Date post: | 29-Apr-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | phungthuan |
View: | 220 times |
Download: | 1 times |
NON-INVASIVE UPPER AIRWAY STUDY USING COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS AND CT-SCAN
TO IMPROVE THE TREATMENT OF OBSTRUCTIVE SLEEP APNEA SYNDROME.
International Center for Numerical Methods in Engneering Edificio C1, Campus Norte UPC
Gran Capitán, s/n 08034 Barcelona, Spain
www.cimne.upc.es
Noviembre 24-11-2011
NON-INVASIVE UPPER AIRWAY STUDY USING COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS AND CT-SCAN TO IMPROVE THE TREATMENT OF
OBSTRUCTIVE SLEEP APNEA SYNDROME.
Reporte Técnico CIMNE-BIOMENG CIMNE BIOMEDICAL ENGINEERING DEPARTAMENT
© The Authors
PN112011_BIOMENG_V2 Página 3 de 68
HISTORIA
Versión Fecha Anotaciones
V1 05-11-2011 Autores: ES, MB, JIG, AA, BS, JC, FAV. Primera versión
V1.1 05-11-2011 Autores: ES, MB, JIG, AA, BS, JC, FAV Se agregan correcciones sobre la V1
V1.2 22-11-2011 Autores: MB, ES, FAV, AA, JC Modificaciones de la zona de estudio de los pacientes (CMS, AGG, RDM, JAAR). Se ha añadido imágenes 3D de los pacientes JAAR, ERG y FCV a petición de AA. Falta paciente ERG.
V2 24-11-2011 Autores: ES, MB, BS, FAV, AA, JC Segunda Versión
Eduardo Soudah1 (ES), Maurizio Bordone1 (MB), Joaquin Irazabal Gonzalez2 (JIG), Alberto Álvarez Suárez2 (AA), Benjamín Suarez1 (BS), Dr.Juan Cobo2 (JC), Dr.Félix Antonio De Carlos Villafranca2 (FAV). 1CIMNE Biomedical Engineering Department. Centre Internacional de Mètodes Numèrics en Enginyeria. Edifici C1, Campus Nord‐UPC, Gran Capità, s/n, 08034 Barcelona. E‐mail: [email protected] Página Web: www.cimne.com. 2 Asturiana de Dispositivos Intraorales para el Tratamiento de la Apnea del Sueño S.L. C/ Catedrático José Serrano 10 Bajo. 33006. Oviedo. Asturias. España. [email protected] Página Web: www.aditas.es
Indice Resumen estudio. ....................................................................................................................................... 4
Paciente AGG ............................................................................................................................................... 5
Paciente AAS .............................................................................................................................................. 11
Paciente CPC ............................................................................................................................................. 14
Paciente CMS ............................................................................................................................................. 22
Paciente ERG ............................................................................................................................................. 28
Paciente FCV .............................................................................................................................................. 35
Paciente JAAR ............................................................................................................................................ 44
Paciente JPA .............................................................................................................................................. 51
Paciente MAA ............................................................................................................................................. 57
Paciente RDM ............................................................................................................................................. 59
Conclusiones. ............................................................................................................................................ 65
PN112011_BIOMENG_V2 Página 4 de 68
Resumen estudio.
El estudio pretende simular los cambios de velocidad y presión en casos de sujetos que presentan apnea
durante el sueño, debida a malformaciones anatómicas del tracto faríngeo. Se están estudiando 3 casos
para las siguientes disposiciones:
‐ Caso1: situación de reposo
‐ Caso2: con dispositivo DAM, y boca cerrada
‐ Caso3: con dispositivo DAM, y boca abierta
A continuación se detallan las condiciones utilizadas para la generación del modelo numérico y
simulación.
1. Procedimientos adquisición geometrías (TAC 3D).
2. Cálculo y análisis fluido‐dinámica (CFD). (CIMNE).
3. Condiciones y propiedades físicas (Aire a 25º).
a. Inlet: Nariz, imposición de la velocidad U=A∙sin(2πft) con T=3.75 o T=1 sec
(T=1/f) o y valores de A tales que produzcan un volumen de aire de
aproximativamente 500ml.
b. Outlet: Laringe P=0
c. Flujo Laminar
d. Densidad ρ = 1.1614 kgm‐3
e. Viscosidad Dinámica μ = 1.846x10‐5 kgm‐1s‐1
Para un correcto análisis de los resultados, el flujo de aire se ha normalizado para las 3 disposiciones diferentes, tomando siempre como situación de referencia la situación de reposo. Se han realizado 25 cortes transversales equiespaciados a lo largo del eje central de la faringe. En los casos donde no fue posible segmentar la cavidad orofaringea hasta las cavidades nasales se ha realizado un número inferior de cortes, de modo pero que las secciones resultantes fueran a la misma altura “anatómica” para cada prueba.
Para cada uno de los pacientes los resultados obtenidos han sido:
1. Distribución de presiones en diferentes secciones transversales de la faringe. 2. Análisis gráfica de la distribución de presión en una sección longitudinal pasante por
el eje de la geometría. 3. Distribución de velocidad en la sección longitudinal central de la faringe. 4. Análisis gráfica del campo de velocidades en una sección longitudinal pasante por el
eje de la geometría. 5. Comparación de las áreas en diferentes secciones transversales de la faringe.
