Was hat eine Nasen-OP mit einer CFD Simulation zu tun?

Vor etwa 20 Jahren habe ich mich selbst im Bundeswehrkrankenhaus in Ulm einer Nasen-OP unterzogen, da ich auf einer Nasenseite schlecht Luft bekommen habe.

Abbildung 1: Nasenraum

Da ich gerne Bescheid weiß, was so passiert, habe ich das Ganze während der Teilnarkose mitverfolgt. Der Chirurg agierte wie ein Bildhauer mit Hammer und Meißel. Dabei habe ich mich gefragt, ob er wohl die richtigen Stellen bearbeitet und was passiert, wenn er abrutscht. Es ist nicht eine meiner schönsten Erinnerungen, dennoch hat mich das Thema weiter beschäftigt. Inwieweit diese mittelalterlichen Methoden vielleicht moderneren Verfahren Platz gemacht haben, weiß ich nicht, aber ob der Knochen an der richtigen Stelle entfernt wird, das können wir Ihnen bzw. dem Chirurgen mit Hilfe von Strömungssimulationen heute sagen.

Abbildung 2: Druckverlauf

Damals hatten wir bei einfachen Strömungsmodellen sehr lange Rechenzeiten und auch der Modellierungsaufwand war im Vergleich zu heute extrem langwierig.
Eine Strömungsberechnung wären hier schwierig bis unmöglich gewesen, auch die Erfassung der Geometrie und somit eine CFD Simulation wäre wohl eher Sache eines Pathologen gewesen. Heute können wir mit wenig Aufwand anhand eines CT-Scans die exakte Geometrie der Knochen- und Knorpelstruktur des jeweiligen Patienten nachmodellieren und den Druckverlust bzw. den Volumenstrom der beiden Nasenlöcher mit einer CFD Simulation bestimmen. Abbildung 2 zeigt den Druckverlauf, Abbildung 3 die Stromlinien.

Durch lokale Änderung der Nasenstruktur lassen sich die Auswirkungen eines chirurgischen Eingriffs (Erweiterung des Nasenraums im Rechenmodell) simulieren.
Das Kriterium, ob das Strömungsverhalten bei der OP besser oder schlechter wird, kann anhand von klaren Zahlen wie dem Volumenstrom durch die beiden Nasenlöcher bei gleichen Differenzdrücken bewertet werden.

Abbildung 3: Stromlinien in Nasenrau

Darüber hinaus kann bei der CFD Simulation auch die Verteilung des Wasserdampfes in der Atemluft rechnerisch bestimmt und bewertet werden. Atmen wir trockene Luft ein, dann verträgt das die Lunge nicht so gut. Die Atemluft muss befeuchtet werden. Die Nase funktioniert hier wie ein Klimagerät, was die richtige Feuchtigkeit einstellt. Abbildung 4 zeigt die trockene Luft (blau) im rechten Nasenloch, die angesaugt wird und dann befeuchtet (rot) in Richtung Luftröhre geht.

Abbildung 4: Befeuchtung der Atemluft

Vielleicht ist es in ein paar Jahren möglich, durch eine gekoppelte Struktur- und Strömungssimulation (FSI=Fluid-Structure-Interaction) das Schnarchen zu simulieren.
OP-Verfahren, die für eine Linderung sorgen wären dann denkbar.

Wir arbeiten auf jeden Fall weiter mit Hochdruck an dem Thema.

In diesem Sinne wünsche ich Ihnen einen langen Atem.

Wenn Sie sich fragen, ob auch bei Ihrem ganz persönlichen Projekt eine CFD Simulation möglich ist beraten wir Sie gerne. Nutzen Sie hier unser Kontaktformular.

Ihr Stefan Merkle

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