Способ оценки внутриносовой аэродинамики Российский патент 2023 года по МПК A61B6/03 A61B5/08 

Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии и может найти применение при обследовании пациентов с затруднением носового дыхания.

Полость носа представляет собой анатомически и физиологически важную аэродинамическую среду, которая является первым коннектором и распределителем воздушного потока по всему организму.

Однако различные анатомические изменения наружного носа и внутриносовых структур, а также воспалительные изменения со стороны слизистой оболочки полости носа могут существенно нарушать внутриносовую аэродинамику и приводить к развитию ряда патологических процессов.

Движение воздушного потока и реализация основной дыхательной функции носа имеет принципиально важное значение при обследовании пациентов с субъективным нарушением носового дыхания.

В настоящее время для оценки внутриносовой аэродинамики применяются порядка десяти основных способов диагностики, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

В последние годы появился способ анализа циркуляции воздушного потока в полости носа - компьютерная вычислительная аэродинамика. Данный диагностический подход базируется на компьютерном моделировании движения воздушного потока относительно внутриносовых структур, полученным из сложных расчетов, неточно передающих реальные условия состояния слизистой оболочки полости носа у каждого конкретного пациента для изучения физиологии носа.

Известен способ диагностики нарушения носового дыхания, включающий определение переменных носового воздушного потока, рассчитанных с помощью вычислительной гидродинамики (см. Giancarlo В. Cherobin,Richard L. VoegelsJEloisa М. М. S. Gebrim,Guilherme J. М. Garcia. ((Sensitivity of nasal airflow variables computed via computational fluid dynamics to the computed tomography segmentation threshold)) November 16, 2018. PLoS ONE, Sao Paulo, Brazil 13(11), p. 1-19).

Недостатками данного способа является:

- при компьютерном моделировании исходно воздушный поток считают ламинарным при двустороннем расходе менее 20 л/мин, однако это допущение не позволяет выполнять индивидуальный анализ движения воздушного потока у каждого конкретного пациента, поскольку движение потока не у всех носит ламинарный характер, а может сопровождаться выраженной турбулентностью;

- измеренные показатели скорости носового потока и носового сопротивления используются только для сравнения с результатами, полученными при моделировании потоков.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ прогнозирования изменений внутриносовой аэродинамики у пациентов после реконструктивной челюстно-лицевой операции, содержащий компьютерный анализ данных, полученных при обследовании пациента, которое включает выполнение передней активной риноманометрии ПАРМ в правом и левом носовом ходе по отдельности, а также компьютерной томографии КТ, в ходе которой получают изображения околоносовых пазух в виде 2D изображений, затем осуществляют их реконструкцию в сагиттальной и коронарной проекциях и получают файл с изображением околоносовых пазух в трех проекциях: коронарной, сагиттальной и аксиальной, после чего полученный файл записывают на DVD диск в виде DICOM файла, который далее преобразуют сначала в 3D изображение головы пациента, затем - в файл с разрешением STL, который преобразуют в твердотельную геометрическую трехмерную 3D модель верхних дыхательных путей, затем строят 3D модель движения потоков воздуха в каждом носовом проходе в виде графического изображения в системе координат, при этом определяют интенсивность воздушного потока в каждом носовом ходе по степени окраски его изображения от насыщенного синего цвета, соответствующего скорости в 0 м/с, до красного цвета, соответствующего скорости 5,0 м/с (см. Yamagata К, Shinozuka K, Ogisawa S, Himejima A, Azaki Н, Nishikubo S, Sato Т., Suzuki M., Tanuma Т., Tonogi M., «A preoperative predictive study of advantages of airway changes after maxillomandibular advancement surgery using computational fluid dynamics analysis)) PLoS ONE, Tokyo, Japan, 2021, 16(8), p. 1-19).

При осуществлении данного способа перед хирургическим лечением и после него проводят переднюю активную риноманометрию (далее - ПАРМ) с измерением показателей носового сопротивления в правом и левом носовом ходе по отдельности.

Выполняют компьютерную томографию (далее - КТ) околоносовых пазух. Проводят реконструкцию 2D изображений в сагиттальной и коронарной проекциях, используя канал software Intage Volume Editor (version 1.1; Cybernet Systems).

Затем полученный файл записывают в формате DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).

Далее файл преобразуют в формат с разрешением STL («Stereolithography»), с помощью которого сохраняют трехмерную модель головы для дальнейшего использования в программе HEXPRESS (version 7.2).

