Estudo do tempo de processamento para análises do comportamento mecânico de córneas via simulações numéricas

Abstract

Resumo: A córnea e a esclera formam a superfície externa do globo ocular, proporcionando proteção aos componentes internos e mantendo o formato de refração do olho. A estrutura da córnea é composta de epitélio, endotélio e estroma, sendo este último o principal responsável pelas características mecânicas da córnea. Estudos biomecânicos envolvendo o Método dos Elementos Finitos (MEF) podem revelar características mecânicas importantes da córnea, porém estes estudos normalmente requerem alto custo computacional. Este trabalho propõe um estudo do tempo de processamento para análises do comportamento mecânico de córneas humanas via MEF, levando-se em consideração modelos computacionais com baixa complexidade. As simulações foram realizadas utilizando um software comercial de análise de elementos finitos para medir o deslocamento no ponto central da córnea, em que variou-se a quantidade de elementos e nós dos modelos, com o objetivo de comparar os resultados.Palavras-chave: Biomecânica. Córnea. Método dos Elementos Finitos.Abstract: Cornea and sclera are parts of the ocular globe external surface, providing protection to the internal components and keeping the shape of eye refractive. The corneal structure is composed by epithelium, endotheliumn and stroma, being this last one the main responsible for the mechanical properties of the cornea. Biomechanical studies involving the Finite Element Method (FEM) can reveal important mechanical characteristics of the cornea, however these studies usually require high computational cost. This work proposes a study of the processing time for mechanical behavior analysis of human corneas by using FEM, taking into consideration computational models with low complexity. Simulations were performed using a commercial software finite element analysis to measure the displacement at the central point of the cornea in which the amount of elements and nodes of the model was changed in order to compare the results.Keywords: Biomechanics. Cornea. Finite Element Method. IntroduçãoUma das partes mais importantes do globo ocular é a córnea a qual possui características mecânicas que podem ser analisadas no intuito de aprimorar métodos para prevenção de doenças e o surgimento de equipamentos mais eficientes na área médica [1]. Ter uma compreensão do comportamento mecânico de córneas é importante para constatar aplicações clínicas, como exemplos: a tonometria, diagnósticos de ceratocone e estudos relacionados às cirurgias refrativas [2].As propriedades biomecânicas da córnea humana estão relacionadas à sua estrutura, em especial ao comportamento do estroma [3]. A elasticidade da córnea depende da forma como as fibras de colágeno estão agrupadas, variando conforme a direção das fibras [4]. Estudos realizados sobre o comportamento da córnea humana demonstram comportamento elástico não-linear, tendo seu módulo de elasticidade (módulo de Young), crescente, à medida em que a tensão aplicada é aumentada [5].