Simulación numérica del sistema respiratorio humano

Abstract

Esta investigación tuvo como objetivo la obtención de las propiedades de la respiración en el sistema respiratorio inferior humano (tráquea, bronquios y pulmones), a través de una simulación numérica computacional. Realizando un modelado anatómico detallado y preciso de una persona adulta promedio, basado en libros de anatomía médica, aplicando un análisis dinámico transitorio, permitiendo recrear deformaciones reales de la respiración en la geometría del sistema y compartir los datos obtenidos con un programa especializado en la dinámica de los fluidos computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD), el cual, a partir de los cambios de volumen generados en los pulmones, permitirá conocer las distintas propiedades del flujo. Se comparan, analizan y validan gráficas de los resultados teóricos obtenidos de la simulación con las propiedades de la respiración obtenidas a través de estudios experimentales, consiguiendo valores de errores relativos promedios para la gráfica Volumen pulmonar vs Tiempo de 3 %.

The following research work aimed at obtaining the properties of respiration in the human lower respiratory system (trachea, bronchi and lungs), through a computational numerical simulation. Performing a detailed and accurate anatomical modeling of an average adult person, based on medical anatomy books, to which a transient dynamic analysis is applied, allowing recreating real deformations of the breathing in the geometry of the system and sharing the data obtained with a program specialized in Computational Fluids Dynamics (CFD), which, based on the volume changes generated in the lungs, will allow us to know the different flow properties. Graphs of the theoretical results obtained from the simulation are compared, analyzed and validated with the properties of respiration obtained through experimental studies, obtaining average relative error values of 3% for the graph Lung Volume vs Time.