Feng, Yu; Zhao, Jianan; Hayati, Hamideh et al. · 2021 · Journal of Aerosol Science
Metadata
Authors: Feng, Yu; Zhao, Jianan; Hayati, Hamideh; Sperry, Ted; Yi, Hang
📄 Quick Note¶
摘要概述¶
这是一篇 Editor-Invited Tutorial 文章，系统讲解如何用多尺度 CFPD-PBPK/TK（Computational Fluid-Particle Dynamics + Physiologically Based Pharmacokinetic/Toxicokinetic）框架来预测可吸入颗粒物（PM）在人体呼吸系统中的输运、沉积与向全身的迁移。作者从 CFPD 与 PBPK/TK 的基本守恒方程出发，逐步给出问题定义、几何重建（CT/MRI）、网格生成、湍流模型选择、边界条件、求解与后处理的标准流程，并强调验证与确认（V&V）的必要性。文章同时梳理现有模型的局限（如刚性气道假设、单向流-粒耦合、忽略黏液清除与种间/个体差异），并展望下一代"虚拟肺"方向：弹性气道（dynamic mesh / FSI）、动态黏液-纤毛清除、双向耦合与个体化建模。核心结论是 CFPD-PBPK/TK 与实验互补，可在无创前提下高分辨率地揭示气溶胶动力学，缩短职业暴露风险评估的研究周期。
关键图表¶
- Fig. 1 — CFPD-PBPK/TK 模型开发与执行的基础知识图谱，标注了影响 PM/蒸气动力学的多因素（气道几何、呼吸模式、颗粒物性等），是理解整个建模变量空间的总览图。
- Fig. 2 — 多尺度 CFPD-PBPK/TK 建模框架示意图，将 CFPD 给出的肺部沉积浓度作为 PBPK/TK 多室模型的输入，连接气道到全身器官的迁移，体现"多尺度"耦合的关键。
- Fig. 5 — CFPD-PBPK/TK 仿真工作流示意，涵盖前处理→求解→后处理→V&V 的标准步骤，是实际操作时的参考路线图。
与我的关联¶
虽然是呼吸系统气溶胶领域，但其"多尺度耦合 + 个体化几何重建 + V&V 流程"的建模思想与血管 G&R/CFD 仿真相通，几何重建、网格生成与湍流模型选择的工程经验可借鉴；弹性气道（dynamic mesh / FSI）一节对血管壁运动建模有直接的方法学启发。