<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Mater.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Materials</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Mater.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-8016</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">870134</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fmats.2022.870134</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Materials</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Effect of a Gradient Distribution of Cross-Links on the Deformation Behaviors of Corneal Stroma: Theoretical Model and Finite Element Simulation</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Xiao et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">FEM Simulation for Cross-Linked Stroma</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>Xiazi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1312645/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>Cewen</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1673763/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Yin</surname>
<given-names>Yewei</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3">
<sup>3</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1786790/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Department of Mechanics</institution>, <institution>School of Civil Engineering</institution>, <institution>Central South University</institution>, <addr-line>Changsha</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Eye Center of Xiangya Hospital</institution>, <institution>Central South University</institution>, <addr-line>Changsha</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff3">
<sup>3</sup>
<institution>Hunan Key Laboratory of Ophthalmology</institution>, <addr-line>Changsha</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/184092/overview">Giuseppe Saccomandi</ext-link>, University of Perugia, Italy</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/73410/overview">Alessio Gizzi</ext-link>, Campus Bio-Medico University, Italy</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/152715/overview">Anna Marina Pandolfi</ext-link>, Politecnico di Milano, Italy</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/313559/overview">Marcello Vasta</ext-link>, University of Studies G. d&#x27;Annunzio Chieti and Pescara, Italy</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Yewei Yin, <email>yywei1990@csu.edu.cn</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Mechanics of Materials, a section of the journal Frontiers in Materials</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>04</day>
<month>05</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>870134</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>06</day>
<month>02</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>19</day>
<month>04</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Xiao, Xiao and Yin.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Xiao, Xiao and Yin</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>In this work, both theoretical model and finite element simulation are combined to address the influence of gradiently distributed cross-links on the underlying deformation mechanisms of corneal stroma. Theoretically, a hyperelastic model is developed that involves the strengthening contributions of ultraviolet A (UVA)-induced cross-links, collagen fibers and matrix materials. Thereinto, the influence of collagen cross-linking (CXL) is characterized by a mechanism-based strain energy function, which not only explicitly depends on the density of cross-links (as a function of the corneal thickness and UVA irradiation dose), but also relies on the discrepant distribution of cross-links in the proteoglycan matrix and along the fibers. Moreover, the developed constitutive laws are incorporated into the subroutine UMAT of ABAQUS to simulate the expansion deformation of porcine cornea with/without the treatment by CXL. It is noticed that the simulated results can fit well with the experimental data, and are able to predict the macroscopic intraocular pressure (IOP)-apex displacement relations at different UVA irradiation doses. Corresponding stiffening and strengthening behaviors induced by cross-links, fibers and the matrix are systematically compared at different corneal surfaces along the thickness direction in order to obtain a sophisticated comprehension of the fundamental deformation mechanisms, which may theoretically help design and guide the operation of CXL in clinics.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>corneal stroma</kwd>
<kwd>cross-links</kwd>
<kwd>strain energy function</kwd>
<kwd>inflation tests</kwd>
<kwd>finite element simulation</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Keratoconus is a degenerative and progressive corneal disease characterized by posterior ectasia and corneal thinning. With the development of advanced detection technology, the diagnostic rate of keratoconus has been noticed to keep increasing in recent years (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Mas Tur et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Buzzonetti et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B43">Rahmati et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B52">Tian et al., 2021</xref>). From a biomechanical point of view, the possible reasons resulting in keratoconus may originate from the abnormal structure and arrangement of collagenous fibers, which weaken the ability of corneas to resist deformation, and make the central or paracentral corneas expand, get thinner and gradually bulge outward into a cone shape. In the early stage, patients with keratoconus could correct the vision problems by wearing glasses or contact lenses. However, these treatments can not fundamentally prevent the development of keratoconus, but are only limited to help improve the vision and refractive degree (<xref ref-type="bibr" rid="B38">Moshirfar et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B25">Lin et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B54">Vinciguerra et al., 2021</xref>). As an alternative treatment, corneal collagen cross-linking (CXL) has been experimentally proven to be able to modify the biomechanical properties of keratoconus by improving the strength and stability of corneal stroma (<xref ref-type="bibr" rid="B58">Wollensak et al., 2003a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B59">Wollensak et al., 2003b</xref>). Therefore, it has now been taken as an effective method to clinically treat keratoconus by CXL (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Ambekar et al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Hovakimyan et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Raghunathan et al., 2017</xref>).</p>
<p>By taking riboflavin as a photosensitizer and irradiation with ultraviolet A (UVA), the stabilization of ectasia and stiffness of corneal stroma in the anterior layer can be increased through the formation of intra- and inter-fibrillar covalent bonds by photosensitized oxidation (<xref ref-type="bibr" rid="B57">Wollensak and Iomdina, 2009</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B49">Sorkin and Varssano, 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Blackburn et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">McKay et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Rubinfeld et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Arrizabalaga and Nollert, 2020</xref>). The effectiveness of standard CXL has been clinically and experimentally proved over the last years (<xref ref-type="bibr" rid="B33">Mazzotta et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Rubinfeld et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Herber et al., 2020</xref>), and it is realized that the modification of the UVA irradiation mechanism (<xref ref-type="bibr" rid="B58">Wollensak et al., 2003a</xref>) and change of the transmittal mode of riboflavin may help improve the operation efficiency and patient experience (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Kymionis et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Kobashi and Tsubota, 2020</xref>). More importantly, based on clinical observations, the key parameter determining the CXL effect on the corneal stiffening behavior is informed to be the total irradiation energy or say the irradiation dose (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Kymionis et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B60">Woo et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Bao et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">Marafon et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B53">Turhan et al., 2020</xref>). Although the variation of the biomechanical responses induced by CXL has been well acknowledged, the existing issue is how to quantitatively characterize the increment of corneal stiffness and strength as a function of the irradiation dose. In order to effectively address this issue and comprehend the underlying deformation mechanisms, increasing interests have been focused on the study of the CXL effect on the biomechanical properties of corneal stroma from the aspects of experimental observations, theoretical analyses and numerical simulations.</p>
<p>In the field of experimental investigation, several different measuring methods, including uniaxial tensile tests, nano-indentation and noncontact Brillouin measurements, have been considered to address the variation of the biomechanical properties of corneal materials after CXL (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Kohlhaas et al., 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B47">Scarcelli et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B46">Scarcelli et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B48">Seifert et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B13">Dias et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B27">Liu et al., 2020b</xref>). For instance, <xref ref-type="bibr" rid="B23">Kohlhaas et al. (2006)</xref> applied uniaxial tensile tests on two flaps of the porcine and human corneas after the treatment by CXL, and noticed an obvious depth-dependent stiffening behavior that the anterior-treated flap with a thickness of 200&#xa0;&#x3bc;m was much stiffer than the posterior-treated flap. Similarly, <xref ref-type="bibr" rid="B26">Liu et al. (2020a)</xref> compared the tensile experimental data of four overlapped strips after CXL, and found that the elastic modulus decreased non-linearly as a function of the corneal thickness. In addition, by applying an atomic force microscopy-derived indentation method, <xref ref-type="bibr" rid="B48">Seifert et al. (2014)</xref> obtained a depth-dependent distribution of the Young&#x2019;s Modulus for cross-linked porcine corneas, and can be explained by the gradient stiffening effect related to the standard CXL. More interestingly, <xref ref-type="bibr" rid="B46">Scarcelli et al. (2013)</xref> indicated the difference of corneal elastic modulus and stiffness for the anterior, middle and posterior stroma through the Brillouin maps, which effectively validated that the noncontact Brillouin microscopy was able to quantify the CXL effect on the corneal mechanical properties. Informed by these experimental works, one may realize that the CXL treatment can effectively facilitate the improvement of corneal stiffness and strength. Moreover, this strengthening behavior tends to decrease with increasing corneal thickness, and ultimately results in an obvious gradient distribution of materials properties for cross-linked corneas.</p>
<p>To further unveil the fundamental deformation mechanisms corresponding to the improvement of the mechanical property of corneal materials after CXL, theoretical analysis within the framework of strain energy density function theory has been mainly focused on in recent years (<xref ref-type="bibr" rid="B47">Scarcelli et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B46">Scarcelli et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B45">Saez et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B51">Tian et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Pandolfi et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Cornaggia et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Holzapfel and Ogden, 2020</xref>). A preliminary attempt was considered in the work of <xref ref-type="bibr" rid="B27">Liu et al. (2020b)</xref>, who applied a collagen fibril crimping model to address the uniaxial tensile data of cross-linked corneal stroma. Different sets of model parameters were calibrated by comparing the theoretical results with the experimental data after UVA irradiation. In order to fundamentally incorporate the CXL effect into the constitutive equations, a 3D strain energy function accounting for the relative orientation and stiffness of cross-links, fibers and their coupling was deduced by <xref ref-type="bibr" rid="B19">Holzapfel and Ogden (2020)</xref>, which can effectively characterize the increment of materials stiffness with increasing cross-link density. To further quantitatively characterize the stiffening behavior as a function of the UVA irradiation dose, a novel microstructure-based model was recently proposed that the strain energy function was explicitly specified in terms of the density and orientation of cross-links, and was able to predict the uniaxial tensile data at various irradiation doses. Moreover, the increment of corneal strength was observed to be determined by not only the cross-link density but also the cross-link orientation with respect to the collagen fibers (<xref ref-type="bibr" rid="B63">Xiao et al., 2022</xref>). However, though great effects have been devoted in the field of theoretical analysis, one of the characteristic features as informed from the experimental measurements, i.e., the cross-links formed in corneal stroma are gradiently distributed along the thickness direction, has not been well addressed in the constitutive laws so far.</p>
<p>Furthermore, in comparison with the limited application of theoretical models for uniaxial tensile tests, a more rational characterization of the biomechanical behaviors of cross-linked corneas can be achieved through the utilization of finite element simulations (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Pandolfi et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Cornaggia et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B55">Wang and Chester, 2021</xref>). For example, <xref ref-type="bibr" rid="B40">Pandolfi et al. (2019)</xref> applied a simplified microstructure model that mainly consisted of a trusswork with two main sets of fibers and related cross-links to simulate the expansion deformation of both healthy and keratoconus cornea. Simulated results indicated that the weakening of cross-links can lead to noticeable deformation of corneal stroma, and finally dominate the localized thinning of keratoconus corneas. <xref ref-type="bibr" rid="B55">Wang and Chester (2021)</xref> combined a multi-physics model and finite element formulation to analyze the underlying mechanisms induced by cross-links from the aspects of both nano-indentation and inflation tests, which may offer an effective way to help make predictions of a CXL therapy based on the real corneal geometry. Very recently, <xref ref-type="bibr" rid="B11">Cornaggia et al. (2020)</xref> simply divided the cross-linked corneas into two regions with/without CXL, and assumed piecewise elastic constants for the two adjacent regions along the corneal thickness direction. By taking the finite element model for the further simulation of inflation tests, it was realized that the increase of the equivalent material strength was mainly ascribed to the localized increment of material stiffness in the anterior layers. For all the finite element simulation works as mentioned above, one may note that the UVA irradiation-induced cross-links are either homogenously or piecewise-linearly distributed in the corneal stroma, which is not consistent with the experimental observations. Therefore, further developments of the finite element simulations should be concentrated on the consideration of the inhomogeneous distribution of cross-links along the corneal thickness direction.</p>
<p>In this work, we intend to combine both theoretical model and finite element simulation to address the influence of gradiently distributed cross-links on the fundamental deformation mechanisms of corneal materials. Within the framework of nonlinear continuum mechanics, a hyperelastic mechanistic model is proposed that takes into account the stiffening contribution of both depth-dependent and irradiation dose-related cross-links. Moreover, the developed constitutive laws are incorporated into the subroutine UMAT of ABAQUS to simulate the inflation tests of porcine cornea treated by CXL. This paper is organized as follows: in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, the constitutive equations for corneal stroma with gradient distribution of cross-links are introduced in details, which contain the expressions for the strain energy density function, Cauchy stress tensor and elasticity tensor of each stiffening component, the setup of the geometrical model for finite element simulation and calibration of model parameters. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, the developed simulation framework is applied to address the inflation tests of porcine cornea at different irradiation doses. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, corresponding deformation mechanisms are systematically discussed. Finally, we close with the main conclusions in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Materials and Methods</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Microstructure Morphology of Corneal Materials After CXL</title>
<p>In order to deduce the constitutive laws addressing the fundamental physical mechanisms, the microstructure information of corneal stroma after CXL is briefly reviewed here. Experimental characterization has indicated that corneas mainly consist of five individual layers, and the stroma layer takes nearly 90% of the corneal thickness. Therefore, the hyperelastic biomechanical behaviors of corneal materials are generally considered to be dominated by the mechanical properties of corneal stroma. At micro-scale, corneal stroma contains 250&#x2013;400 highly ordered and stacked fibrous lamellae, which are composed of collagen bundles with the same diameter and orientation. Further observation with the wide angle X-ray scattering technique (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Aghamohammadzadeh et al., 2004</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B36">Meek et al., 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Meek and Knupp, 2015</xref>) revealed that almost 66% of the collagenous fibers are distributed along the nasal-temporal (N-T) and superior-inferior (S-I) direction, and the rest fibers are randomly distributed in the matrix. Considering the expansion deformation of the cornea under normal intra-ocular pressure (IOP), the angle <italic>&#x3b1;</italic> between the localized fibers and horizontal reference surface will vary along both the N-T and S-I direction, <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1A</xref> for an illustration. Therefore, the direction vectors of the two localized fibers can be, respectively, characterized by <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3d;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Correspondingly, the projection vectors of <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the projection plane (i.e., the x-o-y plane) give as <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>xoy</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>00</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>xoy</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Side view and <bold>(B)</bold> anterior view of the corneal stroma with two families of fibers and corresponding cross-links. &#x3b1; is the angle between the localized fibers and horizontal surface. Cross-links distribute symmetrically with respect to the collagen fibers with an angle of &#x3b2; on the projection plane (i.e., the x-o-y plane). <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>xoy</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>xoy</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>xoy</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>xoy</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the vectors for fibers and cross-links on the projection plane, respectively.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g001.tif"/>
</fig>
<p>Besides the statistically distributed collagen fibers as well as the isotropic elastin and proteoglycan matrix, additional covalent cross-links can be formed between adjacent collagen fibers during the process of collagen CXL due to the synergistic effect of ultraviolet irradiation and riboflavin catalysis (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Lombardo et al., 2015</xref>). The CXL technique can artificially lead to the increase of cross-linking degree, and thus effectively facilitate the strength increment and mechanical stability of corneal stroma (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Sorkin and Varssano, 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B39">Nohava et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Damgaard et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B61">Zhang D. et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B62">Zhang H. et al., 2021</xref>). Given that the distribution of cross-links can not be visualized directly by staining methods or other microscopic techniques so far, it is generally considered that the cross-links tend to distribute symmetrically with respect to the collagen fibers with an angle of <italic>&#x3b2;</italic> on the projection plane (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Holzapfel and Ogden, 2020</xref>), as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>. In this way, the direction vectors of the cross-links corresponding to the two main families of fibers can be described by <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Similarly, the projection vectors of <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the x-o-y plane yield as <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>xoy</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>xoy</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Microstructure-Based Hyperelastic Strain Energy Density Function</title>
<p>Given the microstructural morphology as mentioned above, corneal stroma after CXL can be taken as a fiber reinforced composite material that has the typical mechanical properties of biological soft materials, e.g., quasi-incompressibility, anisotropy and hyperelasticity (<xref ref-type="bibr" rid="B41">Pandolfi and Manganiello, 2006</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">Liu et al., 2020a</xref>). These biomechanical properties can be well characterized by a unified strain energy density function <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the right Cauchy-Green deformation tensor, and <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m23">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the deformation gradient. In order to address the numerical issue associated with quasi-incompressibility, the strain energy density function for corneal materials is generally decoupled into an isochoric <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dev</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and volumetric <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>vol</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> part (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Gasser et al., 2006</xref>), i.e.<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m26">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dev</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>vol</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>vol</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <italic>K</italic> the bulk modulus, and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the volume ratio. Here, det is the symbol for the determinant operator. After the CXL treatment, the isochoric part <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dev</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> contains three dominant components, i.e., the depth-dependent and irradiation dose-dependent cross-links, statistically distributed collagen fibers and the isotropic matrix, which determine the biomechanical behaviors of cross-linked corneas. Thus, the expression of <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dev</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be specified as<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dev</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>n</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are corresponding to the cross-links, collagen fibers and matrix, respectively. <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the modified right Cauchy-Green deformation tensor that can be characterized by three modified principal invariants <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e., <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>tr</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>tr</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mtext>tr</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Moreover, one can also obtain four additional dimensionless invariants <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>n</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which correspond to the deformation of the two families of orthogonally distributed fibers and adherent cross-links as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1B</xref>, i.e., <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In the following, let us focus on the deduction of <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by considering three dominant physical mechanisms. 1) First, according to the clinical observation of CXL, it is noticed that the density of cross-links is mainly dominated by the irradiation dose <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m52">
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Caporossi et al., 2013</xref>). In order to quantitatively characterize the variation of the cross-link density as a function of <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m53">
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> for corneal strips with a limited thickness, a nonlinear relationship has been proposed for the normalized density <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m54">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> of cross-links in our recent work (<xref ref-type="bibr" rid="B63">Xiao et al., 2022</xref>) that <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <italic>m</italic> (<italic>m</italic> &#x3e; 0) a dimensionless parameter and <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>J/cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a reference irradiation dose. 2) Second, the distribution of cross-links induced by riboflavin and UVA irradiation is inhomogeneous within the corneal stroma. As the cross-linking reaction prefers to occur in the corneal anterior layer, cross-links will be firstly formed at the anterior layer of the stroma. With the increase of corneal thickness <italic>h</italic> along the irradiation direction, <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m58">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> gradually decreases to be zero that separates the stroma layer into two different regions with and without cross-links, respectively (<xref ref-type="bibr" rid="B31">Mazzotta et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B50">Spoerl et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B32">Mazzotta et al., 2018</xref>). In order to further address the evolution of <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m59">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of <italic>h</italic>, the expression of <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m60">
