Разработка комплекса математических моделей биомеханических параметров роговицы с диагностированным кератоконусом до и после лечения кросслинкингом роговичного коллагена

Целью работы является построение трехмерной геометрической и механической конечно-элементной модели роговицы и численного анализа ее напряженно-деформированного состояния и механического поведения в условиях действия внутриглазного давления и внешнего давления воздушной струи при диагностике пациентов на разных стадиях кератоконуса, а также после лечения с помощью кросслинкинга роговичного коллагена. Выстраивается геометрическая модель роговицы в виде пространственного сегмента выпуклой тонкостенной оболочки с переменной толщиной стенки и произвольной формой передней и задней поверхностей, задаваемых путем интерполяции экспериментальных данных томографического исследования роговицы конкретного пациента с помощью кератотопографа Pentacam AXL . Материал оболочки, моделирующей роговицу, считается неоднородным, изотропным и нелинейно-упругим. Его коэффициенты жесткости устанавливаются на основе известных экспериментальных данных и уточняются из сопоставления результатов численного моделирования параметров деформации роговицы при воздействии воздушного им пульса и их натурного определения на бесконтактном тонометре Corvis ST . Для описания действия воздушного потока при тонометрии на части внешней поверхности модельной оболочки задается распределенная импульсная нагрузка, параметры которой соответствуют параметрам воздушного импульса используемого прибора. При наличии эктатического процесса в окрестности соответствующей зоны роговицы в модели вводятся локальные области со снижающимися (от периферии к центру) коэффициентами жесткости материала. Размеры, форма, положение, количество таких областей и характер снижения жесткости внутри них устанавливаются из решения серии обратных задач по минимизации разницы между результатами моделирования и экспериментального измерения кератотопометрических и деформационных параметров в характерных точках роговицы. Для моделирования процедуры кросслинкинга роговичного коллагена в стенке оболочки вводится дополнительная круговая зона с повышенными коэффициентами жесткости. Изменение характеристик жесткости материала по глубине и радиусу данной зоны задается в соответствии с экспериментальными данными о распределении фотосенсибилизирующего вещества при его диффузии в роговице и плотности потока ультрафиолетового излучения заданной мощности.