Modellering van retinale schade voor drempelvoorspelling en probabilistische risicobeoordeling

Samenvatting

Er wordt een modelleringsmethode gepresenteerd voor door laser veroorzaakte thermische schade aan het menselijk oog. Het heeft als doel de beoordeling van lasergevaren te verbeteren door een manier te bieden om de schade voor een specifiek bestralingsscenario te berekenen.

Samenvatting

Met het toenemende aantal lasertoepassingen in de geneeskunde, defensie en technologie is zowel opzettelijke als onbedoelde blootstelling van het menselijk oog aan laserbronnen een groot probleem geworden. Modelgebaseerde voorspelling van drempels voor netvliesbeschadiging zou meer scenario-specifieke laserveiligheidsbeoordeling mogelijk kunnen maken, vooral voor laserparameters die niet door experimentele gegevens worden behandeld. Idealiter zouden dergelijke modellen de berekening van ED50 (effectieve dosis waarbij de kans op schade 50% is) toestaan, gebaseerd op — onder andere factoren — op golflengte, pulsduur en spotvorm. Dit vereist een gedetailleerd begrip en modellering van alle schaderegimes om de afhankelijkheid tussen de sleutelparameters en het dominante schademechanisme weer te geven.

Dit werk bespreekt de status van deze benadering (hier gevalideerd voor het thermische regime, of simpelweg "in het thermische schaderegime"); Kritieke aspecten die het succes ervan kunnen belemmeren worden benadrukt en potentiële voordelen worden uiteengezet. Deze variëren van verbeterde nauwkeurigheid van laserblootstellingslimieten in oogveiligheidsnormen tot geoptimaliseerde dosimetrie in retinale laserchirurgie tot probabilistische risicobeoordeling voor het gebruik van lasers in buitenomgevingen.

Inleiding

Dit werk beschrijft de ontwikkeling en validatie van een fysiologisch gedetailleerd thermisch schademodel van het menselijk oog. Binnen het thermische letselregime voorspelt het model de evolutie van de netvliestemperatuur en letseldrempels met behulp van een Arrhenius-schadeformulering (vergelijk uitleg in het fotothermische schadegedeelte). Representatieve toepassingen bestrijken alle situaties waarin de voorspelling van oogtemperaturen en schade van belang is. Dit omvat bijvoorbeeld het evalueren van schadedrempels voor gescande retinale bestraling, het begrijpen van het effect van pulse-train additiviteit op schadedrempels, en het vergelijken van berekende drempels met veiligheidslimieten uit de laserveiligheidsstandaard. Buiten het thermische regime worden de huidige modelleringsbenaderingen gepresenteerd en wordt er een routekaart gegeven om het kader uit te breiden naar aanvullende schademechanismen.

Het hier gepresenteerde werk betreft de modellering en daarmee de voorspelling van netvliesschade veroorzaakt door laserbestraling. Hoewel een kritische dosis in theorie altijd kan worden bepaald door experimenten met dierlijke netvliezen vergelijkbaar met het menselijke netvlies, is er een sterke noodzaak om de schade te voorspellen zonder experimenten uit te voeren. De variatieruimte van laserparameters (golflengten, pulsduur en herhalingssnelheden) is enorm, wat een onbetaalbaar groot aantal dierproeven voor elke nieuwe parameterset impliceert. Daarnaast moet bij lange bestralingstijden ook de retinale bloedstroom worden meegenomen, wat in vivo-experimenten vereist. Daarom lijkt het modelleren van de interactie tussen de laser en het oog de enige realistische weg vooruit.

