RU2797190C1 - Method for assessing intranasal aerodynamics - Google Patents

Method for assessing intranasal aerodynamics Download PDF

Info

Publication number
RU2797190C1
RU2797190C1 RU2023106991A RU2023106991A RU2797190C1 RU 2797190 C1 RU2797190 C1 RU 2797190C1 RU 2023106991 A RU2023106991 A RU 2023106991A RU 2023106991 A RU2023106991 A RU 2023106991A RU 2797190 C1 RU2797190 C1 RU 2797190C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nasal
model
file
patient
image
Prior art date
Application number
RU2023106991A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Александровна Будковая
Сергей Валентинович Рязанцев
Александр Александрович Кривопалов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт уха, горла, носа и речи" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "СПб НИИ ЛОР Минздрава России")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт уха, горла, носа и речи" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "СПб НИИ ЛОР Минздрава России") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт уха, горла, носа и речи" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "СПб НИИ ЛОР Минздрава России")
Application granted granted Critical
Publication of RU2797190C1 publication Critical patent/RU2797190C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine, otorhinolaryngology.
SUBSTANCE: anterior active rhinomanometry (PARM) in the right and left nasal passages separately is performed. Computed tomography (CT) is performed, during which images of the paranasal sinuses are obtained in the form of 2D images. Then 2D images are reconstructed in sagittal and coronal projections and a file is obtained with an image of the paranasal sinuses in the following three projections: coronal, sagittal and axial. After that, the resulting file is written to a DVD disc in the form of a DICOM file which is then converted first into a 3D image of the patient's head, then into a file with STL resolution, which is converted into a solid geometric three-dimensional 3D model of the upper respiratory tract. Then a 3D model of the movement of air flows in each nasal passage is built in the form of a graphic image in the coordinate system. In this case, the intensity of the air flow in each nasal passage is determined by the degree of coloring of its image from saturated blue, corresponding to a speed of 0 m/s, to red, corresponding to a speed of 5.0 m/s. When performing PARM, nasal flow velocity is measured during inhalation at a pressure of 150 Pa, and the DICOM file is converted from a sequence of 2D images into 3D images of the patient's head using the Invesalius program. An STL file containing a 3D image of the patient's head is converted into a 3D model of the upper respiratory tract using the Ansys Space С lame 2019 R3 program. Moreover, the resulting 3D model covers the nasal cavity, paranasal sinuses, nasopharynx, larynx and upper trachea. The construction of a 3D model of the movement of air flows is carried out in the inhalation mode in the Ansys Fluint 2019 R3 program. In this case, the values of the air flow velocity obtained during the PRM are used as boundary conditions. After that, coronal sections of a 3D model of the movement of air flows are made to visualize the color intensity of the air flow on each section of the resulting projection. It is additionally evaluated in the Ansys CDF-post 2019 R3 program according to the following criteria: ventilation symmetry of the right and left nasal passages, comparison of the identified zones with the highest and lowest ventilation in each nasal passage with the values of physiological norms, calculation of nasal flow velocity at a specific point. After that, based on the results of the assessment, either conservative or surgical treatment is prescribed.
EFFECT: method makes it possible to increase the efficiency of examining patients with difficulty in nasal breathing by identifying areas in the nasal cavity with impaired intranasal aerodynamics by building a personal 3D model of air flow in each nasal passage.
4 cl, 7 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии и может найти применение при обследовании пациентов с затруднением носового дыхания.The invention relates to medicine, namely to otorhinolaryngology, and can be used in the examination of patients with difficulty in nasal breathing.

Полость носа представляет собой анатомически и физиологически важную аэродинамическую среду, которая является первым коннектором и распределителем воздушного потока по всему организму.The nasal cavity is an anatomically and physiologically important aerodynamic environment, which is the first connector and distributor of air flow throughout the body.

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.However, various anatomical changes in the external nose and intranasal structures, as well as inflammatory changes in the mucous membrane of the nasal cavity, can significantly disrupt intranasal aerodynamics and lead to the development of a number of pathological processes.

Движение воздушного потока и реализация основной дыхательной функции носа имеет принципиально важное значение при обследовании пациентов с субъективным нарушением носового дыхания.The movement of the air flow and the implementation of the main respiratory function of the nose is of fundamental importance when examining patients with subjective nasal breathing disorders.

В настоящее время для оценки внутриносовой аэродинамики применяются порядка десяти основных способов диагностики, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.Currently, about ten main diagnostic methods are used to assess intranasal aerodynamics, each of which has its own advantages and disadvantages.

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.In recent years, a method for analyzing the circulation of air flow in the nasal cavity has appeared - computer computational aerodynamics. This diagnostic approach is based on computer simulation of the movement of the air flow relative to intranasal structures, obtained from complex calculations that do not accurately convey the real conditions of the state of the nasal mucosa in each individual patient to study the physiology of the nose.

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).A known method for diagnosing nasal breathing disorders, including the determination of nasal airflow variables calculated using computational fluid dynamics (see Giancarlo B. Cherobin, Richard L. Voegels J Eloisa M. M. S. Gebrim, Guilherme J. M. 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:The disadvantages of this method are:

- 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;- in computer simulation, the initial air flow is considered laminar at a bilateral flow rate of less than 20 l / min, however, this assumption does not allow an individual analysis of the air flow movement in each individual patient, since the flow movement is not laminar in everyone, but may be accompanied by severe turbulence;

- измеренные показатели скорости носового потока и носового сопротивления используются только для сравнения с результатами, полученными при моделировании потоков.- The measured nasal flow velocity and nasal resistance are only used for comparison with the results obtained from flow simulations.