Cada uno de estos resultados se muestra para cada una de las disposiciones de cada paciente.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 5 de 68
Paciente AGG
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Cerrada y Boca Abierta), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Secciones Sin DAM DAM & Boca Cerrada DAM & Boca Abierta % DAM Boca Cerrada & SIN DAM % DAM Boca Abierta & SIN DAM
1 212,45 326,74 255,83 53,79618734 20,4189221
2 178,01 272,4 220,85 53,02511095 24,0660637
3 134,67 199,55 189,76 48,17702532 40,90740328
4 108,51 177,54 177,06 63,61625657 63,17390102
5 56,367 113,89 113,07 102,0508454 100,5960935
6 32,957 62,513 79,528 89,68049276 141,3083715
7 29,136 49,341 273,16 69,34719934 837,5343218
8 85,569 107,72 226,28 25,88671131 164,4415618
9 104,09 125,95 184,56 21,00105678 77,30809876
10 138,39 167,88 180,26 21,30934316 30,25507623
11 175,63 232,49 175,43 32,37487901 ‐0,113875762
12 218,48 279,64 168,81 27,99340901 ‐22,73434639
13 217,56 300,73 186,24 38,22853466 ‐14,39602868
14 237,09 328,98 204,64 38,75743389 ‐13,68678561
15 328,04 411,87 209,76 25,55481039 ‐36,05657847
16 291,3 313,27 271,41 7,542052866 ‐6,828012358
17 275,99 262,1 332,11 ‐5,032791043 20,33407008
18 224,9 189,02 282,6 ‐15,95375723 25,65584704
19 171,38 163,12 175,33 ‐4,819698915 2,304819699
20 157,56 167,05 140,41 6,02310231 ‐10,88474232
21 169,89 199,01 154,54 17,14050268 ‐9,035258108
22 196,18 194,63 183,4 ‐0,790090733 ‐6,514425528
23 184,05 205,83 171,62 11,83374083 ‐6,753599565
24 205,86 253,76 194,86 23,26824055 ‐5,343437287
25 258,28 320,27 250,19 24,00108409 ‐3,132259563
26 326,86 325,4 317,16 ‐0,446674417 ‐2,967631402
27 271,87 279,35 275,01 2,751314967 1,154963769
PN112011_BIOMENG_V2 Página 6 de 68
Graficando los resultados observamos que la mayor diferencia se produce alrededor de la zona posterior
al paladar blando.
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin DAM. Observamos que las mayores diferencias se producen entre la
configuración con DAM y Boca Abierta. La zona marcada por el círculo indica el aumento de área como
consecuencia al espacio que se crea en la cavidad oral por el movimiento de lengua y paladar blando.
‐100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
% DAM Boca Cerrada & SIN DAM
% DAM Boca Abierta & SIN DAM
PN112011_BIOMENG_V2 Página 7 de 68
A continuación se muestra la distribución de presiones en el momento de máximo flujo (en inspiración y
expiración) para la sección longitudinal media de la faringe para las diferentes configuraciones.
Ilustración 1 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (Sin DAM)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 8 de 68
Ilustración 2 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
El círculo verde, indica la parte de la geometría correspondiente a la cavidad bucal, que se produce
entre la lengua y el paladar blando.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 9 de 68
Ilustración 3 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 10 de 68
A continuación se muestra la distribución de velocidades en el momento de máximo flujo (en inspiración y
expiración) para la sección longitudinal media de la faringe para las diferentes configuraciones. También
para las velocidades se ha considerado la segunda parte de la simulación, tomando en consideración el
segundo ciclo de respiración, donde el flujo presenta una mayor estabilización.
Distribución de velocidades y visualización de en una sección longitudinal de la Faringe
Ilustración 4: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (sin DAM)
Ilustración 5: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 6: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 11 de 68
Paciente AAS
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Cerrada y Boca Abierta), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Graficando los resultados observamos que en la disposición sin DAM y DAM&Boca Cerrada muestra
cambios significativos respecto a las otras configuraciones.
Secciones SIN DAM DAM & BOCA CERRADA DAM & BOCA ABIERTA % DAM Boca Cerrada & SIN DAM % DAM Boca Abierta & SIN DAM
1 155,55 170 156,23 9,456766313 0,43715847
2 164,11 206 168 25,40369265 2,540978612
3 216,37 159 183,95 ‐26,51476637 ‐14,98359292
4 213,4 182,98 204,85 ‐14,25492034 ‐4,00656045
5 172,58 207 178,5 19,7299803 3,430293197
6 145,47 176 136 21,1040077 ‐6,255585344
7 132,74 138 135 3,751695043 1,905981618
8 105,39 139,94 112,75 32,78299649 6,98358478
9 144,21 117 160 ‐19,11101865 10,97704736
10 244,68 141,55 257 ‐42,14892921 4,863495177
11 223,56 270,42 244 20,96081589 9,330828413
12 139,24 278 171,25 99,99281816 22,9890836
13 142,5 180,51 207 26,67368421 45,48070175
14 228,12 125 200 ‐45,05085043 ‐12,19971945
15 142,27 193 94 35,86139031 ‐34,1126028
16 112,8 172,53 71 52,95212766 ‐36,72074468
17 102,48 126 34 22,60928962 ‐67,04039813
18 46 130,58 76,505 184,1289873 66,46720919
19 85,416 78 157 ‐9,081436733 83,36143111
PN112011_BIOMENG_V2 Página 12 de 68
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin dispositivo DAM.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 13 de 68
A continuación se muestra la distribución de velocidades/Stream‐lines y la distribución de presiones en
una sección longitudinal de la faringe para cada una de las disposiciones anteriores
Distribución de Presiones y Campo de Velocidades en 19 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 7 Campo de velocidades y presiones en el momento de máximo flujo (Sin DAM)
Ilustración 8 Campo de velocidades y presiones en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 9 Campo de velocidades y presiones en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 14 de 68
Paciente CPC
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Cerrada y Boca Abierta), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Section Sin DAM CPC_DAM&BOCA_Cerrada CPC_DAM&BOCA Abierta %DAM Boca Cerrada & Sin DAM %DAM Boca Abierta & Sin DAM
1 293,01 417,68 263 59,62879519 18,17401566
2 318,82 323,36 288,28 ‐10,6314433 14,18204015
3 302 316,8 284,69 ‐13,50440806 ‐38,40680101
4 212 226,16 274,86 18,58427561 ‐28,16901408
5 135,68 134,07 183,24 76,29859933 ‐41,63997236
6 94 92,865 136 99,026991 ‐8,037320893
7 93 89,019 117,67 126,5010861 87,34784212
8 221,78 209,31 132,17 110,4953859 155,5621872
9 351,83 382,54 268,49 54,95190521 111,5014655
10 495,92 523,37 351,94 25,48500499 64,63695152
11 417 554,36 355 28,56947421 18,7924666
12 321,32 484,16 418 79,68182058 1,690986672
13 293,32 441,38 362 73,56354214 38,42947274
14 239 392,81 326,86 52,19170076 16,46565007
15 201 329,17 306,51 80,29438465 10,39424199
16 176 275,85 253,75 132,5581395 19,05599755
17 189 265,83 179,63 69,83423402 ‐4,796891129
18 197 318,73 171 66,41873278 8,798898072
19 242 341,27 156 53,82036527 18,65899425
20 264,98 379,9 164,85 48,30326559 45,16556291
21 230,43
PN112011_BIOMENG_V2 Página 15 de 68
Graficando los resultados observamos como varia el área para las 3 configuraciones diferentes.
