Phục hồi “Mắt Biếc” nhờ trợ giúp của mô phỏng kỹ thuật

  • 2019-12-23 ---

    •      Tổ chức Y Tế thế giới ước tính rằng có gần 18 triệu người trên thế giới bị mù cả hai mắt bởi căn bệnh đục thủy tinh thể, khiến nó trở thành nguyên nhân của gần một nửa số trường hợp mù lòa. Thủ phạm chính là sự lão hóa: gần một nửa số người trên 80 tuổi sẽ bị bệnh đục thủy tinh thể ở một mức độ nào đó.

    Mắt người với thủy tinh thể bị mờ
    Hình ảnh mắt người với thủy tinh thể (là một thấu kính) bị mờ

         Phẫu thuật Femtosecond laser giúp loại bỏ thủy tinh thể khiếm khuyết và việc thay thế bằng thủy tinh thể nhân tạo ngày càng hoàn thiện. Tuy nhiên, vẫn có khoảng 30% bệnh nhân phải đeo một số dạng thấu kính để điều chỉnh thị lực sau phẫu thuật. Các nhà khoa học và kỹ sư tại Integrated Scientific Services AG (ISS) biết rằng họ có thể làm tốt hơn.

         Sử dụng kiến thức về kết cấu và tính chất vật liệu của các bộ phận khác nhau của mắt, đặc biệt là giác mạc, ISS đã hợp tác với ANSYS để tạo ra Optimeyes, một công cụ lâm sàng cho các bác sĩ nhãn khoa sử dụng nền tảng ANSYS Mechanical để tạo ra các chiến lược phẫu thuật dành riêng cho từng bệnh nhân để cải thiện các kết quả.

    Giác mạc là then chốt

         Giác mạc là lớp ngoài cùng trong suốt của phần trước của mắt, vì vậy hầu như tất cả các ca phẫu thuật mắt, bao gồm cả thủ tục LASIK nổi tiếng, liên quan đến việc cắt vào giác mạc ở một mức độ nào đó. Các chi tiết về vị trí và cách tạo ra các vết rạch bằng laser -vị trí, chiều dài, độ sâu và góc của vết cắt-dựa chủ yếu vào kinh nghiệm của bác sĩ, thông tin thống kê (còn gọi là toán đồ nomograms) và các đặc tính của mắt trung bình. Câu hỏi là, mắt trung bình là gì?

         Hình dạng của giác mạc được xác định ở mức lớn bởi độ cứng và áp lực bên trong của mắt, còn được gọi là áp lực nội nhãn. Giác mạc bao gồm các sợi collagen theo các hướng khác nhau trong một ma trận của các Polysacarit và các tế bào gọi là Keratocytes. Ánh sáng tia cực tím phát ra từ mặt trời làm cho các liên kết chéo hình thành giữa các sợi collagen, tăng độ cứng vào giác mạc. Vì mắt chúng ta gặp nhiều tia UV hơn theo thời gian, giác mạc của chúng ta như bất kỳ mô sinh học mềm nào khác trở nên cứng hơn khi chúng ta già đi.

         Để mô hình hóa cơ chế sinh học giác mạc một cách thực tế, ISS đã bổ sung các tính chất vật liệu khác nhau này trong hàm Fortran vật liệu người dùng không đồng nhất, phi tuyến và dị hướng (usermat) trong ANSYS Mechanical.

         Áp lực nội nhãn là do lượng chất lỏng trong suốt được gọi là thủy dịch trong mắt. Chất lỏng này được hình thành trong quá trình trị liệu đằng sau mống mắt, và sau đó nó chảy qua con ngươi và lấp đầy khoảng trống giữa mống mắt và giác mạc. Sự kết hợp của áp suất bên trong này với độ cứng cơ sinh học của mô mắt xác định hình dạng độc đáo, hoặc mức độ mắt lệch khỏi mức trung bình. Lượng sai lệch là rất quan trọng trong việc xác định vị trí và cách thực hiện vết rạch ở giác mạc để tối ưu hóa kết quả phẫu thuật.

    Mô hình hóa cơ chế sinh học của giác mạc

    Điều trị tùy biến cho từng bệnh nhân

         Optimeyes là một sản phẩm phần mềm thân thiện với giao diện người dùng trông giống như các phần mềm chẩn đoán khác mà các bác sĩ nhãn khoa sử dụng thường xuyên. Bệnh nhân chỉ cần nhìn vào máy quay Pentacam và bác sĩ nhìn thấy hình ảnh chuẩn của bề mặt trước và mặt sau của giác mạc trên màn hình.

