Understanding the mismatch between clinical and numerical measurements of nasal resistance

There is a mismatch between clinical measurements of nasal resistance via rhinomanometry and results from Computational Fluid Dynamics (CFD). The discrepancy is often much larger than the accepted experimental or simulation uncertainties and the aim of the present work is identifying possible source of errors compatible with this mismatch. Results of a previous experimental campaign are compared against different numerical strategies, including both Reynolds-average Navier--Stokes simulations and Direct Numerical Simulations, on the same anatomical geometry. The setup of experiments and simulations is created to emulate that of an active anterior rhinomanometry. Of all considered sources of uncertainty, which include a lack of resolution, the intrinsic modelling approximations, and the usage of dissipative numerical schemes, we found that the largest one is that related to the position of pressure measurements in clinical instruments. It is also the only one compatible with the mismatch between clinical measurement and simulations. Our results suggest that a source of systematic bias may be present in rhinomanometers with a design similar to the instrument considered in our study. This bias could be the main culprit of the mismatch between clinical measurements and simulations results.

È stata spesso osservata una significativa discrepanza tra misure cliniche di resistenza nasale e risultati di simulazioni numeriche, discrepanza maggiore di quella realisticamente attribuibile alle incertezze di apparati sperimentali o errori numerici. Lo scopo di questo lavoro è identificare possibili cause di incertezza in questa misura che siano compatibili con le differenze osservate. A tal fine, i risultati di una precedente campagna sperimentale sono confrontati con quelli di simulazioni numeriche sulla stessa geometria, sia utilizzando modelli (simulazioni RANS) sia con soluzione diretta dell’equazione di Navier-Stokes (DNS). Esperimenti e simulazioni sono concepiti per riprodurre il metodo della più diffusa tecnica di rinomanometria. Di tutte le cause di incertezza analizzate, comprese una risoluzione insufficiente, l’uso di modelli o di schemi numerici con alta dissipazione, abbiamo determinato che la più alta è legata alla posizione delle misure di pressione negli strumenti usati nella pratica clinica. Questa possibile fonte di errore è anche l’unica compatibile con le differenze osservate tra misure e simulazioni. I nostri risultati suggeriscono che scelte di progettazione di molti strumenti per misure mediche abbiano introdotto una fonte di errori sistematici nella misura della resistenza nasale e che questi errori sistematici siano la causa principale delle differenze tra misure cliniche e simulazioni numeriche.