלוונטיים ביותר הוא ניתוח הסתברות לנזק רשתית בתרחישים הכוללים HEL.

לאחר שהמודל מאומת למשטר נזק מסוים (כפי שהוא כיום לנזק תרמי), ניתן...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
Altair Hypermesh 11.0	Altair Engineering Inc.	Version 11	יצירת רשת והצגה; תוכנת מודל אלמנטים סופיים ואנליזה [FEA]
Ansys Fluent 14.5	Ansys Inc.	Version 14.5	מפתיר תרמודינמי; תוכנת סימולציה של נוזלים
Autodesk Inventor	Autodesk	Version 16	תוכנת עיצוב מסייע ממוחשב תלת ממדי
Hyperview	Altair Engineering Inc.	Version 11	תוכנת אנליזה להנדסה מסייעת ממוחשבת (CAE)
Optic Studio 13 (Zemax)	Zemax Development Corporation, היום זהו Ansys Inc.	Version 13	תוכנת Raytracing
Optocon FOTEMP2	Optocon	https://comem.com/en/optocon/	ספקטרומטר; מדידת טמפרטורה של רקמות עיניות
Optocon TS2	Optocon	https://comem.com/en/optocon/	חיישן מדידה; מדידת טמפרטורה של רקמות עיניות

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

233 233

מידול נזק רשתית לחיזוי סף והערכת סיכון הסתברותית

במאמר זה

סיכום

תקציר

מבוא

פרוטוקול

תוצאות

דיון

גילויים

חומרים

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

מאמרים קשורים