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Biomécanique du couplage fluide-structures dans les voies aériennes supérieures / Fodil, Redouane in La Houille blanche, N° 4 (2005) 

Public ISBD [article]  in La Houille blanche > N° 4 (2005) . - 49-55 p. Titre : Biomécanique du couplage fluide-structures dans les voies aériennes supérieures Titre original : Biomechanics of the coupling between fluid and structures in Upper Airways Type de document : texte imprimé Auteurs : Fodil, Redouane, Auteur ; Louis, Bruno, Auteur ; Isabey, Daniel, Auteur Article en page(s) : 49-55 p. Note générale : Hydraulique Langues : Français (fre) Mots-clés : Biomécanique  Couplage  Voies  aérienne  Fluide-structure Index. décimale : 551.4 Résumé : Upper airways are characterized by a succession of anatomical and functional singularities (naso/oro/hypopharynx) evidenced by a number of studies in patients with Sleep Apnea Syndrom. Moreover, these studies show that the inspiratory flow is strongly limited during periods of severe obstructive hypopnea and most often resemble to a flow plateau at values considerably smaller than those of normal inspirations. Mechanical models proposed in the literature to describe the coupling between the inspiratory flow and the pharynx did not take into account these mechanical and geometrical singularities as well as the possible interdependence between the different pharyngeal segments. The aim of this work is firstly to consider the pharyngeal singularities using a model based on several individualized compliant elements. The downstream element is pressure controlled whereas one (or several) free element(s) are located upstream. Derivation of the conservation equations versus the controlled pressure leads to a system which allows to describe variations of both upstream cross-sectional area and flow. These equations reveal the fundamental role of the speed indexes associated to the distensibility of each segment. The condition corresponding to the singular point has been shown to play a fundamental role in the generation of the flow plateau which actually corresponds to a succession of close maximum and minimum flows around a (small) flow value with multiple passages through the singular point, depending on the number and the properties of free elements. Les voies aériennes supérieures se caractérisent par une succession de singularités anatomiques et fonctionnelles (naso/oro/hypopharynx) dont le rôle spécifique est de plus en plus mis en évidence chez les patients apnéiques. Par ailleurs, le débit inspiré est fortement altéré dans les hypopnées obstructives sévères et se présente le plus souvent sous forme de plateau à des valeurs de débit très diminuées par rapport à celles de la normale. Les modèles mécaniques proposés dans la littérature pour décrire le couplage entre l’air inspiré et le pharynx ne prennent pas en compte les singularités géométriques et mécaniques et leurs interdépendances possibles entre les différents segments pharyngés. Nous proposons de prendre en compte les singularités pharyngées dans un modèle à plusieurs éléments compliant individualisés, dont un élément situé en aval est contrôlé en pression et un (ou plusieurs) élément(s) libre(s) situé(s) en amont. Les équations de conservation, différentiées par rapport à la pression de contrôle, aboutissent à un système d’équations qui permet de mettre en évidence le rôle fondamental des indexes de vitesse associés à la distensibilité sur les variations de la section d’amont et le débit. Ainsi, le modèle montre que la succession de passages par la condition du point singulier s’avère jouer un rôle fondamental dans l’apparition du plateau de débit qui se présente sous la forme d’une succession rapprochée d’extrema autour d’une valeur (faible) de débit. DEWEY : 553.7 ISSN : 0018-6368 RAMEAU : Biomécanique En ligne : http://www.shf-lhb.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/ [...] [article] Biomécanique du couplage fluide-structures dans les voies aériennes supérieures = Biomechanics of the coupling between fluid and structures in Upper Airways [texte imprimé] / Fodil, Redouane, Auteur ; Louis, Bruno, Auteur ; Isabey, Daniel, Auteur . - 49-55 p. Hydraulique Langues : Français (fre) in La Houille blanche > N° 4 (2005) . - 49-55 p. Mots-clés : Biomécanique  Couplage  Voies  aérienne  Fluide-structure Index. décimale : 551.4 Résumé : Upper airways are characterized by a succession of anatomical and functional singularities (naso/oro/hypopharynx) evidenced by a number of studies in patients with Sleep Apnea Syndrom. Moreover, these studies show that the inspiratory flow is strongly limited during periods of severe obstructive hypopnea and most often resemble to a flow plateau at values considerably smaller than those of normal inspirations. Mechanical models proposed in the literature to describe the coupling between the inspiratory flow and the pharynx did not take into account these mechanical and