Щербаков Д.А.

клиника ФГБУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии» Минздрава России, Уфа, Россия, 450075

Крюков А.И.

ГБЗУ «Московский научно-практический центр оториноларингологии им. Л.И. Свержевского», Москва

Красножен В.Н.

Кафедра оториноларингологии, кафедра лучевой диагностики Казанской государственной медицинской академии

Гарскова Ю.А.

Кафедра оториноларингологии Казанской государственной медицинской академии Минздрава России, Казань, Россия, 420012

Саушин И.И.

Лаборатория гидродинамики и теплообмена ФГБУН «Казанский научный центр» РАН, Казань, Россия, 420111

CFD-моделирование воздушных потоков в верхнечелюстной пазухе

Журнал: Вестник оториноларингологии. 2017;82(4): 32-34

Просмотров : 14

Загрузок :

Как цитировать

Щербаков Д. А., Крюков А. И., Красножен В. Н., Гарскова Ю. А., Саушин И. И. CFD-моделирование воздушных потоков в верхнечелюстной пазухе. Вестник оториноларингологии. 2017;82(4):32-34. https://doi.org/10.17116/otorino201782432-34

Авторы:

Щербаков Д.А.

клиника ФГБУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии» Минздрава России, Уфа, Россия, 450075

Все авторы (5)

Благодаря современным достижениям науки и техники произошло широкое внедрение эндоскопии и микрохирургии в схему хирургического лечения заболеваний полости носа и околоносовых пазух (ОНП) [1]. В настоящее время минимально инвазивные методы успешно применяются при различных заболеваниях ОНП [2—4]. Разработаны современные технологии улучшения оттока секрета из ОНП: баллонная синусопластика или мобилизация крючковидного отростка [5, 6]. Однако остается малоизученным влияние указанных технологий на физиологические механизмы ОНП. Применение инвазивных методов исследования с этой целью в известной степени ограничено. Полезным инструментом современного клинического исследования является компьютерное моделирование [7]. Применительно к полости носа и ОНП описано использование метода вычислительной аэродинамики (CFD — computational fluid dynamics) [8].

Цель данной работы — на основе метода вычислительной аэродинамики смоделировать воздушные потоки в полости носа и верхнечелюстной пазухе (ВЧП) в норме и после хирургических вмешательств в области среднего носового хода.

Пациенты и методы

Цифровое моделирование физиологии ОНП методом CFD проводилось на базе лаборатории гидродинамики и теплообмена Казанского научного центра РАН под руководством д.т.н., проф. В.М. Молочникова.

В исследование были включены 14 лиц обоего пола, средний возраст 31±16,7 года. Критериями исключения были наличие в анамнезе хронических заболеваний полости носа и околоносовых пазух, таких как искривление перегородки носа с нарушением носового дыхания, хронический риносинусит, гипертрофический ринит и т. п., а также эпизоды острого риносинусита в последние 3 мес. Кроме этого, из исследования были исключены пациенты с 5-м типом искривления перегородки носа по R. Mladina [9] без нарушения носового дыхания, с пародоксальной или пневматизированной средней носовой раковиной.

Цифровое моделирование воздушного потока осуществлялось с помощью программного комплекса Ansys Fluent. Программа Invesalius генерирует файл формата STL из снимков в трех проекциях. Этот формат является набором точек, или, точнее, сеткой. Ansys позволяет читать данный формат и преобразовывать его в 3D-модель, которая в нашем исследовании представляет собой изучаемую ВЧП, сообщающуюся с соответствующей половиной полости носа (рис. 1).

Рис. 1. Правая ВЧП и соответствующая половина полости носа, смоделированные в программе Ansys.

При моделировании скорость воздушного потока между хоанами и обеими ноздрями была установлена на уровне 300 мл/с. Было создано четыре рабочие модели: 1) околоносовые пазухи без патологии; 2) состояние до и после компьютерного симулирования баллонной синусопластики (расширение естественного соусться до 5 мм, расширение полулунной щели до 7 мм); 3) состояние до и после компьютерного симулирования функциональной эндоскопической риносинусохирургии (медиализация средней носовой раковины на 2 мм, удаление крючковидного отростка, расширение естественного соустья ВЧП до 1 см в диаметре; 4) состояние до и после компьютерного симулирования мобилизации крючковидного отростка (медиализации средней носовой раковины на 2 мм и медиализации крючковидного отростка на 1,5 мм как модель использования разработанного нами инструмента для мобилизации крючковидного отростка.

Результаты и обсуждение

Моделирование воздушных пространств полости носа и ВЧП позволило получить цифровую модель, включающую всю пазуху, соответствующую половину полости носа и носоглотку.

В программе Ansys в результате моделирования изменений давления в полости носа и носоглотке, возникающих при дыхании, нам удалось установить отсутствие массообмена между полостью носа и исследуемой верхнечелюстной пазухой у лиц без патологии полости носа и ОНП. Так скорости воздушных потоков между структурами остиомеатального комплекса при дыхании не превышала 0,01 м/с (минимально уловимая скорость в программе Ansys) (рис. 2).

Рис. 2. CFD правой половины полости носа и правой ВЧП пациента без патологии полости носа и ОНП. Насыщенное синее окрашивание ВЧП свидетельствует об отсутствии вентиляции пазухи.

Компьютерное симулирование баллонной синусопластики показало появление воздушного потока в ВЧП, возникающего на 0,8-й секунде вдоха (рис. 3; табл. 1).

Таблица 1. Скорость воздушных потоков между ВЧП и полостью носа после компьютерного симулирования баллонной синусопластики

Рис. 3. Компьютерное симулирование баллонной синусопластики у пациента без патологии полости носа и ОНП. Высокие скорости воздушных потоков, направленных в ВЧП.

После моделирования ФЭРС, заключающейся в медиализации средней носовой раковины, удалении крючковидного отростка и расширении естественного соустья ВЧП, скорость потоков, возникающих в среднем носовом ходе, составляла 0,08±0,02 м/с, в некоторых моделях пиковая скорость воздушного потока в указанном регионе составляла около 1,0 м/с (табл. 2).

Таблица 2. Скорость воздушных потоков между ВЧП и полостью носа после моделирования функциональной эндоскопической риносинусохирургии

В случае компьютерного симулирования ФЭРС массообмен между ВЧП и полостью носа, в норме равный нулю, составил до 36,7 мл/с, тогда как моделирование баллонной синусопластики привело к появлению массообмена между приведенными структурами до 7,8 мл/с.

В отличие от двух представленных технологий расширения естественного соустья вместе со всеми структурами остиомеатального комплекса, разработанный нами инструмент мобилизации крючковидного отростка подразумевает расширение полулунной щели в результате мобилизации крючковидного отростка. Естественное соустье ВЧП при этом остается интактным. Цифровое моделирование воздушных потоков, возникающих при дыхании, между ВЧП и полостью носа, показало отсутствие изменений в скоростях и отсутствие массобмена между указанными полостями после мобилизации крючковидного отростка предложенным нами способом (табл. 3).

Таблица 3. Скорость воздушных потоков между ВЧП и полостью носа после компьютерного симулирования медиализации крючковидного отростка

Цифровое моделирование воздушных потоков в полости носа и ВЧП на трех моделях наиболее частых хирургических вмешательств показало, что ФЭРС и баллонная синусопластика способствуют увеличению скоростей воздушных потоков в области остиомеатального комплекса и появлению массообмена газов между ВЧП и полостью носа. При этом ФЭРС, подразумевающая удаление крючковидного отростка, более выраженно, чем баллонная синусопластика, влияет на массообмен.

Разработанная методика мобилизации крючковидного отростка с использованием специально созданного инструмента способствует расширению полулунной щели без изменений размеров естественного соустья ВЧП. После мобилизации крючковидного отростка не происходит увеличения скорости воздушных потоков между структурами остиомеатального комплекса, не отмечается появления массообмена между пазухой и одноименной половиной полости носа.

Наши наблюдения совпадают с результатами работы G. Xiong и соавт. [8], которые одними из первых смоделировали движение воздуха в полости носа при дыхании и обнаружили отсутствие активной вентиляции ОНП пазух. Многие авторы отмечают важную роль нормального строения структур остиомеатального комплекса и постоянной концентрации оксида азота в ВЧП в норме и описывают патологические состояния, возникающие при излишней вентиляции ОНП после ФЭРС, в том числе вторичную мукоцилиарную дисфункцию ОНП [10—12]. В настоящее время предложены варианты ФЭРС с сохранением крючковидного отростка [13]. Нами разработан инструмент, позволяющий выполнять медиализацию крючковидного отростка, расширяя полулунную щель, но не изменяя размеры естественного соустья ВЧП. При этом цифровое моделирование показало отсутствие массообмена между ВЧП и одноименной половиной полости носа и ускорения воздушных потоков в среднем носовом ходе после компьютерного моделирования нашей методики.

Выводы

1. Результаты компьютерного симулирования баллонной синусопластики и ФЭРС показали нефизиологичность данных процедур по отношению к эндоназальным структурам и ВЧП.

2. Эндоназальный доступ в ВЧП через средний носовой ход показан при следующих состояниях: мукоцеле ВЧП; полипозные изменения в остиомеатальном комплексе, сопровождающиеся явлениями хронического риносинусита в передней группе ОНП; большие грибковые тела ВЧП, распространяющиеся в структуры среднего носового хода и/или в клетки решетчатого лабиринта.

3. Мобилизация крючковидного отростка является технологией выбора для улучшения работы естественных соустий передней группы ОНП, и в отличие от баллонной синусопластики позволяет избежать развития патологического массообмена газов между пазухами и полостью носа благодаря сохранению нормальных размеров естественных соустий.

4. Мобилизацию крючковидного отростка необходимо проводить при concha bullosa средней носовой раковины, сопровождающейся хроническим риносинуситом в ипсилатеральной группе ОНП; в случаях операций на ВЧП с доступом через переднелатеральную стенку или нижний носовой ход с целью улучшения оттока геморрагического отделяемого в послеоперационном периоде.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail