CZ302640B6 - Model cásti dýchacího traktu cloveka pro studium depozice aerosolu a zpusob jeho výroby - Google Patents
Model cásti dýchacího traktu cloveka pro studium depozice aerosolu a zpusob jeho výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CZ302640B6 CZ302640B6 CZ20100362A CZ2010362A CZ302640B6 CZ 302640 B6 CZ302640 B6 CZ 302640B6 CZ 20100362 A CZ20100362 A CZ 20100362A CZ 2010362 A CZ2010362 A CZ 2010362A CZ 302640 B6 CZ302640 B6 CZ 302640B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- model
- segments
- aerosol
- inner cavity
- virtual
- Prior art date
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 title abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 claims description 5
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 claims 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 6
- 210000003437 trachea Anatomy 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 210000003800 pharynx Anatomy 0.000 description 5
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 4
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 4
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 4
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 4
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 3
- 210000001260 vocal cord Anatomy 0.000 description 3
- 208000019693 Lung disease Diseases 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 2
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- -1 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000004590 silicone sealant Substances 0.000 description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- 208000006545 Chronic Obstructive Pulmonary Disease Diseases 0.000 description 1
- 201000003883 Cystic fibrosis Diseases 0.000 description 1
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 1
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 1
- 108091034117 Oligonucleotide Proteins 0.000 description 1
- 241000282806 Rhinoceros Species 0.000 description 1
- 241000271897 Viperidae Species 0.000 description 1
- JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N [3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-[[5-(2-amino-6-oxo-1H-purin-9-yl)-3-hydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(6-aminopurin-9-yl)oxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl]oxy-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methyl [5-(6-aminopurin-9-yl)-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate Polymers Cc1cn(C2CC(OP(O)(=O)OCC3OC(CC3OP(O)(=O)OCC3OC(CC3O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)C(COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3COP(O)(=O)OC3CC(OC3CO)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3ccc(N)nc3=O)n3cc(C)c(=O)[nH]c3=O)n3cnc4c3nc(N)[nH]c4=O)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)n3cnc4c(N)ncnc34)O2)c(=O)[nH]c1=O JLCPHMBAVCMARE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002365 anti-tubercular Effects 0.000 description 1
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000000621 bronchi Anatomy 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000002409 epiglottis Anatomy 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000002795 fluorescence method Methods 0.000 description 1
- 238000001415 gene therapy Methods 0.000 description 1
- 210000004704 glottis Anatomy 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000012623 in vivo measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002664 inhalation therapy Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 210000000867 larynx Anatomy 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000000214 mouth Anatomy 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Model (1) cásti dýchacího traktu cloveka pro zkoumání depozice aerosolu na vnitrních stenách tohoto modelu (1), který zahrnuje vetvenou vnitrní dutinu se vstupním otvorem (20) pro vstup aerosolu a se soustavou výstupních otvoru (25) pro výstup aerosolu a sestává ze soustavy navzájem rozebíratelne spojených segmentu (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), spolecne vymezujících vetvenou vnitrní dutinu. Pro výrobu tohoto modelu (1) se pocítacove vytvorí virtuální model, který se v pocítaci rozclení na soustavu virtuálních segmentu virtuálního modelu, nacež se údaje o techto virtuálních segmentech vloží do prístroje pro rapid prototyping a tímto prístrojem se vyrobí jednotlivé segmentu (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), které se následne navzájem pospojují pomocí spojovacích prvku.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká modelu části dýchacího traktu Člověka pro zkoumání depozice aerosolu na vnitřních stěnách tohoto modelu, který zahrnuje větvenou vnitřní dutinu se vstupním otvorem pro vstup aerosolu a se soustavou výstupních otvorů pro výstup aerosolu. Vynález se rovněž týká způsobu výroby uvedeného modelu.
Dosavadní stav techniky
Dýchací trakt člověka je složitým orgánem, jehož činnost z biomechanického hlediska není zcela objasněna. V současné době je předmětem zkoumání především problematika usazování aerosolu (malých kapalných nebo pevných kulových i nekulových částic a vláken v plynném médiu) v respiračním systému. Toto téma přitahuje stále více pozornosti s ohledem na znečištění ovzduší a také vzhledem k vývoji metod cílené dodávky terapeutických aerosolů k léčbě celého spektra nemocí, nejen plicních.
