Analysis of Light Transmittance according to the Array Structure of Collagen Fibers Constituting the Corneal Stroma

Purpose : The size and regular array of the collagen fibers in the corneal stroma have very close correlation with transparency. Simulation was carried out to investigate the change of light transmittance according to the array structure and collagen fiber layer thickness. Methods : The collagen fibers in corneal stroma were arranged in regular hexagonal, hexagonal, square and random shapes with OptiFDTD simulation software, and the light transmittance was analyzed. In square array, the light transmittance according to the density change was confirmed by when the number of collagen fibers in the simulation space was the same and the light transmittance was examined when the number and density of collagen fibers were changed. Results : When the number of collagen fibers is the same, the density becomes smaller and the thickness of the fibrous layer becomes thicker in order of arrangement of square, regular hexagonal, random and hexagonal. As a result of measuring the light transmittance by changing the array structure, the light transmittance measured at the detector at the same position was almost similar regardless of the array structure. In the detectors D0, D1, D2 and D3, the maximum transmittance is shown in square, hexagonal and square, regular hexagonal and regular hexagonal array structure, and the minimum transmittance is hexagonal, random, hexagonal and square, and square array structure. However, the difference between the maximum transmittance and the minimum transmittance was almost the same within 1%. When the number of collagen fibers was the same, the light transmittance of the rectangular array structure decreased with increasing fiber layer thickness. And as the thickness increased, the light transmittance decreased more when the number of collagen fibers decreased. Conclusion : Even though the collagen array structure changed, the light transmittance is almost similar regardless of the arrangement structure. However, as the array structure was changed, the thickness of the collagen fiber layer changed, and as the thickness increased, the light transmittance decreased. In other words, the transparency of the corneal stroma is more closely related to the thickness of the fibrous layer than the array of collagen fibers.

각막실질 콜라겐섬유의 배열구조에 따른 광투과율 분석

목적 : 각막실질 내 다발 구조로 이루어진 콜라겐섬유의 크기와 규칙적인 배열은 투명성과 매우 밀접한 상관성을 가지고 있다. 시뮬레이션을 이용하여 배열구조 및 콜라겐섬유층 두께에 따른 광투과율의 변화를 확인하고자 하였다. 방법 : 시뮬레이션 소프트웨어인 OptiFDTD로 각막실질 내 콜라겐섬유를 정육각형, 육각형, 사각형 및 자유형으로 각각 배열하였고 이에 따른 광투과율을 분석하였다. 사각형 배열에 대하여 시뮬레이션 공간상에 있는 콜라겐섬유의 개수가 동일할 때 밀도변화에 따른 광투과율을 확인하고 콜라겐섬유의 개수와 밀도가 변화할 때 광투과율을 조사하였다. 결과 : 콜라겐섬유의 개수가 동일할 때 사각형, 정육각형, 자유형 및 육각형의 배열구조 순서로 밀도가 작아지고, 섬유층의 두께가 두꺼워진다. 배열구조를 변화시켜 광투과율을 측정한 결과 동일한 위치의 검출기에서 측정된 광투과율은 배열구조에 관계없이 거의 유사하였다. 검출기 D0, D1, D2 및 D3에서 각각 사각형, 육각형과 사각형, 정육각형 및 정육각형 배열구조에서 최대투과율로 나타났으며, 육각형, 자유형, 육각형과 사각형 및 사각형 배열구조에서 최소 투과율로 나타났다. 하지만, 최대 투과율과 최소 투과율의 차이는 1% 이내로 거의 유사하였다. 콜라겐섬유의 개수가 동일할 때 사각형 배열구조에서 밀도변화에 따른 광투과율은 섬유층 두께가 증가할수록 광투과율은 감소하였다. 또한, 두께가 증가하면서 콜라겐섬유의 개수가 감소하였을 때 광투과율이 더 많이 감소하였다. 결론 : 콜라겐 배열구조가 변화하여도 광투과율은 배열구조와 관계없이 거의 유사하게 나타났다. 하지만, 배열구조의 변화에 따라 콜라겐섬유층의 두께가 변화하였고, 두께가 증가할수록 광투과율이 감소하였다. 즉, 광투과율은 배열구조보다는 콜라겐섬유층의 두께와 더 밀접한 관계를 가지고 있음을 확인하였다.