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can be revised as<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a normalized UVA energy function ranging from 0 to 1, which represents the variation of the absorption degree of UVA energy as a function of the corneal thickness. <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the normalized corneal thickness, and <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mtext>r</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mtext>mm</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a reference corneal thickness. With the assistance of <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>, one can simultaneously address the influence of irradiation dose and depth-dependent cross-link density on the strengthening behavior of corneal stroma after CXL. (3) Third, one may also recall that the cross-links are formed symmetrically with respect to the collagen fibers, and 66% of the fibers distribute along the N-T and S-T directions while the rest are randomly distributed in the matrix. Therefore, two different parts of cross-links should be considered for the expression of <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e., the one with random orientations in the matrix and the one with specific orientations (<inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) along the N-T and S-I directions of collagen fibers. In this way, one can finally have <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>n</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>n</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where the first part of the expression in the square bracket indicates that the homogeneously distributed cross-links in the matrix follow a linearly strengthening law, while the second part represents that the strengthening contribution of cross-links along the <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directions is characterized in an exponential form. Moreover, <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m72">
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the volume fraction of the cross-links distributed along the <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directions. <italic>L</italic> indicates the stiffness modulus of cross-links, and <italic>n</italic> is a dimensionless parameter.</p>
<p>Comparing with the previous theoretical work (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Holzapfel and Ogden, 2020</xref>), the advantages of <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Eq. 4</xref> are obvious: 1) An explicit expression is proposed for the variation of the cross-link density as a function of the corneal thickness and irradiation dose, which can not only facilitate the quantitative characterization of the stiffening and strengthening behavior of cross-linked cornea, but also make it possible to predict the mechanical responses of corneas at various irradiation doses. 2) Consideration of the homogenous and heterogeneous distribution of cross-links in the matrix and along the N-T and S-I directions of fibers, respectively, makes it rational to further address the influence of cross-links on the fundamental deformation mechanisms, i.e., the comparison of Mises stress distribution before and after CXL with finite element simulations.</p>
<p>For corneal stroma without CXL, the biomechanical responses are mainly determined by the anisotropic behaviors of fibers and isotropic properties of the matrix. Considering that parts of the collagen fibers distribute homogeneously in the matrix and the rest along the N-T and S-I directions, <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can then be expressed in a similar form as <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4,6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the stiffness modulus of collagen fibers and <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a dimensionless parameter. The first and second term in the square bracket, respectively, represents the stiffening contribution of the randomly distributed and orthogonally orientated fibers. One may note that more sophisticated models have been developed in previous literatures concerning the architecture variation of collagen fibers both in the thickness and planar view (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Cheng et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B37">Montanino et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Gizzi et al., 2021</xref>). For instance, in the work of <xref ref-type="bibr" rid="B10">Cheng et al. (2015)</xref>, the elastic behavior of the stromal collagen network was modelled by considering the probability distribution of three-dimensional collagen orientation for each point in the stroma. <xref ref-type="bibr" rid="B37">Montanino et al. (2018)</xref> systematically compared four different models accounting for local variations of the collagen fibril architecture, and numerical results obtained from the simulation of three ideal mechanical tests indicated slight differences between the models in terms of global response and stress distribution. As a comparison with these architecture-based models, the expression of <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Eq. 5</xref> for collagen fibers is simplified that can not characterize the continuous distribution of materials properties at each point of the cornea, but still can effectively characterize the anisotropic properties of corneal stroma without CXL.</p>
<p>Moreover, the corneal matrix is similar to a polymer that exhibits a quasilinear and hyperelastic isotropic behavior, therefore, the Neo-Hookean model is considered here for <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e.<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the shear modulus of the matrix.</p>
<p>By combining <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Eqs 2</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>, the expression of <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for corneal stroma with gradiently distributed cross-links finally yields as<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m84">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>n</mml:mtext>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4,6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>which involves the contribution of cross-links, collagen fibers and matrix materials, as well as the volumetric part of the strain energy density function. Thereinto, the cross-links and fibers mainly dominate the strength of corneal stroma at a comparatively large deformation, and determine the typical anisotropic biomechanical properties due to the dominant distribution of cross-links and fibers along the N-T and S-I directions. As a comparison, the matrix materials behave homogeneously, and affect the biomechanical behaviors mainly at the initial deformation stage.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Cauchy Stress Tensor and Elasticity Modulus Tensor</title>
<p>Following the chain rule indicated by (<xref ref-type="bibr" rid="B56">Weiss et al., 1996</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Holzapfel et al., 2000</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Gasser et al., 2006</xref>), it is convenient to further calculate the Cauchy stress tensor <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m85">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> from <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref> with <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">SF</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the second Piola-Kirchhoff stress tensor. In this way, <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m88">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can then be decoupled into the isochoric and volumetric part, as<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dev</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>vol</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>vol</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x399;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dev</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2119;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x2119;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#xf088;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> the projection tensor. <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m93">
<mml:mi mathvariant="normal">&#xf088;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m94">
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> are, respectively, the fourth-order and second-order unit tensor. Moreover, one can decouple the fictitious Cauchy stress tensor <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>with<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4,6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the modified left Cauchy-Green deformation tensor. <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are, respectively, the Cauchy tensor component corresponding to the cross-links, fibers and matrix. Combining <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Eqs 8</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>, the Cauchy stress tensor for corneal stroma with CXL can then be specified as<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m106">
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4,6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For further finite element simulation, the derivation of the fourth-order elasticity tensor is also required. According to its fundamental definition, one can firstly have <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and by using the push-forward operator, the elasticity tensor is then transformed as <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">FF</mml:mi>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold">F</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Under the deformation framework with large strain, the Zaremba-Jaumann rate is considered for the stress change rate (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Huang et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Fehervary et al., 2020</xref>). Then, the elasticity tensor related to the Jaumann rate gives as<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m109">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x2102;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold">&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4,6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4,6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4,6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">A</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi mathvariant="bold">X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>9</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mtext>z</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m110">
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the Kronecker delta and<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mtext>T</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>F</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mtext>&#x3a8;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 Finite Element Simulations for the Inflation Tests of Cornea With CXL</title>
<p>In this work, the proposed hyperelastic constitutive equations for corneal stroma with gradiently distributed cross-links are implemented into the subroutine UMAT of ABAQUS to simulate the inflation tests of porcine cornea before and after cross-linking. We firstly introduce the details about the establishment of the finite element model, which contains the basic parameters for the geometrical model, boundary conditions and element mesh, etc. Then, the setup of the gradiently distributed cross-links in the model is introduced by referring to corresponding experimental data. Moreover, the dominant steps for the calibration of model parameters are specified by comparing the simulated results with the experimental data under different UVA irradiation doses.</p>
<sec id="s2-4-1">
<title>2.4.1 Geometrical Model and Boundary Conditions</title>
<p>The 3D geometrical parameters, as listed in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, are informed from the experimental measurements of porcine cornea (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Cornaggia et al., 2020</xref>), which include the anterior diameter <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>NT</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, posterior diameter <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>NT</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, anterior curvature <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>NT</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and posterior curvature <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>NT</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> along the N-T meridian; the anterior diameter <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SI</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, posterior diameter <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SI</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, anterior curvature <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SI</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and posterior curvature <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SI</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> along the S-I meridian; the edge thickness <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, central thickness <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and height of the anterior chamber <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m122">
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. The center of the anterior curvature along the N-T meridian locates at the origin of coordinates, and the thickness direction is consistent with the <italic>z</italic> axis. Correspondingly, the S-I and N-T direction for 66% of the fiber distribution are parallel to the <italic>x</italic> and <italic>y</italic> axis, respectively. During the inflation tests, corneal deformation is limited by the adjacent sclera, therefore, the edge of porcine cornea is fixed while the rest surfaces are free of constraints. IOP is applied on the posterior surface of the cornea, which gradually increases up to 30&#xa0;mmHg as the same considered in the experimental work (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Cornaggia et al., 2020</xref>). The 3D mesh for the cornea is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>, where the geometrical model is meshed with 32,400 hexahedral elements of type C3D8 and 36,571 nodes. Numerical convergence is ensured when the size of the mesh is set as 0.1&#xa0;mm along the thickness direction and 0.3&#xa0;mm for the other directions.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Geometrical parameters (unit in mm) for the finite element simulation of porcine cornea (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Cornaggia et al., 2020</xref>).</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameter</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>c</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m125">
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>NT</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>NT</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SI</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SI</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>NT</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>NT</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SI</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>SI</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mtext>P</mml:mtext>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Value</td>
<td align="char" char=".">1.40</td>
<td align="char" char=".">1.03</td>
<td align="char" char=".">3.58</td>
<td align="char" char=".">18.00</td>
<td align="char" char=".">16.57</td>
<td align="char" char=".">14.85</td>
<td align="char" char=".">13.44</td>
<td align="char" char=".">11.83</td>
<td align="char" char=".">10.41</td>
<td align="char" char=".">9.93</td>
<td align="char" char=".">8.46</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>3D schematic (N-T meridional section) of the geometrical model for the inflation test of porcine cornea.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-4-2">
<title>2.4.2 Numerical Implementation of the Gradiently Distributed Cross-Links</title>
<p>In order to numerically implement the gradiently distributed cross-links in the finite element model, one should firstly determine the normalized UVA energy function <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>. According to the experimental work of (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Liu et al., 2020b</xref>), the UVA energy is noticed to get saturated near the anterior surface of the cornea, and then gradually decreases with increasing corneal thickness until a critical depth is reached that the UVA energy becomes zero. By normalizing the distribution data of the UVA energy with the maximum UVA energy, the experimental version of <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is then obtained, as illustrated by the dots in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3A</xref>. By fitting these normalized experimental data in the layers with/without cross-links, the numerical expression of <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> yields as<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,0.11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>1.301</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2.553</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>5.725</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>11.233</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.11</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.51</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.51</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Normalized UVA energy compared between the experimental data (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Liu et al., 2020b</xref>) and fitting function. <bold>(B)</bold> Numerical distribution of the normalized UVA energy function in ABAQUS.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g003.tif"/>
</fig>
<p>Here, one should note that <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref> is a specific fitting law corresponding to the data of (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Liu et al., 2020b</xref>), and it can be changed depending on the research objects and irradiation conditions. Moreover, it is a simplified treatment to take the same gradient distribution form for the whole cornea. In practice, this initial condition can hardly be guaranteed due to the various diffusion abilities of riboflavin and irradiation conditions. However, it is comparatively difficult to obtain the actual cross-link distribution profile for the whole cornea from microstructural observations so far.</p>
<p>Next, according to the coordinates of the Gauss points of each element, the normalized cross-link energy for each element is obtained by submitting <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref>. Here, <italic>x</italic>, <italic>y</italic> and <italic>z</italic> are the coordinates of each Gauss point. In this way, the inhomogeneous distribution of the normalized cross-link energy can be effectively incorporated into the subroutine UMAT, <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3B</xref> for an illustration. By further considering the specific irradiation dose in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>, the gradiently distributed cross-links are finally obtained in ABAQUS.</p>
</sec>
<sec id="s2-4-3">
<title>2.4.3 Parameter Calibration of the Constitutive Equations</title>
<p>The constitutive equations presented in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Eq. 7</xref> contain nine model parameters. Thereinto, <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the matrix materials, <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the collagen fibers, and <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m142">
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m143">
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m144">
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> for the cross-links need to be determined by comparing the numerical results with corresponding experimental data. The remaining three can be obtained from previous literature. For instance, <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>66</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the volume ratio of the fibers distributed along the N-T and S-I directions, which is informed by the X-ray diffraction data (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Aghamohammadzadeh et al., 2004</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B36">Meek et al., 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Meek and Knupp, 2015</xref>). <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;MPa</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is considered to ensure the numerical convergence (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Huang et al., 2016</xref>). <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m147">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the angle between the cross-links and fibers, and is assumed to be 45&#xb0; (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Holzapfel and Ogden, 2020</xref>). In the following, we describe a detailed parameter calibration method for the determination of <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m151">
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m152">
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m153">
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>1) Perform inflation tests for the cornea without CXL to obtain the experimental IOP-apex displacement (<italic>P</italic>-<italic>r</italic>) relationships. Compare the simulated results with the experimental data to obtain <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>2) Perform inflation tests at different UVA irradiation doses to get the experimental <italic>P</italic>-<italic>r</italic> relationships treated by CXL. Then, transform the <italic>P</italic>-<italic>r</italic> relationships with/without CXL into the equivalent stress-strain <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relations following the conversion formula proposed by (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Anderson et al., 2004</xref>), i.e.<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mroot>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mroot>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the average corneal thickness, and <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.50</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Poisson&#x2019;s ratio for the cornea. Here, one should note that the <italic>P</italic>-<italic>r</italic> and <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relations are actually equivalent but only presented in different forms to help calibrate the model parameters affected by CXL.</p>
<p>3) Consider the transformed <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relations at three irradiation doses <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). Then, obtain the Cauchy stress component related to the cross-links <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> through <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> representing the condition without CXL.</p>
<p>4) Plot the <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> relations, and a straight line is expected according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref>. Then, one can have <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which yield the values of <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Take the average value of <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to finally obtain the value of parameter <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m177">
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>5) Perform finite element simulation for the inflation tests at one given irradiation dose, e.g., <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Compare the simulated results with related experimental data to obtain the fitting values of <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m179">
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m180">
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Results</title>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 IOP-Apex Displacement Relations of Cornea at Different Irradiation Doses</title>
<p>We firstly apply the proposed constitutive laws and finite element model as presented in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> to simulate the inflation test of porcine corneas. As informed by the experimental work of (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Boschetti et al., 2021</xref>), 90 excised and de-epithelized porcine corneas are considered in the test, and the irradiation dose ranges from 0 <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mtext>J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to 10.8 <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mtext>J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by using a constant irradiance of 9&#xa0;mW/cm<sup>2</sup>. Following the model parameter calibration process as mentioned in <xref ref-type="sec" rid="s2-4-3">Section 2.4.3</xref>, we can not only obtain the transformed experimental data as illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, but also get the model parameters with and without the influence of CXL, as listed in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>. Thereinto, the values of <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are close to the effective range for porcine cornea (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Cornaggia et al., 2020</xref>). With the calibrated constitutive equations, we are then able to compare the <italic>P</italic>-<italic>r</italic> relations at different irradiation doses. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, the evolution of IOP with respect to the apex displacement is compared between the simulated results (lines) and experimental data (dots) when <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It can be seen that: 1) Both the simulated results with and without CXL effect match well with corresponding experimental data when IOP increases up to 30&#xa0;mmHg. 2) At the same value of IOP, the apex displacement of corneal materials after cross-linking is obviously much smaller than that without cross-linking. Corresponding mechanisms are mainly ascribed to the formation of covalent bonds between adjacent proteoglycan and collagen molecules, which make the cross-linked cornea be more efficient in withstanding the external load. Therefore, cornea after CXL can better resist the geometrical deformation when stimulated by the increase of IOP.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>