geometrical singularities as well as the possible interdependence between the different pharyngeal segments. The aim of this work is firstly to consider the pharyngeal singularities using a model based on several individualized compliant elements. The downstream element is pressure controlled whereas one (or several) free element(s) are located upstream. Derivation of the conservation equations versus the controlled pressure leads to a system which allows to describe variations of both upstream cross-sectional area and flow. These equations reveal the fundamental role of the speed indexes associated to the distensibility of each segment. The condition corresponding to the singular point has been shown to play a fundamental role in the generation of the flow plateau which actually corresponds to a succession of close maximum and minimum flows around a (small) flow value with multiple passages through the singular point, depending on the number and the properties of free elements. Les voies aériennes supérieures se caractérisent par une succession de singularités anatomiques et fonctionnelles (naso/oro/hypopharynx) dont le rôle spécifique est de plus en plus mis en évidence chez les patients apnéiques. Par ailleurs, le débit inspiré est fortement altéré dans les hypopnées obstructives sévères et se présente le plus souvent sous forme de plateau à des valeurs de débit très diminuées par rapport à celles de la normale. Les modèles mécaniques proposés dans la littérature pour décrire le couplage entre l’air inspiré et le pharynx ne prennent pas en compte les singularités géométriques et mécaniques et leurs interdépendances possibles entre les différents segments pharyngés. Nous proposons de prendre en compte les singularités pharyngées dans un modèle à plusieurs éléments compliant individualisés, dont un élément situé en aval est contrôlé en pression et un (ou plusieurs) élément(s) libre(s) situé(s) en amont. Les équations de conservation, différentiées par rapport à la pression de contrôle, aboutissent à un système d’équations qui permet de mettre en évidence le rôle fondamental des indexes de vitesse associés à la distensibilité sur les variations de la section d’amont et le débit. Ainsi, le modèle montre que la succession de passages par la condition du point singulier s’avère jouer un rôle fondamental dans l’apparition du plateau de débit qui se présente sous la forme d’une succession rapprochée d’extrema autour d’une valeur (faible) de débit. DEWEY : 553.7 ISSN : 0018-6368 RAMEAU : Biomécanique En ligne : http://www.shf-lhb.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/ [...]

Dynamique des fluides biologiques / Isabey, Daniel in La Houille blanche, N° 4 (2005) 

Public ISBD [article]  in La Houille blanche > N° 4 (2005) . - 36-42 p. Titre : Dynamique des fluides biologiques Titre original : Biological fluid dynamics Type de document : texte imprimé Auteurs : Isabey, Daniel, Auteur ; Fodil, Redouane, Auteur ; Louis, Bruno, Auteur Article en page(s) : 36-42 p. Note générale : Hydraulique Langues : Français (fre) Mots-clés : Fluides  biologiques  Dynamique  Ecoulement  biologique Index. décimale : 551.4 Résumé : Biological flows develop in complex geometries characterized by deformable walls and unsteady conditions. A multiplicity of physiological/biological functions occurring at very different scales, i.e., from macroscopic to microscopic scales, closely depend on local and/or global flow characteristics. Depending on tube sizes, inertial effects related to local acceleration combined with convective and even centrifugal acceleration can deeply modify flow characteristics, the latter being advantageously described by non dimensional numbers based on local geometrical dimensions, fluid properties, velocity and acceleration of fluid: e.g., number of Reynolds, Womersley, Dean, time varying Strouhal. Special attention is put on some flow characteristics such as velocity profile, pressure drop, which are specific of biological flows such as unsteadiness, boundary layer development, secondary or swirling flows as well as transition phenomena between steady and unsteady flow. Applications are extracted from airway flow and vascular system. Les écoulements biologiques se développent dans des géométries complexes présentant des parois déformables, et pour des conditions rarement stationnaires. Une multitude de fonctions physiologiques/biologiques se réalisant à des échelles différentes allant du macroscopique au microscopique, dépendent de façon étroite des caractéristiques locales ou globales de l’écoulement. Dépendant de la taille des conduits, les effets d’inertie liés à l’accélération locale combinés à ceux liés à l’accélération convective voire centrifuge peuvent modifier fortement les caractéristiques de l’écoulement lesquelles peuvent être décrites par des nombres sans dimension spécifiques de la géométrie locale, du fluide considéré, de sa vitesse moyenne et de son accélération: notamment nombres de Reynolds, Womersley, Dean, de Strouhal au cours du cycle. L’attention est portée sur certaines caractéristiques (en terme de profils de vitesse et pertes de charge) spécifiques des écoulements biologiques comme l’instationnarité, le développement de la couche limite, les écoulements secondaires ou tourbillonnaires, les phénomènes de transition stationnaires-instationnaires. Les applications sont issues de résultats obtenus dans l’arbre aérien et le système vasculaire. DEWEY : 553.7 ISSN : 0018-6368 RAMEAU : Liquides biologiques En ligne : http://www.shf-lhb.