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin DAM. En este caso se observa que se producen mayores diferencias en la
disposición con DAM y boca cerrada.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 16 de 68
A continuación se muestra la distribución de presiones para el instante máxima inspiración y expiración
en una sección longitudinal de la faringe para cada una de las disposiciones anteriores
Distribución de Presiones en 20 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 10 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (Sin DAM)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 17 de 68
Ilustración 11 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca
Abierta)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 18 de 68
Ilustración 12 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca
Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 19 de 68
Ilustración 13 Distribución de Velocidad en inspiración‐expiración (sin DAM)
Ilustración 14 Distribución de Velocidad en inspiración‐expiración (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 15 Distribución de Velocidad en inspiración‐expiración (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 20 de 68
Para este paciente se ha realizado un estudio comparativo de evolución de la presión a lo largo de una
sección longitudinal para los instantes máximos en la inspiración y la espiración para los 3 diferentes
estados observamos lo siguiente:
Sin DAM: El punto más cercano a las abscisas, sería la parte más distal de la geometría (Laringe),
mientras que la parte más alejada nos indicaría la parte más proximal (nariz y boca) Las líneas
verticales muestran las diferentes secciones a lo largo de la faringe en la zona más proximal. Los
dos ciclos horizontales muestran la distribución de presiones a lo largo de la faringe, ciclo superior
(línea verde‐azul) fenómeno de expiración y ciclo inferior (línea oro‐marrón) fenómeno de
inspiración. Gracias a estos ciclos observamos que se produce una serie de oscilaciones
(delimitadas con la línea punteada) de presiones que podrían ocasionar vibraciones.
Para la configuración DAM & Boca Cerrada, realizando el mismo análisis, observamos que las
oscilaciones se reducen considerablemente respecto a la configuración sin DAM y se produce un
pequeño salto de presiones en las secciones delimitadas por la línea punteada.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 21 de 68
Para la configuración DAM & Boca Abierta, realizando el mismo análisis anterior, observamos que
apenas se producen variaciones respecto a la configuración sin DAM.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 22 de 68
Paciente CMS
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Abierta y Cerrada), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Graficando los resultados observamos que se obtienen más mejoras con la solución con DAM y boca
abierta, sobre todo por lo que es la zona más estrecha del conducto faríngeo (secciones 3‐15). En general,
pero, ambas posiciones con DAM producen un ensanchamiento de las zonas donde se podría producir un
colapso de las paredes y dar origen a una situación de apnea.
Secciones Sin DAM DAM & Boca Cerrada DAM & Boca Abierta % DAM Boca Cerrada & SIN DAM % DAM Boca Abierta & SIN DAM
1 276,48 329,61 199,44 19,21657986 ‐27,86458333
2 234,07 244,66 190,93 4,524287606 ‐18,43038407
3 108,05 112,86 112,46 4,451642758 4,081443776
4 44,979 48,495 74,406 7,816981258 65,42386447
5 26,663 33,985 75,839 27,46127593 184,4353599
6 32,049 25,567 82,243 ‐20,22528004 156,6164311
7 42,518 65,442 89,629 53,91598852 110,8024837
8 55,02 60,625 70,899 10,18720465 28,86041439
9 70,645 87,441 91,623 23,7752141 29,69495364
10 55,245 88,124 85,221 59,51488823 54,26011404
11 52,203 75,121 68,179 43,90169147 30,60360516
12 55,92 66,281 65,996 18,52825465 18,018598
13 62,897 61,989 66,928 ‐1,443630062 6,408890726
14 68,55 63,742 71,653 ‐7,013858497 4,526622903
15 77,7 76,576 75,198 ‐1,446589447 ‐3,22007722
16 86,478 93,953 86,423 8,643816925 ‐0,063599991
17 102,69 114,8 53,086 11,79277437 ‐48,3046061
18 77,682 98,043 76,047 26,21070518 ‐2,104734688
19 131,25 139,57 149,02 6,339047619 13,53904762
20 215,37 230,89 254,54 7,206203278 18,18730557
21 323,37 368,74 344,99 14,03036769 6,68583975
22 339,92 411,72 244,45 21,12261709 ‐28,08602024
23 239,98 263,41 201,91 9,763313609 ‐15,86382199
24 228,9 216,39 206,85 ‐5,465268676 ‐9,633027523
25 240,09 185,49 225,13 ‐22,74147195 ‐6,23099671
26 235,8 203,33 222,81 ‐13,77014419 ‐5,508905852
27 193 190,9 196,41 ‐1,088082902 1,766839378
PN112011_BIOMENG_V2 Página 23 de 68
.
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin DAM. En este paciente se nota una mejoría entre la situación sin DAM y
cuando utiliza el dispositivo DAM. Sin embargo solo en algunas zona hay mejoras entre el caso de boca
cerrada (más espacios faríngeo) y boca abierta. El círculo verde indica el efecto profucido por la cavidad
bucal.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 24 de 68
A continuación se muestra la distribución de presiones para el instante máxima inspiración y expiración
en una sección longitudinal de la faringe para la disposición sin DAM y con DAM en ambos casos (Boca
abierta y cerrada).
Distribución de Presiones en 25 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 16 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (Sin DAM)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 25 de 68
Ilustración 17 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 26 de 68
Ilustración 18 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 27 de 68
A continuación se muestra la distribución de velocidad para el instante máxima inspiración y expiración en
una sección longitudinal de la faringe para la disposición sin dispositivo y con DAM Boca Abierta y Boca
Cerrada.