De noodzaak van een gedetailleerd begrip van schademechanismen en daarmee schadedrempels (die als ED50-surrogaten kunnen worden gebruikt) hangt ook samen met de situatie van de oogveiligheidsnorm (IEC 60825 of ANSI Z136.1). Omdat de standaard het volledige bereik van golflengten, pulsduur, herhalingspatronen en spotgroottes moet dekken, bevat hij noodzakelijkerwijs vereenvoudigende aannames, interpolaties en conservatieve veiligheidsfactoren om rekening te houden met onzekerheid. Aangezien er slechts een beperkt aantal ED50-waarden beschikbaar is—voornamelijk afgeleid van niet-menselijke primatenstudies—is interpolatie vereist om uitgebreide MPE-limieten (maximum toelaatbare blootstelling) vast te stellen. Hoewel deze aanpak brede en praktische toepasbaarheid biedt, biedt een kader gebaseerd op een gedetailleerd mechanistisch begrip en modellering van schadeprocessen duidelijke voordelen op het gebied van fysieke transparantie, scenario-specifieke nauwkeurigheid en toepasbaarheid zonder gedetailleerde kennis van de laserveiligheidsnorm.

Zo worden gepulseerde en scannende lasers geëvalueerd als gepulseerde bronnen, hoewel retinale scanning extra temporele en ruimtelijke effecten met zich meebrengt. De juiste behandeling van scannen bij het afleiden van veiligheidslimieten is het onderwerp van voortdurende discussie binnen de gemeenschap gedurende het afgelopen decennium. Zelfs met regelmatige updates om technologische vooruitgang te weerspiegelen, is het niet haalbaar dat de standaard elke complexe configuratie van nieuwe lasersystemen met nieuwe parameters dekt zonder vereenvoudigingen en conservatieve veiligheidsfactoren. Daardoor blijft er ruimte voor interpretatie, wat kan leiden tot inconsistenties of fouten in de veiligheidsbeoordeling.

Een fysica-gebaseerde modelleringsbenadering zou de afhankelijkheid van interpolatie en conservatieve marges aanzienlijk kunnen verminderen en de toepasbaarheid van de standaard op complexe scenario's kunnen uitbreiden. Omdat de ontwikkeling en validatie van dergelijke modellen direct verbonden zijn met een dieper begrip van de onderliggende schademechanismen, kunnen de resulterende inzichten ook een transparantere en fysiek onderbouwde afleiding van MPE-waarden uit bestaande ED50-data ondersteunen.

Op de lange termijn kan oogveiligheidsbeoordeling worden gestroomlijnd via een geïntegreerd, plug-and-play modelleringsframework. Zo'n tool kan worden geleverd met de relevante systeemparameters of direct met een optisch ontwerpbestand (bijvoorbeeld een Zemax-model), dat doorgaans beschikbaar is tijdens productontwikkeling, waardoor consistente en scenario-specifieke veiligheidsevaluatie^{mogelijk is 1}.

Een ander toepassingsgebied is het groeiende veld van hoogenergetische lasers (HEL), bijvoorbeeld om drones tegen te gaan. Hier ligt de moeilijkheidsgraad vooral in de laserreflecties van doelen, vooral metalen doelen, die snel en willekeurig kunnen veranderen en een gevaar vormen voor militair personeel en burgers ^2,3. Deze willekeurige niet-deterministische situatie vereist een adequaat evaluatiemechanisme – meestal wordt een probabilistische benadering gebruikt. Deze benadering creëert uitspraken over het optreden van bepaalde bestralingssituaties (intensiteit, belichtingstijd, golflengte), die nog steeds moeten worden vertaald in een kans op schade. Hier kan de schademodellering die in dit werk wordt besproken, de kloof dichten door probabilistische scenario's te vertalen naar waarschijnlijkheden van schade.

Het grondleggen van schademechanismen in detail begrijpen en deze nabootsen in een softwaremodel is een eenvoudige manier om schadedrempels te bepalen in plaats van experimenten uit te voeren. Afhankelijk van de pulsduur ontstaat netvliesschade via verschillende laser-weefselinteractiemechanismen (Figuur 1)4,5,6,7:

Figuur 1: Overzicht van de schademechanismen. Het type schademechanisme hangt af van de belichtingstijd en bestraling. Het varieert van fotomechanische schade door zeer hoge bestraling bij korte pulsduur tot fotochemische schade door lage bestraling over lange tijd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Fotomechanische uitsplitsing (^10-12–^10-6 s, 10¹⁰–10¹⁶ W/cm²):
Fotodisruptie: Bij pulsduur van ultrakorte tot nanoseconden en zeer hoge bestraling initieert niet-lineaire absorptie optische doorbraak. Een dicht plasma van vrije elektronen en ionen vormt zich, dat explodeert explosief en sterke schokgolven genereert. Het proces, fotodisruptie genoemd, scheurt mechanisch weefsel uit elkaar met minimale bulkverhitting en creëert scherp gedefinieerde laesies, zelfs in zwak absorberende gebieden 4,8,9,10.

