Kornea biyomekaniği, korneanın mekanik özelliklerini kapsayan bir kavramdır. Kornea, hem elastik hem de viskoz özelliklere sahip bir “viskoelastik cisim”dir ve dış kuvvet karşısında deformasyon ve geri dönüş davranışı işlevini karakterize eder.
“Elastikiyet”, basınçla deforme olan bir katının orijinal şekline dönme özelliğidir. “Viskozite” bir sıvının yapışkanlık derecesini ifade eder. Çoğu canlı doku her iki özelliğe sahip viskoelastik cisimlerdir ve kornea da bunlardan biridir.
Korneaya basınç uygulandığında deforme olur ve basınç azaldığında orijinal şekline dönmeye çalışır. Bu süreçte, basınç uygulama ve azaltma sırasındaki yollar çakışmaz. Bu olaya histerezis olayı denir. Histerezis, deformasyon ve geri dönüş sürecinde dağılan enerjinin bir göstergesidir ve korneanın mekanik özelliklerini yansıtır1).
Korneanın elastisite modülü (Young modülü), in vitro ölçüm koşullarına ve yöntemine bağlı olarak 0,1 ila 57 MPa arasında geniş bir aralıkta rapor edilmiştir1). Young modülü ne kadar yüksekse, doku o kadar sert ve deforme olması o kadar zordur.
Kornea biyomekaniği aşağıdaki klinik durumlarda artan bir öneme sahiptir:
Şu anda, kornea biyomekaniğini in vivo olarak kantitatif olarak değerlendiren iki cihaz vardır: Ocular Response Analyzer (ORA) ve Corvis ST. Kornea biyomekaniği kavramı hala yenidir ve ölçüm sonuçlarının yorumlanması gelecekteki araştırmalara bağlıdır.
Kornea histerezisi (CH), korneaya hava üflenerek deforme edildiğinde, basınç uygulama ve basınç azaltma sırasındaki düzleşme basınçları arasındaki fark (P1 - P2) olarak ölçülen bir parametredir. Korneanın viskoelastik özelliklerini, özellikle enerji emme ve dağıtma yeteneğini yansıtır. CH, keratokonusta düşük değerler gösterir; ayrıntılar için “Klinik Önemi ve Uygulamaları” bölümüne bakın.
Kornea biyomekaniği birçok faktörden etkilenir 1). Klinik olarak önemli faktörler aşağıda özetlenmiştir.
Yaşla birlikte kornea sertliği anlamlı şekilde artar 1). Bunun ana nedeni, kollajen çapraz bağlarının doğal artışı ve glikasyon kaynaklı lif modifikasyonudur.
Tahsini ve ark. (2025), 72 sağlıklı bireyde SSI haritalarını analiz etmiş ve Stress-Strain Index (SSI)‘nin 20-50 yaş grubunda 0.938 ± 0.067’den 50-80 yaş grubunda 1.143 ± 0.064’e anlamlı şekilde yükseldiğini göstermiştir (Pearson r = 0.92, p < 0.001) 3). Sertleşme hızı bölgeye göre değişir ve önceden daha sert olan bölgelerde daha hızlı ilerler.
CCT, CH ve CRF ile pozitif korelasyon gösterir 1). Kornea ne kadar kalınsa bu değerler o kadar yüksek olur. Ayrıca göz içi basıncı ölçümlerini de etkiler; kalın kornealarda göz içi basıncı olduğundan yüksek ölçülme eğilimindedir.
Göz içi basıncı (GİB) ile kornea biyomekaniği arasındaki ilişki karmaşıktır 1). GİB yükselmesi CH ölçüm değerlerini düşürür, ancak bu korneanın gerçek fiziksel özelliklerindeki bir değişiklikten değil, ölçüm sisteminin özelliklerinden kaynaklanır. Glokom hastalarında düşük CH, görme alanı ilerlemesi için bir risk faktörü olarak bildirilmiştir.
Östrojen, kollajen çapraz bağlarını etkileyerek kornea sertliğini azaltır 1). Adet döngüsü ve gebelik sırasında CH dalgalanır. Gebelikte refraktif cerrahiden kaçınılması önerilir.
Kornea ödeminde, su içeriğinin artmasıyla sertlik azalır1). Normal su içeriğinin (yaklaşık %78) korunması mekanik stabiliteye katkıda bulunur.
