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Numerische Strömungssimulation

Eine neue Methode zur Beurteilung der Nasenatmung

Numerical flow simulation

A new method for assessing nasal breathing

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Zusammenfassung

Die gegenwärtigen Möglichkeiten zur objektiven Beurteilung der Nasenatmung sind begrenzt. Sie beschränken sich auf die Bestimmung des Gesamtwiderstands der Nase. Aussagen über die endonasalen Strömungsverhältnisse können nicht getroffen werden. Die Methode der numerischen Strömungssimulation ist dagegen in der Lage, Detailinformationen des Strömungsfelds innerhalb der Nasenhöhle zu gewinnen. Sie hat das Potenzial, die Nasenströmung umfassend und patientenindividuell zu analysieren. Die Voraussetzung ist lediglich eine Computertomographie der Nasennebenhöhlen. Dem klinischen Einsatz stehen bisher unter anderem auch der technische und personelle Aufwand entgegen. Vor allem aber gibt es noch keine statistisch untermauerte Referenz einer normalen Nasenströmung, die eine zuverlässige Interpretation und Einordnung der Simulationsergebnisse ermöglicht.

Abstract

The current options for objective assessment of nasal breathing are limited. The maximum they can determine is the total nasal resistance. Possibilities to analyze the endonasal airstream are lacking. In contrast, numerical flow simulation is able to provide detailed information of the flow field within the nasal cavity. Thus, it has the potential to analyze the nasal airstream of an individual patient in a comprehensive manner and only a computed tomography (CT) scan of the paranasal sinuses is required. The clinical application is still limited due to the necessary technical and personnel resources. In particular, a statistically based referential characterization of normal nasal breathing does not yet exist in order to be able to compare and classify the simulation results.

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Abb. 1a,b
Abb. 2a,b
Abb. 3a,b

Literatur

  1. Vogt K, Jalowayski AA, Althaus W, Cao C, Hahn D, Hasse W, Hoffrichter H, Mösges R, Pallanch J, Shah-Hosseini K, Peksis K, Wernecke KD, Zhang L, Zaporoshenko P (2010) 4‑Phase-Rhinomanometry(4PR) – basics and practice. Rhinol Suppl 21:1–50

    PubMed  Google Scholar 

  2. Mlynski G, Beule A (2008) Diagnostic methods of nasal respiratory function. HNO 56(1):81–99

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  3. Vogt K, Wernicke K‑D, Behrbohm H, Gubisch W, Areale M (2016) Four-phase rhinomanometry: a multi centric retrospective analysis 0f 36,563 clinical measurements. Eur Arch Otorhinolaryngol 271:1185–1198

    Article  Google Scholar 

  4. Chhabra N, Houser SM (2009) The diagnosis and management of empty nose syndrome. Otolaryngol Clin North Am 41:311–330

    Article  Google Scholar 

  5. Goubergrits L, Mevert R, Yevtushenko P, Schaller J, Kertzscher U, Meier S, Schubert S, Riesenkampff E, Kuehne T (2013) The impact of MRI-based inflow for the hemodynamic evaluation of aortic coarctation. Ann Biomed Eng 41(12):2575–2587

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  6. Hildebrandt T, Goubergrits L, Heppt WJ, Bessler S, Zachow S (2013) Evaluation of the intranasal flow field through computational fluid dynamics. Facial Plast Surg 29(2):93–98

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  7. Heppt W, Hildebrandt T, Vent J (2015) Treatment of nasal valve stenosis. HNO 63(3):227–242

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  8. Wexler DB, Davidson TM (2004) The Nasal Valve. A review of the anatomy, imaging, and physiology. Am J Rhinol 18(3):143–150

    PubMed  Google Scholar 

  9. Scherer PW, Hahn I, Mozell MM (1989) The biophysics of nasal airflow. Otolaryngol Clin North Am 22(2):265–278

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  10. Hahn I, Scherer PW, Modell MM (1993) Velocity profiles measured for airflow through a large-scale model of the human nasal cavity. Model Physiol 75:2273–2287

    CAS  Google Scholar 

  11. Zachow S, Muigg P, Hildebrandt T, Weber R, Heppt W (2009) Visual exploration of nasal airflow. IEEE Trans Vis Comput Graph 15(6):1407–1414

    Article  PubMed  Google Scholar 

  12. Even-Tzur N, Kloog Y, Wolf M, Elad D (2008) Mucus secretion and Cytoskeletal modifications in cultured nasal epithelial cells exposed to wall shear stresses. Biophys J 95(6):2998–3008

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  13. Tarran R, Button B, Picher M, Paradiso AM, Ribeiro CM, Lazarowski ER, Zhang L, Collins PL, Pickles RJ, Fredberg JJ, Boucher RC (2005) Normal and cystic fibrosis airway surface liquid homeostasis, the effects of phasic shear stress and viral infections. J Biol Chem 280:35751–35759

    Article  CAS  PubMed  PubMed Central  Google Scholar 

  14. Bongrazio M (2004) Wandschubspannungsregulierte Expression von Proteinen der Thrombospondin Type-1 Repeat (TSR) Familie in Endothelzellen. Dissertationsschrift. Freie Universität Berlin, Berlin

