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Rafael Grytz

• This thesis is concerned with the biomechanical modeling of human eye tissues within a multi-scale framework considering the micro-, meso-, and macro-structure in the context of constitutive formulation, computational modeling and remodeling. The biomechanical properties of eye tissues are derived from the single crimped fibril at the micro-scale via the collagen network of distributed fibrils at the meso-scale to the incompressible and anisotropic soft tissue at the macro-scale. In this work, a computational model is presented to investigate the interaction between collagen fibril architecture and mechanical loading conditions in eye tissues. Biomechanically induced remodeling of the collagen network is considered at the meso-scale by allowing for a continuous re-orientation of collagen fibrils. To gain further insight into the complex multi-scale phenomena related to glaucomatous optic neuropathy a numerical multi-scale analysis of the lamina cribrosa is performed.
• Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der konstitutiven Formulierung, der numerischen Modellierung und dem so genannten \(\it {remodeling}\) (eine Anpassung der biologischen Gewebestrukturen an die mechanische Beanspruchung) im menschlichen Auge unter Berücksichtigung der Mikro- und Mesostruktur. In dieser Arbeit erfolgt die mehrskalige Modellbildung der biomechanischen Eigenschaften des Auges ausgehend von den Eigenschaften einer einzelnen kollagenen Fibrille auf der Mikroskala über das kollagene Netzwerk aus organisierten Fibrillen auf der Mesoskala bis zu dem inkompressiblen und anisotropen Weichgewebe auf der Makroskala. Die biomechanische Anpassung des kollagenen Geflechts der Mesostruktur wird durch einen kontinuierlichen Re-Orientierungsprozess der kollagenen Fibrillen beschrieben. Die auf unterschiedlichen Längenskalen ablaufenden Mechanismen, die das Krankheitsbild Glaukom charakterisieren, werden mit Hilfe einer numerischen Mehrskalenanalyse der Lamina cribrosa untersucht.