Distribución de velocidades y visualización de en una sección longitudinal de la Faringe
Ilustración 19: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (Sin DAM)
Ilustración 20: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 21: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 28 de 68
Paciente ERG
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Cerrada y Boca Abierta), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Graficando los resultados observamos como varia el área para las 3 configuraciones diferentes.
Observamos que existen diferencias bastante significativas entres las 3 configuraciones. Para este
paciente la disposición con DAM+boca cerrada amplía significativamente el área de la faringe.
Secciones Sin DAM DAM & Boca Cerrada DAM & Boca Abierta % DAM Boca Cerrada & SIN DAM % DAM Boca Abierta & SIN DAM
1 199,25 ND ND ND ND
2 135,33 ND ND ND ND
3 42,202 ND ND ND ND
4 24,812 80,743 49,336 225,419152 98,83927132
5 24,777 226,51 164,72 814,194616 564,8101061
6 35,62 221,66 243,22 522,2908478 582,8186412
7 65,994 237,44 239,66 259,790284 263,1542261
8 154,67 241,96 269,92 56,4362837 74,51348031
9 211,29 273,84 291,93 29,60386199 38,16555445
10 202,62 251,42 292,31 24,08449314 44,26512684
11 189,18 222,14 327,71 17,42256052 73,22655672
12 158 166,28 345,99 5,240506329 118,9810127
13 115,93 137,69 328,38 18,76994738 183,2571379
14 133,65 165,45 290,15 23,79349046 117,0968949
15 74,43 117,61 214,66 58,01424157 188,405213
16 64,842 110,36 184,82 70,19832824 185,0313069
17 82,726 116,83 170,73 41,22524962 106,3800982
18 109,68 125,8 170,71 14,69730124 55,64369074
19 141,52 139,8 179,94 ‐1,215375919 27,14810627
20 177,99 217,84 273,49 22,38889825 53,6546997
21 229,08 291,59 338,26 27,28741051 47,66020604
22 265,54 302,11 339,96 13,77193643 28,02590947
23 284,45 340,4 334,03 19,6695377 17,43012832
24 308,99 ND ND ND ND
25 412,7 ND ND ND ND
26 355,7 ND ND ND ND
27 253,7 ND ND ND ND
PN112011_BIOMENG_V2 Página 29 de 68
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin dispositivo. En este caso se observa que se producen mayores diferencias
en la disposición con DAM y boca cerrada, aunque también existen cambios significativos entre la
situación DAM y boca abierta. Las grandes diferencias son como consecuencia de la disposición de la
lengua en la cavidad bucal.
De los análisis precedentes se nota como la colocación del dispositivo influya en el volumen del conducto
de la faringe. La zona de más interés se concentra en los cortes centrales donde la configuración con Dam
y con boca abierta se obtienen mayores ganancias de apertura. Los primeros cortes también registran una
mejora en porcentaje decididamente alta , debida al hecho que el paciente cuando se encuentra sin
dispositivo presenta muy poco espacio en la zona alta del cavo oral.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 30 de 68
Geometría 3D del Paciente ERG
Caso 1 (sin dispositivo) Caso 2 (boca abierta) Caso 3 (boca cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 31 de 68
A continuación se muestra la distribución de velocidades y en una sección longitudinal de la faringe para
cada una de las disposiciones anteriores.
Distribución de Presiones en 25 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 22 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (Sin DAM)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 32 de 68
Ilustración 23 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 33 de 68
Ilustración 24 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 34 de 68
A continuación se muestra la distribución de velocidades para la sección longitudinal media de la faringe,
en el tiempo de máxima flujo aéreo. También para las velocidades se ha considerado la segunda parte de
la simulación, tomando en consideración el segundo ciclo, donde el flujo presenta una mayor
estabilización.
Distribución de velocidades y visualización de en una sección longitudinal de la Faringe
Ilustración 25: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (sin DAM)
Ilustración 26: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 27: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 35 de 68
Paciente FCV
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Cerrada y Boca Abierta), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Volúmenes FCV 3D
Caso 1 (sin DAM) Caso 2 (boca abierta) Caso 3 (boca cerrada)
Section Sin DAM FCV_DAM&BOCA_Cerrada FCV_DAM&BOCA Abierta %DAM Boca Cerrada & Sin DAM %DAM Boca Abierta & Sin DAM
1 186 298 220 59,62879519 18,17401566
2 295 263,53 336,7 ‐10,6314433 14,18204015
3 318 274,71 195,62 ‐13,50440806 ‐38,40680101
4 302,46 358,67 217,26 18,58427561 ‐28,16901408
5 318,42 561,37 186 76,29859933 ‐41,63997236
6 300,1 597,28 276 99,026991 ‐8,037320893
7 243,99 552,64 457,11 126,5010861 87,34784212
8 217,81 458,48 557 110,4953859 155,5621872
9 242,23 375,34 512,32 54,95190521 111,5014655
10 230 289,13 379,34 25,48500499 64,63695152
11 219,29 281,94 260,5 28,56947421 18,7924666
12 189,83 341,09 193 79,68182058 1,690986672
13 177,52 308,11 245,74 73,56354214 38,42947274
14 188,21 286,44 219,2 52,19170076 16,46565007
15 154 278,05 170,25 80,29438465 10,39424199
16 131 304 155,63 132,5581395 19,05599755
17 165 279,7 156,79 69,83423402 ‐4,796891129
18 182 302,05 197,47 66,41873278 8,798898072
19 200 307,41 237,14 53,82036527 18,65899425
20 219 324,71 317,84 48,30326559 45,16556291
21 326,47 302
22 307
23 324,71
24 326,47
PN112011_BIOMENG_V2 Página 37 de 68
Graficando los resultados observamos que en la disposición con DAM afecta mucho a la configuración sin
DAM.
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin dispositivo. Observamos como ya hemos mencionado anteriormente en
este paciente se producen cambios bastante significativos en la geometría de la faringe.
Del análisis anterior se entiende que el paciente presenta una mejor apertura orofaringea en los casos de
utilizo de DAM. Eso se nota sobre todo en la zona de corte entre la posicion7 y 11.