Формируют расчетную сетку, охватывающую пространство от ноздрей до носовых полостей и дыхательных путей глотки до надгортанника, и далее строят трехмерную модель движения воздушного потока в правом и левом носовых ходах отдельно.

Недостатками данного способа являются:

- выполнение КТ околоносовых пазух, с использованием толщины среза 1,0 мм, дает изображение с недостаточно высоким разрешением изображения и ведет к значительным погрешностям при создании трехмерных моделей;

- движение воздушного потока на вдохе являлось симуляционной моделью, построенной с помощью программного обеспечения и с учетом, что пациент находится в покое при постоянном значении атмосферного давления, вязкости воздуха и температуре воздуха.

Технический результат заявляемого решения заключается в повышении эффективности обследования пациентов с затруднением носового дыхания путем выявления в полости носа зон с нарушением внутриносовой аэродинамики за счет построения персональной 3D модели движения потоков воздуха в каждом носовом ходе.

Для достижения указанного технического результата в способе оценки внутриносовой аэродинамики, содержащем компьютерный анализ данных, полученных при обследовании пациента, которое включает выполнение передней активной риноманометрии ПАРМ в правом и левом носовом ходе по отдельности, а также компьютерной томографии КТ, в ходе которой получают изображения околоносовых пазух в виде 2D изображений, затем осуществляют их реконструкцию в сагиттальной и коронарной проекциях и получают файл с изображением околоносовых пазух в трех проекциях: коронарной, сагиттальной и аксиальной, после чего полученный файл записывают на DVD диск в виде DICOM файла, который далее преобразуют сначала в 3D изображение головы пациента, затем - в файл с разрешением STL, который преобразуют в твердотельную геометрическую трехмерную 3D модель верхних дыхательных путей, затем строят 3D модель движения потоков воздуха в каждом носовом проходе в виде графического изображения в системе координат, при этом определяют интенсивность воздушного потока в каждом носовом ходе по степени окраски его изображения от насыщенного синего цвета, соответствующего скорости в 0 м/с, до красного цвета, соответствующего скорости 5,0 м/с, согласно изобретению, при выполнении ПАРМ измеряют скорость носового потока на вдохе при давлении 150 Па, а преобразование файла DICOM из последовательности 2D изображений в 3D изображения головы пациента производят в программе Invesalius, а файл в формате STL, содержащий 3D изображение головы пациента преобразуют в 3D модель верхних дыхательных путей с помощью программы Ansys Space Clame 2019 R3, причем полученная 3D модель охватывает полость носа, околоносовые пазухи, носоглотку, гортань и верхние отделы трахеи, а построение 3D модели движения потоков воздуха осуществляют в режиме вдоха в программе Ansys Fluint 2019 R3, при этом в качестве граничных условий используют значения скорости воздушного потока, полученные при ПАРМ, после чего делают коронарные срезы 3D модели для визуализации интенсивности окраски воздушного потока на каждом срезе полученной проекции, которые оценивают в программе Ansys CDF-post 2019 R3 дополнительно по следующим критериям: симметричность вентиляции правого и левого носового ходов; сопоставление выявленных зон с наибольшей и наименьшей вентиляцией в каждом носовом ходе со значениями физиологических норм; расчет скорости носового потока в конкретной точке; после чего по итогам проведенной оценки назначают консервативное или хирургическое лечение.

В известных решениях для построения 3D модели движения потоков воздуха для каждого пациента задается одна и та же скорость носового потока во всех случаях, что в значительной степени сглаживает передачу распространения воздушных потоков в каждом носовом ходе.

В заявляемом решении сочетание таких действий, как наличие показателей ПАРМ, измеренных у конкретного пациента в реальных условиях дыхания, и использование программы Ansys Space Clame 2019 R3 при создании 3D модели движения потоков воздуха позволяет повысить достоверность оценки степени нарушения носового дыхания.

Указанная совокупность позволяет создать для каждого пациента персонализированную 3D модель движения потоков воздуха в каждом носовом ходе, поскольку для моделирования внутриносовой динамики используются аэродинамические показатели, рассчитанные в реальных условиях физиологичного дыхания в положении сидя для каждого носового хода по-отдельности.

При этом создаваемая виртуальная 3D модель движения потоков воздуха отражает влияние состояния слизистой оболочки полости носа на циркуляцию воздушных потоков в режиме реального носового дыхания, что делает данную модель реалистичной и информативной для понимания аэродинамических процессов, происходящих в полости носа.

