CC BY
12УДК 616.216.1-002-036.12:616.214.4:616.211-008.4-073-045.58
doi: 10.18692/1810-4800-2017-2-60-63
компьютерное моделирование анатомо-функциональной недостаточности крючковидного отростка
Крюков А. И.1, Щербаков Д. А.1, Красножён В. Н.2
1 ГБУЗ «Научно-исследовательский клинический институт оториноларингологии
им. Л. И. Свержевского» Департамента здравоохранения Москвы, 117152, Москва, Россия (Директор - проф. А. И. Крюков)
2 ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава России, 420012, г. Казань, Россия
(Зав. каф. оториноларингологии - проф. В. Н. Красножен)
computer-aided simulation of anatomic and functional failure of processus uncinatus
Kryukov A. I.1, Shcherbakov D. A.1, Krasnozhen V. N.2
1 Research Institute of Clinical Otorhinolaryngology
named after L. I. Sverzhevsky the Department of Health in Moscow, Moscow, Russia
2 Federal State Budgetary Educational Institution of Supplementary Vocational Education Russian Medical Academy of Continuous Professional Education of the Ministry of Healthcare of Russia, Kazan, Russia
Методом вычислительной гидродинамики (CFD-computational fluid dynamics) смоделированы воздушные потоки, возникающие в полости носа и верхнечелюстной пазухе при дыхании. Обнаружено, что в норме верхнечелюстная пазуха активно не вентилируется, что обусловлено особенностями анатомического строения структур, формирующих остиомеатальный комплекс. В частности, нормальное строение крючковидного отростка обеспечивает защиту верхнечелюстной пазухи от проникновения вдыхаемого воздуха в полость пазухи. Показана патологическая вентиляция верхнечелюстной пазухи у лиц вне обострения хронического риносинусита при анатомо-функциональной недостаточности крюч-ковидного отростка. Рекомендовано щадящее отношение к структурам среднего носового хода при выполнении эндоназальных вмешательств.
Ключевые слова: вычислительная гидродинамика, хронический риносинусит, анатомо-функцио-нальная недостаточность крючковидного отростка.
Библиография: 9 источников.
The air flows, occurring in the nasal cavity and maxillary sinus during breathing have been simulated by the method of computational fluid dynamics (CFD). It has been found that in the normal state the maxillary sinus is not actively ventilated, due to the peculiarities of the anatomy of the structures forming ostiomeatal complex. In particular, the normal structure of processus uncinatus protects the maxillary sinus against the penetration of the inhaled air into the sinus cavity. The authors present abnormal maxillary sinus ventilation in patients without the chronic rhinosinusitis relapse with anatomical and functional failure of the processus uncinatus. The authors recommend sparing attitude to the middle meatus structures during endonasal surgery.
Key words: computational fluid dynamics, chronic rhinosinusitis, anatomic and functional failure of processus uncinatus.
Bibliography: 9 sources.
В основе высокой заболеваемости хроническим риносинуситом (ХРС) лежат его полиэтио-логичность и анатомические особенности строения полости носа и околоносовых пазух (ОНП). Исследования A. W. Proetz [1, 2] и W. Messerklinger [3, 4], а также T. M. Önerci [5] показали ведущую роль структур остиомеатального комплекса в патогенезе ХРС. В работе А. Б. Туровского с соавт. [6] отмечено патологическое усиление вентиляции верхнечелюстной пазухи при анатомо-функ-
циональной несостоятельности крючковидного отростка (КО). Описано большое количество таких аномалий: перфорированый КО, гипоплазия КО, прижатый КО, пневматизированный КО. Другой причиной несостоятельности крючковид-ного отростка является его ятрогенное повреждение. A. W. Proetz [2], основываясь на собственных экспериментальных исследованиях, сделал следующее заключение: если верхнечелюстная пазуха вскрыта таким образом, что хотя бы часть вдыха-
Научные статьи
Рис. 1. Правая ВЧП и одноименная половина полости носа в норме, смоделированные в программе Ansys.
емого воздуха попадает в ее полость, то деятельность мерцательного эпителия прекращается уже через несколько минут. Известно, что ключевым этапом эндоскопического эндоназального вмешательства является полная или частичная резекция КО, которая производится для визуализации естественного соустья, что закономерно нарушает естественный воздухообмен в верхнечелюстной пазухе (ВЧП).
Однако остается малоизученным влияние нарушений строения КО на физиологию ВЧП. Применение инвазивных методов исследования в известной степени ограничено. Компьютерное моделирование является полезным инструментом современного клинического исследования [7]. Применительно к полости носа и ОНП описано использование метода вычислительной гидродинамики (CFD-computational fluid dynamics) [8].