         Một tập lệnh khởi động ANSYS Mechanical, chạy ngầm, sử dụng hình ảnh máy quay làm hình học cho các mô phỏng phân tích phần tử hữu hạn () của nó. ANSYS Mechanical sử dụng từ 60.000 đến 80.000 phần tử lưới lục giác, được tổ chức thành năm lớp, để tạo ra mô hình 3D của giác mạc và một phần của màng cứng (màu trắng của mắt). Lưới được biến đổi để phù hợp với hình dạng của mắt bệnh nhân, và các điều kiện biên được áp dụng cho đường viền kẹp của màng cứng. Độ dày của giác mạc tại bất kỳ điểm nào được đo bằng khoảng cách pháp tuyến giữa các bề mặt trước và sau của nó trong mô hình.

         Trong bước đầu tiên, mô hình tạo ra một địa hình hoàn chỉnh của mắt bệnh nhân mà không áp dụng bất kỳ áp lực nội nhãn nào. Để giải thích cho sự phân bố ứng suất ban đầu ở giác mạc, gây ra bởi áp lực nội nhãn thổi phồng nó giống như một quả bóng, ANSYS Mechanical sử dụng quy trình phi tuyến nghịch đảo để xác định hình dạng không ứng suất theo lý thuyết của giác mạc. Sự khác biệt giữa hình dạng không ứng suất và hình dạng được đo mang lại sự phân bố ứng suất 3D thực tế.

    Tạo vết cắt

         Ngay cả với tất cả các mô hình này, một thách thức khác vẫn còn. Phẫu thuật laser làm biến dạng nhẹ giác mạc trong khi cắt nó, vì vậy biến dạng do tia laser này phải được tính đến. Hoạt động song song bên trong công cụ lâm sàng, ANSYS Mechanical tính toán các biến dạng giác mạc của từng bệnh nhân để đưa ra việc điều trị bằng laser nhất định và Optimeyes sau đó tính toán độ cong bề mặt và độ dài đường quang của tia sáng đi qua giác mạc để dự đoán chất lượng thị lực dự kiến cho mắt sau phẫu thuật.

         Để làm điều này, ANSYS Mechanical mô phỏng các vết cắt laser trong các khu vực lưới được xác định trước. Khi áp lực nội nhãn tiêu chuẩn được áp dụng cho mô hình, vết mổ mở ra cho thấy loại biến dạng nào sẽ sinh ra từ vết cắt như vậy trên giác mạc. Kết quả mô phỏng xuất hiện trên màn hình Optimeyes để bác sĩ xem xét. Một quy trình lặp đi lặp lại, tham số đánh giá tác động của một vết mổ đối với thị lực sau phẫu thuật của bệnh nhân và điều chỉnh các thông số vết mổ để cải thiện kết quả.

         Cuối cùng, Optimeyes xác định quy trình phẫu thuật được tối ưu hóa mà sẽ giúp bệnh nhân có thị lực hoàn hảo. Quá trình hoàn chỉnh, từ hình ảnh mắt đến mô hình phẫu thuật được tối ưu hóa, mất khoảng 20 phút. Sau đó, bác sĩ chỉ cần nhập các tham số vết rạch đã được tính toán tối ưu về- hướng, chiều rộng và góc của vết rạch - vào thiết bị laser femtosecond và thiết bị này làm phần còn lại.

    Tiến tới thương mại hóa sản phẩm

         Cho đến nay, Optimeyes đã thành công trong việc dự đoán chính xác kết quả phẫu thuật trong tất cả các trường hợp được nghiên cứu. Tuy nhiên, nhiều ca phẫu thuật mắt phải được thực hiện, và các bước khác được tiến hành, trước khi có thể được phê duyệt.

         Các chuyên gia của ANSYS đã đóng vai trò không thể thiếu trong sự phát triển của nhóm tại mỗi bước. Tính linh hoạt của các giải pháp ANSYS và sự hợp tác của nhân viên kỹ thuật ANSYS là rất quan trọng trong việc đạt được tiến bộ đạt được cho đến nay.

         ISS rất vui mừng về Optimeyes và tiềm năng của nó để cung cấp thị lực hoàn toàn cho hàng triệu người trên thế giới. Mặc dù tập trung vào đục thủy tinh thể ngay bây giờ, nhưng Optimeyes có sức mạnh và khả năng thích ứng với nhiều loại phẫu thuật mắt khác nhau để cải thiện thị lực quý giá (mắt biếc) cho rất nhiều người bị suy giảm thị lực.

    Bài viết liên quan:

    Nguồn : www.designworldonline.com

    Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc. " hoặc "Theo www.advantech.vn " nếu bạn muốn phổ biến thông tin này

    - Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech .,Jsc" hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này