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).The closest in technical essence to the claimed solution is a method for predicting changes in intranasal aerodynamics in patients after reconstructive maxillofacial surgery, containing computer analysis of the data obtained during the examination of the patient, which includes performing anterior active rhinomanometry of the PARM in the right and left nasal passages separately, and also computed tomography CT, during which images of the paranasal sinuses are obtained in the form of 2D images, then they are reconstructed in sagittal and coronal projections and a file is obtained with an image of the paranasal sinuses in three projections: coronal, sagittal and axial, after which the resulting file is recorded on DVD a disk in the form of a DICOM file, which is then converted first into a 3D image of the patient's head, then into a file with STL resolution, which is converted into a solid geometric 3D model of the upper respiratory tract, then a 3D model of the movement of air flows in each nasal passage is built in the form of a graphic images in the coordinate system, while determining the intensity of the air flow in each nasal passage according to the degree of coloring of its image from saturated blue, corresponding to a speed of 0 m/s, to red, corresponding to a speed of 5.0 m/s (see Fig. Yamagata K, Shinozuka K, Ogisawa S, Himejima A, Azaki H, Nishikubo S, Sato T., Suzuki M., Tanuma T., 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.When implementing this method, before and after surgical treatment, anterior active rhinomanometry (hereinafter referred to as ARM) is performed with the measurement of nasal resistance in the right and left nasal passages separately.

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).Computed tomography (hereinafter referred to as CT) of the paranasal sinuses is performed. 2D images are reconstructed in sagittal and coronal projections using the software channel Intage Volume Editor (version 1.1; Cybernet Systems).

Затем полученный файл записывают в формате DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine).The resulting file is then recorded in DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) format.

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).Next, the file is converted to a format with STL resolution ("Stereolithography"), with which a three-dimensional head model is saved for further use in the HEXPRESS program (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.A computational grid is formed, covering the space from the nostrils to the nasal cavities and the respiratory tract of the pharynx to the epiglottis, and then a three-dimensional model of the air flow in the right and left nasal passages is built separately.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

- 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;- CT of the paranasal sinuses, using a slice thickness of 1.0 mm, gives an image with insufficiently high image resolution and leads to significant errors in the creation of three-dimensional models;

- 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.- the movement of the air flow during inhalation was a simulation model built using software and taking into account that the patient is at rest at a constant value of atmospheric pressure, air viscosity and air temperature.

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.The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of examination of patients with difficulty in nasal breathing by identifying areas in the nasal cavity with impaired intranasal aerodynamics by building a personal 3D model of air flow in each nasal passage.

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.To achieve the specified technical result in the method for assessing intranasal aerodynamics, containing computer analysis of the data obtained during the examination of the patient, which includes performing anterior active rhinomanometry of the PARM in the right and left nasal passages separately, as well as CT computed tomography, during which images of the paranasal sinuses are obtained in the form of 2D images, then they are reconstructed in sagittal and coronal projections and a file is obtained with an image of the paranasal sinuses in three projections: coronal, sagittal and axial, after which the resulting file is recorded on a DVD disc as a DICOM file, which is then converted first to 3D image of the patient's head, then into a file with STL resolution, which is converted into a solid geometric three-dimensional model of the upper respiratory tract, then a 3D model of the movement of air flows in each nasal passage is built in the form of a graphic image in the coordinate system, while determining the intensity of the air flow in each nasal passage, according to the degree of coloring of its image, from saturated blue, corresponding to a speed of 0 m/s, to red, corresponding to a speed of 5.0 m/s, according to the invention, when performing PARM, the speed of the nasal flow is measured during inhalation at a pressure of 150 Pa , and the DICOM file is converted from a sequence of 2D images into 3D images of the patient's head using the Invesalius program, and the STL file containing the 3D image of the patient's head is converted into a 3D model of the upper respiratory tract using the Ansys Space Clame 2019 R3 program, and the resulting 3D model covers the nasal cavity, paranasal sinuses, nasopharynx, larynx and upper trachea, and the construction of a 3D model of the movement of air flows is carried out in the inspiratory mode in the Ansys Fluint 2019 R3 program, while the air flow velocity values obtained during PARM are used as boundary conditions, after what do the coronal sections of the 3D model do to visualize the color intensity of the air flow on each section of the resulting projection, which are additionally evaluated in the Ansys CDF-post 2019 R3 program according to the following criteria: ventilation symmetry of the right and left nasal passages; comparison of the identified zones with the highest and lowest ventilation in each nasal passage with the values of physiological norms; calculation of nasal flow velocity at a specific point; after which, based on the results of the assessment, conservative or surgical treatment is prescribed.

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.In the known solutions for building a 3D model of air flow for each patient, the same nasal flow velocity is set in all cases, which greatly smoothes the transmission of air flow in each nasal passage.

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.In the claimed solution, the combination of actions such as the presence of PARM indicators measured in a particular patient under real breathing conditions, and the use of the Ansys Space Clame 2019 R3 program when creating a 3D model of air flow allows to increase the reliability of assessing the degree of nasal breathing impairment.

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.This set allows you to create for each patient a personalized 3D model of the movement of air flows in each nasal passage, since aerodynamic indicators calculated under real conditions of physiological breathing in a sitting position for each nasal passage separately are used to simulate intranasal dynamics.

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.At the same time, the created virtual 3D model of the movement of air flows reflects the influence of the state of the mucous membrane of the nasal cavity on the circulation of air flows in the mode of real nasal breathing, which makes this model realistic and informative for understanding the aerodynamic processes occurring in the nasal cavity.

