淡江大学机械与机电工程学系毕业专题.docx
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淡江大学机械与机电工程学系毕业专题
淡江大學機械與機電工程學系畢業專題
期末報告
題目:
隅角閉鎖型青光眼之眼球前房壓力模擬與分析
指導教授:
李宗翰博士
研究生:
蕭天偉
專題生:
劉碩婕
黃詩淯
中華民國九十八年十月二十五日
目錄
第零章摘要--------------------------------------------P.3
第一章序論
---研究動機---------------------------------------------P.4
---研究目標---------------------------------------------P.4
---研究流程---------------------------------------------P.4
第二章青光眼介紹
---何謂青光眼------------------------------------------P.5
---青光眼症狀分類------------------------------------P.5
---青光眼的高危險群---------------------------------P.7
第三章如何測量壓力
---各類型眼壓計-------------------------------------------P.8
---眼球曲率與眼壓關係-----------------------------------P.12
第四章青光眼的預防及治療
---青光眼的預防方法------------------------------------P.13
---青光眼的治療方法-------------------------------------P.13
---各類型青光眼治療步驟-------------------------------P.14
第五章
---參數設定-------------------------------------------------P.15
---成果出圖-----------------------------------------------P.16
第六章
---結論-------------------------------------------------------P.19
第零章
摘要：
人的眼球猶如一小球，也可比喻為一精密的照像機，眼球的前房後房充滿了一種稱為房水的循環體液，維持眼球內正常的壓力（此稱為眼壓），以免眼球塌陷。
房水不斷的由睫狀體分泌出來，由後房流經瞳孔進入前房，再由前房隅角小樑網處排出眼球外，進入血液循環。
青光眼又稱為綠內障，是世界各地成人失明的主要原因。
當某些因素導致房水分泌增加或排出受阻時，會造成眼壓升高。
若眼壓超過正常眼所能忍受的程度時，會使某些視神經受到傷害，於是在視野上出現缺損，這就是青光眼。
雖然它不會傳染，也不會危及生命，但是若沒有儘早發現，病情將逐漸惡化，最後將導致視力完全喪失。
青光眼的發生通常是兩眼同時或先後發生的。
早期青光眼不容易察覺到，因為當我們在看一物體時，是用注意力和眼睛去看，這件物體就成為我們視野的中心，當視野的中心視力減退時，會馬上察覺到，而對視野邊緣部分的視力減退則引不起重視，因為它不是我們注意的中心。
患青光眼時，中心視力的影響大多數都發生在末期，初期的影響都是開始於視野外圍，所以不容易發覺。
青光眼不是傳染性的疾病，但有些族群屬於高危險群，例如糖尿病或高血壓患者、高度近視、家族中有青光眼病患者，最好定期作眼部青光眼檢查，以便早期診斷及儘早適當的治療。
青光眼與眼壓有密切關係，所以測量眼壓為診斷與日後追蹤時不可或缺的一種檢查，這個角色就是由眼壓計來擔當。
