作为人体呼吸系统的主要防御屏障，鼻腔具有多种生理功能，包括空气过滤、湿度和温度调节以及嗅觉感知。同时，鼻腔在病原体拦截和局部免疫防御中也起着关键作用。其复杂的解剖结构会显著改变气流路径和颗粒传输行为，从而影响鼻内药物输送的效率。近年来，鼻腔作为非侵入性药物输送途径受到了广泛关注。对于局部治疗而言，鼻内给药能够直接作用于慢性鼻炎和鼻窦炎等病变部位，显著提高局部药物浓度并减少全身副作用。此外，鼻内疫苗（如COVID-19鼻喷疫苗）通过诱导黏膜免疫，在预防呼吸道传染病方面展现出巨大潜力。
鼻腔内的颗粒沉积主要受惯性、重力沉降、布朗扩散和拦截效应等机制的影响。颗粒大小和吸入速率是影响沉积效率的关键参数。小颗粒通常会随气流深入下呼吸道，而大颗粒则主要沉积在鼻腔前庭。个体间鼻腔解剖结构的差异（如鼻甲发育程度、鼻中隔偏曲以及气道宽度变化）会导致局部气流分布和沉积模式的显著差异。此外，儿童与成人鼻腔在解剖结构上存在明显差异，从而导致不同区域的颗粒沉积模式不同。药物在鼻腔内作用于多个靶点，因此了解和预测区域沉积情况对于药物研发和输送装置的设计至关重要。然而，在实验和计算研究中，基于单一受试者鼻腔几何结构的结论可能受到该个体解剖结构的强烈影响，从而偏离群体平均水平。为解决这一问题，我们提出了一个基于亚洲成年人鼻腔的标准化模型，其关键几何参数和颗粒沉积特性接近群体中位数。该标准模型有望提高研究的可重复性，并减少受试者选择偏差。
本研究结合SST k-ω湍流建模和拉格朗日DPM颗粒追踪技术，利用计算流体动力学（CFD）预测详细的鼻腔气流场和颗粒沉积模式。早期的鼻腔几何结构标准化尝试主要依赖于中位数或平均值。例如，有一种标准“中位数”鼻腔几何模型是根据加拿大多民族数据库建立的，但仅适用于单侧鼻腔。随后，Lee及其团队为马来西亚成年女性开发了标准模型，但他们的模型构建主要依赖于CT图像的轴向切片平均处理。尽管这些标准化模型能有效评估与正常解剖结构的偏差和与几何模型的符合度，但它们大多仅对解剖结构进行了平均处理，未考虑这些模型是否能准确再现群体层面的颗粒沉积情况，而后者是鼻内药物输送的功能性终点。此外，不同种族群体之间存在形态学差异，这可能导致气流和沉积模式的差异。本研究旨在为亚洲成年人建立规范化的鼻腔模型，为鼻内输送工具的设计提供实用参考。尽管图像配准常用于多模态图像融合、术前术后对比以及器官形态分析，但在构建标准化鼻腔模型和模拟颗粒沉积时应用较少。将图像配准技术整合到标准鼻腔模型的构建过程中，不仅解决了轴向均匀性问题，还提高了后续计算流体动力学（CFD）模拟的稳健性和可靠性。
我们提出了一种框架，利用图像配准技术融合14名亚洲成年人的高分辨率CT数据，以实现空间对齐和三维标准化鼻腔模型的创建。该模型为鼻腔气流和鼻内药物沉积模拟提供了参考几何结构。主要鼻腔区域的颗粒沉积预测结果接近群体中位数，从而更好地反映了亚洲人群的普遍特征，降低了因选择解剖结构异常个体而导致的偏差风险。因此，它为鼻内药物输送装置的评估、比较和优化提供了更可靠和可重复的平台。