Plasma-geïnduceerde ablatie: In het ns–μs-bereik bij zeer hoge irradiantie domineert opnieuw plasma. Hier wordt weefselverwijdering niet alleen aangedreven door schokgolven, maar ook door plasma-expansie en explosieve ablatie. Het mechanisme staat bekend als plasma-geïnduceerde ablatie en veroorzaakt aanzienlijke materiaaluitwerping ^4,11.

Fotoablatie (≈ 10^⁻9–10⁻⁶ s; ≈ 10⁷–10¹⁰ W/cm²):
Voor pulsduur boven de nanoseconde en onder het microsecondenbereik vindt fotoablatie plaats. In dit proces worden moleculaire bindingen direct verbroken door de bestraling. Deze methode wordt bijvoorbeeld gebruikt om refractieve fouten van het oog te corrigeren door het hoornvlies te hervormen (de zogenaamde LASIK-methode). Typisch worden fotoablatieve procedures toegepast in een vermogensbereik waar plasmavorming nog niet heeft plaatsgevonden ^4,11.

Thermomechanische schade (≈ ^10-9 – ^10-6 s; ≈ 10⁶ – 10⁸ W/cm²):
In gepigmenteerde oogweefsels kan sterke absorptie door melanosomen in het ns–μs-bereik snelle oververhitting veroorzaken. Wanneer het melanosoomoppervlak ≈ 150 °C bereikt, vormen microbellen^12,13 kernen. Hun uitzetting en instorten genereren mechanische spanningsgolven die het retinale pigmentepitheel (RPE) beschadigen. Dit thermomechanische mechanisme overbrugt de kloof tussen fotoablatie en thermische schade: het is niet plasma-gedreven, maar omvat mechanische transiënten gekoppeld aan lokale verwarming. Drempels zijn afhankelijk van de grootte, vorm, oriëntatie en lokale verlichting ^4,11.

Fotothermische schade (≈ 1 μs–60 s; ≈ 10–10⁶ W/cm²):
Van microseconden tot seconden domineert weefselverwarming. Energiedepositie verhoogt de temperatuur, wat eerst leidt tot eiwitdenaturatie en, bij hogere blootstelling, stollingsnecrose en carbonisatie. De literatuurgrenzen verschillen: Niemz⁴ citeert 1 μs – 60 s, Zuclich¹⁴ 10 μs–60 s. Geschatte reciprociteit met stralingsblootstelling (~1–1000 J/cm²) geldt, met afwijkingen voor zeer korte pulsen (beperkte warmtediffusie) en zeer lange pulsen (verbeterde koeling door perfusie)^4,6,15.

De modellering van de thermische schade in het gepresenteerde werk is gebaseerd op de Arrhenius-integraal, die als volgt wordt gedefinieerd:

(1)

Met τ als belichtingstijd, E_a als activeringsenergie, R als universele gasconstante, T als temperatuur tijdens belichting en A als pre-exponentiële schaalfactor, zijn de parameters die in deze studie worden toegepast A = 1,3 × 10⁹⁹ s⁻¹ en E = 628 kJ/mol¹⁵. Een voorwaarde van Ω = 1 wordt geacht als een aanduiding van het begin van weefselschade. Voor een uitgebreide bespreking van het onderliggende model, zie een eerdere publicatie⁴.

Fotochemische schade (≈ 10 s – 10 s; ≈ 10⁻³ – 10² W/cm²):
Voor lange belichtingen met lage bestraling domineren cumulatieve fotochemische reacties - zoals fotopigmentbleking of door reactieve zuurstofstoffen (ROS)-gemedieerde paden. Ze komen voor bij belichtingsduurden van meer dan 10 s⁶ (of boven 1 s⁴). Er bestaat dus een tussenliggende bereik waarin zowel thermische als fotochemische schade gelijktijdig kunnen optreden¹⁶. Chronisch laag-niveau blauwlichtgevaar is een typisch voorbeeld.

