نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• شاهرخ شجاعی ¹
• شاهرخ شجاعی ²

¹ گروه مهندسی پزشکی دانشکده فنی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی

² گروه مهندسی پزشکی ، واحد تهران مرکزی ، دانشگاه آزاد اسلامی ، تهران، ایران

چکیده

همواره اثرات تغییرات ساختاری تومور بر مسیر هوای تنفسی مورد توجه محققان بوده است. به طوریکه این اثرات در موارد حاد منجر به خفگی بیمار خواهد شد. در این مطالعه تلاش خواهد شد به کمک نرم افزار انسیس یک مدل محاسباتی برای بررسی اثر تومور بر روی جریان هوا در ناحیه حنجره ارائه شود. مدل ارائه شده قادر است اثر حضور تومور بر سرعت و فشار هوا در سیستم هوایی فوقانی را به کمک شبیه سازی کامپیوتری محاسبه کند. در این پژوهش شبیه سازی جریان هوای پایا برای بازدم در سه دبی تنفسی L/min 15 و L/min 26 و L/min 30 در نظر گرفته شد. بیشترین حد سرعت در دبی تنفسی L/min 15 و L/min 26 و L/min 30 به ترتیب m/s 26/6 , m/s 58/10, m/s 14/12 در حنجره پدیدار می گردد. همچنین بیشترین فشار در نای رخ می دهد به طوریکه ماکزمیم فشار در دبی تنفسی L/min 15 و L/min 26 و L/min 30 به ترتیب با برابر Pa6/19 , Pa 01/51, Pa 8/65 است. از سوی دیگر بیشترین تغییرشکل در ناحیه تنگ شدگی مجرای تنفسی روی میدهد. همچنین با افزایش نرخ جریان میزان تغییر شکل نیز افزایش می یابد. ماکزمیم تغییر شکل روی جدار در دبی تنفسی L/min 15 و L/min 26 و L/min 30 به ترتیب با mm07/0mm , 2/0 mm , 27/0 برابر است. در این مدل تنفسی به دلیل حضور تومور، سرعت و تنش برشی روی جداره به بیشترین میزان خود در ناحیه حنجره می رسد. حضور تومور می تواند به مرور زمان منجر به مسدودی مسیر هوا و خفگی بیمار شود. همچنین خطر انسداد راه هوایی حتی در کاهش جزئی ظرفیت تنفسی افزایش می یابد. ارائه یک مدل عددی برای سیستم تنفسی می تواند در راستای رویکرد درمانی بهتر موثر باشد.

کلیدواژه‌ها

• مدل عددی
• سیستم تنفس فوقانی
• تومور
• تغییر شکل

موضوعات

• برهم‌کنش سیال و جامد در محیط‌های زیستی

عنوان مقاله [English]

Numerical analysis of tumor effect on airflow and respiratory tract in the human upper respiratory system

نویسندگان [English]

• shahrokh shojaei ¹
• Shahrokh Shojaei ²

¹ Department of biomedical engineering, Tehran Central Branch. Islamic Azad University

² Department of Biomedical Engineering, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده [English]

The pathological effects of the tumor on the respiratory airway have always been the focus of researchers. So, these effects will lead to the suffocation of the patient in acute cases. This study presents a computational model to investigate the effect of a tumor on the airflow in the larynx area with the help of Ansys software. The presented model is able to numerically calculate the effect of tumor presence on airspeed and pressure in the upper air system. This study considered the simulation of steady airflow for exhalation in three respiratory flow rates of 15 L/min, 26 L/min, and 30 L/min. The maximum speed limit in the respiratory flow of L/min 15, L/min 26, and L/min 30, respectively, 6.26 m/s, 10.58 m/s, and 12.14 m/s, appears in the larynx. Also, the highest pressure occurs in the trachea, so the maximum pressure in the respiratory rate is 15 L/min, 26 L/min, and 30 L/min, respectively, equal 19.6 Pa, 51.01 Pa, and 65.8 Pa. On the other hand, most deformation occurs in the area of ​​narrowing of the respiratory tract. With the increase in the flow rate, the amount of deformation also increases. The maximum deformation on the wall at the respiratory flow rate of 15 L/min, 26 L/min, and 30 L/min is equal to 0.07mm, 0.2mm, and 0.27mm, respectively. Due to the presence of a tumor in this respiratory model, velocity and WSS reach their maximum in the larynx region. The presence of a tumor can gradually lead to airway obstruction. Moreover, the risk of airway obstruction increases even in a slight reduction in respiratory capacity. Providing a numerical model for the respiratory system can effectively lead to a better treatment approach.

کلیدواژه‌ها [English]

• Numerical model
• upper respiratory system
• tumor
• deformation