Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

A szaruhártya a szem rostos burkának legelülső, átlátszó szövete. A levegőből a szembe a fénysugarak a szaruhártyán át jutnak be, ezért a cornea igen nagy, mintegy 42 dioptriás törőerővel rendelkezik. Nagy törőereje miatt a szaruhártya felszínének kis fokú egyenetlensége vagy alakjának változása is jelentősen megváltoztathatja annak törőerejét. A cornealis törőerőben bekövetkező változást azonban a szaruhártya anyagjellemzői, biomechanikai tulajdonságai is befolyásolják, melyek egészséges személyek között és szaruhártya-betegségek esetén is különbözhetnek. 

Ilyenek például a különböző irányokban különböző törőerőt eredményező astigmia, vagy a szaruhártya szövetének elvékonyodásával és előboltosulásával járó, úgynevezett keratoconus betegség. Jellemzően a szaruhártya görbülete a szemészeti műtéteket követően is megváltozik, így például szürkehályog-műtét hatására, a szaruhártya lézeres beavatkozásait követően vagy szaruhártya-átültetést követően, emellett a szaruhártyavarratok eltávolítása is jelentős refraktív hatással bír.

A teljes vastagságú szaruhártya átültetés (perforáló keratoplasztika; PKP) az egyik legsikeresebb és leggyakrabban végrehajtott szervtranszplantáció.

A kutatás célja kettős:

1) Feltérképezni a szaruhártya anyagjellemzőinek vagy geometriai tulajdonságainak megváltozásával járó elváltozások, betegségek, beavatkozások hatását a szem optikai tulajdonságaira. 

2) A kutatás célja továbbá megvizsgálni a teljes vastagságú perforáló szaruhártya átültetés döntési paramétereinek (varratvezetés, varrófonal választás, transzplantátum átmérőjének) hatását a szaruhártya biomechanikai tulajdonságaira és a műtét utáni refrakcióra és látóélességre. 

A vizsgálatok kiterjednek az operációt követő kezdeti időszakban a varrat, hosszútávon a gyógyult cornea mechanikai és refraktív tulajdonságaira, valamint segítséget kívánnak nyújtani a keratoplasztika megtervezéséhez.

 

A kutatási programban a következő feladatokat kell elvégezni:

A szaruhártya geometriai és anyagi tulajdonságainak paraméterelemzése, az egyes tulajdonságok hatásának nyomon követése a műtét szempontjából kritikus helyeken, számítógépes szimulációk segítségével.

Állati és emberi mintákon végzett szakítóvizsgálatok segítségével vizsgálja meg a különböző kimetszési módszerek és varratkialakítások, öltési módok hatását a varrott szaruhártya tulajdonságaira. 

Vizsgálja meg a varrat viselkedését a szaruhártya rétegzett, kompozit szövetében, figyelembe véve a felületi súrlódás és az előfeszítés hatásait, a különböző varrattechnikák hatásainak vizsgálata érdekében. 

Egészséges és transzplantált szaruhártyák számítógépes szimulációjának elvégzése. A transzplantáció modellezésével vizsgálja meg a transzplantátum méretének hatását a transzplantáció sikerére és a gyógyult szaruhártya optikai tulajdonságaira.

 

Megjegyzés:

A kutatás szoros együttműködésben készül a Semmelweis Egyetem, Szemészeti Klinika munkatársaival. A kutatásban a szemész szakorvosok biztosítják a szakszerű orvosi hátteret és az aktuális, orvosi praxisban felmerülő, biomechanikai eszköztárral vizsgálható kérdésekre keressük a választ.

A kísérletes vizsgálatok a BME Biomechanikai Kooperációs Kutatóközpont eszközeivel történnek, egy megkezdett kutatássorozat folytatásaként.

 

***

 

The cornea is the outermost, transparent tissue of the fibrous envelope of the eye. Light rays from the air enter the eye through the cornea, which has a very high refractive power of about 42 diopters. Because of its high refractive power, even a slight unevenness or change in shape of the corneal surface can significantly alter its refractive power. The change in corneal refractive power is also influenced by the material properties and biomechanical properties of the cornea, which may differ between healthy individuals and in corneal diseases. 

Examples include astigmatism, which results in different refractive powers in different directions, or the so-called keratoconus disease, which is a thinning and protrusion of the corneal tissue. Typically, the curvature of the cornea is also altered following ophthalmic surgery, such as cataract surgery, laser corneal surgery or corneal transplantation, and the removal of corneal sutures has a significant refractive effect.

Full-thickness corneal transplantation (penetrating keratoplasty; PKP) is one of the most successful and frequently performed organ transplantation procedures.

The aim of this research is twofold:

1) To explore the effects of lesions, diseases, and interventions that alter the material properties or geometric properties of the cornea on the optical properties of the eye. 

2) Furthermore, the aim of this study is to investigate the effect of decision parameters (suture guidance, suture choice, and transplant diameter) of full-thickness perforating corneal transplantation on corneal biomechanical properties and postoperative refraction and visual acuity. 

The studies will cover the mechanical and refractive properties of the suture in the initial post-operative period and of the healed cornea in the long term, and will help to plan keratoplasty.

 

In the research program the following tasks must be performed:

Perform parameter analysis of the geometric and material properties of the modeled cornea, to trace the effects of individual properties at critical surgical sites.

By means of tensile tests of animal and human specimens, investigate the effects of different excision methods and suture designs on the properties of the sutured cornea. 

Examine the suture behavior in the laminar tissue of the cornea, taking into account the effects of surface friction and preload, to investigate the effects of different suture techniques. 

Perform computer simulations of healthy and transplanted corneas. By modelling the transplantation, examine the effect of transplant size on the success of the transplantation and the optical properties of the healed cornea.

 

Note:

The research is carried out in close cooperation with the Department of Ophthalmology of the University of the Semmelweis University, Faculty of Medicine. In the research, ophthalmologists and eye specialists provide the professional medical background. Answers to the questions of the current medical practice are investigated by means of the tools of biomechanics.

The experimental studies will be carried out with the equipment of the BME Biomechanical Co-operative Research Centre (BKKK), as a continuation of an ongoing research series.