Progettazione e validazione di un modello 3D realistico di sistema respiratorio per l'analisi della deposizione di aerosol, per applicazioni terapeutiche termali e studi ambientali

The model presented in this work is realistic in terms of anatomical dimensions and mean physiological values in a healthy-adult patient, going beyond the patient-specific model limits. The minute volume used for both the stationary and transient CFD simulations is 6 L/min, representing a rest breathing condition with a sinusoidal pattern (T = 4 s). The regional deposition efficiency of particle about 1, 3, 7, 10 and 25 µm has been compared to in vivo data and theoretical models up to the fourth generation in the stationary case. In transient case, deposition efficiency of 7 µm particle during inspiration phase shows a specific relationship between the site of deposition and injection time, at pulmonary level regions.

Il presente lavoro fornisce un modello 3D di sistema respiratorio non paziente specifico, ma realistico, rispondente in tutte le sue dimensioni e prestazioni ai valori medi fisiologici che caratterizzano l’apparato di un paziente sano adulto. Il contesto del progetto ha determinato la scelta di un volume minuto respiratorio pari a 6 L/min, corrispondenti ad uno stato di respiro tranquillo. Le simulazioni CFD sono state svolte in condizioni sia stazionarie che tempo-dipendenti, rappresentando un ciclo respiratorio sinusoidale di 4 s. La deposizione di aerosol di diametro pari a 1, 3, 7, 10 e 25 µm è stata analizzata e validata fino alla 4^ generazione per il caso stazionario tramite la comparazione dei risultati in termini di efficienza di deposizione regionale con risultati in vivo e modelli teorici presenti in letteratura. In stato transitorio è stata analizzata la deposizione di aerosol di diametro pari a 7 µm, che mostra una relazione fra luogo di deposizione e tempo di ingresso specifica per ogni lobo polmonare.