一种眼前节房水循流仿真装置制造方法
【专利摘要】一种眼前节房水循流仿真装置，本装置仿真的组织包括：角膜(1)、巩膜(6)、晶状体(12)、玻璃体腔(14)、虹膜(11)等；功能机构包括：房水循流控制系统、晶状体移动控制系统、瞳孔阻滞仿真系统、眼内温度调节系统，这些系统协同工作以保证正常和异常房水循流的仿真；辅助装置包括：房水外排槽(2)、房水内流槽(5)、控制面板(9)、晶状体内腔(13)、管路(3，4，23，24)、防漏水胶垫(17)、外置温控系统等。
【专利说明】一种眼前节房水循流仿真装置
【技术领域】:
[0001]本发明涉及眼前节房水循流仿真装置，该装置能够直观有效地演示眼球内房水在后房产生、绕经瞳孔缘进入前房、最后在前房角处经小梁网等组织流出这一流动过程。
【背景技术】:
[0002]房水是由睫状体的睫状突上皮细胞分泌产生的透明液体，它流经后房-瞳孔-前房角，由小梁网，Schlemm’ s管等组织排出后进入血液。房水在眼内缓慢流动，它的产生及排出是循环往复的流动过程。此流动过程直接关系到眼球内部压力(眼内压)、眼内组织的营养供给及代谢。房水维持眼内压的效果取决于房水的生成量与排出量。对于高眼压性青光眼，眼内压的升高会致使眼底视网膜受压，进而视野变小，最终导致失明。因此，研究眼内房水流动对于控制高眼压性青光眼的发病有着重要的作用。
[0003]研究表明，前房房水的流场分布使得房水剪应力对前房组织(如角膜内皮细胞)及眼内压调节等有着一定的影响。前房内的房水流动在很大程度上依赖于房水的生成、角膜和虹膜之间的温度梯度、前房角形态以及房水排出通道的流畅性。为了直观有效的研究房水流动，本发明设计了一种眼前节房水循流仿真装置来实现模拟眼前节房水流动。根据所要研究的生理、病理特性，调节装置以制造角膜与虹膜间的温度梯度、小梁网组织流畅系数、晶体前移距离、瞳孔阻滞程度等参数，记录这些形态下的前房流场相关参数及影像，为解决当前实验数据缺乏提供一种方法。
【发明内容】
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[0004]本发明主要目的是根据眼球真实结构及力学性质设计一种能够实现瞳孔阻滞、晶体前移、小梁网滤过障碍的装置，为研究这些病理状态下的眼内前房流场分布提供直观有效的实验装置和测量系统。
[0005]装置包含:角膜1、房水外排槽2、巩膜6、房水内流槽5，晶状体12，晶状体内腔13及晶状体机械控制系统8、虹膜11、虹膜-晶状体耦合电路系统(图中未显示)。耦合电路用于控制虹膜与晶状体之间间隙的距离，其结构包括虹膜11中心瞳孔部位的一周铁圈和晶状体内腔13内的电磁铁。其中角膜I与房水外排槽2可为一体装置，也可分别为单独的装置；巩膜6与房水内流槽5可为一体装置，也可为单独的装置。角膜I上方设置有水槽10。该装置还包括防漏水胶垫17、底座15、控制面板9，其中，巩膜6上口处设置有用于固定虹膜样本外缘的细槽20。房水内流槽5连接有管路4，可与用于注液装置并能够控制注入液体的流量的装置(例如微量注射泵)连接，控制流入后房的房水量和流速，房水内流槽5内有缓冲夹层16，用于缓冲流入的房水，并使其从各个方向通过小孔21，22均匀进入后房。房水外排槽2内同样安装缓冲夹层16，使房水从各个方向通过小孔18，19均匀流出前房，并由经管路3排出装置外，房水外排槽2的夹层16内可填充具有某一孔隙率的多孔介质材料，模拟小梁网组织对房水外排的阻力特性，不同孔隙率可以提供不同阻力。所述晶状体机械控制系统8为安装在晶状体底部的L型操纵杆8，杆的水平末端与控制面板9相连，用于控制晶状体前后移动。晶状体12外周与玻璃体腔14外围之间有防漏水胶垫17。在虹膜-晶状体耦合系统中，虹膜选取硅橡胶材料，并能根据成分配比制造出不同硬度的硅橡胶，在瞳孔处安置一周铁圈；晶状体内腔13中竖直安放电磁铁或磁铁，电磁铁线圈的导线两接头从晶状体内腔底部引出，并引向控制面板9处。在控制面板上安装有电源开关及机械旋钮，用来控制电磁铁的工作和晶状体前后移动的距离。温度、压力传感器通过管路23、24分别与前、后房连接，获取装置内的温度、压力参数。玻璃体腔14中安装温控系统，主要是加热管7。
