双峰驼鼻腔CT解剖及鼻腔内气流模拟的初步研究

论文摘要

鼻腔是呼吸循环系统的重要器官,除主要承担呼吸功能外,还有对吸入空气进行清洁过滤、加温、保湿的作用,以保护和促进下呼吸道的生理功能。双峰驼(Camelusbactrianus)生存于干旱、半干旱沙漠环境,其鼻部为了适应恶劣的自然条件而进化出现了许多复杂有效的适应性结构。为了从解剖学角度来探讨这种适应性,本文使用螺旋CT扫描双峰驼头部,得到清晰的CT图像资料,并用于详细研究鼻腔大体解剖结构。所获成果除了能够从影像学方面为鼻腔结构提供比较完善的资料外,本文还将其用于进一步建立鼻腔生物力学模型,并采用Navier—Stokes方程来模拟计算鼻腔中的气流,以期得到有关双峰驼吸气的气流状况,并进而判断双峰驼呼吸时鼻腔对于气体的分流作用。结果如下:1.双峰驼前鼻孔、鼻甲、筛骨结构和鼻窦等具有特异性。前鼻孔侧向开口,前庭区鼻毛粗长。中鼻甲和下鼻甲从上颌骨鼻嵴分别向上和向下卷曲,呈“T”字形分支,然后向上向下各自卷曲,最大约2.5圈,在向后延伸时逐渐封闭形成泡状鼻甲窦。鼻道狭窄,筛骨为枝状迷路结构,鼻窦发达。2.使用AMIRA软件可将鼻腔的气流通道部分进行三维重建,得到的模型在经过简化、修改并加以测试之后,验证确实为有效的能用于进一步气流模拟的模型。进行构建时,鼻毛、黏膜等生理结构不能在模型中体现。3.设定各种运行条件后,在计算流体力学软件FLUENT环境中对双峰驼鼻腔的吸气过程进行模拟。吸气时,鼻腔对吸入气流进行有效的分流,在鼻前庭区气流被引导进入固有鼻腔,此区速度变化较大。进入固有鼻腔区域后,由于中鼻甲和下鼻甲的分流作用致使气流分布不均衡,下鼻道和总鼻道的流量最大,而嗅区流量较小,气流经后鼻孔出鼻腔,此时流速变化也很明显。由于后鼻孔横截面积大于前鼻孔,气流流出鼻腔的速率比吸入时速率要小约1/2。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 双峰驼鼻腔的功能
• 1.2 鼻腔解剖学的研究进展
• 1.3 鼻腔呼吸力学的研究进展
• 1.4 课题的目的
• 1.5 本论文工作的简要介绍
• 第二章 双峰驼鼻腔和鼻窦解剖
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.3 结果
• 2.3.1 鼻前庭（vestibularis nasi）
• 2.3.2 固有鼻腔（cavum nasi propium）
• 2.4 讨论
• 第三章 双峰驼鼻腔生物力学模型的建立
• 3.1 前言
• 3.1.1 三维可视化的意义
• 3.1.2 三维图像重建
• 3.1.3 基于CT图像的三维模型重建
• 3.1.4 Amira介绍
• 3.2 材料与方法
• 3.3 结果
• 3.4 讨论
• 第四章 鼻腔内流场的数值模拟
• 4.1 前言
• 4.1.1 计算流体力学简介
• 4.1.2 流体与流动的基本特征
• 4.1.3 鼻腔气流的控制方程
• 4.1.4 CFD商业软件FLUENT
• 4.2 实验材料与方法
• 4.3 结果
• 4.3.1 双峰驼鼻腔气流曲线分析
• 4.3.2 双峰驼鼻腔气流速度场分析
• 4.3.3 双峰驼鼻腔剪切力场分析
• 4.4 讨论
• 第五章 实验总结及问题
• 参考文献
• 附件:图及图注
• 科研成果
• 致谢