Математическое моделирование корнеального гистерезиса

Автор: Моисеева И.Н., Штейн А.А.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 4 (102) т.27, 2023 года.

Бесплатный доступ

Выполнено математическое моделирование деформирования глазного яблока под действием внешнего давления, приложенного к роговице в ограниченной области и постепенно нарастающего, а затем убывающего по заданному закону. Такая зависимость соответствует изменению прилагаемого давления в анализаторе реакции глаза ( ORA ), применяемому в клинике. Используется разработанный ранее авторами подход, основанный на представлении роговицы мягкой двумерной поверхностью, а склеральной области нульмерным элементом. Поскольку рассматриваемый процесс происходит очень быстро (длительностью несколько десятков миллисекунд), его нельзя рассматривать как чисто упругий. Учитывается вязкоупругость роговицы по фойгтовскому типу, причем малость характерного времени релаксации деформаций позволяет рассматривать решение как поправку к рассмотренной на предыдущем этапе исследований аналогичной чисто упругой задаче. Исследовано поведение параметров, характеризующих асимметрию отклика системы на симметричное воздействие: времени запаздывания момента максимального уплощения роговицы в апикальной области при разгрузке по сравнению моментом ее уплощения при нагружении и разности внешних давлений, при которых эти уплощения достигаются (корнеального гистерезиса). Значения этих параметров, полученные при моделировании, имеют тот же порядок, что те же значения, определяемые экспериментально. Показано, что гистерезис возрастает с увеличением времени релаксации деформаций и при росте максимума внешнего давления.

Еще

Глаз, роговица, вязкоупругие свойства, внутриглазное давление, тонометрия, воздействие воздушной струей, корнеальный гистерезис, математические модели

Короткий адрес: https://sciup.org/146282801

IDR: 146282801   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2023.4.07

Список литературы Математическое моделирование корнеального гистерезиса

  • Бауэр С.М., Любимов Г.А., Товстик П.Е. Математическое моделирование метода Маклакова измерения внутриглазного давления // Известия РАН. Механика жидкости и газа. - 2005. - № 1. - С. 24-39.
  • Кабриц С.А., Михайловский Е.И., Товстик П.Е., Черных К.Ф., Шамина В.А. Общая нелинейная теория упругих оболочек. - СПб: Изд-во Санкт-Петербургского университета. - 388 с.
  • Моисеева И.Н., Штейн А.А. Анализ зависимости давление - объем для глазного яблока, нагруженного плоским штампом, на основе двухсегментной упругой модели // Известия РАН. Механика жидкости и газа. -2011. - № 5. - С. 3-15.
  • Моисеева И.Н., Штейн А.А. Влияние пространственной неоднородности роговицы на деформационные свойства глазного яблока и результаты аппланационной тонометрии по Маклакову // Биофизика. - 2017. -Т. 62, № 6. - С. 1193-1203.
  • Моисеева И.Н., Штейн А.А. Математическое моделирование деформирования роговицы глаза приложенным извне давлением // Российский журнал биомеханики. - 2019. - Т. 23, № 4. - С. 511-525.
  • Штейн А.А., Моисеева И.Н., Любимов Г.А. Математическая модель роговицы глаза с учетом экспоненциальной нелинейности ее упругих свойств при условии геометрической малости деформаций // Российский журнал биомеханики. - 2019. - Т. 23, № 3. -С. 375-390.
  • Corneal biomechanics and refractive surgery / Ed. by F.A. Guarnieri. - Berlin: Springer, 2015. - 146 p.
  • Coudrillier B., Pijanka J., Jefferys J., Sorensen T., Quigley H.A., Boote C., Nguyen T.D. Collagen structure and mechanical properties of the human sclera: analysis for the effects of age // J. Biomech. Eng. - 2015. - V. 137, No. 4. -P. 041006.
  • Elsheikh A., Alhasso D., Kotecha A., Garway-Heath D.F. Assessment of the ocular response analyzer as a tool for intraocular pressure measurement // J. Biomech. Eng. -2009. - Vol. 131. - ArticlelD 081010. - P. 1-9.
  • Fu J., Haghighi-Abayneh M., Pierron F, Ruiz P.D. Depth-resolved full-field measurement of corneal deformation by optical coherence tomography and digital volume correlation // Exp. Mech. - 2016. - Vol. 56, No. 7. -P. 1203-1217.
  • Geraghty B., Whitford C., Boote C., Akhtar R., Elsheikh A. Age-related variation in the biomechanical and structural properties of the corneo-scleral tunic // Mechanical Properties of Aging Soft Tissues / Eds. B. Derby and R. Akhtar. - Boston MA: Springer, 2015 - P. 207-235.
  • Goebels S.C., Seitz B., Langenbucher A. Precision of ocular response analyzer // Current Eye Res. - 2012. - Vol. 37, No. 8. - P. 689-693.
  • Jannesari M., Kadkhodaei M., Mosaddegh P., Kasprzak H., Behrouz M.J. Assessment of corneal and fatty tissues bio-mechanical response in dynamic tonometry tests by using inverse models // Acta Bioeng. Biomech. - 2018. -Vol. 20, No. 1. - P. 39-48.
  • Joda A.A., Shervin M.M.S., Kook D., Elsheikh A. Development and validation of a correction equation for Corvis tonometry // Comp. Meth. Biomech. Biomed. Eng. -2016. - Vol. 19, No. 9. - P. 943-953.
  • Luce D.A. Determining in vivo biomechanical properties of the cornea with an ocular response analyzer // J. Cataract Refract. Surg. - 2005. - Vol. 31, No. 1. - P. 156-162.
  • Murtagh P., Greene G., O'Brien C. Current applications of machine learning in the screening and diagnosis of glaucoma: a systematic review and meta-analysis // Int. J. Ophthalmol. - 2020. - Vol. 13. - P. 149-162.
  • Pallikaris I.G., Kymionis G.D., Ginis H.S., Kountis G.A., Tsilimbaris M.K. Ocular rigidity in living human eyes // Invest. Ophthalm. Vis. Sci. - 2005. - Vol. 46, No. 2. -P. 409-414.
  • Ramm L., Herber R., Spoerl E., Raiskup F., Pillunat L.E., Terai N. Intraocular pressure measurement using Ocular response analyzer, dynamic contour tonometer, and scheimpflug analyzer Corvis ST // J. Ophthalm. - 2019. -Vol. 2019. - ArticlelD 3879651. - 9 p.
  • Sit A.J., Chen T.C., Takusagawa H.L., Rosdahl J.A., Hoguet A., Chopra V., Richter G.M., Ou Y., Kim S.J., WuDunn D. Corneal hysteresis for the diagnosis of glaucoma and assessment of progression risk: A report by the American Academy of Ophthalmology // Ophthalmology. - 2023. - Vol. 130, No. 4. - P. 433-442.
  • Zimprich L., Diedrich J., Bleeker A., Schweitzer J.A. Corneal hysteresis as a biomarker of glaucoma: current insights // Clin. Ophthalmol. - 2020. - Vol. 14. -P. 2255-2264.
Еще
Статья научная