Оценка упругих характеристик глазного яблока по отклику энуклеированного глаза на введение заданных объемов жидкости

Автор: Моисеева И.Н., Штейн А.А., Любимов Г.А.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 4 (90) т.24, 2020 года.

Бесплатный доступ

Выполнено математическое моделирование деформации глазного яблока под действием внутреннего давления. Моделирование осуществлялось в рамках развиваемого авторами общего подхода, представляющего глазное яблоко как совокупность деформируемой двумерной поверхности (роговица) и нульмерного элемента, откликающегося изменением объема на изменения внутриглазного давления (склеральная область). Результаты расчетов сопоставлены с представленными в литературе экспериментальными данными, полученными на энуклеированных глазах человека. Сделан вывод, что наблюдаемая в опытах нелинейность зависимости внутриглазного объема от давления определяется нелинейностью упругого поведения роговицы, тогда как склеральная область в исследованном дипазоне давлений деформируется практически линейно. Оценены значения констант, присутствующих в модели: роговичной и склеральной жесткостей и параметра, определяющего нелинейность упругого деформирования роговицы. Значения упругих модулей оказались близки к оценкам, ранее полученным авторами на основании измерений, выполненных на живом глазу. Величина параметра нелинейности роговицы, определенная по измерениям на целом энуклеированном глазу, получилась близкой к значениям, оцененным авторами на основании данных опытов с изолированной роговицей, но в среднем несколько ниже. Индивидуальные значения всех упругих параметров для конкретных обследованных глаз заметно различаются между собой.

Еще

Энуклеированный глаз, роговица, склера, нелинейные упругие свойства, внутриглазное давление, математические модели

Короткий адрес: https://sciup.org/146282181

IDR: 146282181   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2020.4.01

Список литературы Оценка упругих характеристик глазного яблока по отклику энуклеированного глаза на введение заданных объемов жидкости

  • Аветисов С.Э., Бубнова И.А., Антонов А.А. Диагностические возможности эластотонометрии // Глаукома: реальность и перспективы: сб. науч. ст. / под ред. С.Э. Аветисова; НИИ глазных болезней РАМН. - М.,2008. - Ч. 2. - С. 81-85.
  • Бауэр С.М., Любимов Г.А., Товстик П.Е. Математическое моделирование метода Маклакова измерения внутриглазного давления // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. - 2005. - № 1. -С. 24-39.
  • Моисеева И.Н., Штейн А.А. Анализ зависимости давление-объем для глазного яблока, нагруженного плоским штампом, на основе двухсегментной упругой модели // Изв. 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.
  • Моисеева И.Н., Штейн А.А. Математическое моделирование аппланационного нагружения глазного яблока с учетом нелинейности упругих свойств роговицы // Российский журнал биомеханики. -2020. - Т. 24, № 3. - С. 272-281.
  • Штейн А.А. О понятии ригидности глаза // IV Российский общенациональный офтальмологический форум: сб. тр. науч.-практ. конф. с междунар. уч., Москва 5-7 октября 2011 г. / под ред. В.В. Нероева; Московский научно-исследовательский институт глазных болезней им. Гельмгольца Минздравсоцразвития России. - М., 2011. - Т. 2. - С. 257-261.
  • 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.
  • Anderson K., El-Sheikh A., Newson T. Application of structural analysis to the mechanical behaviour of the cornea // Journal of the Royal Society Interface. - 2004. - Vol. 1, no. 1. - P. 3-15.
  • Asejczyk-Widlicka M., Pierscionek B.K. The elasticity and rigidity of the outer coats of the eye // The British Journal of Ophthalmology. - 2008. - Vol. 92, no. 10. - P. 1415-1418.
  • Bryant M.R., McDonnell P.J. Constitutive laws for biomechanical modeling of refractive surgery // The Journal of Biomechanical Engineering. - 1996. - Vol. 118, no. 4. - P. 473-481.
  • Clark J.H. A method for measuring elasticity in vivo and results obtained on the eyeball at different intraocular pressures // The American Journal of Physiology. - 1932. - Vol. 101. - P. 474-481.
  • Corneal Biomechanics and Refractive Surgery. Ed. F.A. Guarnieri. - Berlin: Springer, etc., 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 // The Journal of Biomechanical Engineering. - 2015. - Vol. 137, no. 4. - 041006.
  • Detorakis E.T., Pallikaris I.G. Ocular rigidity: biomechanical role, in vivo measurements and clinical significance // Clinical and Experimental Ophthalmology. - 2013. - Vol. 41, no. 1. - P. 73-81.
  • Dyk D.W., Miller K.M. Mechanical model of human eye compliance for volumetric occlusion // Journal of Cataract & Refractive Surgery. - 2018. - Vol. 44. - P. 231-236.
  • Elsheikh A., Alhasso D., Rama P. Biomechanical properties of human and porcine corneas // Experimental Eye Research. - 2008. - Vol. 86. - P. 783-790.
  • Fernandez D.C., Niazy A.M., Kurtz R.M., Djotyan G.P., Juhasz T. Finite element analysis applied to cornea reshaping // The Journal of Biomedical Optics. - 2005. - Vol. 10, no. 6. - 064018. - P. 1-11.
  • Friedenwald J.S. Contribution to the theory and practice of tonometry // The American Journal of Ophthalmology. - 1937. - Vol. 20, no. 10. - P. 985-1024.
  • Friedenwald J.S. Standartization of tonometers: decennial report by the committee on standartization of tonometers. - American Academy of Ophthalmology and Otolaryngology, 1954. - 177 p.
  • Hjortdal J.0. Regional elastic performance of the human cornea // Journal of Biomechanics. - 1996. -Vol. 29, no. 7. - P. 931-942.
  • Macri F.J., Wanko T., Grimes P.A. The elastic properties of the human eye // AMA Archives of Ophthalmology. - 1958. - Vol. 60, no. 6. - P. 1021-1026.
  • McBain E.H. Tonometer calibration. II. Ocular rigidity // AMA Archives of Ophthalmology. - 1958. -Vol. 60. - P. 1080-1091.
  • Moses R.A. Theory of the Schi0tz tonometer and its empirical calibration // Transactions of the American Ophthalmological Society. - 1971. - Vol. 69. - P. 494-562.
  • Pallikaris I.G., Kymionis G.D., Ginis H.S., Kounis G.A., Tsilimbaris M.K. Ocular rigidity in living human eyes // Investigative Ophthalmology & Visual Science. - 2005. - Vol. 46, no. 2. - P. 409-414.
  • Reichel E., Miller D., Blanco E., Mastanduno R. The elastic modulus of central and perilimbal bovine cornea // Annals of Ophthalmology. - 1989. - Vol. 21. - P. 205-208.
  • Ridley F. The intraocular pressure and drainage of the aqueous humour // British Journal of Experimental Pathology. - 1930. - Vol. 11, no. 4. - P. 217-240.
  • Shin T.J., Vito R.P., Johnson L.W., McCarey B.E. The distribution of strain in the human cornea // Journal of Biomechanics. - 1997. - Vol. 30, no. 5. - P. 497-503.
  • Silver D.M., Geyer O. Pressure-volume relation for the living human eye // Current Eye Research. - 2000. -Vol. 20, no. 2. - P. 115-120.
Еще
Статья научная