Targeting inhaled aerosol delivery to upper airways in children: Insight from computational fluid dynamics (CFD)
Notice bibliographique
Résumé
Despite the prevalence of inhalation therapy in the treatment of pediatric respiratory disorders, most prominently asthma, the fraction of inhaled drugs reaching the lungs for maximal efficacy remains adversely low. By and large drug delivery devices and their inhalation guidelines are typically derived from adult studies with child dosages adapted according to body weight. While it has long been recognized that physiological (e.g. airway sizes, breathing maneuvers) and physical transport (e.g. aerosol dynamics) characteristics are critical in governing deposition outcomes, such knowledge has yet to be extensively adapted to younger populations. Motivated by such shortcomings, the present work leverages in a first step in silico computational fluid dynamics (CFD) to explore opportunities for augmenting aerosol deposition in children based on respiratory physiological and physical transport determinants. Using an idealized, anatomically-faithful upper airway geometry, airflow and aerosol motion are simulated as a function of age, spanning a five year old to an adult. Breathing conditions mimic realistic age-specific inhalation maneuvers representative of Dry Powder Inhalers (DPI) and nebulizer inhalation. Our findings point to the existence of a single dimensionless curve governing deposition in the conductive airways via the dimensionless Stokes number (Stk). Most significantly, we uncover the existence of a distinct deposition peak irrespective of age. For the DPI simulations, this peak (∼ 80%) occurs at Stk ≈ 0.06 whereas for nebulizer simulations, the corresponding peak (∼ 45%) occurs in the range of Stk between 0.03-0.04. Such dimensionless findings hence translate to an optimal window of micron-sized aerosols that evolves with age and varies with inhalation device. The existence of such deposition optima advocates revisiting design guidelines for optimizing deposition outcomes in pediatric inhalation therapy.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».