Vývoj léčby některých nemocí se ubírá stále více směrem používání inhalovaných terapeutických aerosolů. l ak, jak se postupně daří objasňovat tento způsob dodávky léků, roste počet druhů léků, které se stávají vhodnými kandidáty pro aerosolovou formu léků, včetně antimikrobiálních prostředků (např. antituberkulózních), vakcín. proteinů (např. inzulín pro terapií cukrovky), oligonukleotidů (např. pro genovou terapii cystické fibrózy) a dalších nemocí. Výhoda terapie pomocí inhalace je zřejmá pri plicních onemocněních (např. aplikace léku do oblasti nádoru v dýchacích cestách či při léčbě tzv. chronické obstrukční plicní nemoci). Používání inhalovaných aerosolů je umožněno zejména díly velkému povrchu alveol a zvýšené pravděpodobnosti absorpce tímto povrchem. Avšak aby byl tento způsob medíkace účinný, je nutné, aby byly aerosoly dopraveny do periferních dýchacích cest a neskončily v ústní dutině či v hrdle. V některých případech je požadováno, aby došlo k aplikaci na specifických místech, např. v oblasti cariny (častý výskyt novotvarů). Objasnění možností tzv. cílené dodávky terapeutických aerosolů je tedy podmínkou k léčbě různých nemocí.
Léčba pomocí inhalovaných aerosolů má velmi rychlý nástup účinku, snižuje nepřátelskou reakci organizmu a k léčbě je třeba menší množství léku než při perorální léčbě. Oproti léčbě pomocí injekcí nevyžaduje léčba pomocí inhalovaných aerosolů zaučený zdravotní personál a je pro pacienta velmi pohodlná. Výsledky studia mohou být využity v nemocnicích mohou být využity následně výrobci aerosolových lékových forem či výrobci nebulizérů.
Jednou z možností, jak získat nové poznatky o transportu a depozici částic v dýchacím traktu člověka, je experimentální výzkum, založený na fyzickém modelu dýchacího traktu s použitím metod, známých z oblasti mechaniky tekutin. V minulosti se používaly nejčastěji modely, založené na zprůměrovaném dospělém člověku (nejznámější jsou Weibelův symetrický A model nebo Horsfieldův asymetrický). Tyto modely byly - zejména z výrobních důvodů a pro umožnění kontroly depozice uvnitř modelu - velmi zjednodušené, obsahovaly menší počet bifurkací, tedy větvení (obvykle 2 až 3 větvení), hladké stěny s válcovým průřezem a idealizovanou geometrií se symetrickým větvením průdušnic pouze v rovině ačkoli ve skutečnosti jsou větvení prostorová. Tvar takovýchto modelů tedy neodpovídá dostatečně skutečnému tvaru dýchacího ústrojí člověka a výsledky, získané využitím takovýchto modelů, není možné považovat za zcela relevantní. Navíc pri větším počtu větvení je ztíženo zkoumání depozice částic uvnitř modelu v oblastech vzdálených od vstupu do modelu nebo výstupu z něj.
- 1 CZ 302640 B6
Podstata technického řešení
Tyto nevýhody odstraňuje model části dýchacího traktu člověka pro zkoumání depozice aerosolu na vnitřních stěnách tohoto modelu, který zahrnuje větvenou vnitřní dutinu se vstupním otvorem pro vstup aerosolu a se soustavou výstupních otvorů pro výstup aerosolu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že model sestává ze soustavy navzájem rozebíratelně spojených segmentů, společně vymezujících větvenou vnitřní dutinu.
S výhodou je vnitřní dutina modelu pro napodobení tvaru dýchacího traktu člověka větvená prostorově a/nebo je povrch jeho vnitřní dutiny nepravidelně zvrásněný; nejlépe tvar jeho vnitrní dutiny a zvrásnění povrchu jeho vnitřní dutiny odpovídají tvaru vnitřní dutiny a zvrásnění povrchu vnitřní dutiny Části dýchacího traktu alespoň jednoho člověka.