眼底鏡檢查視神經受損的程度，並配合精密的視野檢查，是否有視野缺損發生，其他尚包括病史的詢問，視力檢查，細心的檢查眼睛構造有無改變或發炎，隅角鏡檢查以區分隅角是開放型或是閉鎖型。
有時還需藉助於眼壓日差（即24小時中眼壓變化的情形），或暗房俯臥激發試驗等等。
第一章緒論
研究動機:
青光眼一直是失明的其中一項重要原因，也是許多人會得到的一種眼睛疾病，雖然醫療界已經有針對青光眼的治療方式，也大致了解導致青光眼的原因，卻一直不明白為何會得到青光眼。
做這份報告就是希望能藉由研究來得知青光眼是因為何種原因得到的。
另一方面，也希望藉由軟體的分析，可以讓往後醫生除了可以藉由專業經驗累積之外，更可以透過數據來判斷青光眼病患是否需要動手術
研究目標:
希望先透過蒐集資料，充分了解青光眼的疾病分類、眼壓之測量分法以及相關的治療方式，再經由ANSYS軟體分析操作，來模擬在發病時眼球前房的房水流動情形。
研究流程:
1.收集有關青光眼資料
2.瞭解各類型青光眼分類
3.認識檢查儀器與檢查方法
4.發病前與發病後的治療
5.建構眼球模型
6.藉由ANSYS軟體進行數值模擬
7.得到眼球內壓力和流場分佈圖
第二章青光眼介紹
何謂青光眼
青光眼是眼科疾病中導致失明的主要原因之一，在35歲以上的年齡層有百分之二的人們因此視力受到威脅，但若早期診斷出來，由青光眼引起的失明幾乎是可以預防的。
當我們注視著一個物體時，影像藉著視神經從視網膜傳導至大腦，這條神經就像一束內含百萬條電線的電纜，每條電線皆帶著一個傳至大腦的訊息，當這些訊息拼湊在一起就產生一個和被注視物體一般清晰的影像，青光眼可以破壞這些「電線」，使大腦解讀的影像盲點增加，而人們很少意識到這樣的改變，直到可觀看的視神經損害發生，如果整條神經被破壞殆盡，就導致失明。
預防青光眼產生的視神經損害或失明的關鍵就在於早期的診斷及早期的治療。
眼科醫師可在定期檢查中篩檢出青光眼並加以治療。
因此，成年人必須接受眼科醫師的定期檢查。
圖一水漾液循環示意圖
青光眼的症狀分類:
（一）隅角閉鎖性青光眼
患者易有頭痛症狀，大部分隅角閉鎖性青光眼患者，由於解剖構造的關係，眼壓起伏大，較易有傍晚頭痛的症狀。
亞洲地區患有「隅角閉鎖性青光眼」的患者較多，平時偶爾會出現慢性頭痛的症狀，但在急性發作後，頭痛的情形往往變得更加嚴重，這是因為急性青光眼發作後，三叉神經亦受到刺激，因此造成眼睛痛、眼眶痛、太陽穴周邊及後頸部疼痛等等，在眼壓降低後，疼痛感雖然可以好轉，但仍有不少患者在觸摸到上述部位時，會感到疼痛與不適。
（二）隅角開放性青光眼
眼壓上升的過程是漸進的，除非眼壓突然上升很多，否則通常患者不太會有感覺，也很少會頭痛，因此最容易被忽略
圖二隅角開放示意圖
圖三隅角閉鎖示意圖
（三）正常眼壓青光眼
是一種慢性、沒有明顯症狀的青光眼。
病人的邊緣視野先喪失，往往要嚴重到危及中央視力時才會有自覺。
病人往往是因其他眼疾就醫，偶然被醫師發現有可疑的視神經病變；或是在接受眼底視神經檢查的體檢時被發現。
一般而言，有心臟血管疾病、周邊血管疾病、高血壓、高血脂、動脈硬化、血液濃度增加、心律不整、血壓過低、高度近視等病史較易罹患此病。
這些疾病都可能影響視神經的血管而使視神經易受傷害。
要診斷正常眼壓青光眼並不容易，醫師必須將許多可能會造成類似視神經病變的診斷排除掉後才能確定診斷。
而正常眼壓青光眼病情惡化的速度在不同病人之間具有相當大的個體差異性。
當視野缺損有惡化之虞時即需治療。
（四）先天性青光眼
即俗稱「牛眼」。
是一種先天性眼疾，症狀在出生或出生三個月左右出現。
此種發生率很低，其中與遺傳有關，通常在３歲以內發生，而且兩眼都會影響，男孩比女孩較易發生，主要是眼排流管的構造有先天性的異常而引起，病人的房水排流管自出生後就不正常，因為嬰孩的眼睛組織較成年人具有彈性，當眼壓增加，眼球便被撐大，而角膜因水腫而呈混濁，容易流眼淚、怕光、眼睛紅或眼瞼抽搐。