Дополнительное построение 3D модели движения потоков воздуха в каждом носовом ходе позволяет проводить расчет аэродинамических характеристик носового дыхания в любой заданной точке созданной модели.Additional construction of a 3D model of the movement of air flows in each nasal passage makes it possible to calculate the aerodynamic characteristics of nasal breathing at any given point in the created model.

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.This allows you to accurately identify areas with the best or impaired ventilation in order to understand the localization of the most functionally significant areas of intranasal aerodynamics disturbance and create a plan for correcting the identified violations.

Из вышесказанного следует, что введенные отличительные признаки влияют на указанный технический результат, находятся с ним в причинно-следственной связи.From the foregoing, it follows that the introduced distinctive features affect the specified technical result, are in a causal relationship with it.

Способ иллюстрируется чертежами, где:The method is illustrated by drawings, where:

- 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;- figure 1 shows table 1 with the classification of Mlynski G., Beule A., (2008) for calculating the degree of obstruction in one half of the nose with anterior active rhinomanometry;

- на фиг.2 представлен график передней активной риноманометрии ПАРМ;- figure 2 shows a graph of the anterior active rhinomanometry PARM;

- 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;- figure 3 shows an image obtained by exporting a 2D surface to STL files in the Invisalius program with an image control panel, tools for segmentation and applying filters;

- 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);- figure 4 shows an image built in the Ansys Space Clame 2019 R program, showing the structure of the nasal cavity and paranasal sinuses, obtained by exporting a 3D model to stereolithography files (hereinafter referred to as 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;- figure 5 shows a virtual model of the air flow in each nasal passage in the nasal cavity with the distribution of the modulus of the nasal flow velocity, set according to the PARM data for the right and left nasal passages, respectively, while sequentially built coronal sections illustrate changes in the nasal flow velocity depending on intranasal architectonics;

- 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;- figure 6 shows the stage of work in the Ansys Space Clame 2019 R3 program with a virtual 3D model, where uniform coronal sections of the model are made in the left rectangular coordinate system using the toolbar;

- 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.- figure 7 shows the stage of work in the Ansys Space Clame 2019 R3 program with a virtual 3D model of the movement of air flows in the right and left nasal passages, where isolines are shown illustrating the movement of air in symmetrical areas and using the toolbar at given points, the speed of movement is calculated air streams.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

Оценку внутриносовой аэродинамики выполняют пациентам с 18 лет и старше. Противопоказаниями к проведению данного способа диагностики считают:Assessment of intranasal aerodynamics is performed in patients 18 years of age and older. Contraindications to this diagnostic method are:

- органическое поражение центральной нервной системы с нарушением когнитивных и других функций;- organic damage to the central nervous system with impaired cognitive and other functions;

- психические заболевания в стадии декомпенсации;- mental illness in the stage of decompensation;

- полипозный процесс и другие патологические процессы, приводящие к полной обтурации инородным телом, опухолью и т.д., хотя бы одного из общих носовых ходов.- polypous process and other pathological processes leading to complete obstruction by a foreign body, tumor, etc., at least one of the common nasal passages.

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.The day before the examination, the patient is asked to refrain from using any nasal sprays (topical corticosteroids or intranasal antihistamines, decongestants and other drugs that have a decongestant effect), to avoid severe physical activity and visits to saunas and baths.

Этап 1. Видеоэндоскопическое исследование полости носа.Stage 1. Video endoscopic examination of the nasal cavity.

После беседы с пациентом и установления жалоб на нарушение носового дыхания проводят видеоэндоскопическое исследование полости носа.After a conversation with the patient and the establishment of complaints about the violation of nasal breathing, a video endoscopic examination of the nasal cavity is performed.

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.The patient is in a sitting position. To visualize the structural features of the intranasal structures, a rigid endoscope with a viewing angle of 0 degrees and a diameter of 4.0 mm manufactured by Karl Storz is used.

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.First, an examination of the anterior part of the nasal cavity is performed, then the endoscope is advanced along the common nasal passage along the inferior turbinate to the choana, visualizing the floor of the nasal cavity, the inferior turbinate, its posterior end, the mouths of the auditory tubes, and the Rosemüller's fossa.

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.Then the endoscope is removed, oriented laterally upwards and anteriorly, the middle nasal concha, the place of its attachment, the area of the uncinate process, the semilunar fissure, the ethmoid vesicle are examined, and the study is completed by examining the upper nasal passage.

При оценке эндоскопической картины особое внимание уделяют состоянию слизистой оболочки, наличию (отсутствию) корок, выделений, а также особенностям строения внутриносовых структур в целом.When evaluating the endoscopic picture, special attention is paid to the condition of the mucous membrane, the presence (absence) of crusts, secretions, as well as structural features of intranasal structures in general.

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.Thus, at stage 1, the following data are obtained: the presence of edema of the nasal mucosa in the patient; about hypertrophy of the lower and / or middle turbinates; about deformation of the nasal septum; about the discharge in the nasal cavity; about adenoid vegetations, about neoplasms in the nasal cavity and nasopharynx.

Этап 2. Выполнение передней активной риноманометрии ПАРМ.Stage 2. Performing anterior active rhinomanometry PARM.

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).Then PARM is performed, while in the right and left nasal passages, the nasal flow velocity during inspiration is measured separately at a pressure of 150 Pa using the RHINO-SYS rhinomanometric complex from Happersberger Otopront GmbH (Germany).

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).The hardware rhinomanometric complex Otopront "RHINO-SYS" is a complete system for diagnosing nasal breathing. It includes performing rhinomanometry, rhinoresistometry, acoustic rhinometry and long-term rhinometry (daily monitoring).

