Модели за филма „Човешката сълза“; EWST Превод

Филмовата група „Сълза“

Това беше групата от лятото на 2016 година.
Обратно, богат: Спенсър, Кевин.
От L до r, първи ред: Крис, Джером, Ейми, Майк.
Не са представени: Toby Driscoll, Christiaan Ketelaar, Javed Siddique, Tony Mastroberardino.

ewst

И членовете на Делауеър

Тобин Дрискол, факултет

Майкъл Стапф, аспирант за лятната програма на Унидел 2012 и настоящ докторант.

Lan Zhong, студент в AY 2014-15, до момента. Kevin Aiton, аспирант от лятото на 2016 г.

Rayanne Luke, студентка през лятото на 2017 г.

сътрудници

Каролин Бегли, Университет в Индиана P. Ивен Кинг-Смит, държавен университет в Охайо Уилям Хеншоу, политехнически институт Ренселер Кара Маки, технологичен институт в Рочестър Хавед Сидик, държавен университет в Пенсилвания, Йорк Тони Мастроберардино, държавен университет на Ери в Пенсилвания Ранганатан Уша, IIT Мадрас, Индия (посетено в 07 -08 в UD) Кристиан Кетелаар, Университет Франсиско Марокин, Гватемала Джефри Макфадън, NIST Даниел Андерсън, Университет Джордж Мейсън

Скорошен напредък

Във видеоклипове

Вдъхновени от докторската дисертация на ARVO от трима, през 2015 г. нашите студенти направиха кратки видеоклипове за своите проекти за неексперти.

Ново! Списание за моделиране в офталмологията !

Ново списание, посветено на пресечната точка на офталмологията и математическото моделиране, публикува първото си шоу! Основателите са лекарите. Алон Харис (офталмология) и Джована Гуидобони (математика), и двамата от IUPUI; Д-р Браун е в редакцията.

Игра на сините скали 2015

С участието на Rocky Bluewinkle, талисманът Blue Rocks.

Още статии за слъзния филм

В допълнение към напредъка на хартията за ретината и очите (виж по-долу), тази година се появиха няколко творби.

  • „Динамика на филмовия слой с изпарение, осмоларност и транспорт на повърхностноактивно вещество“, J. Siddique и RJ Braun, Appl. Математика. Моделиране, 39: 255-269, 2015; две .
  • Ефектите от увеличената очна повърхностна стимулация върху мигането и секрецията на сълзи ”, Ziwei Wu, CG Begley, N. Port, A. Bradley, RJ Braun и PE King-Smith, Invest., Ophthalmol.Vis Sci, 56: 4211-4220, 2015; две .
  • Сълзотворен филм и компютърна динамична осмоларност на поле с форма на око, „Longfei Li, RJ Braun, TA Driscoll, WD Henshaw, JW Banks и PE King-Smith, Math Med Biol, 2015;… Две .

В процес на сътрудничество

Нашата група си сътрудничи с групата на Каролин Бегли в Университетското училище по оптика в Индиана. Те използват няколко метода, за да си представят слъзния филм и са готови да споделят чудесни данни с нас. Прегледната статия по-долу е най-голямото съвместно усилие до момента. Това сътрудничество се финансира от безвъзмездната помощ на Carolyn NIH от Националния институт за очи.

Преглед на статия за слъзния филм - ориентиран към очната повърхност

Статия за преглед на слъзните филми, която включва много нови резултати, се появи в „Прогрес в изследванията на ретината и очите“, списание за гости само в началото на 2015 г. „Динамиката и функцията на слъзния филм във връзка с цикъла на мигане“ е достъпна онлайн да се в централата на списанието .

