Constructing a Computer Model of the Human Eye Based on Tissue Slice Images

Abstract

Computer simulation of the biomechanical and biological heat transfer in ophthalmology greatly relies on having a reliable computer model of the human eye. This paper proposes a novel method on the construction of a geometric model of the human eye based on tissue slice images. Slice images were obtained from an in vitro Chinese human eye through an embryo specimen processing methods. A level set algorithm was used to extract contour points of eye tissues while a principle component analysis was used to detect the central axis of the image. The two-dimensional contour was rotated around the central axis to obtain a three-dimensional model of the human eye. Refined geometric models of the cornea, sclera, iris, lens, vitreous, and other eye tissues were then constructed with their position and ratio relationships kept intact. A preliminary study of eye tissue deformation in eye virtual surgery was simulated by a mass-spring model based on the computer models developed.

Biometric Measurement of Anterior Segment: A Review

“…In the clinical practice of ophthalmology, the geometric characterizations of the anterior segment have become a crucial analysis due to the multiple applications of the analysis on the anterior segment structures for optimizing corneal and intraocular refractive surgery procedures [ 10 , 11 , 12 ]. The shapes of the anterior segment are essential to the three-dimensional computer modeling of the human eye, especially to the personal eye modeling [ 13 , 14 ], the binocular eye modeling [ 15 ], and eye modeling under accommodation [ 16 , 17 ]. For optimum performance and ocular health, the contact lens and intraocular lens design require specific fitting principles to be adhered to.…”

Sinusoidal Microchannel with Descending Curves for Varicose Veins Implantation

“…Afzal et al (2017) worked on an ascending sinusoidal microchannel (ASMC) for the treatment of varicose veins disease [ 2 ]. Sundell et al (2017) worked on humanoid dental implants at the atomic scale [ 28 ]. Slepian et al (2017) worked on a cardiovascular implant in the heart [ 29 ].…”

Modelado geométrico personalizado de la córnea humana y su aplicación a la detección de ectasias corneales

“…Dentro del campo de la anatomía fisiológica del cuerpo humano, algunos autores proponen la caracterización morfológica simplemente para conocer su morfología real, como es el caso de la caracterización del ojo humano llevada a cabo por Wang et al (2010) y generada a partir de la definición del contorno de las imágenes realizadas sobre las secciones de corte al ojo en un escenario in vitro, es decir, fuera de un ambiente natural, utilizando para ello un equipo fotográfico. Sin embargo los autores manifiestan la dificultad de localización y adquisición de los datos de contorno de las imágenes generadas.…”

“…Algunos autores han realizado trabajos a partir de estos datos en bruto, como la caracterización geométrica de la córnea a partir de la evaluación de la simetría corneal utilizando parámetros de forma y posición (Bao et al, 2010), o el desarrollo de un modelo biomecánico personalizado basado en la obtención de la geometría del paciente (Roy y Dupss, 2011;Ariza-Gracia et al, 2015), ambos realizados a partir de las coordenadas cartesianas (x, y, z) aportadas por el topógrafo Pentacam.…”

“…Los datos analizados en este trabajo son los obtenidos en la primera etapa descrita, utilizando para el modelo propuesto la metodología zonal a partir del conjunto discreto y finito de puntos representativos de la morfología corneal que ofrece el topógrafo, conocidos en la literatura científica como ʺdatos en brutoʺ (Ramos-Lopez et al, 2011;Roy y Dupss, 2011;Bao et al, 2013;Ariza-Gracia et al, 2015). Existen algunos trabajos previos que, como el presente, han desarrollado la construcción de modelos a partir de estos datos en bruto de la primera etapa, entre otros, la caracterización geométrica de la córnea a partir de la evaluación de la simetría corneal utilizando parámetros de forma y posición (Bao et al, 2010), o el desarrollo de un modelo biomecánico personalizado basado en la obtención de la geometría del paciente (Roy y Dupss, 2011;Ariza-Gracia et al, 2015), realizados a partir de las coordenadas cartesianas (x, y, z) que aporta el topógrafo Pentacam. Sin embargo, en los dos casos se mantiene el proceso de interpolación de estos datos en bruto, debido a los problemas extrínsecos del "trinomio" examinador-equipo-paciente que anteriormente han sido descritos, y que afectan al proceso de medida, ya que las pequeñas alteraciones morfológicas de la córnea debidas a una patología como el queratocono no pueden ser fielmente reproducidas, lo que resta sensibilidad a cualquier intento de caracterización de la enfermedad con fines diagnósticos, sobre todo si consideramos las mínimas diferencias que puedan presentar la morfología corneal en un grado incipiente de la enfermedad con respecto la córnea sana.…”