Зависимость деформации роговицы от параметров системы при быстром нестационарном нагружении

Автор: Моисеева И.Н., Штейн А.А.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 4 (106) т.28, 2024 года.

Бесплатный доступ

Выполнено математическое моделирование деформирования глазного яблока под нестационарным воздействием внешнего давления, приложенного в ограниченной области роговицы, в широком диапазоне характеризующих систему параметров. Давление сначала возрастает, а затем убывает таким образом, что кривая «давление – время» оказывается симметричной. Характерное время всего процесса имеет порядок нескольких десятков миллисекунд. Такая зависимость соответствует воздействию на глаз, реализуемому в анализаторе реакции глаза (ORA). Используется ранее разработанный авторами подход, основанный на представлении роговицы мягкой двумерной поверхностью, а склеральной области нульмерным элементом. Деформация роговицы описывается линейными вязко-упругими соотношениями фойгтовского типа, а склеральный элемент считается линейно упругим. Дважды (при нагружении и разгрузке) центральная область роговицы принимает форму, близкую к плоской. Исследуется зависимость величин, характеризующих расположение моментов уплощения на кривой «давление – время», от истинного внутриглазного давления, механических свойств глазных тканей, и максимального нагружающего давления. Показано, что среднее давление уплощения (полусумма давлений уплощения при нагружении и разгрузке) может быть использовано для оценки истинного внутриглазного давления, однако учет индивидуальных механических (упругих и вязкоупругих) свойств глазных тканей может вносить определенные поправки. Величина корнеального гистерезиса (разность давлений уплощения) заметно зависит от истинного внутриглазного давления и в общем случае не может рассматриваться как характеристика, непосредственно отражающая степень вязкоупругости роговицы. Предложена методика эффективной оценки параметра, характеризующего ее вязкоупругость, по данным, определяемым в эксперименте.

Еще

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

Короткий адрес: https://sciup.org/146282998

IDR: 146282998 | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2024.4.05

Список литературы Зависимость деформации роговицы от параметров системы при быстром нестационарном нагружении