Дополнительное построение 3D модели движения потоков воздуха в каждом носовом ходе позволяет проводить расчет аэродинамических характеристик носового дыхания в любой заданной точке созданной модели.

Это позволяет точно выявлять зоны с наилучшей или нарушенной вентиляцией для понимания локализаций наиболее функционально значимых участков нарушения внутриносовой аэродинамики и создания плана по коррекции выявленных нарушений.

Из вышесказанного следует, что введенные отличительные признаки влияют на указанный технический результат, находятся с ним в причинно-следственной связи.

Способ иллюстрируется чертежами, где:

- на фиг.1 представлена таблица 1 с классификацией Mlynski G., Beule А., (2008) для расчета степеней обструкции в одной половине носа при передней активной риноманометрии;

- на фиг.2 представлен график передней активной риноманометрии ПАРМ;

- на фиг.3 представлено изображение, полученное при экспорте 2D поверхности в файлы STL в программе Invisalius с панелью управления изображениями, инструментами для сегментации и применением фильтров;

- на фиг.4 представлено изображение, построенное в программе Ansys Space Clame 2019 R, показывающее строение полости носа и околоносовых пазух, полученное при экспорте 3D модели в файлы формата стереолитографии (далее - STL);

- на фиг.5 представлена виртуальная модель течения воздуха в каждом носовом ходе в носовой полости с распределением модуля скорости носового потока, задаваемого по данным ПАРМ для правого и левого носовых ходов соответственно, при этом последовательно построенные коронарные сечения иллюстрируют изменения скорости носового потока в зависимости от внутриносовой архитектоники;

- на фиг.6 представлен этап работы в программе Ansys Space Clame 2019 R3 с виртуальной 3D моделью, где в левой прямоугольной системе координат, используя панель инструментов выполнены равномерные коронарные сечения модели;

- на фиг.7 представлен этап работы в программе Ansys Space Clame 2019 R3 с виртуальной 3D моделью движения потоков воздуха в правом и левом носовых ходах, где показаны изолинии иллюстрируют движение воздуха на симметричных участках и с помощью панели инструментов в заданных точках производится расчет скоростей движения воздушных потоков.

Способ осуществляют следующим образом.

Оценку внутриносовой аэродинамики выполняют пациентам с 18 лет и старше. Противопоказаниями к проведению данного способа диагностики считают:

- органическое поражение центральной нервной системы с нарушением когнитивных и других функций;

- психические заболевания в стадии декомпенсации;

- полипозный процесс и другие патологические процессы, приводящие к полной обтурации инородным телом, опухолью и т.д., хотя бы одного из общих носовых ходов.

За сутки до проведения обследования пациента просят отказаться от применения любых назальных спреев (топических кортикостероидов или интраназальных антигистаминных препаратов, деконгестантов и других препаратов, оказывающих противоотечное действие), избегать выраженной физической нагрузки и посещения сауны, бани.

Этап 1. Видеоэндоскопическое исследование полости носа.

После беседы с пациентом и установления жалоб на нарушение носового дыхания проводят видеоэндоскопическое исследование полости носа.

Пациент находится в положении сидя. Для визуализации особенностей строения внутриносовых структур используют жесткий эндоскоп с углом зрения 0 градусов, диаметром 4,0 мм фирмы Karl Storz.

Сначала выполняют осмотр переднего отдела полости носа, затем эндоскоп продвигают по общему носовому ходу вдоль нижней носовой раковины до хоаны, визуализируя дно полости носа, нижнюю носовую раковину, ее задний конец, устья слуховых труб, ямку Роземюллера.

Затем эндоскоп извлекают, ориентируют латерально кверху и кпереди, осматривают среднюю носовую раковину, место ее прикрепления, область крючковидного отростка, полулунной щели, решетчатый пузырек и завершают исследование осмотром верхнего носового хода.

При оценке эндоскопической картины особое внимание уделяют состоянию слизистой оболочки, наличию (отсутствию) корок, выделений, а также особенностям строения внутриносовых структур в целом.

Таким образом, на этапе 1 получают следующие данные: о наличии отека слизистой оболочки полости носа у пациента; о гипертрофии нижних и/или средних носовых раковин; о деформации перегородки носа; о выделении в полости носа; о аденоидных вегетациях, о новообразованиях в полости носа и носоглотке.

Этап 2. Выполнение передней активной риноманометрии ПАРМ.

Затем выполняют ПАРМ, при этом в правом и левом носовом ходе по отдельности измеряют скорость носового потока на вдохе при давлении 150 Па, используя риноманометрический комплекс «RHINO-SYS» фирмы Happersberger Otopront GmbH (ФРГ).

