Using 3D printing technology to full-scale simulation of the upper respiratory tract

• Autorzy: Avrunin Oleg , Nosova Yana , Abdelhamid Ibrahim Younouss , Gryshkov Oleksandr , Glasmacher Birgit

Identyfikatory

DOI

10.35784/IAPGOS.681

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie technologii drukowania 3D do modelowania górnych dróg oddechowych w pełnej skali

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The project "Implementation of rapid prototyping for modelling the upper respiratory tract in normal and typical pathologies" investigates the urgent problem of improving the reliability of diagnosis and effectiveness of treatment of disorders of the nasal breathing. Possibilities of modern 3D-printing technology for creation of individual natural anatomical models of the upper respiratory tract and determination of their aerodynamic characteristics are considered. The characteristics of the laminar boundary layer of the air flow in the parietal region of the nasal cavity are investigated under different modes of breathing in normal and with typical disorders of the nasal breathing. The concept of investigation of the aerodynamic indices of the anatomical structures of the respiratory system by the results of test tests of individual full-scale 3D models, obtained by the data of spiral computed tomography, is being developed. Theoretical bases of the method of computer planning of restorative rhinosurgical interventions in patients with chronic diseases of the nasal cavity are grounded, based on the change of the configuration of the anatomical structures of the nasal cavity taking into account the aerodynamic parameters of respiration. Modern distance learning and testing tools are being created to demonstrate the technology developed, to provide theoretical knowledge, practical skills and to solve situational tasks for a wide range of specialists. Development and research of natural patterns of the upper respiratory tract allows for supplementing and expanding the knowledge about the aerodynamic characteristics of the nasal cavity, to make decisions about therapy in a short period of time. Experience of the Laboratory of the Institute for Multiphase Processes (IMP) of the Leibniz Universität Hannover (LUH) in the development and use of rapid prototyping capabilities in biotechnology will provide technical support to the project.

PL

Projekt „Wdrożenie szybkiego prototypowania do modelowania górnych dróg oddechowych w normalnych i typowych patologiach” bada pilny problem poprawy wiarygodności diagnozy i skuteczności leczenia zaburzeń oddychania przez nos. Rozważane są możliwości nowoczesnej technologii druku 3D do tworzenia indywidualnych naturalnych modeli anatomicznych górnych dróg oddechowych i określania ich właściwości aerodynamicznych. Charakterystyka laminarnej warstwy granicznej przepływu powietrza w okolicy ciemieniowej jamy nosowej jest badana w różnych trybach oddychania w normalnym i typowym zaburzeniu oddychania przez nos. Opracowywana jest koncepcja badania wskaźników aerodynamicznych struktur anatomicznych układu oddechowego na podstawie wyników testów testowych poszczególnych pełnoskalowych modeli 3D, uzyskanych z danych spiralnej tomografii komputerowej. Podstawy teoretyczne metody komputerowego planowania rekonstrukcyjnych interwencji nosorożców u pacjentów z przewlekłymi chorobami jamy nosowej są oparte na zmianie konfiguracji struktur anatomicznych jamy nosowej z uwzględnieniem parametrów aerodynamicznych oddychania. Tworzone są nowoczesne narzędzia do nauki na odległość i testowania w celu zademonstrowania opracowanej technologii, zapewnienia wiedzy teoretycznej, umiejętności praktycznych i rozwiązywania zadań sytuacyjnych dla szerokiego grona specjalistów. Opracowanie i badanie naturalnych wzorów górnych dróg oddechowych pozwala uzupełnić i poszerzyć wiedzę na temat właściwości aerodynamicznych jamy nosowej w celu podjęcia decyzji o terapii w krótkim okresie czasu. Doświadczenie laboratorium Instytutu Procesów Wielofazowych (IMP) Leibniz Universität Hannover (LUH) w zakresie rozwoju i wykorzystania możliwości szybkiego prototypowania w biotechnologii zapewni wsparcie techniczne dla projektu.

