Análise da dinâmica de fluídos em via aérea proximal utilizando modelo de compartimento único
Data
2023-12-09
Autores
Domingues, Rayanny Caroline Soares 
Orientadores
Aoki, Fabio Gava
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
A equação do movimento do modelo de um compartimento do sistema respiratório é muito empregada na avaliação da mecânica respiratória. Tal equação consiste em uma equação diferencial baseada em um modelo de compartimento único, sem levar em consideração a complexidade do sistema. Dois parâmetros mecânicos são comumente verificados pelos profissionais de saúde quando se utiliza essa equação, a resistência e a complacência respiratória. A resistência, por sua vez, é aumentada em casos de doenças obstrutivas, ou seja, que dificultam o fluxo de ar para os pulmões, como asma e doença pulmonar obstrutiva crônica. As variáveis pressão e volume/fluxo são necessárias para o cálculo dos parâmetros respiratórios quando se usa o modelo de compartimento único, dados obtidos normalmente pelos ventiladores mecânicos para avaliação dos pacientes intubados. O objetivo deste trabalho foi verificar se o modelo de compartimento único pode ser utilizado para verificação de parâmetros respiratórios em vias aéreas isoladas. Para tanto, foi obtida uma imagem tomográfica de paciente de um repositório de imagens médicas, seguida de segmentação da traqueia e brônquios e feita simulação de fluxo de ar na traqueia, para obtenção dos dados de pressão, utilizando-se software proprietário (ANSYS Fluent®). Os dados de pressão e volume/fluxo foram então analisados em MatLab® para obtenção dos parâmetros respiratórios pelos modelos linear e não linear de compartimento único. Os resultados apresentaram ajustes da curva com coeficientes de determinação considerados adequados para utilização dos parâmetros (CD ≥ 0,95), tanto para o modelo linear quanto para o modelo não linear. Os dados obtidos são promissores e sugerem que o modelo compartimental pode ser utilizado para a verificação de parâmetros de resistência em vias aéreas isoladas.
The equation of motion of the single compartment model of the respiratory system is widely used in the assessment of respiratory mechanics. Such an equation consists of a differential equation based on a single compartment model, without taking into account the complexity of the system. Two mechanical parameters are commonly checked by healthcare professionals when using this equation, respiratory compliance and resistance. Resistance, in turn, is increased in cases of obstructive diseases, that is, those that hinder the flow of air to the lungs, such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease. The pressure and volume/flow variables are necessary to calculate respiratory parameters when using the single-compartment model, data normally obtained by mechanical ventilators to evaluate intubated patients. The objective of this work was to verify whether the single-compartment model can be used to verify respiratory parameters in isolated airways. To this end, a tomographic image of the patient was obtained from a medical image repository, followed by segmentation of the trachea and bronchi and simulation of air flow in the trachea to obtain pressure data, using proprietary software (ANSYS Fluent®). Pressure and volume/flow data were then analyzed in MatLab® to obtain respiratory parameters using linear and nonlinear single-compartment models. The results presented curve adjustments with coefficients of determination considered adequate for using the parameters (CD ≥ 0.95), both for the linear model and for the non-linear model. The data obtained is promising and suggest that the compartmental model can be used to verify resistance parameters in isolated airways.
The equation of motion of the single compartment model of the respiratory system is widely used in the assessment of respiratory mechanics. Such an equation consists of a differential equation based on a single compartment model, without taking into account the complexity of the system. Two mechanical parameters are commonly checked by healthcare professionals when using this equation, respiratory compliance and resistance. Resistance, in turn, is increased in cases of obstructive diseases, that is, those that hinder the flow of air to the lungs, such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease. The pressure and volume/flow variables are necessary to calculate respiratory parameters when using the single-compartment model, data normally obtained by mechanical ventilators to evaluate intubated patients. The objective of this work was to verify whether the single-compartment model can be used to verify respiratory parameters in isolated airways. To this end, a tomographic image of the patient was obtained from a medical image repository, followed by segmentation of the trachea and bronchi and simulation of air flow in the trachea to obtain pressure data, using proprietary software (ANSYS Fluent®). Pressure and volume/flow data were then analyzed in MatLab® to obtain respiratory parameters using linear and nonlinear single-compartment models. The results presented curve adjustments with coefficients of determination considered adequate for using the parameters (CD ≥ 0.95), both for the linear model and for the non-linear model. The data obtained is promising and suggest that the compartmental model can be used to verify resistance parameters in isolated airways.