Аппаратный риноманометрический комплекс Otopront «RHINO-SYS» представляет собой полноценную систему диагностики носового дыхания. Он включает выполнение риноманометрии, ринорезистометрии, акустической ринометрии и долговременной ринометрии (суточный мониторинг).

Указанный комплекс «RHINO-SYS» состоит из платформы «RHINO-BASE», портативного компьютера, переносного модуля «RHINO-MOVE» для 24-часовой ринофлоуметрии, а также системы «RHINO-ACOUSTlC» для акустического измерения носовых путей.

При этом соблюдают условия выполнения передней активной риноманометрии ПАРМ, а именно:

- исследование поводят в помещении с постоянной температурой воздуха 20-22°С в соответствии с рекомендациями Европейского комитета по стандартизации риноманометрической методологии (2005);

- перед началом исследования больному предлагают в течение 15 минут в положении сидя спокойно подышать носом.

При исследовании используют маску, нужного размера, оснащенную высокочувствительным датчиком измерения и катетером, который прикрепляют к специальному адгезивному носовому адаптору, соединенному с пневмотахометром. Между маской и измерительной насадкой помешают съемный фильтр. Риноманометр соединяют с персональным компьютером.

В начале исследований пациента размешают в положении сидя, герметично обтурируют левую ноздрю специальным адаптором, соединенным силиконовой трубкой и платформой комплекса «RHINO-SYS» и просят пациента выполнить спокойные дыхательные движения в маску с закрытым ртом.

С помощью программного обеспечения платформы «RHINO-BASE» производят одновременно вычисление и запись показателей ПАРМ.

Среди показателей ПАРМ измеряют скорость носового потока в правом общем носовом ходе при давлении 150 Па.

Затем адгезивный носовой адаптор снимают с левой ноздри и герметично обтурируют правую половину носа и просят больного выполнить спокойные дыхательные движения в маску с закрытым ртом, регистрируя при этом аналогичные показатели ПАРМ для левого носового хода.

Все полученные показатели с помощью платформы «RHINO-BASE» автоматически вносят в таблицу и устанавливают степень назальной обструкции или отсутствие нарушений носового дыхания для каждой половины носа в отдельности в соответствии с классификацией G. Mlynski, А. Beule, 2008 для ПАРМ в отдельности (фиг.1).

С помощью платформы «RHINO-BASE» строят соответствующие графики зависимости носового потока от давления, характеризующие каждую половину полости носа в отдельности.

Таким образом, на этапе 2 получают следующие данные: скорость носового потока в правом и левой носовом ходе по отдельности на вдохе.

Этап 3. Выполнение компьютерной томографии КТ на томографе Siemens SOMATON Emotion 16 и создание 3D изображения головы пациента.

Осуществляют следующие действия.

Проводят компьютерную томографию околоносовых пазух, используя параметры сканирования: 130кв, толщина среза 0,75 мм, питч 0,8 и получают изображения околоносовых пазух в виде 2 D изображений.

Далее выполняют реконструкцию 2D изображений в сагиттальной и корональной проекциях, согласно алгоритму реконструкции H70s sharpFR и Н31 s medium smooth+ и получают файл с изображением околоносовых пазух в трех проекциях: коронарной, сагиттальной и аксиальной.

Затем полученный файл записывают на DVD диск в виде DICOM файла (Digital Imaging and Communications in Medicine).

После чего указанный DICOM файл загружают в программу Invesalius (предназначена для создания и хранения трехмерных реконструкций медицинских изображений на основе последовательности файлов 2D DICOM).

Из последовательности 2D изображений DICOM строят 3D изображение головы пациента.

Преобразование файла DICOM из последовательности 2D изображений в 3D изображения головы пациента в программе Invesalius, позволяет с высокой точностью строить 3D изображения лицевого скелета, выделять области интереса, проводить сегментацию и визуализацию данных областей.

Затем, используя панель инструментов программы Invesalius, редактируют данное 3D изображение. Для этого выполняют масштабирование, панорамирование, поворот изображения, изменяя яркость / контрастность, сегментирование и применение фильтра.

Полученное 3D изображение головы пациента преобразовывают в файл с разрешением STL («Stereolithography»), с помощью которого сохраняют трехмерную модель головы для дальнейшего использования в программе Ansys Space Clame 2019 R3.

Таким образом, на этапе 3 получают 3D изображение головы пациента, преобразованное в файл с разрешением STL.