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
FCV
Sin DAM
FCV_DAM&BOCA_Cerrada
FCV_DAM&BOCA Abierta
‐100
‐50
0
50
100
150
200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
FCV
%DAM Boca Cerrada & Sin DAM
%DAM Boca Abierta & Sin DAM
PN112011_BIOMENG_V2 Página 38 de 68
A continuación se muestra la distribución de presiones para el instante máxima inspiración y expiración
en una sección longitudinal de la faringe para cada una de las disposiciones anteriores
Distribución de Presiones en 25 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 28 Campo de presiones máximos en inspiración‐expiración (sin DAM)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 39 de 68
Ilustración 29 Campo de presiones máximos en inspiración‐expiración (DAM & Boca Abierta)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 40 de 68
Ilustración 30 Campo de presiones máximos en inspiración‐expiración (DAM & Boca Abierta)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 41 de 68
A continuación se muestra la distribución de velocidad para el instante máxima inspiración y expiración en
una sección longitudinal de la faringe para cada una de las disposiciones anteriores
Distribución de velocidades y visualización de en una sección longitudinal de la Faringe
Ilustración 31 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (Sin DAM)
Ilustración 32 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 33 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 42 de 68
Como para este paciente no se observaron cambios significativos en el gradiente de presión, se ha
realizado un estudio comparativo de evolución de la presión a lo largo de una sección longitudinal para
los instantes máximos en la inspiración y la espiración para los 3 diferentes estados observando lo
siguiente:
Sin DAM: El punto 0 del eje de abscisas, es la parte más distal de la geometría (Laringe), mientras
que la parte más alejada nos indicaría la parte más proximal (cavidad bucal) Las líneas verticales
muestran las diferentes secciones a lo largo de la faringe en la zona más proximal(velofaringe).
Los dos ciclos horizontales muestran la distribución de presiones a lo largo de la faringe, ciclo
superior (línea marrón) fenómeno de expiración y ciclo inferior (línea verde) fenómeno de
inspiración. Gracias a estos ciclos observamos cómo se produce un salto de presiones bastante
significativo entre las secciones delimitadas con la línea punteada.
Para la configuración DAM & Boca Cerrada, realizando el mismo análisis, observamos que el salto de
presiones que se produce en la misma zona es muchísimo menor.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 43 de 68
Para la configuración DAM & Boca Abierta, realizando el mismo análisis, observamos que el salto de
presiones que se produce en la zona de estudio es muchísimo menor que la configuración sin DAM,
pero a la vez es ligeramente superior a la disposición DAM & Boca Cerrada.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 44 de 68
Paciente JAAR
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Abierta), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Secciones Sin DAM DAM & Boca Cerrada DAM & Boca Abierta % DAM Boca Cerrada & SIN DAM % DAM Boca Abierta & SIN DAM
1 ND 166,35 ND ND ND
2 ND 192,54 ND ND ND
3 ND 190,79 ND ND ND
4 ND 169,21 ND ND ND
5 ND 108,7 ND ND ND
6 ND 393,28 ND ND ND
7 ND 391,62 ND ND
8 115,44 434,08 ND 276,022176 ND
9 150,4 518,86 150,43 244,9867021 0,019946809
10 112,65 582,78 164,62 417,3368842 46,1340435
11 88,556 524,25 160,74 491,9982836 81,51226343
12 43,76 402,59 129,69 819,9954296 196,3665448
13 43,993 274,58 119,66 524,1447503 171,9978178
14 68,15 219,27 107,42 221,7461482 57,62289068
15 125,8 167,85 154,85 33,42607313 23,09220986
16 186,37 197,89 207,55 6,181252347 11,36448999
17 203,8 215,56 233,22 5,770363101 14,4357213
18 111,48 140,21 212,15 25,77143882 90,3031934
19 94,321 64,066 91,184 ‐32,07663193 ‐3,325876528
20 94,543 77,989 104,39 ‐17,50949303 10,41536655
21 121,85 99,944 127,77 ‐17,97784161 4,858432499
22 152,73 127,54 166,03 ‐16,49315786 8,70817783
23 158,4 155,71 185,97 ‐1,698232323 17,40530303
24 178,77 160,64 181,11 ‐10,14152263 1,308944454
25 225,02 199,91 211,24 ‐11,15900809 ‐6,123900098
26 238,94 242,65 262,38 1,552691052 9,809994141
27 ND 233,65 250,2 ND ND
PN112011_BIOMENG_V2 Página 45 de 68
A continuación se muestran los Volúmenes 3D para las diferentes configuraciones.
Sin DAM DAM Boca Cerrada DAM Boca Abierta
PN112011_BIOMENG_V2 Página 46 de 68
Graficando los resultados de áreas observamos
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin dispositivo. El círculo de color verde, indica la zona originada en el
paciente con Dam y posición Boca cerrada. El dispositivo DAM provoca un cambio significativo en la
anatomía del paciente. Se puede notar como el movimiento de lengua y paladar aumenten el volumen de
la zona vacía en el cavidad bucal, aumentando considerablemente el área de las secciones comprendidas
entre la número 5 y 15 En este caso el paciente registra una mayor apertura en el caso de utilizar el DAM
con boca abierta.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 47 de 68
Como en caso anteriores las mayores ganancias se presentan en las secciones de 7 a 15 en acuerdo con
los demás test realizados en este estudio.
Distribución de Presiones en 25 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 34 Campo de presiones máximos en inspiración‐expiración (Sin DAM)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 48 de 68
Ilustración 35 Campo de presiones máximos en inspiración‐expiración (DAM & Boca Abierta)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 49 de 68
Ilustración 36 Campo de presiones máximos en inspiración‐expiración (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 50 de 68
A continuación se muestra la distribución de velocidad para el instante máxima inspiración y expiración en
una sección longitudinal de la faringe para la disposición sin dispositivo y con DAM Boca Abierta y Boca
Cerrada.
