Experimentální výzkum transportu a depozice aerosolů v dýchacím traktu člověka. Ing. František Lízal Školitel: prof. Ing. Miroslav Jícha, CSc.

Podobné dokumenty
Semirealistický segmentový model plic pro studie transportu aerosolu

EXPERIMENTÁLNÍ VÝZKUM TRANSPORTU A DEPOZICE AEROSOLŮ V DÝCHACÍM TRAKTU ČLOVĚKA

Vysoké učení technické v Brně

Modelování zdravotně významných částic v ovzduší v podmínkách městské zástavby

Time-Resolved PIV and LDA Measurements of Pulsating Flow

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 6. Měření rychlostí proudění

Výzkumné aktivity řešené na stáži v USA na PURDUE UNIVERSITY Laboratoř chladících systémů Michal Kotek

Vliv vířivého proudění na přesnost měření průtoku v komínech

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Zařízení pro testování vyústek kabin dopravních prostředků a hodnocení charakteru proudění

TÉMATA PROJEKTŮ KME/PRJ3 VYPSANÁ PRO ZIMNÍ SEMESTR AK. R. 2016/17. Katedra mechaniky

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno. Biofyzika dýchání. Spirometrie

MODELOVÁNÍ MIGRAČNÍCH SCHOPNOSTÍ ŽELEZNÝCH NANOČÁSTIC A OVĚŘENÍ MODELU PŘI PILOTNÍ APLIKACI

Systém větrání využívající Coanda efekt

VEGETAČNÍ BARIÉRY Mgr. Jan Karel

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Turbulence

Vizualizace recirkulace a interakce proudu se stěnou při hemodialýze

Studentská tvůrčí činnost 2009

LDA MEASUREMENT BEHIND GENERATOR OF ROTATION LDA MĚŘENÍ ZA GENERÁTOREM ROTACE

VEGETAČNÍ BARIÉRY Mgr. Jan Karel

- AutoSympo a Kolokvium Božek 2. a , Roztoky -

Studentská tvůrčí činnost D modelování vírových struktur v rozváděcí turbínové lopatkové mříži. David Jícha

2302R007 Hydraulické a pneumatické stroje a zařízení Specializace: - Rok obhajoby: Anotace

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I

Krevní oběh. Helena Uhrová

Konfokální XRF. Ing. Radek Prokeš Katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze

Hydromechanické procesy Obtékání těles

Funkční a biomechanické vlastnosti pojivových tkání (sval, vazy, chrupavka, kost, kloub)

Modelování proudění ve vysokém rozlišení

Nejčastěji monitorované plynové nečistoty jsou: SO2 H2S CxHy NOx TRS PAH O3 NH3 HF CO VOC

Nanomateriály z pohledu ochrany zdraví při práci Jaroslav Mráz Státní zdravotní ústav, Praha

NUMERICKÝ VÝPOČET RADIÁLNÍHO VENTILÁTORU V KLIMATIZAČNÍ JEDNOTCE

Konstrukce optického mikroviskozimetru

Proudění viskózní tekutiny. Renata Holubova Viskózní tok, turbulentní proudění, Poiseuillův zákon, Reynoldsovo číslo.

LDA MEASUREMENT NEAR CAVITATION CENTRE OF VORTEX LDA MĚŘENÍ V OKOLÍ KAVITUJÍCÍHO JÁDRA VÍRU

VYUŽITÍ METODY PIV PŘI VÝVOJI SPALOVACÍCH MOTORŮ

Proudění tekutiny bifurkací

Interakce laserového impulsu s plazmatem v souvislosti s inerciální fúzí zapálenou rázovou vlnou

Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

CFD simulace obtékání studie studentské formule FS.03

Rozvoj tepla v betonových konstrukcích

Numerická simulace elastohydrodynamicky mazaného kruhového kontaktu nehladkých povrchů

Numerický a empirický odhad tlakové ztráty v obtokovém kanále experimentální parní turbíny 10 MW

WP22: Human Centered Cabin Design (modely lidských faktorů a optimalizace hardwaru kabiny) Vedoucí konsorcia podílející se na pracovním balíčku