Ve výhodném provedení jsou segmenty pro vzájemné rozebíratelné spojení opatřeny na svých styčných koncích spojovacími přírubami, na nichž a/nebo v nichž jsou uspořádány spojovací prvky, zejména šrouby s maticemi, Šroubové nebo pákové svorky a/nebo komplementární dvojice záchytného výstupku a oka.
Pro vizuální kontrolu průběhu depozice aerosolu je výhodné, když alespoň některé ze segmentů jsou vyrobeny z částečně průhledného nebo alespoň průsvitného materiálu.
Pro měření množství aerosolu, které prošlo celou vnitřní dutinou, případně neulpělo na stěnách vnitřní dutiny, je na každý koncový segment, zahrnující nejužší větve vnitřní dutiny modelu, připojena sběrná koncovka, s níž koncový segment vytváří společnou dutinu, do níž jsou zaústěny výstupní konce nejužších větví koncového segmentu a kteráje propojena s výstupním otvorem ze sběrné koncovky.
Nedostatky dosavadního stavu techniky řeší rovněž způsob výroby výše popsaného modelu, přičemž podstata spočívá v tom, že se počítačově vytvoří virtuální model, který se v počítači rozčlení na soustavu virtuálních segmentů uvedeného virtuálního modelu, načež se údaje o těchto virtuálních segmentech vloží do přístroje pro rapid prototyping (přístroj, využívají některou z technologií rychlé výroby dílců, jejichž společným znakem je výroba dílců postupných přidáváním materiálu po vrstvách na základě dat, odeslaných z počítače) a tímto přístrojem se vyrobí jednotlivé segmenty, které se následně navzájem pospojují pomocí spojovacích prvků. Technologie rychlé výroby dílců spočívá v tom, že se požadovaný dílec na základě dat o virtuálním (v počítači uloženém) modelu vyrábí nanášením tenkých vrstev na základní desku, které po dokončení každé vrstvy klesne právě o tloušťku této vrstvy. Mezi druhy technologie rychlé výroby dílců, které jsou vhodné pro výrobu jednotlivých segmentů, patří metoda stereo biografická (SLA), metoda selektivního laserového slinování (SLS), metoda trojrozměrného tisku velmi tenkých vrstev fotopolymeru (3D printing), metoda modelování tavnou tryskou (fušek deposition modelling) nebo metoda vytlačování a následného vytvrzování polymeru UV lampou (PolyJet).
Pro zajištění co nej realističtější podoby vnitřní dutiny výsledného modelu se virtuální model s výhodou vytvoří na základě dat, získaných měřením tvaru vnitřní dutiny alespoň jednoho skutečného Člověka.
Segmenty od vstupního segmentu se vstupním otvorem až po segmenty, obsahující čtvrtou generaci větvení vnitřní dutiny, se s výhodou vyrobí stereolitografickou metodou z fotopolymemí pryskyřice a ostatní segmenty a/nebo sběrné koncovky se mohou vyrobit technologií vytlačování a následného vytvrzování průsvitného foto polymeru UV lampou.
-2CZ 302640 B6
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude dále podrobněji popsán pomocí příkladných provedení a s odkazy na obrázky, kde na obr. 1 je schematicky znázorněna geometrie dýchacího traktu od hrdla po 7. generaci větvení a na obr. 2 je schematický nákres části modelu podle vynálezu.
