人眼内流动的房水对维持人眼正常的生理功能具有非常关键的作用,一旦房水流出受阻,便会导致眼内压升高,进而形成青光眼等眼科疾病。因此,研究人眼的房水动力学机制对探索人眼的生理构造、眼科疾病的发病机制及其治疗方法等具有十分重要的意义。目前,许多学者对人眼房水动力学进行了广泛的研究,取得了大量成果,为人眼房水动力学的深入研究打下了坚实的基础。在以往的研究中,人眼房水动力学的眼前节几何模型大部分都是基于人眼解剖结构数据建立的理想简化模型,这样模拟出来的结果可能与实际情况有所偏差,且基于真实眼前节结构的人眼房水动力学的研究非常少见。另一方面,目前人眼房水动力学的数值研究一般都是采用有限元法和有限体积法等传统的计算流体力学方法,这些方法存在不易处理复杂几何边界、计算效率较低等问题。因此,基于真实的眼前节结构,采用合适的数值模拟方法来研究人眼房水动力学问题可能获得更好的结果。光学相干断层扫描技术(OCT)是一种新型的成像技术,相比于其它眼科成像技术,其成像的眼前节OCT图像能够准确地表现出眼前节的组织结构,这为建立真实的眼前节几何模型以及进行个性化的人眼房水动力学研究奠定了基础。格子Boltzmann(LB)方法作为一种介观的数值模拟方法,兼具微观方法和宏观方法的特点,在生物流、颗粒流和多相流等领域得到了成功的应用。大多数眼部组织的尺度在毫米量级,对于介观尺度的LB方法而言,该尺度刚好合适。对于人眼解剖结构复杂、流动模式多样、多物理过程并存等问题,LB方法的物理背景清晰、易于处理复杂边界等优点为解决问题提供了良好的前提。另外,LB方法天然的并行特性保证了人眼房水动力学的研究能够实现高效的数值模拟。因此,LB方法非常适合应用于人眼房水动力学的研究。本文首先使用图像处理技术对眼前节OCT图像进行了处理,利用基于LB各向异性扩散模型的图像去噪方法完成了对图像的去噪,利用基于LB各向同性扩散模型的边缘检测方法从去噪后的图像中提取出眼前节的几何轮廓,并根据人眼解剖结构参数重新构建了后房等结构,建立了能够用于LB数值模拟的几何模型。然后,提出了基于LB方法的人眼房水动力学模型,包括使用不可压缩的Navier-Stokes方程来描述房水在前房和后房内的流动过程,使用对流扩散方程来描述房水的热传递过程,使用达西定律来描述房水渗透小梁网的过程,并通过Boussinesq近似完成了三者之间的耦合。接着,通过二维方腔的自然对流和理想模型的人眼房水动力学这两个实验验证了当前模型的准确性和稳定性。最后,以正常人眼的眼前节OCT图像建立的几何模型为基础,运用经过验证的模型模拟了人眼中的房水动力学,观察到了虹膜隐窝处的涡流等现象。同时,分析了眼内温差、前房腔形态、角膜形变、瞳孔大小、虹膜形态和前房角大小等因素对人眼房水动力学的影响,获得了眼内温差与房水最大流速呈线性关系、虹膜形态会显著改变虹膜处的切应力分布、前房角狭小的人具有更高的患病风险等结论。综上所述,基于眼前节OCT图像和LB方法的人眼房水动力学能够更准确地反映出真实人眼内的房水流动,同时可以获得一些难以直接测量的生理参数和病理参数,能够为眼科医学提供数值理论参考。人眼房水动力学是一个融合了计算机科学、流体力学和眼科医学的交叉领域,利用LB方法在处理复杂流体运动问题上的优势,进一步对人眼房水动力学展开研究,有望取得更多有意义的成果。