Transport a depozice aerosolu v dýchacím traktu člověka
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Jednou z možných cest léčby nemocí dýchacího ústrojí je použití léku ve formě aerosolu. Jedná se o neinvazivní a rychlý způsob jak dopravit lék do požadované části tracheobronchiálního stromu nebo do krevního oběhu. Ačkoliv se metoda dávkování léků pomocí inhalátorů a nebulizérů používá již delší dobu, stále se řeší otázka účinnosti této metody. Značná část takto dopravovaných léků se nedostane do svého zamýšleného cíle a deponuje v oblastech, kde jejich působení nevyžadujeme. Cílem této práce je pomoci k řešení otázky průchodnosti monodispersního, homogenního aerosolu obsahujícího částice mikronových velikostí skrze horní část dýchacích cest. Tato práce byla vypracována s využitím numerických simulací provedených metodou konečných objemů v programu na bázi výpočtové mechaniky kontinua. Turbulence byla modelována metodou Reynoldsova středování Navier – Stokesových rovnic s využitím dvourovnicového modelu k-omega SST. Výsledkem práce je analýza proudění během dvou zvolených dýchacích režimů s ohledem na stacionární i cyklický průběh proudění a jejich porovnání s experimenty na totožných geometriích. Dále byla provedena rešerše zjednodušených modelů plic a jejich geometrie použita při výpočtu distribuce vzduchu v modelu dýchacích cest. V závěru práce je pak proveden výpočet depozice aerosolu a proveden rozbor jeho výsledků.
One of approaches in treatment of respiratory system diseases is the use of drug particles suspended in air in the form of aerosol. It is a fast and non-invasive method for the delivery of medicine into tracheobronchial tree or bloodstream. Although the method of the medication dosage by means of inhalers or nebulizers is well known, the effectiveness of that approach is still an actual issue. A significant amount of drugs delivered with the use of the medication dosage never reaches its primary destination and the drugs deposit in antecendent areas of respiratory tract where their presence is not required. This thesis deals with a problem of the passage of monodisperse homogenous aerosol with micron-size particles through the upper parts of the respiratory tract. This work was created with the use of numerical simulations carried out by means of the finite volume method in the commercial code based on computational fluid dynamics. Turbulence was modelled using the Reynolds averaged Navier–Stokes equations with the two-equation eddy viscosity k-omega SST model. The main output of the thesis is the analysis of airflow in two respiratory regimes. Stationary and cyclic cases of the flow behaviour were considered and the validation of simulated results with experiments performed on similar geometries was carried out. Furthermore, the review of simplified lung models and their geometries was made and the acquired results were used for the calculation of air distribution in the respiratory tract. The last part of the thesis deals with the calculation of particle deposition and with the analysis of the results.
One of approaches in treatment of respiratory system diseases is the use of drug particles suspended in air in the form of aerosol. It is a fast and non-invasive method for the delivery of medicine into tracheobronchial tree or bloodstream. Although the method of the medication dosage by means of inhalers or nebulizers is well known, the effectiveness of that approach is still an actual issue. A significant amount of drugs delivered with the use of the medication dosage never reaches its primary destination and the drugs deposit in antecendent areas of respiratory tract where their presence is not required. This thesis deals with a problem of the passage of monodisperse homogenous aerosol with micron-size particles through the upper parts of the respiratory tract. This work was created with the use of numerical simulations carried out by means of the finite volume method in the commercial code based on computational fluid dynamics. Turbulence was modelled using the Reynolds averaged Navier–Stokes equations with the two-equation eddy viscosity k-omega SST model. The main output of the thesis is the analysis of airflow in two respiratory regimes. Stationary and cyclic cases of the flow behaviour were considered and the validation of simulated results with experiments performed on similar geometries was carried out. Furthermore, the review of simplified lung models and their geometries was made and the acquired results were used for the calculation of air distribution in the respiratory tract. The last part of the thesis deals with the calculation of particle deposition and with the analysis of the results.
Description
Citation
ELCNER, J. Transport a depozice aerosolu v dýchacím traktu člověka [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2015.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Kratochvíl, CSc. (člen)
Ing. Jaroslav Volavý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Hájek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D. (člen)
RNDr. Pavel Mikuška, CSc. (člen)
doc. Ing. František Lízal, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2015-12-16
Defence
Práce naplnila cíle formulované při SDZ. Prezentované výsledky představují významný VaV přínos, kvalitou dosahující unikátních výsledků na úrovni srovnatelné s předními světovými pracovišti.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení