数值模拟上颌窦内侧壁不同形态改变对鼻腔气流场的影响

作     者：刘宗宁 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宗贵

授予年度：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100213[医学-耳鼻咽喉科学] 10[医学] 

主      题：鼻阻塞 上颌窦内侧壁 上颌窦过度气化 腭突气化 计算流体力学 

摘      要：目的: 鼻阻塞作为鼻部疾病的常见症状,影响着全球数以亿计的人口。而鼻阻塞症状的加重可能与上颌窦内侧壁(medial wall of maxillary sinus,MMS)的形态改变有关。本研究利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术模拟不同MMS形态内移下的鼻腔气流场,以鼻腔整体及局部的压强、流速、壁面剪切力等CFD参数作为鼻腔通气功能的评价指标,从生物力学角度探讨MMS不同形态改变对鼻腔通气功能的影响。 方法: 回顾性分析2022年1月至2023年12月期间就诊于吉林大学白求恩第二医院门诊患者的鼻窦CT资料,筛选出25例报告无异常诊断的CT图像并按照MMS形态改变标准进行分型:(1)MMS无内移型;(2)MMS前部形态改变:上颌骨腭突显著气化型、上颌骨腭突过度气化型;(3)MMS后部形态改变:中鼻甲根部内移为主型、下鼻甲根部内移为主型,分别命名为Ⅰ～Ⅴ型。使用Mimics 21.0构建鼻腔三维模型。对内鼻瓣、下鼻甲头端、腭突气化最深处、鼻甲根部内移最深处、下鼻甲尾端五个层面进行标记,并命名为层面A～E;其次,分别测量各鼻腔模型的容积、表面积,并于层面C测量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的鼻底宽度、鼻腔横截面积,层面D测量Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ型的双侧中下鼻甲根部间距、鼻腔横截面积。将鼻腔三维模型导入Geomagic Studio 14.0进行优化并生成整体曲面模型。利用Fluent 2022R1对曲面模型进行网格划分,设置相应参数后运行计算,获取鼻腔整体气流场的进出口压差、平均压强、速度、壁面剪切力以及各特征层面的压强、流速、温度的量化数值、云图和气流迹线图等。最后,利用统计学相关软件进行分析,当P0.05时存在统计学意义。 结果: ***不同形态改变未显著影响鼻腔整体容积及表面积的大小。 ***后部形态改变对鼻腔气流场的影响显著:Ⅳ、Ⅴ型鼻腔整体进出口压差、平均压强、速度及壁面剪切力均明显高于MMS无内移型(Ⅰ型,P0.05);鼻腔后部层面C、D、E的平均压强大于Ⅰ型(P0.05),层面C、D的平均速度高于Ⅰ型(P0.05);相对地,鼻腔前部层面A、B的平均压强、速度与Ⅰ型相比无统计学差异。 ***前部形态改变对鼻腔气流场无显著影响:Ⅱ、Ⅲ型整体进出口压差、平均压强、速度、壁面剪切力以及鼻腔各层面的平均压强、速度与Ⅰ型相比,均无统计学差异。 ***不同形态改变的整体及局部温度变化与Ⅰ型相比无统计学差异。 结论: 本研究通过建立鼻腔三维模型,探讨了上颌窦内侧壁不同部位的形态改变对鼻腔气流的影响。我们发现,上颌窦内侧壁后部的形态改变通过增大相应区域的压强来提高鼻腔的整体压力梯度。这将引起鼻腔气流的加快和壁面剪切力的增大,是鼻阻塞加重的潜在因素。