Simulation de dispositifs de lavage nasal

Contexte

Pour améliorer l’efficacité de traitement de certaines maladies et pathologies, les outils numériques CFD peuvent être mis au service de la médecine. C’est par exemple le cas pour le lavage nasal.

Cette pratique constitue un allié de taille pour le traitement des maladies nasales et sinusiennes. Le lavage nasal permet en outre l’élimination des sécrétions et des particules aéroportées pouvant se déposer sur les muqueuses, qu’elles aient une action irritante, allergénique ou virologique.

Actuellement, plusieurs techniques d’irrigations sont utilisées, telles que l’irrigation par gravité, l’irrigation manuelle ou l’irrigation par pulvérisation continue, sans pour autant connaître ni les caractéristiques de l’écoulement de l’eau lors de l’irrigation pour chacune de ces méthodes, ni l’action mécanique de lavage des muqueuses par l’eau.

L’utilisation d’outils numériques CFD 3D permet de visualiser ces écoulements dans les cavités nasales et les sinus ainsi que d’établir des champs de vitesses, de pressions, des contraintes de cisaillement sur les parois nasales, … Les résultats permettent de déterminer quelle méthode est la plus apte à déloger les résidus et particules des sinus et voies respiratoires responsables, par exemple, des rhino-sinusites.

Objectif

L’objectif de cette étude est de comparer quantitativement 3 modes de lavage nasal :

1. Irrigation gravitaire à grand volume
2. Irrigation à grand volume avec pression manuelle
3. Spray continu

Comparaison numérique du lavage nasal par irrigation à grand volume, avec pression manuelle ou en mode gravitaire, chez un patient sain

Simulation et résultats

OptiFluides a réalisé des simulations 3D permettant de caractériser l’irrigation par chacune des méthodes précédemment citées et ainsi de déterminer les paramètres physiques associés à chacune : contrainte de cisaillement, surface mouillée, temps de contact avec l’eau…

Le modèle CFD réalisé simule un écoulement incompressible en régime transitoire. L’utilisation du modèle « Volume of Fluid » (appelé généralement VoF) a permis de modéliser l’écoulement diphasique avec les phases d’air et d’eau et de visualiser l’évolution de l’interface eau/air au cours du lavage.

Ces simulations ont mis en évidence que les irrigations à grand volume, qu’elles se fassent à pression manuelle ou par gravité, couvrent l’ensemble de la cavité nasale et des sinus, rapidement et avec de plus fortes contraintes de cisaillement sur les parois nasales permettant un nettoyage plus efficace. L’irrigation par spray continu s’avère plus locale, ne couvrant pas toutes les zones, ainsi que moins abrasive. Les volumes injectés bien moins importants lui confèrent un caractère plus doux pour le patient, mais ce procédé reste plus lent et provoque des contraintes de cisaillement moins importantes.

La caractérisation des dispositifs de lavage nasal par simulation numérique reste encore une méthode en phase de développement, et n’ayant pas encore atteint la pleine mesure de son potentiel. Ainsi, bien que l’on soit capable de déterminer les efforts de frottement pariétaux générés par l’eau sur les muqueuses, les valeurs « seuil » de décrochement des impuretés ne sont pas encore connues, et il n’est donc pas possible de déterminer si le dispositif est trop ou trop peu abrasif. Ces premières simulations apportent à la fois des éléments de réponse et des nouvelles questions à l’édifice des connaissances sur le lavage nasal.