Keratoconus prediction using a finite element model of the cornea with local biomechanical properties Propriedades biomecânicas locais em uma córnea modelada usando elementos finitos prevê surgimento de ceratocone

PURPOSE: The ability to predict and understand which biomechanical properties of the cornea are responsible for the stability or progression of keratoconus may be an important clinical and surgical tool for the eye-care professional. We have developed a finite element model of the cornea, that tries to predicts keratoconus-like behavior and its evolution based on material properties of the corneal tissue. METHODS: Corneal material properties were modeled using bibliographic data and corneal topography was based on literature values from a schematic eye model. Commercial software was used to simulate mechanical and surface properties when the cornea was subject to different local parameters, such as elasticity. RESULTS: The simulation has shown that, depending on the corneal initial surface shape, changes in local material properties and also different intraocular pressures values induce a localized protuberance and increase in curvature when compared to the remaining portion of the cornea. CONCLUSIONS: This technique provides a quantitative and accurate approach to the problem of understanding the biomechanical nature of keratoconus. The implemented model has shown that changes in local material properties of the cornea and intraocular pressure are intrinsically related to keratoconus pathology and its shape/curvature.OBJETIVOS: A possibilidade de prever e entender quais propriedades biomecânicas da córnea podem ser responsáveis pelo progresso ou estabilização do ceratocone pode ser uma importante ferramenta clínica e cirúrgica para o oftalmologista. Neste trabalho foi desenvolvido um modelo em elementos finitos da córnea, o qual prevê o surgimento de deformações semelhantes ao ceratocone e sua evolução baseado em propriedades biomecânicas do tecido corneano. MÉTODOS: As propriedades biomecânicas da córnea foram modeladas segundo dados disponíveis na literatura para olhos esquemáticos. Softwares comerciais foram usados para simular propriedades de superfície e material quando a córnea foi submetida a diferentes parâmetros locais de elasticidade. RESULTADOS: As simulações conduzidas aqui mostraram que, dependendo do formato inicial da córnea, mudanças nas propriedades locais do material para diferentes pressões intraoculares, induzem uma protuberância localizada e um aumento significativo de curvatura quando comparado ao restante da córnea. CONCLUSÕES: A técnica apresentada aqui permite o estudo mais preciso e quantitativo da natureza biomecânica do ceratocone. O modelo implementado demonstrou que mudanças locais de propriedades biomecânicas relacionais à elasticidade para uma mesma pressão intraocular, estão intrinsecamente relacionados ao surgimento e evolução de deformações que podem ter relação direta com o ceratocone.