Experimental modelling of transport of inhaled fibrous particles in lungs

Vdýchnuté vláknité častice môžu na jednej strane spôsobovať ochorenia dýchacích ciest, ale môžu byť aj využívané ako nosiče liečiv cielených na špecifické časti respiračného systému. Za účelom lepšieho porozumenia správania sa týchto častíc, či už v zmysle odhadu zdravotného rizika alebo pozitívneho využitia, je potrebná znalosť ich presného pohybu v dýchacích cestách. Aktuálne nie je k dispozícii dostatok dát popisujúcich pohyb vláknitých častíc v dýchacích cestách. Cieľom tejto práce je zachytenie ich pohybu v modeli ľudskej priedušnice, v mieste prvej bifurkácie, použitím vysokorýchlostnej kamery a simulátora dýchania simulujúceho skutočné dychové priebehy. Zozbierané dáta boli následne spracované a hodnotené použitím piatich štatistických testov. V prvých troch testoch boli vyhodnotené orientácie vlákien voči prúdniciam, ich možné zmeny v orientácii počas prúdenia ako aj štatistická významnosť týchto javov. Štvrtý a piaty test boli zamerané na vyhodnotenie dĺžok vláknitých častíc.Inhaled fibrous particles may either cause different potential diseases in our respiratory system or be used positively as drug carriers targeting specific parts of the respiratory system. To better understand their behaviour in both cases, either to assess their health risk or positive effects, precise knowledge of their movement behaviour in airways is needed. Since currently there isn’t much data describing the movement of fibrous particles in airways available, the goal of this thesis was to record their movement in the model of human trachea at the first bifurcation using a high-speed camera and breathing generator simulating real cyclic breathing patterns. Collected data were then processed and evaluated using five statistical tests. In the first three tests, the orientation of fibres to streamlines, possible flips from one orientation to another during their movement and the statistical significance of these events, were evaluated. In the fourth and fifth tests the length of fibre particles was evaluated.