Diagnostik und Verlaufskontrolle von Lungenerkrankungen anhand exhalierter Aerosole (Untersuchung des Aerosoltransports)
Final Report Abstract
Die am Aerodynamischen Institut durchgeführten Arbeiten gliederten sich in insgesamt sechs Arbeitspakete. Für ein grundlegendes Verständnis der Strömung und des dreidimensionalen Charakters des Strömungsfeldes wurde dieses zunächst für stationäre Ausatmung analysiert. Hierbei wurden sowohl stationäre als aus instationäre, oszillierende Strömungen (basierend auf Angaben des Projektpartners Fraunhofer Institutes ITEM) mit charakteristischen Womersleyzahlen untersucht. Im Vordergrund stand die Erfassung des dreidimensionalen Strömungsfeldes während der Ausatmung, da dies für die Analyse des Partikeltransportes essentiell ist. Die Ergebnisse der Messungen während der Exspiration werden zur Validierung der numerischen Simulationensergebnisse herangezogen. Im Anschluss an die Erfassung des Geschwindigkeitsfeldes wurden qualitative Messungen zur Ermittlung der Partikeldeposition mit Luft als Strömungsmedium durchgeführt, wobei die Partikelgröße auf den Untersuchungen des Partnerprojektes des Institutes für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik TFD basierte. Diese Untersuchungen dienten der Überprüfung der These, dass der Partikeltransport durch dreidimensionalen Wirbelstrukturen beeinflusst wird und sich Partikel in Totwassergebieten ablagern. Im folgenden Schritt wurde die Beeinflussung der Partikelablagerung durch Wirbelstrukturen in einfachen Geometrien untersucht, um quantitative Aussagen über die Partikeldeposition zu erhalten. Durch die Erweiterung der numerischen Modelle wurde der Vergleich der experimentellen und numerischen Ergebnisse ermöglicht.
Publications
- Numerical investigation of the flow field in the upper human airways, Modelling in Medicine und Biology VIII, WIT Press, 13, 103-114, 2009
Eitel, G.; Schröder, W. und Meinke, M.
- Experimental investigation of the bronchial velocity distribution using stereo scanning PIV, 15th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lissabon, Portugal, 05.-08. Juli 2010
Soodt, T.; Schröder, F.; Klaas, M. und Schröder,W.
- High-Speed Stereo-Scanning PIV der Strömung in den oberen menschlichen Atemwegen, Fachtagung „Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik“, Cottbus, Deutschland, 07.-09. September 2010
Schröder, F.; Soodt, T.; Klaas, M. und Schröder, W.
- Investigation of pulsatile flow in the upper human airways, International Journal of Design & Nature and Ecodynamics, Volume 5, 335-353, 2010
Eitel, G; Soodt, T. und Schröder, W.
- Analysis of Lattice-Boltzmann methods for internal flows. Computers & Flows, 47(1):115-121, 2011
Freitas, R. K.; Henze, A.; Meinke, M. und Schröder, W.
- Investigation of pulsatile flow in the upper human airways, International Journal of Design & Nature and Ecodynamics, 5(4), 335-353, 2011
Eitel, G; Soodt, T. und Schröder, W.
- Multiplane-Stereo PIV measurements for steady flow in the first two bifurcations of the upper human airways during exhalation, Proceedings of the ECCOMAS Thematic International Conference on Simulation and Modeling of Biological Flows (SIMBIO 2011), VUB, Brüssel, Belgien, 21.-23. September 2011
Schröder, F.; Klaas, M. und Schröder, W.
- Basic flow regimes in a human airway model measured by stereo scanning TR-PIV, 16th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lissabon, Portugal, 09.-12. Juli 2012
Soodt, T.; Pott, D.; Klaas, M. und Schröder, W.
- Comparison of steady and unsteady exhalation using multiplane-stereo PIV, 16th Int Symp on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lissabon, Portugal, 09.-12. Juli 2012
Schröder, F.; Bordin, S.; Härtel, S.; Washausen, M.; Klaas, M, und Schröder, W.
- Experimental investigation of the transitional bronchial velocity distribution using stereo scanning PIV, Exp Fluids, 52(3), 709-718, 2012
Soodt, T.; Schröder, F.; Klaas, M.; van Overbrüggen, T. und Schröder,W.
(See online at https://doi.org/10.1007/s00348-011-1103-5) - A lattice-Boltzmann method with hierarchically refined meshes. Computers & Fluids, 75, 127-139, 2013
Eitel-Amor, G.; Meinke, M. und Schröder, W.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2013.01.013)
