はじめに
この記事では、改善が見られるかどうかを確認するため、バーチャルインプラントの前後で多くのパラメータを比較します。しかしその前に、ENSの原因について説明したいと思います。解決策を見つける前に、問題を正しく理解する必要があるからです。第2段落では目標を定義します。これらのバーチャルインプラントによって、どのパラメータを改善できると私が考えているのかを説明します。
この記事では鼻腔内のさまざまな領域について説明します。ここでわかりやすくするために図を示します。
赤は鼻腔の始まりである前方部、緑は中鼻道で中鼻甲介がある部分、最後に青は下鼻甲介がある下鼻道です。
ENSの原因
Empty Nose Syndromeは、下鼻甲介または中鼻甲介の一部もしくは全部を切除することで引き起こされることがあります。粘膜の熱傷が原因になることさえあります。切除によって容積が失われ、つまり空間が増加し、粘膜表面が減少します。熱傷は粘膜の健康状態に悪影響を及ぼします。これらはすべて、次のような多くの影響をもたらします。
- 空間の増加によって生じること：
- 粘膜表面の減少によって生じること：
- TRPM8受容体数の減少。受容体は粘膜に存在するため、粘膜が少なくなれば受容体も少なくなるからです。
- 粘液産生の減少。これも同じ理由で、粘液を産生する腺は粘膜に存在します[3]。
- 血管数の減少により、粘膜の温度が低下する可能性があります。粘膜は血流によって適切な温度に保たれているからです。
- 鼻甲介を切除すると、鼻甲介の大部分が失われるため、鼻周期が乱れます。鼻周期とは、数時間の周期で左右の鼻甲介が交互に血管拡張する現象です。しかし、鼻周期の役割は今も明らかになっていないようです[4]。ただし、血管拡張／血管収縮という現象には、身体活動に応じて断面積を調整するという、もう一つの非常に重要な役割があります。実際、身体活動中は気流が増加し、それに応じて血管収縮によって鼻甲介の容積が減少します[5]。
バーチャルインプラントの目標
インプラントで実現するのが難しいと思われるのは、粘膜表面を増やすことです。インプラントは粘膜を移動させるだけです。場合によっては粘膜を伸展させることで粘膜表面を少し作り出せますが、大幅に増加させることはできません。
可能なのは空間を減らし、つまり断面積を小さくすることです。目標は、次のことを実現できるようインプラントを設計することです。
- 中鼻道と下鼻道の間の気流分布を改善すること。このパラメータはENSの症状に大きな影響を与えるようです[1]。
- 2つの領域間でWSSの分布を改善し、鼻甲介切除の影響を受けた領域でWSSを増加させること。ENSの原因で説明したように、WSSは気流感覚において重要な役割を果たします。この研究[1]では、研究者らは下鼻道のWSS値と窒息感との間に相関関係があることを発見しました。「ENS6Qの6項目のうち、「窒息感」および「鼻が開きすぎている感じ」は、下鼻甲介領域におけるWSSピーク値と有意に相関していた」
興味深いことに、鼻腔抵抗とENSの症状との間には相関関係がないこともわかりました。「鼻腔抵抗は、ENS6Qまたはその他の症状スコアのいずれとも相関しなかった」。
バーチャルインプラントの配置
バーチャルインプラントは赤色で表示されています。左の鼻腔には3つのインプラントがあり、1つは底部、1つは鼻壁、もう1つの小さなものは鼻中隔にあると言えます。右側にはかなり大きなインプラントがあります。ただし、このインプラントが実際に可能かどうかはわかりません。既存のインプラントの奥に配置されており、私が設計した形状も非常に大きいからです。
これらのインプラントを設計することで私が試みたのは、壁同士の間の「理想的な」距離を回復させることです。壁同士の間の「理想的な」距離とは何かを説明します。健康な鼻腔のCTスキャンを見ると、2つの壁の間の距離がほぼ全体にわたって同じであることがわかります。測定したところ、1.5～3 mmでした。そこで、技術的な制約から全域でこの値に到達させることはできないものの、この値に近づくようインプラントを設計しました。右側のインプラントについては大きな疑問が残りますが、実際に埋め込み可能と思われる範囲を尊重するよう努めました。
断面積の変化
バーチャルインプラント後に断面積が減少し、鼻腔全体でやや均一になったのは驚くことではありません。
なお、対照群の値はこの研究[6]から引用していますが、私は健康なCTスキャンをいくつか自分で測定し、研究における200 mm²ではなく、総断面積が250～300 mm²の値を得ました。そのため、正常値がどの程度なのかはわかりません。おそらく200～300 mm²の範囲なのでしょうが、確かなことは言えません。断面積は体位や身体活動にも左右されますが、CTスキャンのほとんどは横になった状態で撮影されていると考えられます。そのため、得られた値は比較可能です。
結果
流線
バーチャルインプラント前
前回の記事では右側を示していませんでしたが、こちら側では気流の分布が少し改善していることがわかります。
仮想インプラント後
気流の分布にはほとんど変化がないことがわかります。左側のビューでは、下鼻道に流線が少し増えているようです。しかし、大きな改善ではありません。
速度
バーチャルインプラント前
仮想インプラント後
気流速度が 2.5 m/s を超えるすべての表面は赤色で表示されています。ピーク値は 3,24 m/s です。
ここでも速度に実質的な改善はありません。
壁面せん断応力
バーチャルインプラント前
仮想インプラント後
WSS が 0,1 Pa を超えるすべての壁面は赤色で表示されています。ピーク値は約 0,9 Pa です。
ここでは明らかな変化が見られます。バーチャルインプラントが配置された領域では、壁面の「色が濃く」なっています。これは、WSS が高くなっていることを意味します。
この断面では、バーチャルインプラントによって WSS が増加したことがはっきりわかります。青色、さらには黄色も見られるようになっており、WSS がほぼ 0 Pa から 0,025～0,07 Pa の値まで増加したことを意味します。
ここでも同様に WSS が増加しており、特に右側で顕著です。これは非常に良い変化だと言えます。具体的には、この WSS の改善によって下鼻道での気流の感覚が向上するはずです。バーチャルインプラントは、単純に壁面を気流に近づけました。壁面間の最小距離（1,5～3 mm）を保ちながら WSS を増加させるために、まず気流を特定し、その後壁面を気流に近づけるという方法は、優れた戦略だと思います。
気流の湿度
バーチャルインプラント前
仮想インプラント後
気流の湿度にはほとんど変化がないことがわかります。
気流の温度
バーチャルインプラント前
仮想インプラント後
最後のスライスでは緑色と黄色が少し減っており、バーチャルインプラント後の気流温度がやや高くなっていることを意味します。スケールバーの温度はケルビン単位なので、摂氏温度を求めるには 273 を引く必要があります。また、その前に 100 を掛ける必要があります。たとえば赤色の場合、温度は 3,096*100= 309,6°K であり、309,6 - 273 = 36,6°C となります。
鼻腔抵抗と気流の対称性
CFD の結果が緑色の四角形内にあれば、鼻腔抵抗と気流の対称性が正常である可能性が高いと言えます。抵抗 R は横軸、気流の対称性 theta（𝚹）は縦軸に示されています。これらの指標の計算方法については、こちらの研究 [7] で確認できます。
気流の対称性
バーチャルインプラント前は、流量が左側で 7 l/min、右側で 7,3 l/min でした。これは 𝚹 が 1,028 であることに相当し、非常に良好です。右の鼻腔と左の鼻腔で気流はほぼ同じです。バーチャルインプラント後は、流量が左側で 6,9 l/min、右側で 7,68 l/min でした。これは 𝚹 が 1,097 であることに相当し、やや低下していますが、Flowgy によれば依然として正常範囲です。したがって、これを修正するなら、右側のインプラントを小さくするか、左側のインプラントを大きくする必要があります。
鼻腔抵抗
鼻腔抵抗 R は、環境と咽頭の圧力差（デルタ P）、流量、空気密度、鼻孔の面積など、複数のパラメータに基づいて計算されます。空気が鼻腔を通過すると、壁面との摩擦によって圧力損失が生じます。これがデルタ P です。
バーチャルインプラント前の値は 4,7、後は 6,94 でした。バーチャルインプラントによって鼻腔の一部の断面積が小さくなったため、値が増加したのは驚くことではありません。
これはむしろ良いことです。グラフによれば、元の値は正常範囲内ぎりぎりだったからです。インプラント後は、値が正しい方向に少し改善しています。ただし、R の絶対値は、シミュレーションで使用する多くのパラメータに左右されるため、あまり正確ではありません。これは、バーチャル手術によって値が正しい方向に変化したかどうかを確認するための指標にすぎません。また、「目標」の段落で述べたように、この値はENSの症状には影響しないようです。それでも、鼻腔抵抗は正常な肺機能に役立つため、正常範囲に収まっていることは良いことだと思います [8]。
結論
目標の1つは達成されませんでした。気流の分布は改善しませんでした。特に状態の悪い左側について、どのように改善すればよいのかはよくわかりません。
しかし、バーチャルインプラントによって WSS は大幅に改善しており、これは良い変化です。また、気流温度と鼻腔抵抗も少し高くなっています。
したがって、このタイプのインプラントは、特に気流の感覚を改善するために有用だと思います。
参考文献
- Investigation of the abnormal nasal aerodynamics and trigeminal functions among empty nose syndrome patients, Chengyu Li, PhD, Alexander A. Farag, MD, Guillermo Maza, MD, Sam McGhee, Michael A. Ciccone, Bhakthi Deshpande, MA, Edmund A. Pribitkin, MD, Bradley A. Otto, MD, and Kai Zhao, PhD
- Empty Nose Syndrome Pathophysiology: A Systematic Review, Jeanie Sozansky BS, Steven M. Houser MD,
- Submucosal glands, Wikipedia
- The nasal cycle in health and disease, J. Hanif
- Sataloff's Comprehensive Textbook of Otolaryngology: Head & Neck Surgery, Robert T Sataloff, chapter 19, p 286
- Computational fluid dynamics and trigeminal sensory examinations of empty nose syndrome patients, Chengyu Li , Alexander A Farag , James Leach , Bhakthi Deshpande, Adam Jacobowitz , Kanghyun Kim , Bradley A Otto , Kai Zhao
- Robust nondimensional estimators to assess the nasal airflow in health and disease, E. Sanmiguel-Rojas M. A. Burgos C. del Pino M. A. Sevilla-García F. Esteban-Ortega
- Surgery of the turbinates and “empty nose” syndrome, Marc Oliver Scheithauer, paragraph 8