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囊性纤维化患者气道黏液清除特征与祛痰疗效的CFD模拟研究

囊性纤维化,计算流体力学,EWF-DPM方法,黏液清除效率,祛痰疗法

       囊性纤维化（CF）因CFTR基因突变引发气道表面液体（ASL）黏弹性异常增高，导致黏液潴留与气道阻塞恶性循环。本研究基于患者CT影像重建三级支气管模型，采用计算流体力学（CFD）方法模拟咳嗽过程中ASL清除机制，对比机械廓清与药物干预的治疗效能。结果显示：健康人气道主支气管（G0/G1）因高速气流（峰值30m/s）驱动，黏液清除率达15%-30%，而CF患者支气管扩张段（G8-G10）因气流死区（流速＜5m/s，剪切应力≈0Pa）导致清除效率仅为健康状态的50%，且黏液转移后于G4等支气管段局部堆积，整体清除效率低至0.002%（健康人为9.65%）。药物疗法通过降低ASL黏度使总清除效率提升至0.018%，但其作用呈现空间异质性（G4/G8清除显著而G2/G3黏液增厚）；机械廓清则均匀降低各级黏液层厚度（平均降幅12%）。研究表明，CF患者咳嗽可能加重黏液动力学失衡，而联合治疗可协同优化清除效果。本研究量化揭示了不同疗法对ASL清除效率的影响，为个性化治疗策略提供参考。