上气道及部分支气管生物力学模型的数值研究

目的建立上气道、气管及部分支气管的生物力学模型,研究不同呼吸模式对气道内气流特性以及气道阻力的影响。方法根据CT扫描资料,建立包括鼻腔、口腔、咽、喉、气管和部分支气管在内的具有真实解剖结构形态的三维有限元呼吸道模型,针对现实中几种典型情况,数值模拟流经鼻、口的气流不同比例情况下气道内的气流特性。结果当仅有少量气流经由口腔吸入时,呼吸道内气流的分布规律以及各部位气道阻力的大小与完全经由鼻腔呼吸的情况相似。当口腔吸入或呼出大量气体,气流主要经由口腔与外界进行交换时,呼吸道内气流场、压力场和剪应力场分布规律明显不同,主要区别体现在鼻腔、口腔气道内。结论建立上气道与气管、支气管生物力学模型,可以从整体上了解呼吸过程中整个上气道至部分支气管中气流的分布情况,为了解与上气道结构相关疾病的发病机制建立数值研究平台。     

中耳含气系统有限元数值建模

目的　建立正常人中耳含气系统结构与功能相适应的有限元数值模型,无侵入性的测量特定状态下咽鼓管同周围组织结构之间的生物力学关系,模拟活体状态下其内部气流流场分布特征及软组织结构运动行为。方法　选取一名成年无耳科疾病女性志愿者,应用Philips 128排多层螺旋 CT 机扫描,范围自中颅窝底到下鼻道下端,听眶线与水平面垂直,扫描平面平行于听眶线,采集其咽鼓管开 放状态下的数据并以DICOM格式输出;将上述DICOM数据导入Mimics 20.0进行三维重建,将所得STL格式文件导入Geomagic studio 12.0中进行修复、降噪、面片划分,得到光滑曲面的三维模型,应用Ansys 15.0对其划分体网格及面网格,建立中耳含气结构的有限元数值模型。结果　咽鼓管正常开放状态下其咽口的横截面积右侧为71.09 mm2、左侧为70.89 mm2,峡部的横截面积右侧为1.67 mm2、左侧为1.85 mm2,鼓室口横截面积右侧为14.78 mm2、左侧为13.96 mm2,鼓窦入口的横截面积右侧为21.81 mm2、左侧为20.05 mm2,充气状态下咽隐窝的容积右侧为4685.98 mm3、左侧为5323.61 mm3;前鼻孔给予3300 Pa压力时随着咽鼓管截面积的逐渐减小,气流流速逐渐增加,气流压力逐渐减小,在咽鼓管软骨部距峡部7 mm处中心气流流速最大,气流压力最小。结论　建立中耳含气系统有限元数值模型,可用于模拟正常及病理状态下中耳的结构与功能,为从生物力学角度探讨与咽鼓管功能相关的中耳疾病的病因诊断和治疗提供数值模型基础。     

62例经尿道前列腺电切术病人的护理

目的探讨经尿道前列腺电切术病人的护理对策。方法回顾分析62例经尿道前列腺电切术病人的临床资料,总结予以心理护理、术前准备、密切观察病情变化、持续膀胱冲洗、预防并发症等护理干预的效果。结果并发膀胱痉挛4例,出血1例。平均住院9天。治愈60例,好转2例。结论通过护理干预,可有效预防并发症的发生,提高手术成功率,从而提高患者生活质量。     

应用于功能性内窥镜鼻窦手术后引流器的工作原理分析

目的设计一种应用于功能性内窥镜鼻窦手术后的引流器,可以在上颌窦术后防止窦口的粘连,通过鼻腔呼吸气流将上颌窦内的积液引出,及将药物输送到窦口鼻道复合体处,方便术后的管理。方法根据重建的三维鼻腔模型进行数值模拟的结果和鼻阻力仪测量的结果得到窦口鼻道复合体处的气流流动情况,以此作为依据,设置合理的边界条件。通过两相流理论和建立的引流器计算模型,对于"引流和给药过程"进行数值模拟和定量分析。在数值模拟过程中,改变引流器的管径以及引流物质的黏性系数,分别计算并比较结果来优化引流器形状。结果计算了几种管径的引流器和同一管径引流器对不同黏性系数液体引流效果并进行了比较,得到一种比较合理的能够完成引流、给药和通气功能的引流器。结论设计的引流器可以完成通气、引流,给药和保持上颌窦口不粘连的功能。     

健康国人鼻腔气流场数值模拟研究

目的　研究国人鼻腔内气流特征。方法　依据40例健康国人鼻腔CT扫描数据建立鼻腔三维有限元数值模型,设定边界条件和载荷：气道壁为边界无滑移、前鼻孔为标准大气压、潮气量为600 ml,求解黏性流体运动方程和Navier-Stockes方程。结果　①气流量：33例左侧较多,7例右侧较多,主要通气侧（320±28）ml,非主要通气侧 （180±45）ml;②气流速度：前鼻孔、鼻内孔、总鼻道中部和下部在主要通气侧分别为（5.01±2.12）m/s、（7.00±1.75）m/s、（5.08±1.55）m/s、（4.12±1.40）m/s;在非主要通气侧分别为（2.01±0.94）m/s、（2.40±0.34）m/s、（1.99±1.0）m/s、（2.01±0.65）m/s,双侧差异均有统计学意义（P 均＜0.05）;中鼻道、下鼻道、嗅裂在主要通气侧分别为（2.08±0.43）m/s、（1.60±0.95）m/s、（1.64±0.80）m/s,在非主要通气侧分别为（1.89±0.52）m/s、（1.49±0.89）m/s、（1.50±0.75）m/s,双侧差异均无统计学意义（P 均>0.05）;③气流形式：在总鼻道中部和下部主要表现为类似直线形式;④上颌窦腔内气流速度近乎为0 m/s。结论　鼻腔气流主要通过总鼻道中、下部,气流在鼻腔内主要为层流,上颌窦腔内气流以自由扩散为主。     

呼吸道内颗粒物沉积的数值模拟

目的通过数值模拟方法研究人呼吸过程中吸入的颗粒物在呼吸道内的沉积规律及其影响因素。方法建立正常人呼吸道三维数值模型,模拟吸气过程中气流在呼吸道内的分布规律。在鼻孔或口等气流入口处释放颗粒,模拟悬浮颗粒物随着吸入气流在呼吸道内的沉积过程。同时改变颗粒物直径、密度、呼吸气流速率等参数,通过对比分析,研究颗粒物在呼吸道内沉积的影响因素。结果颗粒物在呼吸道内主要沉积在鼻阈、固有鼻腔气道中部、鼻咽部以及支气管内壁,并且颗粒物的沉积率随着其直径、密度、呼吸气流速率的增大而增加,几个参数对沉积率的影响程度也不相同。结论颗粒物在呼吸道内主要沉积在气道几何形状复杂或者气道走向剧烈改变的位置,颗粒物的直径、密度、呼吸气流速率均会影响到其在呼吸道内的沉积率。研究结果可为空气污染引发呼吸道疾病风险的临床评估提供数值依据。     

鼻中隔矫正术或联合下鼻甲骨折外移术对鼻腔模拟气流场及气道结构影响的分析

目的 探讨鼻中隔矫正术或联合下鼻甲骨折外移术对鼻腔气流场及气道结构的影响.方法 对2006-2009年诊治的6例"C"型鼻中隔偏曲患者行鼻中隔矫正术或联合下鼻甲骨折外移术,术前及术后分别行鼻CT检查,根据CT分别对手术前后鼻腔气道结构进行表面三维重建,设定边界条件并求解Navier-Stokes方程.对比分析手术前后通气量为12 L/min时气流场、气道结构变化.采用SPSS 12.0软件进行非参数秩和检验.结果 术前气道总面积、总鼻道中、下部面积宽敞侧分别为(1.61±0.18)、(0.40±0.10)、(0.40±0.14)cm2,狭窄侧分别为(1.30±0.18)、(0.33±0.05)、(0.36±0.10)cm2,双侧对比差异无统计学意义(Z值分别为1.782、1.363、0.526,P值均＞0.05);气道总流量、总鼻道中、下部流量、下鼻甲厚度宽敞侧分别为(361±68)、(131±25)、(100±28)ml,(0.93±0.10)cm,狭窄侧分别为(178±33)、(59±26)、(59±18)ml,(0.58±0.12)cm,双侧对比差异均有统计学意义(Z值分别为2.207、2.201、2.201、2.214,P值均＜0.05);双侧气流形式均紊乱.术后气道总面积宽敞侧、狭窄侧分别为(2.55±0.44)、(2.20±0.72)cm2,术后狭窄侧总鼻道中、下部面积分别为(0.58±0.13)、(0.81±0.26)cm2,术后宽敞侧下鼻甲厚度为(0.73±0.08)cm,与术前对比差异均有统计学意义(Z值分别为2.201、2.201、2.201、2.201、2.264,P值均＜0.05);双侧气流形式稳定.术后气道阻力[(0.16±0.01)kPa·L-1·s-1]较术前[(0.41±0.03)kPa·L-1·s-1]明显减小,差异有统计学意义(Z=-2.207,P=0.027).结论 鼻中隔偏曲患者术前鼻腔气道呈失代偿性改变,通气功能减退;行鼻中隔矫正术或联合下鼻甲骨折外移术后通气功能好转,但气道结构仍有继发性、自适应性改变.