Słowa kluczowe

EN

rhinomanometery; nasal breathing; full-scale model; tomography; virtual model

PL

rhomanomanometria; oddychanie przez nos; model w pełnej skali; tomografia; model wirtualny

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 9, nr 4
• Strony: 60--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Avrunin Oleg

• Kharkiv National University of Radio Electronics, Kharkiv, Ukraine

autor

Nosova Yana

• Kharkiv National University of Radio Electronics, Kharkiv, Ukraine

autor

Abdelhamid Ibrahim Younouss

• Kharkiv National University of Radio Electronics, Kharkiv, Ukraine

autor

Gryshkov Oleksandr

• Institute for Multiphase Processes of the Leibniz University of Hannover, Hannover, Germany

autor

Glasmacher Birgit

• Institute for Multiphase Processes of the Leibniz University of Hannover, Hannover, Germany

Bibliografia

• [1] Abizov R.A., Pavlishin Yu.D.: Disturbances in the functions of the olfactory analyzer and practical aspects of their research methodology and further tactics of conducting such patients. Family Medicine 4(48), 2013, 100–102.
• [2] Al_Omari A.K., Saied H.F.I., Avrunin O.G.: Analysis of Changes of the Hydraulic Diameter and Determination of the Air Flow Modes in the Nasal Cavity. Image Processing and Communications Challenges 3. Advances in Intelligent and Soft Computing 102, 2011, 303-310 [DOI: 10.1007/978-3-642-23154-4_34].
• [3] Aras A., Akay M., Cukurova I. et al.: Dimensional changes of the nasal cavity after transpalatal distraction using bone-borne distractor: an acoustic rhinometry and computed tomography evaluation. J. Oral Maxillofac. Surg. 68(7), 2010, 1487–1497.
• [4] Cole P., Fenton R.: Contemporary rhinomanometry. Otolaryngol. 35(2), 2006, 83–87.
• [5] Fyrmpas G., Kyrmizakis D., Vital V., Constantinidis J.: The value of bilateral simultaneous nasal spirometry in the assessment of patients undergoing septoplasty. Rhinology 49(3), 2011, 297–303.
• [6] Govidaraj S.: Endoscopic sinus surgery: evolution and technical innovations. J. Laryngol. Otol. 24(3), 2010, 242–250.
• [7] Halawi A.M., Smith S.S., Chandra R.K.: Chronic rhinosinusitis: epidemiology and cost. Allergy Asthma Proc. 34(4), 2013, 328–334.
• [8] Ismail Saied H F., Al_Omari A.K., Avrunin O.G.: An Attempt of the Determination of Aerodynamic Characteristics of Nasal Airways. Image Processing and Communications Challenges 3. Advances in Intelligent and Soft Computing 102, 2011, 311–322, [DOI: 10.1007/978-3-642-23154-4_35].
• [9] Nosova Ya.V., Faruk Kh.I., Avrunin O.G.: A tool for researching respiratory and olfaction disorders. Telecommunications and Radio Engineering 77(15), 2018, 1389–1395, [DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v77.i15.90].
• [10] Tingelhoff K., Moral A.I., Kunkel M. et al.: Comparison between manual and semi–automatic segmentation of nasal cavity and paranasal sinuses from CT images. 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2007, 5505–5508, [DOI: 10.1109/IEMBS.2007.4353592].
• [11] Vogt K., Jalowayski A.A.: 4-Phase-Rhinomanometry Basics and Practice. Rhinology 21, 2010, 1–50.
• [12] Wójcik W., Pavlov S., Kalimoldayev M.: Information Technology in Medical Diagnostics II. Taylor & Francis Group, CRC Press, London 2019, [DOI: 10.1201/9780429057618].
• [13] Zambetti G., Moresi M., Romeo R., Filiaci F.: Study and application of a mathematical model for the provisional assessment of areas and nasal resistance, obtained using acoustic rhinometry and active anterior rhinomanometry. Clin. Otolaryngol. Allied Sci. 26(4), 2001, 286–293.
• [14] Zhang G., Fenton R., Rival R., Solomon P., Cole P., Li Y.: Correlation between subjective assessment and objective measurement of nasal obstruction. Chinese journal of otorhinolaryngology head and neck surgery 43(7), 2008, 484–489.
• [15] Zhang G., Solomon P., Rival R. et al.: Nasal airway volume and resistance to airflow. Am. J. Rhinol. 22(4), 2008, 371–375.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).