2020年7月22日

气溶胶模型针对窦性炎症

信用:CC0公共领域

击中最佳击球点可以带来不同,尤其是对于患有慢性鼻窦感染的患者。

使用新说明 据南达科他州立大学助理机械工程教授Saikat Basu称,这可能有助于向患病的鼻窦组织提供至少八倍的消炎药。他一直在使用计算流体动力学进行建模 作为北卡罗来纳大学教堂山医学院的国家卫生研究院项目的一部分,该计划旨在帮助患有慢性鼻窦问题的患者。

Basu于2016年4月开始与UNC耳鼻咽喉科副教授Julia S. Kimbell进行博士后研究。自2019年1月加入SDSU以来,他一直保持着这种合作关系。

巴苏说:“局部喷洒是减少鼻窦炎症的第一线疗法。只有在药物不再起作用时才使用外科手术。”新的方案可以帮助更多的患者在不诉诸鼻窦手术的情况下得到缓解,从而降低医疗保健成本。

根据Medscape.com 2019年7月的一篇文章,超过14%的美国人患有慢性鼻窦炎-并且这些数字正在增加。治疗该病每年估计需要花费3.4到50亿美元。

调整角度,深度

研究人员发现,喷雾嘴应插入鼻孔五分之八英寸,并以35至45度角固定,以实现最佳药物分配。

Basu解释说:“与目前的鼻喷雾指南相比,这是一种更深的插入方式和更陡的角度,将使药物到达所需部位的机会增加八到十倍。”他是2020年6月号文章中描述气溶胶建模结果的文章的主要作者。 科学报告.

Basu说:“当更多的药物到达这些关键区域时,效果会更好。” Basu发表了近十篇有关鼻内运输和局部用药的期刊论文。

Basu说:“这项研究证明了工程分析工具如何能够彻底改变医疗保健。”他指出,这些发现也与为缓解COVID-19大流行而开发的鼻内疫苗有关。

建立,验证模型

为了确定如何将类固醇喷雾剂喷洒到受影响的窦腔,研究小组使用了来自慢性鼻窦炎患者的CT扫描来建立3D打印模型。然后,Basu将3-D模型通过计算方式集成到ANSYS软件中,并模拟药物运输和吸入气流。

巴苏说:“挑战之一是复杂的鼻道结构。”为了克服这一挑战,他将鼻腔通道分为12段。然后,他将雾滴大小(介于5到25微米之间)的数据以及喷雾瓶被激活的力合并到了计算模型中。

他说:“微滴进一步渗透到空气空间。” “要使更大的液滴击中目标,我们需要正确调整喷雾瓶的方向。”

与医生商量后,研究人员在鼻窦中选择了一条狭窄的走廊,称为眼底膜复合物,作为沉积消炎药的最佳位置。巴苏解释说,来自上鼻窦腔的粘液通过该通道排入脸颊下方的下部区域。

为了通过实验验证Basu的计算模型,研究人员在喷雾中添加了放射性颗粒,以跟踪液滴在柔性3D打印鼻腔模型中的沉积位置。复制 喷嘴的角度和插入鼻道的深度,研究人员使用了专门设计的定位装置。

另外,连接到流量阀的真空管路可根据呼吸数据模拟气流。他说:“这些需要进行鼻窦手术的患者的鼻窦中的气流常常因病情而受到损害。”严格的实验测试证实了Basu预测模型的准确性。

下一步将招募患者进行临床试验。为此,Basu和UNC研究人员正在申请进一步的NIH资助,以与杜克大学和威斯康星大学的医学院合作。

更多信息: Saikat Basu等。用于改善鼻腔药物输送的喷雾位置的数值评估, 科学报告 (2020)。 DOI:10.1038 / s41598-020-66716-0

期刊信息: 科学报告

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