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/ [...] [article] Dynamique des fluides biologiques = Biological fluid dynamics [texte imprimé] / Isabey, Daniel, Auteur ; Fodil, Redouane, Auteur ; Louis, Bruno, Auteur . - 36-42 p. Hydraulique Langues : Français (fre) in La Houille blanche > N° 4 (2005) . - 36-42 p. Mots-clés : Fluides  biologiques  Dynamique  Ecoulement  biologique Index. décimale : 551.4 Résumé : Biological flows develop in complex geometries characterized by deformable walls and unsteady conditions. A multiplicity of physiological/biological functions occurring at very different scales, i.e., from macroscopic to microscopic scales, closely depend on local and/or global flow characteristics. Depending on tube sizes, inertial effects related to local acceleration combined with convective and even centrifugal acceleration can deeply modify flow characteristics, the latter being advantageously described by non dimensional numbers based on local geometrical dimensions, fluid properties, velocity and acceleration of fluid: e.g., number of Reynolds, Womersley, Dean, time varying Strouhal. Special attention is put on some flow characteristics such as velocity profile, pressure drop, which are specific of biological flows such as unsteadiness, boundary layer development, secondary or swirling flows as well as transition phenomena between steady and unsteady flow. Applications are extracted from airway flow and vascular system. Les écoulements biologiques se développent dans des géométries complexes présentant des parois déformables, et pour des conditions rarement stationnaires. Une multitude de fonctions physiologiques/biologiques se réalisant à des échelles différentes allant du macroscopique au microscopique, dépendent de façon étroite des caractéristiques locales ou globales de l’écoulement. Dépendant de la taille des conduits, les effets d’inertie liés à l’accélération locale combinés à ceux liés à l’accélération convective voire centrifuge peuvent modifier fortement les caractéristiques de l’écoulement lesquelles peuvent être décrites par des nombres sans dimension spécifiques de la géométrie locale, du fluide considéré, de sa vitesse moyenne et de son accélération: notamment nombres de Reynolds, Womersley, Dean, de Strouhal au cours du cycle. L’attention est portée sur certaines caractéristiques (en terme de profils de vitesse et pertes de charge) spécifiques des écoulements biologiques comme l’instationnarité, le développement de la couche limite, les écoulements secondaires ou tourbillonnaires, les phénomènes de transition stationnaires-instationnaires. Les applications sont issues de résultats obtenus dans l’arbre aérien et le système vasculaire. DEWEY : 553.7 ISSN : 0018-6368 RAMEAU : Liquides biologiques En ligne : http://www.shf-lhb.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/ [...]

Exploration et modélisation de l'écoulement inspiratoire au passage des fosses nasales / Louis, Bruno in La Houille blanche, N° 4 (2005) 

Public ISBD [article]  in La Houille blanche > N° 4 (2005) . - 43-48 p. Titre : Exploration et modélisation de l'écoulement inspiratoire au passage des fosses nasales Titre original : Investigation and predictive model of Inspiratory flow at the passage through nasal airways Type de document : texte imprimé Auteurs : Louis, Bruno, Auteur ; Fodil, Redouane, Auteur ; Isabey, Daniel, Auteur Article en page(s) : 43-48 p. Note générale : Hydraulique Langues : Français (fre) Mots-clés : Ecoulement  inspiratoire  Nez  Fosses  nasales  Rhinométrie Index. décimale : 551.4 Résumé : In clinical routine the exploration of the obstructive disorders in the nose is done primarily using techniques (tomodensitometry, endoscopic clinical examination) giving only a static image of the nose. Here, we present two noninvasive investigation methods allowing to have a functional image of the nasal fossae. The posterior rhinomanometry gives an index of the resistance of each nasal fossae. The acoustic rhinometry gives the longitudinal cross-sectional area along the airways. A model with individualized compliant elements was associated with these methods in order to better understanding the fluid-structure coupling in the nasal fossae during inspiration. The proposed model, used in steady state conditions, allowed to simulate the pressure-flow relationship in vivo observed in normal conditions