Diyabette, kollajenin enzimatik olmayan glikasyonu ilerler ve kornea sertliği artar1). Diyabetik hastalarda CH ve CRF’nin sağlıklı bireylere göre daha yüksek olduğunu bildiren raporlar vardır.
CXL, uzun dalga boylu ultraviyole (UVA) ve riboflavin kullanarak kollajen lifler arasındaki çapraz bağları güçlendiren ve kornea sertliğini artıran bir tedavi yöntemidir1). SP-A1, CXL’den sonra yükselir ve sertlikteki iyileşmeyi objektif olarak yansıtır. CXL ile keratokonus ilerlemesinin baskılanması, “Klinik Önemi ve Uygulamaları” bölümünde ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Kornea yaşla birlikte sertleşir. Kollajen çapraz bağlarının doğal artışı ve glikasyon ana nedenlerdir ve SSI haritası kullanılan çalışmalarda, 20-50 yaş grubundan 50-80 yaş grubuna SSI yaklaşık %22 artar3). Ancak sertleşme hızı bölgeye göre değişir ve zaten daha sert olan merkezi ve çevresel bölgelerde daha hızlı ilerler.
Kornea biyomekaniğini in vivo olarak ölçebilen iki klinik cihaz şu anda ticari olarak mevcuttur. Deneysel yöntemler olarak Brillouin mikroskobu ve optik koherens elastografi (OCE) geliştirilmektedir1).
Ana ölçüm cihazlarının özellikleri aşağıda gösterilmiştir.
| Cihaz | Ana Parametreler | Özellikler |
|---|---|---|
| ORA | CH, CRF | Viskoelastisiteyi yansıtır |
| Corvis ST | SP-A1, CBI, travmatik beyin hasarı | Video ile deformasyon analizi |
| Brillouin mikroskobu | Elastisite modülü | 3D derinlik haritalaması |
ORA, Reichert firmasına ait temassız hava üflemeli bir cihazdır 2). Korneanın merkezi 3-6 mm’lik bölgesi kızılötesi ışıkla elektro-optik olarak izlenirken basınç artırılıp azaltılır ve korneanın deformasyonu ile iyileşme süreci yaklaşık 30 milisaniye boyunca ölçülür.
Hesaplanan ana parametreler şunlardır:
CH’nin esas olarak korneanın viskoz özelliklerini, CRF’nin ise esas olarak elastik özelliklerini yansıttığı düşünülmektedir2).
Corvis ST (Oculus firması), saniyede 4.330 kare hızında yüksek hızlı bir Scheimpflug kamerası ile yatay yönde 8,5 mm’lik kornea kesitini sürekli görüntüler ve hava jeti ile kornea deformasyonunu video olarak kaydeder2).
Kornea deformasyon parametreleri esas olarak üç zaman noktasında hesaplanır:
Her zaman noktasında geçen süre, apllanasyon uzunluğu, deformasyon hızı ve kornea apeks yer değiştirmesi hesaplanır. Başlıca klinik parametreler şunlardır:
Corvis ST, ORA gibi bir tonometre olarak kullanılabilir ve biyomekanik düzeltilmiş göz içi basıncını (bIOP) hesaplar.
ORA
Hava püskürtmeli çift yönlü aplanation yöntemi: Korneanın deformasyonunu ve toparlanmasını kızılötesi ışınla izler.
Parametreler: CH, CRF, IOPg, IOPcc. Viskoelastisitenin genel bir göstergesini sağlar.
2005’te piyasaya sürüldü: Kornea biyomekaniğinin in vivo ölçümünü mümkün kılan ilk ticari cihazdır.
Corvis ST
Yüksek hızlı Scheimpflug kamera: Kornea kesitinin deformasyonunu saniyede 4.330 kare ile video olarak kaydeder.
Parametreler: SP-A1, CBI, TBI, SSI, DA ratio vb. Tomografi ile entegre indeksler hesaplayabilir.
Genişletilebilirlik: SSI haritası gibi yeni indeksler ve Pentacam HR ile AI entegre analizi mümkündür.
Brillouin mikroskobu, ışık ve akustik fononların etkileşimini analiz ederek korneanın biyomekanik özelliklerini non-invaziv olarak üç boyutlu haritalayan bir tekniktir1). GHz düzeyindeki frekans kaymasından dokunun boyuna elastik modülü tahmin edilir.
