使用CFD-DPM和遗传算法进行现实的呼吸道颗粒沉积的数值建模
Saba Khaksar1, Mehrad Paknezhad1, Maysam Saidi2
1Mechanical Engineering Department, Faculty of Engineering, Razi University, 6714414971, Kermanshah, Iran.
Biomechanics and modeling in mechanobiology
|June 13, 2024
概括
这项研究通过模拟呼吸道中的颗粒沉积来优化药物输送装置. 粒子直径是影响沉积的最关键因素,遗传算法预测与数值结果密切匹配.
科学领域:
- 计算流体动力学 计算流体动力学
- 生物医学工程 生物医学工程
- 药理动力学 药理动力学
背景情况:
- 优化药物输送装置需要了解呼吸道中的颗粒沉积.
- 呼吸道的现实模型对于准确的模拟至关重要.
研究的目的:
- 在支气管树中模拟空气流和粒子运动,使用欧利尔-拉格兰治方法.
- 研究粒子直径,形状因子和空气速度对粒子沉积的影响.
- 使用遗传算法优化支气管树中的颗粒沉积.
主要方法:
- 使用了从CT医学图像中获得的现实的呼吸道模型.
- 采用欧勒尔-拉格兰治的方法来模拟空气流和粒子动态.
- 应用了一种遗传算法来确定最佳粒子沉积参数.
主要成果:
- 口腔-喉区域在各种流速中表现出最高的沉积分数.
- 增加的粒子直径和形状因子导致由于惯性和阻力,喉中的沉积分数较高.
- 粒子直径是最有影响力的参数 (60%),其次是形状因子和速度.
结论:
- 颗粒沉积与直径,形状因子和速度直接相关,直径是最重要的.
- 遗传算法准确地预测了数值结果的1%内最大颗粒沉积率 (17%) 的数值结果 (16%).
- 这些发现支持优化药物输送装置,以提高治疗效率.


