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数学 > 数值分析

arXiv:2507.13589v1 (math)
[提交于 2025年7月18日 ]

标题: 接触镜佩戴时眼表变化的量化

标题: Quantifying Ocular Surface Changes with Contact Lens Wear

Authors:Lucia Carichino, Kara L. Maki, David S. Ross, Riley K. Supple, Evan Rysdam
摘要: 全球有超过1.4亿人,美国有超过4500万人佩戴隐形眼镜;估计有12%-27.4%的隐形眼镜使用者由于不适而停止佩戴。 隐形眼镜与眼表的机械相互作用已被发现会影响眼表。 在临床环境中,隐形眼镜与眼睛之间的机械相互作用难以测量和计算,该领域的研究有限。 本文提出了第一个将隐形眼镜与开放眼睛之间的相互作用耦合的数学模型,其中隐形眼镜的配置、隐形眼镜的吸力压力以及变形的眼球形状都是模型的涌现特性。 通过假设隐形眼镜下的吸力压力直接作用于眼表,忽略镜片后泪液层,实现了隐形眼镜与眼睛之间的非线性耦合。 隐形眼镜的动力学使用了一个之前发表的模型进行建模。 我们考虑了均质和非均质线弹性眼睛模型,不同的眼球形状,不同的镜片形状和镜片厚度分布,并提取了所有考虑情况下的镜片变形、镜片吸力压力分布以及眼球变形和应力。 该模型预测在眼球中心和角膜缘/巩膜区域有更高的眼球变形和应力。 考虑非均质材料的眼部参数会增加这些变形和应力。 随着隐形眼镜刚度的增加,眼位移和应力呈非线性增加。 在眼睛上插入更陡峭的隐形眼镜会导致眼球中心的位移减少,而隐形眼镜边缘的位移增大。 模型预测结果与实验数据和之前开发的数学模型进行了比较。
摘要: Over 140 million people worldwide and over 45 million people in the United states wear contact lenses; it is estimated 12%-27.4% contact lens users stop wearing them due to discomfort. Contact lens mechanical interactions with the ocular surface have been found to affect the ocular surface. The mechanical interactions between the contact lens and the eye are difficult to measure and calculate in the clinical setting, and the research in this field is limited. This paper presents the first mathematical model that couples the interaction between the contact lens and the open eye, where the contact lens configuration, the contact lens suction pressure, and the deformed ocular shape are all emergent properties of the model. The non-linear coupling between the contact lens and the eye is achieved assuming the the suction pressure under the lens is applied directly to the ocular surface, neglecting the post-lens tear film layer. The contact lens dynamics is modeled using a previous published model. We consider a homogeneous and a heterogeneous linear elastic eye model, different ocular shapes, different lens shapes and lens thickness profiles, and extract lens deformation, lens suction pressure profiles, and ocular deformations and stresses for all the scenarios considered. The model predicts higher ocular deformations and stresses at the center of the eye and in the limbal/scleral region. Accounting for a heterogeneous material eye parameters increases such deformations and stresses. The ocular displacements and stresses increase non-linearly as we increase the stiffness of the contact lens. Inserting a steeper contact lens on the eye results in a reduction of the ocular displacement at the center of the eye and a larger displacement at the edge of the contact lens. The model predictions are compared to experimental data and previously developed mathematical models.
评论: 35页和14张图,已提交
主题: 数值分析 (math.NA) ; 生物物理 (physics.bio-ph)
引用方式: arXiv:2507.13589 [math.NA]
  (或者 arXiv:2507.13589v1 [math.NA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13589
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Lucia Carichino [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 18 日 00:45:41 UTC (4,980 KB)
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