МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЦИРКЛЯЖНОЙ ЛЕНТЫ НА СКЛЕРУ РАСТУЩЕГО ГЛАЗА РЕБЕНКА

Куликов О.С., Юдина Н.Н., Трифаненкова И.Г., Плахотний М.А., Шилов Н.М., *Зезюля В.В.

Этиологические факторы развития отслойки

сетчатки у детей

• Травматические повреждения (контузии и проникающие ранения глазного яблока различной степени тяжести)
• Миопия высокой степени (прогрессирующее удлинение глазного яблока с периферической дегенерацией сетчатки)
• Ретинопатия недоношенных (вазопролиферативная патология сетчатки у детей с экстремально низкой массой тела)
• Наследственные витреоретинопатии (генетически детерминированные заболевания витреоретинального интерфейса)

РОЛЬ ЦИРКЛЯЖА В ХИРУРГИЧЕСКОМ ЛЕЧЕНИИ

• Снижение риска рецидива отслойки сетчатки на 10-12% у взрослых пациентов
• Стабилизация тракций со стороны стекловидного тела, уменьшение объема витреальной полости

ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЭПИСКЛЕРАЛЬНОЙ ХИРУРГИИ У ДЕТЕЙ

Продолжающийся рост глазного яблока

Детский глаз находится в активной фазе роста с изменением всех параметров

Изменение геометрии

Трансформация формы и кривизны оболочек глаза

Ricci B., Santo A., Ricci F., Minicucci G., Molle F., 1996; Шишкин М.М., 2000; Kreissig I., 2005; Meier P., 2008; Soheilian M., Ramezani A., Malihi M. et. al., 2009; Bopp S., 2013; Sarah P Read, Hassan A Aziz, Ajay Kuriyan et. al., 2018; Терещенко А.В., Трифаненкова И.Г., Юдина Н.Н. и др., 2020

* Калужский филиал ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»

Разработать биомеханическое и расчётное обоснование динамического циркляжа адаптивной конструкции для кругового экстрасклерального пломбирования растущего глаза

Цель работы

Материал и методы

• Склера – изотропно-трансверсальная оболочка
• Модуль Юнга – физическая величина, характеризующая способность материала сопротивляться растяжению или сжатию при упругой деформации
• Коэффициент Пуассона – для перерасчета внутриглазного давления принят за постоянную величину равную 2,13 кПа, что равно 16 мм рт. ст.

• Исходная модель – сферичная оболочка 16 мм (соответствует длине глаза новорожденного человека)
• Циркляжная лента моделировалась как равномерно распределенная нагрузка на кольцевой области поверхности склеры

Производился методом конечных элементов в программном комплексе Ansys Workbench (модуль Static Stuctural)

Данная программа предназначена для статического прочностного анализа

• Для глаза диаметром 16 мм определено требуемое давление циркляжа, обеспечивающее смещение склеры на 1 мм в экваториальной зоне
• Полученное значение 0,19 МПа зафиксировано и использовано во всей последующей серии расчетов для разных диаметров

​

Обеспечена сопоставимость результатов и изоляция эффекта роста глаза

Е.Н. Иомдина, С.М. Бауэр, К.Е. Котляр Биомеханика глаза: теоретические аспекты и клинические приложения Под ред. В.В. Нероева М.: Реал Тайм, 2015. –208 С.

Результаты

ПАРАМЕТРЫ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ

0.5

Толщина склеры

Миллиметры – усредненное значение для экваториальной зоны

14.3

Модуль упругости

МПа – модуль Юнга для детской склеральной ткани

0.45

Коэффициент Пуассона

Безразмерная величина, характеризующая поперечное сжатие

2.7

Внутриглазное давление

кПа — нормальное ВГД, постоянное во всех расчетах

МОДЕЛЬ ЦИРКЛЯЖНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Экваториальный пояс нагрузки

Экстрасклеральное давление моделировалось в виде кольцевой зоны, имитирующей контакт циркляжной ленты с поверхностью глаза

Требуемое давление циркляжа, обеспечивающее смещение склеры на 1 мм

в экваториальной зоне - 0,19 МПа

Результаты

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Методология

Выполнена серия конечно-элементных расчетов с систематическим варьированием параметров модели

Диапазон диаметров

Модели глазного яблока: 16–22 мм и более, соответствующие педиатрическому диапазону

Константы

Давление циркляжа фиксировано; материальные и граничные параметры постоянны

Целевой параметр

Оценивались радиальные перемещения склеральной стенки в зоне вдавления

ЧИСЛЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СМЕЩЕНИЙ

Диаметр (мм)

Смещение (мм)

Эффект воспроизводится во всех расчетных сериях и подтверждает биомеханическую гипотезу

• Радиальное смещение склеры прогрессивно возрастает с увеличением диаметра глазного яблока при фиксированной нагрузке от циркляжного элемента
• Наблюдается устойчивая тенденция: каждые 2 мм увеличения диаметра соответствуют приросту деформации ≈0,19 мм

Зависимость радиального перемещения склеры от диаметра глазного яблока при постоянном давлении 0.19 МПа

• При сохранении постоянных механических свойств склеры и внутриглазного давления увеличение глазного яблока приводит к прогрессирующему росту радиальной деформации в зоне вдавления
• Данный факт свидетельствует о том, что фиксированная (замкнутая) циркляжная лента создает на растущую склеру возрастающую механическую нагрузку

• Линейность: зависимость близка к линейной во всем исследованном диапазоне
• Градиент: ≈ +0,095 мм смещения на каждый миллиметр увеличения диаметра
• Устойчивость: эффект воспроизводим и геометрически обусловлен структурой модели

Результаты

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

• Количественный прогноз: расчетные зависимости позволяют предсказать величину деформации для конкретного пациента
• Индивидуализация планирования: учет размера глаза при выборе параметров циркляжной конструкции
• Инженерная база: биомеханическое обоснование для разработки адаптивных имплантов
• Персонализация хирургии: переход от стандартизированных к персонализированным решениям в педиатрии

ВЫВОДЫ

• Рост усиливает эффект: увеличение диаметра глаза пропорционально увеличивает деформацию от циркляжа
• Статическая пломба не нейтральна: фиксированная конструкция создает нарастающий биомеханический риск при росте
• Расчетное доказательство: биомеханический риск подтвержден количественным конечно-элементным моделированием
• Необходим адаптивный циркляж: требуется разработка динамических конструкций для педиатрической витреоретинальной хирургии
• Дальнейшие исследования: необходимы клинические испытания и долгосрочное наблюдение пациентов