上气道内流动现象与压力分布模拟.PDF

第 ３４卷　第２期 北京生物医学工程 Ｖｏｌ３４　Ｎｏ２ ２０１５年　４月 ＢｅｉｊｉｎｇＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｒｉｌ　２０１５ 上气道内流动现象与压力分布模拟 王建霞　安云强　王辉　黄亚奇 摘　要　目的 用计算流体力学模拟的方法和体外模型实验的手段，研究呼吸时真实结构的上气道 内的流动状态和压力分布，同时验证数值模拟模型的准确性。方法 首先基于磁共振图像，借助 Ｍｉｍｉｃｓ 软件重建上气道三维结构。在此真实几何结构基础上，建立上呼吸道内流动的有限元分析模型，以及制 作相应的实体模型。模拟并测量呼吸流量为２００、４００和６００ｍＬ／ｓ时的情况，并将数值模型预测的壁面 压力分布与实测结果比较。结果 如果气道内气流流量相同，吸气时气道两端的压差比呼气时大，即吸 气时气道阻力比呼气时大。不同点压力分布的数值计算结果与实体模型测量结果一致。数值模拟结果 表明，吸气时气道悬雍垂以及会厌后的舌后区域流动速度较高，悬雍垂下舌后区有涡旋产生。呼气时矢 状位鼻咽顶端靠近后壁处，冠状位鼻咽、会厌下口咽处均有涡旋产生。结论 数值模型可以准确地模拟 上气道的流动状态和压力分布，直观地反映上气道内流动特点。作为非侵入式的工具，气道模型和数值 模拟可以在探索阻塞性睡眠呼吸暂停（ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｌｅｅｐａｐｎｅａ，ＯＳＡ）的发病机制和有效治疗方法的过程 中发挥重要作用。 关键词　计算流体力学模拟；实体模型；上气道；阻塞性睡眠呼吸暂停 ＤＯＩ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１００２－３２０８２０１５０２．０２． 中图分类号　Ｒ３１８０１　　文献标志码　Ａ　　文章编号　１００２－３２０８（２０１５）０２－０１１８－０７ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｆｌｏｗａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒａｉｒｗａｙ ＷＡＮＧＪｉａｎｘｉａ，ＡＮＹｕｎｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧＨｕｉ，ＨＵＡＮＧＹａｑｉ ＳｃｈｏｏｌｏｆＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣａｐｉｔａｌＭｅｄｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＢｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓｉｎＣｌｉｎｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００６９ 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　ＯｂｊｅｃｔｉｖｅＴｈｅａｉｍｏｆｔｈｉｓｓｔｕｄｙｗａｓｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅ ｕｐｐｅｒａｉｒｗａｙｄｕｒｉｎｇｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｉｎｖｉｔｒｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ａｎｄｔｏ ｔｅｓｔｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓＭｅｔｈｏｄｓＡｎａｎａｔｏｍｉｃａｌｌｙａｃｃｕｒａｔｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅ ｈｕｍａｎｕｐｐｅｒａｉｒｗａｙｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｆｒｏｍｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｍａｇｅｓ，ａｎｄａｎｉｄｅｎｔｉｃａｌｐｈｙｓｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅ ｓａｍｅａｉｒｗａｙｗａｓｂｕｉｌｔＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄａｔｆｌｏｗｒａｔｅｓｏｆ ２００ｍｌ／ｓ，４００ｍｌ／ｓ，ａｎｄ６００ｍｌ／ｓ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｗａｌｌｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓＲｅｓｕｌｔｓＷｈｅｎｔｈｅｆｌｏｗｆｌｕｘｗａｓｔｈｅｓａｍｅ，ａｌａｒｇｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ ｔｗｏｅｎｄｓｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒａｉｒｗａｙｗａｓｒｅｑｕｉｒｅｄｄｕｒｉｎｇｉｎｓｐｉｒ