Protocol

Sectie 1 beschrijft de algemene stappen die nodig zijn voor het bouwen van modellen, aangezien deze met verschillende softwareopties kunnen worden uitgevoerd. Sectie 2 geeft deze instructies voor het specifieke en voorbeeldige geval waarin Altair Hypermesh (eindige-elementenmodellering en -analyse [FEA] software) en Ansys Fluent (vloeistofsimulatiesoftware) worden gebruikt. Daarnaast is er een aanvullend dossier (Aanvullend dossier 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) wordt gegeven, wat de modelleringsbenadering beschrijft en theoretische achtergrond op een niet-stapsgewijze manier geeft (Figuur 1 - F5, Tabel 1 - Tabel 3).

1. Implementatie van de modelleringsmethode – Algemene procedurele stappen

1. Maak een 3D-model volgens de hierboven beschreven geometrie.
   1. Binnen dit werk creëer je de geometrie in een 3D mechanische computerondersteunde ontwerpsoftware (Versie 16) volgens de parameters beschreven in Supplementair Bestand 1.
2. Maak het volumemesh volgens de eigenschappen en extensies van alle delen van het oog, volgens Supplementair Bestand 1.
   1. Voer meshing en nabewerking uit met FEA-analysesoftware (Versie 11) en computerondersteunde engineering (CAE) analysesoftware (Versie 11). Het model bestaat uit 761.766 tetraëdrische elementen. De meshcellen hebben afmetingen tussen 37 μm en 491 μm.
      OPMERKING: Een grovere meshing zou leiden tot rekenfouten/afwijkingen. Een hoger aantal cellen is altijd mogelijk, maar het zou de rekentijd verhogen. Dit mesh bleek grootte-onafhankelijk te zijn, aangezien verdere verfijning van de elementgrootte leidde tot verwaarloosbare verschillen in de berekeningen.
   2. Om redelijke rekentijden te behouden, gebruik je dit mesh en adopteer je alleen als specifieke regio's een fijnere resolutie vereisen. Dienovereenkomstig moet het netvlies opnieuw worden geremeshed met een minimale featuregrootte van 5 μm om absorptie binnen de RPE-laag mogelijk te maken, zoals vereist en later in het protocol wordt uitgelegd.
      OPMERKING: Figuur 2 toont een voorbeeldafbeelding van het gaas met een verborgen glasvocht om het netvlies zichtbaar te maken.
3. Integreer randvoorwaarden.
   1. Bij de sclera gebruik je een geleidings-only grenscoëfficiënt h_scl = 20 W/m²K en een corneale waarde _h'corn,1 = 14,21 W/m²K van zoals hierboven in detail afgeleid. Gebruik deze waarden om de randvoorwaarden van het oppervlak dat respectievelijk de sclera en het hoornvlies vertegenwoordigt, te definiëren.
4. Voer de bloedcirculatie in.
   OPMERKING: Dit veld levert stroomrichting en -grootte in elke mesh-cel en voegt advectie toe aan de energievergelijking.
   1. Volg de onderstaande bouwstappen:
      1. Specificeer fysiologische inlaten/uitgangen—voorste instroom vanuit de hoofdarteriële cirkel van de iris en posterieure instroom uit de korte ciliaire slagaders, met veneuze drainage via de vortexaders.
      2. Bereken het resulterende stroomveld.
      3. Herschaal alle lokale snelheden naar een uniforme 5 mm (volgens Peyman⁴⁵) terwijl de richting behouden blijft, geïmplementeerd via een door de gebruiker gedefinieerde functie (UDF) van de vloeistofsimulatiesoftware. Het resultaat is een directioneel correct snelheidsveld van constante grootte over het choroïde.
5. Bereken de temperatuurverdeling.
   1. Begin de temperatuurberekening met de definitie van de tijdsafhankelijke posities en vormen van de laserstraal. Om deze tijdsvariabele posities op het netvlies (of in het oog in het algemeen) te verkrijgen, gebruik je een raytracing-softwaremodel van het oog parallel aan het thermodynamische model.
      OPMERKING: Op basis van de raytracing-softwaremodellering van het te evalueren lasersysteem biedt deze aanpak de temporele evolutie van de posities en vormen van de laserspot. Dit wordt in dit werk niet in detail uitgelegd omwille van toegankelijkheid, maar eerder beschreven in ^1,18.
   2. Kaart de berekende spotposities en vormen over de tijd af op de overeenkomstige secties van meshcellen, die vervolgens het respectievelijke laservermogen krijgen.
   3. Importeer deze gegevens in de vloeistofsimulatiesoftware via een UDF, die ze cyclisch verwerkt. De UDF identificeert de relevante mesh-cellen en introduceert een energiebronterm volgens het gespecificeerde laservermogen voor de bijbehorende bestralingstijd. Overweeg zowel continue-golf (cw) als gepulseerde bestraling, evenals statische of tijdsafhankelijke bundelbewegingen.
   4. Voor elke positie bereken je de geabsorbeerde energie met behulp van de absorptiecoëfficiënt bij de gegeven lasergolflengte en wijd deze toe aan de getroffen meshcellen, die parallel worden verwarmd.
      OPMERKING: Als voorbeeld, voor bestraling bij een golflengte van 532 nm vindt 51% absorptie plaats in de RPE met een dikte van 5 μm⁷, zoals weergegeven in Figuur 3. Er vindt geen absorptie plaats binnen het membraan^{van Bruch 7,46}. De resterende laserenergie neemt af in het choroïde, vermoedelijk 100 μm dik met een absorptiecoëfficiënt^{van 7} van α_Ch = 270 ^cm-1, volgens de Lambert-Beerwet. De UDF berekent de geabsorbeerde energie over de dikte van elke mesh-cel en kent deze waarde toe aan de cel. Voor de overdracht van het hoornvlies naar het netvlies wordt een waarde van 20% toegepast⁷. Een verandering in lasergolflengte is eenvoudig te compenseren door simpelweg de absorptiecoëfficiënt en de transmissie van het hoornvlies naar het netvlies aan te passen.
   5. Daarnaast definieer de duur van een enkele tijdstap, aangezien de spot-shape data (van het raytracingmodel of direct gedefinieerd in de UDF als deze bekend is zonder het raytracingmodel) alleen de bestralingsreeks beschrijft zonder temporele schaal.
   6. Om de berekening te versnellen, groepeer je alle intervallen zonder bestraling samen en ken je een overeenkomstig grotere tijdstap toe, aangezien daar geen fijne temporele resolutie nodig is.
      OPMERKING: Nadat deze instellingen zijn toegepast, kan de solver de temporele thermische respons van het oog berekenen. Aangezien het huidige model alleen warmtegeleiding en bloedstroom vereist, is de oplosser beperkt tot het oplossen van de bijbehorende differentiaalvergelijkingen. Raadpleeg Supplementary File 2 voor voorbeeldige door de gebruiker gedefinieerde functies.
6. Bereken de schade.
   1. Om een schadedrempel af te leiden op basis van de thermische respons, haalt u de berekende temperatuurwaarden uit het Fluent-resultaatbestand met behulp van een C++-gebaseerd hulpmiddel (zie ^1,18 voor details en codevermeldingen).
   2. Volgens de Arrhenius-integraalbenadering bereken je de Arrhenius-waarden van de individuele mesh-cellen uit deze temperaturen en sla je ze op in een formaat dat compatibel is met de nabewerkingssoftware. Dit maakt het mogelijk om gemakkelijk te schakelen tussen temperatuurwaarden en schadekansen tijdens de analyse.
   3. Tot slot verkrijg je een binaire schade-uitkomst (ja/nee) voor elke mesh-cel. Bepaal de ja/nee-classificatie met een drempelwaarde van 1 voor het Arrhenius-integraal⁴. Identificeer deze schadedrempel iteratief door verschillende ingangsvermogens te testen voor een vaste bestralingsduur.
7. Stel de stapgrootte voor de solver-tijd in.
   1. Gebruik de vloeistofsimulatiesoftware (versie 14.5) als oplosser, waarbij de eindige volumemethode wordt toegepast. De stapgrootte voldoet aan de Courant-Friedrichs-Lewy-voorwaarde, die de verhouding tot de grootte van de meshcellen beschrijft om stabiele simulatiecondities te creëren.
   2. Verminder ook de stapgrootte stap voor stap totdat het resultaat invariant wordt ten opzichte van de stapgrootte. Bijvoorbeeld, voor berekeningen met tot 10 s tijdsstappen van 1 ms en 100 ms werden de temperatuurveranderingen gevonden op <1%.

