Resumen de Computational model and implementation of an indirect system for the intraocular pressure measurement including the mechanical behavior of the cornea
- español
Esta tesis aborda un sistema directo (DS) y una metodología indirecta (IM) para estimar la PIO. Aunque la prueba in vivo está fuera del alcance de esta tesis, trabajamos en un diseño de sensor de referencia directa con la posibilidad de ser utilizado en un escenario in vivo y en ojos enucleados. Además, el sensor podría usarse para verificar la metodología indirecta propuesta que se basa en la tonometría de aplanamiento (AT) para incluir las propiedades del material utilizando información de la córnea fuera de la región aplanada. El DS implementado utiliza una topología de resonador LC pasivo que permite un dispositivo pequeño, de bajo peso y una estructura de biocompatibilidad factible capaz de ser implantada. El prototipo del sensor de presión utiliza una matriz resonante pasiva de tres inductores en espiral. La membrana se deforma y cambia la distancia entre las espirales inferiores y la bobina interior superior cuando se aplica presión sobre el sensor. Esta deformación produce un cambio en la capacitancia entre las espirales y su frecuencia de resonancia leída usando un conjunto de resonador de bobina simple. Esta topología permite corregir el nivel de presión considerando las propiedades del medio, así la medición de presión no se vea afectada por el fluido alrededor del sensor. La IM propuesta para la estimación de la PIO integra parámetros geométricos de la córnea y de deformación extraídos mediante el principio AT para mejorar la estimación de la PIO. Asimismo, aplica una aproximación de segundo orden para incluir la deformación de la córnea fuera de la zona de aplanamiento lograda con diferentes desplazamientos tonométricos verticales que permiten introducir las propiedades mecánicas del tejido. En un modelo computacional del principio de AT aplicado sobre una córnea humana sana, se analiza un grupo de 336 escenarios de módulo elástico y PIO para construir una base de datos; que permite identificar los pasos necesarios para la estimación de la PIO.
- English
This thesis approaches a direct system and an indirect methodology to estimate IOP. Although the in-vivo test is out of this thesis's scope, we work on a direct reference sensor design with the possibility to be used in an in-vivo scenario and on enucleated eyes. Additionally, the sensor could be used to verify the indirect methodology proposed which is based on the AT to include material properties using information of the cornea outside of the flatted region. The direct system implemented uses a passive LC resonator topology allowing a small, low-weight device and a feasible biocompatibility structure capable of being implanted. The prototype of the sensor pressure uses a passive resonant array of three archimedean spirals inductors. The membrane deforms and changes the distance between the lower spirals and the upper inside coil when a pressure is applied over the sensor. This deformation produces a change in the capacitance between the spirals and their resonant frequency read using a single coil-resonator set. The main feature of this sensor topology is that it corrects the pressure level considering the medium properties, allowing the pressure measurement to be unaffected by the fluid around the sensor. The indirect methodology proposed for IOP estimation integrates geometric cornea parameters and deformation parameters extracted using the AT principle to improve the IOP estimation. Also, it applies a second-order approximation to include the deformation of the cornea outside the flattening area achieved with different vertical tonometer displacements that allow introducing the tissue mechanical properties. With the help of a computational model of the applanation tonometry principle applied over a healthy human cornea, a group of 336 different elastic modulus and IOP scenarios are analized to build a database; that allows identifying the steps required for the IOP estimation.