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.The indicated RHINO-SYS complex consists of the RHINO-BASE platform, a laptop computer, a portable RHINO-MOVE module for 24-hour rhinoflowmetry, and the RHINO-ACOUSTlC system for acoustic measurement of the nasal passages.

При этом соблюдают условия выполнения передней активной риноманометрии ПАРМ, а именно:At the same time, the conditions for performing anterior active rhinomanometry PARM are observed, namely:

- исследование поводят в помещении с постоянной температурой воздуха 20-22°С в соответствии с рекомендациями Европейского комитета по стандартизации риноманометрической методологии (2005);- the study is carried out in a room with a constant air temperature of 20-22 ° C in accordance with the recommendations of the European Committee for the Standardization of Rhinomanometric Methodology (2005);

- перед началом исследования больному предлагают в течение 15 минут в положении сидя спокойно подышать носом.- before the start of the study, the patient is offered to breathe calmly through the nose for 15 minutes in a sitting position.

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.During the study, a mask of the required size is used, equipped with a highly sensitive measurement sensor and a catheter, which is attached to a special adhesive nasal adapter connected to a pneumotachometer. A removable filter is placed between the mask and the measuring cap. The rhinomanometer is connected to a personal computer.

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.At the beginning of the study, the patient is placed in a sitting position, the left nostril is sealed with a special adapter connected by a silicone tube and the platform of the RHINO-SYS complex, and the patient is asked to perform calm breathing movements into the mask with the mouth closed.

С помощью программного обеспечения платформы «RHINO-BASE» производят одновременно вычисление и запись показателей ПАРМ.With the help of the RHINO-BASE platform software, the PARM indicators are simultaneously calculated and recorded.

Среди показателей ПАРМ измеряют скорость носового потока в правом общем носовом ходе при давлении 150 Па.Among indicators PARM measure the speed of the nasal flow in the right common nasal passage at a pressure of 150 Pa.

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.Then, the adhesive nasal adapter is removed from the left nostril and the right half of the nose is hermetically obturated, and the patient is asked to perform calm breathing movements into the mask with the mouth closed, while registering similar PARM values for the left nasal passage.

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).All the indicators obtained using the RHINO-BASE platform are automatically entered into a table and the degree of nasal obstruction or the absence of nasal breathing disorders for each half of the nose separately is established in accordance with the classification of G. Mlynski, A. Beule, 2008 for PARM separately (Fig. .1).

С помощью платформы «RHINO-BASE» строят соответствующие графики зависимости носового потока от давления, характеризующие каждую половину полости носа в отдельности.With the help of the RHINO-BASE platform, the corresponding graphs of nasal flow versus pressure are built, characterizing each half of the nasal cavity separately.

Таким образом, на этапе 2 получают следующие данные: скорость носового потока в правом и левой носовом ходе по отдельности на вдохе.Thus, in step 2, the following data are obtained: nasal flow velocity in the right and left nasal passages separately during inspiration.

Этап 3. Выполнение компьютерной томографии КТ на томографе Siemens SOMATON Emotion 16 и создание 3D изображения головы пациента.Stage 3. Performing CT computed tomography on a Siemens SOMATON Emotion 16 tomograph and creating a 3D image of the patient's head.

Осуществляют следующие действия.Carry out the following steps.

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.Computed tomography of the paranasal sinuses is performed using scan parameters: 130kv, slice thickness 0.75 mm, pitch 0.8 and images of the paranasal sinuses are obtained in the form of 2 D images.

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.Next, 2D images are reconstructed in sagittal and coronal projections, according to the H70s sharpFR and H31s medium smooth+ reconstruction algorithm, and a file is obtained with an image of the paranasal sinuses in three projections: coronal, sagittal and axial.

Затем полученный файл записывают на DVD диск в виде DICOM файла (Digital Imaging and Communications in Medicine).The resulting file is then written to a DVD as a DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) file.

После чего указанный DICOM файл загружают в программу Invesalius (предназначена для создания и хранения трехмерных реконструкций медицинских изображений на основе последовательности файлов 2D DICOM).After that, the specified DICOM file is loaded into the Invesalius program (designed to create and store three-dimensional reconstructions of medical images based on a sequence of 2D DICOM files).

Из последовательности 2D изображений DICOM строят 3D изображение головы пациента.From the sequence of 2D DICOM images, a 3D image of the patient's head is built.

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.Converting a DICOM file from a sequence of 2D images into 3D images of the patient's head in the Invesalius program allows you to build 3D images of the facial skeleton with high accuracy, highlight areas of interest, segment and visualize these areas.

Затем, используя панель инструментов программы Invesalius, редактируют данное 3D изображение. Для этого выполняют масштабирование, панорамирование, поворот изображения, изменяя яркость / контрастность, сегментирование и применение фильтра.Then, using the toolbar of the Invesalius program, edit this 3D image. To do this, perform zooming, panning, rotating the image, changing the brightness / contrast, segmenting and applying a filter.

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.The resulting 3D image of the patient's head is converted into a file with STL ("Stereolithography") resolution, with which a three-dimensional head model is saved for further use in the Ansys Space Clame 2019 R3 program.

Таким образом, на этапе 3 получают 3D изображение головы пациента, преобразованное в файл с разрешением STL.Thus, in step 3, a 3D image of the patient's head is obtained, converted into a file with STL resolution.

Этап 4. Преобразование 3D изображения головы пациента в 3D модель верхних дыхательных путей.Stage 4. Converting the 3D image of the patient's head into a 3D model of the upper respiratory tract.

В программу Ansys Space Clame 2019 R3 загружают файл в формате STL, содержащий 3D изображение головы пациента. Из цельной STL поверхности образовывают отдельные поверхности.An STL file containing a 3D image of the patient's head is loaded into Ansys Space Clame 2019 R3. From a single STL surface, separate surfaces are formed.

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.Using the toolbar of the Ansys Space Clame 2019 R3 program, they check the nodes, filter the 3D image of the patient's head, model the shape of the calculated surface, build irregular volumetric difference meshes with 3 million volumetric tetrahedral elements, leaving only the nasal cavity with an entrance for the air flow through the nostrils, in fact nasal cavity, paranasal sinuses, nasopharynx with a transition to the larynx and further to the level of the upper trachea.

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.As a result of these transformations, an STL file with a 3D image of the patient's head is converted into a 3D model of the upper respiratory tract, covering the nasal cavity, paranasal sinuses, nasopharynx, larynx, and upper trachea.

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.Thus, in step 4, the following data are obtained: a solid geometric 3D model of the upper respiratory tract, covering the nasal cavity, paranasal sinuses, nasopharynx, larynx and upper trachea.

Этап 5. Построение 3D модели движения потоков воздуха.Stage 5. Building a 3D model of the movement of air flows.

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.Then, a solid-state geometric 3D model of the upper respiratory tract is converted and a stationary air flow is modeled in each nasal passage in the inhalation mode in the Ansys Fluint 2019 R3 program.

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.At the same time, to simulate the movement of air flows in each nasal passage, the values of the air flow velocity during inhalation are used as boundary conditions, which are recorded when performing PRM in the right and left nasal passages at a pressure level of 150 Pa.

После этого проверяют основные геометрические характеристики расчетной области.After that, the main geometric characteristics of the computational domain are checked.

В расчетах используют левую прямоугольную систему координат, в которой ось Z направлена от входа перпендикулярно коронарным сечениям, а ось Y - вертикально.The calculations use the left rectangular coordinate system, in which the Z axis is directed from the inlet perpendicular to the coronal sections, and the Y axis is vertical.

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.Based on the calculations performed in the above coordinate system, a 3D model of the movement of air flows starting from the vestibule of the nose (nostrils) and ending at the level of the nasopharynx is built.

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.This model is presented as a graphic image that can be moved in a coordinate system in 3 planes and calculate the speed of the nasal flow at any given point.

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.According to the 3D model of the movement of air flows, the flow velocities are judged by the color intensity of the flow from saturated blue, corresponding to practically a speed of 0 m/s, to red, corresponding to 5.0 m/s.

Таким образом, на этапе 5 получают следующие данные: выполняют построение расчетной области и в системе координат и строят 3D модель движения потоков воздуха.Thus, at stage 5, the following data are obtained: the computational domain is built in the coordinate system and a 3D model of the movement of air flows is built.

Этап 6. Визуализация течения воздуха в носовой полости.Stage 6. Visualization of air flow in the nasal cavity.

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.Further, with the obtained 3D model of the movement of air flows, they work in the left rectangular coordinate system and, using the toolbar, make uniform coronal sections of the model to visualize the color intensity of the air flow on each slice of the resulting projection.

Этап 7. Оценка 3D модели движения потоков воздуха.Stage 7. Evaluation of the 3D model of the movement of air flows.

Полученные коронарные срезы виртуальной 3D модели анализируют в программе Ansys CDF-post 2019 R3 по следующим критериям:The obtained coronal sections of the virtual 3D model are analyzed in the Ansys CDF-post 2019 R3 program according to the following criteria:

- симметричность вентиляции правого и левого носового ходов;- symmetry of ventilation of the right and left nasal passages;

- выявление зон с максимальной и минимальной вентиляцией в каждом носовом ходе по степени интенсивности окраски изображения воздушного потока;- identification of zones with maximum and minimum ventilation in each nasal passage according to the degree of color intensity of the air flow image;

- сопоставление выявленных зон с максимальной и минимальной вентиляцией в каждом носовом ходе со значениями физиологических норм;- comparison of the identified zones with maximum and minimum ventilation in each nasal passage with the values of physiological norms;

- расчет скорости носового потока с помощью применения панели инструментов программы Ansys CDF-post 2019 R3 в зонах интереса;- calculation of the nasal flow rate using the toolbar of the Ansys CDF-post 2019 R3 program in the areas of interest;

- проведение анализа в соответствии с выявленными нарушениями и создание плана по коррекции внутриносовых структур для восстановления аэродинамики.- conducting an analysis in accordance with the identified violations and creating a plan for the correction of intranasal structures to restore aerodynamics.

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.Based on the results of the analysis, zones with a decrease in flow velocity are identified in each nasal passage and compared with the existing changes in the intranasal structures established during endoscopy of the nasal cavity, while the maximum nasal flow velocity when creating a 3D model of air flow is taken as 5.0 m/s. s corresponding to the red area.

По итогам оценки назначают консервативное или хирургическое лечение.Based on the results of the assessment, conservative or surgical treatment is prescribed.

Способ поясняется следующим примером.The method is illustrated by the following example.

Пациентка Б., 61 год, обратилась в ФГБУ «Санкт-Петербургский НИИ уха, горла, носа и речи» с жалобами, периодическую заложенность носа.Patient B., 61 years old, applied to the St. Petersburg Research Institute of Ear, Throat, Nose and Speech with complaints of periodic nasal congestion.

Этап 1. Видеоэндоскопическое исследование полости носа.Stage 1. Video endoscopic examination of the nasal cavity.

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.Anamnesis of the disease: violation of nasal breathing notes for a long time. Under the control of an endoscope with a viewing angle of 0 degrees, with a diameter of 4.0 mm, the nasal cavity was examined: the nasal mucosa is pale pink, moderately edematous. The inferior turbinates are moderately edematous, large, the inferior turbinates are partially contractible with anemia.

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.The nasal septum is curved to the left in the bone and cartilage sections throughout. The right middle nasal concha on the right is enlarged in size, the left middle nasal concha is of normal size, the middle nasal passages are free. There is no discharge in the nasal cavity. In the nasopharynx there is a moderate amount of clear mucous discharge. The mucous membrane of the posterior wall and fornix of the nasopharynx is pink, granular, the fornix of the nasopharynx is free. The tubal ridges are of normal size, the pharyngeal openings of the auditory tubes are free on both sides.

Этап 2. Выполнение ПАРМ.Stage 2. Implementation of PARM.

Далее после 15 минутного отдыха в положении сидя выполняют переднюю активную риноманометрию ПАРМ, используя комплекс «RHlNO-SYS» фирмы Happersberger Otopront GmbH (ФРГ).Then, after a 15-minute rest in a sitting position, anterior active rhinomanometry of the PARM is performed using the RHlNO-SYS complex from Happersberger Otopront GmbH (Germany).

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).In the left nasal passage at a pressure of 150 Pa, the nasal flow rate is set to 374 ml/s (range 300-500 ml/s), which corresponds to a mild degree of nasal breathing disorder (figure 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).Analysis of similar aerodynamic characteristics showed in the right nasal passage the presence of a moderate degree of obstruction, namely, according to the classification presented in figure 1, the nasal flow rate was equal to 222.0 ml/s (range 180 - 300 ml/s).

Этап 3. Выполнение КТ и создание 3D изображения головы пациента.Stage 3. CT scan and creation of a 3D image of the patient's head.

Затем пациентке выполнили компьютерную томографию КТ околоносовых пазух, используя параметры сканирования: 130кв, толщина среза 0,75 мм, питч 0,8.The patient then underwent a CT scan of the paranasal sinuses using scan parameters: 130kv, slice thickness 0.75 mm, pitch 0.8.

Далее провели реконструкцию изображений в сагиттальной проекции и коронарной проекции, согласно алгоритму реконструкции H70s sharpFR и Н31 s medium smooth+.Next, images were reconstructed in the sagittal and coronal projections according to the H70s sharpFR and H31s medium smooth+ reconstruction algorithms.

Полученный файл записали на DVD диск в виде DICOM файла и загрузили его в программу Invesalius.The resulting file was recorded on a DVD disc as a DICOM file and loaded into the Invesalius program.

В данной программе построили 3D модель головы пациента, после чего преобразовали в файл с разрешением STL (фиг.3).In this program, a 3D model of the patient's head was built, after which it was converted into a file with STL resolution (figure 3).

Этап 4. Преобразование 3D изображения головы пациента в 3D модель верхних дыхательных путей.Stage 4. Converting the 3D image of the patient's head into a 3D model of the upper respiratory tract.

Полученный файл загрузили в программу Ansys Space Clame 2019 R3, смоделировали форму расчетной области, построили нерегулярные объемные разностные сетки.The resulting file was loaded into the Ansys Space Clame 2019 R3 program, the shape of the computational domain was modeled, and irregular volume difference grids were built.

Далее получили твердотельную 3D модель верхних дыхательных путей, охватывающую полость носа, околоносовые пазухи, носоглотку, гортань и верхних отделов трахеи (фиг.4).Next, a solid 3D model of the upper respiratory tract was obtained, covering the nasal cavity, paranasal sinuses, nasopharynx, larynx and upper trachea (figure 4).

Этап 5. Построение 3D модели движения потоков воздуха.Stage 5. Building a 3D model of the movement of air flows.

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).Then, boundary conditions were set in the Ansys Fluint 2019 R3 program: the nasal flow rate was 374.0 ml/s in the left nasal passage, in the right - 222.0 ml/s, and the distribution of air flows in each nasal passage was modeled, obtaining 3D models of the movement of air flows (figure 5).

Этап 6. Визуализация течения воздуха в носовой полости.Stage 6. Visualization of air flow in the nasal cavity.

Далее в левой прямоугольной системе координат выполнили равномерные коронарные сечения модели (фиг.6).Further, in the left rectangular coordinate system, uniform coronal sections of the model were performed (Fig.6).

Этап 7. Оценка 3D модели движения потоков воздуха.Stage 7. Evaluation of the 3D model of the movement of air flows.

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.Then, in the Ansys CDF-post 2019 R3 program, using a 3D model of air flow movement, a different degree of color intensity of the air flow (from blue to red) was established in the right and left nasal passages on all sections, starting from the first, that is, the emerging nasal air flows this patient is asymmetrical.

На первых двух срезах установлена наиболее высокая скорость носового потока в левом носовом ходе, воздушный поток окрашен преимущественно в желтый и красный цвет.On the first two sections, the highest nasal flow velocity in the left nasal passage is established, the air flow is colored mainly in yellow and red.

На аналогичных срезах поток воздуха в правом носовом ходе имеет преимущественно желтый оттенок с единичными усилениями скорости потока до красных участков.On similar sections, the air flow in the right nasal passage has a predominantly yellow tint with single increases in the flow velocity to red areas.

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.Starting from the third coronal section, a significant change in the intensity of color towards enhancement was established almost throughout the entire length up to the maximum values (red color) of the flow image in the right nasal passage.

В левом ходе, напротив, установлено снижение интенсивности окраски до сине- зеленых оттенков в проекции нижнего носового хода.In the left passage, on the contrary, a decrease in color intensity to blue-green hues was found in the projection of the lower nasal passage.

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.On subsequent sections, reflecting the deep sections of the nasal cavity, in both nasal passages there is a decrease in the intensity of the color of the nasal flows in symmetrical areas, however, the greatest decrease in ventilation was recorded in the right half of the nose at the level of the lower nasal passage, which indicates a non-physiological distribution of the circulating nasal flow.

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.In the left nasal passage, the distribution of the intensity of the air flow circulation falls mainly on the middle and lower nasal passages in the deep sections, which corresponds to the parameters of the distribution of the physiological nasal flow.

В носоглотке распределение воздушных потоков носит также неравномерный характер.In the nasopharynx, the distribution of air flows is also uneven.

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.The calculation in the Ansys CDF-post program of the average nasal flow velocity on the first two coronal sections showed an average flow velocity in the left nasal passage of 1.5 m/s, in the right nasal passage in the symmetrical section of 0.75 m/s, which is significantly lower.

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.On the third section, the average speed of the nasal flow in the left nasal passage in the projection of the lower nasal passage was 1.0 m/s, in the projection of the middle nasal passage the latter reached 3.0 m/s.

В правом носовом ходе отмечено симметричное распределение носового потока со средней скоростью 2,25 м/с.In the right nasal passage, a symmetrical distribution of the nasal flow was noted with an average speed of 2.25 m/s.

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.On subsequent sections at the level of the middle parts of the nasal cavity, the speeds of nasal flows in both halves of the nose are distributed evenly with a symmetrical decrease in flow speeds of 1.5 to 0.75 m/s.

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).A significant decrease in airflow velocity was found in the right half of the nasal cavity in the projection of the average stroke (airflow velocity up to 1.3 m/s, compared with the left half of the nose, where the airflow velocity is 1.5 m/s).

Далее установлено неравномерное распределение скоростей движения воздушного потока в носоглотке, где значения скорости составили от 1,1 м/с до 2,8 м/с.Further, an uneven distribution of air flow velocities in the nasopharynx was established, where the velocities ranged from 1.1 m/s to 2.8 m/s.

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.When comparing the obtained visual image of the ventilation of the left nasal passage with the data of video endoscopy of the nasal cavity, it was revealed that the cause of the asymmetry of air flows and a decrease in the flow velocity in the left nasal passage is not only the presence of a curvature of the nasal septum to the left in the lower third of the cartilaginous section of the nasal septum throughout.

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.The performed analysis of the distribution of flows in each half of the nose and the calculation of the flow velocities in symmetrical sections made it possible to establish the effect of the increased size of the right middle turbinate on the decrease in the speed of the circulation of the air flow in the right half of the nasal cavity to 1.3 m/s.

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.An assessment of changes in the aerodynamic characteristics of the nasal flow in the left nasal passage showed the presence of a local zone of nasal flow velocity reduction in the middle sections of the nasal cavity at the level of the lower nasal passage. This is due to the symmetrical increase in the posterior ends of the inferior turbinates.

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.At the same time, the uneven distribution of air flows in the nasopharynx is primarily due to the presence of barriers to adequate ventilation, both from the right and from the left nasal passage.

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.The construction of a 3D model of the movement of air flows showed that in the process of nasal obstruction formation in this patient, not only the curvature of the nasal septum plays a role, but also hypertrophy of the right middle turbinate, as well as hypertrophied posterior ends of the inferior turbinates.

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.To restore the physiological parameters of intranasal aerodynamics, a planned surgical treatment is required in this patient, aimed at normalizing the function of nasal breathing in volume: correction of the nasal septum, resection of the lateral portion of the middle turbinate, partial conchotomy of the posterior ends of the inferior turbinates with lateroposition of the latter.

Заявляемый способ обладает следующими преимуществами:The proposed method has the following advantages:

- достоверно и точно иллюстрирует внутриносовую аэродинамику;- Reliably and accurately illustrates intranasal aerodynamics;

- позволяет в любой точке измерять показатели скорости носового потока для понимания нормы или патологии;- allows you to measure the speed of the nasal flow at any point to understand the norm or pathology;

- отражает циркуляцию воздушных потоков в полости носа с максимальным приближением к реальным условиям носового дыхания;- reflects the circulation of air flows in the nasal cavity with the maximum approximation to the real conditions of nasal breathing;

- 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.- allows you to create a personal 3D model of the movement of air flows through the use of individual CT data of the sinuses and flow rates measured in a patient during PARM.

Claims (5)

