使用脉动鼻喷流技术研究患者特异性上呼吸道的流体动力学与压力调节机制

《Scientific Reports》：Flow dynamics and pressure modulation in a patient-specific upper airway using a pulsating nasal jet

　　

摘要

通过鼻导管输送的脉动气流喷射为治疗阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）提供了一种有前景、舒适且非侵入性的替代方法，可以替代持续正压通气（CPAP）。然而，在解剖结构较为真实的模型中，脉动流动对上呼吸道压力的影响机制尚未得到充分理解。本研究使用大涡模拟（LES）来分析患者特定上呼吸道模型内脉动鼻气流的压强和流动特性。模拟了两种气流条件：（1）稳态高流量鼻导管（HFNC），流量为40 L/min；（2）脉动气流，频率为20 Hz，占空比为30%，其平均流量与前者相同。每次脉动都会产生一个涡环，该涡环冲击鼻壁，导致局部高压区域和不对称的剪切应力。与稳态流动相比，脉动气流使咽部平均压力增加了高达50%。频谱分析显示，20 Hz的压力振荡主要局限于上呼吸道，在咽喉区域有显著衰减，而在气管内则几乎没有相干振荡成分。这些现象受到复杂解剖结构中气流与壁面相互作用的影响，与传统涡流动力学有所不同。脉动鼻气流可能为上呼吸道稳定提供了一种精确且能适应不同解剖结构的方法，为OSA治疗提供一种更易耐受、无需佩戴面罩的替代方案。