Distribución de velocidades y visualización de en una sección longitudinal de la Faringe
Ilustración 37 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (Sin DAM)
Ilustración 38 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 39 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 51 de 68
Paciente JPA
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Abierta), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Secciones Sin DAM DAM & Boca Cerrada DAM & Boca Abierta % DAM Boca Cerrada & SIN DAM % DAM Boca Abierta & SIN DAM
1 314,77 310,25
2 289 304,09 307,29 5,221453287 6,328719723
3 242,48 269,24 306,13 11,03596173 26,24958759
4 192,73 219,78 274,15 14,03517875 42,2456286
5 147,46 162,45 225,47 10,1654686 52,90248203
6 123,59 107,05 176,19 ‐13,38295979 42,56007768
7 107,3 85,338 137,64 ‐20,46784716 28,27586207
8 79,619 64,622 123,42 ‐18,83595624 55,01325061
9 83,74 73,231 103,54 ‐12,54955816 23,64461428
10 107,74 88,3 87,94 ‐18,04343791 ‐18,37757565
11 185,75 173,32 95,312 ‐6,69179004 ‐48,68802153
12 194,08 234,44 133,02 20,79554823 ‐31,46125309
13 121,49 206,01 198,31 69,56951189 63,23154169
14 73,079 134,23 205,67 83,67793757 181,4351592
15 67,762 112,15 186,35 65,50574068 175,0066409
16 116,84 104,64 163,57 ‐10,44162958 39,99486477
17 126,05 158,23 162,63 25,52955177 29,02023007
18 131,8 143,57 195,09 8,930197269 48,01972686
19 103,22 135,67 179,05 31,43770587 73,46444488
20 73,382 112,38 162,6 53,14382274 121,580224
21 69,602 97,649 143,22 40,29625585 105,7699491
22 88,726 95,538 126,39 7,677569145 42,44978924
23 103,54 119,61 113,65 15,52057176 9,764342283
24 131,47 154,03 152,79 17,15980832 16,21662737
25 232,73 220,69 202,88 ‐5,173376874 ‐12,82602157
26 276,57 236,25 257,37 ‐14,5785877 ‐6,942184619
PN112011_BIOMENG_V2 Página 52 de 68
Graficando los resultados observamos que en la disposición con DAM afecta a la configuración sin DAM.
.
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin dispositivo. Se pueden notar mejoras entre el caso sin DAM y los casos
que lo utilizan.
En esta prueba se aplicaron cambios en las condiciones de contorno. Se impuso un campo de velocidades
sinusoidales en la parte inferior del conducto (interno de tramo faríngeo) para simular los efectos del
movimiento de diafragma y pulmones y en la parte superior del modelo, cavidad nasal se impuso una
presión constante de 0.0 Pa.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 53 de 68
Distribución de Presiones en 25 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 40 Distribución de Presiones en el momento de máximo flujo (Sin DAM)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 54 de 68
Ilustración 41 Distribución de Presiones en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 55 de 68
Ilustración 42 Distribución de Presiones en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
A continuación se muestra la distribución de velocidad para el instante máxima inspiración y expiración en
una sección longitudinal de la faringe para la disposición sin dispositivo y con DAM Boca Abierta y Boca
Cerrada.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 56 de 68
Distribución de velocidades y visualización de en una sección longitudinal de la Faringe
Ilustración 43 Distribución de Velocidad en inspiración‐expiración (sin DAM)
Ilustración 44 Distribución de Velocidad en inspiración‐expiración (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 45 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 57 de 68
Paciente MAA
Sin DAM
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
la disposición sin DAM, del paciente MAA.
Sección Sin DAM
1 3,6861
2 7,3558
3 26,827
4 54,593
5 84,49
6 76,634
7 87,515
8 92,496
9 102,78
10 123,68
11 127,11
12 264,32
13 417,65
14 412,14
15 537,01
16 654,59
17 529,5
18 341,1
19 205,42
20 158,53
PN112011_BIOMENG_V2 Página 58 de 68
Distribución de Presiones en 25 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 46 Campo de presiones máximos en inspiración‐expiración (sin DAM)
A continuación se muestra la distribución de velocidades para la sección longitudinal media de la faringe,
en el tiempo de máxima flujo aéreo.
Distribución de velocidades en una sección central longitudinal de la Faringe
Ilustración 47 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (sin DAN)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 59 de 68
Paciente RDM
Sin DAM DAM (Boca Cerrada) DAM (Boca Abierta)
A continuación se muestra las áreas (mm2) obtenidas para diferentes secciones transversales (0,5mm) en
cada una de las diferentes disposiciones. También se muestra la diferencia relativa de las áreas entre las
disposiciones con DAM (Boca Cerrada y Boca Abierta), tomando como referencia el paciente sin DAM.
Graficando los resultados observamos que en la disposición sin dispositivo y DAM Boca Cerrada apenas se
producen cambios significativos, en cambio con DAM y boca abierta si se observan cambios importantes.
Secciones Sin DAM DAM & Boca Cerrada DAM & Boca Abierta % DAM Boca Cerrada & SIN DAM % DAM Boca Abierta & SIN DAM
1 150,97 205,56 239,15 36,15950189 58,40895542
2 122,58 197,33 193,66 ‐32,17968106 6,822243607
3 73,495 165,8 133,59 35,25860662 57,98662098
4 45,302 172,26 110,78 134,3832914 81,76746717
5 22,432 200,24 80,367 342,0113902 144,536665
6 19,371 56,598 52,679 152,3092011 258,2694365
7 36,831 169,29 54,869 773,9352641 171,947757
8 88,97 449,13 166,1 1119,434715 48,97504819
9 119,61 394,51 207,51 343,41913 86,69214342
10 141,41 271,22 249,27 126,7536159 73,48883873
11 145,8 223,45 267,34 58,01569903 76,27466233
12 167,11 215,8 299,04 48,01097394 83,36076818
13 159,42 146,14 305,23 ‐12,54862067 78,94799832
14 161,16 183,73 346,31 15,24902773 91,46280266
15 299,8 305,74 499,89 89,71208737 114,8858277
16 553,56 459,52 579,44 53,27551701 66,74116077
17 451,5 397,15 467,43 ‐28,25529301 4,675193294
18 468,36 420,26 495,95 ‐6,919158361 3,528239203
19 418,5 337,31 438,67 ‐27,9806132 5,890767785
20 294,27 179,4 264,03 ‐57,13261649 4,819593787
21 201,63 83,199 136,78 ‐71,72698542 ‐10,27627689
22 136,86 33,275 68,64 ‐83,49699945 ‐32,16287259
23 111,72 53,817 61,866 ‐60,6773345 ‐49,84655853
24 152,03 154,86 179,81 38,61439313 ‐44,62406015
25 266,01 259,69 289,5 70,81497073 18,27270933
26 333,86 309,55 349,29 16,36780572 8,830495094
27 290,96 263,67 310,81 ‐21,02378242 4,621697718
PN112011_BIOMENG_V2 Página 60 de 68
El siguiente gráfico muestra las diferencias relativas entre ambas configuraciones con DAM tomando
como referencia el paciente sin dispositivo. Observamos como ya hemos mencionado anteriormente
mayores cambios se producen cuando el paciente tiene DAM y Boca Abierta.
Como se puede ver en el grafico anterior hay dos secciones que suman también el espacio entre el
paladar y la lengua. Posiblemente este aumento de área registrado no debería condicionar positivamente
‐200
‐100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
% DAM Boca Cerrada & SIN DAM
% DAM Boca Abierta & SIN DAM
PN112011_BIOMENG_V2 Página 61 de 68
la situación del paciente, debido al hecho que no se produce un aumento efectivo del lumen donde se
desarrolla el flujo de aire respirado por el paciente.
A continuación se muestra la distribución de velocidades y en una sección longitudinal de la faringe para
cada una de las disposiciones anteriores.
Distribución de Presiones en 25 secciones transversales de la Faringe
Ilustración 48 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (Sin DAM)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 62 de 68
Ilustración 49 Distribuciones de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 63 de 68
Ilustración 50 Distribución de Presiones en los momentos de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 64 de 68
Distribución de velocidades en la sección longitudinal de la Faringe
Ilustración 51: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (Sin DAM)
Ilustración 52: Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Abierta)
Ilustración 53 Campo de velocidades en el momento de máximo flujo (DAM & Boca Cerrada)
PN112011_BIOMENG_V2 Página 65 de 68
Conclusiones.
La permeabilidad de la vía aérea depende de un sistema complejo que combina por una parte factores
mecánicos en la acción muscular y por otra el equilibrio de presiones que interaccionan para mantener un
determinado diámetro de la luz en la faringe para sus diferentes secciones (nasofaringe, orofaringe e
hipofaringe). La acción muscular está regida principalmente por dos grupos musculares: los músculos que
generan presión, principalmente el diafragma, y los músculos de la Vías Aéreas Superiores (VAS). El
proceso de ventilación requiere para reproducir su patrón normal una equilibrada combinación de fuerzas
entre la presión negativa que ejerce la contracción del diafragma en la zona intratorácica y que tiende a
colapsar la faringe, y con la contracción de los músculos de la faringe con acción dilatadora. Este equilibrio
entre los músculos es fácil que se rompa, ya que la permeabilidad de las VAS depende de la acción
contrapuesta entre la presión extralumial ejercida por el diafragma y los músculos intercostales y la
acción de los músculos dilatadores regulados por el sistema neuronal. En este estudio no se ha
considerado la acción mecánica (muscular) de los diferentes sistemas que toman parte en la
permeabilidad de las VAS. Un posible trabajo futuro sería considerar un problema de Interacción Fluido
Estructura (FSI) para su estudio.
Durante la inspiración, la presión negativa de la vía aérea provoca una tendencia en las paredes faríngeas
a contraerse. La condición blanda de esta sección la convierte en vulnerable al colapso. Para contrarrestar
este efecto, es imprescindible la acción de los músculos dilatadores de las VAS. En condiciones normales
la contracción de estos músculos ha de ser simultánea a la de los músculos inspiratorios contrarrestando
la fuerza de succión que estos provocan. El músculo inspiratorio más importante es el diafragma. Es un
músculo grande que debido a su contracción desplaza hacia abajo el contenido abdominal aumentando el
diámetro vertical de la caja torácica atrayendo hacia sí a los pulmones, obligándolos a expandirse y a que
penetre aire en su interior. Cuando se produce la relajación vuelve a su posición inicial, produciéndose la
espiración. Los músculos intercostales externos, situados en cada uno de los espacios intercostales al
contraerse, producen un ascenso de toda la caja torácica. La acción muscular del diafragma se ha
simulado imponiendo un flujo sinusoidal a la entrada, este caudal de entrada provocará una diferencia de
presión a lo largo de la faringe, del mismo modo que la acción del diafragma.
Durante la noche, los movimientos de la respiración se regulan de manera automática según las
necesidades de nuestro organismo con el fin de no perturbar y mantener constantes, los niveles de
oxígeno y anhídrido carbónico en sangre. En caso de ausencia de patologías, las peculiaridades fisiológicas
de la VAS no representan un problema para su correcto funcionamiento. La dilatación de los músculos
orofaríngeos durante la inspiración garantiza la apertura de VAS y es suficiente para contrarrestar la
presión negativa ejercida por el diafragma y los músculos intercostales. Pero este pulso de presiones y
fuerzas en el acto respiratorio, necesario para mantener la permeabilidad de la VAS, puede verse
descompensado durante el sueño. Esta desincronización es la causante del funcionamiento anómalo de
las estructuras respiratorias que provocan la reducción del calibre faríngeo. También durante la noche se
produce una relajación del tono muscular lo que permite una colapsabilidad del tronco faríngeo. En este
estudio se ha tomado como referencia el estado del paciente sin dispositivo, y se ha comparado con los
otros dos estados para el análisis nominal en las diferentes secciones de la faringe. Concluyéndose que las
secciones que se ven más afectadas con o sin dispositivo es la sección de la orofaringe (entre el paladar
blando y la epiglotis). A continuación se muestra la ganancia de media de áreas para cada sección acorde
a la disposición del dispositivo, se han depurado los datos de las secciones donde no se registra el flujo
PN112011_BIOMENG_V2 Página 66 de 68
principal de aire respirado. Se puede observar que la ganancia media es superior para la disposición DAM
y boca Cerrada. Se observa que la ganancia media en algunas secciones es del 70%. En otras secciones
apenas se observa ganancia o hasta se notan perdidas de amplitud de área.
