眼壓依賴性因素
機械應力：眼壓使篩板的結締組織梁變形。高眼壓導致LC廣泛重塑和後移3)
軸突運輸障礙：眼壓相關應變在LC處阻斷順行性和逆行性軸突運輸3)
機械感測器：細胞膜變形→離子通道開啟、整合素結合訊號→細胞反應3)
眼科中的計算流體力學（CFD in Ophthalmology）
1. 眼科中的計算流體力學是什麼？
Section titled “1. 眼科中的計算流體力學是什麼？”計算流體力學（CFD）是一種基於納維-斯托克斯方程式，使用數值方法和演算法分析流體流動的計算科學技術。通過將流體力學定律應用於表示結構的計算模型，可以推斷流動模式、壓力分佈、剪切應力等。
眼睛是含有高濃度流體（房水、玻璃體）的器官，非常適合做為 CFD 分析的模型。眼科中的主要應用領域如下：
- 房水動力學與青光眼：前房內流動、小樑網流出阻力、眼壓調節機制的分析。
- 玻璃體內藥物動力學：玻璃體注射或植入後藥物分佈的模擬。
- 水晶體與調節：熱傳導模型、調節時水晶體變形、白內障手術中的流體力學。
CFD 在心血管領域（動脈粥樣硬化、支架設計）已取得顯著成果。近年來，與包括眼科在內的其他醫學領域的合作不斷推進，多學科團隊（醫生、數學家、物理學家）協作的研究日益活躍。
納維-斯托克斯方程式的簡化階段：去除黏性項得到歐拉方程式，進一步去除渦量項得到全勢方程式，線性化得到線性化勢方程式。在前房穩態下，最大雷諾數非常小，約為0.01，但對於瞬目等暫態現象，需要使用完整的納維-斯托克斯方程式。
Q
什麼是CFD？它在眼科中如何應用？
6. 房水動力學的流體力學基礎
Section titled “6. 房水動力學的流體力學基礎”房水的產生與流出
Section titled “房水的產生與流出”房水由睫狀體冠部的無色素上皮分泌到後房。白天的產生量約為3.0 μL/分鐘，標準前房容積（約250 μL）的房水每1至2小時更換一次。房水通過瞳孔流入前房，主要經由小梁網-施萊姆管通路（主通路：80-95%）和葡萄膜鞏膜流出通路（副通路：5-20%）排出2)。
主通路流出阻力的主要部位是存在細胞外基質（ECM） 的近小管結締組織區域4)。ECM的持續更新對於維持眼壓調節是必要的，並且實驗表明，通過操作小梁網的ECM可以改變流出率4)。
「流出通路具有一種恆定機制，能夠感知持續的壓力偏差，並通過補償性調整流出阻力來維持眼壓在正常範圍內」4)
施萊姆管內壁內皮細胞（SCE）的基底膜發育出亞微米級的不連續結構，房水通過巨泡和孔隙經此排出4)。近小管結締組織（JCT）中的細胞通過操縱多功能蛋白聚醣的取向和濃度來調節流出阻力的假說已得到驗證4)。
眼壓與機械應力
Section titled “眼壓與機械應力”眼壓是一個不能簡化為單一數值的複雜參數3)。它隨時間變化，在眼內不同位置也不同，並且還受測量方法的影響3)。
| 眼壓的特徵 | 內容 |
|---|---|
| 定義 | 與大氣壓的壓差（mmHg） |
| 正常眼壓 | 約15 mmHg（大氣壓+2 kPa） |
| 晝夜波動 | 夜間房水生成減半 |
眼壓產生的機械應變在視神經乳頭（ONH）處影響軸突功能，導致局部ECM重塑和視網膜神經節細胞（RGC）死亡3)。篩板（LC）是覆蓋鞏膜管開口的窗狀結構，被認為是青光眼損傷的主要部位3)。
在正常眼中，LC區域的最大主應變在5至45 mmHg加壓下約為3%，周邊部高於中心部3)。據報導，高眼壓症眼（3.96%）、原發性開放隅角青光眼（POAG）眼（6.04%）和原發性閉鎖隅角青光眼（PACG）眼（4.05%）的有效應變因疾病類型而異3)。
非眼壓依賴性因素
