מודלים וסימולציות של החדרת תרופות חוש ריח באמצעות בקרה פסיבית ואקטיבית של אירוסולים תרופות בשאיפת nasally

המטרה הכוללת של מתודולוגיה זו היא לפתח פרוטוקולים שונים להעברת תרופות לאזור הריח במודלים מבוססי תמונה. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתקיפת מתן תרופות נוירולוגיות כגון: האם ניתן לספק מינון הולם לאזור הריח. כיצד לשלוט בתנועות חלקיקים באף.

מהי שיטת העבודה המומלצת למיקוד חוש הריח? היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להשיג מינון ריח משופר משמעותית. זהו שלב קריטי למתן תרופות מהאף למוח.

ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על טיפול בגידולי מוח. מכיוון שחלקיקי תרופות המופקדים באזור הריח יכולים להיכנס ישירות למוח. התחילו ברכישת תהודה מגנטית, או תמונות MR, של גבר בריא ולא מעשן בן 53, המורכבים מ-72 חתכים עטרתיים המרוחקים 1.5 מילימטרים זה מזה ומשתרעים מהנחיריים עד הלוע האף.

פתח את תוכנת ההדמיה וייבא את תמונות ה-MR על ידי לחיצה על קובץ, ייבוא תמונות. בחרו בתמונות המציאות המשולבת ולחצו OK.To לבנות את הדגם התלת-ממדי, לחצו על 'סגמנטציה' ולאחר מכן על 'סף'. כדי להגדיר את טווח גווני האפור בין שלילי 1024 לשלילי 419.

לחץ על פילוח וחשב תלת מימד. לאחר מכן, לחץ על פילוח וחשב קווים מרובים. בחרו בגוף התלת-ממדי ולחצו על הלחצן 'אשר' ליצירת קווי הפולי-קווים המגדירים את הצורה הגיאומטרית האחידה.

ייצא את הפוליקווים כקובץ IGES. כעת, פתח את תוכנת פיתוח המודלים ולחץ קובץ, ייבוא ו-IGES כדי לייבא את קובץ IGES לתוכנית. לאחר מכן, לחץ על כפתור פקודת הקצה בחלונית הימנית, לחץ על צור קצה ובחר NURBS כדי לשחזר קווי מתאר חלקים.

לחץ על לחצן Face Command ולאחר מכן על Form Face. בחרו 'מסגרת חוט' לבניית משטח מהקצוות. המשיכו לבנות את כל המשטחים המכסים את כל דרכי הנשימה.

שמור על הפרטים האנטומיים של האף כגון הענבל, הקפל האפיגלוטי וסינוס הגרון. לחץ על קובץ, ייצוא, IGES כדי לייצא את דגם דרכי הנשימה באף. לאחר מכן, פתח את תוכנת הרשת.

לחץ על קובץ, ייבוא גיאומטריה, מדור קודם ו-STEPIES כדי לייבא את מודל דרכי הנשימה של האף. נקישה צור חלקים כדי לחלק את משטחי דרכי הנשימה לחמישה אזורים שונים: פרוזדור האף, שסתום האף, אזור הטורבינה, הריח והלוע האף. צור רשת חישובית בתוך דרכי הנשימה על ידי לחיצה על Mesh, ו-Global Mesh Setup.

ציינו את גודל רשת השינוי המרבי ל- 0.1 מילימטרים ולחצו על 'החל'. לבסוף, הוסף רשת מותאמת גוף באזור הקיר הקרוב על ידי לחיצה על Compute Mesh, Prism Mesh. ציינו את מספר השכבות כחמש, ואת יחס ההרחבה כ- 1.25 ולחצו על 'החל'.

התחל בפתיחת תוכנת פיתוח המודל לפיתוח מודל האף עם אינטובציה שיווי משקל קדמית. לחץ על עוצמת קול ולאחר מכן הזז עותק כדי לשנות את המיקום של צנתר הנבולייזר חמישה מילימטרים לתוך הפרוזדור מקצה הנחיר. לחץ על הזרקה כדי לשחרר 150 ננומטר של חלקיקים לנחיר.

לאחר מכן, פתח את תוכנת הדמיית הנוזלים כדי לחשב את שיעורי שקיעת החלקיקים בתוך האף. כדי לחשב את שדה זרימת האוויר בתוך דרכי הנשימה, בחר את מודל הזרימה הלמינרית על ידי לחיצה על הגדר, דגמים, צמיג ולאחר מכן בחר למינאר תחת מודל צמיג. כדי לעקוב אחר תנועות חלקיקים, בחר במודל הפאזה הבדידה.

בדוק את כוח ההרמה של Saffman תחת מודל שלב בדיד, לחץ על דוח ולאחר מכן בחר מסלולים לדוגמה. כדי למצוא את מספר החלקיקים המופקדים באזור הריח המוגדר מראש, בחר אף תחת גבולות ולחץ על חישוב. חשב את קצב התצהיר כיחס בין כמות החלקיקים המופקדים לכמות החלקיקים הנכנסים לנחיריים.

לאחר מכן, פתח את מודל האף עם אינטובציה שיווי משקל בגב. בצע את אותו הליך כמו שנעשה עם החזית. לחץ על עוצמת קול ולאחר מכן הזז עותק כדי לשנות את מיקום צנתר הנבולייזר חמישה מילימטרים לתוך הפרוזדור מהנחיר האחורי.

לחץ על הזרקה כדי לשחרר 150 ננומטר של חלקיקים לנחיר. המשך באינטובציה עמוקה על ידי החדרת קטטר הנבולייזר ממש מתחת לאזור הריח. שחרר 150 ננומטר של חלקיקים מהנבולייזר.

השתמש בתוכנת נוזלים וסימולציה כדי לחשב את שיעורי שקיעת החלקיקים בתוך האף הן על בסיס כולל והן על בסיס מקומי על ידי ביצוע נהלים דומים לאלה שנעשים עבור אינטובציה וסטיבולרית. לבסוף, חזור על אינטובציה עמוקה תוך כדי תרגול עצירת נשימה ונשיפה בהתאמה. לחצו על 'הגדר' ולאחר מכן על 'תנאי גבול' לפתיחת החלונית 'תנאי גבול'.

ציין מהירות אפס בשני הנחיריים לעצירת נשימה. ציין לחץ ואקום של 200 פסקל בנחיריים, ואפס לחץ ביציאה לנשיפה. התחל בפתיחת תוכנת מעקב אחר חלקיקים מגנטיים.

לחצו על 'גיאומטריה' ו'מלבן' לבניית ערוץ שני הלוחות. לחץ על מלבן כדי לבנות את המגנטים סביב שני ערוצי הלוחות. חשב את מסלולי החלקיקים וקצב התצהיר על ידי לחיצה על מודל 1, זרימה למינרית וכניסה 1.

לאחר מכן, ציין את מהירות הכניסה כ-0.5 מטר לשנייה. לחצו על Model 1, Magnetic Fields ו-Magnetic Flux Conservation וציינו את החוזק של שלושת המגנטים. לחץ על Model 1, Particle Tracking for Fluid Flow ו-Particle Properties.

ציין את הקוטר והצפיפות של החלקיקים, ולאחר מכן לחץ על Inlet כדי לשחרר 3,000 חלקיקים וכדי לציין חדירות יחסית של חלקיקים, לחץ על Magnetophoretic Force and Compute. כדי לברר כמה חלקיקים מצטברים באזור שנבחר, לחץ על תוצאות, קבוצת התוויה חד-ממדית והתוויה. חשב את קצב התצהיר כיחס בין כמות החלקיקים המופקדים באזור מסוים לכמות החלקיקים הנכנסים לגיאומטריה.

לאחר מכן, כדי לכוונן את עוצמת המגנט, לחצו על Model 1 ולאחר מכן על שדות מגנטיים. בחר שימור שטף מגנטי ושנה את חוזק המגנט תחת מגנטיזציה. הגדל את חוזק המגנט במרווח של אחד כפול עשרה עד הרביעי אמפר למטר ולחץ על חישוב.

התחל ביישום העוצמות המגנטיות שהושגו לאחרונה במודל אף דו-ממדי על ידי הצבת שלושה מגנטים מילימטר אחד מעל האף. לחצו על Model 1, Geometry 1, כדי לציין את הגודל והמיקום של המגנט. לאחר מכן, לחצו על Model 1, Particle Tracking for Fluid Flow ו-Inlet כדי לשחרר 3,000 חלקיקים לנחיר השמאלי.

לחץ על מאפייני חלקיקים כדי לציין את גודל החלקיקים כ-15 מיקרומטר. הדמיה של מסלולי החלקיקים ויעילות אספקת הריח שלאחר מכן על ידי לחיצה על דגם 1, זרימה למינרית וכניסה 1. ציין את מהירות הכניסה כ-0.5 מטר לשנייה.

לחצו על Model 1, Magnetic Fields ו-Magnetic Flux Conservation וציינו את החוזק של שלושת המגנטים. לבסוף, התאם את פריסת המגנט וחוזקו כדי לשפר את יעילות אספקת הריח. כדי להתאים את הגודל והמיקום של המגנט, לחצו על Model 1, לאחר מכן על גיאומטריה 1, ולאחר מכן בחרו את המגנט המעניין ושנו את הערכים של רוחב, עומק, גובה או X, Y ו-Z.התאימו את עוצמת המגנט על ידי לחיצה על Model 1 ולאחר מכן על שדות מגנטיים.

בחר שימור שטף מגנטי ושנה את חוזק המגנט תחת מגנטיזציה. הגדל את חוזק המגנט במרווח של אחד כפול עשרה עד הרביעי אמפר למטר, ולחץ על חישוב. לאחר השלמת הבדיקה במודל הדו-ממדי, ייבא את מודל דרכי הנשימה התלת-ממדיות של האף לתוכנת מעקב אחר חלקיקים מגנטיים.

בדיוק כפי שנעשה עבור מודל האף הדו-ממדי, שים ארבעה מגנטים מילימטר אחד מעל האף, ושחרר 3,000 חלקיקים בקוטר 15 מיקרומטר מנקודה נבחרת אחת. השתמש בתוכנת מעקב אחר חלקיקים מגנטיים כדי לעקוב אחר מסלולי חלקיקים ולחשב את יעילות אספקת הריח על ידי ביצוע נהלים דומים שהוזכרו קודם לכן. בצע את אותו הליך כמו קודם, התאם את פריסת המגנט והחוזק במודל התלת מימד כדי לשפר את אספקת היעד לאזור הריח.

לבסוף, בדוק את גודל החלקיקים הנע בין 1 ל-30 מיקרומטר כדי למצוא את גודל החלקיקים הנכון להנחיה מגנטופורטית אופטימלית לאזור הריח. מכשירי אף קונבנציונליים מספקים לרוב מינונים נמוכים מאוד של תרופות לאזור הריח בשל המבנה המסובך של האף. עבור אינטובציה וסטיבולרית, יש חפץ חזק של שחרור חלקיקים מיד במורד הזרם של האף.

כצפוי, יותר חלקיקי תרופה מועברים לאזור הריח עם אינטובציה קדמית מאשר אחורית, הן עבור חלקיקים של 150 ננומטר והן עבור מיקרומטר אחד. כדי להעריך את הביצועים של הנחיה מגנטופורטית, נעשה שימוש בערוץ דו-צלחות כדי למצוא את חוזק המגנט העובד, ואחריו מודל אף דו-ממדי אידיאלי למציאת פריסת מגנט בסיסית, ולאחר מכן מודל אף תלת מימדי מבוסס תמונה כדי לבחון את הביצועים. מינון הריח האופטימלי מגיע מאירוסולים בטווח של 13 עד 17 מיקרומטר.

לאחר שליטה, ניתן לבצע טכניקה זו היטב תוך יומיים, אם היא מתנהלת כראוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור שההליכים יכולים לגזול זמן רב יותר עבור גיאומטריות מורכבות. בעקבות הליך זה, ניתן לבדוק שיטות אחרות כמו הנחיה חשמלית של חלקיקים טעונים על מנת לענות על השאלה האם ניתן להשתמש בחלקיקים טעונים למתן יעיל של תרופות ריח.

לאחר פיתוח זה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום אספקת תרופות ממוקדת לחקור את השימוש בשדה מגנטי בריאות או באיברים אחרים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לשפר את אספקת התרופות ולבצע סימולציות עם Fluent ו-Comsol.