人鼻氣流動力學(xué)研究實(shí)驗?zāi)Ｐ偷慕⑴c應(yīng)用.pdf

1、呼吸是鼻的重要生理功能之一，鼻腔-鼻竇氣流動力學(xué)研究是鼻生理學(xué)研究的難點(diǎn)之一。鼻腔氣流的經(jīng)典概念認(rèn)為，經(jīng)過鼻腔的氣流可以分為兩股氣流，即層流和紊流。層流從鼻內(nèi)孔朝后上方向弧形(拋物線形)流向后鼻孔再散開，為鼻腔氣流的大部分。紊流形成于鼻內(nèi)孔的后方，是呈漩渦狀而又不規(guī)則的氣流。層流和紊流通常同時存在，但在緩慢呼吸時則只有層流。鼻竇中空氣交換量甚小，其中亦無顯著氣流形成，內(nèi)部空氣完全交換一次，約需一小時之久。經(jīng)典的鼻氣流理論一直指導(dǎo)著臨床實(shí)

2、踐，隨著鼻竇內(nèi)窺鏡外科技術(shù)的迅速發(fā)展及對慢性鼻-鼻竇炎的治療和康復(fù)的認(rèn)識的不斷加深，無論在基礎(chǔ)或臨床上，均對鼻腔-鼻竇氣流動力學(xué)理論提出了更高的要求。但關(guān)于吸入氣流在鼻腔的走向與分布、在各鼻道的流速與流量、氣流主要沖擊部位、鼻腔-鼻竇之間氣流交換的方式等等一系列問題至今尚無明確定論。主要是由于鼻腔-鼻竇具有復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，鼻氣流動力學(xué)研究帶來很多困難，其中的是實(shí)驗方法學(xué)的問題還沒有得到有效解決。 鼻氣流動力學(xué)研究的結(jié)論，應(yīng)該由兩

3、方面相互佐證的實(shí)驗為其提供依據(jù)：①鼻腔-鼻竇計算機(jī)三維重建條件下的模擬氣流實(shí)驗，②氣流在鼻腔的走向與分布、鼻腔-鼻竇氣流交換方式的直接觀察。計算機(jī)流體學(xué)(computationalfluiddynamicssimulation，CFD)模擬氣流實(shí)驗技術(shù)目前已經(jīng)基本成熟，但作為其驗證的實(shí)驗，即采用攝影技術(shù)直觀并分析氣流在鼻腔內(nèi)走向與分布、特別是鼻腔-鼻竇之間氣流交換的方式，至今還沒有解決方法學(xué)的問題。為此研制可以用于直觀氣流運(yùn)動軌跡的鼻腔

4、-鼻竇模型成為解決實(shí)驗方法學(xué)的重要內(nèi)容，該實(shí)驗?zāi)Ｐ蛻?yīng)該達(dá)到：結(jié)構(gòu)、形態(tài)、氣流容積均與正常鼻腔-鼻竇接近或相等，透明度好，可直接用攝錄機(jī)觀察和記錄等多項要求。 我們參考已有的研制報告，探索出一套制作鼻腔-鼻竇透明仿真模型的方法并初步成功地應(yīng)用于鼻氣流動力學(xué)研究的實(shí)驗。 實(shí)驗通過采用“澆注法”制作出仿真鼻腔-鼻竇模型，并采用了鼻內(nèi)窺鏡、CT掃描和鼻聲發(fā)射儀等目前常用的評定設(shè)備和技術(shù)，對模型經(jīng)行了檢測和驗證。方法先進(jìn)、客觀、可

5、行，確保了模型形態(tài)結(jié)構(gòu)的精密度和真實(shí)度，使其不僅能夠適合鼻腔氣流的研究，又能夠適合鼻腔-鼻竇氣流交換方式的觀察研究。 一、目的:研制鼻腔-鼻竇仿真模型，驗證其在鼻氣流動力學(xué)實(shí)驗研究中的可行性和可靠性，為鼻腔-鼻竇氣流動力學(xué)研究提供一個比較準(zhǔn)確的實(shí)驗?zāi)Ｐ?，解決鼻氣流動力學(xué)的方法學(xué)問題。 二、方法: 一)采用“澆注法”進(jìn)行模型制作： 1選用正常成人鼻腔-鼻竇作為澆注模板，充分清潔鼻腔-鼻竇，晾干。分別作鼻內(nèi)窺

6、鏡檢查、CT掃描和用鼻聲反射儀檢測，取得模板的結(jié)構(gòu)形態(tài)資料和鼻腔-鼻竇模板的鼻腔截面積、容積，用于以后模型成品的對照。 2從矢狀位中線鋸開尸頭，選擇鼻中隔完整的一側(cè)鼻腔-鼻竇為最終模板。以樹脂(II型異齒基托樹脂和II型異齒基托樹脂液劑)為原料，用“澆注法”灌注鼻腔-鼻竇，制作出鼻腔-鼻竇陰模，然后以瓊脂為材料復(fù)制此鼻腔-鼻竇陰膜。 3用液狀透明樹脂混合物包裹瓊脂陰模，待其凝固后，利用透明樹脂和瓊脂有著不同的熔點(diǎn)的特性，

7、熔解并去除瓊脂后得到透明樹脂的鼻腔-鼻竇陽模。 4把模型表面修飾、拋光后即制作出鼻腔-鼻竇透明仿真樹脂模型。 二)驗證模型的仿真性1用鼻內(nèi)鏡檢查和CT掃描確定模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否與人鼻腔-鼻竇正常形態(tài)、結(jié)構(gòu)符合。 2用鼻聲反射儀檢測模型的截面積與容積，結(jié)果與正常人的、原鼻腔模板的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。 3以煙霧為觀察對象，用攝像機(jī)記錄煙霧在模型內(nèi)的流動方式與分布范圍，檢測其透明性和直觀性。 三)模型的初步應(yīng)用

8、： 1把模型與呼吸機(jī)連接，設(shè)定呼吸機(jī)的呼吸頻率分別18次/分鐘和36次/分鐘，潮氣量均為400ml，相當(dāng)于120ml/s和240ml/s的氣流速度。 2制作煙霧發(fā)生器，并與模型-呼吸機(jī)連接。把煙霧從前鼻孔或喉咽部導(dǎo)入模型，分別模擬吸氣和呼氣兩個過程。 3觀察上述兩種呼吸頻率下煙霧在鼻腔鼻道內(nèi)的流動情況和上頜竇內(nèi)煙霧的交換情況，計算上頜竇內(nèi)煙霧的充盈和消散時間，并用攝像機(jī)記錄。 三、結(jié)果: 一)成功

9、制作出鼻腔-鼻竇模型。模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形態(tài)、聲反射圖形與正常人鼻腔-鼻竇檢查與測試結(jié)果相近。從外部可觀測煙霧在鼻腔-鼻竇模型內(nèi)的走向與分布并可用攝像機(jī)記錄。證明模型具有仿真性強(qiáng)、透明性高的特點(diǎn)。 二)鼻腔-鼻竇內(nèi)氣流特點(diǎn)： 1.氣流通過鼻閾后，大部分氣流首先直接沖擊中鼻甲前端。 2.鼻吸入氣流以兩種主要方式到達(dá)后鼻孔：氣流大部分經(jīng)總鼻道和中、下鼻道呈半弧線型到達(dá)后鼻孔，小部分經(jīng)鼻腔中上部呈拋物線型到達(dá)后鼻孔。

10、 3.吸氣時在鼻閾后中鼻甲前端和鼻咽部兩處出現(xiàn)氣流漩渦，漩渦的大小隨流量和速度的加大而增大。 4.快速吸氣時鼻腔中上部的氣流迅速增加。 5.呼吸時氣流可直接進(jìn)入上頜竇，呼吸時在上頜竇口內(nèi)的氣流均形成漩渦。上頜竇內(nèi)的氣流的交換隨經(jīng)鼻氣流的流量和速度的增大而增快。 6.在呼氣時相和吸氣時相，鼻腔的氣流模式基本相同。 四、結(jié)論: 一)用本實(shí)驗方法能成功制作出鼻腔鼻道模型，研制的模型具有仿真性和透明性