Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: układ oddechowy człowieka

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Anatomical factors of human respiratory tract influencing volume flow rate and number of particles arriving at each bronchus

Watanabe Jobu, Watanabe Mariko

Biocybernetics and Biomedical Engineering

2019

Vol. 39, no. 2

526--535

Inhalants, such as bronchodilators, are often used to treat asthma. Numerical simulation can be applied to quantitatively evaluate the transport and deposition of medicinal particulates in the respiratory tract. In this study, numerical simulation of an airflow including particles in a tracheobronchial model was conducted based on a computed tomography (CT) image of a human respiratory tract, and then the anatomical factors of the airway that influence the volume flow rate and the number of particles arriving at each bronchus were investigated. The oral cavity, pharynx, larynx, trachea, and intra-thoracic central airways of up to seven generations were modeled from the CT image. The airflow was simulated by large eddy simulation using OpenFOAM ver. 2.3.1. The particle transport was calculated in a Lagrangian manner. Statistical analysis was performed on the results of computational fluid dynamics simulation. It was found that the cross-sectional area of the outlet boundary, the total distance of the center line of the respiratory tract between the carina and the outlet boundary, and the angles between each bronchus and the trachea have large influences on the volume flow rate at each outlet. These influences increase almost linearly as the inhalation flow rate increases. The outlet area and the total angle markedly influenced the number of arriving particles. Larger particles are more likely to be influenced by the angle at which the direction of the particle is deflected. As the inhalation flow rate increases, the influence of the total angle increases and that of the outlet area decreases in all particle conditions.

On transport and deposition of aerosol particles in the human breathing system - selected problems

Moskal A.

Prace Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej

2010

Vol. 34, z. 1

3-215

Transport and deposition of aerosol particles in the human breathing system is one of the most important processes, which may affect human health from hazardous and therapeutic point of view. A description of the process is extremely difficult due to its multi-parametrical character. The strict medical knowledge about anatomy, physiology and pathophysiology of breathing as well as the engineering knowledge about the fluid flow and aerosol mechanics are needed for comprehensive understanding of the process. Due to the lack of the precise data obtained from in vivo measurements performed on living patients, the in vitro and in silica modeling become an interesting alternative as a source of the information. The aim of this work is a critical analysis of existing techniques and approaches for modeling and an attempt to eliminate their major limitations. The additional goal is to examine the airflow aspects of the process neglected in a main stream of publications which are : unsteadiness of the airflow through breathing cycle, influence of the health conditions on the airflow and aerosol deposition, and influence of the aerosol aggregates geometry on their deposition in the breathing system. For this purpose, first the brief description of the breathing system is provided and the main geometrical models of the system are reviewed. Information about physiology and pathophysiology of the breathing system are presented for better understanding of the background of the process. In the next step, the fundamental approach to modeling of the airflow mechanics is presented, with special focus on the turbulence models. The results of the in silica simulation of the flow in selected sub-elements of the breathing system are presented and discussed. Then, the background of aerosol dynamics is reviewed. Existing models of aerosol aggregates dynamics are discussed. New model, based on the rigid body mechanics approach, was evolved by the author. Finally, the results of the in silica and in vitro modeling of the process of aerosol transport and deposition in selected sub-elements of the human breathing system proving the author's theses are presented and discussed.

Transport i depozycja cząstek aerozolowych w układzie oddechowym człowieka są jednymi z ważniejszych zagadnień, mogącymi wpłynąć na stan zdrowia zarówno z punktu widzenia zagrożeń toksykologicznych, jak i możliwości terapeutycznych opisywanych procesów. Opis procesu jest niezmiernie trudny ze względu na jego wieloparametryczny charakter. Wiedza medyczna, obejmująca anatomię, fizjologię i patofizjologię oddychania, na równi z wiedzą z zakresu mechaniki płynów i mechaniki układów rozproszonych jest potrzebna do pełnego zrozumienia procesu. Ze względu na brak szczegółowych danych otrzymanych z badań przeprowadzonych na żywych pacjentach (in vivo), badania in vitro i in silica stają się obiecującymi równoważnymi źródłami informacji o procesie. Celem pracy jest krytyczna analiza istniejących technik i podejść do modelowania procesu. Dodatkowym celem pracy jest uwypuklenie pewnych aspektów procesowych dotyczących transportu i depozycji cząstek aerozolowych w drogach oddechowych człowieka, pomijanych w głównym nurcie publikacji naukowych na ten temat, tj.: zmienności przepływu powietrza podczas cyklu oddechowego, wpływu stanu zdrowia na przepływ aerozolu oraz wpływu geometrii agregatów aerozolowych na ich transport i depozycję w układzie oddechowym. W tym celu w pierwszych rozdziałach pracy przedstawiono krótki zbiorczy opis anatomii układu oddechowego wraz z opisem fizjologii i patofizjologii oddychania. W następnych rozdziałach omówiono podstawy teoretyczne modelowania przepływu powietrza w drogach oddechowych, ze szczególnym uwzględnieniem modeli burzliwości. Przedstawiono i przedyskutowano wyniki modelowania in silica przepływu w wybranych elementach układu oddechowego. Następnie zebrano i zaprezentowano podstawy mechaniki aerozoli. Przedstawiono przegląd istniejących modeli agregatów aerozolowych i zaprezentowano nowy model bazujący na mechanice bryły sztywnej, wyprowadzony przez autora rozprawy. W rozdziale ostatnim zebrano i przedstawiono wyniki modelowania in silica i in vitro procesu transportu i depozycji cząstek aerozolowych w układzie oddechowym człowieka.