Klin Monbl Augenheilkd 2016; 233(12): 1357-1361
DOI: 10.1055/s-0042-116074
Experimentelle Studie
Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Finite-Elemente-Modellierung des Auges zur Untersuchung der Akkommodation

Finite Element Modelling of the Eye for the Investigation of Accommodation
H. Martin
1   Institut für Biomedizinische Technik, Universitätsmedizin Rostock
,
O. Stachs
2   Universitätsaugenklinik, Universitätsmedizin Rostock
,
R. Guthoff
2   Universitätsaugenklinik, Universitätsmedizin Rostock
,
N. Grabow
1   Institut für Biomedizinische Technik, Universitätsmedizin Rostock
› Author Affiliations
Further Information

Publication History

eingereicht 15 July 2016

akzeptiert 24 August 2016

Publication Date:
05 October 2016 (online)

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Akkommodationsforschung bedient sich in zunehmendem Maße ingenieurwissenschaftlicher Methoden. Im vorliegenden Artikel wird die Anwendung der Finite-Elemente-Methode auf die Untersuchung der Akkommodation vorgestellt.

Material und Methoden: Als Ausgangsdaten für die Anwendung der Finite-Elemente-Methode werden Geometrie, Materialdaten und Randbedingungen benötigt. Es wird eine Übersicht über vorhandene Daten zu Geometrie und Materialeigenschaften aus der Literatur gegeben. Die Bedeutung der Randbedingungen und ihr Einfluss auf die Ergebnisse werden dargestellt.

Ergebnisse: Zweidimensionale und 3-dimensionale Modelle der Vorderkammer des Auges werden vorgestellt. Anhand von 2-dimensionalen Modellen wird gezeigt, dass bereits mit einfachen Modellen realistische Ergebnisse für die Akkommodationsamplitude des Auges erreicht werden können. Aufwendigere 3-dimensionale Modelle des Akkommodationsmechanismus mit Einbeziehung des Ziliarmuskels erfordern weitere Untersuchungen der Materialdaten und der Morphologie des Ziliarmuskels, um realistische Ergebnisse für die Akkommodation erreichen zu können.

Diskussion und Schlussfolgerung: Die Leistungen und Grenzen der Finite-Elemente-Methode werden bei der Anwendung auf die Akkommodation besonders deutlich. Die Anwendung der Methode erfordert umfangreiche Vorarbeiten bei der Beschaffung von Geometrie- und Materialdaten und bei der notwendigen Validierung durch Experimente. Ein validiertes Modell kann aber durch Änderung von Materialdaten und geometrischen Dimensionen als Grundlage für Variantenstudien dienen, die eine systematische Untersuchung von Einflussgrößen und damit Schlussfolgerungen bez. wichtiger Parameter auf die Ergebnisse erlauben.

Abstract

Background: Accommodation research increasingly uses engineering methods. This article presents the use of the finite element method in accommodation research.

Material and Methods: Geometry, material data and boundary conditions are prerequisites for the application of the finite element method. Published data on geometry and materials are reviewed. It is shown how boundary conditions are important and how they influence the results.

Results: Two dimensional and three dimensional models of the anterior chamber of the eye are presented. With simple two dimensional models, it is shown that realistic results for the accommodation amplitude can always be achieved. More complex three dimensional models of the accommodation mechanism – including the ciliary muscle – require further investigations of the material data and of the morphology of the ciliary muscle, if they are to achieve realistic results for accommodation.

Discussion and Conclusion: The efficiency and the limitations of the finite element method are especially clear for accommodation. Application of the method requires extensive preparation, including acquisition of geometric and material data and experimental validation. However, a validated model can be used as a basis for parametric studies, by systematically varying material data and geometric dimensions. This allows systematic investigation of how essential input parameters influence the results.

 
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