Design of an alternative glaucoma drainage device using CFD tools

Abstract

Glokom, göz içi basınçtaki sürekli basınç artışı nedeniyle optik sinirin zaman içinde zarar görmesi ile oluşan bir göz bozukluğudur. Dünya Sağlık Örgütü'nün raporlarına göre körlüğün ikinci sıradaki nedeni olmasıyla, glokom sadece bireyleri tehdit eden ciddi bir göz hastalığı değil, aynı zamanda bir toplum sağlığı sorunudur. Hastalığın tedavisine uygun modern yaklaşımlar ilaç tedavisi, cerrahi müdahale ve implantlardır. Son yıllarda, hastalığın tedavisinde kullanılan implantların teknolojisinde büyük ilerleme kaydedilmiştir. Glokom drenaj implantlarının (GDD) tasarım ve yapımında harcanan büyük çabaya rağmen, implantların hala çözülmemiş sorunları ve zayıflıkları vardır. Mateen Ahmed tarafından tasarlanan ve ondan adını alan Venturi valflı cihaz, sıklıkla kullanılan bir cihazdır. Bu cihazın küçüklük, dayanıklılık, diğerlerinden üstün drenaj mekanizması gibi avantajları vardır. Ancak düşük hassasiyetli basınç kontrolü dezavantajına sahiptir.İlk olarak piyasada bulunan Ahmed Glokom Valfi'nin (AGV) Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizi başarılmıştır. Sonuçların ışığında, alternatif mikrovalfler incelenmiş, işlevsel olarak en uygun olanı yeni tasarlanmış cihaza dahil edilmiştir. Daha sonra, yeni tasarımın ve AGV'nin HAD analizleri yeni tasarımın üstünlüklerine önem verilerek gerçekleştirilmiştir. Literatürde bulunan deneysel yöntemlerle elde edilmiş verilerle HAD analizi karşılaştırması yapılmıştır. Son olarak, yeni tasarımın performans karakteristiğindeki iyileştirmeler tartışılmış; sonuçlara varılmış ve gelecekte yapılabilecek işler için öneriler sunulmuştur.

Glaucoma is an eye disorder in which the optic nerve is damaged over time due to a sustained elevation of the intraocular pressure. Being the second leading cause of blindness according to the reports of the World Health Organization, glaucoma is not only a serious ocular disease that threatens individuals, but a community health problem as well. The available contemporary approaches to the treatment of the disease are the medication, surgery and implants. In recent years, great improvement has been achieved in the technology of implants used in the treatment of the disease. Despite the great effort dedicated to the design and implementation of the Glaucoma drainage devices, the implants still have unsolved problems and weaknesses. The Venturi valve device designed by and named after Mateen Ahmed, is a commonly used device. This device has advantages such as compactness, durability, superior drainage mechanism over the others. However, it has a major disadvantage of undesirably coarse pressure control.At first, the Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis of commercially available Ahmed Glaucoma Valve (AGV) is accomplished. In the light of the results, alternative micro-valves are examined and functionally the most appropriate one is integrated into the new designed device. Subsequently, CFD analysis of the new device and AGV are realized by stressing on the superiorities of the new design. Comparison of CFD analyses and experimentally obtained data existing in literature are made. Finally, improvements on the performance characteristics of the new design are discussed; conclusions are reached and suggestions for future work are presented.