<bold>(A)</bold> Experimental data for the IOP-apex displacement (<italic>P</italic>-<italic>r</italic>) relationships of porcine cornea at different irradiation doses (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Boschetti et al., 2021</xref>). <bold>(B)</bold> Equivalent stress-strain (<inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) relations at various irradiation doses following the conversion formula of (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Anderson et al., 2004</xref>). <bold>(C)</bold> Evolution of <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) with respect to the strain <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m190">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> at three irradiation doses, i.e., <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <bold>(D)</bold> Variation of <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext>&#x3c3;</mml:mtext>
<mml:mtext>C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m196">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g004.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Calibrated model parameters for porcine cornea with CXL.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameter</th>
<th align="center">Value</th>
<th align="center">Unit</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">0.10</td>
<td>MPa</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">0.80</td>
<td>MPa</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">400</td>
<td>&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m200">
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">2.30</td>
<td>MPa</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m201">
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">0.495</td>
<td>&#x2014;</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">
<inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m202">
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="char" char=".">100</td>
<td>&#x2014;</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Comparison of the <italic>P</italic>-<italic>r</italic> relations of porcine cornea between the experimental data (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Boschetti et al., 2021</xref>) and simulated results when <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g005.tif"/>
</fig>
<p>In order to further verify the rationality and accuracy of the proposed constitutive equations and calibrated parameters, we also try to compare the predicted <italic>P</italic>-<italic>r</italic> results with corresponding experimental data (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Cornaggia et al., 2020</xref>)by submitting <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>8.10</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into the calibrated model. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>, a rational agreement is still achieved for both the fitted and predicted results when <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m207">
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> increases from <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which obviously indicates that the hyperelastic constitutive equations developed in this work can well characterize the biomechanical behaviors of corneal stroma with gradiently distributed cross-links for a wide range of irradiation dose. In addition, for the same value of IOP, the apex displacement becomes further smaller with increasing irradiation dose, and it is determined by the inhomogeneous increment of cross-link density from the anterior layer of the corneal stroma.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Comparison of the <italic>P</italic>-<italic>r</italic> relations of porcine cornea between the experimental data (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Boschetti et al., 2021</xref>), predicted and simulated results when <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g006.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Discussion</title>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Distribution of the Mises Stress at Various Irradiation Doses</title>
<p>After the analysis of macroscopic materials deformation, we can move forward to discuss the underlying deformation mechanisms with the assistance of finite element simulations. As informed from previous literature, the distribution of cross-links in the corneal stroma is inhomogeneous. In order to get a sophisticated comprehension of the variation of corneal strength at different corneal thicknesses, the Mises stress (unit in MPa) distribution on the anterior, middle and posterior surface of corneal stroma is compared at various irradiation doses when the IOP equals 30&#xa0;mmHg, <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> for an illustration. It is noticed that: 1) For the cornea without CXL (<xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7A&#x2013;C</xref>), the region with the maximum stress locates on the intersecting line between the side and posterior surface. This is consistent with the heterogeneous distribution of fibers and geometrical feature of the corneal stroma, which makes the <italic>x</italic> axis direction the main load bearing direction during the inflation test. As a comparison, the region with the maximum stress becomes the anterior surface for the cornea after CXL (<xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7D,G,J</xref>). This feature is ascribed to the special microstructure distribution that cross-links with a maximum value of density locate on the anterior region, and makes it become the dominant load bearing tissue. 2) On the middle surface, the distribution of Mises stress varies from an elliptical pattern (<xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7B,E</xref>) to a square pattern (<xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7H,K</xref>) with the increase of irradiation dose. The primary cause originates from the fact that the angle between the cross-links and fibers along the N-T and S-I directions is set as 45&#xb0; for corneal stroma. Therefore, the dominant load bearing directions gradually vary from the two main fiber distribution directions to the two main cross-link distribution directions when the irradiation dose increases. 3) As a comparison, the Mises stress on the posterior surface tends to decrease with the increase of irradiation dose (<xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7C,F,I,L</xref>), which is mainly determined by the inhomogeneous distribution of cross-links along the thickness direction, and no cross-links exist on the posterior surface of cornea stroma.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Comparison of the Mises stress (unit in MPa) distribution for the anterior surface <bold>(A,D,G,J)</bold>, middle surface <bold>(B,E,H,K)</bold> and posterior surface <bold>(C,F,I,L)</bold> of porcine cornea when the IOP equals 30&#xa0;mmHg. The irradiation dose increases from <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:mtext>0&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g007.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> illustrates the meridional N-T sectional view of the Mises stress (unit in MPa) distribution for corneal stroma when the irradiation dose increases from <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:mtext>0&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the IOP equals 30&#xa0;mmHg. When <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>0&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a comparatively homogeneous distribution of the Mises stress (<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8A</xref>) is noticed in the central region of corneal stroma. As a comparison, when <italic>D</italic> increases from <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, an obviously gradient stress distribution is observed in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figures 8B&#x2013;D</xref> that the Mises stress decreases from the anterior layer surface along the thickness direction until it becomes zero. This thickness-dependent distribution of Mises stress turns to be increasingly obvious with the increase of irradiation dose. Recall <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref> for the depth-dependent density of cross-links, one may note that the increment rate of the cross-link density with the irradiation dose is the fastest in the anterior layer when <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, the gradient change of materials strength becomes increasingly obvious for the cross-linked corneas with a comparatively high value of irradiation dose.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Meridional N-T sectional view <bold>(A&#x2013;D)</bold> of the Mises stress (unit in MPa) distribution for porcine cornea when the IOP equals 30&#xa0;mmHg. The irradiation dose increases from <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:mtext>0&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g008.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Comparison of Different Strengthening Mechanisms Affected by CXL</title>
<p>In order to get a sophisticated comprehension of the contribution of different microstructures to the materials strength of cross-linked corneas, the Mises stress distribution (unit in MPa) on the middle surface of corneal stroma is compared between the matrix, fiber and cross-link component. The irradiation dose increases from <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the IOP equals 30&#xa0;mmHg (corresponding to comparatively large deformations). It can be seen in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> that for corneas with CXL, the distribution pattern intrinsically varies for the three different microstructures, namely, the Mises stress of the matrix, fiber and cross-link component exhibits a circular, zonal and square pattern, respectively. This is fundamentally determined by the various organizations of microstructures at the micro-scale, i.e., the matrix materials are homogenously distributed in corneal stroma, while the fibers are heterogeneously distributed in the N-T and S-I directions, and the cross-links are preferentially distributed along the two main families of fibers with a specific angle. Corresponding to these microstructural distribution features, both the N-T and S-I direction, as well as the 45&#xb0; direction with respect to the fibers become the main load bearing directions. Moreover, with the increase of irradiation dose, the square pattern of cross-links becomes increasingly obvious, while the circle pattern of the matrix changes to be square, and the zonal pattern of the fibers gets weakened and finally disappears, which is ascribed to the fact that the density of cross-links keeps increasing that makes the materials strength of corneas after CXL be dominated by the riboflavin/UVA induced cross-links.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Comparison of the Mises stress (unit in MPa) distribution on the middle surface of porcine cornea between the matrix <bold>(A,D,G)</bold>, fiber <bold>(B,E,H)</bold> and cross-link <bold>(C,F,I)</bold> component. The IOP equals 30&#xa0;mmHg, and the irradiation dose increases from <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>7</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Displacement Distribution at Various Irradiation Doses</title>
<p>Last but not the least, the effect of CXL on the deformation behavior of corneal materials can also be well characterized through the analysis of the distribution pattern of macroscopic displacement. As illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>, the meridional N-T sectional view of the displacement (unit in mm) distribution for porcine cornea is compared before and after the expansion deformation. The IOP equals 30&#xa0;mmHg, and the irradiation dose varies from <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:mtext>0&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It is known that: 1) For the cornea with/without CXL, materials deformation mainly concentrates at the center part due to the constraint conditions applied at the corneal edges, <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> for an illustration. 2) With the increase of irradiation dose, the apex displacement at 30&#xa0;mmHg decreases from 0.257 to 0.106&#xa0;mm, which clearly indicates that the ability of corneal stroma to resist the inflation deformation is effectively elevated after cross-linking. This deformation feature is fundamentally consistent with the Mises stress distribution patterns as presented in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref> that the increase of cross-link density at a comparatively high value of irradiation dose can help improve the materials strength. From the clinic point of view, the ability to control corneal deformation and increase the corneal stability through the application of CXL offers a promising method to cure the congenital corneal diseases like keratoconus.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Meridional N-T sectional view <bold>(A&#x2013;D)</bold> of the displacement (unit in mm) distribution for porcine cornea when the IOP equals 30&#xa0;mmHg. The irradiation dose increases from <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:mtext>0&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:mtext>&#xa0;J</mml:mtext>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>cm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-09-870134-g010.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>Conclusion</title>