Figuur 2: Doorsnede door gaas gesneden (glasvocht gemaskeerd). De afbeelding toont de sclera (wit), het choroïd (rood), het netvlies (geel), de lens (wit), de iris (groen) en het waterige humor (blauw)¹⁸. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Absorptiekenmerken bij de oculaire fundus. Binnen de RPE wordt 51% van de 532 nm laserstraling geabsorbeerd; er vindt geen absorptie plaats in het membraan van Bruch, en de choroïde wordt gemodelleerd volgens het gedrag van Lambert-Beer¹⁸. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Illustratief voorbeeld – Specifieke stappen

1. Maak een 3D-model volgens de hierboven beschreven geometrie.
   OPMERKING: Het 3D-model wordt gebouwd door objecten te creëren voor alle elementen die in Aanvullende Tabel 1 zijn vermeld. Als voorbeeld leiden deze stappen naar de sclera.
   1. Maak een nieuw onderdeelbestand aan (.ipt).
   2. Begin een 2D-schets op het XY-vlak.
   3. Teken een horizontale constructielijn (dit wordt de rotatieas).
   4. Teken een boog met een straal van 12 mm voor het buitenoppervlak.
   5. In het midden (achterpool) vormt u een punt 0,99 mm naar binnen vanaf de buitenste boog.
   6. Schetst vanaf dit punt de kromme van het binnenoppervlak.
   7. Stel bij de limbus de afstand tussen het binnen- en buitenoppervlak in op 0,75 mm.
   8. Verbind de binnen- en buitenkrommingen aan de rand om een gesloten profiel te vormen.
   9. Selecteer 3D-model > draaien.
   10. Kies Surface en bevestig.
2. Maak de volumemesh aan.
   OPMERKING: Het mesh wordt gemaakt op basis van het 3D-object. Dit is een voorbeeld voor meshing:
   1. Importeer het 3D-model dat is gemaakt in de 3D-mechanische computerondersteunde ontwerpsoftware.
   2. Klik op het oppervlak van het object om te meshen, bijvoorbeeld de sclera.
   3. Mesh eerst de oppervlakken – klik op Mesh in deze interface, dat verschijnt zodra het oppervlak wordt aangeklikt. Selecteer surfs in de interface en selecteer automatisch adaptief meshen.
   4. Het 3D-mesh (het definiëren van het object) is gebaseerd op de oppervlaktemeshes. Om te maken, selecteer je de oppervlakken en klik je linksboven: Mesh > Create > Solid Map Mesh.
   5. Nu verschijnt er een interface. Klik op mesh.
3. Integreer randvoorwaarden.
   OPMERKING: Randvoorwaarden moeten worden gedefinieerd voor de sclera en het hoornvlies, aangezien deze oppervlakken in contact staan met de omringende wereld. Dit voorbeeld geldt voor de sclera:
   1. Ga vanuit het bovenste menu naar Analysis > basispunten > Maak > Beperkingen (of Ladingen) aan.
   2. Selecteer de entiteitstypeoppervlakken en kies de sclera uit het menu.
   3. Zoek in hetzelfde paneel de invoervelden van de waarde en voer de waarde direct in het magnitudeveld .
   4. Klik op aanmaken om de randvoorwaarde toe te wijzen.
4. Voer de bloedcirculatie in.
   1. Definieer oppervlakken voor - voorste instroom (hoofdarteriële cirkel van de iris), posterieure instroom (korte ciliaire slagaders) en uitstroming (vortexaders).
   2. Ken randvoorwaarden toe aan deze oppervlakken.
   3. Klik op Analyse > BC's > maak > Loads.
   4. Selecteer inlaatoppervlakken > wijs snelheidsrichtingsvectoren toe (benaderende fysiologische richtingen).
   5. Selecteer uitlaatoppervlakken > wijs drukuitlaat toe (of nulbeperking, afhankelijk van de oplosserconfiguratie).
   6. Exporteer het model naar de vloeistofsimulatiesoftware – hier wordt de lengte van de stromingsvector aangepast.
   7. Gebruik de ScaleVelocity UDF uit de bijlage binnen de vloeistofsimulatiesoftware om de lengte van de vector aan te passen (UDF is een standaardformaat dat in de vloeistofsimulatiesoftware wordt geladen).
5. Bereken de temperatuurverdeling (Set Solver).
   OPMERKING: Gebruik de vloeistofsimulatiesoftware om de temperaturen zoals volgt te berekenen en sla deze op in een bestandsformaat dat door de CAE-analysesoftware leesbaar is.
   1. Klik op Bestand > Lees > Mesh > Selecteer mesh > Mesh > Vinken.
   2. Klik op Algemeen > Oplosser: Drukgebaseerd > Tijd: Tijdelijk.
   3. Klik op Modellen > energie > > inschakelen.
   4. Klik op Materialen > definieer ρ, p, kρ > celzonecondities > wijs materialen toe aan alle regio's.
   5. Klik op Randvoorwaarden > definieer thermische BC's (hoornvlies, sclera, omgeving).
   6. Klik op Oplossingsinitialisatie > Initialiseren.
   7. Klik op Run Calculation > stel Tijdstapgrootte + Aantal Tijdstappen + Iteraties per stap in.
   8. Klik op Run Calculation > Calculate.
   9. Klik op Bestand > Exporteren > Oplossingsgegevens... > Bestandstype: Ensight Gold > selecteer Temperatuur > selecteer zones > Schrijven.
6. Bereken de schade.
   1. Voer de AddingArrhenius.exe uit (Supplementair Bestand 3 en Aanvullend Bestand 4) uit dezelfde map als de FEA-analysesoftwarebestanden met de temperaturen. Het bevat een eenvoudige berekening van de Arrhenius-integraal gebaseerd op de temperaturen die zijn opgeslagen in de FEA-analysesoftwarebestanden.

