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J-GLOBAL ID：201802265159001959   整理番号：18A1033313

空気流と吸入粒子属性の数値特性化による構造化肺システムにおける物質沈着評価【JST・京大機械翻訳】

Substance deposition assessment in obstructed pulmonary system through numerical characterization of airflow and inhaled particles attributes

著者 (11件)： Lalas Antonios (Information Technologies Institute, Centre for Research and Technology - Hellas (CERTH), Thessaloniki, Greece) ,  Nousias Stavros (Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras, Patra, Greece) ,  Kikidis Dimitrios (Information Technologies Institute, Centre for Research and Technology - Hellas (CERTH), Thessaloniki, Greece) ,  Lalos Aris (Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras, Patra, Greece) ,  Arvanitis Gerasimos (Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras, Patra, Greece) ,  Sougles Christos (Information Technologies Institute, Centre for Research and Technology - Hellas (CERTH), Thessaloniki, Greece) ,  Moustakas Konstantinos (Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras, Patra, Greece) ,  Votis Konstantinos (Information Technologies Institute, Centre for Research and Technology - Hellas (CERTH), Thessaloniki, Greece) ,  Verbanck Sylvia (Respiratory Division, University Hospital UZ Brussel, Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium) ,  Usmani Omar (National Heart and Lung Institute (NHLI), Imperial College London and Royal Brompton Hospital, London, UK) ,  Tzovaras Dimitrios (Information Technologies Institute, Centre for Research and Technology - Hellas (CERTH), Thessaloniki, Greece)
資料名： BMC Medical Informatics and Decision Making (Web)  (BMC Medical Informatics and Decision Making (Web))
巻： 17  号： 3  ページ： 173  発行年： 2017年 
JST資料番号： U7433A  ISSN： 1472-6947  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： イギリス (GBR)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： 慢性閉塞性肺疾患(COPD)と喘息は,2つの最も広範な閉塞性肺疾患と考えられているが,それらは世界中で5000万人以上に影響を及ぼす。残念ながら,呼吸のシミュレーションに必要な計算資源の増加と組み合わせた肺の詳細な幾何学的モデルの必要性は,詳細なモデル化アプローチによる気道の炎症性疾患のより良い理解のために,過去には大きな進歩をもたらさなかった。この文脈において,吸入された環境粒子の流体粒子追跡(FPT)分析を伴う計算流体力学(CFD)シミュレーションは,肺機能評価のために重要であると考えられる。また,これらの蓄積が炎症に影響を及ぼすか,または誘導するかもしれないので,それらは患者の気道における粒子沈着の理解を可能にする。この方向において,本研究は肺内の粒子沈着のより良い理解のための最初の研究を行う。より具体的には,肺疾患に関連する気道障害の正確なモデルを開発し,サイズや密度のような吸入粒子特性の影響の同定と共に気流挙動の完全な評価を行った。著者らのアプローチは,肺の幾何学的特性と気道内の気流の深さの理解に関して,肺治療の効果的な個人化に向けた最初のステップを提示する。収縮アルゴリズムを含む幾何学的処理技術を確立し,気道障害を示す肺関連疾患に関連する異なる呼吸配列を用いるために用いた。正常な肺症例とは別に,閉塞症例の2つのカテゴリー,すなわち肺における障害を有するモデルおよび右肺における狭窄を伴うモデルを検討した。有限体積法(FVM)および特にCFDおよびFPTアルゴリズムを通してこれらの明確な事故をシミュレートすることによって,肺の種々の部分にわたる気流および沈着率(DF)に関する正確な仮定を引き出した。さらに,詳細なパラメータ解析により,粒子サイズと密度が,肺システムのいくつかの部分に及ぼす局所沈着の影響を明らかにした。この方法で,種々の物質の沈着パターンを評価することができる。非閉塞肺モデルの特定の場合には,ほとんどの粒子が右肺で検出された(空気流量が12.6L/分のとき,空気流量が6.06L/分の場合には全体の51.45%),また,2次発生後に障害が発生した場合には,閉塞が対称的に起こるという事実もあった。対照的に,右肺のみで狭窄を発生させると,ほとんどの粒子は左切片上に押し込まれる(空気流量が11.2L/分のとき,全体の68.22%),吸入薬物は炎症の領域から一般的に沈着することを示す。この観察は肺疾患の医療を設計する際に有用である。さらに,直径が1μmから10μmの粒子は主に下部気道に堆積し,直径が20μmと30μmの粒子が主に上部気道に蓄積されることを示した。結果として,電流解析は,粒子径が大きくなると,上部気道におけるDFレベルの増加を示した。さらに,粒子密度が1000Kg/m3から2000Kg/m3に増加すると,DFはすべての世代で強化され,ここで調べた全ての場合について増加した。著者らのシミュレーションによって得られた結果は,肺モデリングに含まれるすべての重要なパラメータの正確で定量的な推定を提供する。吸入された医療物質による呼吸器疾患の治療は,正確なCFDとFPTシミュレーションの臨床的使用と,異なる粒子サイズと粒子密度に関する局所的に配向した視点における吸入粒子の沈着を評価することによって,特に進歩することができる。特定の特性(すなわち,粒子サイズと密度)を有する薬物は特定の肺領域に最大の沈着を示すので,本研究は適切な薬物選択のための適切な医師への最初の適応を提供する。Copyright 2018 The Author(s). All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

シソーラス用語： *気流 ,  炎症 ,  *沈着 ,  計算流体力学 ,  *キャラクタリゼーション ,  気道 ,  閉塞 ,  モデリング ,  シミュレーション ,  *吸入 ,  ヒト ,  *空気流 ,  アルゴリズム ,  治療法 ,  エアロゾル

著者キーワード (5件)： 計算流体力学 ,  流体粒子追跡 ,  閉塞性肺疾患 ,  エアロゾル沈着 ,  ヒト気道

分類 (2件)： 呼吸器の疾患  (GI03000Z) ,  呼吸器の臨床医学一般  (GI01030S)

引用文献 (38件)：

• Tawhai M, Hunter P. CT-based geometry analysis and finite element models of the human and ovine bronchial tree. J Appl Physiology. 2004:2310-21.
• J Aerosol Sci; Transport and deposition of respiratory aerosols in models of childhood asthma; PW Longest, S Vinchurkar, T Martonen; 37; 2006; 1234-1257; 10.1016/j.jaerosci.2006.01.011; citation_id=CR2
• Asia Pac Allergy; Measuring and imaging small airways dysfunction in asthma; F Thien; 3; 2013; 224-230; 10.5415/apallergy.2013.3.4.224; citation_id=CR3
• Environ Health Prev Med; Correlation of light transmittance with asthma attack: fine water particles as a possible inducing factor of asthma; K Kanaya, K Okamoto, S Shimbo, M Ikeda; 16; 2011; 44-51; 10.1007/s12199-010-0164-z; citation_id=CR4
• Ann Biomed Eng; Computational fluid dynamics simulation of airflow and aerosol deposition in human lungs; N Nowak, PP Kakade, AV Annapragada; 31; 2003; 374-390; 10.1114/1.1560632; citation_id=CR5

タイトルに関連する用語 (10件)： 空気流 ,  吸入 ,  属性 ,  数値 ,  特性化 ,  構造化 ,  肺 ,  物質 ,  沈着 ,  評価