ORA ve Corvis ST tüm korneanın ortalama yanıtını ölçerken, Brillouin mikroskobu derinlik çözünürlüğüne sahiptir ve lokal elastikiyet dağılımını görselleştirebilir1). CXL sonrası çapraz bağlama etkisinin derinliğe bağlı değerlendirilmesi ve keratokonusta lokal sertlik azalmasının tespiti için uygulanması beklenmektedir. Şu anda ölçüm süresinin uzunluğu ve çevresel faktörlerin etkisi zorluk oluşturmakta olup klinik kullanıma henüz ulaşılamamıştır.
Optik Koherens Elastografi (OCE), dış kuvvet altında kornea stroması içindeki yer değiştirmeyi ölçen bir tekniktir1). Korneanın orta ve arka katmanlarının gerinimini değerlendirebilir ve derinliğe bağlı biyomekanik özelliklerin analizinde faydalıdır.
ORA, kızılötesi sinyal değişikliklerinden korneal histerezis (CH) ve korneal direnç faktörünü (CRF) hesaplayarak viskoelastisiteyi genel olarak değerlendirir. Corvis ST, yüksek hızlı Scheimpflug kamerası ile kornea kesitinin deformasyonunu video olarak kaydeder ve çok sayıda dinamik parametre hesaplar. Corvis ST’nin özelliği, Pentacam HR ile entegrasyonu sayesinde travmatik beyin hasarı gibi yapay zeka tabanlı bileşik indekslerin kullanılabilmesidir.
Kornea biyomekaniğinin ölçümü, keratokonusun erken tespiti, refraktif cerrahi değerlendirmesi, göz içi basıncı ölçümünün düzeltilmesi ve CXL etkinliğinin değerlendirilmesinde önemli rol oynar.
Korneal ektatik hastalıklarda biyomekanik değişiklikler morfolojik değişikliklerden önce ortaya çıkar5). Topografi veya tomografinin anormallikleri saptayamadığı evrelerde bile biyomekanik değerlendirme erken tanıyı mümkün kılabilir.
Erken keratokonusta lokal elastisite modülündeki azalma, kollajen liflerinin bozulmasıyla bağlantılıdır ve biyomekanik dekompansasyon döngüsü başlar7). Stres artar ve yeniden dağılır, korneanın dikleşmesine ve incelmesine yol açar.
Erken keratokonus tespitinde ana indekslerin tanısal performansı aşağıdaki gibidir7):
| İndeks | SUCRA Değeri | Açıklama |
|---|---|---|
| Travmatik beyin hasarı | 96.2 | En yüksek doğruluk |
| CBI | 83.8 | İkinci en iyi indeks |
| CRF | 66.4 | ORA kaynaklı |
Brar ve arkadaşlarının kriterlerine göre, biyomekanik olarak şüpheli gözler için CBI > 0.5 ve TBI > 0.29 önerilmiştir7). Yanlış negatifleri önlemek için kornea tomografisi (Scheimpflug görüntüleme vb.) ile biyomekanik değerlendirmenin birlikte kullanılması önerilir5)7).
Wang ve arkadaşlarının (2025) kapsamlı incelemesine göre, tomografi ve biyomekanik kombinasyon modelleri, FFKC (forme fruste keratokonus) tespitinde tek parametrelerden daha üstündür. Luz ve arkadaşlarının lojistik regresyon modeli AUROC 0.953 (duyarlılık %85.71, özgüllük %98.68) elde etmiştir2).
ORA ile yapılan çalışmalarda, FFKC gözlerinde normal gözlere kıyasla CH ve CRF anlamlı derecede düşük bulunmuştur2). VAE-NT (çok asimetrik ektazi, normal topografi) gözlerinde CH 8.5 ± 1.5 mmHg, CRF 8.3 ± 1.5 mmHg olup normal kontrol grubundan düşüktür2).
Corvis ST’nin TBI’sı VAE-NT gözlerinde AUROC 0.985 göstermiş, CBI duyarlılığı (%99.1) ve TBI duyarlılığı (%99.6) tomografik olarak anormal keratokonus tespitinde çok yüksek değerlere ulaşmıştır2).
Refraktif cerrahi, kornea stromasını kesip şekillendirerek biyomekanik özellikleri etkiler4). Postoperatif kornea ektazisi nadir (%0.04-0.6) ancak ciddi bir komplikasyondur ve preoperatif biyomekanik değerlendirme önemlidir4).