Resultaten

Deze sectie toont eerst de verificatie en validatie van het gepresenteerde model. Daarna worden drie voorbeeldige toepassingen getoond.

Verificatie en validatie
In deze sectie wordt het gepresenteerde model eerst geverifieerd door vergelijking met gevestigde thermofysiologische oogmodellen 19,27,28,30,32 om consistentie van de voorspelde temperatuurverdelingen te waarborgen (stationaire situatie).

Discussie

Binnen het protocol zijn er geen kritieke stappen met betrekking tot het creëren van het model. Cruciaal is de keuze van de maasgrootte en -type in combinatie met de tijdstapgrootte. Een aanpassing van de modelleringstechniek is relevant met betrekking tot het toepassen van andere scanpatronen op het netvlies. Het model zelf mag niet worden aangepast. De techniek is beperkt tot de schaderegimes zoals uitgelegd in de betreffende sectie. De betekenis ligt in de mogelijkheid om schade te vo...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Altair Hypermesh 11.0	Altair Engineering Inc.	Versie 11	Mesh creatie en weergave; eindige elementen modellering en analyse [FEA] software
Ansys Fluent 14.5	Ansys Inc.	Versie 14.5	Thermodynamische solver; vloeistof simulatie software
Autodesk Inventor	Autodesk	Versie 16	3D mechanische computer-aided design software
Hyperview	Altair Engineering Inc.	Versie 11	computer-aided engineering (CAE) analyse software
Optic Studio 13 (Zemax)	Zemax Development Corporation, vandaag is het Ansys Inc.	Versie 13	Raytracing Software
Optocon FOTEMP2	Optocon	https://comem.com/nl/optocon/	Spectrometer; Temperatuurmeting van oculaire weefsel
Optocon TS2	Optocon	https://comem.com/nl/optocon/	Meetsonde; Temperatuurmeting van oculaire weefsel