Corneal biomechanical properties : Measurement, modification and simulation

Abstract

Esta tesis aborda la medición de las propiedades biomecánicas de la córnea. Se desarrollaron técnicas para medir la rigidez de la córnea in vitro con el fin de estudiar el comportamiento de la córnea como una función de diferentes factores (tales como la hidratación, la geometría, la presión intraocular y la rigidez de la córnea). Los datos experimentales se utilizaron para construir modelos numéricos capaces de reproducir la respuesta biomecánica observada de la córnea. Se aplicaron modelos numéricos para recuperar los parámetros biomecánicos de mediciones de deformación in vivo y para estudiar el efecto de la implantación de segmentos de anillos intraestromales. En particular, se utilizaron el método de inflación en ojos enteros y botones córneales, la extensiometría bídimensional, un soplo de aire combinado con tomografía de coherencia óptica (OCT), microscopía de Brillouin y OCT-vibrografía para las mediciones experimentales. Para el análisis numérico, se construyeron modelos de elementos finitos para estudiar la inflación de ojos enteros y botones córneales, la respuesta de la córnea después de un soplo de aire, el comportamiento del ojo bajo vibración y los cambios refractivos después de la implantación de anillos intraestromales.

This thesis addresses the measurement of the corneal biomechanical properties. Techniques were developed to measure the corneal stiffness in vitro in order to study the corneal behavior as a function of different factors (such as hydration, geometry, intraocular pressure, corneal stiffness). Experimental data were used to build numerical models, which were able to reproduce the observed biomechanical response of the cornea. Numerical models were applied to retrieve biomechanical parameters from in vivo deformation measurements and to study the outcome with implantation of intrastromal ring segments. In particular whole-eye / corneal inflation, 2D extensiometry, an air-puff technique combined with optical coherence tomography (OCT), Brillouin microscopy and OCT-vibrography were used for the experimental measurements. For the numerical analysis, finite element models were built for eye inflation, corneal response following an air-puff, ocular vibration behavior and refractive changes after ICRS implantation.