经鼻腔输送药物颗粒在人体鼻腔沉积特征的数值模拟研究

目的建立正常成年人鼻腔模型,采用数值模拟方法探究不同吸入状态下颗粒在鼻腔中的沉积规律,为改进鼻腔给药装置的设计与应用提供思路。方法依据健康成年人的鼻腔CT图像,建立自前鼻孔至鼻咽部的有限元模型,设定不同气流速度以代表不同的人体吸入状态(Q=15 L/min代表平静呼吸;Q=60 L/min代表说话状态;Q=90 L/min代表咳嗽状态),分别模拟物理性质相同的颗粒(ρ=1550 kg/cm^(3),d=20μm)之沉积状况。结果在经鼻腔输送颗粒的设定条件保持一致的情况下,观察到所研究的3种吸入状态下,鼻腔各解剖分区的沉积量差异较大。在平静呼吸条件下,鼻腔总体沉积量最多,且此状态下鼻咽部的沉积量最高;在说话及咳嗽两种状态下,嗅区的沉积差异不大,且较平静呼吸时更为显著;咳嗽状态下鼻咽部仅观察到极少量的沉积。结论当使用经鼻装置给药时,可建议患者采用相应动作配合给药,以尽可能地使得药物在相应靶点表面的沉积达到最大值,从而获得更大的药物作用机会,获得更为理想的临床疗效。

呼吸气流中颗粒在鼻腔及鼻咽腔沉降的物理力学因素分析

目的通过建立健康人鼻及鼻咽腔生物力学数值模型,模拟计算不同物理力学因素影响下呼吸气流中物质颗粒的沉降情况,初探鼻及鼻咽腔特有的物理力学环境激励与原发于该部疾病之间的相关性。方法获取健康成年人鼻及鼻咽部多层螺旋CT数据,建立三维数值模型,依据不同气流流率、颗粒粒径及颗粒密度条件,对鼻腔及鼻咽腔气流中的颗粒沉降进行模拟。结果(1)鼻腔压强变化梯度在鼻阈及下鼻甲前端较鼻腔其他部位大,鼻咽腔压强变化梯度在鼻咽顶后壁及咽隐窝处较大。(2)气流在总鼻道及鼻咽腔中下部呈层流,在鼻咽顶后壁及咽隐窝处呈涡流,气流流速在鼻咽顶后壁及咽隐窝处低于鼻咽中下部。(3)在气流流率为30、60 L/min条件下,不同粒径、不同密度的颗粒在整个重建模型的沉积率均可达80%以上;在颗粒粒径为10、15μm条件下,不同气流流率、不同密度颗粒在整个重建模型的沉积率均可达90%以上;当颗粒密度及气流流率不变,颗粒粒径越小,其在鼻咽部沉降越多,颗粒粒径越大,其在鼻腔前部沉降越多,在鼻咽部沉降越少。结论建立鼻腔及鼻咽腔生物力学数值模型,可以从生物力学角度探究鼻及鼻咽腔颗粒沉降的物理力学影响因素。气流速度、颗粒粒径及颗粒密度对颗粒沉积率均有影响,其中颗粒粒径的影响程度最大。