Kritisks matemātisko formulu novērtējums, aprakstot deguna gaisa plūsmu, ko izmanto komerciālajā rinomanometrijā, izmantojot gaisa plūsmas simulāciju

Abstract

Rinomanometrija ir standarta metode deguna elpceļu pretestības, spiediena un gaisa plūsmas mērīšanai elpošanas laikā. Pirms deguna ķirurģiskas operācijas ir nepieciešama preoperatīvā rinomanometrija. Klīniski svarīgs ir deguna kanāla platums un garums, kas piešķir nozīmi deguna pretestībai, jo šie parametri tiek mainīti katrā deguna operācijā. Pamata likums pretestības aprēķināšanai caurulē ir Puazeija (Hagen-Poiseuille) likums. Darba mērķis: Ar eksperimentālām metodēm kritiski novērtēt sarežģītāk veicamu rinomanometrisko mērījumu aizvietošanu ar dažādām matemātiskām formulām un novērtēt deguna dobuma antropometrisko parametru ietekmi uz deguna rezistenci. Rezultāti: Fiziskā simulācija un CFD veiktā simulācija uzrāda ļoti līdzīgus rezultātus. Visos ģeometrisko formu diapazonos mērījumi parādīja, ka deguna pretestība ir eksponenciāli atkarīga no rezistora diametra, bet ne no rādiusa ceturtajā pakāpē, kā norādīts Puazeija likumā, deguns darbojas efektīvāk, nekā paredzēts aerodinamikas pamatlikumā. Rezultātu interpretācijā jāņem vērā vispārējais aerodinamikas princips, t.i., vienmērīgas gaisa plūsmas interpretācija. Pēc iegūtajiem rezultātiem, ir redzams, ka starp 4-fāžu rinomanometra izmērītajiem rezultātiem un aprēķinātajiem parametriem ir atšķirības, gan caurulēm ar vienādu, gan ar nevienādu diametru. Šie rezultāti pierāda, ka izmaiņas rezultātos rada nevis atveres šķērsgriezuma izmaiņas, bet caurules garuma izmaiņas. Secinājumi: Visos ģeometrisko formu diapazonos mērījumi parāda, ka deguna pretestība ir eksponenciāli atkarīga no rezistora diametra, bet ne no rādiusa ceturtajā pakāpē kā tas ir norādīts Puazeija likumā. Analizējot visus iegūtos rezultātus, ir redzams, ka deguna rezistences izmaiņas būtiskāk ietekmē caurules garuma izmaiņas, nekā diametra izmaiņas. Kirhofa likums par paralēlajiem rezistoriem nav vienkārši piemērojams degunam, kas nav pārsteidzoši pēc kopējās deguna pretestības un diviem unilaterāliem/ vienpusējiem pretestības mērījumiem. Deguna dobums nav vienkārši salīdzināms ar caurulēm vai diafragmu. CFD simulācijas sniedz detalizētu informāciju par spiediena izturēšanos/ “kustību” degunā.

Rhinomanometry is the standard technique for measuring nasal airway resistance, pressure and airflow during breathing. Preoperative rhinomanometry is necessary before nasal surgeries. The width and length of the nasal passage are clinically significance, it gives importance to nasal resistance, as these parameters change with each nasal operation. The basic law for calculating the resistance in a pipe is the Hagen-Poiseuille law. Aim: The aim of the current study was to evaluate whether the law of Hagen-Poiseuille correctly describes the relation between nasal resistance, width and length of the nasal channel. Results: The physical simulation and simulation by CFD show very similar results. In all ranges in geometric forms, the measurements showed that the nasal resistance depends exponentially on the diameter of the resistor, but not to the 4th power as given in the law of Hagen-Poiseuille, the nose works more effectively than predicted by this basic law of aerodynamics. The interpretation of the results has to consider general principle of aerodynamics, i.e., the interpretation of non-steady air streams. According to the obtained results, we see that there are differences between the measured results of the 4-phase-rhinomanometer and the calculated parameters, both for pipes with the same and different diameter. These results show that the change in the results does not cause a change in the cross- section of the opening, but a change in the length of the pipe. Conclusion: Measurements in all ranges of geometric shapes show that the resistance of the nose is exponentially dependent on the diameter of the fourth degree as specified in Hagen-Poiseuille law. After analyzing all the obtained results, they show that changes in nasal resistance have a more significant effect on changes in tube length than changes in diameter. Kirchhoff’s law on parallel resistors is not simply adjustable to the nose, which is not surprising after measuring total nasal resistance and unilateral resistance. The nasal cavity is not simply comparable with tubes or diaphragms. CFD simulations are giving detailed information about the pressure behaviour in the nose.