Чистка зубов Air Flow в стоматологии «Дента Плюс», Петрозаводск. Цены на профессиональную чистку зубов
Профессиональная чистка зубов Air Flow проводится квалифицированными стоматологическими гигиенистами в клинике «Дента Плюс» на улице Ригачина, 7.
После одной процедуры Аир Флоу в нашей стоматологии ваши зубы станут чистыми, гладкими и заметно более светлыми.
В чем принцип действия Air Flow
Профессиональная гигиена полости рта с помощью метода Аир Флоу — это стоматологический процесс удаления мягких отложений и пигментированного налета на зубах под воздействием смеси воздуха, воды и мелких кристаллов пищевой соды (бикарбоната натрия). Смесь подается из насадки специального аппарата поод регулируемым давлением. Мелкие частицы соды отделяют налет от зубной эмали, а поток воздуха сдувает его. Одновременно с воздушным потоком подается и струя чистой воды, которая смывает остатки отделившихся отложений. При желании пациента к воде могут быть добавлены отдушки для освежения дыхания. Частицы используемого в процедуре порошка настолько малы, что они не способны повредить зубную эмаль и бережно воздействуют на мягкие ткани дёсен. А, благодаря свойствам соды, достигается эффект отбеливания. Если пациенту необходимо удалить налет из поддесневой области пародонтальных карманов, используется специальный наконечник PerioFlow.
Как независимую процедуру Air Flow обычно назначают тем пациентам, у которых хорошая гигиена полости рта и нет отложений твердого зубного камня. При наличии отложений сначала удаляют их (как правило, ультразвуковой чисткой), а потом проводят Эир Флоу.
Качество технологии
Эффективность гигиенической чистки Air Flow путем удаления биопленок с поверхности зубов подтверждена многочисленными исследованиями и опытом ее использования в стоматологиях мира.
Показания для чистки
- Удаление старых пятен на зубах, причины которых — курение, употребление кофе, красящих продуктов.
- Чистка ортодонтических конструкций (брекетов и пр.)
- Удаление поддесневого налета при пародонтите.
- Как процедура перед отбеливанием зубов, установкой брекетов или перед имплантацией.
Когда Аир Флоу противопоказана
- Заболевания десен в стадии обострения.
- Бронхиальная астма (проводится с осторожностью).
Процедура не противопоказана беременным и кормящим грудью женщинам.
Этапы профессиональной чистки в стоматологии «Дента Плюс»
- Первичный осмотр и консультация гигиениста
В назначенное доктором время вы приходите в клинику на первичный осмотр. Врач оценивает состояние полости рта (зубов, десен), наличие и количество налета, выявляет или исключает противопоказания.
- Индикация зубных отложений
Проводится в тех случаях, когда врач видит в этом клиническую необходимость. Суть: на поверхность зубов наносится специальное вещество — индикатор, который позволяет выявить наличие биопленок и мелкого зубного камня. По результатам индикации выбирается технология чистки и тип порошка.
- Процедура Air Flow
Пациент надевает клеенчатый медицинский халат. Рот в открытом состоянии фиксируют ретрактором. Во избежании попадания брызг в глаза лицо закрывают силиконовым экраном. Чистка всего зубного ряда аппаратом Air Flow продолжается около 30 минут.
- Реминерализация зубов
Реминерализацция — насыщение зубной эмали кальцийсодержащими элементами. Процедура призвана закрепить результат чистки и снизить чувствительность зубов. Оплачивается отдельно. Назначается в редких случаях строго по показаниям врача.
- Полировка зубной эмали
После Air-flow чистки зубов проводится полировка зубной эмали пастами с резиновыми насадками.
Преимущества метода
- Метод Air Flow эффективно разрушает бактериальные пленки и мягкие зубные отложения на эмали.
- Очищает налет в труднодоступных местах: межзубных промежутках и фиссурах.
- Удаляет пятна в 3 раза быстрее обычной чистки.
- Не повреждает эмаль.
- Безболезненна. Рекомендована пациентам с повышенной чувствительностью зубов.
Рекомендации после чистки
После чистки зубов Аир Флоу пациенту необходимо:
- Воздержаться от приемов пищи в течение нескольких часов.
- Заменить свою прежнюю зубную щетку на новую.
- Два первых дня полоскать полость рта антисептическим раствором.
- Воздержаться от курения.
- Исключить кофе, красящие продукты.
Вопросы и ответы
Как мне подготовиться к процедуре?
Никакой специальной подготовки не требуется. При наличии заболеваний десен необходимо сначала купировать симптомы воспаления.
Необходима ли анестезия при чистке воздухом?
В стоматологии «Дента Плюс» процедура абсолютно безболезненна, поэтому анестезия не требуется. Для снятия возможных неприятных ощущений в процессе доктор может провести обработку десен местным анестетиком в виде спрея или геля.
Происходит ли отбеливание зубов?
Да, по завершении прроцедуры зубы становятся светлее на 1-2 тона. Air Flow отбеливание достигается засчет того, что воздушно-абразивный поток очищает поверхность зубной эмали от желтоватого налета и пигментных пятен. Если вы хотите осветлить зубы сильнее, рекомендуем профессиональное отбеливание зубных рядов.
Есть ли побочные эффекты после?
В качестве побочного эффекта можно отметить лишь микроскопические повреждения мягких тканей десен. Они полностью заживают в течение одной-двух недель.
Как часто рекомендуется чистить зубы Air Flow?
Если ваша цель — предотвращать появление нового кариеса, врачи рекомендуют проводить процедуру Эир Фло каждые полгода, т.е. один раз в шесть месяцев. Если вы тщательно следите за своими зубами, полотью рта, то достаточно повторять процедуру один раз в год.
Запишитесь на осмотр и консультацию
Заполните форму ниже или позвоните нам по телефону 8 (8142) 45-45-45Безопасная чистка зубов Air Flow недорого
Чистка и отбеливание зубов за один прием от стоматологов с более чем 15-летним стажем работы. Для вашего удобства клиника работает без выходных.
Наша стоматология предлагает услугу чистки зубов Air Flow. У нас эту процедуру выполняют квалифицированные стоматологи-гигиенисты с 15-летним стажем. Мы используем только качественные материалы и оборудование. Обратившись к нам, вы станете обладателем безупречной улыбки и здоровых зубов!
Наши стоматологи – настоящие профессионалы своего дела. Благодаря большому опыту работы чистка зубов Air Flow проходит быстро и с наибольшим комфортом для пациента. Для проведения данной процедуры наша стоматология оснащена уникальным оборудованием, а именно – аппаратом для чистки зубов Аир Флоу. Благодаря нему стоматолог может снять мягкие зубные отложения со всех поверхностей, а также тщательно очистить пространство между зубами, что поможет осветлить зубную эмаль минимум на полтона. Процедура совершенно безболезненная, а вкус препарата – приятный, практически нейтральный.
При проведении процедуры врач обязательно учитывает все особенности здоровья пациента, это может быть повышенное или пониженное кровяное давление, а также наличие аллергий. Чистка зубов Аир Флоу не является травмирующей для десен или эмали зубов. Более того, она помогает предотвратить кариес. Если пациент будет внимательно следовать всем указаниям врача, соблюдать правила гигиены ротовой полости и откажется от курения, то эффект от процедуры может продержаться до одного года.
При чистке зубов Air Flow в нашей стоматологической клинике используются только сертифицированные материалы. Огромное внимание мы уделяем чистоте, поэтому все расходные материалы являются одноразовыми, а все кабинеты поддерживаются в полной стерильности. Обратившись в нашу клинику «ЭкоДент», вы обеспечите себе качественное лечение импортными препаратами. Мы всегда вам рады!
Чистка зубов Air Flow: Чистка зубов Air Flow, Удаление зубного камня, Лечение заболеваний языка, Профилактика у беременных — Стоматология Столица
Расскажите о нас друзьям — в один клик
Чистка зубов Air Flow
Профессиональная гигиена полости рта AIR FLOW
Одна из ключевых причин развития кариеса, гингивита и пародонтита — бактериальный налет в полости рта. Кроме того, мягкие пигментированные отложения снижают эстетику улыбки. Со временем они превращаются в твердые отложения — так называемый зубной камень. Профессиональная гигиена полости рта помогает полностью устранить налет и вернуть эмали природный оттенок. Проводить ее рекомендуется не реже одного раза в год.
Процедура AIR FLOW
AIR FLOW — это процедура удаления мягкого бактериального налета при помощи мелкодисперсной смеси воздуха, воды и очищающего порошка (бикарбоната натрия). Струя под определенным давлением подается на поверхность зубов. Частицы имеют сферическую форму, не повреждают и не царапают эмалевый слой. Доктор очищает не только их вестибулярные поверхности, но и труднодоступные участки, межзубные промежутки. Процедура совершенно безболезненна, в анестезии нет никакой необходимости. Чистка занимает всего несколько минут. По окончании проводится полировка зубов при помощи различных насадок и абразивных паст.
— Технология безопасна для здоровья зубов
— Мягкий налет полностью устраняется
— Отличный способ профилактики заболеваний пародонта
— Используется современное оборудование ведущих зарубежных производителей
Полировка FLASH PEARL
В стоматологии «Столица» применяют именно этот метод гигиены, так как он считается наиболее эффективным и щадящим для эмали. Для его проведения специалисты используют японскую пневматическую систему полировки NSKProphy — Mateneo с насадками, с помощью которых воздушный поток воздействует на эмаль под углом в 60° и 80°, что позволяет ускорить процесс снятия зубных отложений. А в качестве одного из очищающих компонентов врачи теперь используют специальное пескоструйное вещество FLASH PEARL с высоким содержанием кальция, которое проникает во все труднодоступные места зубного ряда и бережно полирует эмаль. В отличие от других средств, порошок FLASH PEARL не содержит соды и не вызывает раздражения. Более того, он нормализует кислотно-щелочной баланс в полости рта, препятствует развитию бактерий и уменьшает образование зубного камня.
AIR FLOW в клинике «Столица»
Для того чтобы сохранить вашу улыбку здоровой и белоснежной, врачи клиники «Столица» рекомендуют проходить щадящую профессиональную гигиену методом Air F low два раза в год. По их словам, данную методику следует использовать для профилактики заболеваний десен, во время подготовки к домашнему или профессиональным отбеливанию, перед установкой ортопедических конструкций или реставраций, а также пациентам с брекетами. После процедуры можно смело пить черный чай или кофе и даже курить, если вы заядлый курильщик, и не бояться испортить результат.
Стоматологическая клиника «Столица» находится в шаговой доступности от станции метро Сухаревская. Сделать чистку AIR FLOW Вы можете в любое время дня и ночи: мы работаем круглосуточно, без перерыва и без выходных. Задать вопрос специалисту Вы можете в режиме онлайн при помощи специальной формы на нашем сайте. Запишитесь на прием по номеру телефона +7 (495) 481 14 27.
Стоматологическая клиника «Столица»: профессиональная гигиена полости рта AIR FLOW на Проспекте Мира.
О клинике и сайте
Как часто можно делать процедуру Air Flow
Методика чистки зубов системой Air Flow широко применяется стоматологами по всему миру. В ходе процедуры из наконечника аппарата на поверхность зубов подается мелкодисперсионная смесь из воды, воздуха и очищающего порошка. Такая чистка является неотъемлемым элементом комплекса профессиональных гигиенических мероприятий. Технология прошла многочисленные лабораторные и клинические испытания. Благодаря строго контролируемой мощности потока и сферической форме частиц Air Flow не повреждает эмаль и оказывает какого-либо иного неблагоприятного воздействия на ткани зуба.
Показания к проведению Air Flow
1. Удаление мягкого зубного налета, провоцирующего развитие пародонтита и гингивита. Всего 1 мг налета содержит более 200 000 бактерий, образующих своеобразную пленку на поверхности зуба.
2. Удаление пигментированного налета, негативно влияющего на эстетику улыбки.
3. Подготовка к отбеливанию, глубокому фторировании, ремотерапии и винированию зубов.
4. Подготовка к герметизации фиссур, когда требуется очистить и «раскрыть» их.
5. Очищение зубов до и после установки несъемной брекет-системы и ряда других ортодонтических конструкций.
6. После ультразвукового скейлинга Air Flow помогает удалить остатки отложений и сделать поверхность зубов более гладкой и однородной.
Как часто можно делать Air Flow
Как правило, необходимость в проведении профессиональной чистки возникает 1-2 раза в год. Стоматолог оценивает состояние полости рта во время планового осмотра и при необходимости рекомендует провести Air Flow. Необходимость в более частом удалении налета может говорить о плохой гигиене полости рта или необходимости проведения ортодонтического лечения. Часто именно скученность зубов осложняет чистку зубов, в результате чего налет появляется значительно быстрее.
Полировка зубов после Air Flow
Полировка — это завершающий этап чистки Air Flow. При помощи абразивной пасты, миниатюрных резиновых чашечек и щеток стоматолог выравнивает поверхность эмали. Процедура помогает значительно снизить темпы образования зубного налета. Это значит, что результат чистки сохранится надолго. Также, полировка позволяет добиться прекрасного эстетического результата: поверхность зубов становится идеально гладкой и блестящей. После нее рекомендуется провести глубокое фторирование или реминерализацию зубной эмали. Это поможет снизить чувствительность зубов, повысить плотность твердых тканей и существенно снизить риск развития кариеса.
Тактика после чистки
В течение 3 часов после процедуры необходимо воздержаться от приема пищи. В течение суток после процедуры пациенту показана прозрачная диета: не стоит употреблять в пищу ягоды, ярко окрашенные овощи, соки и кофе. Также, в период стабилизации оттенка эмали лучше воздержаться от курения.
Чистка зубов Air Flow
Каждый человек мечтает о яркой, белоснежной улыбке. Но как бы он не ухаживал за зубами, зубы все равно темнеют или желтеют. Чаще всего изменение цвета зубов происходит в результате появления на зубах налета. И даже самая хорошая, самая тщательная чистка зубов в домашних условиях не удалит весь зубной налет. Плюс ко всему курение, употребление кофе, красящих продуктов усугубляет состояние зубов.И тогда пациенты приходят в клинику с целью отбелить зубы. Обычно вместо отбеливания врачи предлагают сначала пройти профессиональную чистку полости рта.
Air Flow – воздушная чистка
Система профессиональной чистки зубов Air Flow основана на физическом действии абразивного вещества, подаваемого под давлением вместе с жидкостью тонкой струей на поверхность зубов. В качестве абразива используется пищевая сода, частицы которой настолько малы, что фактически не могут причинить вред эмали, но с высокой эффективностью удаляют налет. Система Air Flow не причиняет дискомфорта пациенту и даже имеет лимонный вкус.Особенность процедуры Air Flow
Система для чистки зубов Air Flow была изобретена швейцарской компанией EMS и в современной стоматологии является самой популярной и востребованной процедурой чистки зубов. Процедура подходит практически для любого возраста, так как это по сути просто струя воды с мелкими частицами порошка. Кроме того, давление под которым подается абразивная смесь можно регулировать, если вдруг у пациента возникают неприятные ощущения.Принцип работы системы Air Flow состоит в размягчении и дальнейшем удалении зубного налета и камня. Абразивная смесь состоит из безвредных и не аллергенных веществ. В качестве абразива чаще всего используется обычная пищевая сода. Если у пациента слишком чувствительные десна возможно использовать порошок глицина. Нередко в качестве абразива используют кальций, важно чтобы к нему не было противопоказаний. Для того, чтобы увлажнить весь процесс и не стереть эмаль используют обычную воду. В абразивную смесь часто добавляют различные вкусовые и ароматизирующие добавки для более комфортного проведения процедуры.
Как проходит процедура?
- Непосредственно перед началом процедуры наносят на губы увлажняющий гель. Это необходимо для того, чтобы во время длительной процедуры губы не пересохли и не потрескались.
- Обязательно на глаза пациента надевают защитные очки во избежание попадания в глаза очищающей жидкости.
- Также необходимо установить слюно-отсос для удаления отработанной жидкой смеси, чтобы она не скапливалась во рту.
- После всех приготовлений начинают процедуру – с помощью специального инструмента врач круговыми движениями очищает поверхность каждого зуба поочередно и промежутки между зубами. Обычно в проведении процедур участвует два врача, один из которых направляет слюно-отсос в необходимую сторону и удаляет всю отработанную жидкость.
- После окончания процедуры на зубы тонким слоем наносится специальный гель, который укрепляет эмаль. Однако, если процедура была не основной, а лишь промежуточной, и за ней следуют другие процедуры, гель не наносится.
- После процедуры не рекомендуется курить и пить и есть красящие напитки и продукты. Через три часа обычно эмаль покрывается природным защитным слоем – пелликулой.
Преимущества чисти зубов Air Flow
- Процесс чистки достаточно быстр и эффективен и требует всего одного посещения стоматолога для полной очистки полости рта.
- Благодаря мягкости чистящего состава процедура не вызывает у пациента дискомфорта или болезненных ощущений.
- Является эффективной профилактикой кариеса, так как во время процедуры убиваются все бактерии.
- Состав очищающей смеси состоит из натуральных веществ, абсолютно безвреден и полностью не аллергенен.
Противопоказания к процедуре
- Заболевания бронхов, астма.
- Беременность.
- Глубокий кариес.
- Воспалительные процессы в ротовой полости.
- Стоматит.
- Туберкулез, ВИЧ, гепатит.
В Томской стоматологии Дентарусь работают опытные стоматологи, которые ежедневно проводят подобные процедуры. Обращаясь к ним, вы получите бережный подход и эффективное лечение за приемлемые деньги. Не затягивайте с походом к врачу, т.к всегда проще и дешевле заниматься лечением на начальных стадиях. Запишитесь на бесплатный осмотр к врачу прямо сейчас.
Остались вопросы?
Напишите нам, и мы с радостью ответим Вам!
О нас — Air Flow Inc.
Наша история:
Air Flow — представитель производителя систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), обслуживающий Висконсин и Верхний полуостров Мичиган. Компания Air Flow, основанная в 1973 году Алленом Гелином и Нилом Дриесом, заслужила репутацию среди своих клиентов на коммерческом, промышленном и институциональном рынке.
Air Flow насчитывает более 25 сотрудников и работает на территории площадью 54 000 квадратных футов в Милуоки, штат Висконсин.Мы представляем более 50 производителей оборудования HVAC и тысячи отдельных товаров.
Почему Air Flow?
Мы знаем, что ваш приоритет — это ваш клиент, а не мы. Мы также знаем, что все представители похожи друг на друга. Мы предлагаем аналогичные продукты по аналогичным ценам с аналогичными услугами. Так что же нас отличает? Как выразился президент Том Гелин, у нас есть запатентованная система «давай-ка». Да, нам действительно наплевать на ваш проект.
Это означает, что мы делаем мелочи, которые другие не хотят делать, чтобы вы могли реализовать успешный проект, успеть домой к ужину и хорошо выспаться по ночам.
Любая компания может продавать вам продукцию HVAC, но только Air Flow обеспечивает диапазон, поддержку и опыт, необходимые для длительного успеха.
Для наших инженеров и подрядчиков:
- Мы предоставляем инженерам помощь в проектировании и информацию о соответствии требованиям.
- Мы помогаем обучать промышленность нашей продукции и системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в целом.
- Мы предоставляем предложения по проектам на публичных торгах и в рамках частных переговоров.
- Мы предоставляем данные о продукте и координацию, специфичную для вашего проекта.
- Продаем, заказываем и отгружаем климатическое оборудование
- Мы обеспечиваем логистику этих продуктов, чтобы они прибыли вовремя.
- Мы эксперты в продукции, которую представляем.
- Мы стремимся к вашему успеху, как и к нашему.
Для наших производителей:
- Мы являемся продолжением вашей компании.
- Мы изучаем вашу продукцию от и до.
- Мы выявляем и создаем возможности для ваших продуктов и решений.
- Мы выявляем, предотвращаем и решаем возникающие проблемы
- Мы стремимся к вашему успеху, как и к нашему.
Измерение воздушного потока для коммерческих систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
Комфорт и безопасность пассажиров ПриложенияИзмерение и контроль воздушного потока в зданиях
Герметизация зданий / помещений
Правительственные здания
У правительства постоянно меняющийся список полномочий, когда дело доходит до измерений на его объектах.Не отставайте от компании, которая предлагает различные технологии и услуги для удовлетворения любых потребностей.
Просмотр приложений
Здания кондоминиума
Обеспечьте здоровье и комфорт владельцев и арендаторов, убедившись, что эти помещения имеют достаточный приток наружного воздуха и находятся под надлежащим давлением. Эти собрания ассоциации кондоминиумов и так не доставляют удовольствия. Снять с повестки дня проблемы с воздушным потоком — это хорошо.
Просмотр приложений
Многофункциональные объекты
Объекты смешанного использования сталкиваются с особыми проблемами при измерении воздушного потока из-за разнообразия помещений, занятости и использования.Необходимы точные измерения и тщательный контроль!
Просмотр приложений
Офисные здания
Люди, которые работают в здоровых и комфортных условиях, более продуктивны на своей работе. Убедитесь, что в этих помещениях есть достаточный приток наружного воздуха, комфортная температура в помещении и поддерживается надлежащее давление. Счастливый и здоровый партнер — продуктивный партнер.
Просмотр приложений
Университеты
Университетский кампус имеет широкий спектр приложений для мониторинга воздуха — от учебных классов и общежитий до спортивных комплексов и помещений смешанного использования.Все измеряй!
Просмотр приложений
Медицинские учреждения
Превосходное качество воздуха в помещении важно в каждом здании, но защита здоровья персонала и пациентов в медицинском учреждении является обязательной.
Просмотр приложений
ТехнологииТермическая дисперсия
ТехнологияThermal Dispersion основана на том принципе, что количество тепла, поглощаемого жидкостью, пропорционально ее массовому расходу.Измерения теплового дисперсионного (массового) расхода достигаются с помощью двух датчиков температуры и источника тепла, расположенных в потоке. Измеряя энергию (тепло), добавленную к потоку, и соответствующее изменение температуры, можно определить массовый расход. Термическое рассеяние — это высоконадежный и надежный метод точного измерения скорости воздушного потока в современных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Дифференциальное давление
Технология дифференциального давления обычно используется для измерения скорости жидкости из-за их четко определенной взаимосвязи.Корень квадратный из перепада давления пропорционален скорости потока жидкости. В канальных системах полное давление состоит из скоростного давления и статического давления. Давление скорости не может быть измерено напрямую; это должно быть получено. Путем измерения общего и статического давления в воздуховоде скоростное давление может быть получено путем вычитания статического давления из общего давления. На практике это достигается путем прямого измерения перепада давления между ними.
Измерение расхода наружного воздуха на фиксированном входе
Контроль количества наружного воздуха, поступающего в здание, необходим для поддержания давления, достижения целей энергоэффективности, подтверждения соответствия местным строительным нормам и поддержания здоровья здания и его жителей.Для правильной работы современных высокоэффективных зданий необходимо точное измерение наружного воздушного потока. Наружный воздух может стать серьезной проблемой при выборе технологии измерения. Некоторые из наиболее распространенных проблем, связанных с измерением наружного воздушного потока, включают: низкие скорости воздушного потока в больших рабочих диапазонах, таких как система экономайзера с разделением мин. / Макс., Продувка пыли и мусора, а также влажный воздух в точке измерения. Выбор технологии, непроницаемой для переносимых по воздуху загрязняющих веществ, способной измерять низкие скорости воздушного потока, иметь высокую возможность регулирования, а технология, обеспечивающая желаемые выходы BAS, будет способствовать успешной установке.
Передатчики
Задача передатчика — принять сигнал и передать его получателю. Если получателю повезет, сигнал придет точно так же, как он был передан, позволяя контроллеру, если он есть, правильно выполнять свою работу. В зависимости от вашего приложения высокая точность может быть важна или не важна для вас. В мире HVAC точность передатчика имеет первостепенное значение не только потому, что вы имеете дело с воздухом, которым дышат люди, но и потому, что вы несете ответственность за поддержание здоровья здания.Убедитесь, что вы выбрали правильный передатчик и / или контроллер для вашего приложения.
Измерение расхода воздуха в коммерческих системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
Air Monitor специализируется на измерении расхода воздуха в коммерческих системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Наши команды имеют более чем 100-летний опыт работы в отрасли и могут предоставить вам квалифицированный совет и поддержку по применению наших продуктов и технологий. Мы являемся ведущим поставщиком решений для измерения расхода воздуха в коммерческой отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.Будь то ввод в эксплуатацию, мониторинг или управление, точное измерение воздушного потока необходимо для создания избыточного давления в зданиях, контроля влажности, качества воздуха в помещении и энергетических приложений. В Air Monitor мы знаем, что измерение воздушного потока — это не универсальный бизнес, поэтому мы проведем с вами время, чтобы убедиться, что наши системы измерения воздушного потока соответствуют вашим уникальным потребностям. Мы — единственный специализированный поставщик решений для воздушного потока, обладающий опытом в области теплового рассеивания, перепада давления и статической разницы в технологии измерения фиксированного сопротивления.По опыту мы знаем, что всегда должны применять правильную технологию в правильном приложении.
Влияние анатомии на носовой воздушный поток человека и паттерны переноса одоранта: влияние на обоняние | Химические чувства
Аннотация
Недавние исследования, которые сравнивали КТ или МРТ анатомии носа человека и показатели их обонятельной чувствительности, обнаружили корреляцию между конкретными анатомическими областями и показателями обонятельных оценок.Используя методы вычислительной гидродинамики (CFD), мы разработали метод для быстрого (<нескольких дней) преобразования носовых компьютерных томограмм отдельного пациента в анатомически точную трехмерную численную модель носа, которую можно использовать для прогнозирования воздушного потока и переноса одоранта. что может в конечном итоге определить обонятельную чувствительность. Трехмерную модель также можно быстро модифицировать для изображения различных анатомических отклонений, таких как полипы и их удаление, которые могут изменить носовой воздушный поток и ухудшить обонятельную способность.Чтобы оценить степень, в которой изменения в критических областях носа, таких как обонятельная щель и носовой клапан, могут изменить воздушный поток и транспорт одоранта, потоки воздуха на вдохе и выдохе с одорантами были смоделированы с использованием численных методов конечного объема. Результаты показывают, что анатомические изменения в обонятельной области (верхний проход под решетчатой пластиной) и в области носового клапана будут сильно влиять на характер воздушного потока и транспорт запаха через обонятельную область с последующим влиянием на обонятельную функцию.Возможность моделирования переноса одоранта с помощью индивидуальных моделей носовых ходов обещает связать анатомические отклонения с генерализованными или избирательными нарушениями обонятельного восприятия и может служить важным руководством для лечения заболеваний носовых пазух, профессионального ринита и хирургических вмешательств, направленных на оптимизацию воздушного потока. и улучшить недостаточную обонятельную функцию.
Введение
Все физиологические функции носа начинаются с потока воздуха.Как структура, обеспечивающая доступ окружающего воздуха к нижним дыхательным путям, нос функционирует для фильтрации, обогрева и увлажнения вдыхаемого воздуха, проходящего через него (Proctor, 1982). Это первая линия респираторной защиты, которая защищает хрупкую структуру нижних дыхательных путей. Восприятие запаха, другая ключевая функция носа, начинается с транспортировки летучих химических молекул потоком воздуха к обонятельным рецепторам, которые расположены на мерцательном обонятельном эпителии, погребенном в водном слое слизи (Hornung and Mozell, 1981).Исторически в обонятельных исследованиях расчет концентрации запаха в окружающем воздухе представлял пределы количественного определения стимула. Однако знание подробных схем воздушного потока в носовой полости человека и последующего транспорта запаха к обонятельным рецепторам кажется важным для полного понимания человеческого обоняния.
Из-за защищенного расположения обонятельного эпителия человека было подсчитано, что только 10% вдыхаемого воздуха действительно достигает обонятельной области во время нормального дыхания в состоянии покоя (Hahn et al., 1993). Неудивительно, что условия, которые нарушают этот воздушный поток, такие как искривленная перегородка, воспаление носа, заложенность носа или полипы, могут оказывать значительное влияние на обонятельное восприятие, как показали недавние клинические исследования (Wolfensberger and Hummel, 2002). Исследования, которые сравнивали КТ или МРТ-изображения носовой анатомии человека и измерения их обонятельной чувствительности, также обнаружили корреляцию между объемом дыхательных путей конкретных анатомических областей и характеристиками обонятельной функции (Leopold, 1988; Hornung et al., 2001; Damm et al. , 2002). Таким образом, наблюдаемые различия в чувствительности как у разных людей, так и во времени могут быть результатом изменений в схеме воздушного потока и транспорта одоранта в носовой полости из-за анатомических различий в определенных критических областях. Следовательно, существует потребность в разработке модели, которая может предсказывать детали и различия в полях воздушного потока в носовой полости человека и поглощении одоранта при различных анатомических вариациях или патологических состояниях.
Профили воздушного потока в носовых полостях человека исследовались в прошлом рядом исследователей с использованием моделей in vitro и .Самые ранние носовые физические модели обычно отливались из носов человеческих трупов (Proetz, 1951; Swift and Proctor, 1977; Girardin et al. , 1983; Hornung et al. , 1987). Количественные измерения в этих слепках производились путем визуализации дыма в воздушном потоке (Proetz, 1951) с использованием миниатюрных трубок Пито (Swift and Proctor, 1977), с использованием лазерной доплеровской велосиметрии (Girardin et al. , 1983) и с использованием радиоактивных индикаторов ( Hornung и др. , 1987). Для увеличения пространственного разрешения и точности измерений были также построены увеличенные модели носовой полости на основе корональной МРТ и компьютерной томографии (Hahn et al., 1993; Schreck et al. , 1993). Hahn et al. (1993) построил анатомически точную физическую модель правой носовой полости человека в увеличенном в 20 раз масштабе на основе изображений компьютерной томографии коронарной артерии. Скорости вдоха и выдоха в ламинарных и турбулентных условиях измерялись с помощью термопленочного анемометра. Хотя эти исследования предоставили ценную описательную и количественную информацию о схемах воздушного потока в носовых проходах, используемые методы отнимали много времени и, таким образом, ограничивали число людей, которых можно было изучить.
Численное моделирование воздушного потока и переноса одоранта с использованием точной формы носа теперь возможно благодаря доступности коммерческого программного обеспечения. Используя моделирование вычислительной гидродинамики (CFD), Keyhani et al. (1995, 1997) были первыми, кто исследовал воздушный поток и перенос одоранта через одну сторону человеческого носа в анатомически точной трехмерной модели конечных элементов, которая была построена на основе коронарных компьютерных томографов. Их численные результаты были подтверждены сравнением с подробными экспериментальными измерениями из исследования Хана (Hahn et al., 1993, 1994). Subramaniam et al. (1999) представил аналогичную модель, построенную на основе снимков МРТ, которые включают обе стороны носовых ходов человека, а также задние носовые дыхательные пути и носоглотку. Martonen et al. (2002) построил трехмерную (3-D) физиологически реалистичную компьютерную модель верхних дыхательных путей человека, которая включает обе носовые полости. Компьютерное представление развилось из поперечных срезов слепка силиконовой резины учебной модели головы и горла человека в медицинской школе.
Несмотря на эти достижения в численном моделировании, эти усилия также страдали от ограничений из-за сложности создания и / или изменения числовых сеток на КТ или МРТ носовой полости. Это также трудоемкий процесс, который может занять от нескольких месяцев до 1 года на создание и уточнение числовой сетки.
Используя методы CFD и два коммерческих пакета программного обеспечения, ICEM (ICEM-CFD Engineering Inc., Беркли, Калифорния) и AMIRA (TGS Inc., Сан-Диего, Калифорния), мы разработали метод быстрого преобразования назального Компьютерная томография отдельного пациента в анатомически точную трехмерную числовую модель носа, которую можно использовать для прогнозирования воздушного потока и переноса одоранта, что в конечном итоге может определить обонятельную чувствительность.Эта трехмерная модель также может быть быстро изменена для изображения различных анатомических отклонений, таких как полипы и их хирургическое удаление, которые могут изменить носовой воздушный поток и ухудшить обонятельную способность. Самым большим преимуществом нашей методики по сравнению с предыдущими попытками численного моделирования является то, что мы смогли получить результаты моделирования CFD на основе исходных изображений компьютерной томографии в течение нескольких дней, что позволяет нам моделировать структуру воздушного потока с помощью индивидуальных моделей носовых ходов и имеет клинические перспективы для соотнесения анатомические отклонения до генерализованных или избирательных нарушений обонятельного восприятия.
В этом исследовании одна такая модель носа, которая включает обе стороны носовой полости и носоглотку (см. Рисунки 1 и 2), была построена на основе 1 мм аксиальной носовой компьютерной томографии взрослой женщины-человека без введения назального деконгестанта. Модификации этой модели были сделаны в двух специфических областях — области носового клапана и обонятельной области, как предполагалось в предыдущих исследованиях (Leopold, 1988; Hornung et al. , 2001; Damm et al. , 2002). Затем были использованы методы CFD для точного моделирования ламинарного носового потока воздуха и переноса одоранта в носовых полостях до и после модификации.
Материалы и методы
Анализ изображений и создание сетки
Одномиллиметровые аксиальные КТ-изображения субъекта были получены в радиологическом отделении больницы Томаса Джефферсона (Филадельфия, Пенсильвания) с разрешением 512 × 512 пикселей на изображение и размером пикселя 0,3906 × 0,3906 мм. Эти изображения были считаны в программное обеспечение AMIRA в виде набора трехмерных объемных изображений, который можно использовать для создания изображений одного и того же трехмерного объема с разных осей (корональной, латеральной и т. Д.).). Мы обнаружили, что коронарный вид с аксиальным и боковым видами может лучше всего проиллюстрировать структуру носа. С помощью рентгенолога и хирурга, знакомого с компьютерной томографией и анатомией носа, с помощью набора инструментов сегментации изображений была очерчена граница раздела между слизистой оболочкой носа и воздухом в полости носа. Различные схемы сегментации, доступные в AMIRA “, включая Порог, Волшебную палочку, Контур и Змеи, были применены в комбинации для достижения наилучшего отделения воздушного пространства от мягких тканей.
После необходимого сглаживания и коррекции артефактов AMIRA «автоматически создает трехмерную поверхность (рис. 1), охватывающую носовые дыхательные пути, и выводит ее в файл формата поверхности STL. Затем был использован второй коммерческий программный пакет ICEM, чтобы заполнить воздушное пространство тетраэдрическими элементами. Схема, применяемая программным обеспечением ICEM, может автоматически генерировать элементы в диапазоне размеров порядка величины, когда это необходимо, в сложных или узких областях носа, чтобы обеспечить захват геометрических характеристик, необходимых для получения одинаковой числовой точности во всех областях.Сетка была дополнительно доработана и оптимизирована для обеспечения хороших численных характеристик. Критерии качества сетки автоматически применяются ко всем элементам, включая: (i) правильную топологию и (ii) соотношение сторон (отношение самого короткого к самому длинному краю)> 0,3. Кроме того, четырехслойный призматический слой, состоящий из плотных и упорядоченных гибридных тетреэдрических / пентаэдрических элементов, был сформирован около граничной поверхности (рис. 2), чтобы гарантировать фиксацию быстрых пристеночных изменений скорости воздуха и профиля концентрации одоранта.Любое точное моделирование значения производной поверхности, например потока одоранта (производная от концентрации) или напряжения сдвига жидкости (производная скорости), зависит от таких плотных сеток вблизи стены. Мы обнаружили, что модель с тетраэдрической сеткой без слоя пристенной призмы не способна предоставить точную и непротиворечивую числовую информацию.
Окончательная сетка полости носа содержит 1,77 миллиона гибридных конечных элементов. Вычисления также проводились с использованием сетки с более чем удвоенным числом узлов для проверки сходимости результатов, не зависящей от сетки.Результаты показывают, что исходная узловая плотность в сетке достаточна для расчетов в моделях носовой полости, которые мы исследовали.
Нарушение анатомии носа
Несколько исследований (Leopold, 1988; Damm et al. , 2002) количественно исследовали корреляцию обонятельной функции человека и носового объема у здоровых субъектов и пациентов с гипосмией. Основываясь на этих результатах, мы искусственно заблокировали или увеличили две области носа, которые, по-видимому, коррелируют с восприятием запаха у здоровых и гипосмических субъектов: (i) обонятельная область (щель) или сегмент в верхнем проходе под решетчатой пластиной и (ii) ) область носового клапана.Целью такого анатомического нарушения дыхательных путей было изучить, как местные анатомические различия в критическом месте, которые были результатом исходных анатомических изменений в популяции или клинических состояний (рост полипов и т. Д.), Могут влиять на общий и местный воздушный поток и характер транспорта одоранта.
До этого исследования, когда числовая сетка была построена, она была практически неизменной, что является основным препятствием, которое препятствовало предыдущим усилиям по изучению взаимосвязи между анатомией носа и носовым потоком воздуха.В настоящее время мы можем изменять исходную геометрию носа, начиная с уровня КТ-изображения. В интересующих областях мы уменьшили (почти вдвое) или расширили (почти вдвое) ширину дыхательных путей исходных КТ-изображений, а затем передали модифицированные КТ-изображения с помощью того же процесса для вывода новой модели носовых дыхательных путей. Быстрый поворот нашей техники от КТ-изображения к числовой сетке (<несколько дней) делает наш подход осуществимым. На рисунке 3 показано наложение поперечного сечения на той же корональной плоскости моделей с различными анатомическими изменениями: они включают (i) исходную, уменьшенную и увеличенную ширину обонятельной щели и (ii) исходный, уменьшенный и увеличенный носовой клапан.Как видно на КТ-изображении на Рисунке 3b, дыхательные пути левого носового клапана изначально частично заблокированы, поэтому у нас есть одно изменение модели, которое просто устраняет закупорку в дыхательных путях носового клапана (Рисунок 3b), и еще одно изменение модели. это дополнительно устраняет закупорку кончика носового клапана. В общей сложности мы разработали семь версий исходной модели носовых дыхательных путей одного и того же пациента: две в обонятельной области, четыре в области носового клапана и исходную модель со слегка заблокированным левым носовым клапаном.
Все эти модели являются точными копиями друг друга в большинстве областей носа, где не было изменений. Этот результат демонстрирует согласованность техники моделирования, поскольку каждая модель создается независимо от собственного набора КТ-изображений. Окончательное количество элементов и узлов немного различается между семью версиями модели, однако тщательная проверка показала, что все версии имеют одинаковый уровень числового разрешения.
Численное моделирование воздушного потока и транспорта одоранта
Инспирационный и выдыхательный потоки воздуха и перенос одоранта через модели носовой полости с анатомическими модификациями или без них могут быть смоделированы с помощью коммерческого программного обеспечения CFD Fluent »(Fluent Inc., США) на рабочей станции SUN Blade «1000 с одним процессором UltraSparc« II 700 МГц и 2 ГБ памяти. До сих пор мы сосредоточились на моделировании только ламинарного воздушного потока в носовой полости с момента предыдущих исследований (Swift and Proctor, 1977; Hahn и др. , 1993; Schreck и др. , 1993; Keyhani и др. ). , 1995) показали, что носовой поток в основном ламинарный при скорости потока, примерно вдвое превышающей скорость дыхания в состоянии покоя. Мы еще больше упрощаем анализ, рассматривая поток как квазистационарный, а не полностью переходный, основываясь на результатах предыдущих исследований (Girardin et al., 1983; Hornung et al. , 1987 г .; Hahn et al. , 1993; Keyhani et al. , 1995), а также о том факте, что значение числа Струхаля системы (ω L / U ) ≈ 0,2, что указывает на то, что квазистационарное приближение является разумным при нормальной частоте дыхания в состоянии покоя (ω) и скорости потока. . Тем не менее, мы сохраняем возможность моделировать турбулентный и неустойчивый поток воздуха и перенос одоранта в носовой полости, если будущая работа покажет, что это необходимо.Численные детали моделирования потока воздуха для дыхания в состоянии покоя в моделях носа приведены в Приложении.
Поглощение одоранта слизистой оболочкой, включая абсорбцию, диффузию и удаление молекул одоранта, можно описать в первом приближении безразмерным параметром массопереноса на стенке слизистой оболочки, K [см. Подробности в Приложении: уравнения (A1 ) — (A4)]. Поглощение одоранта слизистой оболочкой носа также зависит от двух других безразмерных параметров: числа Рейнольдса Re = UL / ν и числа Шмидта Sc = D a / ν, в котором D a — коэффициент диффузии одоранта в воздухе, ν — кинематическая вязкость воздуха (1.7894 × 10 –2 кг / м · с), U — скорость воздушного потока и d в — характерная длина носовой полости. Учитывая набор значений Re , Sc и K , мы можем рассчитать скорость поглощения одоранта слизистой оболочкой в любом месте. В таблице 1 перечислены значения со ссылками на K , Sc и другие связанные параметры для трех одорантов, использованных в этом исследовании. Среди этих одорантов l-карвон имеет такое же значение Sc , что и d-лимонен, но гораздо более растворим в слизи (высокое значение K ).Метанол аналогичен l-карвону по растворимости, но гораздо более диффузионный (высокий Sc ) в воздухе, чем l-карвон из-за его меньшего молекулярного размера.
Преддверие носа покрыто многослойным плоским эпителием, умеренно ороговевшим, неслизистым и гистологически похожим на кожу. Поэтому мы предполагаем, что передняя часть нашей модели, до 2 мм кзади от наружной оболочки (см. Рисунок 1: область, обозначенная розовым цветом), непроницаема для одорантов с K = 0 или нулевым потоком через стенку.Даже при небольшом поглощении в этой области исследования показали, что влияние на паттерны поглощения на остальной слизистой оболочке носа очень мало (Keyhani et al. , 1997).
Обонятельные дыхательные пути (см. Рисунок 1: обозначены желтым и зеленым цветом), который находится между верхней носовой раковиной и перегородкой ниже решетчатой пластинки, определяется, как и в предыдущих исследованиях моделирования (Hahn et al. , 1994; Keyhani et al. , 1997), а также принимая во внимание недавние исследования биопсии человека (Feron et al., 1998). Он отделен от остальной части носовой полости, чтобы отслеживать изменения в локальном воздушном потоке и транспорте одоранта в этой области, критически важной для обонятельной функции. Поскольку обонятельный и респираторный эпителий практически неразличимы (кроме гистологических методов), и эти два типа сливаются друг с другом без четких различий, одинаковые граничные условия стенки применяются для обоих типов эпителиальной выстилки. Однако мы применили удвоенную плотность сетки в обонятельной области, чтобы обеспечить точное моделирование потока через стенки в этой области.
Результаты и обсуждение
Анализ воздушного потока
Вычисленное поле скорости в исходной модели носовой полости пациента нанесено в виде контуров постоянной скорости на корональной плоскости на рисунке 4b. Общая скорость потока воздуха через обе ноздри составляет 248 мл / с, что находится в нижнем диапазоне скоростей потока, наблюдаемых при спокойном, спокойном дыхании (200–500 мл / с). Правая ноздря имеет более высокий расход воздуха (143 мл / с), чем левая сторона (105 мл / с), что, вероятно, связано с циклической сменой носовых ходов (общий объем дыхательных путей в правой носовой полости на 14% больше, чем в левой. , 12.24 против 10,75 мл) и отмеченную выше обструкцию в области левого носового клапана субъекта (см. Рисунок 3b). Распределение воздушного потока в носовых проходах в целом соответствует описанному в предыдущей литературе (Hahn et al. , 1993; Keyhani et al. , 1995). Наибольший поток воздуха происходит вдоль дна носа в нижнем проходе, в то время как второй пик возникает в среднем проходе рядом с перегородкой. Наименьший воздушный поток происходит через верхнюю часть носовой полости.Только ∼8% от общего потока воздуха через наружные ноздри в правой носовой полости и 2% в левой фактически проходит через обонятельную область, что находится в диапазоне предыдущих отчетов: 5–10% (Stuiver, 1958), 14% ( Hahn и др. , 1993) и 5% (Келли и др. , 2000). Вариации фракционной скорости воздушного потока через обонятельную область, описанные в литературе и в этом исследовании, вероятно, все из-за различий в размерах исследуемой носовой полости. Как мы продемонстрируем в этом исследовании, характер носового воздушного потока и скорость обонятельного воздушного потока очень чувствительны к местным анатомическим размерам в определенных областях носовой полости.
Мы выполнили аналогичный анализ поля потока на всех других числовых сетках с анатомическими отклонениями. На рисунке 5 показаны изменения скорости воздушного потока между тремя моделями с изменениями в обонятельной области, как указано в разделе методов. На рисунке 5а общие скорости воздушного потока, определяемые как общие скорости воздушного потока через ноздри, нанесены на график зависимости от объема правой или левой обонятельной области. Как видно из логарифмической горизонтальной оси, объем дыхательных путей обонятельной области уменьшился примерно наполовину и удвоился в двух модификациях соответственно.Несмотря на небольшое увеличение общей скорости воздушного потока, изменения очень незначительны из-за того, что сама обонятельная область относительно мала и находится в защищенном месте в задней части носовой полости. Изменение объема в этой области несущественно для общего сопротивления носовых дыхательных путей: изменения, внесенные в обонятельной области, составляют только 5% от общего объема дыхательных путей.
Однако, в отличие от глобального воздушного потока, локальный воздушный поток через обонятельную область (как показано на рисунке 5b) значительно увеличивается по мере увеличения объема дыхательных путей обонятельной области.Скорость потока изменяется от 0,56 мл / с справа, когда дыхательные пути обонятельной области сужены, до 28,3 мл / с (в 50 раз больше), когда дыхательные пути открыты, что позволяет предположить, что довольно небольшие абсолютные анатомические различия в объеме в обонятельной области могут привести к к большим различиям в скорости потока обонятельного воздуха. Другими словами, субъект, который вдыхает примерно такое же количество воздуха (рис. 5а), может иметь в 50 раз больший локальный воздушный поток (рис. 5b), доставляющий одорант в его / ее обонятельную область, в зависимости от местных анатомических различий.
На рисунке 4 сравнивается контурный график скорости на одной и той же корональной плоскости трех вариантов модели. Показаны различия в размере дыхательных путей и скорости в обонятельных щелях. Также происходит небольшое глобальное перераспределение потока после изменения размера локальных дыхательных путей.
Как и в случае с общей скоростью потока, локальная скорость потока через обонятельную область в правой носовой полости постоянно выше, чем через левую сторону, а также в большей степени зависит от локальных изменений объема, которые нельзя объяснить простыми локальными различиями в объеме дыхательных путей. .Фактически, анатомический объем левой обонятельной области постоянно больше, чем правой в каждой версии модели. Анализ обтекаемости воздушного потока показал, что эта уменьшенная скорость воздушного потока в левой обонятельной области связана с препятствием на входе в левый носовой клапан и его влиянием на структуру воздушного потока, обсуждаемую ниже.
На рис. 6 показаны изменения расхода воздуха среди пяти моделей с изменениями в области носового клапана, как описано в разделе «Методы».Рассчитанные (i) общие скорости воздушного потока и (ii) скорости воздушного потока в локальной обонятельной области нанесены на график в зависимости от локального объема дыхательных путей (линейная шкала) в области носового клапана в различных модифицированных моделях носовых дыхательных путей. Общая скорость воздушного потока через левую и / или правую ноздрю увеличивается, когда дыхательные пути в области носового клапана расширяются. Особенно в левой носовой полости, когда первоначально слегка заблокированные дыхательные пути носового клапана вновь открываются (версия 1–3), скорость воздушного потока через левую ноздрю значительно увеличивается (23.1%), хотя изменение объема дыхательных путей во время повторного открытия очень мало.
Мы снова заметили, что масштаб изменения глобального расхода воздуха был небольшим по сравнению с локальным расходом воздуха через обонятельную область, особенно с левой стороны. Скорость местного обонятельного потока воздуха увеличилась с 1,90 мл / с в исходной модели до 14,9 мл / с (784%) после открытия и дальнейшего расширения первоначально слегка заблокированного левого носового клапана. Форма зависимости локальной скорости потока от объема дыхательных путей назального клапана после устранения закупорки также приблизилась к асимптоте с местоположением исходного объема дыхательных путей, снова расположенным на кривой в наиболее чувствительной контрольной точке (см. Рисунок 6).
Как показано на рисунке 6, наиболее существенным контролем над потоком воздуха в носу была небольшая закупорка в области клапана носа, где небольшое (1,45%) уменьшение объема локальных дыхательных путей может привести к снижению общей скорости потока воздуха на 18,7%. через ноздрю и уменьшение местного обонятельного потока воздуха на 76,9%. Аналогичным образом устранение такой блокировки может привести к увеличению общей скорости воздушного потока через ноздрю на 23,1% и увеличению локальной скорости воздушного потока через обонятельную область на 334%. Если применить модификацию одновременно к обеим локальным областям анатомии носа (т.е.е. сужая носовой клапан и обонятельные дыхательные пути или расширяя и то, и другое), мы можем легко добиться более чем двух порядков величины разницы в локальной скорости воздушного потока через обонятельную область, в то время как общая скорость воздушного потока через ноздри изменяется на умеренные 20–30%. Нет сомнений в том, что это увеличение или уменьшение имеет значительный потенциал для изменения транспорта запаха к рецепторам и, следовательно, обонятельного восприятия.
На Рисунке 6 общие и обонятельные скорости потока воздуха в правой носовой полости исходной модели значительно выше, чем на левой стороне.Тем не менее, мы можем достичь одинакового уровня вентиляции как глобально, так и локально через обонятельную область, расширив дыхательные пути обоих носовых клапанов до одинакового уровня, несмотря на другие анатомические различия между левой и правой носовой полостью. Это говорит о том, что носовой клапан является ключевой контролирующей областью для регулирования как глобального, так и местного потока назального воздуха через обонятельную область. Он буквально действует как «клапан» для всей системы вентиляции носа. Хотя вклад носового клапана в общий носовой воздушный поток был признан ранее Haight и Cole (1984), которые обнаружили, что на этот клапан приходится более половины общего назального сопротивления, еще более важна роль назального клапана в регулировании. местный характер воздушного потока и распределение обонятельного потока не были известны до этого исследования.Кроме того, обонятельная щель остается важным локальным саморегулятором воздушного потока, который может эффективно регулировать скорость обонятельного воздушного потока без значительного нарушения воздушного потока в другом месте.
Единственная точка данных (точка 0, левая носовая полость) на рисунке 6b, которая не ведет себя в соответствии с ожиданиями модели, — это точка, показывающая, что при дальнейшем сужении исходного носового клапана в левой носовой полости локальный обонятельный воздушный поток неожиданно увеличивается, в то время как общая скорость потока через левую ноздрю уменьшается, как и ожидалось.Чтобы лучше понять это, мы подробно изучили картину устойчивого потока через обе носовые полости, глядя на линии тока. На рис. 7 показаны смоделированные линии тока воздушного потока в правой носовой полости исходной модели, когда нейтрально плавучие частицы высвобождаются в правой внешней плоскости носа. За исключением нескольких рециркулирующих потоков в преддверии носа и носоглотки, нет разделения потоков или рециркуляции потоков в других частях носовой полости. Воздух, протекающий через определенную область, исходит из определенного места на внешней плоскости naris.Например, только воздух, поступающий через дистальный (вентральный) кончик ноздрей, достигает обонятельной области. Предыдущие исследователи (Masing, 1967; Hahn et al. , 1993; Keyhani et al. , 1995; Subramaniam et al. , 1999; Kelly et al. , 2000) сообщили об аналогичном характере носового потока. в их численных моделированиях или экспериментах.
На рисунке 8 показано моделирование обтекаемой формы левой носовой полости исходной модели. Однако картина потока полностью отличается от той, которая была показана ранее справа.Воздушный поток начинает отделяться в носовом клапане рядом с заблокированной областью и образует вихрь в передней верхней части носовых дыхательных путей. Второй вихрь образуется в задней верхней части полости носа рядом с обонятельной щелью, так что локальный поток обонятельного воздуха входит в обонятельную область снизу и выходит спереди (спереди) или сзади (сзади). Эти вихри создают перемешивание и рециркуляцию воздуха. Для местного воздушного потока, проходящего через обонятельную область, только часть входящего потока представляет собой свежий воздух, содержащий летучие химические вещества из окружающей среды с определенной концентрацией в окружающей среде.Кроме того, при закупорке носового клапана становится труднее предсказать по точке входа их ноздрей, через какую носовую область могут проходить воздушные потоки. Вихрь воздушного потока, подобный тому, который мы видели в исходной левой носовой полости, был описан в нескольких предыдущих экспериментальных наблюдениях (Swift and Proctor, 1977; Schreck и др. , 1993), но только в настоящем исследовании мы можем понять, как легко закупоренный носовой клапан может вызвать такой вихрь. Когда небольшая закупорка в левом назальном клапане была удалена (точка данных 2 на рисунке 6b), оба вихря в верхних носовых дыхательных путях исчезли, и воздушный поток стал плавным и упорядоченным, как в правой носовой полости; соответственно произошло резкое усиление левого местного обонятельного потока воздуха.
На рис. 9 показана схема обтекаемой формы левой носовой полости после дальнейшего сужения первоначального слегка заблокированного носового клапана. Как видно, сужение носового клапана подавляет вихрь фронтального воздушного потока и усиливает второй вихрь около обонятельной щели. Этот усиленный второй вихрь является причиной увеличенного обонятельного местного воздушного потока, наблюдаемого на рисунке 6b (точка данных 0, левая полость).
Приведенный выше анализ линий тока воздушного потока показывает сложную зависимость и большую чувствительность локальной структуры обонятельного воздушного потока от анатомии вокруг области носового клапана.Большой разброс в структуре потока, наблюдаемый в прошлом в различных физических моделях носовой полости человека, скорее всего, можно объяснить анатомическими различиями исследуемых носов и, особенно, различиями в передних частях носовых полостей (Keyhani ). и др., , 1997). Эти различия имеют огромное значение для сенсорных функций носа, в первую очередь для восприятия запаха.
Числовая риноманометрия
Характеристики перепада давления / потока воздуха (см. Рис. 0a) также оценивались в исходной модели носа путем изменения разницы давления между ноздрей и носоглоткой исходной модели носа и вычисления изменений потока воздуха во время как вдох, так и выдох, аналогично тому, как это делается механически при измерениях риноманометрии у человека (Pallanch et al., 1985). Мы можем достичь численной сходимости для разностей давлений Δ P до 80 Па (0,816 см вод. к началу турбулентности (Hahn et al. , 1993). S-образная форма смоделированных кривых зависимости потока от падения давления напоминает экспериментальные измерения риноманометрии (рис. 0a), что связано с падением давления, связанным с развитием ламинарных скоростных пограничных слоев в носовой полости, а не с турбулентным потоком воздуха при расходах < 700 мл / с.Видно, что поток воздуха через правую ноздрю значительно выше, чем через левую ноздрю как на вдохе, так и на выдохе из-за сужения левого носового клапана. Обе кривые, однако, находятся в пределах 5–95% диапазона, наблюдаемого в нормальной популяции (Pallanch et al. , 1985).
На рисунке 0b, относительный расход обонятельного воздуха (местный расход обонятельного воздуха, деленный на общий расход воздуха через каждую ноздрю) показан в зависимости от разницы давления воздуха в соответствующей модели носовой полости.Как можно видеть, относительный расход воздуха немного увеличивается по мере увеличения общего расхода воздуха как во время вдоха, так и во время выдоха. Имеются небольшие различия в доле обонятельного потока справа между вдохом и выдохом из-за разной относительной геометрической ориентации обонятельной области по отношению к входному отверстию, когда поток реверсируется. Различия между вдохом и выдохом в левой носовой полости более выражены, где кривая зависимости потока выдоха от падения давления значительно выше и плавнее, чем при вдохе.Это происходит из-за сужения области носового клапана, расположенной ниже обонятельной области во время выдоха. Изучение линий тока в левой носовой полости во время выдоха показывает плавную картину воздушного потока без разделения или рециркуляции потока в носовых дыхательных путях. Регулирующее влияние назального клапана на структуру и распределение воздушного потока в носовой полости наиболее выражено во время вдоха, когда он находится выше по потоку от большей части потока. Это открытие предполагает, что сообщения о различиях между ортоназальной и ретроназальной обонятельной чувствительностью у некоторых субъектов (Pribitkin et al., 2003) частично можно объяснить разной схемой воздушного потока во время вдоха и выдоха.
В точке наименьшего падения давления для левой носовой полости во время вдоха (рис. 0b) мы наблюдали резкое увеличение фракционной скорости потока обонятельного воздуха. Расчет обтекаемости показал, что в этой ситуации с низкой скоростью потока разделение потока и образование завихрений из-за слегка заблокированного левого носового клапана ограничивается локальной областью сразу за носовым клапаном, и нет образования вихрей или рециркуляции в других частях полость носа.Итак, еще одна важная информация заключается в том, что образование отрыва или завихрения воздушного потока зависит от скорости воздушного потока или, точнее, от числа Re . Разделение воздушного потока или образование вихрей более вероятно и имеют большее влияние на структуру потока воздуха ниже по потоку при высокой скорости потока, причем размер, интенсивность и положение вихря спорадически зависят от скорости потока воздуха. Зубчатая кривая доли левого обонятельного потока в зависимости от падения давления во время вдоха (рис. 0b) является результатом этого завихрения, зависящего от потока.Это еще одна демонстрация сложности носового воздушного потока и мощности метода CFD для моделирования различных управляющих параметров.
Возможность выполнять числовую риноманометрию на любом заданном предмете может обеспечить точные прогнозы того, как сопротивление носа изменится с изменением анатомии носовой полости, что делает этот метод многообещающим ценным предоперационным инструментом. В настоящее время, однако, численная риноманометрия также предлагает метод проверки нашей модели путем сравнения числовых кривых расхода и перепада давления с экспериментальными кривыми риноманометрии, взятыми для того же объекта.
Назальный транспорт одоранта
Важность этого метода для моделирования воздушного потока соответствует его значимости для понимания процесса носового переноса запаха и, следовательно, восприятия запаха. Из поля носовой скорости поле концентрации одоранта определяется путем решения уравнений несвязанной конвекции и диффузии (A2) — (A4). Массовый поток одоранта по всей поверхности носа и особенно по обонятельной слизистой оболочке определяли по уравнению градиентов концентрации на стенке (А6).На рисунке 1 изображен график рассчитанного фракционного поглощения (i) всей носовой поверхности и (ii) местной обонятельной слизистой оболочки для трех моделей с различной шириной обонятельной щели. Все пустые символы и пунктирные линии относятся к левой носовой полости, сплошные — для правой носовой полости, а три символа обозначают три одоранта. Общее фракционное поглощение всего носа трех одорантов, используемых в нашем моделировании, остается примерно постоянным для всех различных моделей (поглощение ~ 72% для l-карвона, 90% для метанола и 22% для d-лимонена).Поглощение метанола является наибольшим, поскольку он имеет как высокую растворимость, так и высокий коэффициент диффузии воздушной фазы. Наши данные моделирования в целом совпадают с данными (Keyhani et al. , 1997) для тех же трех одорантов, с учетом того, что модель носа Keyhani включала только правую носовую полость и была усечена до носового глотки. Местное фракционное поглощение обонятельной слизистой оболочкой действительно меняется с изменением ширины обонятельной щели. Мы видим более значительные изменения фракционного поглощения правой обонятельной слизистой оболочкой различных версий моделей, чем левой, из-за более значительных изменений локальной скорости воздушного потока в правой полости (как показано на рисунке 5).Формы кривых поглощения обонятельного запаха в целом соответствуют кривым, наблюдаемым для обонятельного воздушного потока. l-карвон и метанол также демонстрируют более высокие вариации, чем d-лимонен. В случае поглощения метанола в правой носовой полости изменение превышает два порядка. Это наблюдение предполагает, что поглощение одорантов с более высокой растворимостью в слизистой оболочке и / или более высокой диффузией воздуха в большей степени зависит от местной картины воздушного потока и анатомических изменений, чем одоранты с более низкой растворимостью в слизистой оболочке и / или более низкой диффузией воздуха.
Рисунок 2 представляет собой график рассчитанного фракционного поглощения (i) всей слизистой оболочки носа и (ii) местной обонятельной слизистой оболочки для пяти моделей с различными модификациями в области носового клапана. Общее фракционное поглощение трех пахучих веществ через весь нос остается примерно постоянным для всех различных моделей с небольшим снижением по мере расширения носового клапана. Незначительное уменьшение связано с увеличением общего расхода воздуха. Более высокая скорость воздушного потока означает, что воздуху требуется меньше времени для прохождения через систему, и, следовательно, это сокращает время, необходимое для поглощения одоранта слизистой оболочкой.Этот эффект наиболее выражен для одоранта с низкой растворимостью, такого как d-лимонен. Местное фракционное поглощение обонятельной слизистой оболочки действительно значительно колеблется при изменении объема носового клапана. Изменения локального поглощения в целом согласуются с кривыми расхода воздуха на Рисунке 6 и следуют общему выводу о том, что на одоранты с более высокой растворимостью в слизистой оболочке и / или более высокой диффузией воздушной фазы с большей вероятностью будут влиять локальные изменения структуры воздушного потока. Однако есть несколько расхождений: на рисунке 6 показано увеличение обонятельного потока воздуха от модели 1 к модели 2, а на рисунке 2 показано уменьшение поглощения метанола и l-карвона обонятельным запахом от модели 1 к модели 2.Это связано с тем, что локальное поглощение слизистой оболочкой зависит не только от конвективного переноса (локальной скорости воздушного потока), но и от концентрации оставшегося одоранта в локальном воздушном потоке. Когда заблокированная область носового клапана частично открывается в моделях с 1 по 2, даже если местная скорость обонятельного потока воздуха увеличивается, структура потока приводит к большему поглощению одоранта в передней части носа и, следовательно, снижает концентрацию доступного одоранта с более высокой растворимостью. в воздушном потоке обонятельной области.
Поскольку распределение различных типов обонятельных рецепторов на обонятельной слизистой оболочке неоднородно, многие исследователи постулировали, что пространственный характер отложения одоранта на слизистой оболочке может быть важным детерминантом обонятельного восприятия (Mozell, 1966, 1970; Moulton , 1976; Mozell, Jagodowicz, 1974). На рисунке 3 показана картина отложения одоранта слизистой оболочки на стенке перегородки в левой и правой обонятельной области (обозначенной на рисунке 1) исходной модели для l-карвона и d-лимонена.Справа поглощение одоранта всегда велико в передней части области и снижается к задней. Слева, однако, поглощение одоранта высокое в нижней части (вентральной) и низкое в верхней (дорсальной) части обонятельной щели. Такое большое различие в схеме отложения одоранта связано с различием в схеме местного воздушного потока, как обсуждалось ранее. Рециркулирующий вихрь в верхней задней части левой носовой полости, показанный на рисунке 8, заставляет воздушный поток входить в обонятельную область снизу и выходить спереди или сзади.Эти результаты моделирования предоставляют дополнительную поддержку выводу о том, что вариации анатомических структур могут существенно влиять на картину отложения обонятельного одоранта.
Заключение
Эти исследования с численным моделированием показали, что относительно небольшие изменения в анатомии носовой полости в определенных местах могут вызвать большие изменения в прохождении воздушного потока и захвате одоранта обонятельной слизистой оболочкой, что невозможно оценить с помощью стандартных ринометрических анализов.Кроме того, предыдущие исследовательские подходы с использованием одного слепка или модели для рисования общих характеристик общего потока для населения в целом оказались бы непригодными для исследований, связанных с обонянием человека, поскольку индивидуальные вариации в анатомии носа и даже анатомические вариации одного и того же субъект в разных временных рамках из-за заложенности или деконструкции может вызвать значительные изменения в носовом потоке воздуха и характере переноса одоранта. Клинические состояния, такие как воспаление, аллергия, синусит, полипы и т. Д.может еще больше усложнить анализ.