Цель исследования. Провести компьютерное CFD-симулирование воздушных потоков, возникающих при дыхании у пациентов вне обострения хронического риносинусита.
Материалы, пациенты и методы исследования. Цифровое моделирование физиологии ОНП методом CFD проводилось на базе кафедры реактивных двигателей и энергетических установок Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева под руководством доктора технических наук, профессора В. М. Молочникова.
Цифровое моделирование воздушного потока осуществлялось с помощью программного комплекса Ansys Fluent. Программа Invesalius генерирует файл формата STL из снимков в трех проекциях. Этот формат является не 3D-моделью, а набором точек или, точнее, сеткой. Ansys позволяет читать данный формат и преобразовывать
его в 3D-модель, которая в нашем исследовании представляет собой изучаемую ВЧП, сообщающуюся с одноименной половиной полости носа (рис. 1).
В нашем моделировании скорость воздушного потока была установлена на уровне 300 мл/с между хоанами и обеими ноздрями. На первом этапе создавались CFD-модели полости носа и ВЧП пациентов без патологии. Так, из 20 запланированных для исследования лиц среднего возраста в исследование были включены 14 лиц обоего пола со средним возрастом 31,0±16,7 года. Критериями исключения были наличие в анам-
Рис. 2. Конусно-лучевая компьютерная томография пациентки В., 37 лет. Коронарная проекция. Хронический риносину-сит: А - обострение; Б - ремиссия (возможное выполнение CFD-моделирования.
Рис. 3. CFD правой половины полости носа и правой верхнечелюстной пазухи пациента без патологии полости носа и ОНП. Насыщенное синее окрашивание ВЧП свидетельствует об отсутствии вентиляции пазухи.
Рис. 4. CFD-модель пациентки В. 38 лет, с хроническим риносинуситом вне обострения.
незе хронических заболеваний полости носа и околоносовых пазух, таких как искривление перегородки носа с нарушением носового дыхания, хронический риносинусит, гипертрофический ринит и т. п., а также эпизоды острого риносинусита в последние 3 месяца. Варианты развития полости носа и околоносовых пазух: 5-й тип искривления перегородки носа по R. М1а&па [9] без нарушения
носового дыхания, парадоксальная или пневмати-зированная средняя носовая раковина и др. - также были исключены из нашего исследования.
На втором этапе исследования изучались CFD-модели анатомо-функциональной недостаточности крючковидного отростка у пациентов вне обострения хронического риносинусита [6] (рис. 2).
= ^^
Научные статьи
Результаты и обсуждение исследования.
Моделирование воздушных пространств полости носа и ВЧП позволило получить цифровую модель, включающую всю пазуху, одноименную половину полости носа и носоглотку.
В программе Ansys в результате моделирования изменений давления в полости носа и носоглотке, возникающих при дыхании, нам удалось установить отсутствие массообмена между полостью носа и исследуемой верхнечелюстной пазухой у лиц без патологии полости носа и ОНП. Так, скорость воздушных потоков между структурами остиомеатального комплекса при дыхании не превышала 0,01 м/с (минимально уловимая скорость в программе Ansys), как показано на рис. 3.
Было обнаружено, что на 0,8 с вдоха воздух заходит в пазуху со скоростью 1,6-2 м/с, внутри па-
зухи образуется вихрь со скоростями 0,02-0,1 м/с (рис. 4).
Заключение. Появление вихревого потока в верхнечелюстной пазухе на 0,8 с вдоха свидетельствует о наличии патологической аэрации пазухи, обусловленной анатомо-функциональ-ной недостаточностью крючковидного отростка. Известно, что морфофункциональная несостоятельность крючковидного отростка прежде всего проявляется в нарушении его барьерной функции по отношению к вдыхаемому воздуху [6].
Таким образом, необходимы разработка показаний для удаления крючковидного отростка как этапа эндоскопического эндоназального вмешательства, а также более широкое внедрение технологий хирургического ремоделирования и мобилизации крючковидного отростка у пациентов с хроническим риносинуситом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Proetz A. W. Essays on the applied physiology of the nose. St. Louis: Annals Publishing Co. 1941. 395 p.
2. Proetz A. W. Applied physiology of the nose. St. Louis: Zimmerman-Petty, 1953. 439 p.
3. Messerklinger W. Die Rolle der lateralen nazenwand in der pathogenese, diagnose und therapie der residivierenden und chronischen rhinosinusitis // Laiyngol. Rhinol. Otol. 1987. N 66 (6). P. 293-299.
4. Messerklinger W. Endoscopy of the nose. Baltimore-Munich: Urban & Schwarzenberg, 1978. 338 p.
5. Önerci T. M. Nasal physiology and pathophysiology of nasal disorders. Berlin: Springer, 2013. 616 p.