Этап 4. Преобразование 3D изображения головы пациента в 3D модель верхних дыхательных путей.

В программу Ansys Space Clame 2019 R3 загружают файл в формате STL, содержащий 3D изображение головы пациента. Из цельной STL поверхности образовывают отдельные поверхности.

Используя панель инструментов программы Ansys Space Clame 2019 R3, выполняют проверку узлов, фильтруют 3D изображение головы пациента, моделируют форму расчетной поверхности, строят нерегулярные объемные разностные сетки с 3 млн объемных тетраэдрических элементов, оставляя только полость носа с входом для воздушного потока через ноздри, собственно полость носа, околоносовые пазухи, носоглотка с переходом в гортань и далее до уровня верхних отделов трахеи.

В результате данных преобразований файл в формате STL с 3D изображением головы пациента преобразуется в 3D модель верхних дыхательных путей, охватывающую полость носа, околоносовые пазухи, носоглотку, гортань и верхних отделов трахеи.

Таким образом, на этапе 4 получают следующие данные: твердотельную геометрическую 3D модель верхних дыхательных путей, охватывающую полость носа, околоносовые пазухи, носоглотку, гортань и верхних отделов трахеи.

Этап 5. Построение 3D модели движения потоков воздуха.

Затем производят преобразование твердотельной геометрической 3D модели верхних дыхательных путей и моделируют стационарное течение воздуха в каждом носовом ходе в режиме вдоха в программе Ansys Fluint 2019 R3.

При этом для моделирования движения воздушных потоков в каждом носовом ходе в качестве граничных условий используют значения скорости воздушного потока на вдохе, которые регистрируют при выполнении ПАРМ в правом и левом носовых ходах при уровне давления 150 Па.

После этого проверяют основные геометрические характеристики расчетной области.

В расчетах используют левую прямоугольную систему координат, в которой ось Z направлена от входа перпендикулярно коронарным сечениям, а ось Y - вертикально.

На основе проведенных расчетов в выше указанной системе координат строят 3D модель движения потоков воздуха, начинающихся от преддверия носа (ноздри) и заканчивающихся на уровне носоглотки.

Данную модель представляют в виде графического изображения, которое можно перемещать в системе координат в 3-х плоскостях и рассчитывать скорость носового потока в любой заданной точке.

По 3D модели движения потоков воздуха судят о скоростях потока по интенсивности окраски потока от насыщенного синего цвета, соответствующего практически скорости в 0 м/с, до красного цвета, соответствующего 5,0 м/с.

Таким образом, на этапе 5 получают следующие данные: выполняют построение расчетной области и в системе координат и строят 3D модель движения потоков воздуха.

Этап 6. Визуализация течения воздуха в носовой полости.

Далее с полученной 3D модель движения потоков воздуха работают в левой прямоугольной системе координат и, используя панель инструментов делают равномерные коронарные сечения модели, для визуализации интенсивности окраски воздушного потока на каждом срезе полученной проекции.

Этап 7. Оценка 3D модели движения потоков воздуха.

Полученные коронарные срезы виртуальной 3D модели анализируют в программе Ansys CDF-post 2019 R3 по следующим критериям:

- симметричность вентиляции правого и левого носового ходов;

- выявление зон с максимальной и минимальной вентиляцией в каждом носовом ходе по степени интенсивности окраски изображения воздушного потока;

- сопоставление выявленных зон с максимальной и минимальной вентиляцией в каждом носовом ходе со значениями физиологических норм;

- расчет скорости носового потока с помощью применения панели инструментов программы Ansys CDF-post 2019 R3 в зонах интереса;

- проведение анализа в соответствии с выявленными нарушениями и создание плана по коррекции внутриносовых структур для восстановления аэродинамики.

По итогам проведенного анализа в каждом носовом ходе выявляют зоны со снижением скорости потока и сопоставляют с имеющимися изменениями внутриносовых структур, установленными при эндоскопии полости носа, при этом за максимальную скоростью движения носового потока при создании 3D модели движения потоков воздуха принимают значение 5,0 м/с, соответствующего красному участку.

По итогам оценки назначают консервативное или хирургическое лечение.

Способ поясняется следующим примером.

Пациентка Б., 61 год, обратилась в ФГБУ «Санкт-Петербургский НИИ уха, горла, носа и речи» с жалобами, периодическую заложенность носа.

Этап 1. Видеоэндоскопическое исследование полости носа.

Анамнез заболевания: нарушение носового дыхания отмечает длительно. Под контролем эндоскопа с углом зрения 0 градусов, диаметром 4,0 мм осмотрена полость носа: слизистая оболочка носа бледно-розовая, умеренно отечная. Нижние носовые раковины умеренно отечные, больших размеров, нижние носовые раковины частично сократимы при анемизации.

Перегородка носа искривлена влево в костном и хрящевом отделах на всем протяжении. Правая средняя носовая раковина справа увеличена в размерах, левая средняя носовая раковина обычных размеров, средние носовые ходы свободные. В полости носа отделяемого нет. В носоглотке умеренное количество прозрачного слизистого отделяемого. Слизистая оболочка задней стенки и свода носоглотки розовая, зернистая, свод носоглотки свободный. Трубные валики обычных размеров, глоточные отверстия слуховых труб свободные с двух сторон.

Этап 2. Выполнение ПАРМ.

Далее после 15 минутного отдыха в положении сидя выполняют переднюю активную риноманометрию ПАРМ, используя комплекс «RHlNO-SYS» фирмы Happersberger Otopront GmbH (ФРГ).

В левом носовом ходе при давлении в 150 Па установлена скорость носового потока - 374 мл/с (диапазон 300-500 мл/с), что соответствует легкой степени нарушения носового дыхания (фиг.2).

Анализ аналогичных аэродинамических характеристик показал в правом носовом ходе наличие умеренно степени обструкции, а именно согласно классификации, представленной на фиг.1, скорость носового потока была равна 222,0 мл/с (диапазон 180 - 300 мл/с).

Этап 3. Выполнение КТ и создание 3D изображения головы пациента.

Затем пациентке выполнили компьютерную томографию КТ околоносовых пазух, используя параметры сканирования: 130кв, толщина среза 0,75 мм, питч 0,8.

Далее провели реконструкцию изображений в сагиттальной проекции и коронарной проекции, согласно алгоритму реконструкции H70s sharpFR и Н31 s medium smooth+.

Полученный файл записали на DVD диск в виде DICOM файла и загрузили его в программу Invesalius.

В данной программе построили 3D модель головы пациента, после чего преобразовали в файл с разрешением STL (фиг.3).

Этап 4. Преобразование 3D изображения головы пациента в 3D модель верхних дыхательных путей.

Полученный файл загрузили в программу Ansys Space Clame 2019 R3, смоделировали форму расчетной области, построили нерегулярные объемные разностные сетки.

Далее получили твердотельную 3D модель верхних дыхательных путей, охватывающую полость носа, околоносовые пазухи, носоглотку, гортань и верхних отделов трахеи (фиг.4).

Этап 5. Построение 3D модели движения потоков воздуха.

Затем задали в программе Ansys Fluint 2019 R3 граничные условия: скорость носового потока 374,0 мл/с в левом носовом ходе, в правом - 222,0 мл/с и смоделировали распределение воздушных потоков в каждом носовом ходе, получив 3D модели движения потоков воздуха (фиг.5).

Этап 6. Визуализация течения воздуха в носовой полости.

Далее в левой прямоугольной системе координат выполнили равномерные коронарные сечения модели (фиг.6).

Этап 7. Оценка 3D модели движения потоков воздуха.

Затем в программе Ansys CDF-post 2019 R3 по 3D модели движения потоков воздуха установлена различная степень интенсивности окраски воздушного потока (от синего цвета до красного цвета) в правом и левом носовых ходах на всех срезах, начиная с первого, то есть формирующиеся носовые потоки воздуха у данного больного несимметричные.

На первых двух срезах установлена наиболее высокая скорость носового потока в левом носовом ходе, воздушный поток окрашен преимущественно в желтый и красный цвет.

На аналогичных срезах поток воздуха в правом носовом ходе имеет преимущественно желтый оттенок с единичными усилениями скорости потока до красных участков.

Начиная с третьего коронарного среза, установлено значительное изменение интенсивности окраски в сторону усиления практически на всем протяжении до максимальных значений (красный цвет) изображения потока в правом носовом ходе.

В левом ходе, напротив, установлено снижение интенсивности окраски до сине- зеленых оттенков в проекции нижнего носового хода.

На последующих срезах, отражающих глубокие отделы полости носа, в обоих носовых ходах отмечается снижение интенсивности окраски носовых потоков на симметричных участках, однако наибольшее снижение вентиляции зарегистрировано в правой половине носа на уровне нижнего носового хода, что указывает на не физиологическое распределение циркулирующего носового потока.

В левом носовом ходе распределение интенсивности циркуляции воздушного потока приходится преимущественно на средний и нижний носовой ход в глубоких отделах, что соответствует параметрам распределения физиологического носового потока.

В носоглотке распределение воздушных потоков носит также неравномерный характер.

Расчет в программе Ansys CDF-post средней скорости носового потока на первых двух коронарных срезах показал среднюю скорость потока в левом носовом ходе 1,5 м/с, в правом носовом ходе на симметричном участке 0,75 м/с, что значительно ниже.

На третьем срезе средняя скорость носового потока в левом носовом ходе в проекции нижнего носового хода составила 1,0 м/с, в проекции среднего носового хода последняя достигала 3,0 м/с.

В правом носовом ходе отмечено симметричное распределение носового потока со средней скоростью 2,25 м/с.

На последующих сечениях на уровне средних отделов полости носа скорости носовых потоков в обоих половинах носа распределены равномерно с симметричным снижением скоростей потока 1,5 до 0,75 м/с.

Значительное снижение скорости воздушного потока установлено в правой половине полости носа в проекции среднего хода (скорость воздушного потока до 1,3 м/с, по сравнению, с левой половиной носа, где скорость потока 1,5 м/с).

Далее установлено неравномерное распределение скоростей движения воздушного потока в носоглотке, где значения скорости составили от 1,1 м/с до 2,8 м/с.

При сопоставлении полученного визуального изображения вентиляции левого носового хода с данными видеоэндоскопии полости носа выявлено, что причиной асимметрии воздушных потоков и снижение скорости потока в левом носовом ходе является наличие не только наличие искривления перегородки носа влево в нижней трети хрящевого отдела перегородки носа на всем протяжении.

Выполненный анализ распределения потоков в каждой половине носа и проведение расчетов скоростей движения потоков на симметричных участках позволил установить влияние увеличенной в размерах правой средней носовой раковины на снижение скорости циркуляции воздушного потока в правой половине полости носа до 1,3 м/с.

Оценка изменений аэродинамических характеристик носового потока в левом носовом ходе показала наличие локальной зоны снижения скорости носового потока в средних отделах полости носа на уровне нижнего носового хода. Это обусловлено симметричным увеличением задних концов нижних носовых раковин.

При этом неравномерное распределение воздушных потоков в носоглотке обусловлено, прежде всего, наличием преград для адекватной вентиляции, как со стороны правого, так и со стороны левого носового хода.

Построение 3D модели движения потоков воздуха показало, что в процессе формирования назальной обструкции у данного пациента играет роль не только искривление перегородки носа, но и гипертрофия правой средней носовой раковины, а также гипертрофированные задние концы нижних носовых раковин.

Для восстановления физиологических параметров внутриносовой аэродинамики требуется проведение планового оперативного лечения у данного пациента, направленного на нормализацию функции носового дыхания в объеме: коррекции перегородки носа, резекции латеральной порции средней носовой раковины, частичной конхотомии задних концов нижних носовых раковин с латеропозицией последних.

Заявляемый способ обладает следующими преимуществами:

- достоверно и точно иллюстрирует внутриносовую аэродинамику;

- позволяет в любой точке измерять показатели скорости носового потока для понимания нормы или патологии;

- отражает циркуляцию воздушных потоков в полости носа с максимальным приближением к реальным условиям носового дыхания;

- позволяет создать персональную 3D модель движения потоков воздуха за счет использования индивидуальных данных КТ носовых пазух и показателей скорости потока, измеренных у пациента при ПАРМ.