Някои статии за разкъсване на сълзи и изображения

  • „Динамиката на сълзотворен филм с изпарение, омокряне и зависими от времето условия за ограничаване на потока в поле с форма на око“, Longfei Li, RJ Braun, KL Maki, WD Henshaw, PE King-Smith, Physics of Fluids 26, 052101 ( 2014); две
  • „Модел за намаляване на слоя на слъзния филм с осмоларност и флуоресцеин“, RJ Braun, NR Gewecke, CG Begley, PE King-Smith и JI Siddique, Invest. Офталмол. Мечта. Sci. 55, 1133-1142, 201; две
  • „Задвижвана нестабилност на изпаряване на сълзотворен филм от прекорна роговица“, CC Peng, C Cerretani, RJ Braun и CJ Radke, Advances in Colloid and Interface Science 206, 250-264, 2014; две
  • „Отделяне и структура на слъзния филм, изследван чрез едновременно видеозапис на изображения с флуоресцентни липидни слоеве и слъзен филм“, PE King-Smith, KS Reuter, RJ Braun, JJ Nichols и KK Nichols, Invest. Офталмол. Мечта. Sci. 54, 4900-09, 2013; две
  • „Изображения от филма за разкъсване и разкъсване, анализирани с флуоресцентно изключване“, PE King-Smith, P. Ramamoorthy, RJ Braun и JJ Nichols, Invest. Офталмол. Мечта. Sci. 54, 6003-11, 2013; две

Някои статии за мигане и охлаждане

Следните статии, включващи светкавици, се появиха наскоро.

  • "Трансформация на топлина и динамика на разкъсващите филми в продължение на множество моменти на цикли", Quan Deng, RJ Braun и TA Driscoll, Phys. Fluid 26, 071901 (2014); две
  • „Модел за слъзно фолио и температура на повърхността на очите за частично мигане“, Quan Deng, RJ Braun, TA Driscoll и PE King-Smith, Interfacial Phenomenon and Heat Transfer 1, 357-381, 2013; две
  • „Модел за човешки сълзотворен филм с нагряване в окото“, Longfei Li и RJ Braun, Phys. Fluid 24, 062103 (2012); две

Напредък от втората безвъзмездна помощ

Преглед на статия за филма на сълзите - ориентиран към механиката на течностите

Статия за преглед на слъзните филми в годишния преглед на механиката на флуидите се появи в пресата през януари 2012 г. „Динамика на слъзните филми“ е достъпна онлайн на том 44 на списанието.

Скорошно обсъждане на нашата работа

На семинар на BIRS през декември 2012г, тази дискусия на обобщаваме някои от скорошната ни работа.

Елементи на термични модели за слъзния филм

Longfei Li публикува статия за математическото моделиране на слъзния филм, която улавя наблюдаваното охлаждане на очната повърхност по време на периода на мигане. Той използва модели с дебел, тънък слой или без субстрат. Дебелият субстрат е необходим за охлаждане на очната повърхност. Лонгфей успя да идентифицира оптималните топлинни свойства, за да съответства на охлаждането, наблюдавано в очите. Докладът по тази тема се появи във „Физика на течностите“ (модел за човешки слъзен филм с нагряване в окото, Physical Fluids 24, 062103 (2012); http://dx.doi.org/10.1063/1.4723870)

Обработка на изображения с липиден микроскоп

Kaijing Wang (специалност по математика, подкрепена от NSF REU) и Christian Paul (Civil engrg major) са работили с д-р Braun и Driscoll за автоматизиране на класификацията на изображения от липидния микроскоп в Университетския колеж по оптометрия на Охайо. Трима оптици (д-р Кинг-Смит, Никълс и Никълс) и техните колеги направиха хиляди изображения на липидния слой в предната част на окото. Какин и Кристиан са работили върху използването на методи за групиране върху сравнително малък набор от изображения, използвани в документ, представен от Държавната група на Охайо. Резултатите са много обнадеждаващи и ще продължат работата по проекта. Този проект беше подкрепен частично от REU добавка към текущия ни грант (1022706) и безвъзмездни средства HHMI тук в UD.

Модели за филма Сълза и взаимодействието на очната повърхност

Jen Bruhns (QBio major, HHMI поддържа) и Doug Freeman (Math major, NSF REU поддържат) си сътрудничат с д-р Braun по моделите за свързване на слъзния филм и очната повърхност чрез роговична осмоза. Моделът свързва слъзния филм с роговичния епител, който първоначално е разработен за миши очи. Работата тече след добър старт през лятото. Този проект беше подкрепен частично от REU допълнение към текущата ни безвъзмездна помощ (1022706).

