Математическое моделирование воздушного потока в верхних дыхательных путях методом вычислительной гидродинамики

Согласно современным представлениям, аномалии окклюзии являются фактором развития синдрома апноэ во сне, так как при них наблюдается сужение верхних дыхательных путей (ВДП). Оценка морфологических изменений ВДП по рентгенограммам – этап ортодонтической диагностики. Понять, как эти изменения влияют на дыхательную функцию, помогает математическое моделирование методом вычислительной гидродинамики (ВГД). С помощью данного метода можно оценить давление, скорость, турбулентность и другие параметры в любой точке ВДП.

Провели анализ 63 КЛКТ. Выделяли трёхмерные модели ВДП и на них проводили математическое моделирование воздушного потока методом ВГД. Показано, что пациенты с дистальной окклюзией и наклоном головы вперед и вверх чаще имеют аэродинамические особенности, характерные для пациентов с апноэ во сне.

Цель исследования – оценка связи анатомических параметров ВДП с параметрами воздушного потока внутри них у взрослых пациентов с сагиттальными аномалиями окклюзии с помощью математического моделирования методом ВГД на основании данных конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ).

1. Barkdull G.C., Kohl C.A., Patel M., Davidson T.M. Computed tomography imaging of patients with obstructive sleep apnea. Laryngoscope. 2008;118:1486- 1492.

2. Behrents R.G., Shelgikar A.V., Conley R.S. Obstructive sleep apnea and orthodontics: An American Association of Orthodontists White Paper. Am J Orthod Dentofac Orthop. 2019;156:13-28.

3. Brennan L.C., Kirkham F.J., Gavlak J.C. Sleep-disordered breathing and comorbidities: role of the upper airway and craniofacial skeleton. Nature and Science of Sleep. 2020;12:907-936.

4. Chen H., Li Y., Reiber J.H. Analyses of aerodynamic characteristics of the oropharynx applying CBCT: obstructive sleep apnea patients versus control subjects. Dentomaxillofac Radiol. 2018;47(2):2170-2238.

5. Chen Н., Aarab G., de Ruiter M.H.T. Th ree-dimensional imaging of the upper airway anatomy in obstructive sleep apnea: a systematic review. Sleep Medicine. 2016;21:19-29.

6. Enlow D.H., Hans. M. G. Essentials of Facial Growth. Philadelphia: W.B. Saunders Company. 1996.

7. Flores-Mir C., Korayem M., Heo G. Craniofacial morphological characteristics in children with obstructive sleep apnea syndrome: A systematic review and metaanalysis. JADA. 2013;144(3):269-277.

8. Hori Y., Shizuku H., Kondo A. Endoscopic evaluation of dynamic narrowing of the pharynx by the Bernouilli eff ect producing maneuver in patients with obstructive sleep apnea syndrome. Auris Nasus Larynx. 2006;33:429-432.

9. Huynh N., Desplats E., Almeida F. Orthodontics Treatments for Managing Obstructive Sleep Apnea Syndrome in Children: A Systematic Review and Metaanalysis. Sleep Medicine Reviews. 2016;25:84-94.

10. Iwasaki T., Saitoh I., Takemoto Y. Evaluation of upper airway obstruction in Class II children with fluidmechanical simulation. Am J orthodont and dentofacial orthopedics. 2011;139(2):135-145.

11. Iwasaki T., Suga H., Yanagisawa-Minami A. Relationships among tongue volume, hyoid position, airway volume and maxillofacial form in paediatric patients with Class-I, Class-II and Class-III malocclusions. Orthodontics & craniofacial research. 2019;22(1):9-15.

12. Jordan A.S., McSharry D.G., Malhotra A. Adult obstructive sleep apnoea. Lancet. 2014;383:736-747.

13. Masoud A.I., Jackson G.W., Carley D.W. Sleep and airway assessment: A review for dentists. CRANIO®. 2016.

14. Moriwaki H., Inoue Y., Namba K. Clinical signifi cance of upper airway obstruction pattern during apneic episodes on ultrafast dynamic magnetic resonance imaging. Auris Nasus Larynx. 2009;36(2):187-191.

15. Wakayama T., Suzuki M., Tanuma T. Effect of nasal obstruction on continuous positive airway pressure treatment: computational fl uid dynamics analyses. PLoS ONE. 2016;11(3):Е015-Е0951.

16. Wese J., Lungu A., Peters J. CFD- and Bernoulli-based pressure drop estimates: a comparison using patient anatomies from heart and aortic valve segmentation of CT images. Med Phys. 2017;44(6):2281-2292.