区域性在体测量:一种角膜生物力学性能评估的新方法及其在研究圆锥角膜发生发展机制中的作用

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基本信息

  • 批准号:
    81600712
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    17.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H1301.角膜及眼表疾病
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Keratoconus (KC) is a degenerative corneal ectasia disease that largely influences visual quality due to an associated regional corneal conical protrusion. KC usually develops during puberty and is one of the main conditions requiring keratoplasty. Currently, diagnosis of KC mainly depends on changes in corneal topography, which are hard to detect in the preclinical phase of KC. The occurrence and development of KC are closely related to regional deterioration in corneal biomechanical properties, which occur ahead of the changes in corneal geometric features. Corneal biomechanical metrics provided by the Ocular Response Analyzer and Corvis ST have been widely used to assess the general biomechanical response of the cornea, however they can not be used to evaluate the regional variation of corneal biomechanical properties. Also, these metrics may be influenced by corneal shape and the intraocular pressure (IOP) making them unreliable in diagnosis of KC. Keratoconus development mechanism will be analyzed though determining the regional mechanical condition of human eye globes under IOP using numerical modelling, developing the material constitutive models for different regions of the cornea, comparing the regional variation of biomechanical constitutive parameters between normal corneas and KC, analyzing the development mechanism of KC and calculating the diagnosis threshold values of biomechanical constitutive parameters for the different stages of KC. Ultimately, this work will lead to a new method for the early detection of KC based on regional corneal biomechanical parameters.
圆锥角膜(KC)发病年龄早,局部圆锥形突起严重影响成像质量,是角膜移植的常见病因。KC的早期诊断困难,其前期体征不易被角膜地形图所发现。局部角膜生物力学性能的改变与KC的发生发展密切相关,并早于角膜表面形态出现异常。现有在体测量仪器如眼反应分析仪和Corvis ST仅能表征角膜的整体性能,而无法评估其局部力学性能在不同区域间的差异;且两种仪器获取的角膜生物力学行为参量受某些因素影响,无法区分正常角膜和KC。本课题拟通过在体施压的手段测量角膜的区域性形变,基于该数据进行有限元模拟和逆向建模,获取角膜的区域化力学参数,实现区域性在体测量角膜生物力学本构参量;利用上述方法,比较正常角膜和KC在体角膜力学性能的区域性差异,分析不同阶段KC区域性角膜生物力学本构参量的变化规律及诊断阈值,探索KC发生发展的生物力学机制。区域性角膜生物力学本构参量可用于辅助诊断KC,为KC的早期诊断和治疗提供理论依据。