嬰兒喜歡躲在棉被或較暗的地方。
患眼的眼壓增高，眼珠被撐大，眼睛看來叫正常人為大，故稱「牛眼」。
（五）絕對性青光眼
各種型之青光眼末期，導致視力完全喪失，眼壓無法控制，眼睛非常疼痛，統稱為絕對性青光眼。
此類青光眼只能以冷凍法或雷射破壞睫狀體來減少房水的分泌，減輕疼痛，嚴重者更需手術治療。
青光眼的高危險群:
1.年齡越高，得病機率也會增加
2.種族和性別的差異
3.家族遺傳性
若父母患有青光眼，他或她的子女有20%的機率罹患青光眼。
假如兄弟姊妹裡有一人得到青光眼，其兄弟或姊妹有50％的機率罹患青光眼。
4.糖尿病和高血壓等慢性病
5.眼部受過傷，導致眼球組織造成差異
6.長期服用類固醇（Corticosteroid）
第三章
如何測量壓力:
（一）Goldman平壓式眼壓計
此為國際通用測量眼壓的標準，測量壓平每直徑3.6㎜角膜所需要的力，
圖四測量壓力示意圖
圖五平壓式眼壓計
眼壓計算方式
Pt＝W/A
A:
壓平面積 Pt:
眼內壓 W:
壓平角膜的外力
（二）PASCALDCT動態輪廓眼壓計
1.動態輪廓眼壓計特性
∙裂隙燈附件與壓平式眼壓計一樣操作方便
∙便利的拋棄型測量頭套防止污染和潛在的感染可能
∙直接測量壓力－沒有壓力轉換導致的系統誤差
∙數字顯示結果－避免操作者偏差和讀數錯誤。
∙不需要機械的校正；自動校準。
∙電池運作－沒有電纜。
∙通過透明的傳感應探頭可視控制眼/探頭接觸面。
∙單鍵操作。
2.臨床優點
∙不像壓平式眼壓計會受到角膜厚度和其他角膜特性的影響，導致錯誤評估的眼壓值。
動態輪廓眼壓計提供了一個精確直接測量真正眼壓的途徑，不受角膜屬性的個體間差異影響。
∙即便在Lasik術後的眼睛也能正確測量眼內壓。
∙PASCAL能探測並精確測量動態的眼內壓脈動，得到眼內壓的舒張值和收縮值。
結果顯示為（舒張）IOP和OPA（眼脈動振幅，也就是收縮值和舒張值之間的差異）。
∙測量過程不需要螢光染色。
∙IOP（IntraocularPressure）：
眼內壓，波谷平均值即為IOP
IOP=（F-U）/C+（Pv）
∙OPA（OcularPulseAmplitude）：
眼脈動振幅波峰為收縮壓，波峰與波谷的差值就是OPA
3.DCT眼壓計的運作
PASCAL使用一個電晶體的壓力感應器，內置在輪廓圓弧的中間，凹面探頭，當探頭接觸角膜表面時直接測量眼內壓。
弧形表面經過特別計算可以對角膜產生最少的型態改變，並將角膜內的力都導向壓力感應器表面。
此設備可以安裝在裂隙燈上，並通過裂隙燈的搖桿向前接觸病人。
感應探頭裝在傳動器上以提供精確的外力控制。
感測器探測到的壓力被數字化並儲存在設備的記憶卡裡。
一個內置的微處理器得出眼內壓（IOP）和由於心臟搏動所形成的波動幅度（眼脈動振幅OPA）。
IOP和OPA以數字的型式顯示在液晶顯示器上。
接觸眼睛的探頭部份由一個拋棄型的套子「SENSORCAP」保護。
設備由電池來驅動。
PASCAL就是如此簡單易用：
將它旋轉到病人眼睛前方，通過一個藍色旋鈕激活設備，向前接觸患者的眼睛，收回幾秒鐘後就可以立即在發光的液晶體顯示器上看到數字化的結果，精確而且毫不含糊。
圖六DCT眼壓計
圖七DCT眼壓計
（三）非接觸眼壓計NCT
非接觸式眼壓計的設計原理是利用一種可控的空氣脈衝，其壓力具有線性增加的特性，使通過氣體脈衝力將氣體噴射到角膜中央的表面，使角膜變形呈3.6mm直徑圓形平面時，經角膜射入的光線經反射後有足夠強的光線進入觀測器為止，借助儀器的微電腦，將所得資料加以處理，直接測出眼壓數值。
1.設計原理
眼壓計的測量頭不與角膜接觸，僅用噴射空氣壓平恆定面積的角膜，噴射空氣的力量迅速隨時間的延長呈線性增加，與此同時瞄準光束射到角膜，然後從角膜反射出來，被光電管接受。