Příklady provedení vynálezu ío Jak bylo uvedeno, na obr. 1 je schématicky znázorněna geometrie dýchacího traktu, která prakticky odpovídá tvaru vnitřní dutiny příkladného provedení modelu X podle vynálezu, jehož Část je znázorněna na obr. 2. Pro lepší přehlednost obr. 2 nebyly znázorněny všechny větve modelu X a vztahovými značkami byla označena pouze část znázorněné částí modelu X. Příkladné provedení modelu X zahrnuje segment 2 se vstupním otvorem 02 najedné straně a spojovací přírubou XX na straně druhé, na něj navazuje segment 3 se spojovací přírubou 32 pro spojení se spojovací přírubou 3X segmentu 2; na segment 3 navazuje segment 4, tvořící první generaci větvení vnitřní dutiny, přičemž svou spojovací přírubou 34 je spojen se spojovací přírubou 33 segmentu 3 a svou spojovací přírubou 35 je přes spojovací přírubu 36 spojen s dalším segmentem 5 a současně přes další spojovací přírubu je spojen s dalším segmentem (bez vztahové značky). Segment 5 je spo2o jen svou spojovací přírubou 37 se spojovací přírubou 38 segmentu 6, který představuje další větvení vnitřní dutiny. Segment 6 je pak mimo jiné spojen se segmentem 7, a to spojením spojovací příruby 39 segmentu 6 se spojovací přírubou 40 segmentu 7, který představuje další větvení vnitřní dutiny. Na segment 2 je nasunutím a utěsněním pomocí silikonového tmelu napojen svým vstupním otvorem segment 8 s dalšími větveními vnitřní dutiny, přičemž všechny koncové větve segmentu 8 jsou zaústěny do kruhové desky s napojovacím okrajem, ke kterému je připojena sběrná koncovka 9 s výstupním otvorem 25. Segment 8 tak spolu se sběrnou koncovkou vytváří dutinu, do níž jsou zaústěny všechny výstupní konce jeho větví a z níž je odvod aerosolu uskutečněn jediným výstupním otvorem 25. V jednodušším, neznázoměném provedení mohou koncové větve segmentu 8 ústit volně do prostoru a v tom případě je model za provozu alespoň od segmentu 3 dále umístěn ve sběrném vaku, který může být opatřen výstupním otvorem pro případné napojení na filtr. Znázorněný model X podle vynálezu umožňuje díky sběrným koncovkám 9 na výstupech 7. generace větvení připojení filtrů částic. Tyto filtry umožňují získat informace o množství aerosolu, prošlého danou větví dýchacího traktu, případně mohou sloužit pro měření množství látek, které by se teoreticky dostaly až do nej užších větší tracheobronchiálního stromu, které už model X neobsahuje. Příkladné provedení modelu X se skládá ze 32 částí a umožňuje studium depozice různých aerosolů až do 7. generace větvení vnitrní dutiny. V uvedeném příkladném provedení je vstup válcový o vnějším průměru 30 mm, výstup je deseti válcovými vývody na sběrných koncovkách 9, resp. výstupními otvory 25 o vnějším průměru 10 mm.
Geometrická data pro konstrukci příkladného provedení modelu X části dýchacího traktu podle vynálezu, zejména s ohledem na jeho vnitřní dutiny, byla získána ze dvou zdrojů:
a) Pro tracheo-bronchiální strom do 7. generace větvení byla použita digitální referenční data, publikovaná skupinou prof. Kriete, USA (Schmidt-Zidowitz-Kriete-Denhard-Krass-Peitgen, 2004). tato data jsou založena na in-vitro vzorku plic, získaném z dospělého muže. Geometrie plic byla po preparaci snímána pomocí počítačové tomografie s vysokým rozlišením. Získaná data se vyznačují vysokou přesností, vysokým počtem generací větvení a podrobným statistickým popisem morfologie. Data uvádějí geometrii stromu jako textový popis souřadnic uzlů a průměru kanálů z nich. Z tohoto popisuje metodou Marching Spheres (Postupující koule; koule interpolovaně prochází po uzlech stromu a její průměr se lineárně mění podle parametrů v uzlech) vygenerován virtuální rastrový objemový model vnitřních sten sledované částí dýchacích cest od průdušnice po 7. generaci větvení včetně.
b) Pro část od hrdla po průdušnici (tracheu) byla získána data provedením trojrozměrné počítačové tomografie in-vivo měření mužského dospělého dobrovolníka ve fakultní nemocnici U Svaté Anny v Brně. Tento virtuální model poskytuje podrobné údaje o realistické geometrii uvedené
- 3 CZ 302640 B6 části dýchacích cest včetně komplexních strukturách hlasivek (glottis) a příklopky hrtanové (epiglottis).
Metody počítačového zobrazování v lékařství jsou popsány rovněž v Schmidt, A., Zidowitz, S.,
Kriete, A., Denhard, T„ Krass, S. & Peitgen, H. O. (2004). J. Computerízed Medical Imaging and Graphics, 28, 203-211.
Digitální data o těchto dvou virtuálních modelech byla zkombinována a virtuální modely pečlivě napojeny na sebe v oblastí průdušnice. Dále byla provedena vektorizace metodou Marching io Cubes (metodou postupujících krychlí) a vyhlazení získaného geometrického modelu. Výsledkem je vektorový model ve formě polygonální trojúhelníkové sítě, popisující geometrii vnitřního povrchu dýchacích cest. Tento vektorový model byl nakonec uložen ve vhodných formátech pro export do navazujících systémů (STL, VRML atd.) pro trojrozměrný tisk.
is Následně bylo u tohoto virtuálního modelu provedeno upřesnění hranic vstupu a výstupu, rozdělení na virtuální segmenty, a to pro umožnění měření lokální depozice aerosolu a usnadnění výroby, na jednotlivých virtuálních segmentech byly navrženy spojovací příruby. Získaná geometrie dýchacího traktu byla ve formátu STL importována do systému počítačem podporovaného navrhování Rhinoceros 4.O., kde byla ručně korigována do podoby, vhodné pro výrobu technolo20 gíí rychlé výroby dílců.
Segmenty 2, 3, 4, 5, 6, 7 horní části modelu 1 z obr. 2 od hrdla přes průdušnici až do 4. generace větvení byly vyrobeny stereolitografickou metodou z fotopolymerní pryskyřice, konkrétně z polybutylentereftalátu, prodávaného pod značkou WaterShed XC 11122 (byl použit stroj Viper od firmy 3D Systems). Tloušťka nanášené vrstvy materiálu polybutylentereftalátu byla 0,1 mm, což je standardní nastavení, střední tloušťka stěn modelu 1 byla 2 mm. Tato část modelu 1 jc průsvitná až částečně průsvitná a je tvořena dvanácti segmenty 2, 3, 4, 5, 6, 7 (některé nejsou znázorněny), které je možno opakovaně navzájem spojovat a rozebírat. Spojení je realizováno pomocí spojovacích přírub 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 na koncích jednotlivých seg30 mentů 2, 3, 4, 5, 6, 7. Ve spojovacích přírubách 31_, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 jsou znázorněny průchozí otvory pro šrouby M4, je ale samozřejmě, že spojení spojovacích přírub 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 je možno provést také jiným způsobem, například mohou být použity pákové nebo šroubové svorky, převlečené matice, bajonetové spoje, systém záchytných výstupků a pružných pásků s oky pro navlečení na výstupky a podobně.
Na konce takto vyrobených větší byly nasazeny koncové segmenty 8 s nejužšími větvemi, vyrobené technologií vytlačování a následného vytvrzování polymeru UV lampou (metoda PolyJet) na stroji Eden 250 od firmy Objet Geometries z průsvitného fotopolymerního materiálu na bázi akry li ku, prodávaného pod značkou FullCure, čímž vznikl model plic do sedmé generace větvení io s koncovým průměrem 2 až 3 mm. Tato část modelu od 5. do 7. generace větvení je také opakovaně rozebíratelná. Na koncové segmenty 8 se 7. generací větvení jsou napojeny sběrné koncovky 9, které slouží k napojení na výstupní hadice. Vzájemná spojení segmentů 7, vyrobených stareolitografií, a segmentů 8, vyrobených technologií vytlačování a následného vytvrzování polymeru UV lampou (PolyJet), byla provedena nasunutím a utěsněním silikonovým tmelem, je ale také možné je napojit jiným způsobem, například závitovým spojem s pryžovým těsnicím kroužkem nebo i jinak. Pro výrobu všech segmentů lze použít i jiné metody rychlého navrhování, například selektivní laserové slinování práškového materiálu (SLS - selective laser sintering), trojrozměrný tisk velmi tenkých vrstev fotopolymeru (3D printing), metoda modelování tavnou tryskou, což je technologie využívající dvou materiálů, a to materiál stavební a materiál podpory (Fused deposition modelling). Výše uvedené použité metody mají výhodu v přesnosti, pevnosti, kvalitě povrchu a částečné průhlednosti modelu.