as well as in pathological conditions. Our results suggest that the wall compliance is an essential parameter to understand the inspiratory flow limitation phenomenon well-known by physiologists. This model, by predicting the functional pressure flow relationship, could become a useful tool for the clinician to evaluate the potential effects of treatments. En routine, l'exploration des troubles obstructifs du nez se fait essentiellement à l'aide de techniques ne donnant qu'une image très statique du nez (tomodensitométrie, examen clinique endoscopique, ...). Ici, nous présentons deux méthodes d'investigation non-invasives permettant d'avoir une image fonctionnelle de la fosse nasale. La rhinomanométrie postérieure donne un index de la résistance globale de chaque fosse nasale. La rhinométrie acoustique apporte une visualisation du calibre des voies aériennes sous forme de l'évolution longitudinale de l'aire des sections droites de ce conduit. Un modèle à éléments individualisés compliants a été associé à ces 2 méthodes dans le but de mieux comprendre le couplage fluide structure se développant dans la fosse nasale à l'inspiration. Ce modèle, utilisé en conditions statiques, permet de simuler la relation pression débit observée in vivo chez le sujet sain comme chez le sujet pathologique. Nos résultats suggèrent que la compliance des fosses nasales est un paramètre essentiel pour comprendre les phénomènes de limitation de débit observés par les physiologistes à l'inspiration. Ce model par sa faculté de prédire la relation fonctionnelle entre pression et débit, pourrait devenir un outil pour le clinicien dans le but d'évaluer les effets potentiels du traitement envisagé. DEWEY : 553.7 ISSN : 0018-6368 RAMEAU : Cavité nasale En ligne : http://www.shf-lhb.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/ [...] [article] Exploration et modélisation de l'écoulement inspiratoire au passage des fosses nasales = Investigation and predictive model of Inspiratory flow at the passage through nasal airways [texte imprimé] / Louis, Bruno, Auteur ; Fodil, Redouane, Auteur ; Isabey, Daniel, Auteur . - 43-48 p. Hydraulique Langues : Français (fre) in La Houille blanche > N° 4 (2005) . - 43-48 p. Mots-clés : Ecoulement  inspiratoire  Nez  Fosses  nasales  Rhinométrie Index. décimale : 551.4 Résumé : In clinical routine the exploration of the obstructive disorders in the nose is done primarily using techniques (tomodensitometry, endoscopic clinical examination) giving only a static image of the nose. Here, we present two noninvasive investigation methods allowing to have a functional image of the nasal fossae. The posterior rhinomanometry gives an index of the resistance of each nasal fossae. The acoustic rhinometry gives the longitudinal cross-sectional area along the airways. A model with individualized compliant elements was associated with these methods in order to better understanding the fluid-structure coupling in the nasal fossae during inspiration. The proposed model, used in steady state conditions, allowed to simulate the pressure-flow relationship in vivo observed in normal conditions as well as in pathological conditions. Our results suggest that the wall compliance is an essential parameter to understand the inspiratory flow limitation phenomenon well-known by physiologists. This model, by predicting the functional pressure flow relationship, could become a useful tool for the clinician to evaluate the potential effects of treatments. En routine, l'exploration des troubles obstructifs du nez se fait essentiellement à l'aide de techniques ne donnant qu'une image très statique du nez (tomodensitométrie, examen clinique endoscopique, ...). Ici, nous présentons deux méthodes d'investigation non-invasives permettant d'avoir une image fonctionnelle de la fosse nasale. La rhinomanométrie postérieure donne un index de la résistance globale de chaque fosse nasale. La rhinométrie acoustique apporte une visualisation du calibre des voies aériennes sous forme de l'évolution longitudinale de l'aire des sections droites de ce conduit. Un modèle à éléments individualisés compliants a été associé à ces 2 méthodes dans le but de mieux comprendre le couplage fluide structure se développant dans la fosse nasale à l'inspiration. Ce modèle, utilisé en conditions statiques, permet de simuler la relation pression débit observée in vivo chez le sujet sain comme chez le sujet pathologique. Nos résultats suggèrent que la compliance des fosses nasales est un paramètre essentiel pour comprendre les phénomènes de limitation de débit observés par les physiologistes à l'inspiration. Ce model par sa faculté de prédire la relation fonctionnelle entre pression et débit, pourrait devenir un outil pour le clinicien dans le but d'évaluer les effets potentiels du traitement envisagé. DEWEY : 553.7 ISSN : 0018-6368 RAMEAU : Cavité nasale En ligne : http://www.shf-lhb.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/ [...]