Изобретение относится к области медицины, в частности к оториноларингологии. Выполняют переднюю активную риноманометрии (ПАРМ) в правом и левом носовом ходе по отдельности. Проводят компьютерную томографию (КТ), в ходе которой получают изображения околоносовых пазух в виде 2D изображений. Затем осуществляют реконструкцию 2D изображений в сагиттальной и коронарной проекциях и получают файл с изображением околоносовых пазух в трех проекциях: коронарной, сагиттальной и аксиальной. После чего полученный файл записывают на DVD диск в виде DICOM файла, который далее преобразуют сначала в 3D изображение головы пациента, затем - в файл с разрешением STL, который преобразуют в твердотельную геометрическую трехмерную 3D модель верхних дыхательных путей. Затем строят 3D модель движения потоков воздуха в каждом носовом ходе в виде графического изображения в системе координат. При этом определяют интенсивность воздушного потока в каждом носовом ходе по степени окраски его изображения от насыщенного синего цвета, соответствующего скорости в 0 м/с, до красного цвета, соответствующего скорости 5,0 м/с. При выполнении ПАРМ измеряют скорость носового потока на вдохе при давлении 150 Па, а преобразование файла DICOM из последовательности 2D изображений в 3D изображения головы пациента производят в программе Invesalius. Файл в формате STL, содержащий 3D изображение головы пациента, преобразуют в 3D модель верхних дыхательных путей с помощью программы Ansys Space С lame 2019 R3. Причем полученная 3D модель охватывает полость носа, околоносовые пазухи, носоглотку, гортань и верхние отделы трахеи. Построение 3D модели движения потоков воздуха осуществляют в режиме вдоха в программе Ansys Fluint 2019 R3. При этом в качестве граничных условий используют значения скорости воздушного потока, полученные при ПАРМ. После чего делают коронарные срезы 3D модели движения потоков воздуха для визуализации интенсивности окраски воздушного потока на каждом срезе полученной проекции. Оценивают в программе Ansys CDF-post 2019 R3 дополнительно по следующим критериям: симметричность вентиляции правого и левого носового ходов, сопоставление выявленных зон с наибольшей и наименьшей вентиляцией в каждом носовом ходе со значениями физиологических норм, расчет скорости носового потока в конкретной точке. После чего по итогам проведенной оценки назначают консервативное или хирургическое лечение. Способ позволяет повысить эффективность обследования пациентов с затруднением носового дыхания путем выявления в полости носа зон с нарушением внутриносовой аэродинамики за счет построения персональной 3D модели движения потоков воздуха в каждом носовом ходе. 4 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 пр.

1. Способ оценки внутриносовой аэродинамики, содержащий компьютерный анализ данных, полученных при обследовании пациента, которое включает выполнение передней активной риноманометрии ПАРМ в правом и левом носовом ходе по отдельности, а также компьютерной томографии КТ, в ходе которой получают изображения околоносовых пазух в виде 2D изображений, затем осуществляют их реконструкцию в сагиттальной и коронарной проекциях и получают файл с изображением околоносовых пазух в трех проекциях: коронарной, сагиттальной и аксиальной, после чего полученный файл записывают на DVD диск в виде DICOM файла, который далее преобразуют сначала в 3D изображение головы пациента, затем - в файл с разрешением STL, который преобразуют в твердотельную геометрическую трехмерную 3D модель верхних дыхательных путей, затем строят 3D модель движения потоков воздуха в каждом носовом ходе в виде графического изображения в системе координат, при этом определяют интенсивность воздушного потока в каждом носовом ходе по степени окраски его изображения от насыщенного синего цвета, соответствующего скорости в 0 м/с, до красного цвета, соответствующего скорости 5,0 м/с, отличающийся тем, что при выполнении ПАРМ измеряют скорость носового потока на вдохе при давлении 150 Па, а преобразование файла DICOM из последовательности 2D изображений в 3D изображения головы пациента производят в программе Invesalius, а файл в формате STL, содержащий 3D изображение головы пациента преобразуют в 3D модель верхних дыхательных путей с помощью программы Ansys Space Clame 2019 R3, причем полученная 3D модель охватывает полость носа, околоносовые пазухи, носоглотку, гортань и верхние отделы трахеи, а построение 3D модели движения потоков воздуха осуществляют в режиме вдоха в программе Ansys Fluint 2019 R3, при этом в качестве граничных условий используют значения скорости воздушного потока, полученные при ПАРМ, после чего делают коронарные срезы 3D модели движения потоков воздуха для визуализации интенсивности окраски воздушного потока на каждом срезе полученной проекции, которые оценивают в программе Ansys CDF-post 2019 R3 дополнительно по следующим критериям: симметричность вентиляции правого и левого носового ходов; сопоставление выявленных зон с наибольшей и наименьшей вентиляцией в каждом носовом ходе со значениями физиологических норм; расчет скорости носового потока в конкретной точке; после чего по итогам проведенной оценки назначают консервативное или хирургическое лечение.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до выполнения ПАРМ проводят видеоэндоскопическое исследование полости носа.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении ПАРМ пациент находится в положении сидя.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при проведении КТ используют параметры сканирования: 130 кв, толщина среза 0,75 мм, питч 0,8.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при создании 3D модели движения потоков воздуха в расчетах используют левую прямоугольную систему координат, в которой ось Z направлена от входа перпендикулярно коронарным сечениям, а ось Y - вертикально.