It is an article generated by AI based on my study.
I have corrected a few approximations and errors.
Das Empty-Nose-Syndrom (ENS) ist eine der rätselhaftesten und belastendsten Erkrankungen in der Medizin. Patienten, die sich häufig einer Nasenoperation zur Verbesserung ihrer Atmung unterzogen haben, bleiben mit dem paradoxen Gefühl zurück, überhaupt nicht mehr atmen zu können. Obwohl ihre Atemwege körperlich offen sind, leiden sie unter einem Erstickungsgefühl, chronischer Trockenheit und einer Reihe weiterer lähmender Symptome.
Eine aufschlussreiche neue Studie, die fortschrittliche Computersimulationen des Luftstroms nutzt, hat nun neue Erkenntnisse zu diesem Rätsel geliefert. Durch die Erstellung detaillierter 3D-Modelle der Nasenhöhlen von Patienten konnten die Forscher (ich ^^) in diesem kleinen Pilotprojekt spezifische anatomische und aerodynamische Merkmale bestimmen, die mit der Schwere der Symptome korrelieren. In diesem Beitrag werden die vier wichtigsten Erkenntnisse dieser vielversprechenden Forschung erläutert.
Der bedeutendste Durchbruch der Studie ergab sich daraus, nicht nur zu betrachten, was entfernt wurde, sondern auch, was zurückblieb.
Die Forscher stellten fest, dass der zuverlässigste einzelne Prädiktor für den Schweregrad von ENS die gesamte verbleibende Oberfläche der Nasenschleimhaut war, der empfindlichen, funktionellen Innenauskleidung der Nase. Zwar spielt das Volumen des entfernten Gewebes eine Rolle, doch die Studie zeigte, dass der Erhalt dieser Schleimhautoberfläche einen deutlich stärkeren statistischen Zusammenhang mit besseren Ergebnissen aufwies. Tatsächlich war dies das einzige Ergebnis, das in der Studie statistische Signifikanz erreichte (Korrelation r = -0.5, p-Wert = 0.034). Die Forscher betonen die Bedeutung dieses Ergebnisses unmissverständlich:
Je mehr Schleimhaut verbleibt, desto niedriger ist der ENS6Q-Wert – unabhängig von allen anderen Ergebnissen. Mit anderen Worten: Eine Person, bei der eine umfangreichere Turbinektomie durchgeführt wurde als bei einer anderen, die aber über mehr verbleibende Schleimhaut verfügt, wird dennoch weniger Symptome haben.
Diese Erkenntnis ist entscheidend, weil sie den chirurgischen Fokus von der bloßen Menge des entfernten Gewebes auf die sorgfältige Erhaltung der funktionellen, sensorischen Oberfläche verlagert, die verbleibt.
Entgegen der Intuition stellte die Studie einen deutlichen Trend fest, der darauf hindeutet, dass Patienten mit einer von Natur aus größeren durchschnittlichen nasalen Querschnittsfläche tendenziell weniger Symptome berichteten.
Dies erscheint zunächst paradox. Schließlich wirkt die Operation, die zu ENS führen kann, gerade durch eine Vergrößerung der Querschnittsfläche der Nase. Die Studie, in der dieser Zusammenhang nahe an der statistischen Signifikanzgrenze lag (p-Wert = 0.0848) liefert jedoch eine klare Erklärung: Personen mit einer von Natur aus größeren Nasenhöhle (aufgrund von Faktoren wie einem breiteren Gaumen) verfügen von Anfang an auch über eine größere Gesamtoberfläche der Schleimhaut.
Diese größere anfängliche „Reserve“ an funktionellem Gewebe könnte sie widerstandsfähiger gegenüber den Auswirkungen einer Turbinektomie machen. Dies hilft zu erklären, warum zwei Menschen sich einem ähnlichen Eingriff unterziehen können, aber völlig unterschiedliche Ergebnisse erzielen. Die Person, die mit mehr Schleimhautfläche beginnt, ist möglicherweise besser in der Lage, die chirurgische Veränderung zu verkraften, ohne schwere ENS-Symptome zu entwickeln.
Die Forscher stellten außerdem einen Trend fest, der darauf hindeutet, dass ein Ungleichgewicht des Luftstroms zu den Symptomen beitragen könnte, doch die Korrelation war schwach und erreichte in dieser kleinen Stichprobe keine statistische Signifikanz.
Die Studie maß das Verhältnis der Luft, die durch jede Seite der Nase strömt. Die Daten zeigten eine schwache positive Korrelation (r = 0,246, p-Wert = 0,31), bei der ein stärkeres Ungleichgewicht – wenn eine Seite deutlich mehr oder weniger Luft erhält als die andere – mit höheren Symptomwerten verbunden war.
Obwohl dieser Befund in größeren Studien bestätigt werden muss, weist er auf ein wichtiges Konzept hin: Bequemes Atmen hängt möglicherweise nicht nur von der Menge der in die Lunge gelangenden Luft ab, sondern auch von der Qualität und Symmetrie dieses Luftstroms. Ein stark asymmetrisches Muster könnte ein Gefühl von Atembeschwerden hervorrufen, das zum allgemeinen Eindruck beiträgt, nicht richtig atmen zu können.
In einem weiteren scheinbar paradoxen Ergebnis beobachtete die Studie eine schwache Korrelation, bei der ein höherer nasaler Widerstand mit höheren Symptomwerten verbunden war.
Dies stellt die verbreitete Annahme infrage, dass ENS ausschließlich ein Problem von zu wenig Widerstand sei, bei dem die Luft zu leicht durch die Nase strömt, um richtig wahrgenommen zu werden. Obwohl diese spezifische Korrelation statistisch nicht signifikant war, unterstreicht sie die komplexe Physik der nasalen Aerodynamik.
Die Forscher boten einige mögliche Erklärungen für diese Beobachtung an. Erstens umfassten ihre Simulationen den Rachen (den Bereich des Halses hinter der Nase), der die Berechnung des Gesamtwiderstands beeinflussen könnte. Noch wichtiger ist, dass dieser Befund wahrscheinlich ein Echo des dominanteren Faktors ist: Eine größere Nasenhöhle, die schützend wirkt, weist gleichzeitig einen geringeren Widerstand auf.
Diese Forschung macht deutlich, dass der Schweregrad von ENS ein komplexes Problem ist, das von weit mehr abhängt als nur davon, wie viel Gewebe der Nasenmuscheln entfernt wird. Die Erhaltung der Schleimhautoberfläche, die Aufrechterhaltung eines symmetrischen Luftstroms und sogar die präoperative Anatomie des Patienten spielen entscheidende und bislang unterschätzte Rollen.
Obwohl die geringe Stichprobengröße bedeutet, dass einige dieser Ergebnisse vorläufig sind, bietet die Studie eine wichtige Orientierung für die zukünftige Forschung, indem sie das statistisch starke Signal der Schleimhautoberfläche klar von anderen, schwächeren Korrelationen unterscheidet. Ihre wichtigste Botschaft lautet, dass die größtmögliche Erhaltung der Schleimhautoberfläche bei jeder Nasenoperation ein vorrangiges Ziel sein sollte, um das Risiko von ENS zu minimieren.
Wie könnten sich zukünftige Operationstechniken weiterentwickeln, um Patienten angesichts unseres zunehmenden Verständnisses der nasalen Aerodynamik besser vor dieser verheerenden Erkrankung zu schützen?
Im vorherigen Artikel habe ich eine virtuelle Operation durchgeführt, indem ich Implantate hinzugefügt habe. Ich habe die virtuelle Operation wiederholt, die vorherigen Implantate beibehalten und eines auf der linken Seite hinzugefügt. Auf dieser Seite ist der Luftstrom zwischen dem mittleren und dem unteren Nasengang am schlechtesten verteilt. Daher möchte ich dies mit diesem neuen Implantat verbessern.
Dieser Schnitt wurde etwas hinter dem vorderen Bereich angefertigt. Blau dargestellt ist das vorherige Implantat, rot das gerade hinzugefügte. Ich habe dieses Implantat so entworfen, dass es besser der Regel entspricht, die ich im vorherigen Artikel formuliert hatte: Überall in der Nasenhöhle sollte zwischen den Wänden ein Abstand von 1,5 bis 3 mm bestehen. Und wir können deutlich sehen, dass dies hier nicht der Fall war.
Im rot eingekreisten Bereich sehen wir eine Zunahme des Luftstroms (mehr Stromlinien). Sie ist nicht groß, aber signifikant.
In der mittleren Darstellung sehen wir, dass sich nach dem virtuellen Implantat auf Höhe des unteren Nasengangs ein Bereich von Hellblau zu Grün verändert, allerdings nur sehr dezent. Es handelt sich um eine äußerst geringfügige Veränderung.
In der ersten Ansicht, in der das virtuelle Implantat platziert ist, sehen wir eine Zunahme der WSS (rote Pfeile). Das ist nicht überraschend, da das Implantat die Wand näher an den Luftstrom herangebracht hat. Andererseits ist es enttäuschend, im unteren Nasengang keine Veränderung zu sehen: Die Zunahme des Luftstroms hat sich nicht in einer Zunahme der WSS niedergeschlagen. Ich denke, dass die Zunahme des Luftstroms nicht groß genug ist, um eine signifikante Veränderung hinsichtlich der WSS zu erkennen.
Ich habe dies bereits im vorherigen Artikel angesprochen. Ich halte es für sehr wichtig, den „idealen“ Abstand (von 1,5 bis 4 mm) zwischen den Wänden wiederherzustellen. Genau das habe ich mit diesem neuen virtuellen Implantat versucht. Aus meiner Sicht muss dieser ideale Abstand überall in der Nasenhöhle wiederhergestellt werden. Ich denke, dass dies eine der besten Strategien ist, um mehrere wichtige Punkte zu verbessern:
Genau das tut der Körper nach einer schnellen Veränderung der Anatomie der Nasenhöhle, beispielsweise nach einer Septumdeviation. Tatsächlich besteht ein Zusammenhang zwischen der Septumdeviation und der Bildung einer Concha bullosa [1]. In dieser Studie schreiben die Autoren:
„Wir stellten außerdem fest, dass ein starker Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein einer Concha (einseitig oder dominant) und einer Abweichung der Konvexität der Nasenscheidewand weg von der Concha bestand (P < .0001). Wir stellten jedoch auch fest, dass der nasale Luftkanal zwischen der medialen Seite der Concha (einseitig oder dominant) und der angrenzenden Oberfläche der Nasenscheidewand stets erhalten blieb.“
Die Interpretation, die wir daraus ableiten können, ist, dass der „Körper“ dies tut, um den idealen Abstand zwischen den Wänden wiederherzustellen. Und wenn er das tut, hat es sicherlich einen bestimmten Nutzen.
Das Hinzufügen dieses virtuellen Implantats hat den Luftstrom nicht drastisch verändert, dennoch denke ich, dass diese Optimierung sinnvoll ist. Beachten Sie, dass ich im Artikel nicht über den nasalen Widerstand und die Symmetrie des Luftstroms gesprochen habe, da die Veränderung nach diesem virtuellen Implantat gering ist.
In diesem Artikel werde ich viele Parameter vor und nach den virtuellen Implantaten vergleichen, um festzustellen, ob es Verbesserungen gibt. Zuvor möchte ich jedoch die Ursachen von ENS erklären, denn bevor man Lösungen findet, muss man das Problem richtig verstehen. Im zweiten Absatz werde ich Ziele definieren. Welche Parameter glaube ich, mit diesen virtuellen Implantaten verbessern zu können?
In diesem Artikel werde ich über verschiedene Bereiche der Nasenhöhle sprechen. Zur besseren Verständlichkeit folgt hier eine Abbildung. I
n Rot der vordere Bereich, also der Beginn der Nasenhöhle, in Grün der mittlere Nasengang, in dem sich die mittleren Nasenmuscheln befinden, und schließlich in Blau der untere Nasengang, in dem sich die unteren Nasenmuscheln befinden.
Das Empty-Nose-Syndrom kann durch eine teilweise oder vollständige Entfernung der unteren oder mittleren Nasenmuscheln verursacht werden. Es kann sogar durch eine Verbrennung der Schleimhaut verursacht werden. Die Entfernung führt zu einem Volumenverlust, das heißt zu einer Zunahme des Freiraums und einer Verringerung der Schleimhautoberfläche. Die Verbrennung beeinträchtigt die Gesundheit der Schleimhaut. All dies hat zahlreiche Auswirkungen:
Was mit Implantaten offenbar nicht möglich ist, ist eine Vergrößerung der Schleimhautoberfläche; ein Implantat verschiebt die Schleimhaut lediglich. In manchen Fällen kann es durch Dehnung etwas Schleimhautoberfläche schaffen, aber eine wesentliche Vergrößerung ist nicht möglich.
Möglich ist hingegen, den Freiraum und damit die Querschnittsfläche zu verringern. Ziel ist es, die Implantate so zu gestalten, dass sie:
Die virtuellen Implantate sind rot dargestellt. Wir können sagen, dass sich drei Implantate in der linken Nasenhöhle befinden: eines am Boden, eines in der Nasenwand und ein kleines in der Nasenscheidewand. Rechts befindet sich ein ziemlich großes Implantat. Beachten Sie, dass ich nicht weiß, ob dieses Implantat überhaupt eingesetzt werden kann, da es hinter meinem bereits vorhandenen Implantat platziert ist und die von mir entworfene Form sehr groß ist.
Mit diesen Implantaten wollte ich den „idealen“ Abstand zwischen den Wänden wiederherstellen. Lassen Sie mich erklären, was ich unter dem „idealen“ Abstand zwischen den Wänden verstehe. Wenn wir den CT-Scan einer gesunden Nasenhöhle betrachten, sehen wir, dass der Abstand zwischen zwei Wänden fast überall gleich ist. Ich habe ihn gemessen: Er liegt zwischen 1,5 und 3 mm. Daher habe ich die Implantate so gestaltet, dass sie sich diesen Werten annähern, ohne sie aufgrund technischer Einschränkungen überall zu erreichen. Ich habe versucht, das umzusetzen, was im Hinblick auf die Implantation möglich wäre, wobei ich beim rechten Implantat große Zweifel habe.
Nach dem virtuellen Implantat ist es nicht überraschend, dass die Querschnittsfläche abgenommen hat und über die gesamte Nasenhöhle hinweg etwas regelmäßiger ist.
Beachten Sie, dass die Werte der Kontrollgruppen dieser Studie [6] entnommen wurden. Ich habe jedoch selbst einige CT-Scans gesunder Personen vermessen und Werte zwischen 250 und 300 mm² für die gesamte Querschnittsfläche erhalten, statt der in der Studie genannten 200 mm². Daher weiß ich nicht, welches die normalen Werte sind. Vielleicht liegt der Bereich zwischen 200 und 300 mm², ich weiß es nicht. Die Fläche hängt außerdem von der Körperposition und der körperlichen Aktivität ab, aber ich gehe davon aus, dass fast alle CT-Scans im Liegen durchgeführt werden. Die ermittelten Werte sind daher vergleichbar.
Im vorherigen Artikel hatte ich die rechte Seite nicht gezeigt. Wir sehen, dass die Verteilung des Luftstroms auf dieser Seite etwas besser ist.
Wir sehen, dass sich die Verteilung des Luftstroms kaum verändert hat. Vielleicht gibt es in der Ansicht der linken Seite etwas mehr Stromlinien im unteren Nasengang. Es handelt sich jedoch nicht um eine große Verbesserung.
Alle Flächen mit einer Luftstromgeschwindigkeit von mehr als 2,5 m/s sind rot dargestellt. Der Spitzenwert liegt bei 3,24 m/s.
Auch hier gibt es keine wirkliche Verbesserung der Geschwindigkeit.
Alle Wände mit einer WSS von mehr als 0,1 Pa sind rot dargestellt. Der Spitzenwert liegt bei etwa 0,9 Pa.
Hier können wir eine deutliche Veränderung erkennen: In den Bereichen, in denen die virtuellen Implantate platziert sind, sind die Wände stärker „eingefärbt“. Das bedeutet, dass die WSS höher ist.
An diesen Schnitten ist deutlich zu erkennen, dass das virtuelle Implantat die WSS erhöht hat. Jetzt sind blaue und sogar gelbe Bereiche zu sehen, was bedeutet, dass die WSS von fast 0 Pa auf Werte zwischen 0,025 und 0,07 Pa angestiegen ist.
Auch hier gibt es mehr WSS, insbesondere auf der rechten Seite. Ich kann sagen, dass dies wirklich eine positive Veränderung ist. Konkret sollte diese Verbesserung der WSS das Gefühl des Luftstroms im unteren Nasengang verbessern. Die virtuellen Implantate haben die Wände einfach näher an den Luftstrom herangebracht. Ich denke, dass dies eine gute Strategie ist: Zuerst den Luftstrom identifizieren und dann die Wände näher an den Luftstrom heranbringen, um die WSS zu erhöhen und dabei den Mindestabstand zwischen den Wänden (1,5–3 mm) einzuhalten.
Wir können sehen, dass sich die Luftfeuchtigkeit des Luftstroms kaum verändert hat.
Im letzten Schnitt gibt es etwas weniger Grün und Gelb, was bedeutet, dass die Temperatur des Luftstroms nach den virtuellen Implantaten etwas höher ist. Die Temperatur auf der Farbskala wird in Kelvin angegeben, daher muss man 273 abziehen, um die Temperatur in Celsius zu erhalten. Zuvor muss man außerdem mit 100 multiplizieren. Im roten Bereich beträgt die Temperatur beispielsweise 3,096*100 = 309,6 °K und anschließend 309,6 - 273 = 36,6 °C.
Wenn Ihre CFD-Ergebnisse im grünen Quadrat liegen, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen normalen nasalen Widerstand und eine normale Luftstromsymmetrie. Der Widerstand R ist auf der horizontalen Achse und die Luftstromsymmetrie theta (𝚹) auf der vertikalen Achse dargestellt. Wie diese Indikatoren berechnet werden, können Sie hier in dieser Studie sehen [7].
Vor den virtuellen Implantaten beträgt der Durchfluss links 7 l/min und rechts 7,3 l/min. Dies entspricht einem 𝚹 von 1,028, was sehr gut ist: Der Luftstrom ist in der rechten Nasenhöhle nahezu gleich stark wie in der linken. Nach den virtuellen Implantaten beträgt der Durchfluss links 6,9 l/min und rechts 7,68 l/min. Dies entspricht einem 𝚹 von 1,097, was etwas weniger gut, laut Flowgy aber noch normal ist. Wenn ich dies korrigieren wollte, müsste ich rechts ein kleineres oder links ein größeres Implantat entwerfen.
Der nasale Widerstand R wird anhand mehrerer Parameter berechnet, beispielsweise der Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Rachen (Delta P), dem Durchfluss, der Luftdichte und der Fläche der Nasenlöcher. Wenn die Luft durch die Nasenhöhle strömt, kommt es aufgrund der Reibung an den Wänden zu einem Druckverlust – dies ist Delta P.
Vor den virtuellen Implantaten beträgt der Wert 4,7 und danach 6,94. Es ist nicht überraschend, dass der Wert gestiegen ist, da die virtuellen Implantate den Querschnitt in bestimmten Bereichen der Nasenhöhle verkleinert haben.
Das ist eher positiv, denn laut Diagramm lag der Wert zuvor nur knapp innerhalb des Normbereichs. Nach den Implantaten haben sich die Werte etwas in die richtige Richtung entwickelt. Beachten Sie jedoch, dass der absolute Wert von R nicht sehr präzise ist, da er von zahlreichen Parametern in der Simulation abhängt. Er dient lediglich als Indikator dafür, ob die virtuelle Operation den Wert in die richtige Richtung verändert hat. Außerdem scheint dieser Wert, wie ich im Abschnitt „Ziele“ erwähnt habe, keinen Einfluss auf die ENS-Symptome zu haben. Dennoch halte ich es für gut, im Normbereich zu liegen, da der nasale Widerstand für eine normale Lungenfunktion wichtig ist [8].
Eines der Ziele wurde nicht erreicht: Die Verteilung des Luftstroms hat sich nicht verbessert. Ich weiß nicht genau, wie ich sie verbessern könnte, insbesondere auf der linken Seite, wo sie besonders schlecht ist.
Die virtuellen Implantate haben jedoch die WSS deutlich verbessert, was positiv ist. Außerdem sind die Temperatur des Luftstroms und der nasale Widerstand etwas höher.
Daher denke ich, dass diese Art von Implantat nützlich sein kann, insbesondere für die Wahrnehmung des Luftstroms.
Zunächst: Was ist Flowgy? Flowgy ist eine Software für die CFD der Nasenhöhle mit Werkzeugen für virtuelle Operationen. In diesem Artikel vergleiche ich die Ergebnisse, die ich mit meiner Industriesoftware (Onshape und Simscale) erhalten habe, mit den Ergebnissen von Flowgy. Ich möchte Prof. Manuel Burgos dafür danken, dass er mir die Software geliehen und meine Fragen beantwortet hat.
Ich habe in beiden Programmen die Maximalgeschwindigkeit auf 3,25 m/s eingestellt. Wir sehen dasselbe: Der größte Teil des Luftstroms verläuft durch den mittleren Nasengang. Bei Flowgy habe ich nur den Luftstrom in der linken Nasenhöhle angezeigt, um besser erkennen zu können, was vor sich geht.
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Ansichten ist die Maximalgeschwindigkeit: In Simscale ist sie auf 3,5 m/s und in Flowgy auf 2,5 m/s eingestellt, weil ich in Flowgy keine 3,5 m/s einstellen konnte. Aber man kann ungefähr dasselbe erkennen: Die Geschwindigkeit des Luftstroms ist im unteren Nasengang deutlich geringer. Es ist beruhigend, dasselbe zu sehen, denn das bedeutet, dass das 3D-Modell meiner Nasenhöhle ziemlich genau war.
Das wirklich Interessante an Flowgy ist nun, dass weitere Daten verfügbar sind. Einer davon, der im ENS-Kontext besonders interessant ist, ist die Wandschubspannung (Wall Shear Stress, WSS). Ich habe die WSS bereits in anderen Artikeln erwähnt. Ich werde etwas genauer erklären, was die WSS ist und warum sie im ENS-Kontext besonders interessante Daten liefert. Die WSS ist der Druck, den der Luftstrom auf die Wände ausübt; die Einheit ist Pascal (Pa). Je höher der Geschwindigkeitsgradient in Wandnähe, desto höher die WSS. Dieser Wert ist wichtig, weil die WSS das Luftstromgefühl vermittelt.
Ein Druck von mehr als 1 Pa wird rot dargestellt. Man sieht, dass die maximale WSS hauptsächlich im vorderen Bereich und auch im mittleren Nasengang liegt, was der Geschwindigkeit des Luftstroms entspricht. Wir möchten also eine bessere Verteilung der WSS zwischen dem mittleren und dem unteren Nasengang erreichen. Das werde ich im nächsten Artikel mit virtuellen Implantaten versuchen.
In dieser Ansicht wird die Luftfeuchtigkeit des Luftstroms dargestellt. Wir sehen natürlich, dass sie beim Durchströmen der Nasenhöhle zunimmt. Im letzten Schnitt beträgt die Luftfeuchtigkeit eines Teils des Luftstroms 92 %. Die Werte sind sicherlich nicht sehr genau. In den Simulationsparametern ist die Schleimhaut standardmäßig auf 100 % Luftfeuchtigkeit eingestellt, was angesichts der durch ENS häufig trockenen Schleimhaut etwas optimistisch ist. Gleichzeitig ist die Luftfeuchtigkeit der eingeatmeten Luft auf 20 % eingestellt, was pessimistisch ist, da die Außenluft oft feuchter ist. Interessant wird der Vergleich vor und nach dem Einsetzen der virtuellen Implantate sein, daher sind die Eingangsparameter nicht so wichtig.
Dasselbe gilt hier für die Temperatur des Luftstroms. In den Simulationsparametern ist die Schleimhaut auf 309,65 °K eingestellt, also 36,65 °C. Die eingeatmete Luft ist auf 21,15 °C eingestellt. Auch die Schleimhauttemperatur ist im ENS-Kontext möglicherweise etwas optimistisch. Ich denke, dass der Eingang der Nase aufgrund des fehlenden Schleimhautgewebes kälter ist. Ich kann das jedoch nicht quantifizieren, und es hängt von der Aggressivität der Turbinektomie ab. In dieser Darstellung ist die Mindesttemperatur auf 300 °K (27 °C) eingestellt und blau dargestellt.
Flowgy liefert uns wirklich interessante Daten, die für den Vergleich vor und nach dem Einsetzen virtueller Implantate wertvoll sein werden. Ich werde im nächsten Artikel darüber sprechen, aber ich denke, dass Nasenoperationen im Jahr 2022 nicht mehr durchgeführt werden sollten, ohne zuvor eine virtuelle Operation durchgeführt zu haben, um zu sehen, wie sich der Luftstrom, die WSS usw. entwickeln …
Nun werde ich versuchen, virtuelle Implantate zu entwerfen, um die Verteilung des Luftstroms, der WSS usw. zu verbessern …
Wie geplant habe ich virtuelle Implantate in meiner Nasenhöhle entworfen, um die Verteilung des Luftstroms zu verbessern und die Querschnittsfläche zu verringern, sodass sie sich der einer gesunden Nase annähert.
Rot dargestellt sind die von mir entworfenen virtuellen Implantate. Man sieht, dass ich auf der rechten Seite hinter dem vorhandenen Implantat ein Implantat an der Seitenwand hinzugefügt habe. Es ist etwa 30 mm lang, 10 mm hoch und 5 mm dick.
Auf der anderen Seite kann man sagen, dass es sich um zwei Implantate handelt: ein Boden- und ein Seitenwandimplantat.
Das Bodenimplantat ist etwa 35 mm lang, 6 mm breit und 3 mm dick.
Das Seitenwandimplantat ist 35 mm lang, 10 mm hoch und 2 mm dick.
Ich weiß also nicht, ob es überhaupt möglich ist, hinter dem vorhandenen Implantat ein weiteres hinzuzufügen, aber ich denke, es ist eine gute Idee, die Querschnittsfläche entlang der gesamten rechten Seite konstant zu halten.
Auf der linken Seite habe ich zwei Implantate hinzugefügt, die den Raum zwischen den vorhandenen unteren Nasenmuscheln und den Wänden verkleinern sollen.
Man sieht, dass die Änderung bei 40 mm von den Nasenlöchern entfernt beginnt und bis 70 mm reicht. Nun erreichen wir ein Maximum von etwa 400 mm² statt 500 mm², sind aber noch weit von einer gesunden Nase entfernt. Wir können also bereits sagen, dass die Implantate nicht groß genug sind. Mein erstes Ziel war jedoch, eine bessere Strömungsverteilung und eine konstante Querschnittsfläche zu erreichen.
Wir sehen schnell, dass sich die Luftstromverteilung und -geschwindigkeit kaum verändert haben. Im unteren Nasengang gibt es vielleicht etwas mehr Luftstrom, aber es ist keine gravierende Veränderung.
In der Schnittansicht sehen wir beim Vergleich vor und nach den virtuellen Implantaten ebenfalls keinen signifikanten Unterschied bei der Luftstromgeschwindigkeit.
Ich habe einen Schnitt mit demselben Abstand zu den Nasenlöchern bei den beiden 3D-Modellen erstellt (vor und nach den virtuellen Implantaten). Außerdem habe ich einen Punkt platziert, um die Geschwindigkeit an derselben Stelle zu messen. Nach der virtuellen Operation ist die Geschwindigkeit etwa doppelt so hoch: 0,26 m/s statt 0,14 m/s im 3D-Modell nach der virtuellen Operation. Aber es handelt sich nur um einen kleinen Bereich. Wir können die Farbveränderung sehen, und ja, die Geschwindigkeit ist doppelt so hoch, aber 0,26 m/s sind im Vergleich zu den beispielsweise grün dargestellten 2 m/s immer noch eine sehr niedrige Geschwindigkeit. Daher vermute ich, dass diese Veränderung hinsichtlich des Luftstromgefühls kaum wahrnehmbar ist.
Was ich anhand dieser Daten sagen kann, ist, dass diese virtuellen Implantate die Geschwindigkeit und die Luftstromverteilung kaum verändert haben. Wenn diese Implantate tatsächlich eingesetzt würden, würde ich möglicherweise kaum eine Verbesserung spüren. Allerdings sind die Symptome von ENS nicht nur auf Probleme mit dem Luftstrom zurückzuführen. Auch der Zustand der Schleimhaut, der Nasenzyklus, der bei verkürzten Nasenmuscheln fast vollständig zum Erliegen gekommen ist, und möglicherweise weitere Faktoren müssen berücksichtigt werden.
Was ist der nächste Schritt?
Eine bessere Platzierung der Implantate finden, vielleicht auch größere Implantate, um die Querschnittsfläche zu verringern … Ich weiß es nicht.
Die echten Nasenmuscheln wiederherstellen … Okay, das ist in der Realität nicht möglich.
Schließlich konnte ich ein 3D-Modell meiner Nasenhöhle erstellen, das mit einer CFD-Software verwendet werden kann.
Für alle, die nicht wissen, was CFD bedeutet: Es steht für Computational Fluid Dynamics, also Strömungsmechanik, die sich mit Fluiden beschäftigt – in unserem Fall mit Luft.
Ich habe einen Volumenstrom von 15 l/min verwendet und an den Wänden keine Temperaturbedingungen festgelegt.
Nur zur Information: Jedes Nasenloch hat eine Fläche von etwa 68 mm² und der Beginn meines Rachens 420 mm². Meine Querschnittsfläche kannst du hier in meinem vorherigen Artikel sehen.
In dieser Ansicht wird der Luftstrom durch winzige Röhren dargestellt. Wir sehen, dass fast der gesamte Luftstrom mit einer Geschwindigkeit zwischen 1,5 und 2 m/s durch den mittleren Nasengang strömt. Im Gegensatz dazu gibt es im Bereich des unteren Nasengangs fast keinen Luftstrom und die Geschwindigkeit ist sehr niedrig, weniger als 0,5 m/s. In der Nähe der Nasenlöcher ist die Geschwindigkeit in einigen Bereichen mit etwa 3 m/s ziemlich hoch.
Dasselbe gilt für die linke Seite.
In dieser Ansicht ist die Nasenhöhle geschnitten. Links in der Abbildung befindet sich der Bereich nahe dem Nasenloch, rechts der Bereich nahe dem Rachen. Wir sehen nur die Geschwindigkeit, nicht die Menge des Luftstroms, und erkennen dasselbe wie in den anderen Ansichten: eine sehr niedrige Geschwindigkeit im unteren Nasengang trotz meines Implantats an der rechten Nasenwand.
Die Ergebnisse sind nicht besonders überraschend. Einige Studien kommen zu derselben Schlussfolgerung über die Luftstromverteilung. In dieser Studie beispielsweise wurde dasselbe gezeigt: eine deutliche Verringerung des Luftstroms im unteren Nasengang (25,8 % ± 17,6 %). Außerdem wurde eine Verringerung der Wandschubspannung (WSS) im Bereich des unteren Nasengangs festgestellt. Dabei handelt es sich um die Reibungskraft an den Schleimhautwänden. Eine geringere Schubspannung bedeutet ein schwächeres Luftstromgefühl. Ich bin mir nicht sicher, aber eine geringere Luftstrommenge und eine niedrigere Geschwindigkeit bedeuten vermutlich auch eine geringere Wandschubspannung. In meiner Simulation konnte ich die Wandschubspannung aufgrund von Einschränkungen der Software nicht messen. Da die Geschwindigkeit und der Luftstrom im unteren Nasengang jedoch sehr niedrig sind, können wir sagen, dass dies auch für die WSS gilt. Laut derselben Studie korrelierten die Symptome des „Erstickens“ und einer „zu offenen Nase“ außerdem signifikant mit der maximalen WSS rund um die untere Nasenmuschel. Mit anderen Worten: Eine geringere WSS im Bereich des unteren Nasengangs bedeutet stärkere Erstickungsgefühle und das Gefühl, dass die Nase zu offen ist.
Da wir nun deutlich sehen, dass eines der Probleme bei ENS die Luftstromverteilung ist, werde ich versuchen, dies mit einigen virtuellen Implantaten zu beheben, die in verschiedenen Bereichen platziert werden. Das Ziel ist natürlich, eine Luftstromverteilung wie bei einer gesunden Nase zu erreichen.
Um das klarzustellen: Ich bin weder Forscher noch CFD-Spezialist. Daher können die Ergebnisse aus vielen Gründen falsch sein. Falls dir ein Fehler bei den Bedingungen oder der Argumentation auffällt, kontaktiere mich bitte.