Lom světla na kapce, lom 1., 2. a 3. řádu Lom světla na kapce, jenž je reprezentována kulovou plochou rozhraní, je složitý mechanismus rozptylu dopada

FLUENT přednášky. Turbulentní proudění

Harmonické oscilátory

průměrný kuřák materiály v kancelářích 0,5 olf/m 2 - nízkoolfové budovy - vztah mezi objemem prostoru a množstvím větracího vzduchu

Vírový průtokoměr Optiswirl 4070 C Měřicí princip Petr Komp,

Společná laboratoř optiky. Skupina nelineární a kvantové optiky. Představení vypisovaných témat. bakalářských prací. prosinec 2011

Teorie měření a regulace

Konstrukce optického mikroviskozimetru

ZKUŠEBNÍ PROUD VZDUCHU V AERODYNAMICKÉM TUNELU 3M REVIZE 2011 ING. MIROSLAV GOLDA ING. MARTIN SOLICH ING. KATEŘINA JANDOVÁ

Učební texty Univerzity Karlovy v Praze. Jana SlavíKová JitKa Švíglerová. Fyziologie DÝCHÁNÍ. Karolinum

1 POPIS MATEMATICKÉHO MODELU. 1.1 Použitý software FLOW-3D. Vodní nádrže , Brno

Ústav termomechaniky AV ČR. Témata diplomových prací (2007) Oddělení dynamiky tekutin Dolejšova 5 Praha 8 mail:

Vliv protiprašných sítí na dispersi pevných částic v blízkosti technologického celku (matematické modelování - předběžná zpráva)

PM 10 NEBO PM 2,5. (ale co třeba PM 1,0 a < 1 µm) B. Kotlík 1 a H. Kazmarová 2 1

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

Posouzení vlivu vnitřních svalků na průchodnost přivaděče zhotoveného z polyetylénových trub.

Detekce rozhraní kapalných médií v

Laserová technika 1. Rychlostní rovnice pro Q-spínaný laser. 22. prosince Katedra fyzikální elektroniky.

PŘÍLOHA KE KAPITOLE 12

CFD MODELOVÁNÍ ODLUČOVÁNÍ TUHÝCH ČÁSTIC

Senzory průtoku tekutin

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Experimentální metody I

Model chladicí věže. Šubert O., Čížek J., Nováková L.

POROVNÁNÍ EMISÍ EURO-6 ZÁŢEHOVÉHO MOTORU S PŘÍMOU TVOROBU SMĚSI BĚHEM RŮZNÝCH JÍZDNÍCH CYKLŮ

PŮDORYSNĚ ZAKŘIVENÁ KONSTRUKCE PODEPŘENÁ OBLOUKEM

SLO/PGSZZ Státní doktorská zkouška Sdz Z/L. Povinně volitelné předměty 1 - jazyková průprava (statut bloku: B)

Automatická detekce anomálií při geofyzikálním průzkumu. Lenka Kosková Třísková NTI TUL Doktorandský seminář,

CFD výpočtový model bazénu pro skladování použitého paliva na JE Temelín a jeho validace

DUM č. 2 v sadě. 12. Fy-3 Průvodce učitele fyziky pro 4. ročník

Numerické modelování interakce proudění a pružného tělesa v lidském vokálním traktu

Senzory průtoku tekutin

Inhalační podání antibiotik update Chytra I KARIM FN Plzeň, LFUK Plzeň

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra hydrauliky a hydrologie MAGNUSŮV EFEKT. Semestrální práce

Ing. Jaromír Kejval, Ph.D.

