Моделирование влияния повышенного офтальмотонуса на изменение напряжённого состояния внутренних структур глазного яблока

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Целью настоящего исследования было моделирование и оценка влияния повышенного уровня офтальмотонуса в передней камере глаза при факоэмульсификации на изменение напряжённого состояния различных структур глазного яблока.

Материалы и методы. Методом конечных элементов была создана упрощенная осесимметричная анатомическая модель глазного яблока. При помощи программного комплекса Deform решалась деформационная задача по расчётам перераспределения избыточного давления в передней камере глаза при факоэмульсификации на изменение напряжённого состояния различных структур глазного яблока.

Результаты. В ходе обработки результатов моделирования были получены данные о перераспределении избыточного давления, подаваемого в переднюю камеру глаза, в сторону его снижения в районе заднего полюса глаза. Уровень давления составлял 0,85 % приложенного избыточного давления. Полученные данные подтверждаются немногочисленными экспериментами на животных.

Выводы. Предложенная нами модель влияния повышенного офтальмотонуса на изменение напряжённого состояния различных структур глазного яблока демонстрирует, что механизм ауторегуляции поддержания глазного кровотока на постоянном уровне включает механизм компенсации резкого подъёма внутриглазного давления за счёт упругих свойств стекловидного тела. Данная модель позволяет рассчитать перераспределение давления в различных отделах глаза, в зависимости от состояния эластичных свойств витриума, а также на авитреальных глазах и у пациентов с силиконовой тампонадой.

Об авторах

Юрий Викторович Тахтаев

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. академика И.П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: ytakhtaev@gmail.com

д-р мед. наук, профессор кафедры офтальмологии. ФГБОУ ВО ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова Минздрава России

Россия, Санкт-Петербург

Роман Борисович Шлякман

ФГБОУ ВО «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. академика И.П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: romanshlyakman@gmail.com

аспирант кафедры офтальмологии. ФГБОУ ВО ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова Минздрава России