Pniakowska ve arkadaşlarının (2023) 17 prospektif çalışmaya dayanan sistematik incelemesinde, biyomekanik azalma en fazla LASIK’te (flepli stromal ablasyon), ardından SMILE’da (lentikül ekstraksiyonu) ve en az yüzey ablasyonunda (PRK/LASEK) görülmüştür4).
Postoperatif biyomekanik ile ilgili ana bulgular:
Yüzey ablasyonu sonrası CH ve CRF’nin genel ortalama değerleri sırasıyla CH 8.68 ± 0.94 mmHg ve CRF 8.39 ± 1.08 mmHg idi4). SMILE’da ameliyat sonrası 3. ayda CH, LASEK’e göre anlamlı derecede yüksek kaldı, ancak 3 yıl sonra iki grup arasındaki fark kayboldu4).
Biyomekanik indeksler ve topografi parametrelerinin birlikte kullanımının, refraktif cerrahi öngörü doğruluğunu %25’ten fazla iyileştirdiği bildirilmiştir7). Kornea sertliği düşük olan hastalarda postoperatif rezidüel refraktif kusur riski 2-3 kat daha yüksektir7).
Goldman aplanasyon tonometresi (GAT) ile göz içi basıncı ölçümü, kornea kalınlığı ve biyomekanik özelliklerden etkilenir5).
Ektatik kornea hastalıkları veya refraktif cerrahi sonrası kornealarda, doku incelmesi ve biyomekanik zayıflama nedeniyle aplanasyon tonometresi ile göz içi basıncı yapay olarak düşük ölçülür5). Alternatif cihazlar olarak aşağıdakiler önerilir:
ORA ile hesaplanan IOPcc, CCT ve CH’den daha az etkilenir ve gerçek göz içi basıncını daha doğru yansıtır.
CXL, riboflavin ve UVA ile kornea stromasında çapraz bağları güçlendiren bir tedavi yöntemidir ve keratokonus ilerlemesini durdurmada etkilidir6). Korneanın biyomekanik sertliğini artırır, ancak doğrudan ultrayapısal düzeyde etki mekanizmasına dair yeterli kanıt yoktur6).
Larkin ve ark. (2021), Keralink çok merkezli randomize kontrollü çalışmasında genç keratokonus hastalarında CXL’nin etkinliğini inceledi. Keratokonus prevalansı Hollanda’da 1:375, Avustralya’da 20 yaşında 1:84’e ulaşmaktadır6). CXL’nin yetişkinlerin çoğunda keratokonus ilerlemesini durdurmada etkili olduğu bildirilmiştir, ancak güven aralığı geniştir ve yanlılık riski de belirtilmiştir6).
CXL sonrası SP-A1 yükselir ve Corvis ST ile kornea sertliğindeki iyileşme objektif olarak değerlendirilebilir1). Yeterli kornea kalınlığı gerektiğine dikkat edilmelidir; ileri derecede incelmiş vakalarda sub400 protokolü gibi yöntemler bildirilmiştir.
Kornea 5 katmandan (epitel, Bowman tabakası, stroma, Descemet membranı, endotel) oluşur ve kalınlığın yaklaşık %90’ını oluşturan stroma biyomekaniği belirler1). Stroma, tip I ve V kollajen lifleri ve proteoglikanlardan oluşur. Kollajen liflerinin yönelimi, yoğunluğu ve çapraz bağları biyomekanik özellikleri belirleyen ana faktörlerdir.
Korneanın mekanik davranışı aşağıdaki özelliklere sahiptir1):
Tahsini ve ark. (2025), SSI haritası kullanarak korneayı merkez, parasantral (4 bölge) ve periferik (4 bölge) olmak üzere 9 bölgeye ayırdı ve bölgesel sertliği analiz etti. Merkez ve periferik bölgelerin ortalama SSI değeri yüksek (1.153 ± 0.079) iken, parasantral bölgeler düşük (0.890 ± 0.057) bulundu. Özellikle alt parasantral bölge (zon 4 ve 5) en zayıftı ve SSI = 0.833 gösterdi 3).
Alt parasantral bölgenin zayıflığı, keratokonusun tipik olarak alt kısımda ortaya çıkması klinik bulgusuyla uyumludur 3). Mekanik olarak daha zayıf olan bölgelerin biyomekanik dekompansasyona daha yatkın olduğu düşünülmektedir.