Segmentový model částí dýchacího traktu člověka, resp. příkladné provedení modelu 1, znázorněné na obr. 2, má realistickou komplikovanou geometrii, jeho vnitřní dutina odpovídá morfolo-4 CZ 302640 B6 gii dýchacích cest skutečného člověka a simuluje vnitřní stěny hrdla, hlasivky, průdušnici a průdušky s mnohonásobným větvením kanálů do 6. až 7. generace.
Realistická geometrie modelu I podle vynálezu obsahuje komplexní struktury v oblastí hlasivek, vyznačuje se nekruhovými průřezy a zakřivenou střednicí trubic, stěnami s proměnným zkřivením zvlněná stěna průdušnice s částečně hladkým i drsným povrchem obsahuje hřebenovité chrupavčité C-kroužky, větvení průdušek (vzduchovodů) jsou asymetrická s ostrými ohyby větví a postupně se redukujícím průměrem vzduchových cest, stejně jako u skutečného člověka.
io Přívod vzduchu do modelu I je realizován připojením na výstupy 7. generace větvení pro stacionární proudění vzduchu. Aerosol potřebných vlastností (velikost, koncentrace, tvar) je do modelu dodáván z vhodného generátoru aerosolu (např. kondenzační generátor).
is Průmyslová využitelnost
Segmentový model 1 podle vynálezu je využitelný zejména pro stadium depozice (usazování) aerosolu pro účely studia dopadu znečištění ovzduší a pro účely studia cílené dodávky léků inhalací. Model 1 se jednoduše sestaví, vstupní otvor 20 se propojí se zdrojem aerosolu, výstupní konce 25 se propojí s vývěvou a po stanovenou dobu se nechá aerosol proudit modelem i. Následně se model I rozebere na jednotlivé segmenty 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. 9 a provede se měření přítomnosti částic, deponovaných na jejich vnitřních stěnách, po vyhodnocení je možné jednotlivé segmenty 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 vyčistit a použít pro další měření. Model 1 umožňuje získat data o množství usazeného aerosolu v jednotlivých segmentech plic (až 32 vzorků). Je možné použít známé a dostupné modely pro určování depozice částic, například gravimetrickém fluorescenční metody a podobně. Segmentový model podle vynálezu umožňuje také studium charakteristik proudění během dýchacího cyklu - průtoky jednotlivými větvemi, tlakové ztráty na jednotlivých trubicích i v celém modelu.
3o Segmentový model podle vynálezu může být využit i jako výuková pomůcka na lékařských či farmakologických fakultách, pro studium biomechaniky a podobně.
Claims (10)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Model (1) části dýchacího traktu člověka pro zkoumání depozice aerosolu na vnitřních stě40 nach tohoto modelu (1), který zahrnuje větvenou vnitrní dutinu se vstupním otvorem (20) pro vstup aerosolu a se soustavou výstupních otvorů (25) pro výstup aerosolu, vyznačující setím, že sestává ze soustavy navzájem rozebíratelně spojených segmentů (
- 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), svými vnitřními dutinami společně vymezujících větvenou vnitřní dutinu.45 2. Model (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že jeho vnitřní dutina je pro napodobení tvaru dýchacího traktu člověka větvená prostorově a povrch jeho vnitrní dutiny je nepravidelně zvrásněný.
- 3. Model (1) podle nároku 2, vyznačující se tím, že tvar jeho vnitřní dutiny a50 zvrásnění povrchu jeho vnitřní dutiny odpovídají tvaru vnitrní dutiny a zvrásnění povrchu vnitřní dutiny části dýchacího traktu alespoň jednoho člověka.
- 4. Model (1) podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že segmenty jsou pro vzájemné rozebíratelné spojení opatřeny na svým styčným koncích spojovacími příru55 bami (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40), na nichž a/nebo v nichž jsou uspořádány spojovací-5 CZ 302640 B6 prvky, zejména šrouby s maticemi, šroubové nebo pákové svorky a/nebo komplementární dvojice záchytného výstupku a oka.
