吸入疗法中药物颗粒在人体呼吸道内输运过程的数值模拟

发布时间：2020-07-03 21:37

【摘要】： 呼吸系统疾病越来越受到人们的重视,而吸入疗法治疗呼吸系统疾病比传统的口服药物和针剂具有更好的疗效,在临床中的应用也越来越普遍。本文针对吸入疗法中存在的不足,对药物颗粒在呼吸道内的运动沉积状况进行数值模拟研究,为吸入疗法达到靶向治疗的效果提供一定的理论支持。 影响药物颗粒在呼吸道内沉降的因素很多。通过数值模拟,了解药物颗粒在人体呼吸道中的运动规律,分析其流场特性、颗粒运动轨迹和沉积率,对我们正确评估药物颗粒在人体呼吸道中的沉积影响因素,对治疗呼吸系统疾病有着重要的作用。 本文详细地介绍了人体呼吸系统的结构和生理功能,总结了人体呼吸系统中流体流动的特点。并在此基础上广泛参考和对比了各种呼吸道物理模型,结合加拿大阿尔伯达省气溶胶实验室提出的理想化口腔—咽喉及Weibel模型A中的气管—支气管模型,通过适当的假设和简化,建立了适当的物理模型,并在FLUENT前处理软件GAMBIT中完成建模和网格划分工作;为随后的数值模拟奠定了基础;针对人体上呼吸道内流体流动的特点,确定了计算域和边界条件,并导入FLUENT软件,采用RNGκ—ε模型和标准κ—ω湍流模型计算了一般正常成年男子在静坐状态下稳态呼吸时(Q=30L/min)的上呼吸道流场及非稳态吸气时的气道流场,并对两种计算方法下的稳态和非稳态的流场进行了比较;在单相流场研究的基础上,采用拉格朗日框架追踪了药物颗粒在气道内的运动轨迹,进而分析了药物颗粒在呼吸道各个部位的沉积状况,统计了药物颗粒物的沉积率,并总结出了呼吸强度、颗粒粒径与密度对气溶胶颗粒沉积的影响规律。其研究结果表明:药物颗粒的运动方式受到流场的影响较大,其运动轨迹与气流流线相似,但在气流回流区被气流卷起的可能性较小。从药物颗粒在呼吸道内的沉积率可以看出,呼吸强度、颗粒粒径和颗粒密度是影响药物颗粒在呼吸道内沉积的三个主要因素,加强呼吸强度使得药物颗粒的沉积率增大,随着颗粒粒径与颗粒密度的增大,颗粒的沉积率也相应增大。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：R56;R96
【图文】：

第一章绪论图1一1丫S.Cheng等所建立的人体呼吸道模型B.Grgie〔6〕等，利用计算X线断层摄影术(eomputed介 mogaphyscans)结合磁共振成像技术(Ma助 etieResonaneeImagingSeans)对人体呼吸道进行数据采集，并建立了人体呼吸道的物理模型(图l一2)。他们指出关于人体胸外区域内流体动力学和吸入气溶胶沉降规律的研究对设计制造高效的气溶胶吸入装置有重要的意义〔7]。实验对两种呼吸强度30、90L/nlin和三种颗粒粒径3、5、6.知m下颗粒的局部沉积量进行了统计。结果表明，颗粒物的沉积率与入口气流速度，颗粒粒径有关，而颗粒惯性则是一个影响沉积率的关键因素。图1一 2B.G飞ic等建立的口喉理想模型丫zhang[8]等则建立了更为理想化的模型(图1一3)。他们对此理想化口喉模型和两种标准USP喉模型进行了实验研究。实验采用三种呼吸强度30、60及90L/min和颗粒粒径为2.5、5.0和6.伽m，并运用重量测定法来测定气溶胶在这三个模型中的沉积量。其结果显示，采用两种标准USP喉模型得到的数据与已有的在活体试验中得到的数据相比小得多，而新建立的理想化口咽模型得到的结果却与活体试验数据吻合良好。

3药物颗粒大小和在口咽部、气管支气管及肺内的沉降示药物的目的是利用气体的物理性质来输送一定浓度胶吸入后药物颗粒在肺内分布和沉积情况的体外和些模型测出的结果，仅反映理想条件情况下颗粒大在疾病状态和基础肺功能急性恶化时，气溶胶吸入清楚。影响气溶胶颗粒在气道内沉降的主要因素有气剖因素、气溶胶发生装置和吸入药物的药代动力粒大小气溶胶吸入的疗效与药物颗粒在气道和肺1一助m的颗粒在下气道和肺内有较多的沉降，的细支气管和肺泡内沉降，直径5一1伽m的颗粒大一1知m的颗粒几乎沉降于口咽部。吸入颗粒的形态不规则的非球形颗粒，比球形颗粒容易沉降于上气

【引证文献】

相关期刊论文 前1条

1 文谋;胡徐趣;卢志明;;颗粒物在人体上呼吸道模型中沉降规律的数值研究[J];力学季刊;2011年04期

本文编号：2740208