Etude de l'oxygénation de la cornée en présence d'un dispositif oculaire par des approches couplées de modélisation et d'expérimentations
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Abstract EN:
This work presents a study of the cornea oxygenation in the presence of an ocular device (sensor). This device aims to allow continuous measurement of intraocular pressure in order to better anticipate the onset of glaucoma. The oxygenation study was carried out using coupled modeling and experimental approaches. The experimental apparatus developed in this work, based on a chronoamperometric method, enabled to measure the oxygen permeability of the materials used to manufacture the sensor as well as the overall device permeability. Experimental OCT measurements concerning the change in corneal thickness have shown that corneal swelling, caused mainly by a lack of oxygenation, varies locally at the cornea. To explain this spatial heterogeneity, a mathematical model of corneal oxygenation has been developed in 2D geometry. The model involves the description of mass transfer phenomena (oxygen transfer and diffusion) and biochemical reactions within the cornea by aerobic and anaerobic pathways. The model enabled to identify the limiting phenomena of cornea oxygenation under different conditions of sensor wearing, by integrating a potential decentering, and for different designs of the device. As a predictive tool, the model also identified improvement strategies such as reducing the surface area of the circuit, implementing oxygen channels or increasing the permeability of manufacturing materials.
Abstract FR:
Ce travail de thèse présente une étude de l'oxygénation de la cornée en présence d'un dispositif oculaire (sensor). Ce dispositif vise à permettre la mesure en continu de la pression intraoculaire de façon à mieux anticiper l’apparition du glaucome. L’étude de l'oxygénation a été réalisée via des approches couplées de modélisation et d'expérimentations. L’outil expérimental développé dans ce travail, basé sur une méthode chrono-ampérométrique, a permis de mesurer la perméabilité à l’oxygène des matériaux de fabrication du sensor ainsi que la perméabilité globale du dispositif. Des mesures expérimentales de la variation de l’épaisseur cornéenne par OCT ont permis de montrer que le gonflement cornéen, provoqué principalement par un manque d’oxygénation, varie localement à la cornée. Pour expliquer cette hétérogénéité spatiale, un modèle mathématique de l’oxygénation de la cornée a été développé en géométrie 2D. Le modèle intègre la description des phénomènes de transfert de matière (transfert et diffusion de l’oxygène) et des réactions biochimiques au sein de la cornée par voies aérobie et anaérobie. Le modèle apermis d’identifier les points limitants de l’oxygénation de la cornée dans différentes conditions de port du sensor, en intégrant un décentrage potentiel, et pour différents designs du dispositif. En tant qu’outil prédictif, le modèle a également permis d’identifier des stratégies d’amélioration telle que la diminution de la surface du circuit, l’implémentation des canaux d’oxygénation ou l’augmentation de la perméabilité des matériaux de fabrication.