基于CFD的COPD患者肺部氣道內(nèi)空氣流動(dòng)特性研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一種具有氣流受限特征的肺部疾病,近年來已經(jīng)成為一種常見肺部的疾病。此疾病具有較高的發(fā)病率,,高死亡率以及治療效果不佳的特點(diǎn),給患者本人及家庭帶來了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。臨床上利用肺功能檢查獲得肺氣管的部分評(píng)估參數(shù),但對(duì)于獲取氣體在人體氣道內(nèi)的流速,壁面剪切應(yīng)力,流量在各級(jí)支氣管的分配等力學(xué)參數(shù)仍然存在缺陷。
  本文的主要目的是考察COPD患

2、者氣道同健康人體氣道的差異。從形態(tài)學(xué),物理學(xué),數(shù)學(xué)的角度揭示COPD疾病的發(fā)病機(jī)理。
  本文引入了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computed fluid dynamics,CFD)方法研究人體氣道空氣流動(dòng)的流動(dòng)特性,以CT掃描技術(shù)為基礎(chǔ),利用連續(xù)的,完整的斷層CT圖像通過Mimics軟件重建出人體氣道的三維幾何模型。并將幾何模型轉(zhuǎn)化成Xt格式文件后導(dǎo)入ANSYS Workbench進(jìn)行模擬仿真。
  本研究選取4例COPD患者和一例

3、健康研究對(duì)象作為對(duì)照組,假設(shè)氣道壁面為剛性壁面,空氣為牛頓氣體,結(jié)合個(gè)性化的呼吸參數(shù),選用速度入口邊界條件,壓力出口邊界條件,選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型,獲得能反映空氣在氣管內(nèi)的流動(dòng)特性的相關(guān)參數(shù)。包括空氣的流動(dòng)速度,壁面壓力,壁面剪切力,氣道移動(dòng)方向,流量分布等,通過分析以上參數(shù)揭示氣道的通氣功能。研究獲得的主要結(jié)果如下。
  (1)同健康研究對(duì)象相比,COPD患者氣道均存在不同程度的扭曲變形。
  (2)實(shí)現(xiàn)正常生理通氣功能

4、所需的壓降值更高。對(duì)于正常研究對(duì)象氣道內(nèi)壓降為2.20Pa,而對(duì)于COPD患者氣道壓降分別為14.2Pa,21.9Pa,17.89Pa,27.31Pa,遠(yuǎn)高于健康對(duì)照組。
  (3)COPD患者氣道壁面壓力,壁面剪切應(yīng)力相對(duì)于健康對(duì)照組分布更加不均勻。
  (4)COPD患者氣道狹窄區(qū)域內(nèi)有較高的流速,較低的壁面壓力,較高的壁面剪切應(yīng)力。
  (5)最大壁面壓力出現(xiàn)在入口處。
  (6)五個(gè)研究對(duì)象的右側(cè)出口面積

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