Tạo ra mô hình ba chiều dựa trên giải phẫu của các đường dẫn hô hấp

Springer Science and Business Media LLC - Tập 28 - Trang 793-802 - 2000
M. Howatson Tawhai1, A. J. Pullan1, P. J. Hunter1
1Department of Engineering Science, School of Engineering, The University of Auckland, New Zealand

Tóm tắt

Một mô hình chính xác về mặt giải phẫu của các đường dẫn hô hấp là cần thiết để mô phỏng chính xác việc trộn khí, lắng đọng hạt, chuyển đổi nhiệt và nước, cũng như phân phối chất lỏng. Chúng tôi đã mở rộng thuật toán phát triển cây hai chiều sang ba chiều để tạo ra mô hình đường dẫn hô hấp ba chiều phụ thuộc hình dáng của chủ thể. Các nhánh tận cùng trong mô hình bị giới hạn bởi chiều dài và khối lượng cung cấp. Một giới hạn được đặt ra về góc nhánh tối đa giữa nhánh con và nhánh cha. So sánh mô hình thu được với dữ liệu hình thái cho thấy thuật toán tạo ra các tỷ lệ nhánh và chiều dài, chiều dài đường đi, số lượng nhánh và góc nhánh rất gần với dữ liệu thực nghiệm. Sự tương quan giữa các thống kê từ mô hình được tạo ra và những thống kê từ các nghiên cứu hình thái cho thấy rằng cấu trúc đường dẫn hô hấp có thể được mô tả đầy đủ bằng cách sử dụng thuật toán "cung và cầu". Mô hình thu được là một lưới tính toán có thể được sử dụng để mô phỏng các hiện tượng vận chuyển. © 2000 Hiệp hội Kỹ thuật Y sinh.

Từ khóa

#mô hình đường dẫn hô hấp #mô phỏng khí #thuật toán cung và cầu #nghiên cứu hình thái học #vận chuyển chất lỏng

Tài liệu tham khảo

Bradley, C. P., A. J. Pullan, and P. J. Hunter. Geometric modeling of the human torso using cubic Hermite elements. Ann. Biomed. Eng. 25:96–111, 1997.

Chang, H. K., and L. E. Farhi. On mathematical analysis of gas transport in the lung.Respir. Physiol. 18:370–385, 1973.

Darquenne, C., and M. Paiva. One-dimensional simulation of aerosol transport and deposition in the human lung. J. Appl. Physiol. 77(6):2889–2898, 1994.

de Vries, W. R., S. C. M. Luijendijk, and A. Zwart. Helium and sulfur hexaflouride washout in asymmetric lung models. J. Appl. Physiol.: Respir., Environ. Exercise Physiol. 51:1122–1130, 1981.

Gillis, H. L., and K. R. Lutchen. How heterogeneous bronchoconstriction affects ventilation distribution in human lungs: A morphometric model. Ann. Biomed. Eng. 27:14–22, 1999.

Haefeli-Bleuer, B., and E. R. Weibel. Morphometry of the human pulmonary acinus. Anat. Rec. 220:401–414, 1988.

Horsfield, K. Organization of the tracheobronchial tree. In: Scientific Foundations of Respiratory Medicine, edited by J. G. Scadding and G. Cumming. London: William Heinemann, 1981.

Horsfield, K., and G. Cumming. Angles of branching and diameters of branches in the human bronchial tree. Bull. Math. Biophys. 29:245–259, 1967.

Horsfield, K., and G. Cumming. Morphology of the bronchial tree in man. J. Appl. Physiol. 24:373–383, 1968.

Horsfield, K., G. Dart, D. E. Olsen, G. F. Filley, and G. Cumming. Models of the human bronchial tree. J. Appl. Physiol. 31:207–217, 1971.

Horsfield, K., F. G. Relea, and G. Cumming. Diameter, length and branching ratios in the bronchial tree. Respir. Physiol. 26:351–356, 1976.

Kitaoka, H., R. Takaki, and B. Suki. A three-dimensional model of the human airway tree. J. Appl. Physiol. 87(6):2207–2217, 1999.

Pack, A., M. B. Hooper, W. Nixon, and J. C. Taylor. A computational model of pulmonary gas transport incorporating effective diffusion. Respir. Physiol. 29:101–124, 1977.

Paiva, M., and L. A. Engel. Pulmonary interdependence of gas transport. J. Appl. Physiol.: Respir., Environ. Exercise Physiol. 47:296–305, 1979.

Perzl, M. A., H. Schulz, H. G. Paretzke, K. H. Englmeier, and J. Heyder. Reconstruction of the lung geometry for the simulation of aerosol transport. J. Aerosol Medicine 9(3):409–418, 1996.

Phalen, R. F., H. C. Yeh, G. M. Schum, and O. G. Raabe. Application of an idealized model to morphometry of the mammalian tracheobronchial tree. Anat. Rec. 190:167–176, 1978.

Phalen, R. F., M. J. Oldham, C. B. Beaucage, T. T. Crocker, and J. D. Mortensen. Postnatal enlargement of human tracheobronchial airways and implications for particle deposition. Anat. Rec. 212:368–380, 1985.

Raabe, O. G., H. C. Yeh, G. M. Schum, and R. F. Phalen. Tracheobronchial geometry-Human, Dog, Rat, Hamster. Lovelace Foundation for Medical Education and Research, 1976.

Scherer, P. W., L. H. Shendalman, and N. M. Green. Simultaneous diffusion and convection in a single breath lung washout. Bull. Math. Biophys. 34:393–412, 1972.

Snyder, B., D. R. Dantzker, and M. J. Jaeger. Flow partitioning in symmetric cascades of branches. J. Appl. Physiol.: Respir., Environ. Exercise Physiol. 51(3):598–606, 1981.

Taulbee, D. B., and C. P. Yu. A theory of aerosol deposition in the human respiratory tract. J. Appl. Physiol. 38(1):77–85, 1975.

Thurlbeck, A., and K. Horsfield. Branching angles in the bronchial tree related to order of branching. Respir. Physiol. 41:173–181, 1980.

U.S. National Library of Medicine. Visual Man Project. CDROM, 1996

Verbanck, S., and M. Paiva. Model simulations of gas mixing and ventilation distribution in the human lung.J. Appl. Physiol. 69(6):2269–2279, 1990.

Wang, C. Y., J. B. Bassingthwaighte, and L. J. Weissman. Bifurcating distributive system using Monte Carlo method. Math. Comput. Modeling. 16(3):91–98, 1992.

Weibel, E. R., Morphometry of the Human Lung. Berlin: Springer, 1963.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Tập 28

793-802

Thông tin tác giả