Biomecánica corneal paciente-específico: avances en las técnicas de caracterización, modelización y simulación

[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. El ojo humano es un sistema biológico y óptico complejo receptor de más del 90% de la información que llega al cerebro desde el exterior y en donde la córnea es el principal elemento refractivo, responsable aproximadamente, de dos tercios de la potencia óptica. Los problemas asociados a la misma adquieren gran relevancia tanto por su repercusión en la calidad de vida, como en otros aspectos como la educación, el trabajo y la seguridad vial. Esta es la razón por la que las intervenciones quirúrgicas corneales han experimentado un gran auge en los últimos años impulsadas por la aparición de nuevas técnicas quirúrgicas y el desarrollo de nuevos equipos de medición y en donde la incorporación de los modelos computacionales que simulen la biomecánica corneal puede contribuir a la mitigación de los riesgos asociados a las operaciones y a la necesidad de segundas intervenciones. Los modelos computacionales pueden ser útiles en la práctica clínica para el diagnóstico de patologías corneales permitiendo al oftalmólogo una toma de decisiones sobre el tratamiento a realizar al paciente. En ambos escenarios pre (enfermedad) o post (tratamiento), la viabilidad de la aplicación clínica de los modelos in-silico se fundamentada en proporcionar unos resultados precisos con unos tiempos computacionales compatibles con la práctica clínica real. En esta tesis doctoral se plantea un tratamiento integral del problema afrontando ambos retos. Por un lado, con el planteamiento de un procedimiento ágil y robusto para el desarrollo de modelos computacionales para la simulación de córneas paciente específico y por otro lado con un análisis del coste computacional asociado a los procesos de simulación para el establecimiento de técnicas que permita reducir los tiempos asociados a la simulación y su aplicación clínica. Para ello, se plantea un modelo geométrico sectorizado de la córnea basada en zonas de interés creado a partir de las medidas topográficas in vivo de cada paciente-específico, permitiendo la aplicación y variación de diferentes modelos materiales que puedan reproducir fielmente el complejo comportamiento del tejido corneal en cada zona, y un número de elementos geométricos optimizados desde el punto de vista computacional. La robustez del método ha sido validada aplicándolo a la generación de modelos corneales de pacientes afectados por queratocono con diferentes grados de severidad. La precisión de los resultados de simulación ha sido mejorada con la incorporación del campo de esfuerzos en la fase de medición. Dicho campo de esfuerzos no puede ser obtenido directamente sino ha de calcularse mediante cálculos iterativos, siendo de vital importancia dado el comportamiento no lineal del tejido corneal. En esta investigación se han aplicado dos métodos: El método de los desplazamientos y el método de pretensado. De manera adicional se ha tenido en cuenta la influencia de los tejidos adyacentes a la córnea con el estudio de dos condiciones de contorno: Empotrada y pivotante. Ambas condiciones tienen en cuenta la gran rigidez circunferencial que presenta el limbo corneal y pueden asumirse como los límites superior e inferior dependiendo de la capacidad de pivotamiento del limbo. Los métodos iterativos son los responsables de la mayor parte del tiempo computacional necesario para la obtención la solución. En este trabajo se demuestra que el método de los desplazamientos es más rápido permitiendo al mismo tiempo la obtención de la geometría libre de esfuerzos, necesaria para la simulación con otras presiones intraoculares. Los resultados de este trabajo muestran que el tiempo computacional puede ser reducido con la aplicación de cálculos en paralelo con la inclusión de múltiples núcleos abriendo la posibilidad de la aplicación de modelos in-silico paciente-específico a nuevas aplicaciones oftalmológicas.

Author

• Gómez García, Carmelo

• Ojo humano
• Córnea
• Biomecánica corneal
• Cirugía refractiva
• Tonometría de aplanación bidireccional

Identifier

hdl:10317/13839

OAI identifier oai:identifier

oai:repositorio.upct.es:10317/13839