Abstract
Objective To assess the effect of corneal thinning and changes in intraocular pressure (IOP)
on the distribution of corneal stress induced by Goldmann applanation tonometry (GAT).
Methods A 2D model of a human cornea was created using a computer-aided design and finite
element analysis software, employing previously reported corneal biomechanical properties.
The GAT procedure was simulated, and the magnitude and distribution of stress in the
corneal stroma were obtained for several corneal thicknesses, stiffnesses, and IOP.
Results A significant increase in stress was found in the outer and inner layers of the central
cornea and in the inner layers of the surrounding central region. The maximal stress
value was observed in the central outer layers when the stiffness was doubled, as
in our theoretical baseline cornea (125.16 kPa). Minimal stress was observed in the
central inner layers for a central corneal thickness of 300 µm (28.17 kPa). The thickness
and stiffness of the cornea significantly influenced the magnitude of the stress,
whereas the stress distribution in the cornea did not show significant changes. The
change in IOP did not induce significant changes in either stress magnitude or stress
distribution.
Conclusions The changes and distribution of corneal stress when a GAT procedure is performed
support the idea that variations in corneal thickness and stiffness induce changes
in corneal biomechanics that may be relevant for IOP readings. These findings are
relevant for assessing IOP in corneas that have undergone surgical procedures or have
diseases that alter their layers.
Zusammenfassung
Ziel Beurteilung der Auswirkung von Hornhautverdünnung und Veränderungen des Augeninnendrucks
(IOD) auf die Verteilung der durch Goldmann Applanationstonometrie (GAT) induzierten
Hornhautbelastung.
Methoden Ein 2D-Modell einer menschlichen Hornhaut wurde mithilfe einer Software für computergestütztes
Design und Finite-Elemente-Analyse erstellt, wobei bereits gemessene biomechanische
Eigenschaften der Hornhaut verwendet wurden. Das GAT-Verfahren wurde simuliert und
das Ausmaß und die Verteilung der Spannung im Hornhautstroma für verschiedene Hornhautdicken,
steifigkeiten und den Augeninnendruck ermittelt.
Ergebnisse Es wurde ein signifikanter Spannungsanstieg in den äußeren und inneren Schichten
der zentralen Hornhaut sowie in den inneren Schichten der umgebenden zentralen Region
festgestellt. Der maximale Spannungswert wurde in den zentralen Außenschichten beobachtet,
wenn die Steifigkeit verdoppelt wurde, wie in unserer theoretischen Ausgangshornhaut
(125,16 kPa). Bei einer zentralen Hornhautdicke von 300 µm (28,17 kPa) wurde eine
minimale Spannung in den zentralen Innenschichten beobachtet. Die Dicke und Steifheit
der Hornhaut beeinflussten das Ausmaß der Belastung maßgeblich, wohingegen die Spannungsverteilung
in der Hornhaut keine signifikanten Veränderungen aufwies. Die Veränderung des Augeninnendrucks
führte weder zu signifikanten Veränderungen der Belastungsgröße noch der Belastungsverteilung.
Schlussfolgerungen Die Veränderungen und die Verteilung der Hornhautbelastung bei der Durchführung eines
GAT-Eingriffs stützen die Annahme, dass Variationen der Hornhautdicke und -steifheit
Veränderungen in der Hornhautbiomechanik hervorrufen, die für die IOD-Messwerte relevant
sein können. Diese Ergebnisse sind relevant für die Beurteilung des Augeninnendrucks
bei Hornhäuten, die chirurgischen Eingriffen unterzogen wurden oder deren Schichten
durch Krankenheiten verändert wurden.
Keywords
Goldmann applanation tonometry - corneal stress - glaucoma - corneal biomechanics
- finite element analysis
Schlüsselwörter
Goldmann-Applanationstonometrie - Hornhautspannung - Glaukom - korneale Biomechanik
- Finite-Elemente-Analyse
