Prueba de compresión automatizada de la lente ocular
Summary
Presentamos un método automatizado para caracterizar el módulo elástico efectivo de una lente ocular mediante una prueba de compresión.
Abstract
Las propiedades biomecánicas de la lente ocular son esenciales para su función como elemento óptico de potencia variable. Estas propiedades cambian drásticamente con la edad en el cristalino humano, lo que resulta en una pérdida de la visión de cerca llamada presbicia. Sin embargo, los mecanismos de estos cambios siguen siendo desconocidos. La compresión de la lente ofrece un método relativamente simple para evaluar la rigidez biomecánica de la lente en un sentido cualitativo y, cuando se combina con técnicas analíticas adecuadas, puede ayudar a cuantificar las propiedades biomecánicas. Hasta la fecha, se han realizado una variedad de pruebas de compresión de lentes, incluidas las manuales y automatizadas, pero estos métodos aplican de manera inconsistente aspectos clave de las pruebas biomecánicas, como el preacondicionamiento, las tasas de carga y el tiempo entre mediciones. Este artículo describe una prueba de compresión de lente totalmente automatizada en la que una platina motorizada se sincroniza con una cámara para capturar la fuerza, el desplazamiento y la forma de la lente a través de un protocolo de carga preprogramado. A partir de estos datos se puede calcular un módulo elástico característico. Si bien se demuestra aquí utilizando lentes porcinas, el enfoque es apropiado para la compresión de lentes de cualquier especie.
Introduction
El cristalino es el órgano transparente y flexible que se encuentra en el ojo y que le permite enfocar a diferentes distancias cambiando su poder de refracción. Esta habilidad se conoce como acomodación. El poder refractivo se ve alterado debido a la contracción y relajación del músculo ciliar. Cuando el músculo ciliar se contrae, el cristalino se engrosa y se desplaza hacia adelante, aumentando su poder refractivo 1,2. El aumento de la potencia de refracción permite que la lente enfoque los objetos cercanos. A medida que los humanos envejecen, el cristalino se vuelve más rígido y esta capacidad de acomodación se pierde gradualmente; Esta afección se conoce como presbicia. El mecanismo de endurecimiento sigue siendo desconocido, al menos en parte debido a las dificultades asociadas con la caracterización biomecánica de la lente.
Se han empleado diversos métodos para estimar la rigidez y las propiedades biomecánicas del cristalino. Estos incluyen la rotación de lentes 3,4,5, los métodos acústicos 6,7,8, los métodos ópticos como la microscopía de Brillouin9, la indentación 10,11 y la compresión12,13. La compresión es la técnica experimental más accesible, ya que se puede realizar con instrumentación simple (por ejemplo, cubreobjetosde vidrio 14,15) o con una sola platina motorizada. Anteriormente hemos mostrado cómo las propiedades biomecánicas de la lente pueden estimarse rigurosamente a partir de una prueba de compresión16. Este proceso es técnicamente desafiante y requiere un software especializado al que no pueden acceder fácilmente los investigadores de lentes interesados en las mediciones de rigidez relativa. Por lo tanto, en el presente estudio, nos centramos en métodos accesibles para estimar el módulo elástico de la lente teniendo en cuenta el tamaño de la lente. El módulo elástico es una propiedad intrínseca del material relacionada con su deformabilidad: un módulo elástico alto corresponde a un material más rígido.
La prueba en sí es una prueba de compresión de placas paralelas y, por lo tanto, se puede realizar en sistemas de prueba mecánicos comerciales adecuados. Aquí, se construyó un instrumento personalizado compuesto por un motor, una etapa lineal, un controlador de movimiento, una célula de carga y un amplificador. Estos se controlaban mediante un software personalizado que también registraba el tiempo, la posición y la carga a intervalos regulares. Las lentes de cerdo no se adaptan, pero son de fácil acceso y económicas17. Se desarrolló el siguiente método para comprimir gradualmente el cristalino del ojo y cuantificar su módulo elástico. Este método se puede replicar fácilmente y será útil en el estudio de la rigidez de la lente.
Protocol
Representative Results
Discussion
La compresión de la lente es un método versátil para estimar la rigidez de la lente. Los procedimientos descritos anteriormente permiten la comparación entre lentes de diferentes especies y diferentes tamaños. Todas las deformaciones se normalizan en función del tamaño de la lente, y el cálculo del módulo elástico tiene en cuenta aproximadamente el tamaño de la lente. El módulo efectivo es considerablemente más alto que el módulo reportado previamente para la lente porcina…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Con el apoyo de la subvención R01 de los Institutos Nacionales de Salud EY035278(MR, por sus siglas en inglés).
Materials
| Curved Medium Point General Purpose Forceps | Fisherbrand | 16-100-110 | |
| Galil COM Libraries | Galil Motion Control | ||
| High Precision Scalpel Handle | Fisherbrand | 12-000-164 | |
| Linear Stage | McMaster-Carr | 6734K4 0.125" | |
| Load Cell | FUTEK | LSB200-FSH03869 | |
| Load Cell Amplifier | FUTEK | IAA300-FSH03931 | |
| MATLAB | The Mathworks, Inc. | ||
| Microprobe | Surgical Design | 22-079-740 | |
| Miniature Self Opening Precision Scissors | Excelta | 63042-004 | |
| Motion Controller | Galil Motion Control | DMC-31012 | |
| Motor | Galil Motion Control | BLM-N23-50-1000-B | |
| Straight Hemastats | Fine Science | NC9247203 | stainless steel, 14cm |
Referências
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