Los picos marcados por el circulo verde (secciones 4‐5‐6, aproximadamente) indican las diferencias que se
producen debido al movimiento de la lengua, los cuales hacen que se registre un aumento del volumen
en la zona faríngea. Este volumen no afecta al flujo del aire por estar lejos de la zona donde se produce el
flujo principal de aire respirado.
En el círculo amarilla indican todas aquellas secciones donde se registra un cambio positivo e interesante
de la sección. Esta apertura del lumen principal de flujo permite una mejora considerable de la calidad de
la inspiración. Hay que notar que las mejoras media en los casos DAM&Boca Cerrada son más
pronunciadas. Sin embargo los caso Dam&Boca Abierta presentan valores menores pero más constantes.
También cabe destacar que en las configuraciones Dam&Boca Abierta la lengua se desplaza hacia la parte
del paladar blando, ejerciendo una presión sobre este. La siguientes figura muestran dicho efecto
producido por pacientes DAM+Boca Abierta. Posibles estudios futuros podrían enfocarse en entender
cuál es la mejora más idónea al problema anatómico analizado en este estudio.
CPC ERG RDM JPA
PN112011_BIOMENG_V2 Página 67 de 68
Para explicar la dinámica de los fluidos que ocurre durante los procesos de inspiración‐espiración se
recurre a un modelo computacional de elementos finitos. El modelo computacional usado resuelve las
ecuaciones de Navier‐Stokes para fluido incompresible y flujo laminar. Las condiciones impuestas se han
detallado en el resumen del estudio y los resultados se analizan acorde al modelo resistor de Starling. El
modelo de Resistor Starling describe el flujo y el colapso de un tubo colapsable, como ocurre en las VAS.
En este modelo cuando el colapso de la VAS empieza a producirse durante la inspiración el Flujo no
depende de la Presión en el segmento distal de la VAS (laringe), o Presión corriente‐abajo (Pdistal), sino que
depende de la Presión Transmural (Ptm), o Presión a través de la pared del tubo, y más concretamente de
la Presión en el segmento proximal (Pprox) o Presión en la boca ó nariz. La Presión Crítica (Pcrit), o Presión a
la que se colapsa la VAS, determina el tamaño de la VAS, que es la variable fundamental que determina el
flujo. Si hay limitación de flujo ningún aumento de la Presión de conducción podrá incrementar el flujo. En
esta situación la Pprox se convierte en la variable fundamental que determina la Presión a través de la
pared, el tamaño de la VAS, la Resistencia de la VAS y el Flujo. Sin embargo, durante la espiración la
Pinspiración provoca un efecto a modo de "Stent" de la VAS, haciendo que el colapso sea menos probable.
Analizando las gráficas de distribución de presiones para los diferentes pacientes en las diferentes
configuraciones observamos que durante la inspiración, el gradiente de presión mayor que se produce,
está en la zona comprendida entre el paladar blando y la cavidad bucal (orofaringe). Por lo tanto, si este
gradiente de presiones es superior a la presión crítica se produciría un colapso de las VAS. Reducir dicho
gradiente de presiones, mediante las diferentes configuraciones del dispositivo DAM, nos reducirá las
posibilidades del colapso de las VAS. Una primera aproximación para cuantificar este gradiente de
presiones se realizó en el estudio del paciente FCV. En este estudio se puede observar el salto de
presiones que se produce en la zona de la orofaringe, y como al colocar el dispositivo bucal DAM,
disminuye de forma significativa. Podemos observar que la disposición DAM+Boca cerrada hace que se
reduzca de forma considerable esta salto de presiones respecto a la configuración sin DAM. La
configuración DAM+Boca abierta también disminuye este salto de presiones, pero de forma menos
efectiva que la configuración DAM+boca cerrada. Por lo tanto, para este paciente en concreto, la
configuración óptima sería DAM+Boca cerrada. Este tipo de estudios nos podría permitir estudiar como
varía el gradiente de presiones en la zona de la orofaringe dependiendo de las diferentes configuraciones
de apertura del DAM.
Otra de diferencia que podemos observar entre las configuraciones con DAM y sin DAM es que en las
configuraciones sin DAM, existen presiones negativas durante la inspiración, mientras que en las
configuraciones con DAM (ya se boca abierta o cerrada) las presiones son positivas. Estas presiones
negativas provocan que el salto de presiones que se produzca sea mayor entre la parte proximal y distal, e
incluso un bloqueo de flujo.
Observando las velocidad, y debido a la compleja geometría de la faringe, observamos que el flujo en la
mayoría de los casos se ubica en la parte latero (anterior‐posterior) de la faringe, provocando un
diferencia de presiones en una misma sección. Es decir si la caudal de aire (flujo) se sitúa en la parte
latero‐posterior, implica que en la zona latero‐anterior de la faringe las presiones serán más altas que en
la parte latero‐posterior de la faringe. En el caso contrario, si la caudal de aire (flujo) se sitúa en la parte
latero‐anterior, las presiones serán más altas que en la parte latero‐posterior de la faringe. Estas
variaciones podrían provocar variaciones de presión en las secciones de toda la faringe, lo que podría
ocasionar su colapso.
PN112011_BIOMENG_V2 Página 68 de 68
A modo de resumen, y acorde a los estudios realizados, podemos concluir que existen diferencias
significativas entre las configuraciones con y sin DAM, siendo las configuraciones con DAM aquellas que
muestran un mejor comportamiento de presión y flujo a lo largo de la faringe. Respecto a las
configuraciones DAM (boca cerrada y boca abierta) mencionar que la disposición DAM+Boca cerrada
produce una ganancia de área respecto a la configuración DAM+Boca abierta para las diferentes
secciones de las faringe y una reducción del salto de presiones ligeramente mejor. Del mismo es muy
difícil determinar que configuración con DAM (boca cerrada o boca abierta) muestra un mejor
comportamiento, debido a la variabilidad de los pacientes. La disposición del dispositivo (abierto o
cerrado) debería de personalizar acorde a la patología característica del paciente.
βμε