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Malik PK, Dewan T, Patidar AK, Sain E. Effect of IOP based infusion system with and without balanced phaco tip on cumulative dissipated energy and estimated fluid usage in comparison to gravity fed infusion in torsional phacoemulsification. Eye Vis (Lond). 2017;4(1):22. https://doi.org/10.1186/s40662-017-0087-5
  2. Hejsek L, Kadlecova J, Sin M, et al. Intraoperative intraocular pressure fluctuation during standard phacoemulsification in real human patients. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub. 2019;163(1):75-79. https://doi.org/10.5507/bp.2018.065.
  3. Khng C, Packer M, Fine IH, et al. Intraocular pressure during phacoemulsification. J Cataract Refract Surg. 2006;32(2):301-308. https://doi.org/10.1016/j.jcrs.2005.08.062
  4. Астахов Ю.С. Основные показатели кровообращения глаза и клинические методы их исследования // Методы исследования микроциркуляции в клинике: Материалы науч. – практ. конференции / под ред. Ю.С. Астахова, Г.В. Ангелопуло. – СПб., 2001. – С. 96–100. [Astakhov YuS. Osnovnye pokazateli krovoobrashcheniya glaza i klinicheskie metody ikh issledovaniya. Proceedings of the Russian science conference “Metody issledovaniya mikrotsirkulyatsii v klinike”. Astakhov YuS, Angelopulo GV, eds. Saint Petersburg; 2001. P. 96-100. (In Russ.)]
  5. Alm A. Ocular circulation. In: Adler’s physiology of the eye. Hart WM, ed. St. Louis, Baltimore: Mosby; 1992. P. 198-227.
  6. Cioffi GA, Granstam E, Alm A, et al. Ocular circulation. In: Adler’s physiology of the eye. Kaufmann PL, Alm A, eds. St. Louis, London: Mosby; 2003. P. 747-784.
  7. Sehi M, Flanagan JG, Zeng L, et al. Relative change in diurnal mean ocular perfusion pressure: a risk factor for the diagnosis of primary open-angle glaucoma. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2005;46(2):561-567. https://doi.org/10.1167/iovs.04-1033
  8. Nagel E, Vilser D, Fuhrmann G, et al. Dilatation großer Netzhautgefäße nach Intraokulardrucksteigerung. [Dilatation of large retinal vessels after increased intraocular pressure]. (In German.) Ophthalmologe. 2000;97(11):742-747. https://doi.org/10.1007/s003470070021
  9. Nagel E, Vilser W. Autoregulative behavior of retinal arteries and veins during changes of perfusion pressure: a clinical study. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2004;242(1):13-17. https://doi.org/10.1007/s00417-003-0663-3
  10. Волков В.В. Глаукома при псевдонормальном давлении. Руководство для врачей. – М.: Медицина; 2001. – 350 с. [Volkov VV. Glaukoma pri psevdonormal’nom davlenii. Rukovodstvo dlja vrachej. Moscow: Medicina; 2001. 350 p. (In Russ.)]
  11. Srirekha A, Bashetty K. Infinite to finite: an overview of finite element analysis. Indian J Dent Res. 2010;21(3):425-432. https://doi.org/10.4103/0970-9290.70813
  12. Fernández CD, Niazy AM, Kurtz RM, et al. Finite element analysis applied to cornea reshaping. J Biomed Opt. 2005;10(6):064018. https://doi.org/10.1117/1.2136149
  13. Ayyalasomayajula A, Park RI, Simon BR, Vande Geest JP. A porohyperelastic finite element model of the eye: the influence of stiffness and permeability on intraocular pressure and optic nerve head biomechanics. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2016;19(6):591-602. https://doi.org/10.1080/10255842.2015.1052417
  14. Grytz R, Krishnan K, Whitley R. et al. A Mesh-Free Approach to Incorporate Complex Anisotropic and Heterogeneous Material Properties into Eye-Specific Finite Element Models. Comput Methods Appl Mech Eng. 2020;(1):358. https://doi.org/10.1016/j.cma.2019.112654
  15. Olsen T, Ehlers N. The thickness of the human cornea as determined by a specular method. Acta Ophthalmologica. 1984;62(6): 859-871. https://doi.org/10.1111/j.1755-3768.1984.tb08436.x
  16. Hoffer KJ, Savini G. Anterior chamber depth studies. J Cataract Refract Surg. 2015;41(9):1898-1904. https://doi.org/10.1016/j.jcrs.2015.10.010
  17. Sebag J. Vitreous Anatomy, Aging, and Anomalous Posterior Vitreous Detachment. In: Encyclopedia of the Eye. Dartt DA, ed. Academic Press; 2010. P. 307-315. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374203-2.00256-6
  18. Olsen TW, Aaberg SY, Geroski DH, Edelhauser HF. Human sclera: thickness and surface area. Am J Ophthalmol. 1998;125(2): 237-241. https://doi.org/10.1016/s0002-9394(99)80096-8
  19. Invernizzi A, Cigada M, Savoldi L. In vivo analysis of the iris thickness by spectral domain optical coherence tomography. Br J Ophthalmol. 2014;98(9):1245-1249. https://doi.org/ 10.1136/bjophthalmol-2013-304481
  20. Okamoto Y, Okamoto F, Nakano S, Oshika T. Morphometric assessment of normal human ciliary body using ultrasound biomicroscopy. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2017;255(12): 2437-2442. https://doi.org/10.1007/s00417-017-3809-4.
  21. Rasheed MA, Singh SR, Invernizzi A, et al. Wide-field choroidal thickness profile in healthy eyes. Sci Rep. 2018;8(1):17166. https://doi.org/10.1038/s41598-018-35640-9
  22. Giani A, Cigada M, Choudhry N, et al. Reproducibility of retinal thickness measurements on normal and pathologic eyes by different optical coherence tomography instruments. Am J Ophthalmol. 2010;150(6):815-824. https://doi.org/10.1016/j.ajo.2010.06.025.
  23. Topcu H, Altan C, Cakmak S, et al. Comparison of the lamina cribrosa parameters in eyes with exfoliation syndrome, exfoliation glaucoma and healthy subjects. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2020;31:101832. https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2020.101832
  24. Azhdam AM, Goldberg RA, Ugradar S. In Vivo Measurement of the Human Vitreous Chamber Volume Using Computed Tomography Imaging of 100 Eyes. Trans Vis Sci. Tech. 2020;9(1):2. https://doi.org/10.1167/tvst.9.1.2
  25. Иомдина Е.Н., Бауэр С.М., Котляр К.Е. Биомеханика глаза: теоретические аспекты и клинические приложения / под ред. Нероева В.В. – М.: Реал Тайм, 2015. – 208 c. [Iomdina EN, Baujer SM, Kotljar KE. Biomehanika glaza: teoreticheskie aspekty i klinicheskie prilozhenija. Neroeva VV, ed. Moscow: Real Tajm; 2015. 208 p. (In Russ.)]
  26. Sit AJ, Lin SC, Kazemi A, et al. In Vivo Noninvasive Measurement of Young’s Modulus of Elasticity in Human Eyes: A Feasibility Study. J Glaucoma. 2017;26(11):967-973. https://doi.org/ 10.1097/IJG.0000000000000774
  27. Jones IL, Warner M, Stevens JD. Mathematical modelling of the elastic properties of retina: a determination of Young’s modulus. Eye (Lond). 1992;6(Pt 6):556-559. https://doi.org/10.1038/eye.1992.121
  28. Tram NK, Swindle-Reilly KE. Rheological Properties and Age-Related Changes of the Human Vitreous Humor. Front Bioeng Biotechnol. 2018;6:199. https://doi.org/ 10.3389/fbioe.2018.00199.
  29. Nagae K, Sawamura H, Aihara M. Investigation of intraocular pressure of the anterior chamber and vitreous cavity of porcine eyes via a novel method. Scientific Reports. 2020;10:20552. https://doi.org/10.1038/s41598-020-77633-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Компьютерная осесимметричная модель глазного яблока