Напредък след първата безвъзмездна финансова помощ

Няколко цикъла на мигащо и разкъсващо фолио

Пренаредени мрежи в 1D и 2D

1D разчупващ рефлексРазработен е прекомерен мрежов метод за проблем със слъзния филм, който включва отваряне и отпускане, докато е отворен, както и други физиологични ефекти, от Кара Маки. Ефектите включват подобрени условия за ограничаване на потока за подаване на разкъсване и рефлекторно разкъсване, гравитация и изпаряване. Кара даде това дискусия на срещата на DFD APS за 2007 г. (и дискусията използва това филм на 37 MB.) Този ръкопис се появи в „A Grid Method оцелял за изследване на слъзния рефлекс ”В математическата медицина и биология (KL Maki, RJ Braun, TA Driscoll и PE King-Smith, Math Med Biol 25, (2008) 187-214).

Стартирайте динамика на 2D филм

Кара също разработи 2D модели на филма за сълзи след мигане, използвайки рамката на увертюрата; Бил Хеншоу (LLNL) помага значително на тези усилия. В първия случай използвахме уравнения за смазване на слъзния филм и граничните условия, които определят дебелината на филма и граничното налягане. Тази работа се появи по електронен път по математическа медицина и биология (две: 10.1093/imammb/dqp023).

Също така внедрихме условия за ограничаване на потока; в това са представени някои предварителни статии дискусии на срещата на DPA DPA през 2008 г. и другаде. (Тези три филма бяха използвани за тази дискусия: разлика в дебелината (27MB), разлика в дебелината (50MB) и разлика в дебелината (28MB).) Изображението вляво по-горе е вектори на посоката на потока, насложени върху величината на потока; по-тъмно показва по-бавен поток. Сълзното езеро се осигурява от горното времево разположение на слъзната жлеза и се извлича на местата на точката, които са близо до носния ръб (ъгъла) в левия край на зоната. Условията на потока са независими от времето, което е първоначален модел. (При истинска светкавица подаването и протичането на сълзотворна течност зависи от времето и е тясно свързано с движението на капака.) По-голямата част от потока е около краищата на капака.

Изображението вдясно е разпределението на дебелината във време 10, когато гравитацията е включена в симулацията. Maroon показва стойност, по-голяма или равна на 3 микрона; тъмно синьо е минималната дебелина. Спускащата се кафява област показва подуване на менискуса извън ръба на капака. За условията на ограничение на дебита, които използвахме, течността в горния менискус може да пробие черната линия, ако между миганията е позволено достатъчно време. Тази работа с посочените BC потоци е приети за публикуване в Journal of Fluid Mechanics и ще бъде публикувано през март 2010 г.

Намокряне и изпаряване на роговицата в 1D

Дан Андерсън и Кат Уинтър (тогава влошен CSUMS в Джордж Мейсън) са работили с д-р Браун върху модел на сълзотворен филм, който има мокра роговица и изпарение на слъзния филм. Моделът е сравнен с някои наблюдения in vivo, направени от King-Smith в Охайо и изборът на два параметъра, които да съответстват на дебелината на "сухия" филм и скоростта на отваряне на тънкия регион, изглежда дава разумно съгласие между тази основна теория и експеримент. Тази статия се появи по електронен път в Математическа медицина и биология (две: 10.1093/imammb/dqp019). Дискусия, която включва някои от тези резултати, е представена в следващия раздел. Дискусията включва и няколко разширения от Пит Учиферо, студент на REU през лятото на 09 и независим студент през есента на 09; работата беше извършена като част от екип на GEMS, който включваше аспирант Jiahua Tang,

Ефектът на формата на роговицата

Ефектът на формата на роговицата е изследван от R Usha от IIT Madras, Jeff McFadden от NIST, Ewen King-Smith от OSU и Pam, Toby and me. Почти винаги се приема, че субстратът е плосък и тезата на Бергер от 1973 г. върху слъзния филм не оправдава изрично предположението. Резултатът е, че не вярваме, че субстратът има важен ефект върху динамиката на слъзния филм. По пътя обаче изпробвах модел на Елис за сълзотворната течност и той даде някои интересни резултати за образуването на шок върху изпъкналия сфероиден субстрат. аз имам говорим което включваше тези резултати, както и конкуренция от налягане, изпаряване и U-конюгирана гравитация от Минесота в Департамента по химическо инженерство и наука за материалите Доклад за този документ ще се появи в Journal of Mathematical Engineering.

Улавяне на движението на клепачите

Г-жа Сяолин Янг, студентка в Катедрата по компютърни науки и информатика, която работи с д-р Браун за улавяне на движението на капака по време на автоматична светкавица от високоскоростни цифрови клипове със светкавици. Филмите са направени в лабораторията MEC в рамките на Департамента по математически науки на UD, с помощта на д-р Джон Пелеско. Тя разработи код, който може да извлече полинома с най-малките квадрати от прекъсващи се филми, които използват откриване на ръба на Sobel с известна предварителна и последваща обработка. Това математическо приближение, което той генерира за миг, вече е включено в нашите усилия за изчисляване на еволюцията на слъзния филм в две измерения. Той работи с Браун през лятото на 2006 г. и през януари 2007 г. Кодът е разработен в Matlab и кодът с някои резултати ще се появи на този сайт в близко бъдеще.

Господин. Peter Ucciferro (изследовател в количествените биотехнологии) и Paul Parsons (изследовател по физика) бяха подкрепени от REU добавка за това финансиране на NSF за лятото на 2007 г. Те работиха по оценка и разширяване на алгоритмите на Xiaolin за улавяне и представяне Математическо движение на клепачите по време на мигане. Ucciferro и Parsons записаха няколко ретроспекции и разшириха софтуера за този аспект на проекта. Един от аспектите на работата им беше да използват крана, за да блокират областите около окото, така че да могат да се използват повече мигащи филми. Те представиха резултатите си в отлична презентация на симпозиума по летни изследвания през август 2007 г.

реклама

От виртуалната преса на APS DFD 2008 LiveScience направи статия за нашата работа представени на срещата. Привидно подобна статия се появи в Softpediaпочти по същото време. Нашата работа беше спомената в кратко обобщение от акцентите на събирането на Tear Film през 2007 г. и Surface Eye Society.

възможности

Много аспекти на този проект остават отворени за разследване; присъединете се към екипа! Ако се интересувате, свържете се Д-р Браун .

Възпитаници

Фото групи

Това беше групата от лятото на 2015 година.
От L до r, първи ред: Рич, Майк, Спенсър, Ейми.
На задния ред: Кристиан, Лора, Джо, Тоби, Лан.
Не илюстрирано: Javed Siddique, Tony Mastroberardino.

Това беше групата от лятото на 2014 година.
L la r: Рич, Майк, Джо, Лонгфей, Тоби.
Не илюстрирано: Javed Siddique, Ryan Evans.

Това беше групата от лятото на 2013 година.
Заден ред, от l до r: Куан, Джо, Лонгфей, Дилън, Кевин, Райън.
Основен ред, от l до r: Тоби, Ник, Рич, Мат, Джъстин.
Не илюстрирано: Кристиан.
Празнувахме продуктивно лято по обяд този ден.

Това беше групата от лятото на 2012 година.
Заден ред, от l до r: Ник, Джен, Викрам, Лонгфей, Куан и Тианю.
Основен ред, от l до r: Rich, Toby, Javed, Matt, Dylan и Michael.
Този ден имах основен ремонт в средата на лятото.

Това беше групата от лятото на 2011 година.
Заден ред, от l до r: Лонгфей, Джен, Рики и Куан.
Основен ред, от l до r: Javed, Rich, Toby, Doug и Kaijing.
Не илюстрирано: Кристиан.
Празнувахме продуктивно лято по обяд този ден.

Това беше групата през пролетта на 2008 г.
Заден ред, l до r: Toby, Rich и Pam.
Преден ред, l до r: Алфа, Кара и Уша.
Алфа успешно защити тезата си този ден.

поддържа

Този материал се основава на произведенията, подкрепени от Националната фондация за наука в рамките на безвъзмездните средства №. 1412085, 1022706 и 0616483, както и от Националните здравни институти (NEI) в рамките на субсидията No. 1R01EY021794. Всички мнения, констатации и заключения или препоръки, изразени в този материал, са на автора (авторите) и не отразяват непременно възгледите на Националната научна фондация или NIH.

Групата също е благодарна за подкрепата на Медицинския институт на Хауърд Хюз за студенти, както и Университета в Делауеър чрез своята Служба за научни изследвания и учене чрез опит и Департамента по математически науки.