Luce, D.A. Determining in vivo biomechanical properties of the cornea with an ocular response analyzer / D.A. Luce // J. Cataract Refract. Surg. – 2005. – Vol. 31, no. 1. – P. 156–162.
Моисеева, И.Н. Математическое моделирование деформирования роговицы глаза приложенным извне давлением / И.Н. Моисеева, А.А. Штейн // Росс. журн. биомех. – 2019. – Т. 23, № 4. – С. 511–525.
Murtagh, P. Current applications of machine learning in the screening and diagnosis of glaucoma: A systematic review and meta-analysis / P. Murtagh, G. Greene, C. O’Brien // Int. J. Ophthalmol. – 2020. – Vol. 13. – P. 149–162.
Corneal hysteresis for the diagnosis of glaucoma and assessment of progression risk: A report by the American Academy of Ophthalmology / A.J. Sit, T.C. Chen, H.L. Takusagawa, J.A. Rosdahl, A. Hoguet, V. Chopra, G.M. Richter, Y. Ou, S.J. Kim, D. WuDunn // Ophthalmology. – 2023. – Vol. 130, no. 4. – P. 433–442.
Corneal hysteresis as a biomarker of glaucoma: current insights / L. Zimprich, J. Diedrich, A. Bleeker, J.A. Schweitzer // Clin. Ophthalmol. – 2020. – Vol. 14. – P. 2255–2264.
Liang, L. Corneal hysteresis and glaucoma / L. Liang, R.Zhang, L.-Y. He // Int. Ophthalmol. – 2019. – Vol. 39, no. 8. – P. 1909–1916.
Sallam, M.A. Use of corneal hysteresis and corneal resistance factor in target intraocular pressure estimation in patients with early primary open-angle glaucoma / M.A. Sallam, M.E. Elghareib // Int. Ophthalmol. – 2022. – Vol. 42, no. 3. – P. 891–902.
Early biomechanical keratoconus pattern measured with an ocular response analyzer: curve analysis / D. Touboul, A. Bénard, A.M. Mahmoud, A. Gallois, J. Colin, C.J. Roberts // J. Cataract Refract. Surg. – 2011. – Vol. 37, no. 12. – P. 2144–2150.
Kaushik, S. Ocular Response Analyzer / S. Kaushik, S.S. Pandav // J. Curr. Glaucoma Pract. – 2012. – Vol. 6, no. 1. – P. 17–19.
Identification of biomechanical properties of the cornea: the ocular response analyzer / N. Terai, F. Raiskup, M. Haustein, L.E. Pillunat, E. Spoerl // Curr. Eye Res. – 2012. – Vol. 37, no. 7. – P. 553–562.
Корнеосклеральная оболочка глаза: возможности оценки биомеханических свойств в норме и при патологии / Е.Н. Иомдина, С.Ю. Петров, А.А. Антонов, И.А. Новиков, И.А. Пахомова, А.Ю. Арчаков // Офтальмология. – 2016. – Т. 13, № 2. – С. 62–68.
Assessment of the ocular response analyzer as a tool for intraocular pressure measurement / A. Elsheikh, D. Alhasso, A. Kotecha, D.F. Garway-Heath // J. Biomech. Eng. – 2009. – Vol. 131. – P. 1–9.
Development and validation of a correction equation for Corvis tonometry / A.A. Joda, M.M.S. Shervin, D. Kook, A. Elsheikh // Comp. Meth. Biomech. Biomed. Eng. – 2016. – Vol. 19, no. 9. – P. 943–953.
Corneal biomechanics and refractive surgery / Ed. by F.A. Guarnieri. – Berlin: Springer, 2015. – 146 p.
Collagen structure and mechanical properties of the human sclera: analysis for the effects of age / B. Coudrillier, J. Pijanka, J. Jefferys, T. Sorensen, H.A. Quigley, C. Boote, T.D. Nguyen // J. Biomech. Eng. – 2015. – Vol. 137, no. 4. – P. 041006.
Depth-resolved full-field measurement of corneal deformation by optical coherence tomography and digital volume correlation / J. Fu, M. Haghighi-Abayneh, F. Pierron, P.D. Ruiz // Exp. Mech. – 2016. – Vol. 56, no. 7. – P. 1203–1217.
Age-related variation in the biomechanical and structural properties of the corneo-scleral tunic / B. Geraghty, C. Whitford, C. Boote, R. Akhtar, A. Elsheikh // Mechanical Properties of Aging Soft Tissues / Eds. B. Derby and R. Akhtar. – Boston MA: Springer, 2015 – P. 207–235.
Ocular rigidity in living human eyes / I.G. Pallikaris, G.D. Kymionis, H.S. Ginis, G.A. Kountis, M.K. Tsilimbaris // Invest. Ophthalm. Vis. Sci. – 2005. – Vol. 46, no. 2. – P. 409–414.
Assessment of corneal and fatty tissues biomechanical response in dynamic tonometry tests by using inverse models / M. Jannesari, M. Kadkhodaei, P. Mosaddegh, H. Kasprzak, M.J. Behrouz // Acta Bioeng. Biomech. – 2018. – Vol. 20, no. 1. – P. 39–48.
The mechanical interpretation of ocular response analyzer parameters / X. Qin, M. Yu, H. Zhang, X. Chen, L. Li. // Biomed. Res. Int. – 2019. – Р. 5701236.
Determine corneal biomechanical parameters by finite element simulation and parametric analysis based on ORA measurements / X. Qin, L. Tian, H. Zhang, D. Zhang, Y. Jie, H.-X. Zhang, L. Li // Front. Bioeng. Biotechnol. – 2022. – Vol. 10. – Р. 862947.
Моисеева, И.Н. Анализ зависимости давление – объем для глазного яблока, нагруженного плоским штампом, на основе двухсегментной упругой модели / И.Н. Моисеева, А.А. Штейн // Известия РАН. Механика жидкости и газа. – 2011. – № 5. – С. 3–15.
Моисеева, И.Н. Влияние пpоcтpанcтвенной неодноpодноcти pоговицы на дефоpмационные cвойcтва глазного яблока и pезультаты аппланационной тонометpии по Маклакову / И.Н. Моисеева, А.А. Штейн // Биофизика. – 2017. – Т. 62, № 6. – С. 1193–1203.
Штейн, А.А. Математическая модель роговицы глаза с учетом экспоненциальной нелинейности ее упругих свойств при условии геометрической малости деформаций / А.А. Штейн, И.Н. Моисеева, Г.А. Любимов // Российский журнал биомеханики. – 2019. – Т. 23, № 3. – С. 375–390.
Моисеева, И.Н. Математическое моделирование корнеального гистерезиса / И.Н. Моисеева, А.А. Штейн // Российский журнал биомеханики – 2023. – Т. 27, № 4. – С. 93–102.
Goebels, S.C. Precision of ocular response analyzer / S.C. Goebels, B. Seitz, A. Langenbucher // Current Eye Res. – 2012. – Vol. 37, no. 8. – P. 689–693.
Intraocular pressure measurement using ocular response analyzer, dynamic contour tonometer, and scheimpflug analyzer Corvis ST / L. Ramm, R. Herber, E. Spoerl, F. Raiskup, L.E. Pillunat, N. Terai // J. Ophthalm. – 2019. – 9 p.

Еще

Статья научная