PORUCHY A VYŠETŘENÍ PLICNÍ VENTILACE. Ústav patologické fyziologie LF UK v Plzni

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

MĚŘENÍ PROUDĚNÍ POMOCÍ PIV V PROTÉKANÉM PROSTORU ČERPADLA EMULZÍ

Filtrace a katalytický rozklad nežádoucích složek v odpadních vzdušninách a spalinách pomocí nanovlákenných filtrů

WP22: Human Centered Cabin Design (modely lidských faktorů a optimalizace hardwaru kabiny) Vedoucí konsorcia podílející se na pracovním balíčku

VÝPOČET VLASTNÍ FREKVENCE VYSOKOTLAKÉHO SYSTÉMU

Zvýšení spolehlivosti vhodnou volbou prvků hydrostatického pohonu. CAHP

Obecné cíle a řešené dílčí etapy

Publikováno z 2. lékařská fakulta Univerzity Karlovy ( LF2 > Biofyzika

Státní zdravotní ústav

Měření pohybu kapaliny a změn teplot v reálném modelu tepelného výměníku metodou PLIF

PROUDĚNÍ REGULAČNÍ MEZISTĚNOU TURBÍNOVÉHO STUPNĚ PŘI ROTACI OBĚŽNÉHO LOPATKOVÁNÍ. Jaroslav Štěch

Vícefázové reaktory. MÍCHÁNÍ ve vsádkových reaktorech

NÁVRH EXPERIMENTÁLNÍHO PIV ZAŘÍZENÍ A JEHO NÁSLEDNÁ REALIZACE SVOČ FST 2015

Particle image velocimetry (PIV) Základní princip metody

Buněčné automaty a mřížkové buněčné automaty pro plyny. Larysa Ocheretna

Martin Červenka, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Plán rozvoje oboru ochrany čistoty ovzduší ČHMÚ do roku 2020

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY STUDIE TURBÍNY S VÍŘIVÝM OBĚŽNÝM KOLEM STUDY OF TURBINE WITH SIDE CHANNEL RUNNER

Modelová interpretace hydraulických a migračních laboratorních testů na granitových vzorcích

Transkript:

Experimentální výzkum transportu a depozice aerosolů v dýchacím traktu člověka Ing. František Lízal Školitel: prof. Ing. Miroslav Jícha, CSc.

2 Motivace: Pozitivní efekty aerosolů terapeutické aerosoly neinvazivní metoda okamžitá absorpce do krve na velkém povrchu Cílená dodávka léků Negativní efekty aerosolů škodlivé aerosoly emitovány průmyslem a dopravou nutnost odhadnout a zmírnit riziko působení inhalovaného škodlivého aerosolu Ochrana dýchacích cest

3 Přístupy: in vivo na lidských dobrovolnících či zvířatech + reálné živé objekty - přísná legislativa - finanční náročnost - nemožnost optické kontroly - nutnost získat informovaný souhlas - inter- a intrasubjektová variabilita

4 Přístupy: in vitro na fyzických modelech + nižší cena + snazší manipulace - zjednodušení oproti reálnému stavu + možnost vizualizace + lepší opakovatelnost

5 Přístupy: in silico numerické modelování + bez náročných měření + libovolné nastavení okrajových podmínek + informace o rychlostním poli i depozici - zjednodušení oproti reálnému stavu - výsledky silně závislé na počátečních a okrajových podmínkách a použité numerické metodě

6 Anatomie plic:

Morfologie plic a používané modely: 21/02/2011 16:25 Weibelův A model symetrický, číslování shora Horsfieldův model nesymetrický, číslování od terminálních bronchiolů Raabe a další Idealizované Odlitky z mrtvol Realistické MRI a CT modely ze živých dobrovolníků MRI a CT odlitků plic z mrtvol 7 Schmidt a kol. Visible Human Realistické Digitalizované

Experimentální výzkum proudového pole: Proudění v plicích je ovlivňováno řadou parametrů: průřez a zakřivení dýchacích trubic, úhel odklonu větví ve dvou směrech, dechový objem, dechová frekvence, způsob dýchání a další Popsáno několik charakteristických jevů, zejména: steady streaming a pendelluft 8

Experimentální výzkum proudového pole: Používané metody: Žárová anemometrie PIV, PTV, LIF LDA, PDA Hlavní bezrozměrné parametry: V (m/s)... rychlost vzduchu L (m)... charakteristický rozměr η (Pa.s)... dynamická viskozita vzduchu R (m)... poloměr trubice ω (rad/s)... úhlová frekvence oscilací průtoku Womersleyho číslo = poměr frekvence pulzací proudění k viskózním účinkům 9

Experimentální výzkum depozice aerosolu: Mechanismy depozice: Zachycení (interception) Setrvačný mechanismus (inertial impaction) Sedimentace (sedimentation) Difuze (diffusion) Elektrostatická precipitace (electrostatic precipitation) Hlavní parametr: d p (µm)... aerodynamický průměr částice V (m/s)... rychlost vzduchu η (Pa.s)... viskozita vzduchu 10

11 Experimentální výzkum depozice aerosolu: Křivka depoziční frakce:

12 Zhodnocení výsledků rešerše: Otevřená otázka vlivu rychlostního pole (zejm. laryngálního proudu) a turbulence na depozici Realistické X idealizované modely Perspektiva měření PDA (LDA) se vzduchem měření transportu aerosolu, nikoli proudění vody Depozice perspektivní metody: PET, gravimetrie, fluorescenční metoda, optický čítač Vláknové a porézní aerosoly CFD - pravděpodobný vývoj

Současný stav řešení disertační práce: 21/02/2011 16:25 Vyvinuta metodika výroby a vyroben realistický model pro optická měření 13

Použití PDA pro měření rychlostí a velikostí částic aerosolu v modelu plic: Průsečík 2 laserových paprsků tvoří měřicí objem Při průletu částice se část světla odrazí, část se láme Frekvence změn intenzity světla zachycená detektory je úměrná rychlosti částice a rozdíl fází mezi jednotlivými detektory je úměrný velikosti částice 14

Zprovoznění měřicích přístrojů a sestavení experimentální tratě: Mechanismus pro simulaci dýchání 15 Kondenzační generátor monodisperzního aerosolu

Sestavení experimentální tratě: 21/02/2011 16:25 1 model plic 2 elastický vak 3 statický mixér 4 generátor aerosolu 5 pneumatický válec 6 elektromotor 7 vysílací a přijímací optika 8 počítač Dále provedeno měření průtoků vzduchu modelem a měření dechových režimů u dobrovolníků Proveden výpočet optických korekcí pro měření PDA Měření vlivu zapojení dýchacího mechanismu k modelu shora nebo zdola 16

17 Výroba modelu pro měření depozice

18 Výroba modelu s ústní dutinou pro měření depozice

19 Měření depozice: stáž na Clarkson University, USA, 2009 Aerodynamic Particle Sizer Segmentový model Vývěva 10 filtrů 10 rotametrů 22 segmentů modelu Vibrating Orifice Aerosol generator 10 filtrů

20 Měření depozice: stáž na Clarkson University, USA, 2010 Dilutor Klasifikátor vláken Segmentový model Vývěva 10 rotametrů Generátor vláknitého aerosolu s neutralizát orem 10 filtrů 22 segmentů modelu 16 x10 filtrů

21 Výsledky transport aerosolu Proměřen realistický model v 16 řezech pro cyklické dýchání při třech režimech (klidné dýchání, lehká a střední zátěž) Stacionární nádech změřen ve 2 řezech pro 3 velikosti částic a tři režimy dýchání Celkem naměřeno cca 500 souborů o 10 dechových cyklech

Deposition fraction (%) 21/02/2011 16:25 22 Výsledky depozice aerosolu 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Deposition fraction 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Segment number 30LPM 3um 15LPM 3um

Deposition efficiency (%) 21/02/2011 16:25 23 Výsledky depozice aerosolu 100 Deposition efficiency 90 80 70 60 50 40 30 30LPM 3um 15LPM 3um 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Segment number

Deposition density 21/02/2011 16:25 24 Výsledky depozice aerosolu 16000 Deposition density 14000 12000 10000 8000 6000 30LPM 3um 15LPM 3um 4000 2000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Segment number

Zhodnocení a nejbližší postup prací: Provedena rešerše tématu disertační práce Vyrobeny fyzické modely pro optické měření transportu aerosolu a pro měření depozice 21/02/2011 16:25 Ukončena fáze měření s pomocí PDA, pokračují depoziční měření Vyroben model s ústní dutinou o Prováděno měření depozice vláknitých aerosolů (stáž na Clarkson University, USA) Analýza a korelování výsledků PDA a depozice Příprava měření porézních aerosolů 25

26 Děkuji za pozornost