- 5. Model (1) podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že alespoň5 některé ze segmentů (2, 3, 4, 5, 6, 7) jsou vyrobeny z částečně průhledného nebo alespoň průsvitného materiálu.
- 6. Model podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím. že na každý koncový segment (8), zahrnující nejužší větve vnitrní dutiny modelu (1), je připojena sběrná ío koncovka (9), s níž koncový segment (8) vytváří společnou dutinu, do níž jsou zaústěny výstupní konce větví koncového segmentu (8) a která je propojena s výstupním otvorem (25) ze sběrné koncovky (9).
- 7. Způsob výroby modelu (1) podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznačující se is tím, že se počítačově vytvoří virtuální model části dýchacího traktu Člověka pro zkoumání depozice aerosolu na vnitřních stěnách modelu (1), přičemž uvedený virtuální model zahrnuje větvenou vnitřní dutinu se vstupním otvorem pro vstup aerosolu a se soustavou výstupních otvorů pro výstup aerosolu a tento virtuální model se v počítači rozčlení na soustavu virtuálních segmentů virtuálního modelu, načež se údaje o těchto virtuálních segmentech vloží do přístroje20 pro rychlou výrobu dílců a tímto přístrojem se na základě uvedených údajů postupným přidáváním materiálu po vrstvách vyrobí jednotlivé segmenty (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8), které se následně navzájem pospojují pomocí spojovacích prvků, uzpůsobených pro jejich rozebíratelné spojení.
- 8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že výroba jednotlivých segmentů25 (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) se provede metodou stereo biografickou nebo metodou selektivního laserového slinování nebo metodou trojrozměrného tisku nebo metodou modelování tavnou tryskou nebo metodou vytlačování polymeru ajeho následného vytvrzování UV lampou.
- 9. Způsob podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že virtuální model se30 vytvoří na základě dat, získaných měřením tvaru vnitřní dutiny alespoň jednoho skutečného člověka.
- 10. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že se segmenty (2, 3, 4, 5, 6, 7) od segmentu (2) se vstupním otvorem (20) až po segmenty (7), obsahující čtvrtou generaci větvení35 vnitřní dutiny, vyrobí stereo litografie kou metodou z fotopolymemí pryskyřice a ostatní segmenty (8) a/nebo sběrné koncovky (9) se vyrobí technologií vytlačování a následného vytvrzování průsvitného fotopolymeru UV lampou.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20100362A CZ302640B6 (cs) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | Model cásti dýchacího traktu cloveka pro studium depozice aerosolu a zpusob jeho výroby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20100362A CZ302640B6 (cs) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | Model cásti dýchacího traktu cloveka pro studium depozice aerosolu a zpusob jeho výroby |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2010362A3 CZ2010362A3 (cs) | 2011-08-10 |
| CZ302640B6 true CZ302640B6 (cs) | 2011-08-10 |
Family
ID=44351966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20100362A CZ302640B6 (cs) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | Model cásti dýchacího traktu cloveka pro studium depozice aerosolu a zpusob jeho výroby |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ302640B6 (cs) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304036B6 (cs) * | 2011-12-15 | 2013-08-28 | Vysoké ucení technické v Brne | Pruhledný model cásti dýchacích cest cloveka pro studium transportu aerosolu a vizualizaci proudení vzduchu a zpusob jeho výroby |
| CZ306136B6 (cs) * | 2015-05-20 | 2016-08-17 | Vysoké Učení Technické V Brně | Simulátor dýchání |
| WO2020217259A1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-10-29 | Cipla Limited | Methods and systems for simulating deposition of inhaled drug on lungs |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4167070A (en) * | 1978-10-06 | 1979-09-11 | Burt B | Educational lung simulator |
| US5333106A (en) * | 1992-10-09 | 1994-07-26 | Circadian, Inc. | Apparatus and visual display method for training in the power use of aerosol pharmaceutical inhalers |
| EP1494027A1 (en) * | 2003-07-02 | 2005-01-05 | Quest International B.V. | Artificial throat |
| US6874501B1 (en) * | 2002-12-06 | 2005-04-05 | Robert H. Estetter | Lung simulator |
| US20060121430A1 (en) * | 2004-11-02 | 2006-06-08 | Winnike Harold B | Medical training aid having inflatable airways |
-
2010
- 2010-05-11 CZ CZ20100362A patent/CZ302640B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4167070A (en) * | 1978-10-06 | 1979-09-11 | Burt B | Educational lung simulator |
| US5333106A (en) * | 1992-10-09 | 1994-07-26 | Circadian, Inc. | Apparatus and visual display method for training in the power use of aerosol pharmaceutical inhalers |
| US6874501B1 (en) * | 2002-12-06 | 2005-04-05 | Robert H. Estetter | Lung simulator |
| EP1494027A1 (en) * | 2003-07-02 | 2005-01-05 | Quest International B.V. | Artificial throat |
| US20060121430A1 (en) * | 2004-11-02 | 2006-06-08 | Winnike Harold B | Medical training aid having inflatable airways |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304036B6 (cs) * | 2011-12-15 | 2013-08-28 | Vysoké ucení technické v Brne | Pruhledný model cásti dýchacích cest cloveka pro studium transportu aerosolu a vizualizaci proudení vzduchu a zpusob jeho výroby |
| CZ306136B6 (cs) * | 2015-05-20 | 2016-08-17 | Vysoké Učení Technické V Brně | Simulátor dýchání |
| WO2020217259A1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-10-29 | Cipla Limited | Methods and systems for simulating deposition of inhaled drug on lungs |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2010362A3 (cs) | 2011-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ehrmann et al. | Innovative preclinical models for pulmonary drug delivery research | |
| Rahimi-Gorji et al. | Details of regional particle deposition and airflow structures in a realistic model of human tracheobronchial airways: two-phase flow simulation | |
| Lizal et al. | Development of a realistic human airway model | |
| CN112179819B (zh) | 一种模拟生物气溶胶沉积的肺实验模型系统 | |
| Talaat et al. | Effect of MDI actuation timing on inhalation dosimetry in a human respiratory tract model | |
| US20240295546A1 (en) | Respiratory simulation system including an anatomical model of the human nasal cavity configured for in-vitro inhalation studies and associated methods | |
| Tabe et al. | Investigation of airflow at different activity conditions in a realistic model of human upper respiratory tract | |
| Chow et al. | In vitro-in vivo correlation of cascade impactor data for orally inhaled pharmaceutical aerosols | |
| CN111199785A (zh) | 一种人体体外呼吸系统的建立方法及建立系统 | |
| CZ302640B6 (cs) | Model cásti dýchacího traktu cloveka pro studium depozice aerosolu a zpusob jeho výroby | |
| Mohite et al. | Modeling of human airways CAD model using CT scan data | |
| Clinkenbeard et al. | Replication of human tracheobronchial hollow airway models using a selective laser sintering rapid prototyping technique | |
| CZ21102U1 (cs) | Model části dýchacího traktu člověka pro studium depozice aerosolu | |
| CN110619798A (zh) | 一种新型人体呼吸道模型 | |
| Dey et al. | Dry powder inhaler deposition in the larynx and the risk of steroid inhaler laryngitis: A computational fluid dynamics study | |
| CN104090996B (zh) | 肺泡内空气流场模拟方法 | |
| Ferron et al. | Numerical simulation of air and particle transport in the conducting airways | |
| Scheinherr | Glottal motion and its impact on airflow and aerosol deposition in upper airways during human breathing | |
| CZ304036B6 (cs) | Pruhledný model cásti dýchacích cest cloveka pro studium transportu aerosolu a vizualizaci proudení vzduchu a zpusob jeho výroby | |
| NL2029953B1 (en) | Bioaerosol lung deposition experimental model system | |
| US20250041546A1 (en) | Lung replica and uses thereof | |
| CN103356196A (zh) | 一种真实人体上呼吸道模型流场压力测量实验装置 | |
| CN114220476A (zh) | 基于人体二维ct影像的个体传播能力评价方法及系统 | |
| CZ23978U1 (cs) | Průhledný model části dýchacích cest člověka pro studium transportu aerosolu a vizualizaci proudění vzduchu | |
| Mitchell et al. | Improved laboratory test methods for orally inhaled products |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20160511 |