马来西亚的标准化成年女性鼻腔

文摘

本研究着重于创建标准化的鼻腔模型马来西亚的成年女性。本研究实现的方法是一种新方法与其他方法相比,先前的研究人员。这项研究涉及到26岁女性代表了测试对象的初步研究。计算流体动力学(CFD)分析是为了更好地理解标准化模型的特点并比较标准化的高加索模型可用。这种比较包括截面法对half-models以及速度轮廓沿鼻蛀牙。马来西亚女标准化模型更大的横截面积相比,标准化的高加索模型从而导致较低的平均速度大小。标准化模型进一步评估四个马来西亚女性测试对象根据其截面法和平均速度情况下沿鼻蛀牙。这个评价表明,生成的模型代表一个马来西亚平均和标准模型的成年女性。

1。介绍

人类鼻腔有隔开的两个对称的复杂三维鼻腔鼻隔在中间。在灵感,空气从鼻孔流入鼻腔,然后达到最小的横截面积,鼻阀,到达曲折鼻甲地区形成大的横截面区域覆盖着黏液层和纤毛。这些湿润湿润地区发挥重要作用,变暖,和清洁的吸气诱骗空运的粒子以及湿润空气通过蒸发(1]。然后,鼻甲骨区域将引导气流向后部区域鼻腔的鼻咽。

客观测量方法的相关研究中也很常见的鼻几何,它用于确定横截面积鼻气道阻力,以及可视化,人的鼻子闻不出来。谢尔顿和eis进行活跃的前部和后部rhinomanometry评价正常人(2]。Suzina等人使用活动前rhinomanometry (AAR)的客观评估鼻气道阻力在正常成人马来人(3]。然而,这些方法都有它们的局限性在精确测量气流速度以及在评估当地的鼻阻力在每个部分鼻腔(4]。除此之外,无数的复杂鼻解剖包括薄气道渠道,避免直接的实验测量鼻子内的流动模式(5]。

近年来,随着计算机资源的快速发展,已经有越来越宽,深的应用CFD技术研究在人类鼻腔气流的特征,因此其相关的症状和功能的人类的鼻子6- - - - - -11]。大多数这些研究结合不同的软件(例如,模仿,阿米拉和ICEM-CFD)鼻腔产生数值模型。此外,在这个领域有一些审查论文,如市政官et al。12),梁等。13,祖拜尔(14]。更好的理解鼻子生理学、病理生理学在正常呼吸,和鼻蛀牙的后处理技术流的模式可以通过使用CFD (15- - - - - -17]。CFD研究的各个方面实施呼吸气流产生的分支网络管构成tracheal-bronchial树。模型由赖昌星等人的研究能够提供全面了解流体的影响在人类上呼吸道航空公司(18]。广泛的CFD应用不仅限于上呼吸道气流一样等人利用CFD分析的三维血液动力学典型的狭窄的冠状动脉旁路移植(CABG)。研究表明数值调查可以给一个洞察CABG的血液动力学的各种配置在不同的生理条件下(19]。

一般来说,研究人员使用相同的模型,如图1(一)他们复制的确切结构鼻通道,只有轻微的修改结构简化的目的。几何模型不同的类型进行研究。因此,模型从一个健康的人并不拥有任何明显的病理症状,反之亦然需要更好地理解和可视化的一个正常鼻腔气流(4,10,11,16,21,22]。例如,加西亚等人进行了一项研究使用鼻腔原发性萎缩性鼻炎患者的1,23]。这允许不同的条件尤其是慢性疾病患者进行分析和信息获得,在提供治疗这种情况下这是至关重要的。此外,克罗斯等人使用一个现实的塑化人体模型与左、右鼻解剖守恒的蛀牙为实验目的。这个模型是扫描获得特定的CT图像三维重建程序,实现了数值模拟(24]。两种模型的结果比较验证的目的,以确保分析的准确性。研究纳米颗粒或蒸汽沉积是由施等人要求不仅典型解剖模型,而且一些额外的几何形状,如图1 (b)。短的入口管被加入到鼻孔防止简单的塞流进入鼻孔,气道和一定长度的实际添加到鼻咽获得适当的出口条件(20.]。

除了解剖学上相同的模型,兰德等人实施了鼻状模型如图1 (c)鼻子的,这是一个简化的模型使用的平均数据生成人类鼻蛀牙(6]。上鼻甲省略是因为这个地区的气流非常小。这个广义鼻状模型简化了复杂结构的三维鼻蛀牙,并允许删除或增加各种特性模型。这些变化是非常有用的对于不同类型的综合分析进行轻松(25]。空调的分析能力,沁鼻模型解剖模型能够产生相似的结果(26]。Horschler等人研究了几何鼻腔气流的影响通过使用不同型号的人类鼻腔和鼻甲骨[27]。尽管所有这些模型能够生成可靠的数据,这些研究只关注某些独特的个人,结果并不代表大众。

鼻腔的个别间区别的独特特征成为一个至关重要的问题在不同研究之间的比较结果17,24,28,29日]。多利等人建议建立理性的方法来描述和比较不同的解剖学将来会很有帮助(8]。没有指导或基准,可以比较不同的结果时作为参考。因此,这将导致建立一个标准化的模型,该模型将被用来代表一个特定的人口。刘等人发明了一个方法,东方,使鼻腔30集的几何图形健康受试者的CT扫描。研究还提到了一个标准化的重要性模型对未来的实验和数值研究吸入气溶胶(30.]。

本研究的目的是建立一个标准化的成人马来西亚女性鼻腔使用一种新的方法,简单,适用于一个更大的人口。这标准化的模型相比,从过去的研究审查现有的标准模型的差异由于基于地理差异的不同类型的人群。巨大差异尤其是在横断面地区观察从马来西亚标准化模型相比白种人的模型。因此,这证明标准模型是一个不错的除了现有的鼻模型用于过去的研究。

2。材料和方法

论述了新方法在生成详细的标准化模型。该方法是一种新方法相比是不同的方法实现刘et al。30.]。一套完整的平均图像可以创建用于生成标准化模型在不到几个小时,节省时间和成本,以及人类劳动。发展中CT扫描成三维模型需要额外的细节特别是确定边界层鼻腔的鼻科专家和严格的指导。一代的标准化鼻几何包括几个重要的步骤可以分为三个主要部分。第一部分是建筑的几何,其次是啮合几何,最后运行和分析结果。对于这个研究,创建标准化的马来西亚女鼻腔,和分析进行了理解和验证平均模型。

第一部分所涉及的方法生成二维CT扫描的标准化鼻腔26组正常健康的马来西亚女性的蛀牙,都是来自马来西亚理科大学的先进医疗部门。CT扫描是转移到模仿(美国实现)来生成一个三维模型的鼻腔。轴向、冠状、矢状的鼻腔来自模仿,但只有套轴向图像(从鼻腔前部向后部)被用于生成平均标准化的鼻腔。轴向图像能更清晰地显示复杂的几何形状如鼻甲骨相比其他方向。为了生成标准化模型,一个图像处理程序执行计算的平均像素值在每一个轴向的形象。第一轴向CT扫描所有的26集的图片组合在一起,和平均值计算生成第一轴向图像的标准化模型。这些方法是重复的37个图像每个测试主题。这是一个略显乏味的过程,但只需要几分钟来完成平均轴向图像。本研究使用CT图像的左和右鼻蛀牙产生平均图像。等几个重要的预防措施需要裁剪的图像。 Since the size of the human head varies from individual to individual, the dimension, resolution, and position of the nasal cavity were maintained. The dimensions were measured from the septum with a crop ratio of 4 : 3 using the automatic cropping function of image cropper as shown in Figure2(一个)。另一个需要注意的重要的细节是鼻腔的方向在CT扫描受试者倾向于他们的头在不同的方向。整个图像旋转一定角度,如图2 (b)这确保了直鼻中隔可以获得准确的平均像素值。鼻中隔扮演重要的角色,它作为一个参考线裁剪和旋转图像。因此,与鼻中隔偏差是省略了从这个研究主题与鼻科专家的帮助。只有健康女性受试者被用于这项研究。图2 (c)最终平均图像的显示了一个位于鼻腔的中间从轴向视图。创建不同的直线从所有26个不同主题的图像。

共有37个新轴向平均图像获得平均26个测试对象被导入到模拟创建一个三维模型如图3。一些函数的阈值和编辑的面具模拟被用来促进模型的生成。这些函数被用来消除不必要的地区和区分软组织和骨骼结构以及空的空间。阈值在模拟忽略了软组织鼻腔鼻腔被认为是反拥挤。第一稿的标准化的模型中可以看到图3一些小的粗糙表面,但整体结构似乎好了。

三维折线模拟的数据被导入到CATIA V5(达索系统公司股价)抚平粗糙表面,并删除不需要的顶点。图4展示了标准化的模型是如何从原始polyline变成最终的标准化模型,用于分析。所有的数据显示实际上只是空洞的表面。然而,这个模型转化成一个完全固体体积用于啮合策略2.3.16(流利Inc .,黎巴嫩,美国)。

其次,的方法是集中在啮合几何学。标准化模型产生CATIA V5当时进口策略作为体积进行体积网格如图4 (c)。网格进行独立研究确定最佳网格使用非结构化四面体网格,从500000年到3000000年的元素。缺乏啮合元素尤其是在鼻腔内的瘦鼻甲骨地区会导致失败在捕捉鼻气流在至关重要的地区。结果表明,网格依赖性研究导致了1109123年优化啮合元素,与压降计算结果验证了从金正日和他的儿子31日和温家宝et al。15,17)如图5。

最后,这种方法的最后一部分涉及运行分析和分析结果。数值模拟了使用有限体积方法提供的流利6.3.26(流利、黎巴嫩、美国)更好地理解新标准的模型。代表的模拟是基于navier - stokes方程的一般方程三维不可压缩流和粘性液体28]。本研究只关注层流气流模拟正常,呼吸流量为7.5 L分钟休息⁻¹(32,33]。边界条件的定义是基于以前的工作(28,34]。鼻墙被认为是刚性的,无滑移边界条件,和粘液的影响被认为是微不足道的。鼻孔入口质量流量入口中定义的,和出口鼻咽流出边界条件定义的。任何出口回流是假定为32.6°C和100%相对湿度,强加在流利的1]。鼻毛也不认为是证明它没有显著的影响在鼻腔内的流35]。鼻旁窦被排除在标准化的创建模型大多数研究(包括计算和实验以及疾病和nondisease例)只关注研究鼻气流和不考虑鼻旁窦分析(1,4,6- - - - - -8,11,15,17,21,22,24,29日,30.,33,34,36- - - - - -40]。鼻窦被认为可以忽略的影响总气流模式由于小开口(口)和最小横截面积(11,24]。

同样的方法是重复的生成和分析两个half-models和四个女鼻蛀牙。half-models之一被切断的标准化模型,而另一个是来自刘et al。(来自30套高加索鼻蛀牙)。这两种模型进行比较,以查看不同人群的标准化模型之间的差异以及基于地理差异的方法应用于他们的一代。与此同时,四个马来西亚女性受试者精心挑选的26个测试对象基于他们的年龄和种族。这四个模型被用于比较与标准模型证明生成的标准化模型表示的平均模型马来西亚女鼻腔。所有26个学科的信息提出了表1。这是之前提到的方法对当前研究适合人口众多。然而,只有26个受试者被要求参与本研究,因为它只是一个初步研究。的另一个原因而限制了这项研究的主题是缺乏数据,大多数患者鼻腔疼痛或疾病是只愿意做CT扫描。因此,很难获得健康的情况下对当前研究的样本。

3所示。结果与讨论

结果从标准化模型生成的26岁女性受试者提出和讨论的两个主要部分。第一部分是比较两个half-models;人从生成的标准化模型(贴上模型),从研究获得另半边船模是刘et al。30.)(贴上模型B)讨论各种CFD分析结果。比较是由横断面研究领域,平均速度大小,颜色和轮廓速度四个主要模型的截面沿鼻腔。基于比较,差异之间的标准化模型的地理位置可以获得不同的鼻洞从而证明不同人群的要求一个标准化的模型。第二部分只是专注于生成的标准化模型和四个鼻洞组的选择测试对象。进行评估所有五个完整的模型通过比较其截面法和平均速度情况下四个截面沿鼻蛀牙。获得的结果证明生成的标准化模型能够代表平均成人马来西亚女鼻腔。

3.1。比较Half-Models

生成的标准化模型,模型,是99.312毫米的长度相对接近表中给出的平均值1虽然半边船模从刘et al .,获得模型B,长109.73毫米。两种模型图所示6有明显不同的结构,从水平和垂直方向上。模型B显示了明显的优越道的存在,中部地区的鼻甲更长,短鼻咽,和一个不精确的前庭的形状。另一方面,模型显示只有低等和中等道,长鼻咽,鼻前庭的更准确的表示。长鼻咽地区更相关,以确保适当的出口条件在CFD分析(20.]。基于观察了26个学科,引起上级道模型的不一致的能见度仅由上级和中间道。切平面,如图6实施获取所需的信息,因为长度的变化的模型。这些削减飞机允许在特定位置进行比较以及鼻腔。总共有8降低飞机第一个是一个,位于入口前庭略有上涨。第二截平面B位于鼻阀、鼻腔的最小截面。第三截平面,平面1 C位于开始下道,中间平面E是位于中间的道和飞机4 G位于下道的结束。两架飞机2 D和3,F,分别位于一部和eg之间。最后,鼻咽H位于鼻腔的结束在出口附近。

代表性的地区以及鼻腔呈现在图7更深入的比较两种模型。值得注意的是,模型B的横截面积比小模型如图6和7。这是由于细长形状的模型b模型的横截面积高,除了出口由于长鼻咽模型的区域。模型显示最低的横截面积位于鼻阀和最高的横截面积位于中间平面的道。在飞机4日突然下降是由于道的结局。模型都是来自不同人群在不同的地理位置造成横截面的变化区域。从视觉观察,马来西亚的鼻子似乎是相对较小的大小和长度相比,高加索的鼻子。然而,结果显示在图7清楚地显示了。这表明外鼻外表不能用于估计鼻腔内的横截面区域。

CFD提供有用信息的能力鼻蛀牙是不可否认的,因为它已经提出的各种研究十多年来(21,41- - - - - -43]。对于本文,CFD分析进行了进一步调查两种标准化模型之间的区别。图8显示了平均速度大小的图形的轮廓速度表中所示2。轮廓速度的选择进行讨论,因为他们清楚地表明这两种模型的物理差异以及在鼻腔气流分析。明显的差异观察从两个模型显示在图8和表2。所有这些信息是来自四个主要截面沿鼻腔,门厅,鼻阀、中面,鼻咽。模型显示前庭和鼻阀更椭圆形而模型B显示了一个不一致的状态。观察薄中面模型B模型相比,显示一个圆润的形状的道。得到了更高的平均速度大小为模型B截面由于较小的横截面区域显示在图6。另一方面,较低的平均速度大小均获得模型由于广义平均模型相比有较大气道通道模型B模型B创建基于男女模型在模型只专注于马来西亚的女性。类似的模式可以从两个模型检查的最高速度是由于鼻阀,即气流限制器在进入道地区。增量的平均速度观察前庭鼻阀,减少在鼻咽的中面,最后再增加截面变小。低速度从中间得到平面区域为道函数扩大表面积暴露在空气中。这就增加了热量和水分交换在鼻腔内。速度的百分比的差异大小两种模型之间相对较高,技工占30%,40%为鼻阀和中间面,25%为鼻咽。这些巨大的差异强烈支持的重要性有一个标准化的模式,代表了不同人群和生成一个基于更大的标准化模型组测试对象。

3.2。比较模型与其他4女模特

比较用模型B从刘等人的研究。30.)并不足以证明模型可以用来代表一个平均成人马来西亚女鼻腔。因此,进一步的调查进行了通过分析挑选的四名女模特组26个学科考虑他们的种族和年龄。只有四个模型选择的比较。图9显示了所有五个模型的横截面区域和的平均值计算模型。模型1和模型4似乎小模型,模型2和模型3相比略大。模型之间的差别,计算平均截面值小于20%。因此,这种方法可以创建一个标准化的模式,是一个非常接近理想的平均模型。基于图,所有的横截面区域的模型具有相似的模式。也注意到,一个成年人马来西亚女性有相对较大的前庭和道但较小的鼻咽。

额外的分析来增强这个标准模型的理解是注意到从图10模型1和模型4拥有更高的平均速度大小而模型2和模型3显示较低的平均速度大小模型相比,这是由于横向区域显示在图9。平均速度大小所得模型非常接近平均值的模型。相似的模型也证明了模型给马来西亚女鼻气流特征一致的结果。因此,得出模型代表了平均马来西亚女鼻腔。

4所示。结论

标准化模型研究需要涉及人类鼻蛀牙期间避免个人间的差异的比较结果。本研究中提到的方法适用于一大群主题。因此,这是一个很好的新奇的方法来创建一个标准化的模型来表示特定的人群。此外,从这个研究发现,有明显的差异从不同的地理位置两个标准化的模型。未来的工作应该进行更多的测试对象获得一个更精确的模型。作为结论,本研究产生的模型是被证明是一个好的和成人的准确表示马来西亚女鼻腔。这个新标准模型可以通过通讯作者研究的各个领域。

利益冲突

作者没有利益冲突的报告。

承认

作者承认通过研究型大学提供的支持(俄文)批准号。1001 / PAERO / 814074和1001 / PAERO / 8045055马来西亚理科大学,开展这项工作。

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