年齢特有の肺の上気道における多分散エアロゾル輸送と堆積

ヒト肺の気流の特性と粒子輸送の包括的な理解は、処方薬やリハビリテーションのリスク評価を含む臨床診断、治療、および管理を通知するためのモデリングに役立ちます。肺疾患の臨床治療の困難の1つは、異なる肺サイズなどの他の要因の中でも、年齢によって引き起こされる患者のさまざまな物理的肺特性にあります。さまざまな流量を持つさまざまな年齢層間の比較の正確な理解は文献にありません。この研究は、年齢固有の肺内の気流とエアロゾル輸送を分析することを目的としています。ANSYS Fluent Solverと大型シミュレーション（LES）モデルが数値シミュレーションに採用されました。数値モデルは利用可能な文献で検証され、計算結果は、気道のサイズ還元が上気道の気流と粒子輸送に大きく影響することを示しました。この研究では、より大きな直径粒子の口への筋肉領域でのより高い堆積を報告しています。全体的な堆積効率（DE）は、気道サイズの縮小と流量とともに増加しました。肺の老化が圧力分布に影響を与え、若い肺と比較して老化した肺についてより高い圧力低下が報告されました。これらの調査結果は、患者特異的肺の薬物エアロゾル送達プロセスの個別のシミュレーションを通じて医学的管理に通知することができます。

A comprehensive understanding of airflow characteristics and particle transport in the human lung can be useful in modelling to inform clinical diagnosis, treatment, and management, including prescription medication and risk assessment for rehabilitation. One of the difficulties in clinical treatment of lung disorders lies in the patients' variable physical lung characteristics caused by age, amongst other factors, such as different lung sizes. A precise understanding of the comparison between different age groups with various flow rates is missing in the literature, and this study aims to analyse the airflow and aerosol transport within the age-specific lung. ANSYS Fluent solver and the large-eddy simulation (LES) model were employed for the numerical simulation. The numerical model was validated with the available literature and the computational results showed airway size-reduction significantly affected airflow and particle transport in the upper airways. This study reports higher deposition at the mouth-throat region for larger diameter particles. The overall deposition efficiency (DE) increased with airway size reduction and flow rate. Lung aging effected the pressure distribution and a higher pressure drop was reported for the aged lung as compared to the younger lung. These findings could inform medical management through individualised simulation of drug-aerosol delivery processes for the patient-specific lung.