<p>The method of CXL has long been realized as an effective technique to medically improve the stiffness and strength of collagen-based biomaterials, e.g., corneal stroma. However, corresponding deformation mechanisms from a biomechanical point of view have not been well comprehended so far, especially for the influence of gradiently distributed cross-links on the thickness-dependent strengthening behavior of corneal stroma after CXL. In this work, both theoretical model and finite element simulation are combined to help address the fundamental deformation mechanisms of cross-linked corneal stroma under inflation tests. The dominant innovations and conclusions are as follows:</p>
<p>1) Within the framework of strain energy density function theory, a hyperelastic model is proposed for corneal stroma that contains the stiffening contributions of gradiently distributed cross-links, collagen fibers and matrix materials. Thereinto, the strengthening mechanism induced by CXL is characterized by a mechanism-based strain energy function, which not only explicitly depends on the density of cross-links as a function of the corneal thickness and UVA irradiation dose, but also relies on the discrepant distribution of cross-links in the materials matrix and along the orthogonally distributed fibers.</p>
<p>2) The developed constitutive laws are incorporated into the subroutine UMAT of ABAQUS to simulate the deformation behaviors of corneal inflation tests at different UVA irradiation doses. Related methods for the setup of the heterogeneous distribution of cross-links along the thickness direction of corneal stroma and calibration of model parameters based on experimental data are both specified for the numerical simulation. It is realized that the simulated results not only can fit well with corresponding experimental data with/without CXL, but also are able to predict the macroscopic IOP-apex displacement relations as a function of the UVA irradiation dose. Further attentions, from the aspects of clinical practice, will be focused on the analysis of the effect of CXL on the mechanical behaviors of diseased corneas, e.g. keratoconus and corneas after refractive surgery.</p>
<p>3) The established finite element simulation framework offers a valid platform to address the underlying stiffening mechanisms induced by different microstructures at different UVA irradiation conditions. For the case without CXL, the orthogonally distributed fibers along the N-T and S-I directions dominate the heterogeneous deformation behaviors. As a comparison, for the condition with CXL, the stiffening behavior induced by cross-links dramatically varies along the thickness direction of corneal stroma. The unveiled mechanisms may theoretically help design and guide the operation of CXL in clinics.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>Manuscript writing and review: CX, XX, and YY. Model development and finite element simulation: CX. Design of this study and revision of the manuscript: XX and YY. All authors read and approved the final manuscript.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work was supported by the National Nature Science Foundation of China (NSFC) under Contract No&#x2019;s 11802344 and 12172384. XX thanks the initial funding supported by Central South University.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Aghamohammadzadeh</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Newton</surname>
<given-names>R. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meek</surname>
<given-names>K. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2004</year>). <article-title>X-ray Scattering Used to Map the Preferred Collagen Orientation in the Human Cornea and Limbus</article-title>. <source>Structure</source> <volume>12</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>249</fpage>&#x2013;<lpage>256</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.str.2004.01.002</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ambekar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Toussaint</surname>
<given-names>K. C.</given-names>
<suffix>Jr.</suffix>
</name>
<name>
<surname>Wagoner Johnson</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>The Effect of Keratoconus on the Structural, Mechanical, and Optical Properties of the Cornea</article-title>. <source>J. Mech. Behav. Biomed. Mater.</source> <volume>4</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>223</fpage>&#x2013;<lpage>236</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmbbm.2010.09.014</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Anderson</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>El-Sheikh</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Newson</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Application of Structural Analysis to the Mechanical Behaviour of the Cornea</article-title>. <source>J. R. Soc. Interface.</source> <volume>1</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>3</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2004.0002</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arrizabalaga</surname>
<given-names>J. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nollert</surname>
<given-names>M. U.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Riboflavin-UVA Crosslinking of Amniotic Membranes and its Influence on the Culture of Adipose-Derived Stem Cells</article-title>. <source>J. Mech. Behav. Biomed. Mater.</source> <volume>106</volume>, <fpage>103729</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmbbm.2020.103729</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bao</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Changes in Corneal Biomechanical Properties with Different Corneal Cross-Linking Irradiances</article-title>. <source>J. Refract. Surg.</source> <volume>34</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>51</fpage>&#x2013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3928/1081597X-20171025-01</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Blackburn</surname>
<given-names>B. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jenkins</surname>
<given-names>M. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rollins</surname>
<given-names>A. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dupps</surname>
<given-names>W. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A Review of Structural and Biomechanical Changes in the Cornea in Aging, Disease, and Photochemical Crosslinking</article-title>. <source>Front. Bioeng. Biotechnol.</source> <volume>7</volume>, <fpage>66</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fbioe.2019.00066</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Boschetti</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Conti</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Soriano</surname>
<given-names>E. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mazzotta</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pandolfi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Experimental <italic>In-Vitro</italic> Investigation on Epi-Off-Crosslinking on Porcine Corneas</article-title>. <source>PLoS One</source> <volume>16</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>e0249949</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0249949</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Buzzonetti</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bohringer</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liskova</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Valente</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Keratoconus in Children: A Literature Review</article-title>. <source>Cornea</source> <volume>39</volume> (<issue>12</issue>), <fpage>1592</fpage>&#x2013;<lpage>1598</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/ICO.0000000000002420</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Caporossi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mazzotta</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Paradiso</surname>
<given-names>A. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baiocchi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marigliani</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Caporossi</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Transepithelial Corneal Collagen Crosslinking for Progressive Keratoconus: 24-month Clinical Results</article-title>. <source>J. Cataract. Refract. Surg.</source> <volume>39</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>1157</fpage>&#x2013;<lpage>1163</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcrs.2013.03.026</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Petsche</surname>
<given-names>S. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pinsky</surname>
<given-names>P. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>A Structural Model for the <italic>In Vivo</italic> Human Cornea Including Collagen-Swelling Interaction</article-title>. <source>J. R. Soc. Interface.</source> <volume>12</volume> (<issue>109</issue>), <fpage>20150241</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2015.0241</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cornaggia</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Boschetti</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mazzotta</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pandolfi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Numerical Investigation on Epi-Off Crosslinking Effects on Porcine Corneas</article-title>. <source>Mech. Soft Mat.</source> <volume>2</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>15</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s42558-020-00030-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Damgaard</surname>
<given-names>I. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Riau</surname>
<given-names>A. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Teo</surname>
<given-names>E. P. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tey</surname>
<given-names>M. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nyein</surname>
<given-names>C. L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Corneal Remodelling and Topography Following Biological Inlay Implantation with Combined Crosslinking in a Rabbit Model</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>9</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>4479</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-019-39617-0</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dias</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Diakonis</surname>
<given-names>V. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lorenzo</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gonzalez</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Porras</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Douglas</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Corneal Stromal Elasticity and Viscoelasticity Assessed by Atomic Force Microscopy after Different Cross Linking Protocols</article-title>. <source>Exp. Eye Res. Res.</source> <volume>138</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.exer.2015.06.015</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fehervary</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maes</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vastmans</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kloosterman</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Famaey</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>How to Implement User-Defined Fiber-Reinforced Hyperelastic Materials in Finite Element Software</article-title>. <source>J. Mech. Behav. Biomed. Mater.</source> <volume>110</volume>, <fpage>103737</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmbbm.2020.103737</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gasser</surname>
<given-names>T. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ogden</surname>
<given-names>R. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Holzapfel</surname>
<given-names>G. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Hyperelastic Modelling of Arterial Layers with Distributed Collagen Fibre Orientations</article-title>. <source>J. R. Soc. Interface.</source> <volume>3</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>15</fpage>&#x2013;<lpage>35</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2005.0073</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gizzi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Bellis</surname>
<given-names>M. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vasta</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pandolfi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Diffusion-based Degeneration of the Collagen Reinforcement in the Pathologic Human Cornea</article-title>. <source>J. Eng. Math.</source> <volume>127</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>3</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10665-020-10088-x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Herber</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Francis</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spoerl</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pillunat</surname>
<given-names>L. E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Raiskup</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sinha Roy</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Comparison of Waveform-Derived Corneal Stiffness and Stress-Strain Extensometry-Derived Corneal Stiffness Using Different Cross-Linking Irradiances: an Experimental Study with Air-Puff Applanation of <italic>Ex Vivo</italic> Porcine Eyes</article-title>. <source>Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol.</source> <volume>258</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>2173</fpage>&#x2013;<lpage>2184</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00417-020-04792-8</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Holzapfel</surname>