    Google Scholar 

  15. Schmidt VJ (2008) Die Koordination des Gefäßverhaltens in der Mikrozirkulation wird durch Connexine mit spezifischen Eigenschaften vermittelt. Dissertationsschrift. Universität zu Lübeck, Lübeck

    Google Scholar 

  16. Hildebrandt T, Goubergrits L, Heppt WJ, Bessler S, Zachow S (2013) Evaluation of the intranasal flow field through computational fluid dynamics. Facial Plast Surg 29(2):93–98

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  17. Doorly DJ, Taylor DJ, Gambaruto AM, Schroter RC, Tolley N (2008) Nasal architecture: form and flow. Philos Trans R Soc A Math Phys Eng Sci 366:3225–3246

    Article  CAS  Google Scholar 

  18. Hildebrandt T, Heppt WJ, Kertzscher U, Goubergrits L (2013) The concept of rhinorespiratory homeostasis – a new approach to nasal breathing. Facial Plast Surg 29(2):85–92

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  19. Hildebrandt T (2011) Das Konzept der Rhinorespiratorischen Homöostase – ein neuer theoretischer Ansatz für die Diskussion physiologischer und physikalischer Zusammenhänge bei der Nasenatmung. Dissertationsschrift. Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, Freiburg i. Br.

    Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Limmatklinik, Hardturmstrasse 133, 8005, Zürich, Schweiz

    T. Hildebrandt

  2. Labor für Biofluidmechanik, Charité Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Deutschland

    J. Osman & L. Goubergrits

Authors
  1. T. Hildebrandt
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  2. J. Osman
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  3. L. Goubergrits
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Corresponding author

Correspondence to T. Hildebrandt.

Ethics declarations

Interessenkonflikt

T. Hildebrandt, J. Osman und L. Goubergrits geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Dieser Beitrag beinhaltet keine von den Autoren durchgeführten Studien an Menschen oder Tieren.

Additional information

Redaktion

M. Canis, Göttingen

T. Hoffmann, Ulm

J. Löhler, Bad Bramstedt

P. Mir-Salim, Berlin

A. Neumann, Neuss

S. Strieth, Mainz

CME-Fragebogen

CME-Fragebogen

Welche der folgenden Aussagen ist korrekt? Unter dem Begriff der Wandschubspannung versteht man …

die Oberflächenspannung des Nasensekrets.

die Scherkraft der Luftströmung an der Nasenwand.

das Spannungsgefühl bei trockener Nasenschleimhaut.

die treibende Druckkraft.

die Knorpelspannung.

In welchem der nachfolgend genannten Bereiche ist der Druckverlust bzw. der Flusswiderstand in der Nasenhöhle am höchsten?

Im Bereich der Choane

An den unteren Nasenmuscheln

Am Isthmus nasi

In der Riechspalte

Im mittleren Nasengang

Welcher der nachfolgend genannten Parameter kommt in den Stromlinien zum Ausdruck?

Strömungsverlauf

Temperatur

Druckverhältnisse

Wandschubspannung

Strömungswiderstand

In welchem der nachfolgend genannten Bereiche verläuft inspiratorisch der Hauptluftstrom in der Nase?

Im unteren Nasengang

In der Riechspalte

In der gesamten Nasenhöhle

Im mittleren Drittel

An der lateralen Nasenwand

Welches der im Folgenden genannten Kriterien ist wesentlich für reale Fluide?

Sie haben eine Masse.

Bei ihnen tritt innere Reibung auf.

Sie sind flüssig.

Sie sind gasförmig.

Sie sind kompressibel.

Welches der nachfolgend genannten Verfahren ist Voraussetzung für die Durchführung einer numerischen Strömungssimulation?

Rhinomanometrie

Rhinoskopie

Endoskopie

Computertomographie

Akustische Rhinometrie

Welche der folgenden Aussagen ist zutreffend? Bei finiten Volumenelementen handelt es sich um ...

Punkte.

Dreiecke.

Teile der Nasenmuscheln.

Tetraeder.

Teilchen.

Welcher der nachfolgend genannten Parameter wird bei der Durchführung einer numerischen Strömungssimulation iterativ ermittelt?

Optimale Anzahl der Volumenelemente im Rechengitter

Anzahl der darzustellenden Stromlinien

Randbedingungen für die Rechnung

Die zugrunde liegende 3‑D-Geometrie

Voxelgröße

Welche der im Folgenden genannten Maßnahmen bzw. Weiterentwicklungen könnte in Zukunft die automatische Segmentierung der Computertomographie (CT)-Schnittbilder ermöglichen?

Verbesserte Computertechnik

Höhere CT-Auflösung

Statistisches Formmodell der Nasenhöhle

Nasenspülung vor Durchführung der CT

Verzicht auf Linsenschutz

Welcher der im Folgenden genannten Vorteile ist bei der numerischen Strömungssimulation der entscheidende?

Sie ist schnell und einfach durchführbar.

Sie ist kostengünstig.

Sie liefert örtlich und zeitlich noch aufgelöste Detailinformationen über die Strömung in der Nasenhöhle.

Diese Methode kann vom medizinischen Personal leicht erlernt werden.

Sie wird direkt am Patienten durchgeführt.

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Hildebrandt, T., Osman, J. & Goubergrits, L. Numerische Strömungssimulation. HNO 64, 611–618 (2016). https://doi.org/10.1007/s00106-016-0209-8

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