Üst parasantral bölge (SSI = 0.945) ile alt parasantral bölge (SSI = 0.833) arasında anlamlı fark bulundu ve nazal bölge (SSI = 0.903) temporal bölgeye (SSI = 0.879) göre biraz daha yüksek sertlik gösterdi 3).
Keratokonusun erken evrelerinde lokal elastik modül düşüşü meydana gelir ve kollajen liflerinin yıkımı ve dejenerasyonu başlar 7). Bu, biyomekanik dekompansasyon döngüsünü başlatır:
Hastalıklı bölgede kollajen yıkımında artış, kornea hücrelerinin (keratositler) kaybı, kollajen çapraz bağlarında azalma ve gerilim-gerinim yanıtında belirgin zayıflama gözlenir. Genetik, göz ovuşturma alışkanlığı, kontakt lenslerden kaynaklanan mikrotravma ve atopi, biyomekanik dejenerasyona katkıda bulunan faktörler olarak belirtilmiştir.
SSI haritası analizine göre, alt parasantral bölge (inferior paracentral zone) en düşük sertlik değerini (SSI = 0.833) gösterir 3). Bu bölge, keratokonusun sık görüldüğü alanla uyumludur ve doğuştan gelen mekanik zayıflık hastalığın gelişiminde rol oynayabilir.
SSI II (SSI haritası), sonlu eleman modellemesi ve kollajen lif dağılım modeline dayanarak kornea yüzeyindeki sertlik dağılımını iki boyutlu olarak görselleştiren yeni bir teknolojidir 2)3).
Tahsini ve ark. (2025), SSI haritasını kullanarak yaşlanmaya bağlı kornea sertliğindeki bölgesel değişiklikleri analiz etti. Sertleşme, zaten sert olan bölgelerde (çevresel: 0.0058-0.0067/yıl) daha hızlı, zayıf bölgelerde (alt parasantral: 0.0039/yıl) daha yavaş ilerler. Sağ ve sol göz SSI değerleri arasında çok yüksek korelasyon (Pearson r = 0.96) bulundu 3).
SSI haritasının keratokonusun başlangıç ve ilerleme mekanizmalarını anlamada ve CXL tedavisinin kişiselleştirilmesinde faydalı olması beklenmektedir. Hastanın yaşına ve kornea bölgesine göre kişiselleştirilmiş tedaviye uygulanması öngörülmektedir 3).
Yapay zeka ve makine öğrenimi yöntemlerinin kullanılması keratokonus tespitinin doğruluğunu artırmıştır 2).
Wang ve ark. (2025) incelemesine göre, AI algoritmaları belirgin keratokonus tespitinde yaklaşık %98 doğruluk elde etmiştir, ancak subklinik tipte yaklaşık %90’da kalmakta ve gözden kaçırma riski devam etmektedir 2).
Rastgele orman yöntemiyle yapılan analizde, Pentacam HR ve Corvis ST metriklerinin entegrasyonu ile subklinik keratokonus sınıflandırmasında %93 özgüllük ve %86 duyarlılık rapor edilmiştir 2). Geri yayılımlı sinir ağı kullanılan tanı modeli AUROC 0.877’ye ulaşmış ve CBI (0.610) ve TBI’den (0.659) daha yüksek FFKC tespit yeteneği göstermiştir 2).
Brillouin mikroskobu, korneanın üç boyutlu elastikiyet haritalamasını mümkün kılan bir teknoloji olarak dikkat çekmektedir 1). CXL sonrası çapraz bağlama etkisinin derinliğe bağlı değerlendirilmesinde ve keratokonusta lokal sertlik azalmasının görselleştirilmesinde faydalı olduğu gösterilmiştir. AI entegrasyonu ile ölçüm doğruluğunun artırılması ve klinik uygulamaya geçilmesi gelecekteki yönelimdir 1).
Keratokonus iki taraflı olarak ortaya çıkar, ancak bazen bir göz asemptomatik (FFKC/VAE-NT) kalabilir 2). Bir gözünde klinik keratokonus olan hastaların diğer gözünün biyomekanik olarak değerlendirilmesiyle gelecekteki gelişim riskini tahmin etme çalışmaları devam etmektedir. TBI, VAE-NT gözlerde yüksek tespit duyarlılığı göstermiştir ve iki göz arasındaki karşılaştırma erken teşhis için ipucu olabilir 2).
