|
|
In Vitro Study of the Effect of Particle Characteristics and Flow Rate on Regional Deposition in Human Airways
Bělka, Miloslav ; Adamec, Vladimír (referee) ; Farkas, Árpád (referee) ; Jedelský, Jan (advisor)
Dlouhodobé vdechování částic může přispívat ke vzniku nebo zhoršení nejrůznějších plicních onemocnění. Na druhou stranu, vdechování léčiv je často používanou metodou podávání léků proti astmatu a jiným nemocem dýchacího ústrojí. V obou případech je důležité dobře porozumět mechanismům, na jejichž základě funguje pohyb částic a jejich usazování v dýchacích cestách. Cílem této disertační práce bylo získat nová experimentální data depozice částic a analyzovat vliv tvaru částic a průtoku vzduchu na depozici. Byla studována depozice porézních a vláknitých částic v realistickém modelu dýchacích cest. Porézní částice byly vyrobeny různými metodami, např. sprejovým sušením nebo metodou krystalizace. Takto vyrobené částice byly použity při depozičních experimentech. Detekce částic byla provedena pomocí UV/VIS spektrofotometrie. Vláknitý aerosol byl vytvořen rozdrcením skelné vaty. Takto vzniklé vláknité částice byly několikrát prosety přes řadu sít a dále roztříděny podle délky pomocí klasifikátoru pracujícím na principu dielektroforézy. Následná depozice byla vyhodnocena použitím mikroskopie s fázovým kontrastem. Ke zrychlení analýzy byl vyvinut program, který dokáže na základě analýzy obrazu najít a spočítat vlákna. Výsledky experimentu byly použity k určení depozičních charakteristik. S jejich pomocí pak byl kvantifikován vliv tvaru částic a průtoku na míru usazování. Depoziční účinnost částic rostla v závislosti na Stokesově čísle, což poukazuje na vliv setrvačnosti při usazování částic. Bylo prokázáno, že depoziční účinnost porézních částic je podobná té u částic kulových při stejném Stokesově čísle. Vláknité částice se usazovali méně efektivně v porovnání s kulovými částicemi majícími stejné Stokesovo číslo. Jelikož byly okrajové podmínky dostatečně popsány a model plic je k dispozici i v digitální podobě, je možné data použít k validaci výsledků numerických simulací.
|
|
|
Numerical model of inhalation
Milanovic, Selena ; Zezulka, František (referee) ; Sekora, Jiří (advisor)
Evropská legislativa požaduje snížení počtu zvířat zapojených do laboratorních testů. Současně je známo velmi málo o sekundárních účincích plynných látek (např. Deodorantů, čisticích sprejů) používaných denně v každé domácnosti. Na základě těchto potřeb byla provedena analýza transportu a reziduí částic v dýchacích cestách. Studie byla provedena ve dvou částech: teoretická část - simulace CFD, praktická část ověření. Experimentální část výzkumu je založen na modulu simulátoru plic i-Lung. Modul může být použit i jako pasivní i aktivní simulátor plic.
|
|
|
Modeling of Airflow Characteristics and Particle Deposition in Human Upper Respiratory Tract Using CFD Simulations
Pospíšil, Milan ; Forjan, Mathias (referee) ; Paštěka, Richard (advisor)
The objectives are to analyze the mechanisms of airflow and particle transport in the extrathoracic airways. Understanding these features in greater detail not only helps in the treatment of diseases related to the respiratory tract but also aims to reduce the amount of animal testing. For the evaluation, computational fluid dynamic (CFD) simulations were utilized. ANSYS was used as a leading software to perform a simulation of different inspiratory flow rates. In this work, Large Eddy Simulations (LES) is engaged due to its real-world performance. The geometry of the upper airways is obtained from CT scans, to preserve the topological data of the upper airways. Furthermore, the deposition of inhaled particles of varying diameters 1-10 m was examined, helping us better understand the therapeutic effects of inhaled particles. Two types of inhalations simulations were carried out. First, inhalation through the nose, simulating the inhalation with a nebulizer with airflow rates of 15 l/min and 30 l/min. Second, through mouth simulating inhalation with a dry-powder inhaler with a flow rate of 90 l/min. Simulated results show that most of the particles deposit at the entrance of the nasal or oral cavity. When flow rates of 15 and 30 l/min were compared, it can be seen the higher initial velocity is, the particles of large diameter (6-10 m) are stuck in the nasal cavity and do not appear in the laryngeal region, whereas with low velocity the more particles of 6-10 m can be found in this region. The maximum number of particles leaving the trachea was observed with a flow rate of 15 l/min, accounting for 26 %. As opposed to 90 l/min where only 13 % left the upper respiratory tract. Also, typical pressure drop can be observed in pressure contours describing the larynx region. This was most significant for a flow rate of 90 l/min where the pressure from the oropharynx to subglottis dropped by 490 Pa.
|
|
|
In Vitro Study of the Effect of Particle Characteristics and Flow Rate on Regional Deposition in Human Airways
Bělka, Miloslav ; Adamec, Vladimír (referee) ; Farkas, Árpád (referee) ; Jedelský, Jan (advisor)
Dlouhodobé vdechování částic může přispívat ke vzniku nebo zhoršení nejrůznějších plicních onemocnění. Na druhou stranu, vdechování léčiv je často používanou metodou podávání léků proti astmatu a jiným nemocem dýchacího ústrojí. V obou případech je důležité dobře porozumět mechanismům, na jejichž základě funguje pohyb částic a jejich usazování v dýchacích cestách. Cílem této disertační práce bylo získat nová experimentální data depozice částic a analyzovat vliv tvaru částic a průtoku vzduchu na depozici. Byla studována depozice porézních a vláknitých částic v realistickém modelu dýchacích cest. Porézní částice byly vyrobeny různými metodami, např. sprejovým sušením nebo metodou krystalizace. Takto vyrobené částice byly použity při depozičních experimentech. Detekce částic byla provedena pomocí UV/VIS spektrofotometrie. Vláknitý aerosol byl vytvořen rozdrcením skelné vaty. Takto vzniklé vláknité částice byly několikrát prosety přes řadu sít a dále roztříděny podle délky pomocí klasifikátoru pracujícím na principu dielektroforézy. Následná depozice byla vyhodnocena použitím mikroskopie s fázovým kontrastem. Ke zrychlení analýzy byl vyvinut program, který dokáže na základě analýzy obrazu najít a spočítat vlákna. Výsledky experimentu byly použity k určení depozičních charakteristik. S jejich pomocí pak byl kvantifikován vliv tvaru částic a průtoku na míru usazování. Depoziční účinnost částic rostla v závislosti na Stokesově čísle, což poukazuje na vliv setrvačnosti při usazování částic. Bylo prokázáno, že depoziční účinnost porézních částic je podobná té u částic kulových při stejném Stokesově čísle. Vláknité částice se usazovali méně efektivně v porovnání s kulovými částicemi majícími stejné Stokesovo číslo. Jelikož byly okrajové podmínky dostatečně popsány a model plic je k dispozici i v digitální podobě, je možné data použít k validaci výsledků numerických simulací.
|
|
|
Numerical model of inhalation
Milanovic, Selena ; Zezulka, František (referee) ; Sekora, Jiří (advisor)
Evropská legislativa požaduje snížení počtu zvířat zapojených do laboratorních testů. Současně je známo velmi málo o sekundárních účincích plynných látek (např. Deodorantů, čisticích sprejů) používaných denně v každé domácnosti. Na základě těchto potřeb byla provedena analýza transportu a reziduí částic v dýchacích cestách. Studie byla provedena ve dvou částech: teoretická část - simulace CFD, praktická část ověření. Experimentální část výzkumu je založen na modulu simulátoru plic i-Lung. Modul může být použit i jako pasivní i aktivní simulátor plic.
|
guest ::