當壓平角膜的面積達3.6mm直徑時，光電管接受了最大光線量，即產生最大量的角膜光反射時間，直接與空氣噴射力相關，與眼壓的抵消力相等，而可測出眼壓值。
NCT在測量過程中需要更大的力量，但作用與單位面積的力在兩種眼壓計是相同的。
2.非接觸眼壓計的優缺點
（1）優點
①適用於成人及兒童，以及對表面麻醉劑有反應者。
②檢查進行中出現氣流衝擊時，被檢者略感不適，但無疼痛。
由於眼壓計不接觸角膜，故不需要滴麻醉劑，可避免麻醉藥物過敏及角膜上皮損傷後的感染問題。
且不致引起接觸傳染。
③測量操作迅速，每次測定可以在3ms內完成，在一定範圍內檢查結果比較準確，但當眼壓在25mmHg以上時，與Goldmann壓平眼壓計測量結果有比較大的差別。
④操作簡單，容易掌握，方便使用。
非醫務人員經過培訓後可進行操作。
（2）缺點
①對高度散光、角膜混濁、角膜移植術後以及固視不良者不宜用此法檢查眼壓。
②眼壓的準確性：
8mmHg及>25mmHg者誤差較大。
眼壓較高區域其可靠性降低，因此仍需應用Goldmann眼壓計測量較高的眼壓區段。
③儀器只能用於坐位測量，不能用於臥位患者。
桌式儀器，不便於攜帶，且遠比一般眼壓計的價格昂貴。
④本儀器難以校正及標準化，眼科醫師不能自行校正以排除誤差。
據我們觀察了本院幾種NCT，不僅不同廠家的產品測得的眼壓值有誤差，而且同一產牌的產品亦存在誤差。
NCT雖是一種簡單易掌握並為廣大患者所接受的測量眼壓方法，但由於儀器價格昂貴，並可能出現高眼壓假陰性，故其結果僅相對可信，我們認為不宜用於青光眼的臨床工作，而應推廣國際通用的金標準Goldmann壓平式眼壓計。
圖八NCT眼壓計
角膜厚度角膜弧度散光度數
圖九發現DCT的測量數據不因角膜或散光的條件影響
資料來源:
三軍總醫院眼科部
眼球曲率和眼壓關係:
1.眼壓測量值誤差會受到角膜厚度影響且與設定之壓力值有關，眼內壓力越高時誤差越大，且誤差與角膜弧度無直接關係
2.CCT（角膜）每增加10微米，眼壓測量值便增加0.19毫米汞柱
3.角膜曲度對眼壓測量之影響弧度越大的角膜必須花較多力量來克服角膜模形變所造成的阻力，角膜曲度每增加一單位光度眼壓值便增加0.34毫米汞柱
4.角膜性散光:
（1）順性角膜散光…低估
（2）逆性角膜散光…高估
5.NCT比GAT更容易受角膜厚度所影響
第四章
青光眼預防方式:
1.保持心情舒暢--避免情緒過度波動青光眼最主要的誘發因素就是長期不良精神刺激脾氣暴躁抑鬱憂慮驚恐
2.生活飲食起居規律--適量體育鍛鍊不要參加劇烈運動保持睡眠品質飲食清淡營養豐富，禁煙酒、濃茶、咖啡適當，控制進水量每天不能超過1000~1200ml，一次性飲水不得超過400ml
3.注意用眼衛生保護用眼，不要在強光下閱讀，暗室停留時間不能過長，光線必須充足柔和，不要過度用眼
4.婦女更年期以及痛經，可是眼壓升高應高度重視經期，如出現青光眼表現者應及時就診專科
5.青光眼家族及危險因素者必須定期復查一旦有發病徵象者必須積極配合治療防止視功能突然喪失
6.在家DIY穴位按摩及熱敷，也是降眼壓保養視力不錯的方法，藉按摩眼部穴道以疏通經絡之氣，使氣血運行通暢，能快速放鬆眼睛周圍及眼內的肌肉，降低眼壓。
對於具有不利視神經血液循環因素的患者，必須針對這些因素加以改善，如治療心律不整、控制血脂肪濃度、避免過高及過低的血壓等。
也鼓勵在體能狀況許可的範圍內，培養每週至少三次運動的習慣，有助於促進組織微細循環以維護視神經細胞的活力。
青光眼治療方式:
（一）目前最普遍的口服及外敷藥物:
特拉發坦（Travatan）和露明甘（Lumigan）的這兩種新藥，憑借排出過多的眼液而產生效果。
青光眼主要症狀是眼液累積過多
（二）手術
1.傳統手術：
眼科醫生可能從眼白的地方取去一小塊的組織，以製造一個通道讓房水從眼排出來。
對於某些病人，新排水口可能會閉塞，需要進行第二次的手術。
雖然青光眼的手術可以挽回剩餘的視力，但對於改善視力，一般都沒有幫助。
事實上，手術後的視力也可能不如手術前，一如其他手術，青光眼手術也可能有併發症，其中包括有白內障、角膜問題、內眼發炎或房水過多導致眼球萎縮。
2.雷射手術：
對於開角型青光眼，會使用激光光束在排水的濾簾位置，減低房水流過濾簾的壓力，這有助打開小孔讓房水流動得暢順。
[副作用]:
有時會再度復發
3.雷射治療:
在隅角小樑處以氬雷射光打數十個小點，以產生小疤痕反應，此方可增加在雷射小疤痕之間的組織房水流出量。
[副作用]:
有時會無效、幾乎無副作用
4.濾過性顯微手術:
此種手術方式為在鞏膜（眼白的部分）開一個小小的洞以引流房水，此過程稱為小樑切除術，此步驟將過剩的房水引流出眼睛，以減小或避免視神經受到進一步的傷害。
在手術後，房水可經由手術製造的小開口流出，並形成結膜水皰狀的隆起位於眼球上表面，並且被上眼皮所覆蓋，因此，不易由外觀上辨識出。
一般來講，在二個星期以後視力應可恢復。
老年性病患，手術的成功率大約是70％至90％。
在年輕人，此修復功能特別旺盛，也因而導致手術成功率較不理想。
目前使用之抗傷口癒合的藥物，如Mitomycin-C與5-FU，可減緩傷口癒合的速度，增加手術開口通暢，增加房水引流效果。
[副作用]:
剛接受手術的病患可能會感覺到淚水增加，以及出現暫時性的紅腫與異物感。
（三）中醫針灸:
放鬆眼內的肌肉、促進血液及房水循環，進而達到降眼壓的效果。
不同的治療方式
各種類型的治療步驟：
1、閉鎖性：
第一步：
雷射、第二步：
藥物、第三步：
手術、第四步：
摘除。
2、開放性：
第一步：
藥物、第二步：
雷射、第三步：
手術、第四步：
摘除。
3、續發性：
先針對其根本毛病治療，同時對青光眼做治療。
比如說，如果懷疑藥物引起，就先停用藥物，針對青光眼治療。
如果是白內障腫脹引起，那就要對白內障施以手術。
4、正常眼壓青光眼:
降低眼壓的治療仍然是基本有效的方法。
除了一般降眼壓眼藥水之使用外，以前列腺素類降眼壓眼藥水治療正常眼壓青光眼，可有較理想的眼壓降幅，並有可能改善視神經的血流循環。
第五章隅角閉鎖型青光眼眼壓分析
在這一部份我們藉由ANSYS來模擬當隅角閉鎖型青光眼發生時，眼球前房所發生的壓力分佈以及流場分佈圖。
請參考以下圖1與圖2，不難發現，當閉鎖型青光眼發生時，瞳孔中央部分會產生渦流使眼球前房的壓力增大，進而使眼球前房逐漸壓迫到眼球後房之水晶體，使視神經遭到壓迫，讓病患感到不適。
ANSYS參數設定：
設定參數:
密度
黏滯係數
初速設定
計算次數
1
0.0002
0.0035cm/s
400
*房水設定為可壓縮流體
圖十眼球前房流場分佈圖
圖十一眼球前房流場分佈圖
圖十二眼球前房流速分佈圖
圖十三眼球前房流場分佈圖
圖十四眼球前房壓力圖
圖十五眼球前房流場分佈圖
圖十六眼球前房之流速分佈圖
第六章結論
6-1結論
青光眼是一種很普遍的眼睛疾病，雖然有了治療方式，但是目前是完全依靠醫生的經驗來判定如何補救，青光眼研究就是希望用數據及分析的方式讓大家更加了解青光眼的形成及原因，可以使青光眼治療更有可靠性跟依據，主要是希望能夠模擬出各種不同情況下眼內壓跟房水和青光眼的直接關係，程式部分以ansys為主，將參數設定完成後模擬出眼內房水流動情形以及壓力剖面圖，目前所做出的的結果可明顯的看出房水在眼睛內流動的路程及方向，這是了解青光眼的第一步，研究中發現房水再壓力之下會造成渦流造成眼壓累積，目前醫療青光眼的主要方式也是從外在壓力集中處劃開，使得房水排出造成減壓的效果，這次專題研究學了很多關於流體方面的運用也更了解眼睛結構及青光眼，之後也會對身邊的人預防青光眼有所幫助。
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