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20例健康年轻人鼻腔气道的三维重建和气流流场的数值模拟与分析

苏英锋  
【摘要】:目的:通过对20 例健康年轻人鼻腔气流流场的分析,初步总结出正常国人鼻腔气流流场的基本特征,并初步探讨其与鼻腔气道结构、功能之间的关系。 方法:应用螺旋CT 对20 例健康年轻国人的鼻腔进行冠状位连续扫描。根据CT 提供的数据对鼻腔气流通道和上颌窦腔进行表面三维重建。设定气流通道壁为边界无滑移条件(Vs=0m/s),同时分别在气流通道前、后端施加边界条件(前鼻孔处为一个标准大气压,鼻咽部为气流速度),求解粘性流体运动方程:Navier-Stokes 方程。分析通气量为10L/min 时的气流速度场和压强场。 结果: 1.三维重建所得鼻腔气道能够反映鼻腔基本结构特征。鼻阈为气道最狭窄处,与前鼻孔的角度为45.56±5.59o 2.吸气相压强场分布:前鼻孔到鼻咽部气道压强差值变化范围为131±91Pa,压强变化趋势在起于前鼻孔经鼻阈止于下鼻甲前端递减明显,压强递减值为77±64Pa,约占气道总压强差值的58.78%,鼻腔中、后段气道压强递减趋缓。中鼻道与上颌窦之间的压强差为2~3Pa;上颌窦内流速均接近于0 m/s。 3.吸气相气流场分布:在通气量为10L/min 时的条件下,(1)4 例以双侧鼻腔通气为主,其气流主要流经总鼻道中部,同时中鼻道和嗅裂流速相对亦较高。其余16 例以一侧鼻腔通气为主,占总例数的80%,左、右侧分别为11、5 例。在主要通气侧,气流主要经过总鼻道中、下部;在非主要通气侧,气流主要经过总鼻道中部。(2)气流流速在鼻阈、总鼻道中部、总鼻道下部等处主要通气侧大于非主要通气侧,在嗅裂、中鼻道、下鼻道等处双侧基本相等。(3)在主要通气侧鼻阈处流速最快,总鼻道中部、总鼻道下部流速次之,中鼻道、下鼻道、嗅裂流速最慢,但中鼻道流速相对较快。(4)在非主要通气侧气道各部位流速均慢,数值无差别。 4.气流形式:在鼻前庭和鼻腔均以层流为主。在所有志愿者的鼻腔气流流场中均可见中鼻甲水平鼻腔前部有一涡流形成,大小不等。同时在其它部位如鼻前庭顶、底、侧部,嗅裂、鼻底、鼻腔后上部、鼻甲表面,咽鼓管圆枕前、后等多处散在有小的反向流动或涡流形成,部位、大小不定。 结论: 1.通气量为10L/min 时气流在鼻前庭和鼻腔内以层流为主,中鼻甲水平鼻腔前部有一较固定的涡流存在。气道其他部位的反向流动和涡流与不同个体局部结构变化有关,不具有共性。主要通气侧更容易形成反向流动或涡流。气流形式可能随通气量的不同而发生变化。 2.气流流速在鼻阈处最快,在鼻腔内总鼻道的中、下部流速较快,而且这两个部位起主要通气作用。中鼻道、下鼻道、嗅裂流速最慢,在鼻腔双侧无差别, 不起主要通气作用,不随鼻周期的变化而变化。 3.三级分流机制鼻阈、下鼻甲、中鼻甲共同对进入鼻腔的气流进行有效、合理地分流,形成气流在鼻腔内的三级分流机制。它具有重要地生理和病理意义,能够同时满足呼吸生理功能的需求和鼻腔气道自身保护作用的需要。 4.鼻周期存在于80%正常人,主要表现为总鼻道中、下部气流在双侧鼻腔交替变化,它的存在是对鼻腔气流三级分流机制在功能上的有益补充。 5.中鼻道较下鼻道、嗅裂流速快,能够促进前组鼻窦的通气与引流,中鼻道直接影响前组鼻窦的功能状态。


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