Результаты текущего исследования также предупреждают исследователей в области хемосенсоров, что контроля глобальных параметров воздушного потока, таких как скорость дыхания, скорость потока и измерения ринометрии, может быть недостаточно для установления однородных условий концентрации запаха во время обонятельного тестирования. В текущем исследовании мы продемонстрировали, что при различных анатомических условиях скорость воздушного потока через обонятельную область и скорость поглощения одоранта в обонятельной слизистой оболочке могут отличаться на два порядка, в то время как скорость воздушного потока через ноздри и общая площадь поперечного сечения остаются неизменными. на относительно постоянном уровне.
Наконец, интересно отметить, что анатомические вариации могут играть разную роль во время вдоха и выдоха, что может быть потенциальным объяснением наблюдаемой разницы между орто- и ретроносовой обонятельной чувствительностью у некоторых пациентов с заболеванием носовых пазух.
Наша способность быстро получить точное численное моделирование носового воздушного потока и переноса одоранта с помощью компьютерной томографии носовой полости человека в различных условиях указывает на то, что этот метод может пролить свет на перирецепторные процессы, участвующие в обонятельном восприятии, и потенциально может стать полезный и мощный инструмент в предоперационной подготовке к операции на носу.
Приложение: численное моделирование воздушного потока и переноса одоранта
Основные уравнения (уравнения неразрывности и Навье – Стокса) для несжимаемого установившегося воздушного потока через нос (номенклатуру см. Таблицу A1):
решаются Fluent с использованием схемы конечных объемов (Fluent Inc., 1998). В уравнениях P — давление, u i — вектор скорости и x i — вектор положения.Стенки носовой полости считаются жесткими при нормальной частоте дыхания в состоянии покоя, и на границе раздела слизь-воздух применяется условие предотвращения скольжения для скорости. Давление воздуха поддерживается постоянным на уровне 1 атм в обеих ноздрях. При вдохе в носоглотке прикладывается отрицательное давление –15 Па по сравнению с атмосферным (см. Рис. 1) в качестве движущей силы воздушного потока через нос, а при выдохе — положительное давление 15 Па.
Транспортировка одоранта и поглощение или удаление одоранта в носовой полости затем моделируется на основе вычисленного устойчивого поля воздушного потока, в предположении, что влияние концентрации одоранта на поле скорости пренебрежимо мало для типичной низкой концентрации одоранта, вдыхаемого через нос.Несвязанное управляющее уравнение конвекции и диффузии одоранта в воздушной фазе:
также решается Fluent с соответствующими граничными условиями на стенке (A3), где C ′ = C / C в — нормализованный одорант. концентрация, C в — концентрация одоранта на входе или в окружающем воздухе.
Поглощение одоранта слизистой оболочкой, включая абсорбцию, диффузию и удаление одорантов в слизистой оболочке носа, может быть описано в первом приближении с помощью безразмерного параметра массопереноса на стенке слизистой оболочки, K в нескольких моделях массопереноса (Hahn et al., 1994; Keyhani et al. , 1997). Основная предпосылка этих моделей состоит в том, чтобы упростить среду слизистой оболочки человека, разбив ее на слои компартментов: воздушную фазу, слизь, клеточный слой, подслизистый кровяной компартмент и т. Д. На основе этих моделей можно было оценить значение K на основе физиологических показателей. химические свойства слизистой оболочки и молекулы одоранта. Основываясь на анализе стационарного потока одоранта через слой слизистой оболочки, Keyhani et al. (1997), что концентрация одоранта удовлетворяет смешанному граничному условию на стенке слизистой оболочки:
В простейшем случае K задается как
, где d в — гидравлический диаметр (4 × площадь / периметр) ноздри, D м — коэффициент диффузии одоранта в слизистой оболочке, D a — коэффициент диффузии одоранта в воздухе, β — коэффициент распределения одоранта воздух / слизистая ( C a / C м ) и H м — толщина слизистой оболочки, которая считается постоянной (см. Рисунок 9).Мы можем получить разумную оценку (уравнение Уилке-Чанга) D a , и у нас есть некоторые точные экспериментальные измерения β для нескольких одорантов (см. Таблицу 1) в слизистой оболочке лягушки, но у нас есть только приблизительная оценка D м (часто просто значение воды D w ) и H м = 30 мкм (Getchell и др. , 1984). Точность стационарной модели слизистой оболочки и параметров, используемых для получения K , ограничены из-за наших ограниченных знаний о деталях транспорта одоранта в слизистой оболочке носа.Некоторые из неопределенностей включают: (i) увеличение длины эффективного пути диффузии из-за изменений в составе слизистой оболочки и плотного эпителиального цилиарного матрикса, (ii) снижение диффузионной способности одоранта в слизи из-за более высокой вязкости слизи и (iii) возможное взаимодействие одорантов с белками, связывающими одорант, и другими химическими или биологическими агентами. Продолжается исследование (Newton et al. , 2000) точности значений K для ряда одорантов путем сравнения модели поглощения одоранта слизистой оболочкой с экспериментальным измерением поглощения одоранта.По мере того, как становится доступной больше информации, относящейся к этим функциям, точность модели транспорта одоранта через слизистую оболочку может и будет улучшаться.
Метод решения
Fluent использует схему конечных объемов, которая дискретизирует интегральную форму определяющих уравнений для всей области вычислений на каждый элемент. Неявная схема восходящей дискретизации второго порядка используется для членов конвекции и неявная схема второго порядка для членов вязкости и диффузии.Для остальных членов применяется схема дискретизации первого порядка. Сборка всех элементов создает большую линеаризованную матрицу, которая итеративно решается отдельным решателем. При таком подходе основные уравнения (неразрывность, NS, диффузия и конвекция) решаются последовательно (т. Е. Отделены друг от друга), что приводит к уменьшению размера матрицы, которую нужно решать каждый раз с меньшими требованиями к памяти. Сегрегированный решатель использует факторы недостаточной релаксации для управления обновлением каждой вычисляемой переменной (скорости, давления или концентрации одоранта и т. Д.).) на каждой итерации. Сначала используются значения коэффициентов недостаточной релаксации по умолчанию, а затем выполняется точная настройка для достижения наилучшей скорости сходимости. Итерации прекращаются после достижения критерия сходимости: среднеквадратичная норма вектора решения всех неизвестных изменяется на <0,1% после итерации.
Различные условия баланса массы (например, объем потока воздуха в обе ноздри равен объему потока воздуха из носового глотки и т. Д.) Проверяются для обеспечения надлежащей конвергенции.
Расчет расхода воздуха и одоранта
Чтобы определить скорость воздушного потока через заданную плоскость, например внешнюю плоскость Naris, мы интегрируем нормальную составляющую скорости по удельной поверхности:
Решение уравнения массопереноса (A2) — (A4) дает поле концентрации одоранта в носовой полости.Поток массы стенки Дж (кг / м 2 ) в любой точке поверхности сетки определяется диффузионным потоком на стенке:
Полный поток Дж (г / с), более заданная поверхность, такая как обонятельная слизистая оболочка или вся слизистая оболочка, определяется интеграцией поверхности уравнения (A6) по площади:
Фракционное поглощение (η = Дж A / J external naris ) представляет собой долю массы вдыхаемого одоранта, абсорбированную на данной области слизистой оболочки, нормированную на общую массу вдыхаемого одоранта.Поскольку граничное условие стенки (уравнение A4) для уравнения массопереноса является линейным и однородным, поток в каждой точке на носовой поверхности линейен с концентрацией на входе, а относительное поглощение в данной области не зависит от концентрации на входе в предположении что концентрация одоранта в окружающей среде низкая и не связана с уравнением воздушного потока (отличное предположение для большинства потоков одоранта). Мы представляем только значения фракционного поглощения одоранта в этой статье.
Благодарности
Авторы выражают благодарность доктору Дэну Курцу, SUNY Syracuse, доктору Дэвиду Розену и доктору Скотту Энохсу, Университет Томаса Джефферсона, Филадельфия, за их помощь в компьютерной томографии и анатомии носовых дыхательных путей, доктору Майклу Дамму и доктору Томасу Хаммелю, Университет Дрездена, Германия за их работу, представленную на AchemS, 2002, и доктору Кейвану Кейхани за его советы по анализу CFD.Это исследование было поддержано грантом NIH NIH-P50 DC 00214.
Рис. 1 (a) Анатомически точная числовая модель носа (включает как левую, так и правую носовую полость), построенная на основе носовых компьютерных томографов нормального взрослого человека женского пола. Показан интерфейс носового воздуха и слизи. Внутри находится ~ 1,7 миллиона конечных элементов, в которых рассчитываются значения скорости воздуха и концентрации одоранта при течении. (b) Вид сзади той же модели носовой полости, правая и левая обонятельные области (щели) могут быть четко видны.
Рис. 1 (a) Анатомически точная числовая модель носа (включает как левую, так и правую носовую полость), построенная на основе носовых компьютерных томографов нормального взрослого человека женского пола. Показан интерфейс носового воздуха и слизи. Внутри находится ~ 1,7 миллиона конечных элементов, в которых рассчитываются значения скорости воздуха и концентрации одоранта при течении. (b) Вид сзади той же модели носовой полости, правая и левая обонятельные области (щели) могут быть четко видны.
Рис. 2 Вид спереди (глядя в лицо) коронарного среза модели носа (слева) и соответствующее изображение КТ (справа внизу).Вся модель состоит из 1,7 миллиона тетрагидральных элементов. На крупном плане (справа вверху) можно увидеть слои мелких и мелких элементов вдоль стены, которые будут отражать быстрые вблизи стенки изменения скорости воздуха и концентрации одоранта, которые необходимы для точного численного моделирования.
Рис. 2 Фронтальный вид (глядя в лицо испытуемого) коронковой части модели носа (слева) и соответствующее изображение КТ (справа внизу). Вся модель состоит из 1.7 миллионов тетрагидральных элементов. На крупном плане (справа вверху) можно увидеть слои мелких и мелких элементов вдоль стены, которые будут отражать быстрые вблизи стенки изменения скорости воздуха и концентрации одоранта, которые необходимы для точного численного моделирования.
Рис. 3 Наложение коронковых поперечных сечений нормальных, суженных и расширенных моделей носовых дыхательных путей с соответствующими изображениями компьютерной томографии, показанными в нижнем левом углу. (a) Анатомические изменения ширины обонятельной щели; (б) модификации в области носового клапана.На КТ-изображении в дыхательных путях левого носового клапана четко видна небольшая закупорка. Изменения в потоке воздуха и переносе одоранта изучались независимо с помощью моделирования CFD в измененной или нормальной носовой полости, а результаты сравнивались и анализировались.
Рис. 3 Наложение коронковых поперечных сечений нормальных, суженных и расширенных моделей носовых дыхательных путей с соответствующими КТ-изображениями, показанными в нижнем левом углу. (a) Анатомические изменения ширины обонятельной щели; (б) модификации в области носового клапана.На КТ-изображении в дыхательных путях левого носового клапана четко видна небольшая закупорка. Изменения в потоке воздуха и переносе одоранта изучались независимо с помощью моделирования CFD в измененной или нормальной носовой полости, а результаты сравнивались и анализировались.
Рис. 4 Контурная диаграмма величины скорости в корональных плоскостях в 6,2 см от кончика наружных ноздрей. Воздушный поток моделируется путем приложения атмосферного давления в плоскости наружной ноздри и постоянного давления -15 паскаль в носоглотке. (а) Суженная обонятельная щель. (b) Исходная модель дыхательных путей, созданная на основе компьютерной томографии. (в) Обонятельная щель расширена. Общее изменение объема дыхательных путей в каждой из модификаций <5%.
Рис. 4 Контурный график величины скорости на корональных плоскостях в 6,2 см от кончика наружных ноздрей. Воздушный поток моделируется путем приложения атмосферного давления в плоскости наружной ноздри и постоянного давления -15 паскаль в носоглотке. (а) Суженная обонятельная щель. (b) Исходная модель дыхательных путей, созданная на основе компьютерной томографии. (в) Обонятельная щель расширена. Общее изменение объема дыхательных путей в каждой из модификаций <5%.
Рис. 5 Расчетные изменения (a), общей скорости потока воздуха в носу и (b) скорости потока воздуха в локальной обонятельной области в зависимости от расширения или сужения обонятельной щели, при сохранении всего остального в носовой полости постоянным. Результаты показывают, что (а) общая скорость носового воздушного потока мало зависит от обонятельных изменений дыхательных путей, в то время как (б) локальная скорость воздушного потока через обонятельную область сильно зависит.Все оси в логарифмическом масштабе.
Рис. 5 Расчетные изменения (a) общей скорости потока носового воздуха и (b) локальной скорости потока воздуха в обонятельной области в зависимости от расширения или сужения обонятельной щели при сохранении всех остальных значений в носовой полости постоянными. . Результаты показывают, что (а) общая скорость носового воздушного потока мало зависит от обонятельных изменений дыхательных путей, в то время как (б) локальная скорость воздушного потока через обонятельную область сильно зависит. Все оси в логарифмическом масштабе.
Рис. 6 Расчетные изменения (a), общего расхода воздуха через нос и (b) расхода воздуха в локальной обонятельной области в зависимости от различных модификаций в области носового клапана, при сохранении всего остального в носовой полости постоянным . Результаты показывают, что (а) на общую скорость носового воздушного потока (наибольшее увеличение: 23%) влияют обонятельные изменения дыхательных путей, но не так сильно, как (б) на скорость местного воздушного потока через обонятельную область (наибольшее увеличение: 784%).
Рисунок 6 Расчетные изменения (a), общей скорости потока воздуха через нос и (b) локальной скорости потока воздуха в обонятельной области в зависимости от различных изменений в области носового клапана, при сохранении всего остального в носовой полости постоянный. Результаты показывают, что (а) на общую скорость носового воздушного потока (наибольшее увеличение: 23%) влияют обонятельные изменения дыхательных путей, но не так сильно, как (б) на скорость местного воздушного потока через обонятельную область (наибольшее увеличение: 784%).
Рис. 7 Схема обтекания устойчивого ламинарного воздушного потока, рассчитанная в правой носовой полости (исходная модель), без закупорки носовых дыхательных путей.Узор обтекаемых линий плавный.
Рис. 7 Схема обтекания для устойчивого ламинарного потока воздуха, рассчитанная в правой носовой полости (исходная модель), без закупорки носовых дыхательных путей. Узор обтекаемых линий плавный.
Рис. 8 Схема обтекания устойчивого ламинарного воздушного потока, рассчитанная в левой носовой полости (исходная модель). По сравнению с рисунком 9, рисунок линий тока более сложен с завихрением в передней части носа, вызванным небольшой закупоркой в области левого носового клапана, и вторым завихрением в задней верхней части носа.Формирование этих водоворотов влияет на локальную картину воздушного потока в обонятельной области.
Рис. 8 Схема обтекания устойчивого ламинарного воздушного потока, рассчитанная в левой носовой полости (исходная модель). По сравнению с рисунком 9, рисунок линий тока более сложен с завихрением в передней части носа, вызванным небольшой закупоркой в области левого носового клапана, и вторым завихрением в задней верхней части носа. Формирование этих водоворотов влияет на локальную картину воздушного потока в обонятельной области.
Рис. 9 Схема обтекания устойчивого ламинарного воздушного потока, рассчитанная в левой носовой полости (модель суженного носового клапана). Сужение дыхательных путей носового клапана подавляет первый вихрь в передней части левой носовой полости, как показано на рисунке 10, и усиливает второй вихрь в задней верхней части. Показано очень большое влияние, которое эти небольшие анатомические изменения носового клапана могут иметь на структуру обтекания.
Рис. 9 Схема обтекания устойчивого ламинарного воздушного потока, рассчитанная в левой носовой полости (модель суженного носового клапана).Сужение дыхательных путей носового клапана подавляет первый вихрь в передней части левой носовой полости, как показано на рисунке 10, и усиливает второй вихрь в задней верхней части. Показано очень большое влияние, которое эти небольшие анатомические изменения носового клапана могут иметь на структуру обтекания.
Рисунок 10 Численная риноманометрия: вычисленный (a) общий воздушный поток и (b) частичный локальный расход воздуха через обонятельную область в зависимости от падения давления во всей носовой полости (между наружным носом и носоглоткой) для обоих ингаляций. и выдох в исходной модели.S-образные кривые численного моделирования на графике (а) напоминают экспериментальные измерения риноманаометрии и находятся в диапазоне 5–95%, наблюдаемом среди нормальной популяции.
Рисунок 10 Численная риноманометрия: вычислено (a) общий воздушный поток и (b) частичный локальный расход через обонятельную область в зависимости от падения давления во всей носовой полости (между наружной оболочкой и носоглоткой) для обоих вдох и выдох в исходной модели.S-образные кривые численного моделирования на графике (а) напоминают экспериментальные измерения риноманаометрии и находятся в диапазоне 5–95%, наблюдаемом среди нормальной популяции.
Рисунок 11 Расчетные изменения фракционного поглощения (a) всего одоранта слизистой оболочки носа и (b) местного поглощения запаха обонятельной слизистой оболочки в зависимости от расширения или сужения обонятельной щели при сохранении всего остального в носовой полости постоянным. Результаты показывают, что (а) на всасывание одоранта слизистой оболочкой носа мало влияют изменения размера обонятельных дыхательных путей, в то время как (б) локальное поглощение одоранта обонятельной слизистой оболочкой в обонятельной области сильно влияет, особенно для одорантов с высокой растворимостью в слизистой оболочке и высокой диффузией в воздухе карвон и метанол.
Рисунок 11 Расчетные изменения фракционного поглощения (a) цельного пахнущего запаха слизистой оболочки носа и (b) локального поглощения запаха обонятельной слизистой оболочкой в зависимости от расширения или сужения обонятельной щели при сохранении всего остального в полости носа постоянным . Результаты показывают, что (а) на всасывание одоранта слизистой оболочкой носа мало влияют изменения размера обонятельных дыхательных путей, в то время как (б) локальное поглощение одоранта обонятельной слизистой оболочкой в обонятельной области сильно влияет, особенно для одорантов с высокой растворимостью в слизистой оболочке и высокой диффузией в воздухе карвон и метанол.
Рисунок 12 Вычисленные изменения фракционного поглощения (a) всей слизистой оболочкой и (b) местного поглощения обонятельной слизистой оболочки в зависимости от различных модификаций в области носового клапана при сохранении всех остальных параметров в носовой полости постоянными. Результаты показывают, что (а) на поглощение одоранта слизистой оболочкой мало влияют изменения носового клапана, в то время как (б) локальное поглощение одоранта обонятельной слизистой оболочкой в обонятельной области сильно влияет, особенно на одоранты с высокой растворимостью в слизистой оболочке и высокой диффузией в воздухе.
Рис. 12 Вычисленные изменения фракционного поглощения (a) цельной слизистой оболочки и (b) местного поглощения обонятельной слизистой оболочки в зависимости от различных модификаций в области носового клапана при сохранении всех остальных параметров в полости носа постоянными. Результаты показывают, что (а) на поглощение одоранта слизистой оболочкой мало влияют изменения носового клапана, в то время как (б) локальное поглощение одоранта обонятельной слизистой оболочкой в обонятельной области сильно влияет, особенно на одоранты с высокой растворимостью в слизистой оболочке и высокой диффузией в воздухе.
Рисунок 13 Рассчитанная картина поглощения одоранта слизистой оболочкой перегородки в левой и правой обонятельных областях исходной модели для двух одорантов: карвона и d-лимонена. Из-за своей низкой растворимости d-лимонен демонстрирует более низкий, но более однородный характер поглощения на обонятельной слизистой оболочке, в то время как полость имеет более высокую скорость поглощения и градиент. В результате различных локальных схем воздушного потока поглощение одоранта на правой обонятельной слизистой оболочке высокое в передней области и низкое в задней, тогда как слева оно высокое в нижней (вентральной) части и низкое в верхней (дорсальной). часть.
Рис. 13 Расчетная картина поглощения одоранта слизистой оболочкой перегородки в левой и правой обонятельных областях исходной модели для двух одорантов: карвона и d-лимонена. Из-за своей низкой растворимости d-лимонен демонстрирует более низкий, но более однородный характер поглощения на обонятельной слизистой оболочке, в то время как полость имеет более высокую скорость поглощения и градиент. В результате различных локальных схем воздушного потока поглощение одоранта на правой обонятельной слизистой оболочке высокое в передней области и низкое в задней, тогда как слева оно высокое в нижней (вентральной) части и низкое в верхней (дорсальной). часть.
Таблица 1Физические свойства ряда одорантов (при 25 ° C и 1 атм)
Одорант | D a (см 2 / с) | D м × 10 5 (см 2 / с) | β ( воздух / слизь) | K e | Sc | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
l-Carvone | 0,02462 9024 | 0.69 b | 1.30E – 04 f | 380 | 2,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
d-лимонен | 0,063 a | 0,70 b | 247 6.00E | 2,5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Метанол | 0,16 c | 1,6 d | 1,6E – 04 g | 270 | 0,96 | D м × 10 5 (см 2 / с) | β ( воздух / слизь) | K e | Sc | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
l-Carvone | 0.062 a | 0,69 b | 1.30E – 04 f | 380 | 2,5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
d-Лимонен | 0,063 a | 6 0,70 f | 8,2 | 2,5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Метанол | 0,16 c | 1,6 d | 1.6E – 04 g | 270 | 7 9001 9001 | 7 900 Физические свойства для ряда одорантов (при 25 ° C и 1 атм)
|