鼻腔作為呼吸系統(tǒng)的門戶性器官,能夠對進入鼻腔的氣流進行充分地加溫、加濕、過濾、免疫等,其中呼吸和加溫功能屬于最為重要的兩項生物功能。鼻腔氣道結構正常與否決定了其是否能夠維持正常生理功能。作為目前鼻科臨床主流手術技術,功能性鼻內(nèi)鏡技術的核心理念是針對病態(tài)氣道結構進行手術矯正,恢復鼻腔的正常通氣和引流功能狀態(tài),為鼻腔“自愈”創(chuàng)造條件�，F(xiàn)代精準醫(yī)學在鼻科學基礎和臨床研究領域提出了更高的要求和挑戰(zhàn),需要對鼻腔氣道結構-功能-疾病之間的關系進一步深入研究。既往的實驗研究和動物模型實驗已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代鼻科學的基礎和臨床研究需要。生物數(shù)值模擬研究作為一種新的研究方法,與傳統(tǒng)實驗相結合,不僅能夠彌補上述不足,還能夠為鼻腔結構、功能和疾病之間的客觀量化研究提供支持,能夠為鼻科學的發(fā)展提供動力。香山科學會議第174次學術討論會簡報所指出:“目前,人類對自身的了解和認識還很不夠,對疾病病因的研究,對疾病診斷和治療方法的研究、以及人體與環(huán)境復雜的交互關系的研究等,由于缺少精確量化的計算模型而受到限制”。鼻腔生物數(shù)值模擬研究由于缺少鼻腔生物功能模型和計算模型而受到限制,影響了現(xiàn)代鼻科學對鼻腔結構-功能-疾病三者之間辯證關系(即鼻腔器官結構與功能自適應)的深入研究,且難以滿足當前臨床個性化鼻腔治療方案制訂和術后評估的需求。本文選擇呼吸和加溫兩項最為重要的功能進行了數(shù)值模擬研究,進一步選擇鼻中隔偏曲和鼻中隔穿孔兩種常見疾病進行數(shù)值模擬,研究鼻腔氣道結構異常導致鼻腔呼吸功能減退的發(fā)病機理;與臨床測試相結合,對鼻周期是否影響雙側鼻腔加溫功能這一困惑進行了研究;鼻腔氣道結構具有“自適應性改變”特性,與鼻腔疾病發(fā)病機制顯著相關,但其發(fā)生機理至今不清,本文通過多層次研究,揭示了鼻腔內(nèi)物理環(huán)境變化導致氣道結構重塑及發(fā)病的機理。論文工作分為以下五個部分:1.健康國人鼻腔呼吸功能的數(shù)值模擬研究:通過CT獲取較大樣本健康國人鼻腔氣道氣道二維解剖結構數(shù)據(jù),建立能夠反應鼻腔氣道結構特征的生物數(shù)值模型,數(shù)值模擬生理狀態(tài)下鼻腔氣流場的特征并予以總結,為評估鼻腔通氣功能和手術療效提供量化參考。2.鼻中隔穿孔對鼻腔氣流場影響的數(shù)值模擬研究:鼻中隔穿孔為典型鼻腔氣道結構異常疾病,臨床表現(xiàn)多樣且發(fā)生機理不明。基于臨床資料,利用所建鼻腔生物數(shù)值模型,模擬建立不同部位、不同直徑大小的鼻中隔穿孔,評估穿孔對鼻腔呼吸功能的影響,發(fā)現(xiàn)局部氣流形式紊亂且雙側鼻腔存在“氣流分流”現(xiàn)象為其主要特征,從生物力學角度解釋了鼻中隔穿孔患者臨床表現(xiàn)的發(fā)病機理。3.健康國人鼻腔加溫功能的數(shù)值模擬研究:數(shù)值模擬不同通氣量條件下鼻腔內(nèi)氣流場和溫度場的分布特征,研究鼻腔加溫功能特征并對比通氣量對其產(chǎn)生的影響,發(fā)現(xiàn)在正常生理狀態(tài)下,鼻內(nèi)孔-下鼻甲前端-中鼻甲前端對應部分氣道是鼻腔對氣流加溫的主要功能區(qū)域,也表明鼻瓣區(qū)在鼻腔加溫功能中的重要作用,提示針對該部位的手術應該做到微創(chuàng)且個性化,以恢復并保護鼻腔生理功能。4.鼻周期對鼻腔氣道加溫功能影響的實驗研究和數(shù)值模擬鼻周期為鼻腔重要生理功能,粘膜下血管的周期性收縮和擴張為其基本特性,雙側鼻腔氣道容積、氣道阻力和通氣量也因此而發(fā)生周期性、交替性變化。鼻腔加溫功能是否因鼻周期而發(fā)生變化?至今是鼻科學的一個困擾。本文進行了鼻聲反射和溫度測量實驗,結合數(shù)值模擬研究鼻腔氣流場和溫度場分布特征,發(fā)現(xiàn)雙側鼻腔加溫功能不因氣道容積變化而發(fā)生改變。表明鼻周期并不影響雙側鼻腔氣道的加溫功能。5.鼻中隔偏曲患者氣道結構自適應性改變的發(fā)病機理研究:鼻腔氣道結構異變會導致氣道發(fā)生繼發(fā)性“自適應”性重塑,鼻中隔偏曲為該類疾病的典型代表。這一特點也與諸多鼻腔疾病發(fā)病機制相關,但其發(fā)生機理至今不明。數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)鼻中隔偏曲導致呼吸功能減退主要表現(xiàn)為雙側鼻腔氣流場差別明顯,氣流溫度場分布差別不明顯;組織學研究發(fā)現(xiàn)雙側鼻腔下鼻甲粘膜細胞、細胞內(nèi)細胞器的數(shù)量和功能狀態(tài)均發(fā)生了差異性變化;分子免疫學研究發(fā)現(xiàn)VIP和SP兩種神經(jīng)肽在雙側下鼻甲內(nèi)表達增多且存在差異性分布特點。表明鼻中隔偏曲患者通氣功能減退通過神經(jīng)源炎介導氣道粘膜發(fā)生宏、微觀變化,即自適應性改變,揭示了鼻腔內(nèi)物理環(huán)境變化導致氣道結構重塑的發(fā)病機理,為鼻科精準醫(yī)學研究提供了新的思路。本課題源于臨床實踐,研究結果能夠對鼻科疾病發(fā)病機理、臨床診治方案的制訂以及術后療效的評估提供量化指導。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R765
【部分圖文】：

外鼻（ｅｘｔｅｒｎａｌｎｏｓｅ）位于顏面部中央，呈基底向下，尖部向上的三棱錐體型結構，??自上而下分為鼻根、鼻背和鼻尖。三棱錐體的底被大翼軟骨內(nèi)側腳構成的鼻小柱分為左、??右前鼻孔，氣流通過前鼻孔進入鼻腔（圖２．１）。??鼻梁???皇?Ｚｆ、??異大????前鼻孔???Ｉ??圖２．１外鼻解剖??Ｆｉｇ．２．１?Ａｎａｔｏｍｙ?ｏｆ?ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｎｏｓｅ??鼻腔（ｎａｓａｌ?ｃａｖｉｔｙ）前起于前鼻孔，經(jīng)過鼻內(nèi)孔進入固有鼻腔，向后與鼻咽部相通，??結構狹窄且不規(guī)則。與鼻小柱向后延續(xù)的鼻中隔將鼻腔分為左、右兩側。??－１２－??

中鼻甲、上鼻甲，三者大小依次縮小三分之一，即下鼻甲最大，中鼻甲次之，上鼻甲最??小。另外，三者前端的位置依次向后縮減三分之一，即下鼻甲前端最接近于鼻內(nèi)孔，中??鼻甲次之。三個鼻甲外側和下方的狹窄空間均稱作鼻道（圖２．２），另外三者與鼻中隔??之間的氣道稱作總鼻道，是鼻腔呼吸功能的主要區(qū)域。??三個鼻甲增加了鼻腔氣道粘膜的面積，生理和病理意義顯著，在此分別予以簡介：??（１）下鼻甲和下鼻道：??下鼻甲為一獨立骨片樣結構，向外上附著于鼻腔外側壁，向內(nèi)下突入鼻腔氣道下部。??下鼻甲后端ｌ．〇－１．５ｃｍ處毗鄰咽鼓管咽口，當下鼻甲發(fā)生病變時可能導致咽鼓管功能障??礙，從而影響中耳傳聲甚至內(nèi)耳感音功能。??下鼻甲骨表面覆較厚粘膜層，而且粘膜層下血流供應豐富，毛細血管和小靜脈間形??成海綿狀血竇，通過調(diào)節(jié)容量血管和阻力血管的開放和關閉狀態(tài)，下鼻甲容積和血流供??應能力均發(fā)生相應變化

２．２鼻腔氣道二維結構數(shù)據(jù)的獲取和三維重建??對一例健康志愿者（男，３３歲）進行多層螺旋ＣＴ?（ＳＩＭＥＮＳＳｏｍａｔｏｍＥｍｏｔｉｏｎｌ６）??冠狀位掃描（圖２．３），掃描范圍自鼻尖到鼻咽后壁，層厚和層間距均為３ｍｍ，窗寬２０００，??窗位４００，利用ＣＴ掃描儀的ｅｆｉｌｍ軟件ＤＩＣＯＭ格式的影像學數(shù)據(jù)轉化為ＢＭＰ格式。??ｉ?＇?－??圖２．３螺旋ＣＴ??Ｆｉｇ．２．３?Ｓｐｉｒａｌ?ＣＴ??應用Ｍａｔｌａｂ軟件將ＢＭＰ格式的圖像數(shù)字化，用自編譯的程序識別氣道粘膜和空氣??交界，導入有限元分析軟件Ａｎｓｙｓ中，應用其前處理功能，由鼻科醫(yī)師選取每一個冠狀??層面能夠準確反映鼻腔氣道結構特征的關鍵點，進而連成線并建立面、體，選用四面體??單元進行有限元剖分，完成對氣流通道的數(shù)字化重建，建立三維生物數(shù)值模型，重建過??程如圖２．４，由于鼻腔氣道粘膜本身的特點適合運用表面三維重建方法。每一個冠狀層??面根據(jù)圖像灰度差異確定氣道邊界，描繪出的腔體邊界與實際相符［８７，８８］。??－１６－??
【參考文獻】

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本文編號：2868688