【专利附图】
【附图说明】:
[0006]图1是本发明装置眼前节房水循流装置的剖面图，图2是本发明装置眼前节房水循流装置的局部放大图；图3是本发明装置的整体外观图；图4是图1的垂直剖面。目前整体装置的设计是在分体组装基础上完成的，便于拆卸和清洗，而局部的一体装置也可分体组装实现，例如角膜-房水外排槽一体装置可为在加工过程中采用3D打印技术一体成型的组件，也可以为在部件拆分设计后也可实现分体组装而成的组件。
【具体实施方式】:
[0007]下面将参照附图1和2所示的装置设计原理图对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0008]装置的几何尺寸严格参照真实人眼的几何尺寸，同时所有尺寸成比例放大5倍。装置的制作材料除虹膜、防漏水胶垫外，其余部分为刚性材料，如有机玻璃透明材料和不锈钢材料。以上要求保证了装置中流体流动的几何相似性、物理相似性等流体力学相似原理。
[0009]角膜1、房水外排槽2 二者可为一体结构或为连接在一起的组件，它们由有机玻璃材料制成。其透明度良好，能使其具有最好的透光性，保证在研究房水循流的粒子成像测速实验中，光路具有最好的清晰度，同时也便于观察装置内部有可能出现的流动故障。装置外缘处有管口 3，称作房水出口，通过水管连接到一个外部水槽以便排出房水，房水外排槽2中存在缓冲夹层16，房水流出时起到均匀外排的作用，使房水同时从各方向外排，模拟真实眼球的房水排外过程。同时可以在缓冲夹层中填充多孔介质来控制外排压力，模拟眼球小梁网，Schlemm’ s管对房水外排形成的不同阻力。
[0010]巩膜6、房水内流槽5由有机玻璃材料制成，可为一体结构或为连接在一起的组件。房水内流槽5外缘处有管口 4，称作房水入口，并通过水管与注液并能控制流量的装置连接，例如微量注射泵，通过调节注液装置可以控制房水内流速度及流量。在房水内流槽5中存在缓冲夹层16，房水经入口流入后房之前先汇聚在房水内流槽5中，通过均匀分布的密集小孔，从各个方向同时流入后房，模拟真实眼球的房水生成过程。
[0011]在装置的底座15中，包含有整体晶状体机械控制系统12/13/8、虹膜-晶体耦合电路系统(图中未示出)及控制面板9三部分:
[0012]晶状体机械控制系统是仿照千分尺原理制成，其中包含有L型操纵杆8，杆的一端与晶状体底部13连接，另一端与旋钮连接，两端通过齿轮齿条齿合在一起形成L型，还可以通过紧配合楔形设计完成升降功能。旋钮由控制面板9处伸出进行调节，当旋动旋钮时，晶状体可以上下移动来模拟真实眼球在病理情况下的晶体前移特征。面板上旋钮外侧标注有刻度，能够读出旋入深度，以便测量晶状体前移的距离。中空管腔与晶状体底部过度处有防漏水胶垫17，一方面可以使晶状体能够自由活动，另一方面可以隔离水与机械系统和电路系统，保证水电隔离避免漏电发生。
[0013]虹膜-晶状体耦合电路系统中，内腔3内部安置电磁铁，电磁铁线圈的导线两接头通过圆柱形中空管状内腔13伸入装置底座15内，并从控制面板9处接出。在控制面板上有开关，可以控制电路的通断，从而控制晶状体内电磁铁产生的磁力。在虹膜11的瞳孔缘处，镶嵌有一周铁圈，其重量不影响虹膜的物理性质，不影响虹膜11的弹性等。电路断开时，虹膜11与晶状体12之间自然贴合在一起，在后房压力驱动下房水流经顺畅；当控制面板处发出通电指令时，晶状体12内的电磁铁将产生磁力，吸引虹膜11瞳孔缘的铁圈，使得虹膜11向晶状体12上表面靠近，房水流经时受阻；当增大电流时虹膜11与晶状体12紧密贴合在一起，模拟眼球病理状态下的瞳孔阻滞现象。此外，内腔13内部还可安置磁铁，通过控制磁铁与瞳孔铁圈的距离调节磁场吸附力强度，模拟不同程度的瞳孔阻滞。
[0014]在角膜I侧面和玻璃体空腔外周一部位处留有小管23、24，分别将压力传感器，或者温度传感器经小孔放于前后房内，测量前后房的温度和压力值，以及温差和压力差。
[0015]本申请还包括一种眼前节房水循流仿真装置的实验方法，该方法包括以下步骤:
[0016]第I步骤:将巩膜6与房水内流槽5安装于底座15上(其中巩膜6与房水内流槽5可为一体结构，也可为采用本领域公知技术连接在一起的组件)；防漏水胶垫17放置在玻璃体空腔14上缘；将晶状体12放置在胶垫上，其根部与防漏水胶垫贴合；虹膜11放置在巩膜6与房水内流槽5构成的组件的上口处，利用直径和上口外径相等的圆环铁丝扣将虹膜11外缘固定在巩膜6上口处设置的用于固定虹膜样本外缘的细槽20内，以避免实验中虹膜11发生滑动；最后将角膜I与房水外排槽2 (其中巩膜6与房水内流槽5可为一体结构，也可为采用本领域公知技术连接在一起的组件)安装于巩膜6和房水内流槽5的上部，保证接口处气密性良好；
[0017]第2步骤:将巩膜6、房水内流槽5通过管道4与微量注射泵等注液装置连接；注液装置开启时，水流以一定的流速从槽中注入后房，经瞳孔流入前房，并在充满前房后流入房水外排槽中；通过注液装置能够控制流入后房的水流速度和流量；
[0018]第3步骤:将电磁铁置于晶状体空腔13内部，电磁铁线圈两头从晶状体底部引出到控制面板9处；通电时产生稳定的磁场，能够将镶嵌铁圈的虹膜吸附在晶状体上来模拟瞳孔阻滞的过程；阻滞的强度可通过控制电磁铁中电流的强度实现；此外还可以在晶状体空腔13内部安放磁铁，通过控制磁铁与镶嵌铁圈的虹膜之间的距离来模拟不同程度的瞳孔阻滞；
[0019]第4步骤:操纵杆8形状为L型，竖直端与晶状体空腔13底部连接，水平端通过旋钮与控制面板9连接，两端通过齿轮齿条齿合在一起；调节旋钮时，能够控制晶状体在装置内前后移动，从而改变前房深度，移动精度为毫米量级；通过调节旋钮的旋入/旋出刻度可以读出晶状体前移及后退尺寸；
[0020]第5步骤:晶状体底部12表面与防漏水胶垫17接触，保证晶状体灵活移动的同时防止水流泄露到电路装置中；
[0021]第6步骤:玻璃体部位由外周材料构成，中间形成空腔14，空腔中安装加热管7，空腔侧面某一部位留有小管24，压力、温度传感器可以经小管进入并测量后房的压力、温度值；[0022]第7步骤:角膜I侧面留有小管23，压力、温度传感器可以经小管进入并测量前房的压力、温度值；
[0023]第8步骤:玻璃体空腔14内靠近后房的位置放置加热管7，通电时加热后房区域，使之保持恒温37摄氏度或其他温度；
[0024]第9步骤:角膜I上方的水槽10中设置水浴，水浴中存放一定温度的水，一方面提供温度梯度，另一方面在粒子成像测速实验中用于减少角膜上表面对激发光的折射；通过加热管7控制房水内流槽内水流的温度，与水浴温度形成温度差，用来观测温差对前房房水流场的影响。
[0025]本发明的装置具有以下有益效果:可用于研究各种生理、病理情况下，眼球前房内房水流场的状况；可以完成在体动物实验无法达到的实验设计；可以替代难以制造的动物眼病模型，例如目前制造房角关闭的动物模型具有极大难度，而利用此装置则可通过调节虹膜与角膜的相对位置，改变前房角的开放度，研究并认识房角关闭后的房水流场特征；可以通过合适的外观设计及优化后引入教室，为眼科教学提供直观易懂的教学工具，帮助观察眼前节组织的生理位置、形态、以及房水从生成到排出眼外的循流过程。
【权利要求】
1.一种眼前节房水循流仿真装置，本装置仿真的组织包括:角膜(I)、巩膜(6)、晶状体(12)、玻璃体腔(14)、虹膜(11)等；功能机构包括:房水循流控制系统、晶状体移动控制系统、瞳孔阻滞仿真系统、眼内温度调节系统，这些系统协同工作以保证正常和异常房水循流的仿真；辅助装置包括:房水外排槽⑵、房水内流槽(5)、控制面板(9)、晶状体内腔(13)、管路(3，4，23，24)、防漏水胶垫(17)、外置温控系统等。