6. Туровский А. Б. Лечение больных с синуситом, развившимся на фоне морфофункциональной недостаточности крючковидного отростка // Рос. оториноларингология. 2008. № 5. С. 159-161.
7. Григорькина Е. С., Кузьмин А. В., Сергеев С. В. Компьютерное 3D-моделирование травмирующего воздействия на верхнюю челюсть // Практическая медицина. 2015. № 87(2). С. 76-78.
8. Xiong G. X., Zhan J. M., Jiang H. Y., Li J. F., Rong L., Xu G. Computationalfluid dynamics simulation of airflow in the normal nasal cavity and paranasal sinuses // American Journ. of Rhinology. 2008. N 22. P. 477-482.
9. Mladina R. The role of maxilla morphology in the development of pathological septal deformities // Rhinology. 1987. N 25. P. 199-205.
Крюков Андрей Иванович - докт. мед. наук, профессор, директор Научно-исследовательского клинического института оториноларингологии им. Л. И. Свержевского Департамента здравоохранения Москвы. Россия, 117152, Москва, Загородное шоссе, д. 18а, стр. 2; тел. 8-495-633-92-26, e-mail: nlkun@mail.ru
Щербаков Дмитрий Александрович - канд. мед. наук, соискатель Научно-исследовательского клинического института оториноларингологии им. Л. И. Свержевского Департамента здравоохранения Москвы. Россия, 117152, Москва, Загородное шоссе, д. 18а, стр. 2; тел. 8-919-951-48-39, e-mail: dmst@bk.ru,
Красножен Владимир Николаевич - докт. мед. наук, профессор, зав. каф. оториноларингологии Казанской ГМА МЗ РФ. Россия, 420012, г. Казань, ул. Бутлерова, д. 36; тел. 8-8432-424-196, e-mail: vn_krasnozhon@mail.ru
REFERENCES
1. Proetz A. W. Essays on the applied physiology of the nose. St. Louis: Annals Publishing Co.; 1941. 395 p.
2. Proetz A. W. Applied physiology of the nose. St.Louis: Zimmerman-Petty; 1953. 439 p.
3. Messerklinger W. Die Rolle der lateralen nazenwand in der pathogenese, diagnose und therapie der residivierenden und chronischen rhinosinusitis. Laiyngol. Rhinol. Otol. 1987; 66(6): 293-299.
4. Messerklinger W. Endoscopy of the nose. Baltimore-Munich: Urban & Schwarzenberg; 1978. 338 p.
5. Önerci T. M. Nasal physiology and pathophysiology of nasal disorders. Berlin: Springer; 2013. 616 p.
6. Turovskii A. B. Lechenie bol'nykh s sinusitom razvivshemsya na fone morfo-funktsional'noi nedostatochnosti kryuchkovidnogo otrostka [The treatment of patients with sinusitis that has developed against the background of morpho-functional failure of processus uncinatus]. Rossiiskaya otorinolaringologiya; 2008; 5: 159-161 (in Russian).
7. Grigor'kina E. S., Kuz'min A. V., Sergeev S. V. Komp'yuternoe 3D-modelirovanie travmiruyushchego vozdeistviya na verkhnyuyu chelyust' [Computer-aided 3D-simulation of the injurious exposure to maxilla]. Prakticheskaya meditsina. 2015; 87(2): 76-78 (in Russian).
8. Xiong G. X., Zhan J. M., Jiang H. Y., Li J. F., Rong L., Xu G. Computationalfluid dynamics simulation of airflow in the normal nasal cavity and paranasal sinuses. American Journ. of Rhinology. 2008; 22: 477-482.
9. Mladina R. The role of maxilla morphology in the development of pathological septal deformities. Rhinology. 1987; 25: 199-205.
Andrei Ivanovich Kryukov - MD, Professor, Head of Scientific and Research Institute of Clinical Otorhinolaryngology named after L. I. Sverzhevsky of the Department of Healthcare of Moscow. Russia, 117152, Moscow, 18A/2, Zagorodnoe Shosse str., tel.: 8-495-63392-26, e-mail: nlkun@mail.ru
Dmitrii Aleksandrovich Shcherbakov - MD Candidate, external doctorate student of Scientific and Research Institute of Clinical Otorhinolaryngology named after L. I. Sverzhevsky of the Department of Healthcare of Moscow. Russia, 117152, Moscow, 18A/2, Zagorodnoe Shosse str., tel.: 8-919-951-48-39, e-mail: dmst@bk.ru
Vladimir Nikolaevich Krasnozhen - MD, Professor, Head of the Chair of Otorhinolaryngology of Kazan State Medical Academy the Ministry of Healthcare of Russia. Russia, 420012, Kazan, 36, Butlerova str., tel.: 8-8432-424-196, e-mail: vn_krasnozhon@mail.ru