<given-names>G. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gasser</surname>
<given-names>T. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ogden</surname>
<given-names>R. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>A New Constitutive Framework for Arterial Wall Mechanics and a Comparative Study of Material Models</article-title>. <source>J. Elast.</source> <volume>61</volume> (<issue>1/3</issue>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/a:1010835316564</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Holzapfel</surname>
<given-names>G. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ogden</surname>
<given-names>R. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>An Arterial Constitutive Model Accounting for Collagen Content and Cross-Linking</article-title>. <source>J. Mech. Phys. Solids</source> <volume>136</volume>, <fpage>103682</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2019.103682</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hovakimyan</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guthoff</surname>
<given-names>R. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stachs</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Collagen Cross-Linking: Current Status and Future Directions</article-title>. <source>J. Ophthalmol.</source> <volume>2012</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>12</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2012/406850</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yan</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cao</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Mechanical Responses of the Periodontal Ligament Based on an Exponential Hyperelastic Model: a Combined Experimental and Finite Element Method</article-title>. <source>Comput. Methods Biomechanics Biomed. Eng.</source> <volume>19</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>188</fpage>&#x2013;<lpage>198</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/10255842.2015.1006207</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kobashi</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tsubota</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Accelerated versus Standard Corneal Cross-Linking for Progressive Keratoconus: A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials</article-title>. <source>Cornea</source> <volume>39</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>172</fpage>&#x2013;<lpage>180</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/ICO.0000000000002092</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kohlhaas</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spoerl</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Schilde</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Unger</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wittig</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pillunat</surname>
<given-names>L. E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Biomechanical Evidence of the Distribution of Cross-Links in Corneastreated with Riboflavin and Ultraviolet A Light</article-title>. <source>J. Cataract. Refract. Surg.</source> <volume>32</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>279</fpage>&#x2013;<lpage>283</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcrs.2005.12.092</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kymionis</surname>
<given-names>G. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kontadakis</surname>
<given-names>G. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hashemi</surname>
<given-names>K. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Accelerated versus Conventional Corneal Crosslinking for Refractive Instability</article-title>. <source>Curr. Opin. Ophthalmol.</source> <volume>28</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>343</fpage>&#x2013;<lpage>347</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/ICU.0000000000000375</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Keratectasia after Laser-Assisted Subepithelial Keratectomy for Myopia</article-title>. <source>Med. Baltim.</source> <volume>97</volume> (<issue>12</issue>), <fpage>e0094</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/MD.0000000000010094</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020a</year>). <article-title>Characterization of Hyperelastic Mechanical Properties for Youth Corneal Anterior Central Stroma Based on Collagen Fibril Crimping Constitutive Model</article-title>. <source>J. Mech. Behav. Biomed. Mater.</source> <volume>103</volume>, <fpage>103575</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmbbm.2019.103575</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mu</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2020b</year>). <article-title>Changes and Quantitative Characterization of Hyper-Viscoelastic Biomechanical Properties for Young Corneal Stroma after Standard Corneal Cross-Linking Treatment with Different Ultraviolet-A Energies</article-title>. <source>Acta Biomater.</source> <volume>113</volume>, <fpage>438</fpage>&#x2013;<lpage>451</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.actbio.2020.06.005</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lombardo</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pucci</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Barberi</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lombardo</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Interaction of Ultraviolet Light with the Cornea: Clinical Implications for Corneal Crosslinking</article-title>. <source>J. Cataract. Refract. Surg.</source> <volume>41</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>446</fpage>&#x2013;<lpage>459</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcrs.2014.12.013</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Marafon</surname>
<given-names>S. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kwitko</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marinho</surname>
<given-names>D. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Long-term Results of Accelerated and Conventional Corneal Cross-Linking</article-title>. <source>Int. Ophthalmol.</source> <volume>40</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>2751</fpage>&#x2013;<lpage>2761</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10792-020-01462-w</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mas Tur</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>MacGregor</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jayaswal</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>O&#x27;Brart</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maycock</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A Review of Keratoconus: Diagnosis, Pathophysiology, and Genetics</article-title>. <source>Surv. Ophthalmol.</source> <volume>62</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>770</fpage>&#x2013;<lpage>783</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.survophthal.2017.06.009</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mazzotta</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Balestrazzi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Traversi</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baiocchi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Caporossi</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tommasi</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Treatment of Progressive Keratoconus by Riboflavin-UVA-Induced Cross-Linking of Corneal Collagen</article-title>. <source>Cornea</source> <volume>26</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>390</fpage>&#x2013;<lpage>397</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/ICO.0b013e318030df5a</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mazzotta</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Traversi</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baiocchi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bagaglia</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Caporossi</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Villano</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Corneal Collagen Cross-Linking with Riboflavin and Ultraviolet A Light for Pediatric Keratoconus: Ten-Year Results</article-title>. <source>Cornea</source> <volume>37</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>560</fpage>&#x2013;<lpage>566</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/ICO.0000000000001505</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mazzotta</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wollensak</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Raiskup</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pandolfi</surname>
<given-names>A. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spoerl</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>The Meaning of the Demarcation Line after Riboflavin-UVA Corneal Collagen Crosslinking</article-title>. <source>Expert Rev. Ophthalmol.</source> <volume>14</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>115</fpage>&#x2013;<lpage>131</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/17469899.2019.1611425</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>McKay</surname>
<given-names>T. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Priyadarsini</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karamichos</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Mechanisms of Collagen Crosslinking in Diabetes and Keratoconus</article-title>. <source>Cells</source> <volume>8</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>1239</fpage>&#x2013;<lpage>1627</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/cells8101239</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Meek</surname>
<given-names>K. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Knupp</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Corneal Structure and Transparency</article-title>. <source>Prog. Retin. Eye Res.</source> <volume>49</volume>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.preteyeres.2015.07.001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Meek</surname>
<given-names>K. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tuft</surname>
<given-names>S. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gill</surname>
<given-names>P. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hayes</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Newton</surname>
<given-names>R. H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Changes in Collagen Orientation and Distribution in Keratoconus Corneas</article-title>. <source>Invest. Ophthalmol. Vis. Sci.</source> <volume>46</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>1948</fpage>&#x2013;<lpage>1956</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1167/iovs.04-1253</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Montanino</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gizzi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vasta</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Angelillo</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pandolfi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Modeling the Biomechanics of the Human Cornea Accounting for Local Variations of the Collagen Fibril Architecture</article-title>. <source>Z. Angew. Math. Mech.</source> <volume>98</volume> (<issue>12</issue>), <fpage>2122</fpage>&#x2013;<lpage>2134</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/zamm.201700293</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Moshirfar</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Albarracin</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Desautels</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Birdsong</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Linn</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hoopes</surname>
<given-names>P. C.</given-names>
<suffix>Sr.</suffix>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Ectasia Following Small-Incision Lenticule Extraction (SMILE): a Review of the Literature</article-title>. <source>Clin. Ophthalmol.</source> <volume>11</volume>, <fpage>1683</fpage>&#x2013;<lpage>1688</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2147/OPTH.S147011</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nohava</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Swain</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lang</surname>
<given-names>S. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maier</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heinzelmann</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Reinhard</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Instrumented Indentation for Determination of Mechanical Properties of Human Cornea after Ultraviolet-A Crosslinking</article-title>. <source>J. Biomed. Mat. Res.</source> <volume>106</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>1413</fpage>&#x2013;<lpage>1420</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/jbm.a.36337</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pandolfi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gizzi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vasta</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A Microstructural Model of Cross-Link Interaction between Collagen Fibrils in the Human Cornea</article-title>. <source>Phil. Trans. R. Soc. A</source> <volume>377</volume> (<issue>2144</issue>), <fpage>20180079</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsta.2018.0079</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pandolfi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Manganiello</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>A Model for the Human Cornea: Constitutive Formulation and Numerical Analysis</article-title>. <source>Biomech. Model. Mechanobiol.</source> <volume>5</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>237</fpage>&#x2013;<lpage>246</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10237-005-0014-x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Raghunathan</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thomasy</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Str&#xf8;m</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ya&#xf1;ez-Soto</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Garland</surname>