2.如权利要求1所述的眼前节房水循流仿真装置，其中，房水循流控制系统的作用是，控制房水生成和流出的速率和量，实现眼内房水的各种可能流态，并通过调节房水的生成量和排出量的差值实现虹膜形态改变。 房水循流控制系统的构成和工作方式是，用于注液并能控制流量的设备为微量注射泵，注液后，房水经管路(4)进入到房水内流槽(5)，充满后房，再经虹膜(11)中心的瞳孔进入角膜(I)下方的前房内，最后经房水外排槽(2)后从管路(3)流出系统。房水外排槽(2)和房水内流槽(5)内设置有缓冲夹层(16)，用于缓冲流入或流出的房水，房水外排槽(2)或房水内流槽(5)内可填充多孔介质材料，巩膜(6)与房水内流槽(5)为一体结构或为连接在一起的组件；角膜(I)与房水外排槽(2)为一体结构或为连接在一起的组件。
3.如权利要求1所述的眼前节房水循流仿真装置，其中，晶状体移动控制系统的作用是，调节晶状体沿光轴的移动，以模拟晶状体前移的病理现象。 晶状体移动控制系统的构成和工作方式是，通过调节与控制面板(9)相连的安装在晶状体内腔(13)底部的L型操纵杆(8)实现晶状体前后移动，操纵杆的水平末端与控制面板(9)相连，垂直端与晶状体内腔(13)相连，在控制面板机械旋钮，通过齿轮齿条齿合的方式控制晶状体前后移动的距离。
4.如权利要求1所述的眼前节房水循流仿真装置，其中瞳孔阻滞仿真系统的作用是，通过施加磁场力使得瞳孔处的虹膜与晶状体之间形成磁力吸附，以模拟各种不同阻滞力的瞳孔阻滞状态。 瞳孔阻滞仿真系统的构成和工作方式是，在虹膜(11)的瞳孔缘处，镶嵌有一周铁磁性材料，晶状体内腔(13)中安放电磁铁或磁铁，电磁铁线圈的导线两接头从晶状体内腔底部引出，并引向控制面板(9)处，用来控制电磁铁的工作。虹膜选取柔性材料制成。还可以通过控制磁铁与镶嵌铁磁性材料的虹膜之间的距离来模拟不同程度的瞳孔阻滞。
5.如权利要求1所述的眼前节房水循流仿真装置，其中，温度控制系统的作用是，调节眼内房水的温度，以模拟眼内房水流动过程中的温度梯度。 温度控制系统的构成和工作方式是，玻璃体中间形成空腔(14)，空腔(14)中安装加热管(7)，空腔(14)侧面某一部位留有管路(24)，压力和/或温度传感器能够经管路(24)进入并测量后房的压力、温度值。角膜(I)上方设置有水槽(10)，水槽(10)中设置水浴，其中存放一定温度的水，一方面提供温度梯度，另一方面在粒子成像测速实验中用于减少角膜上表面对激发光的折射，压力和/或温度传感器能够经管路(23)进入并测量水浴内的温度值。通过加热管(7)控制后房水流的温度，与水浴温度形成温度差，用来观测温差对前房房水流场的影响。
6.一种眼前节房水循流仿真装置的安装包括以下步骤: ①将巩膜(6)与房水内流槽(5)构成的一体装置安装于玻璃体空腔(14)以及底座(15)上；将防漏水胶垫(17)放置在玻璃体空腔(14)上缘；将晶状体(12)放置在胶垫上，其根部与防漏水胶垫贴合；虹膜(11)放置在巩膜(6)与房水内流槽(5)构成的一体装置的上口处，将角膜(1)与房水外排槽(2)构成的一体装置安装于巩膜(6)与房水外排槽(2)构成的一体装置上部，保证接口处气密性良好； ②将巩膜(6)与房水内流槽(5)构成的一体装置通过管道(4)与注液装置连接；注液装置开启时，水流以一定的流速从槽中注入后房，经瞳孔流入前房，并在充满前房后流入房水外排槽中；通过注液装置能够控制流入后房的水流速度和流量。
7.如权利要求6所述的方法，其中，步骤①中还包括利用直径和上口外径相等的圆环铁丝扣将虹膜外缘固定在细槽(20)内，以避免实验中虹膜发生滑动。
8.如权利要求6所述的方法，其中，晶状体(12)底部表面与防漏水胶垫(17)接触，保证晶状体(12)灵活移动的同时防止水流泄露到电路装置中。
【文档编号】G09B23/28GK103903503SQ201410116006
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】刘志成, 梅曦, 曹海勇 申请人:首都医科大学