Abstract：

Objective To explore the effect of septoplasty or in combination with outfracture of the inferior turbinate in patients with nasal septum deviation on the airflow field and the nasal airway structure.Methods Six patients with nasal septum deviation underwent spiral CT imaging scans before surgery and during the follow-up.The 3D finite element meshes of the nasal airway were developed from the above CT scans.Given three preconditions,the nasal airflow fields were described by the Navier-Stokes and continuity equations at the inspiratory flow rate of 12 L/ min. The whole airflow patterns were obtained and then compared with the airflow filed and airway structure changes before and after surgery.SPSS 12.0 software was used to analyze the data.Results Before surgery,area of the common airway and the middle and ventral medial regions in the concave side were (1.61 ± 0.18),(0.40 ± 0.10),(0.40 ± 0.14) cm2 respectively,and those of convex side were (1.30 ±0.18),(0.33 ±0.05),(0.36 ±0.10) cm2 respectively.The differences between both sides were of no statistical significance (Z value was 1.782,1.363,0.526 respectively,all P ＞ 0.05).Airflow of the above airways were (361 ± 68),(131 ± 25),(100 ±28) ml respectively in concave side and (178 ± 33),(59 ± 26),(59 ± 18) ml respectively in convex side, which differences were significant statistically (Z value were 2.207,2.201,2.201respectively,all P ＜ 0.05＝.The inferior turbinate in concave side [(0.93 ± 0.10) cm] was statistically (Z=2.214,P＜0.05＝ bigger than that in convex side[(0.58 ±0.12)cm] before surgery.The airflow fields were in disorder in both ill-airways.After surgery,area of the common airway was (2.55 ±0.44) cm2in concave side and (2.20 ± 0.72)cm2 in convex side respectively,and area of the middle and ventral medial regions in the convex side were (0.58 ± 0.13),(0.81 ± 0.26)em2 respectively,which differences were of significance statistically when comparing to areas before surgery (Z value were 2.201,2.201,2.201,2.201,P ＜0.05＝.The airflow passed through nasal airway orderly in both sides.But the thickness of inferior turbinate was (0.73 ±0.08)cm in concave side after surgery,which difference was significant statistically in comparison to that before surgery (Z = 2.264,P ＜ 0.05＝.Consequently,nasal resistance decreased from (0.41 ± 0.03) k Pa · L- 1 · s - 1 to (0.16 ± 0.01) kPa · L -1 · s - 1 after surgery,the difience was significantly(Z = -2.207,P = 0.027).Conclusion Septoplasty or in combination with outfracture of the inferior turbinate,followed by the self-adaptation consecutively,could improve the airway and breathing capacity of the nose.     

鼻腔结构矫正手术对OSAHS患者上气道流场影响的数值分析

目的研究伴鼻腔结构异常的OSAHS患者经鼻腔结构矫正手术后,气道结构形态的改变对患者整个上气道流场分布以及软腭运动姿态的影响。方法基于患者手术前后CT影像学数据,建立上气道及软腭三维有限元模型,采用流固耦合的方法模拟手术前后上气道流场特性及软腭的运动情况。结果手术矫正了异常的鼻腔结构形态,鼻腔及整个上气道阻力明显下降。术后软腭的肥厚水肿明显缓解,其游离缘的运动幅度减小。软腭运动幅度随弹性模量的减小而增大。术后的模拟结果与文献报道的正常人实验与模拟结果接近。结论鼻腔结构矫正手术改变了上气道结构,影响了气流流场的分布和软腭的运动姿态;不同病理生理状态下,软腭弹性模量的变化对其运动姿态有影响。     

鼓膜穿孔对听力系统振动的影响

目的研究鼓膜穿孔尺寸及穿孔衍射对听力系统振动的影响。方法利用CT获取志愿者耳部结构临床资料,提取相关结构的边界,导入ANSYS并建立人耳结构数值有限元模型。结果穿孔面积分别为0.97、3.66和7.97mm2,随着穿孔尺寸增大,共振频率分别变为3.6、4.4和4.6kHz,镫骨底板位移振幅随之变小;镫骨底板位移振幅在衍射声波作用下明显变小;在1000Hz处,鼓膜位移云图位移最大值分别为0.32、0.20和0.19μm,在共振频率处,鼓膜位移云图位移最大值分别为0.20、0.14和0.09μm。结论鼓膜穿孔尺寸越大,镫骨底板位移振幅越小,尤其4kHz以下,共振频率升高。鼓膜云图位移振幅最大值随穿孔增大变小,有望对临床治疗提供参考。