Project detail

Lung pathology influence on therapeutic aerosol delivery to the lung

Duration: 17.05.2017 — 03.05.2019

Funding resources

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR - INTER-EXCELLENCE - Podprogram INTER-COST

- whole funder (2017-05-17 - 2019-05-03)

On the project

Cílem projektu je přispět k rozvoji a zlepšení metody cílené dodávky léčivých aerosolů uzpůsobené pacientovi. K dosažení tohoto cíle je nutno objasnit mechanizmus proudění s obsahem aerosolů a jejich depozice v různých částech dýchacího traktu a z hlediska proudění zejména roli turbulence, která vzniká při nádechu v tzv. laryngálním proudu, tak jak se nádech dostává do své nejvyšší fáze a vznikající vírové struktury se propagují do dolních dýchacích cest, kde následně ovlivňují depozici částic. Projekt se zaměří na některé patologické změny v plících, spojené s Chronickou obstrukční plicní nemoci (CHOPN), která se projevuje sníženým vdechovaným množstvím vzduchu, dále na lokální tumory v horních plicních lalocích jako důsledek kouření a na tumory v dolním pravém laloku, kde vznikají jako důsledek vdechování vláknových částic, které snadněji pronikají do pravých dolních dýchacích cest, kam směřuje větší množství vdechovaného vzduchu. Rovněž bude studován vliv tumorů v pohrudnici, které utlačují dolní laloky a redukují průtok vzduchu do nich. Uvedené jevy budou studovány pomocí počítačových simulací „in silico“ s použitím modelů (U)RANS a LES a experimentů „in vitro“ s použitím metod PDA a PET, eventuálně fluorescence. Při realizaci experimentů bude použit unikátní elektromechanický simulátor dýchání (národní patent), který umožňuje kontrolovat nádech a výdech jednotlivě do pěti plicních laloků a měnit téměř režimy dýchání.

Description in English
The objectives of the project are to contribute to the improvement of methods for targeted drug delivery and patient-tailored treatment by inhalation of therapeutic aerosol. This can be reached by elucidating mechanisms of flow field with particles in different sites of the respiratory tract and for example the role of turbulence in critical locations like bifurcations and particularities that accompany inhalation. Project will focus on typical pathologies linked with COPD (reduced flow in airways) and local tumours as a consequence of smoking (upper lobes) and breathing fibres (mainly right lower lobe), eventually tumour in the pleura, which oppresses the lower lobes. RANS and LES models will be used for the modelling purposes and validation will be done using PDA and PET, eventually fluorescence.

Keywords
aerosol; inhalace; plíce

Key words in English
aerosol; inhalation; the lungs

Mark

LTC17087

Default language

Czech

People responsible

Jícha Miroslav, prof. Ing., CSc. - principal person responsible

Units

Energy Institute
- (2017-05-17 - 2019-05-03)

Results

LÍZAL, F.; STEJSKAL, D.; BĚLKA, M.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M.; BRAT, K.; HEROUT, V.; LÍZALOVÁ ŠUJANSKÁ, E. Variations of flow in human airways as a consequence of lung diseases. In EPJ Web of Conferences. EPJ Web of Conferences. Mikulov: EDP Sciences, 2018. p. 362-365. ISSN: 2100-014X.
Detail

MIŠÍK, O.; LÍZAL, F.; FARHIKHTEH ASL, V.; BĚLKA, M.; JEDELSKÝ, J.; ELCNER, J.; JÍCHA, M. Inhalers and nebulizers: basic principles and preliminary measurements. In EPJ Web of Conferences. EPJ Web of Conferences. Mikulov: E D P SCIENCES, 2017. p. 1-6. ISSN: 2100-014X.
Detail

FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; JEDELSKÝ, J.; ELCNER, J.; HORVÁTH, A.; JÍCHA, M. Simulation of airway deposition distribution of an aerosol drug in COPD patients. 2018. p. 136-139.
Detail

ELCNER, J.; JÍCHA, M.; LÍZAL, F.; JEDELSKÝ, J. Numerical Investigation of inspiratory airflow in a realistic model of the human tracheobronchial airways. SCONA Congress 2018 - Society for Computational fluid dynamics Of the Nose and Airway, London, UK. London, UK: 2018.
Detail

FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; JEDELSKÝ, J.; ELCNER, J.; BĚLKA, M.; JÍCHA, M. Simulation of fibre transport and deposition in human airways. Františkovy Lázne: 2019. p. 1-5.
Detail

FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; JEDELSKÝ, J.; ELCNER, J.; HORVÁTH, A.; JÍCHA, M. Simulation of Airway Deposition of an Aerosol Drug in COPD Patients. Pharmaceutics, 2019, vol. 11, no. 4, p. 1-10. ISSN: 1999-4923.
Detail

ELCNER, J.; LÍZAL, F.; JEDELSKÝ, J.; TUHOVČÁK, J.; JÍCHA, M. Laminar-turbulent transition in a constricted tube: Comparison of Reynolds-averaged Navier–Stokes turbulence models and large eddy simulation with experiments. Advances in Mechanical Engineering, 2019, vol. 11, no. 5, p. 1-17. ISSN: 1687-8140.
Detail

FARKAS, Á.; LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JEDELSKÝ, J.; JÍCHA, M. Numerical simulation of fibre deposition in oral and large bronchial airways in comparison with experiments. JOURNAL OF AEROSOL SCIENCE, 2019, vol. 136, no. 0, p. 1-14. ISSN: 0021-8502.
Detail

LÍZAL, F.; ELCNER, J.; JÍCHA, M.; JEDELSKÝ, J. Experimental base for validation of air flow and aerosol transport simulations in human airways and their replicas. SCONA Congress 2018 - Society for Computational fluid dynamics Of the Nose and Airway, London, UK. London, UK: 2018. p. 1 (1 s.).
Detail

Responsibility: Jícha Miroslav, prof. Ing., CSc.