Form and Function of Mammalian Lung: Analysis by Scientific Computing

این مطالعه به بررسی‌های مورفولوژی راه هوایی ریه با مجموعه‌ای جدید از روش‌های تصویربرداری و گرافیکی کامپیوتری، از جمله تصویربرداری کانفوکال، دریافت تصویر با هدایت کامپیوتری، تجسم و گرافیک فراکتال نزدیک می‌شود. نتیجه کلیدی این است که بر خلاف این باور که طراحی بخش رسانای ریه پستانداران کوچکتر را می توان با مدل شیپور توصیف کرد، یافته های گزارش شده در اینجا یک الگوی انشعاب شدیدا تک پایه ای را با پیامد عملکردی یک تغییر نشان می دهد. فضای مرده بین نای و آسین این طراحی ساختاری غیر دوگانه، ادامه خود را در واحدهای تنفسی به عنوان نیاز ضروری برای پر کردن فضای بهینه و بسته بندی متراکم می یابد که تنها با انشعاب دوگانه به دست نمی آید. بر اساس یک مدل کامپیوتری، فیزیک محاسباتی به طور محکم با بصری شناسی کامپیوتری، شبیه سازی عملکردی مدل ریه را در مورد انتقال گاز ممکن می سازد. واریانس پیش‌بینی‌شده در تهویه acini توضیحی درباره تفاوت شناخته شده بین ظرفیت انتشار مورفولوژیکی پیش‌بینی‌شده و فیزیولوژیکی مورد نیاز می‌دهد.

The study approaches the investigations of airway morphology of the lung with a new set of imaging and cmputer graphical methods, including confocal imaging, computer-guided image acquisition,visualization and fractal graphics. The key result is that, in contrast to the belief that the design of the conductive part of the lung of smaller mammals can be decribed with a trumpet model, the findings reported here document a strongly monopodial branching pattern with the functional consequence of a variation of dead space between the trachea and the acini. This non-dichotomic structural design finds its continuation within the respiratory units as the necessary requirement for an optimal space filling and dense packing which cannot be achieved by a dichotomic branching only. Based on a computer model, computational physics tightly coupled with computer visualistics enables functional simulation of the lung model regarding gas transport. The predicted variance in the ventilation of acini gives rise to an explanation of the well-known difference between the morphologically predicted and physiologically required diffusion capacity.