Скачать (94KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема нагружения свободных поверхностей внутриглазных структур при поэтапном повышении давления в передней камере

Скачать (88KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение средних напряжений (гидростатического давления) в глазном яблоке, вызванное избыточным давлением в 10 кПа в передней камере

Скачать (50KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение средних напряжений (гидростатического давления) в стекловидном теле

Скачать (46KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение нормального давления в контрольных точках в зависимости от уровня давления в передней камере глаза (точки P1–P4 — различные участки сетчатки: зона диска зрительного нерва, зона сосудистых аркад, экватор)

Скачать (61KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость перераспределения давления в стекловидном теле свиного глаза при повышении внутриглазного давления в передней камере: а — по данным [29]; b — при моделировании

Скачать (107KB)
Метаданные
8. 图. 1. 电脑轴对称眼球模型

Скачать (134KB)
Метаданные
9. 图. 2. 随着眼前房的压力逐渐增加，眼球内部结构的游离面负荷图

Скачать (136KB)
Метаданные
10. 图. 3. 眼前房10千帕超压引起的眼球平均应力（静水压）的分布情况

Скачать (93KB)
Метаданные
11. 图. 4. 玻璃体内平均应力（静水压）的分布情况

Скачать (71KB)
Метаданные
12. 图. 5. 控制点的正常压力变化取决于眼前房的压力水平（点P1–P4—视网膜的不同区域：视神经盘区，血管拱廊区，赤道）

Скачать (106KB)
Метаданные
13. 图. 6. 当前房的眼内压增加时，猪眼玻璃体中压力重新分布的依赖性：а—根据数据[29]；b—在模拟中

Скачать (126KB)
Метаданные

© Тахтаев Ю.В., Шлякман Р.Б., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах