It is an article generated by AI based on my study.
I have corrected a few approximations and errors.
Zespół pustego nosa (ENS) jest jednym z najbardziej zagadkowych i powodujących największe cierpienie schorzeń w medycynie. Pacjenci, którzy często przeszli operację nosa w celu poprawy oddychania, pozostają z paradoksalnym poczuciem, że w ogóle nie są już w stanie oddychać. Mimo fizycznie drożnych dróg oddechowych odczuwają duszność, przewlekłą suchość oraz szereg innych wyniszczających objawów.
Nowe, wnikliwe badanie wykorzystujące zaawansowane symulacje komputerowe przepływu powietrza rzuciło nowe światło na tę zagadkę. Tworząc szczegółowe modele 3D jam nosowych pacjentów, badacze (czyli ja ^^) w ramach tego niewielkiego badania pilotażowego byli w stanie wskazać konkretne cechy anatomiczne i aerodynamiczne korelujące z nasileniem objawów. W tym wpisie omówiono cztery najważniejsze wnioski płynące z tych obiecujących badań.
Najważniejszy przełom w badaniu nastąpił dzięki analizie nie tylko tego, co usunięto, lecz także tego, co pozostało.
Badacze odkryli, że najbardziej wiarygodnym pojedynczym predyktorem nasilenia ENS była całkowita pozostała powierzchnia błony śluzowej nosa, czyli delikatnej, funkcjonalnej wewnętrznej wyściółki nosa. Choć objętość usuniętej tkanki odgrywa pewną rolę, badanie wykazało znacznie silniejszy związek statystyczny między zachowaniem tej powierzchni śluzówki a lepszymi wynikami. Było to w istocie jedyne ustalenie, które osiągnęło istotność statystyczną w badaniu (korelacja r = -0.5, wartość p = 0.034). Badacze dobitnie podkreślają znaczenie tego odkrycia:
Im więcej błony śluzowej pozostaje, tym niższy jest wynik ENS6Q, niezależnie od wszystkich pozostałych rezultatów. Innymi słowy, osoba, u której wykonano bardziej rozległą turbinektomię niż u innej osoby, ale która ma większą ilość zachowanej błony śluzowej, nadal będzie miała mniej objawów.
To spostrzeżenie ma kluczowe znaczenie, ponieważ przesuwa uwagę chirurgów z samej objętości usuwanej tkanki na staranne zachowanie pozostałej funkcjonalnej, czuciowej powierzchni.
Wbrew intuicji badanie wykazało silną tendencję sugerującą, że pacjenci, którzy wyjściowo mieli naturalnie większą średnią powierzchnię przekroju jamy nosowej, zgłaszali mniej objawów.
Na pierwszy rzut oka wydaje się to paradoksalne. W końcu operacja, która może prowadzić do ENS, polega właśnie na zwiększeniu powierzchni przekroju nosa. Jednak badanie, w którym korelacja była bliska progowi istotności statystycznej (wartość p = 0.0848) oferuje jasne wyjaśnienie: osoby, które mają naturalnie większą jamę nosową (na przykład z powodu szerszego podniebienia), mają również wyjściowo większą całkowitą powierzchnię błony śluzowej.
Ta większa początkowa „rezerwa” funkcjonalnej tkanki może zwiększać ich odporność na skutki turbinektomii. Pomaga to wyjaśnić, dlaczego dwie osoby mogą przejść podobny zabieg, ale uzyskać zupełnie różne rezultaty. Osoba zaczynająca z większą powierzchnią błony śluzowej może być lepiej przygotowana na zmianę chirurgiczną bez rozwoju ciężkich objawów ENS.
Badacze odnotowali również tendencję sugerującą, że nierównowaga przepływu powietrza może przyczyniać się do występowania objawów, jednak korelacja była słaba i nie osiągnęła istotności statystycznej w tej niewielkiej próbie.
W badaniu zmierzono stosunek powietrza przepływającego przez każdą stronę nosa. Dane wykazały słabą dodatnią korelację (r = 0,246, wartość p = 0,31), w której większa nierównowaga — gdy przez jedną stronę przepływało znacznie więcej lub mniej powietrza niż przez drugą — wiązała się z wyższymi wynikami nasilenia objawów.
Choć ustalenie to wymaga potwierdzenia w większych badaniach, wskazuje na ważną koncepcję: komfortowe oddychanie może zależeć nie tylko od całkowitej ilości powietrza docierającego do płuc, lecz także od jakości i symetrii tego przepływu. Wysoce asymetryczny przepływ może powodować dyskomfort oddechowy, przyczyniając się do ogólnego poczucia niemożności prawidłowego oddychania.
W kolejnym pozornie paradoksalnym ustaleniu badanie wykazało słabą korelację, w której wyższy opór nosa wiązał się z wyższymi wynikami nasilenia objawów.
Podważa to powszechne założenie, że ENS jest wyłącznie problemem zbyt małego oporu, w którym powietrze przepływa przez nos zbyt łatwo, aby można je było właściwie wyczuć. Choć ta konkretna korelacja nie była istotna statystycznie, podkreśla złożoną fizykę aerodynamiki nosa.
Badacze przedstawili kilka możliwych wyjaśnień tej obserwacji. Po pierwsze, ich symulacje obejmowały gardło (część gardła znajdującą się za nosem), które mogło wpływać na obliczenie całkowitego oporu. Co ważniejsze, ustalenie to jest prawdopodobnie echem czynnika o większym znaczeniu: większa jama nosowa, która działa ochronnie, ma jednocześnie niższy opór.
Badanie jasno pokazuje, że nasilenie ENS jest złożonym problemem, na który wpływa znacznie więcej niż tylko ilość usuniętej tkanki małżowin nosowych. Zachowanie powierzchni błony śluzowej, utrzymanie symetrycznego przepływu powietrza, a nawet anatomia pacjenta przed operacją odgrywają kluczową, wcześniej niedocenianą rolę.
Choć niewielka liczebność próby oznacza, że część tych ustaleń ma charakter wstępny, badanie wyznacza kluczowy kierunek przyszłych badań, wyraźnie odróżniając silny statystycznie sygnał związany z powierzchnią błony śluzowej od innych, słabszych korelacji. Najważniejszy wniosek jest taki, że zachowanie maksymalnej powierzchni błony śluzowej powinno być nadrzędnym celem każdej operacji nosa, aby zminimalizować ryzyko ENS.
W miarę pogłębiania naszej wiedzy na temat aerodynamiki nosa, jak mogą ewoluować przyszłe techniki chirurgiczne, aby lepiej chronić pacjentów przed tym wyniszczającym schorzeniem?
W poprzednim artykule wykonałem wirtualną operację, dodając implanty. Powtórzyłem wirtualną operację, zachowując poprzednie implanty i dodając jeden po lewej stronie. Jest to strona, po której przepływ powietrza jest najsłabiej rozprowadzany między przewodem nosowym środkowym a przewodem nosowym dolnym. Chciałbym więc poprawić tę sytuację za pomocą tego nowego implantu.
Ten przekrój wykonano nieco za częścią przednią; na niebiesko przedstawiono poprzedni implant, a na czerwono ten, który właśnie dodałem. Zaprojektowałem ten implant, aby spróbować lepiej przestrzegać zasady opisanej przeze mnie w poprzednim artykule, zgodnie z którą w całej jamie nosowej powinno być od 1,5 do 3 mm odległości od ścian. Wyraźnie widać, że tutaj tak nie było.
W obszarze zaznaczonym na czerwono widać zwiększenie przepływu powietrza (więcej linii prądu). Nie jest ono duże, ale jest znaczące.
Na środkowej ilustracji widać, że po umieszczeniu wirtualnego implantu na poziomie przewodu nosowego dolnego pewien obszar zmienia kolor z jasnoniebieskiego na zielony, ale jest to dość subtelne. To bardzo niewielka zmiana.
Widzimy, że na pierwszym ujęciu, w którym umieszczono wirtualny implant, następuje zwiększenie WSS (czerwone strzałki). Nie jest to zaskakujące, ponieważ implant przesunął ścianę bliżej przepływu powietrza. Z drugiej strony dość rozczarowujące jest to, że w przewodzie nosowym dolnym nie widać żadnej zmiany — zwiększenie przepływu powietrza nie przełożyło się na zwiększenie WSS. Sądzę, że wzrost przepływu powietrza nie jest wystarczająco duży, aby można było zaobserwować znaczącą zmianę pod względem WSS.
Wspominałem już o tym w poprzednim artykule. Uważam, że bardzo ważne jest przywrócenie „idealnej” odległości (od 1,5 do 4 mm) między ścianami. I właśnie to próbowałem osiągnąć za pomocą tego nowego wirtualnego implantu. Z mojego punktu widzenia tę idealną odległość należy przywrócić w całej jamie nosowej. Uważam, że jest to jedna z najlepszych strategii poprawy kilku kluczowych parametrów:
Dokładnie to robi organizm po gwałtownej zmianie anatomii jamy nosowej, na przykład po skrzywieniu przegrody. Istnieje bowiem korelacja między skrzywieniem przegrody a powstawaniem concha bullosa [1]. W tym badaniu autorzy piszą:
„Stwierdziliśmy również silną zależność między obecnością małżowiny nosowej (jednostronnej lub dominującej) a odchyleniem wypukłości przegrody nosowej od strony małżowiny (P < .0001). Stwierdziliśmy jednak również, że zawsze zachowywany był kanał przepływu powietrza między przyśrodkową powierzchnią małżowiny (jednostronnej lub dominującej) a przylegającą powierzchnią przegrody nosowej”
Możemy to interpretować jako działanie „organizmu” mające na celu przywrócenie idealnej odległości między ścianami. Skoro organizm tak postępuje, z pewnością ma to określone znaczenie.
Dodanie tego wirtualnego implantu nie zmieniło drastycznie przepływu powietrza, jednak uważam, że ta optymalizacja jest przydatna. Należy zauważyć, że w artykule nie omawiałem oporu nosa ani symetrii przepływu powietrza, ponieważ po zastosowaniu tego wirtualnego implantu zmiana jest niewielka.
W tym artykule porównam wiele parametrów przed zastosowaniem wirtualnych implantów i po nim, aby sprawdzić, czy nastąpiła poprawa. Najpierw jednak chciałbym wyjaśnić przyczyny ENS, ponieważ przed znalezieniem rozwiązań trzeba właściwie zrozumieć problem. W drugim akapicie określę cele. Jakie parametry, moim zdaniem, mogę poprawić za pomocą tych wirtualnych implantów.
W artykule będę mówić o różnych obszarach jamy nosowej. Dla jasności przedstawiam tutaj ilustrację.Na
czerwono zaznaczono przednią część, czyli początek jamy nosowej, na zielono przewód nosowy środkowy, w którym znajdują się małżowiny nosowe środkowe, a na końcu na niebiesko przewód nosowy dolny, w którym znajdują się małżowiny nosowe dolne.
Zespół pustego nosa może być spowodowany częściowym lub całkowitym usunięciem małżowin nosowych dolnych lub środkowych. Może być również skutkiem oparzenia błony śluzowej. Usunięcie powoduje utratę objętości, czyli zwiększenie pustej przestrzeni i zmniejszenie powierzchni błony śluzowej. Oparzenie negatywnie wpływa na stan błony śluzowej. Wszystko to wywołuje wiele skutków:
Wydaje się, że za pomocą implantów nie można zwiększyć powierzchni błony śluzowej — implant jedynie ją przesuwa. W niektórych przypadkach może nieco zwiększyć powierzchnię błony śluzowej przez jej rozciągnięcie, ale nie będzie to znaczny wzrost.
Można natomiast zmniejszyć pustą przestrzeń, a tym samym zmniejszyć pole przekroju poprzecznego. Celem jest zaprojektowanie implantów tak, aby:
Wirtualne implanty są zaznaczone na czerwono. Możemy powiedzieć, że w lewej jamie nosowej znajdują się 3 implanty: jeden na dnie, jeden w ścianie nosa i mały w przegrodzie. Po prawej stronie znajduje się dość duży implant. Należy zauważyć, że nie wiem, czy można go wszczepić, ponieważ znajduje się za moim istniejącym implantem, a zaprojektowany przeze mnie kształt jest ogromny.
Projektując te implanty, próbowałem przywrócić „idealną” odległość między ścianami. Wyjaśnię, co nazywam „idealną” odległością między ścianami. Na tomografii komputerowej zdrowej jamy nosowej widać, że odległość między dwiema ścianami jest niemal wszędzie taka sama. Zmierzyłem ją — wynosi od 1,5 do 3 mm. Zaprojektowałem więc te implanty tak, aby zbliżały się do tych wartości, bez osiągania ich wszędzie ze względu na ograniczenia techniczne. Starałem się uwzględnić to, co można wykonać pod względem implantacji, choć w przypadku implantu po prawej stronie mam duże wątpliwości.
Po zastosowaniu wirtualnego implantu nie dziwi zmniejszenie pola przekroju poprzecznego oraz jego nieco bardziej regularny przebieg w całej jamie nosowej.
Należy zauważyć, że wartości dla grup kontrolnych pochodzą z tego badania [6], jednak samodzielnie zmierzyłem kilka tomografii komputerowych zdrowych osób i uzyskałem wartości całkowitego pola przekroju poprzecznego od 250 do 300 mm² zamiast 200 mm² podanych w badaniu. Nie wiem więc, jakie są wartości prawidłowe. Być może jest to zakres od 200 do 300 mm² — nie wiem. Pole zależy również od pozycji ciała i aktywności fizycznej, ale zakładam, że niemal wszystkie tomografie komputerowe wykonuje się w pozycji leżącej. Otrzymane wartości są zatem porównywalne.
W poprzednim artykule nie pokazałem prawej strony; widzimy, że po tej stronie rozkład przepływu powietrza jest nieco lepszy.
Widzimy, że rozkład przepływu powietrza prawie się nie zmienił. Być może na widoku lewej strony w przewodzie nosowym dolnym widać nieco więcej linii prądu. Nie jest to jednak znacząca poprawa.
Wszystkie powierzchnie, na których prędkość przepływu powietrza jest większa niż 2,5 m/s, zaznaczono na czerwono. Maksymalna wartość wynosi 3,24 m/s.
Tutaj również nie ma rzeczywistej poprawy prędkości.
Wszystkie ściany, na których WSS jest większe niż 0,1 Pa, zaznaczono na czerwono. Maksymalna wartość wynosi około 0,9 Pa.
Widzimy tutaj rzeczywistą zmianę: w obszarach, w których umieszczono wirtualne implanty, ściany są bardziej „kolorowe”. Oznacza to, że WSS jest wyższe.
Na tych przekrojach wyraźnie widać, że wirtualny implant zwiększył WSS. Pojawił się teraz kolor niebieski, a nawet żółty, co oznacza, że WSS wzrosło z wartości bliskiej 0 Pa do wartości od 0,025 do 0,07 Pa.
Tutaj również WSS jest większe, szczególnie po prawej stronie. Mogę powiedzieć, że jest to rzeczywiście pozytywna zmiana; konkretnie, poprawa WSS powinna poprawić odczuwanie przepływu powietrza w przewodzie nosowym dolnym. Wirtualne implanty po prostu przybliżyły ściany do przepływu powietrza. Uważam, że dobrą strategią jest zidentyfikowanie przepływu powietrza, a następnie przybliżenie do niego ścian w celu zwiększenia WSS, przy zachowaniu minimalnej odległości między ścianami (1,5–3 mm).
Widzimy, że wilgotność przepływu powietrza prawie się nie zmieniła.
Na ostatnim przekroju jest nieco mniej zielonego i żółtego koloru, co oznacza, że temperatura przepływu powietrza jest nieco wyższa po zastosowaniu wirtualnych implantów. Temperatura na skali barw jest podana w kelwinach, dlatego należy odjąć 273, aby uzyskać temperaturę w stopniach Celsjusza. Wcześniej należy również pomnożyć wartość przez 100. Na przykład temperatura oznaczona kolorem czerwonym wynosi 3,096*100 = 309,6°K, a następnie 309,6 – 273 = 36,6°C.
Jeśli wyniki CFD znajdują się w zielonym kwadracie, prawdopodobieństwo prawidłowego oporu w nosie i prawidłowej symetrii przepływu powietrza jest wysokie. Opór R znajduje się na osi poziomej, a symetria przepływu powietrza theta (𝚹) – na osi pionowej. Sposób obliczania tych wskaźników można zobaczyć w tym badaniu [7].
Przed zastosowaniem wirtualnych implantów natężenie przepływu wynosiło 7 l/min po lewej stronie i 7,3 l/min po prawej. Odpowiada to wartości 𝚹 równej 1,028, co jest bardzo dobrym wynikiem – przepływ w prawej jamie nosowej jest niemal taki sam jak w lewej. Po zastosowaniu wirtualnych implantów natężenie przepływu wynosi 6,9 l/min po lewej stronie i 7,68 l/min po prawej. Odpowiada to wartości 𝚹 równej 1,097, co jest nieco gorszym wynikiem, ale według Flowgy nadal mieści się w normie. Gdybym chciał to skorygować, musiałbym zaprojektować mniejszy implant po prawej stronie lub większy po lewej.
Opór w nosie R oblicza się na podstawie kilku parametrów, takich jak różnica ciśnień między otoczeniem a gardłem (delta P), natężenie przepływu, gęstość powietrza i powierzchnia nozdrzy. Gdy powietrze przepływa przez jamę nosową, dochodzi do spadku ciśnienia wskutek tarcia o ściany – jest to delta P.
Przed zastosowaniem wirtualnych implantów wartość wynosiła 4,7, a po nim 6,94. Wzrost tej wartości nie jest zaskakujący, ponieważ wirtualne implanty zmniejszyły pole przekroju w niektórych obszarach jamy nosowej.
Jest to raczej korzystne, ponieważ zgodnie z wykresem wartość zaledwie mieściła się w normie. Po zastosowaniu implantów wartości przesunęły się nieco we właściwym kierunku. Należy jednak pamiętać, że bezwzględna wartość R nie jest bardzo precyzyjna, ponieważ zależy od wielu parametrów symulacji. Jest to jedynie wskaźnik pozwalający sprawdzić, czy wirtualna operacja zmieniła tę wartość we właściwym kierunku. Ponadto wartość ta wydaje się nie mieć wpływu na objawy ENS, jak wspomniałem w akapicie „cele”. Mimo to uważam, że dobrze jest mieścić się w normie, ponieważ opór w nosie jest istotny dla prawidłowej czynności płuc [8].
Jeden z celów nie został osiągnięty – rozkład przepływu powietrza nie uległ poprawie. Nie bardzo wiem, jak go poprawić, szczególnie po lewej stronie, gdzie jest on wyjątkowo niekorzystny.
Wirtualne implanty znacznie poprawiły jednak WSS, co jest pozytywne. Ponadto temperatura przepływu powietrza i opór w nosie są nieco wyższe.
Uważam więc, że tego rodzaju implant może być przydatny, szczególnie w kontekście odczuwania przepływu powietrza.
Przede wszystkim, czym jest Flowgy? Flowgy to oprogramowanie przeznaczone do CFD jamy nosowej, wyposażone w narzędzia do wirtualnej chirurgii. W tym artykule porównam wyniki uzyskane za pomocą mojego oprogramowania przemysłowego (Onshape i Simscale) z wynikami uzyskanymi w Flowgy. Chciałbym podziękować prof. Manuelowi Burgosowi za użyczenie mi oprogramowania i odpowiedzi na wszystkie moje pytania.
W obu programach ustawiłem maksymalną prędkość na 3,25 m/s. Widzimy to samo: większość przepływu powietrza przechodzi przez przewód nosowy środkowy. Zwróć uwagę, że w Flowgy pokazałem przepływ powietrza tylko w lewej jamie nosowej, aby wyraźniej zobaczyć, co się dzieje.
Główna różnica między tymi dwoma widokami dotyczy maksymalnej prędkości: w Simscale jest ona ustawiona na 3,5 m/s, a w Flowgy na 2,5 m/s, ponieważ nie udało mi się ustawić w Flowgy wartości 3,5 m/s. Możemy jednak mniej więcej zobaczyć to samo: prędkość przepływu powietrza jest znacznie niższa w przewodzie nosowym dolnym. To uspokajające, że widzimy to samo, ponieważ oznacza to, że narysowany przeze mnie model 3D jamy nosowej był dość dokładny.
Najciekawsze w Flowgy jest teraz to, że dostępne są również inne dane. Jedną z nich, szczególnie interesującą w kontekście ENS, jest naprężenie ścinające przy ścianie (Wall Shear Stress, WSS). Wspominałem już o WSS w innych artykułach. Wyjaśnię nieco dokładniej, czym jest WSS i dlaczego jest to szczególnie interesująca dana w kontekście ENS. WSS to nacisk wywierany przez przepływ powietrza na ściany, a jego jednostką jest paskal (Pa). Im większy gradient prędkości w pobliżu ściany, tym większe WSS. Jest to ważna wartość, ponieważ to właśnie WSS odpowiada za odczuwanie przepływu powietrza.
Ciśnienie wyższe niż 1 Pa jest oznaczone kolorem czerwonym. Widzimy, że maksymalne WSS występuje głównie w części przedniej, a także w przewodzie nosowym środkowym, co odpowiada prędkości przepływu powietrza. Chcemy więc uzyskać lepszy rozkład WSS między przewodem nosowym środkowym a dolnym. Spróbuję to zrobić za pomocą wirtualnych implantów w następnym artykule.
Na tym widoku przedstawiono wilgotność przepływającego powietrza. Oczywiście widzimy, że wzrasta ona w miarę przechodzenia powietrza przez jamę nosową. Widzimy, że w ostatnim przekroju część przepływu powietrza ma wilgotność 92%. Wartości te z pewnością nie są bardzo precyzyjne. Domyślnie w parametrach symulacji wilgotność błony śluzowej ustawiona jest na 100%, co jest nieco optymistyczne, biorąc pod uwagę, że z powodu ENS błona śluzowa często jest sucha. Jednocześnie wartość wilgotności wdychanego powietrza ustawiono na 20%, co jest pesymistyczne, ponieważ powietrze na zewnątrz często jest bardziej wilgotne. Interesujące będzie porównanie przed i po zastosowaniu wirtualnych implantów, dlatego parametry wejściowe nie są aż tak istotne.
To samo dotyczy temperatury przepływającego powietrza. W parametrach symulacji temperatura błony śluzowej ustawiona jest na 309,65°K, czyli 36,65°C. Temperatura wdychanego powietrza ustawiona jest na 21,15°C. Temperatura błony śluzowej w kontekście ENS również może być nieco zbyt optymistyczna. Sądzę, że temperatura w wejściu do nosa jest niższa z powodu braku błony śluzowej. Nie potrafię jednak tego skwantyfikować i będzie to zależeć od agresywności turbinektomii. Na tej ilustracji minimalna temperatura jest ustawiona na 300°K (27°C) i oznaczona kolorem niebieskim.
Flowgy dostarcza naprawdę interesujących danych, które będą cenne przy porównaniu stanu przed i po dodaniu wirtualnych implantów. Opowiem o tym w następnym artykule, ale uważam, że w 2022 roku nie powinno się już wykonywać operacji nosa bez wcześniejszego przeprowadzenia wirtualnej operacji, aby sprawdzić, jaki będzie jej wpływ na przepływ powietrza, WSS itd. …
Teraz spróbuję zaprojektować wirtualne implanty, aby poprawić rozkład przepływu powietrza, rozkład WSS itd. …
Zgodnie z planem zaprojektowałem wirtualne implanty w jamie nosowej, aby poprawić rozkład przepływu powietrza i zmniejszyć pole przekroju poprzecznego, zbliżając się do parametrów zdrowego nosa.
Na czerwono zaznaczono zaprojektowane przeze mnie wirtualne implanty. Można zobaczyć, że dodałem implant ściany bocznej za istniejącym implantem po prawej stronie. Ma on około 30 mm długości, 10 mm wysokości i 5 mm grubości.
Po drugiej stronie można powiedzieć, że znajdują się dwa implanty: implant dna i implant ściany bocznej.
Implant dna ma około 35 mm długości, 6 mm szerokości i 3 mm grubości.
Implant ściany bocznej ma 35 mm długości, 10 mm wysokości i 2 mm grubości.
Nie wiem więc, czy możliwe jest dodanie implantu za już istniejącym, ale myślę, że dobrym pomysłem jest utrzymanie stałego pola przekroju poprzecznego na całej długości prawej strony.
Po lewej stronie dodałem dwa implanty, których celem jest zmniejszenie przestrzeni między istniejącymi małżowinami nosowymi dolnymi a ścianami.
Widzimy, że zmiana zaczyna się 40 mm od nozdrzy i trwa do 70 mm. Teraz osiągamy maksimum wynoszące około 400 mm² zamiast 500 mm², ale wciąż jest to dalekie od zdrowego nosa. Możemy więc już powiedzieć, że implanty nie są wystarczająco duże. Moim pierwszym celem było jednak uzyskanie lepszego rozkładu przepływu i stałego pola przekroju poprzecznego.
Możemy szybko zauważyć, że rozkład i prędkość przepływu powietrza prawie się nie zmieniły. Być może w przewodzie nosowym dolnym przepływa nieco więcej powietrza, ale nie jest to jakaś ogromna zmiana.
W widoku przekrojów, porównując stan przed wirtualnymi implantami i po nim, również nie widzimy żadnej znaczącej różnicy w prędkości przepływu powietrza.
Wykonałem przekrój w tej samej odległości od nozdrzy dla obu modeli 3D (przed wirtualnymi implantami i po ich zastosowaniu). Następnie umieściłem punkt, aby zmierzyć prędkość w tym samym miejscu. Po wirtualnej operacji prędkość jest około dwukrotnie większa: 0,26 m/s zamiast 0,14 m/s w modelu 3D po wirtualnej operacji. Dotyczy to jednak tylko niewielkiego obszaru. Widzimy zmianę koloru i rzeczywiście prędkość jest dwukrotnie większa, ale 0,26 m/s to nadal bardzo mała prędkość w porównaniu z wynoszącą na przykład 2 m/s wartością zaznaczoną na zielono. Przypuszczam więc, że pod względem odczuwania przepływu powietrza zmiana ta jest prawie niezauważalna.
Na podstawie tych danych mogę powiedzieć, że te wirtualne implanty prawie niczego nie zmieniły w zakresie prędkości i rozkładu przepływu powietrza. Możliwe, że gdyby implanty te zostały wszczepione w rzeczywistości, prawie nie odczułbym poprawy. Należy jednak pamiętać, że objawy ENS nie wynikają wyłącznie z problemów z przepływem powietrza. Znaczenie ma również stan błony śluzowej, cykl nosowy, który w przypadku wyciętych małżowin nosowych jest niemal martwy, a także być może inne czynniki.
Jaki jest następny krok?
Znaleźć lepsze umiejscowienie implantów, a także być może większe implanty, aby zmniejszyć pole przekroju poprzecznego… Nie wiem.
Odtworzyć prawdziwe małżowiny nosowe… Dobrze, w rzeczywistości nie jest to możliwe.
W końcu udało mi się stworzyć model 3D mojej jamy nosowej, który można wykorzystać w oprogramowaniu CFD.
Dla osób, które nie wiedzą, czym jest CFD: to skrót od Computational Fluid Dynamics, czyli mechaniki płynów obliczeniowych, zajmującej się badaniem płynów — w naszym przypadku powietrza.
Przyjąłem natężenie przepływu 15 l/min i nie zastosowałem warunków temperaturowych na ścianach.
Dla informacji: każde nozdrze ma powierzchnię około 68 mm², a początek mojej gardzieli — 420 mm². Moje pole przekroju poprzecznego możesz zobaczyć tutaj, w moim poprzednim artykule.
W tym widoku przepływ powietrza przedstawiono za pomocą cienkich rurek. Widzimy, że niemal cały przepływ przechodzi przez przewód nosowy środkowy z prędkością od 1,5 do 2 m/s. Natomiast w obszarze przewodu nosowego dolnego przepływ powietrza jest niemal zerowy, a prędkość bardzo niska — poniżej 0,5 m/s. W pobliżu nozdrzy w niektórych obszarach prędkość jest dość wysoka i wynosi około 3 m/s.
To samo dotyczy lewej strony.
W tym widoku jama nosowa jest pokazana w przekroju: po lewej stronie ilustracji znajduje się obszar w pobliżu nozdrza, a po prawej — w pobliżu gardzieli. Widzimy tylko prędkość, a nie ilość przepływającego powietrza, i obserwujemy to samo co w innych widokach: bardzo niską prędkość w przewodzie nosowym dolnym, mimo implantu w prawej ścianie nosa.
Wyniki nie są szczególnie zaskakujące — niektóre badania prowadzą do tego samego wniosku na temat rozkładu przepływu powietrza. Na przykład w tym badaniu pokazano to samo: znaczne zmniejszenie przepływu powietrza w przewodzie nosowym dolnym (25,8% ± 17,6%). Wykazano również zmniejszenie naprężenia stycznego przy ścianie (WSS) w obszarze przewodu nosowego dolnego, czyli siły tarcia działającej na ściany błony śluzowej. Mniejsze naprężenie styczne oznacza słabsze odczuwanie przepływu powietrza. Nie mam pewności, ale mniejsza ilość przepływającego powietrza i niższa prędkość oznaczają mniejsze naprężenie styczne przy ścianie. W mojej symulacji nie mogłem zmierzyć naprężenia stycznego przy ścianie z powodu ograniczeń oprogramowania, ale skoro prędkość i przepływ powietrza w przewodzie nosowym dolnym są bardzo niskie, możemy powiedzieć, że tak samo jest z WSS. Zgodnie z tym samym badaniem objawy „duszności” i „zbyt otwartego nosa” również wykazywały istotną korelację ze szczytową wartością WSS wokół małżowiny nosowej dolnej. Innymi słowy, mniejsze WSS w obszarze przewodu nosowego dolnego oznacza silniejsze objawy duszności i większe odczucie, że nos jest zbyt otwarty.
Teraz, gdy wyraźnie widzimy, że jednym z problemów związanych z ENS jest rozkład przepływu powietrza, spróbuję go poprawić za pomocą wirtualnych implantów umieszczonych w różnych obszarach. Celem jest oczywiście zbliżenie się do rozkładu przepływu powietrza występującego w zdrowym nosie.
Dla jasności: nie jestem badaczem ani specjalistą od CFD, więc wyniki mogą być błędne z wielu powodów. Jeśli zauważysz błąd w przyjętych warunkach lub rozumowaniu, skontaktuj się ze mną.