结项摘要

圆锥角膜(KC)通常起病于青春期,亚洲人相对多发;以局部(多见于颞下方和中央区)角膜基质变薄和圆锥形突起为主要临床体征,导致近视和高度不规则散光使得视力下降,是角膜移植的常见病因。中晚期的KC体征明显,较易诊断;对于早期KC来说,角膜地形图仍是辅助诊断的主要设备,该手段仍有较大的提高空间。研究显示KC的发生发展与局部角膜生物力学性能的改变密切相关,但现有在体测量仪器如眼反应分析仪和Corvis ST自身提供的参数仅能表征角膜的整体性能,而无法对局部力学性能在不同角膜区域间的差异进行评估。本研究有三个目的:①运用迭代最近点(ICP)算法评估KC和正常角膜Pentacam地形图检查的重复性,评估该方法在辅助KC诊断的可行性。②利用现有临床设备Corvis ST通过在体施压的手段测量角膜的区域性形变,基于该数据进行有限元模拟和逆向建模,获取角膜的区域化力学参数,二次开发实现区域性在体测量角膜生物力学本构参量。③通过对实验兔实施不同的角膜胶原交联方案(CXL),利用角膜膨胀实验评估不同CXL方案的有效性,验证本森-罗斯科定律是否适用于CXL。结果显示KC患者两次地形图检查的误差要远远大于正常角膜,重复性较差,该方法可用于KC患者的辅助诊断。自行开发的区域性在体测量角膜生物力学本构参量有望成为后续KC诊断和CXL疗效评判的有力手段。采用高能量/短时间照射的搭配方式,使得CXL强化角膜生物力学性能和影响胶原纤维间距的作用逐渐降低,本森-罗斯科定律可能不适用于角膜组织的胶原交联,临床医师在选择CXL治疗方案时应该加以考虑。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(7)
专利数量(0)
Development and clinical verification of numerical simulation for laser in situ keratomileusis
激光原位角膜磨镶术数值模拟的开发及临床验证
  • DOI:
    10.1016/j.jmbbm.2018.04.016
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Bao FangJun;Wang JunJie;Cao Si;Liao Na;Shu Bao;Zhao YiPing;Li YiYu;Zheng XiaoBo;Huang JinHai;Chen ShiHao;Wang QinMei;Elsheikh Ahmed
  • 通讯作者:
    Elsheikh Ahmed
Changes in Corneal Biomechanical Properties With Different Corneal Cross-linking Irradiances
不同角膜交联辐照度下角膜生物力学特性的变化
  • DOI:
    10.3928/1081597x-20171025-01
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Refractive Surgery
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Bao FangJun;Zheng YaRu;Liu Chang;Zheng XiaoBo;Zhao YiPing;Wang Yuan;Li LinNa;Wang QinMei;Chen ShiHao;Elsheikh Ahmed
  • 通讯作者:
    Elsheikh Ahmed
Effects of diabetes mellitus on biomechanical properties of the rabbit cornea
糖尿病对兔角膜生物力学特性的影响
  • DOI:
    10.1016/j.exer.2017.05.015
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Experimental Eye Research
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Bao FangJun;Deng ManLi;Zheng XiaoBo;Li LinNa;Zhao YiPing;Cao Si;Yu AYong;Wang QinMei;Huang JinHai;Elsheikh Ahmed
  • 通讯作者:
    Elsheikh Ahmed
Experimental Evaluation of Travoprost-Induced Changes in Biomechanical Behavior of Ex-Vivo Rabbit Corneas
曲伏前列素引起的离体兔角膜生物力学行为变化的实验评估
  • DOI:
    10.1080/02713683.2018.1516781
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Current Eye Research
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Zheng XiaoBo;Wang Yuan;Zhao YiPing;Cao Si;Zhu Rong;Huang Wei;Yu AYong;Huang JinHai;Wang QinMei;Wang JunJie;Bao FangJun;Elsheikh Ahmed
  • 通讯作者:
    Elsheikh Ahmed
Repeatability of corneal elevation maps in keratoconus patients using the tomography matching method
使用断层扫描匹配方法获得圆锥角膜患者角膜高度图的可重复性
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-17658-7
  • 发表时间:
    2017-12-12
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zheng Y;Huang L;Zhao Y;Wang J;Zheng X;Huang W;Geraghty B;Wang Q;Chen S;Bao F;Elsheikh A
  • 通讯作者:
    Elsheikh A

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其他文献

Characteristics of the Optic Nerve Head in Myopic Eyes Using Swept-Source Optical Coherence Tomography
使用扫描源光学相干断层扫描分析近视眼视神经头的特征
  • DOI:
    10.1177/0003702820946054
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Invest Ophthalmol Vis Sci .
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程丹;阮恺明;吴敏慧;乔依琳;高薇茜;廉恒丽;沈梅晓;包芳军;杨亦增;朱珺;黄海颖;孟宪伟;沈丽君;叶宇峰
  • 通讯作者:
    叶宇峰
基于角膜生物力学性能的散光性角膜切开术有限元分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中华眼科杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    李智冬;包芳军;王勤美;黄锦海
  • 通讯作者:
    黄锦海

其他文献

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区域性力学定位和定量提升:数字角膜力学模型介导的圆锥角膜精准治疗研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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