Un modello numerico per il comportamento meccanico della cornea affetta da cheratocono

Introduzione Il comportamento meccanico della cornea è un tema di grande interesse per la comu- nità medica e scientifica quale possibile ausilio negli interventi di chirurgia refrattiva laser per segnalare la criticità di eventuali situazioni patologiche negli interventi di chirurgia refrattiva laser per segnalare la criticità di eventuali situazioni patologiche. La cornea è una struttura sottile a guscio, costituita da un materiale eterogeneo as- similabile ad un composito, con fibrille di collagene, parallele alla superficie media del guscio, immerse in una matrice idrata ricca di proteoglicani, glicoproteine, sali e cheratociti. Numerosi studi hanno provato che l'orientamento e la densità delle fibrille è variabile da punto a punto della cornea [19]. In accordo con le osser- vazioni sperimentali, il materiale mostra un comportamento fortemente non lineare ed anisotropo. Per la valutazione della risposta meccanica della cornea, di recente è stato proposto un modello 3D ad elementi finiti. Il modello solido, parametriz- zato in modo da riprodurre la geometria corneale di un individuo come desumibile da misurazioni ambulatoriali, è ottenuto da una procedura automatica che lo dis- cretizza in elementi finiti [17], [19]. Per la modellazione dello strato più spesso della cornea (stroma), si adotta un modello costitutivo iperelastico non lineare rinforza- to con doppio sistema di fibrille [17], originariamente proposto per la modellazione delle arterie [15]. Il modello 3D, con una geometria ideale basata sui parametri medi reperibili nella letteratura medica, è qui utilizzato per valutare la risposta meccanica di una cornea affetta da cheratocono. Tra le patologie corneali di particolare rilie- vo, il cheratocono (distrofia corneale progressiva non infiammatoria) generalmente colpisce entrambi gli occhi (85% dei casi). Il cheratocono induce un progressivo as- sottigliamento centrale e para-centrale dello stroma e uno sfiancamento conico del profilo corneale. La curvatura irregolare modifica il potere refrattivo della cornea, producendo distorsioni delle immagini e visione confusa (astigmatismo miopico ir- regolare) [25]. E' generalmente accettato il fatto che la degenerezione dello stroma sia causata dalla mancanza di coesione tra le fibrille di collagene che ne impedisce l'organizzazione in strutture regolari. Lo studio qui presentato riguarda un'indagine parametrica volta a descrivere gli effetti meccanici della degenerazione cheratocon- ica, evidenziandone gli aspetti cinematici e statici. Nel modello, il cheratocono è descritto come una zona degenerata centrale circondata da una zona anulare di transizione; si tiene conto della patologia riducendo i parametri elastici relativi alle fibrille di collagene. Per valutare l'attendibilità del modello, si è eseguta un'analisi parametrica variando i parametri meccanici e l'estensione dell'area affetta da pa- 5