基于3D打印和CT三维重构数值模拟上呼吸道气流状态的研究方法

• 作者: 史剑波 喜扬洋 林凯 胡文清 詹杰民 邓洁
• 来源期刊: 医用生物力学
• 学科: 医学
• 关键词: 上呼吸道 三维重构 3D打印 物理实验 计算流体动力学
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 所属期刊栏目: 论著
• 页码范围: 289-295
• 页数: 7页
• 分类号: R318.01
• 语种: 中文
• DOI: 10.16156/j.1004-7220.2020.03.005

摘要

目的 建立物理模型实验和数值模拟相结合的方法,用于研究上呼吸道气流状态.方法 基于网上公开CT医学图像,重建人体上呼吸道三维模型.基于3D打印技术,建立上呼吸道实验模型,进行呼吸的流量过程测量实验;通过对上呼吸道三维模型进行网格划分,采用湍流Realizablek-ε数值模型进行计算.结果 首先进行与实验工况对应的数值模拟对比研究,得到与实验吻合的结果.数值模拟结果表明,呼吸过程中的气流的流动轨迹呈抛物线形状,呼气和吸气阶段的流场、壁面压力和涡结构分布很大区别,呼吸交换过程中上下鼻道有空气残留.另外,通过脉线、压力分布和涡结构分布情况,初步分析气流对上呼吸道生理环境的影响.结论 该方法具有针对性、快速性和准确性的特点,充分发挥了物理实验可靠和数值模拟精细的优点,适用于不同个案上呼吸道不同问题的研究,对临床个性化诊疗具有价值.