Desenvolvimento de sistemas mecânicos, ópticos e computacionais para análise mecânica da córnea

Desenvolvimento de sistemas mecânicos, ópticos e computacionais para análise mecânica da córnea

Author Shigetomi, Marcelo Kenji Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Bersanetti, Patricia Alessandra Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Gestão e Informática em Saúde
Abstract Keratoconus is a progressive and potentially debilitating corneal ectasia. Clinical studies that examine the effectiveness of KC treatments such as corneal crosslinking are methodologically challenging due to technical constraints, in addition to the great variability of corneal manifestation and staging in humans. One of the possibilities of comparison of the treatments is to evaluate “in vitro” the increase of Young's modulus (E), also known as stretching modulus, and other physical and chemical parameters using biologically active tissues. Variables such as humidity should be rigorously controlled since dehydration of the corneal samples would not only reduce de dimensions used to determine Young's modulus but also changes intrinsic materials mechanical characteristics, which would make it impossible to compare results of different therapeutic modalities. Then, the objective of this study was to produce a non-contact method capable of measuring the thickness and the stretching of corneal samples kept in a humidity chamber during biomechanical tests. For this, 3D CAD and 3D printer were used to design and produce specific and customized instruments for manipulation of corneas such as support for double blade scalpel, anatomical cutting plate, and claws to fix the cornea in the mechanical testing machine. In order to continuously monitor the specimen thickness, an optical system was developed with the use of a portable camera of 16 Mpixels, a 40D lens and the implementation of computer vision software to image processing and aberration correction. It was possible to obtain measurements of corneal thickness during the execution of each test, correlated with loss of mass and tissue dehydration. Also, the system was tested with known contact lenses material with pre-established dimensions, and results were sensitive to variables such as sample hydration status thickness that may and shall be properly controlled in a continuous manner.

O ceratocone é uma ectasia corneana bilateral, assimétrica e progressiva, e em estágios mais avançados reduz significativamente a acuidade visual. Existem tratamentos capazes de estabilizar a córnea e impedir a progressão da ectasia, como o crosslinking corneano. Estudos clínicos para comparar diferentes modalidades de crosslinking in vivo encontram grande dificuldade de implementação, devido a restrições técnicas nos processos de quantificação do efeito do tratamento, além da grande variabilidade de manifestação da doença. A comparação de diferentes tratamentos pode ser realizada in vitro através da avaliação do módulo de elasticidade (E) e de outros parâmetros físicos e químicos, utilizando córneas de animais de abatedouro. No entanto, em modelos laboratoriais, variáveis importantes devem ser controladas, como a umidade, a qual pode durante os experimentos alterar as dimensões e propriedades mecânicas, o que torna complexa a comparação de resultados. Tal cenário motivou produzir, como objetivo deste estudo, um método sem contato para determinar as variáveis espessura e distensão da córnea, mantida em câmara úmida fechada, durante os ensaios para determinação de propriedades mecânicas. Para isso, foram projetados e produzidos instrumentos para manipulação de córneas, como: suporte para bisturi de lâmina dupla, placa anatômica de corte e garras para fixação da córnea em máquina de ensaios mecânicos, utilizando programas CAD e impressoras 3D. A fim de monitorar continuamente a espessura da amostra, foram desenvolvidos um sistema óptico com o uso de uma câmera portátil de 16 Mpixels, de lente de +40D e de implementação de um software de visão computacional, para processamento e compensação das aberrações ópticas das imagens. Desta forma, as espessuras corneanas foram correlacionadas com perda de massa e desidratação tecidual. Além disso, foram realizados experimentos para determinação do módulo de elasticidade de amostras de lentes de contato e os resultados demonstraram a importância do sistema desenvolvido para monitoramento da espessura da córnea e de controle da umidade ambiente para realização de ensaios mecânicos confiáveis.
Keywords Corneal Crosslinking
Instrument Development
Mechanical Assay
Optic Pachymetry
3d Printing
Crosslink Corneano
Desenvolvimento De Instrumentos
Ensaios Mecânicos
Impressão 3d
Paquimetria Óptica
Language Portuguese
Date 2019-12-11
Research area Gestão E Informática Em Saúde
Knowledge area Gestão E Informática Em Saúde
Publisher Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=9178917
Access rights Closed access
Type Dissertation
URI https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/59583

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