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.1. A method for assessing intranasal aerodynamics, containing computer analysis of data obtained during examination of a patient, which includes performing anterior active rhinomanometry of the PARM in the right and left nasal passages separately, as well as computed tomography CT, during which images of the paranasal sinuses are obtained in the form of 2D images , then they are reconstructed in sagittal and coronal projections and a file is obtained with an image of the paranasal sinuses in three projections: coronal, sagittal and axial, after which the resulting file is written to a DVD disc as a DICOM file, which is then converted first into a 3D image of the patient's head, then - into a file with STL resolution, which is converted into a solid geometric three-dimensional 3D model of the upper respiratory tract, then a 3D model of the movement of air flows in each nasal passage is built in the form of a graphic image in the coordinate system, while determining the intensity of the air flow in each nasal passage along the degree of coloration of its image from saturated blue, corresponding to a speed of 0 m/s, to red, corresponding to a speed of 5.0 m/s, characterized in that when performing PARM, the speed of the nasal flow is measured during inhalation at a pressure of 150 Pa, and the conversion a DICOM file from a sequence of 2D images into 3D images of the patient's head is produced in the Invesalius program, and an STL file containing a 3D image of the patient's head is converted into a 3D model of the upper respiratory tract using the Ansys Space Clame 2019 R3 program, and the resulting 3D model covers the nasal cavity , paranasal sinuses, nasopharynx, larynx and upper trachea, and the construction of a 3D model of the movement of air flows is carried out in the inspiratory mode in the Ansys Fluint 2019 R3 program, while the air flow velocity values obtained during PARM are used as boundary conditions, after which coronary slices of a 3D model of air flow to visualize the color intensity of the air flow on each slice of the resulting projection, which are additionally evaluated in the Ansys CDF-post 2019 R3 program according to the following criteria: ventilation symmetry of the right and left nasal passages; comparison of the identified zones with the highest and lowest ventilation in each nasal passage with the values of physiological norms; calculation of nasal flow velocity at a specific point; after which, based on the results of the assessment, conservative or surgical treatment is prescribed. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до выполнения ПАРМ проводят видеоэндоскопическое исследование полости носа.2. The method according to p. 1, characterized in that prior to performing the PARM, a video endoscopic examination of the nasal cavity is performed. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении ПАРМ пациент находится в положении сидя.3. The method according to p. 1, characterized in that when performing PARM, the patient is in a sitting position. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при проведении КТ используют параметры сканирования: 130 кв, толщина среза 0,75 мм, питч 0,8.4. The method according to p. 1, characterized in that when performing CT scanning parameters are used: 130 kV, slice thickness 0.75 mm, pitch 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.5. The method according to claim 1, characterized in that when creating a 3D model of the movement of air flows in the calculations, a left rectangular coordinate system is used, in which the Z axis is directed from the inlet perpendicular to the coronal sections, and the Y axis is vertical.
RU2023106991A 2023-03-22 Method for assessing intranasal aerodynamics RU2797190C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797190C1 true RU2797190C1 (en) 2023-05-31

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100175699A1 (en) * 2007-04-10 2010-07-15 Anaxsys Technology Ltd Respiratory sensor
RU2749486C1 (en) * 2020-09-09 2021-06-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт уха, горла, носа и речи" Министерства здравоохранения Российской Федерации (СПб НИИ ЛОР Минздрава России") Method for assessment of nasal breathing function

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100175699A1 (en) * 2007-04-10 2010-07-15 Anaxsys Technology Ltd Respiratory sensor
RU2749486C1 (en) * 2020-09-09 2021-06-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт уха, горла, носа и речи" Министерства здравоохранения Российской Федерации (СПб НИИ ЛОР Минздрава России") Method for assessment of nasal breathing function

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Yamagata K. et al. A preoperative predictive study of advantages of airway changes after maxillomandibular advancement surgery using computational fluid dynamics analysis. PLoS ONE, 2021, 16(8): 1-19. *
Щербаков Д. А. и др. Роль вычислительной аэродинамики полости носа в диагностике искривления носовой перегородки. Российская оториноларингология. 2019; 18(4):82-88. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tu et al. Computational fluid and particle dynamics in the human respiratory system
Bates et al. Assessing the relationship between movement and airflow in the upper airway using computational fluid dynamics with motion determined from magnetic resonance imaging
Doorly et al. Nasal architecture: form and flow
Cherobin et al. Sensitivity of nasal airflow variables computed via computational fluid dynamics to the computed tomography segmentation threshold
TWI413511B (en) The method of forming the visualization map of the pressure distribution of the flow field of the sleep apnea and the computer
US20070173724A1 (en) System and method for three-dimensional airway reconstruction, assessment and analysis
Lu et al. Accuracy evaluation of a numerical simulation model of nasal airflow
Moreddu et al. Computational fluid dynamics in the assessment of nasal obstruction in children
CN111326228B (en) Method and system for determining lower respiratory tract administration dosage of medicine particles
Yang et al. Subglottic stenosis position affects work of breathing
Hu et al. Effect of different degrees of adenoid hypertrophy on pediatric upper airway aerodynamics: a computational fluid dynamics study
RU2797190C1 (en) Method for assessing intranasal aerodynamics
Patel et al. Modeling congenital nasal pyriform aperture stenosis using computational fluid dynamics
Wu et al. Upper airway segmentation based on the attention mechanism of weak feature regions
Karbowski et al. Accuracy of virtual rhinomanometry
Kukwa et al. Anatomical and functional assessment of patency of the upper respiratory tract in selected respiratory disorders–Part 1
Chen et al. Evaluation of computational fluid dynamics models for predicting pediatric upper airway airflow characteristics
RU2719926C1 (en) Method for assessing the condition of internal nasal valve
RU2701134C1 (en) Diagnostic technique for nasal breathing disorders
Avrunin et al. Analysis of upper respiratory tract segmentation features to determine nasal conductance
Shiraishi et al. Development of an Acoustic Simulation Method during Phonation of the Japanese Vowel/a/by the Boundary Element Method
Gökcan et al. Computational Fluid Dynamics: Analysis of a Real Nasal Airway
Avrunin et al. Determination of the Nasal Dilators Effectiveness From Posterior Active Rhinomanometry Data During Forced Breathing
RU2749486C1 (en) Method for assessment of nasal breathing function
US20200340980A1 (en) Predicting the onset of a pysiological condition of a subject using a digital biophysical model