循環障礙：與視盤出血、視盤周圍萎縮、低眼灌注壓、低舒張壓相關
風險因素：高齡、家族史、大杯盤比、薄角膜、低角膜滯後1)2)
RGC死亡：凋亡途徑、神經營養因子耗竭、粒線體聚集
Q
房水流出阻力發生在哪裡？
A
房水流出阻力的主要部位是小樑網最深層的近Schlemm管結締組織（JCT）的細胞外基質。該區域的ECM持續更新以維持眼壓在正常範圍。青光眼時，這種調節機制失效，導致流出阻力異常升高。CFD透過數值分析這一微結構水平的流體行為，有助於理解病理機制。
7. 最新研究與未來展望
Section titled “7. 最新研究與未來展望”前房內房水流動的計算模型
Section titled “前房內房水流動的計算模型”已確定以下五種物理機制可引起前房內的房水流動：
- 角膜前表面與虹膜之間的溫差引起的浮力驅動流（自然對流）
- 睫狀體產生房水引起的流動
- 仰臥位時浮力與重力的相互作用
- 晶狀體震盪（phacodonesis）引起的流動
- REM睡眠期間快速眼球運動引起的流動
溫度梯度引起的浮力驅動流最為主要，其流速比其他物理機制引起的流速高出數個數量級。透過CFD計算剪切應力表明，僅靠浮力驅動流無法解釋虹膜色素顆粒的脫落。
雷射虹膜切開術後的剪切應力
Section titled “雷射虹膜切開術後的剪切應力”利用CFD分析了雷射虹膜切開術（LI）後房水流動變化對角膜內皮細胞（CEC）產生的剪切應力。特別是在前房較淺的眼睛中，LI後CEC受到的剪切應力可能達到足以引起細胞損傷和減少的程度。
玻璃體內藥物動力學模擬
Section titled “玻璃體內藥物動力學模擬”玻璃體注射或植入物後眼後段藥物分佈的CFD模擬顯示，注射時間、針頭規格和刺入角度會影響藥物濃度分佈。植入物的放置位置（前部 vs 後部）和形狀也會影響眼內藥物濃度。此類模型可能有助於優化治療效果並降低組織毒性。
晶狀體與調節的CFD分析
Section titled “晶狀體與調節的CFD分析”晶狀體的熱傳遞模型表明，職業性熱暴露（如麵包房）可能對晶狀體造成損傷。此外，對色素性青光眼中調節作用的計算評估證實，調節會導致虹膜後部向後彎曲，且彎曲程度強烈依賴於調節量。
目前也在嘗試利用CFD研究改良型有晶狀體眼後房型人工晶狀體（ICL）的房水流體力學特性，該晶狀體中央開孔以改善房水循環。
Q
CFD如何為青光眼研究做出貢獻？
8. 參考文獻
Section titled “8. 參考文獻”
- European Glaucoma Society. European Glaucoma Society Terminology and Guidelines for Glaucoma, 5th Edition. Br J Ophthalmol. 2025.
- 日本緑内障学会. 緑内障診療ガイドライン（第5版）. 日眼会誌. 2022;126(2):85-177.
- Pitha IA, Du L, Nguyen TD, Quigley HA. 眼圧 and glaucoma damage: The essential role of optic nerve head and retinal mechanosensors. Prog Retin Eye Res. 2023;99:101232.
- Acott TS, Vranka JA, Keller KE, Raghunathan V, Kelley MJ. Normal and glaucomatous outflow regulation. Prog Retin Eye Res. 2021;82:100897.