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FEM-Modell des menschlichen Auges bei der kontaktlosen Augeninnendruckmessung auf Druckluftbasis

Klose, Silke (2005):
FEM-Modell des menschlichen Auges bei der kontaktlosen Augeninnendruckmessung auf Druckluftbasis.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Zur Früherkennung eines Glaukoms wird die kontaktlose Augeninnendruckmessung eingesetzt. Dabei verformt ein Luftimpuls der Rampendauer 8 msec bei einem Maximaldruck von ca. 70 mbar die Hornhaut (Cornea). Vom Bewegungsverhalten der vorderen Augenkammer, d.h. der Cornea und des Kammerwassers, kann indirekt auf den Augeninnendruck geschlossen werden.

In dieser Studienarbeit wird die vordere Augenkammer in Ansys modelliert und die Reaktionen auf den Luftimpuls simuliert. Hierbei werden nur die Hornhaut und das Kammerwasser berücksichtigt, der restliche Teil des Auges wird als feste Wand betrachtet, da näherungsweise davon ausgegangen werden kann, dass der restliche Teil des Auges in keine Wechselwirkungen mit der äußeren Belastung tritt. Die Simulation der Anströmung erfolgt nicht, stattdessen wird die Belastung als Druck auf das Modell generiert. Auf eine vollständige Modellierung des Kammerwassers wird verzichtet, da der Augeninnendruck als räumlich und zeitlich konstant angesehen werden kann. Somit wird dieser als einfache Druckbelastung in Ansys generiert. Für die Modellierung der Cornea sind die geometrischen Daten und die Materialeigenschaften nötig, die auf Literaturangaben basieren. Während die geometrischen Daten der Cornea in allen Literaturquellen übereinstimmen, unterscheiden sich die Daten für die Materialeigenschaften enorm.

Aus diesem Grund erfolgt die Generierung mehrerer Modelle mit jeweils unterschiedlichen Materialeigenschaften. Die Cornea wird in Ansys mit einem rotationssymmetrischen Linienelement generiert, so dass ein zweidimensionales Modell entsteht.

Die Simulation läuft in zwei Schritten ab. Im ersten Schritt erfolgt die Beaufschlagung des Augeninnendrucks, im zweiten die äußere Druckbelastung.

Zur Verifikation der Cornea-Modelle dienen vorliegende Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, auf denen die Verformung der Cornea zu mehreren Zeitpunkten während einer kontaktlosen Augeninnendruckmessung zu sehen ist. Es werden die reale Verformung und der Umklappzeitpunkt der Cornea mit den simulierten verglichen.

Es kann gezeigt werden, dass alle Cornea-Modelle nicht die Realität widerspiegeln, wobei die Ergebnisse der einzelnen Modelle sehr unterschiedlich ausfallen. Ein Modell beschreibt das reale Verhalten der Cornea gut. Gründe für die Abweichung der Simulationsergebnisse zum realen Verhalten sind die unsicheren Angaben der Materialeigenschaften in der Literatur und die aus programmtechnischen Gründen notwendigen Vereinfachungen.

Alle Primärergebnisse wie Verformungen, in der Cornea wirkende Kräfte und Spannungen werden in Abhängigkeit der Zeit automatisch in tabellarischer Form in Textdateien geschrieben.

Die wichtigen Parameter, Augeninnendruck, Materialverhalten etc. können zentral über Variablen im Ansysprogramm eingestellt werden. Es besteht somit die Möglichkeit, das Modell zu optimieren.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2005
Creators: Klose, Silke
Title: FEM-Modell des menschlichen Auges bei der kontaktlosen Augeninnendruckmessung auf Druckluftbasis
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Zur Früherkennung eines Glaukoms wird die kontaktlose Augeninnendruckmessung eingesetzt. Dabei verformt ein Luftimpuls der Rampendauer 8 msec bei einem Maximaldruck von ca. 70 mbar die Hornhaut (Cornea). Vom Bewegungsverhalten der vorderen Augenkammer, d.h. der Cornea und des Kammerwassers, kann indirekt auf den Augeninnendruck geschlossen werden.

In dieser Studienarbeit wird die vordere Augenkammer in Ansys modelliert und die Reaktionen auf den Luftimpuls simuliert. Hierbei werden nur die Hornhaut und das Kammerwasser berücksichtigt, der restliche Teil des Auges wird als feste Wand betrachtet, da näherungsweise davon ausgegangen werden kann, dass der restliche Teil des Auges in keine Wechselwirkungen mit der äußeren Belastung tritt. Die Simulation der Anströmung erfolgt nicht, stattdessen wird die Belastung als Druck auf das Modell generiert. Auf eine vollständige Modellierung des Kammerwassers wird verzichtet, da der Augeninnendruck als räumlich und zeitlich konstant angesehen werden kann. Somit wird dieser als einfache Druckbelastung in Ansys generiert. Für die Modellierung der Cornea sind die geometrischen Daten und die Materialeigenschaften nötig, die auf Literaturangaben basieren. Während die geometrischen Daten der Cornea in allen Literaturquellen übereinstimmen, unterscheiden sich die Daten für die Materialeigenschaften enorm.

Aus diesem Grund erfolgt die Generierung mehrerer Modelle mit jeweils unterschiedlichen Materialeigenschaften. Die Cornea wird in Ansys mit einem rotationssymmetrischen Linienelement generiert, so dass ein zweidimensionales Modell entsteht.

Die Simulation läuft in zwei Schritten ab. Im ersten Schritt erfolgt die Beaufschlagung des Augeninnendrucks, im zweiten die äußere Druckbelastung.

Zur Verifikation der Cornea-Modelle dienen vorliegende Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, auf denen die Verformung der Cornea zu mehreren Zeitpunkten während einer kontaktlosen Augeninnendruckmessung zu sehen ist. Es werden die reale Verformung und der Umklappzeitpunkt der Cornea mit den simulierten verglichen.

Es kann gezeigt werden, dass alle Cornea-Modelle nicht die Realität widerspiegeln, wobei die Ergebnisse der einzelnen Modelle sehr unterschiedlich ausfallen. Ein Modell beschreibt das reale Verhalten der Cornea gut. Gründe für die Abweichung der Simulationsergebnisse zum realen Verhalten sind die unsicheren Angaben der Materialeigenschaften in der Literatur und die aus programmtechnischen Gründen notwendigen Vereinfachungen.

Alle Primärergebnisse wie Verformungen, in der Cornea wirkende Kräfte und Spannungen werden in Abhängigkeit der Zeit automatisch in tabellarischer Form in Textdateien geschrieben.

Die wichtigen Parameter, Augeninnendruck, Materialverhalten etc. können zentral über Variablen im Ansysprogramm eingestellt werden. Es besteht somit die Möglichkeit, das Modell zu optimieren.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, ANSYS Schalentheorie, Cornea Bewegungsverhalten, Cornea Modellierung, Finite Elemente Programm ANSYS, Korrelationsparameter Augeninnendruck
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 31 Aug 2011 10:14
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1595

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 13-06-2005

Ende Datum: 13-10-2005

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1595
Referees: Weber, Dipl.-Ing. Thomas and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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