Impact of chamber pressure and material properties on the deformation response of corneal models measured by dynamic ultra-high-speed Scheimpflug imaging / Impacto da pressão na câmara artificial e das propriedades do material sobre a resposta de deformação de modelos de córnea medido por imagem de Scheimpflug ultradinâmica de alta velocidade

ABSTRACT

PURPOSE: To study the deformation response of three distinct contact lenses with known structures, which served as corneal models, under different chamber pressures using ultra-high-speed (UHS) Scheimpflug imaging. METHODS: Three hydrophilic contact lenses were mounted on a sealed water chamber with precisely adjustable pressure TAN-G5X (41% hydroxyethylmethacrylate/glycolmethacrylate, 550 µm thick), TAN-40 (62% hydroxyethylmethacrylate, 525 µm thick) and TAN-58 (42% methylmethacrylate, 258 µm thick). Each model was tested five times under different pressures (5, 15, 25, 35 and 45 mmHg), using ultra-high-speed Scheimpflug imaging during non-contact tonometry. 140 Scheimpflug images were taken with the UHS camera in each measurement. The deformation amplitude during non-contact tonometry was determined as the highest displacement of the apex at the highest concavity (HC) moment. RESULTS: At each pressure level, the deformation amplitude was statistically different for each lens tested (p<0.001, ANOVA). Each lens had different deformation amplitudes under different pressure levels (p<0.001; Bonferroni post-hoc test). The thicker lens with less polymer (TAN-G5X) had a higher deformation (less stiff behavior) than the one that was thinner but with more polymer (TAN-40), when measured at the same internal pressure. The thinnest lens with less polymers (TAN-58) had a lower deformation amplitude (stiffer behavior) at higher pressures than the thicker ones with more polymer (TAN-40 and TAN-G5X) at lower pressures. CONCLUSIONS: UHS Scheimpflug imaging allowed for biomechanical assessment through deformation characterization of corneal models. Biomechanical behavior was more influenced by material composition than by thickness. Chamber pressure had a significant impact on deformation response of each lens.

RESUMO

OBJETIVO: Estudar a resposta de deformação de três lentes de contato com estruturas conhecidas, que serviram como modelos de córnea, recorrendo à imagem de Scheimpflug de alta velocidade. MÉTODOS: Três lentes de contato hidrófilas foram montadas em uma câmara de água selada com pressão ajustável TAN-G5X (41% hidroxietilmetacrilato/glycolmethacrylate, 550µm de espessura), TAN-40 (hidroxietilmetacrilato 62%, 525 µm de espessura) e TAN-58 (42% metilmetacrilato, 258 µm de espessura). Cada modelo foi testado cinco vezes sob pressões diferentes (5, 15, 25, 35 e 45 mmHg), recorrendo a um tonómetro de não-contato acoplado a uma câmara de Scheimpflug de alta velocidade. Cento e quarenta imagens de Scheimpflug foram capturadas em cada medição. A amplitude de deformação foi determinada como o maior deslocamento do ápice no momento de maior concavidade do modelo testado. RESULTADOS: Em cada nível de pressão, a amplitude de deformação foi estatisticamente diferente para cada lente testada (p<0,001, ANOVA). Cada lente teve amplitude de deformação diferente sob distintos níveis de pressão (p<0,001; Bonferroni teste post-hoc). A lente mais espessa e com menos polímero (TAN-G5X) apresentou maior deformação (comportamento menos rígido) do que aquela que era mais fina mas com mais polímero (TAN-40), quando testadas sob a mesma pressão. A lente mais fina e com menos polímero (TAN-58) apresentou uma menor amplitude de deformação (comportamento mais rígido) sob pressões mais elevadas, em comparação com as lentes mais grossas e com mais polímero (TAN-40 e TAN-G5X) em pressões mais baixas. CONCLUSÕES: A imagem de Scheimpflug de alta velocidade permite uma avaliação biomecânica através da medição da amplitude de deformação dos modelos de córnea. O comportamento biomecânico foi mais influenciado pela composição do que pela espessura da lente. A pressão da câmara apresentou um impacto significativo sobre a amplitude de deformação de cada lente.