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Title
Modeling bloodflow and gas exchange in alveoli
Subject
Sistemas de advección-difusión-reacción
Modelamiento alveolar
Transporte de masa
Función respiratoria
620
Ingeniería
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2022
El intercambio gaseoso es una función esencial del sistema respiratorio que se acopla fundamentalmente con la perfusión en los alvéolos. Formulaciones matemáticas actuales y modelos computacionales de estos dos fenómenos dependen de aproximaciones unidimensionales que obvian la microestructura volumétrica compleja de los arreglos alveolares. En este trabajo introducimos un modelo computacional tridimensional acoplado de perfusión pulmonar en los capilares e intercambio gaseoso que se adecúa a la morfología alveolar. Para este fin, derivamos ecuaciones diferenciales parciales no lineales y condiciones de borde desde principios físicos que gobiernan el comportamiento de la sangre y los gases en geometrías alveolares arbitrarias. Resolvemos la formulación resultante mediante una propuesta e implementación de un esquema de elementos finitos no lineales. Realizamos varios experimentos numéricos para validar nuestro modelo contra simulaciones de una dimensión y demostrar su aplicabilidad a geometrías inspiradas en morfología. Simulaciones numéricas muestran que nuestro modelo predice caídas de presión sanguínea y velocidades sanguíneas esperadas en los capilares pulmonares. Este comportamiento también se observa en geometrías alveolares tridimensionales, entregando más detalle asociado a la distribución espacial de campos de interés y la influencia de la forma del dominio. Creemos que este modelo abre la puerta a mejores estudios in silico de
intercambio gaseoso y perfusión en geometrías realistas, modelos acoplados de intercambio gaseoso y mecánica respiratoria, y análisis multiescala de funcionamiento pulmonar; avanzando nuestro entendimiento de fisiología y patología pulmonar.
intercambio gaseoso y perfusión en geometrías realistas, modelos acoplados de intercambio gaseoso y mecánica respiratoria, y análisis multiescala de funcionamiento pulmonar; avanzando nuestro entendimiento de fisiología y patología pulmonar.
Creator
Zurita Soler, Pablo
Date
2023-01-05T20:08:13Z
2023-01-05T20:08:13Z
2022
Contributor
Hurtado Sepúlveda, Daniel
Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Rights
acceso abierto
Format
xiii, 70 páginas
application/pdf
Language
en
Type
tesis de maestría
Identifier
https://repositorio.uc.cl/handle/11534/66192