<given-names>S. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sermeno</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Tissue and Cellular Biomechanics during Corneal Wound Injury and Repair</article-title>. <source>Acta Biomater.</source> <volume>58</volume>, <fpage>291</fpage>&#x2013;<lpage>301</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.actbio.2017.05.051</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rahmati</surname>
<given-names>S. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Razaghi</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Karimi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Biomechanics of the Keratoconic Cornea: Theory, Segmentation, Pressure Distribution, and Coupled FE-Optimization Algorithm</article-title>. <source>J. Mech. Behav. Biomed. Mater.</source> <volume>113</volume> (<issue>104155</issue>), <fpage>104155</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmbbm.2020.104155</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rubinfeld</surname>
<given-names>R. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Caruso</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ostacolo</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Corneal Cross-Linking: The Science beyond the Myths and Misconceptions</article-title>. <source>Cornea</source> <volume>38</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>780</fpage>&#x2013;<lpage>790</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/ICO.0000000000001912</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>S&#xe1;ez</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pe&#xf1;a</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mart&#xed;nez</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>A Structural Approach Including the Behavior of Collagen Cross-Links to Model Patient-specific Human Carotid Arteries</article-title>. <source>Ann. Biomed. Eng.</source> <volume>42</volume> (<issue>6</issue>), <fpage>1158</fpage>&#x2013;<lpage>1169</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10439-014-0995-7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Scarcelli</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kling</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Quijano</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pineda</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Marcos</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yun</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Brillouin Microscopy of Collagen Crosslinking: Noncontact Depth-dependent Analysis of Corneal Elastic Modulus</article-title>. <source>Invest. Ophthalmol. Vis. Sci.</source> <volume>54</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>1418</fpage>&#x2013;<lpage>1425</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1167/iovs.12-11387</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Scarcelli</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pineda</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yun</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Brillouin Optical Microscopy for Corneal Biomechanics</article-title>. <source>Invest. Ophthalmol. Vis. Sci.</source> <volume>53</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>185</fpage>&#x2013;<lpage>190</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1167/iovs.11-8281</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Seifert</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hammer</surname>
<given-names>C. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rheinlaender</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sel</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Scholz</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Paulsen</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Distribution of Young&#x27;s Modulus in Porcine Corneas after riboflavin/UVA-Induced Collagen Cross-Linking as Measured by Atomic Force Microscopy</article-title>. <source>PLoS One</source> <volume>9</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>e88186</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0088186</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sorkin</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Varssano</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Corneal Collagen Crosslinking: a Systematic Review</article-title>. <source>Ophthalmologica</source> <volume>232</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>10</fpage>&#x2013;<lpage>27</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1159/000357979</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Spoerl</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mrochen</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sliney</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Trokel</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seiler</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Safety of UVA-Riboflavin Cross-Linking of the Cornea</article-title>. <source>Cornea</source> <volume>26</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>385</fpage>&#x2013;<lpage>389</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/ICO.0b013e3180334f78</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eickhoff</surname>
<given-names>J. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eliceiri</surname>
<given-names>K. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chesler</surname>
<given-names>N. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Validation of an Arterial Constitutive Model Accounting for Collagen Content and Crosslinking</article-title>. <source>Acta Biomater.</source> <volume>31</volume>, <fpage>276</fpage>&#x2013;<lpage>287</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.actbio.2015.11.058</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>L.-L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Qin</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Distribution of Corneal Geometric Landmarks and Relationship between Their Distances and Biomechanical Parameters in the Development of Keratoconus</article-title>. <source>Front. Bioeng. Biotechnol.</source> <volume>9</volume> (<issue>1087</issue>), <fpage>766163</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fbioe.2021.766163</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Turhan</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yargi</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Toker</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Efficacy of Conventional versus Accelerated Corneal Cross-Linking in Pediatric Keratoconus: Two-Year Outcomes</article-title>. <source>J. Refract. Surg.</source> <volume>36</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>265</fpage>&#x2013;<lpage>269</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3928/1081597X-20200302-01</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B54">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Vinciguerra</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Montericcio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Catania</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fossati</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Raimondi</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Legrottaglie</surname>
<given-names>E. F.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>New Perspectives in Keratoconus Treatment: an Update on Iontophoresis-Assisted Corneal Collagen Crosslinking</article-title>. <source>Int. Ophthalmol.</source> <volume>41</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>1909</fpage>&#x2013;<lpage>1916</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10792-021-01713-4</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B55">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chester</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Multi-physics Modeling and Finite Element Formulation of Corneal UV Cross-Linking</article-title>. <source>Biomech. Model. Mechanobiol.</source> <volume>20</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>1561</fpage>&#x2013;<lpage>1578</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10237-021-01463-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B56">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Weiss</surname>
<given-names>J. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maker</surname>
<given-names>B. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Govindjee</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1996</year>). <article-title>Finite Element Implementation of Incompressible, Transversely Isotropic Hyperelasticity</article-title>. <source>Comput. Methods Appl. Mech. Eng.</source> <volume>135</volume> (<issue>1-2</issue>), <fpage>107</fpage>&#x2013;<lpage>128</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0045-7825(96)01035-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B57">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wollensak</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Iomdina</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Long-term Biomechanical Properties of Rabbit Cornea after Photodynamic Collagen Crosslinking</article-title>. <source>Acta Ophthalmol.</source> <volume>87</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>48</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1755-3768.2008.01190.x</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B58">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wollensak</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spoerl</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seiler</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003a</year>). <article-title>Riboflavin/ultraviolet-a-induced Collagen Crosslinking for the Treatment of Keratoconus</article-title>. <source>Am. J. Ophthalmol.</source> <volume>135</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>620</fpage>&#x2013;<lpage>627</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0002-9394(02)02220-1</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B59">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wollensak</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spoerl</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seiler</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003b</year>). <article-title>Stress-strain Measurements of Human and Porcine Corneas after Riboflavin-Ultraviolet-A-Induced Cross-Linking</article-title>. <source>J. Cataract. Refract. Surg.</source> <volume>29</volume> (<issue>9</issue>), <fpage>1780</fpage>&#x2013;<lpage>1785</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0886-3350(03)00407-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B60">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Woo</surname>
<given-names>J. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Iyer</surname>
<given-names>J. V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lim</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hla</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mehta</surname>
<given-names>J. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>C. M.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Conventional versus Accelerated Collagen Cross-Linking for Keratoconus: A Comparison of Visual, Refractive, Topographic and Biomechanical Outcomes</article-title>. <source>Open Ophthalmol. J.</source> <volume>11</volume>, <fpage>262</fpage>&#x2013;<lpage>272</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2174/1874364101711010262</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B63">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>X. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>C. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yin</surname>
<given-names>Y. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A Hyperelastic Model for Corneal Stroma Accounting for Cross-Linking and Damage</article-title>. <source>Int. J. Eng. Sci.</source> <comment>In Press</comment>. </citation>
</ref>
<ref id="B61">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhai</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Exploring the Biomechanical Properties of the Human Cornea <italic>In Vivo</italic> Based on Corvis ST</article-title>. <source>Front. Bioeng. Biotechnol.</source> <volume>9</volume>, <fpage>771763</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fbioe.2021.771763</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B62">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eliasy</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lopes</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Abass</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vinciguerra</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vinciguerra</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Stress-Strain Index Map: A New Way to Represent Corneal Material Stiffness</article-title>. <source>Front. Bioeng. Biotechnol.</source> <volume>9</volume> (<issue>155</issue>), <fpage>640434</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fbioe.2021.640434</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>