Modelling the human pharyngeal airway: validation of numerical simulations using in vitro experiments

In the presented study, a numerical model which predicts the flow-induced collapse within the pharyngeal airway is validated using in vitro measurements. Theoretical simplifications were considered to limit the computation time. Systematic comparisons between simulations and measurements were performed on an in vitro replica, which reflects asymmetries of the geometry and of the tissue properties at the base of the tongue and in pathological conditions (strong initial obstruction). First, partial obstruction is observed and predicted. Moreover, the prediction accuracy of the numerical model is of 4.2% concerning the deformation (mean quadratic error on the constriction area). It shows the ability of the assumptions and method to predict accurately and quickly a fluid-structure interaction

Computational fluid dynamics in the upper airway: comparison between different models and experimental data for a simplified geometry with major obstruction

The present study aims at comparing different computational models used for simulating the fluid-structure interaction within an in-vitro setup resembling simplified major obstruction of pharyngeal airway. Due to the nature of the problem, i.e. air flow passing over a deformable latex surface, a fully coupled fluid-structure interaction algorithm is used. A comparison is made between two finite element models for the solid domain, one using shell and the other using volume elements. The material properties of these models follow a hyperelastic behavior. For the fluid part, laminar and various turbulence models such as standard k-epsilon, Shear Stress Transport, SSG Reynolds Stress and BSL Reynolds Stress are compared. We evaluate the efficiency of the models and how close to the experimental data are their results. The predictions of the structural model containing volume elements showed better consistency with the experimental data. In addition, the results obtained with the standard k-epsilon turbulence model were the least deviated among all turbulence models

Minimal information for studies of extracellular vesicles (MISEV2023): From basic to advanced approaches

Extracellular vesicles (EVs), through their complex cargo, can reflect the state of their cell of origin and change the functions and phenotypes of other cells. These features indicate strong biomarker and therapeutic potential and have generated broad interest, as evidenced by the steady year-on-year increase in the numbers of scientific publications about EVs. Important advances have been made in EV metrology and in understanding and applying EV biology. However, hurdles remain to realising the potential of EVs in domains ranging from basic biology to clinical applications due to challenges in EV nomenclature, separation from non-vesicular extracellular particles, characterisation and functional studies. To address the challenges and opportunities in this rapidly evolving field, the International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) updates its 'Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles', which was first published in 2014 and then in 2018 as MISEV2014 and MISEV2018, respectively. The goal of the current document, MISEV2023, is to provide researchers with an updated snapshot of available approaches and their advantages and limitations for production, separation and characterisation of EVs from multiple sources, including cell culture, body fluids and solid tissues. In addition to presenting the latest state of the art in basic principles of EV research, this document also covers advanced techniques and approaches that are currently expanding the boundaries of the field. MISEV2023 also includes new sections on EV release and uptake and a brief discussion of in vivo approaches to study EVs. Compiling feedback from ISEV expert task forces and more than 1000 researchers, this document conveys the current state of EV research to facilitate robust scientific discoveries and move the field forward even more rapidly

Modélisation physique des voies aériennes supérieures pour le syndrome d'apnées obstructives du sommeil

Le Syndrome d'Apnées Obstructives du Sommeil est caractérisé par la survenue fréquente d' épisodes d' obstruction des voies aériennes supérieures. L'intérêt d'une modélisation physique est qu'elle autorise une compréhension plus fine du phénomène, et laisse espérer une amélioration des traitements. Le but a donc été de concevoir, puis de valider, un algorithme de simulation numérique de l'interaction entre les tissus vivants et le flux d'air à l'origine d'un épisode apnéique. Afin d'alléger les calculs et de réduire le temps de simulation, des hypothèses simplificatrices ont été envisagées. D'une part, en ce qui concerne les tissus vivants, la méthode des éléments finis permet une prédiction réaliste de leur déformation. Le cadre des petites perturbations et de l'élasticité linéaire implique de plus un calcul rapide de la réponse mécanique. D'autre part, la simulation de l'écoulement d'air se fait via une formulation asymptotique des équations de Navier-Stokes (équations de Navier-Stokes Réduites / Prandtl), qui facilite la résolution numérique. Afin de valider hypothèses physiques et méthode de résolution numérique, une maquette in-vitro a été utilisée. Celle-ci permet de reproduire, dans des conditions contrôlées, une interaction entre flux d'air et paroi déformable analogue à celle qui se produit à la base de la langue en début d'obstruction. Une mesure précise de la déformation du conduit d'écoulement est obtenue à l'aide d'une caméra digitale. Une série de comparaisons quantitatives a montré qu'en dépit des simplifications effectuées, l'erreur entre prédiction et mesures est faible. Finalement, pour se rapprocher de la réalité clinique, des modèles de voies aériennes supérieures de quatre patients apnéiques ont été construits à partir de radiographies sagittales. Des comparaisons entre simulations à partir de radiographies pré-opératoires et post-opératoires ont montré que les prédictions étaient globalement cohérentes avec les conséquences du geste chirurgical. Elles ont pû également mettre en évidence certaines limites de notre approche, dûes à la complexité du phénomène.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocGRENOBLE INP-Phelma (381852301) / SudocSudocFranceF

Modélisation physique des voies aériennes supérieures pour le syndrome d'apnées obstructives du sommeil

Le Syndrome d'Apnées Obstructives du Sommeil est caractérisé par la survenue fréquente d' épisodes d' obstruction des voies aériennes supérieures. L'intérêt d'une modélisation physique est qu'elle autorise une compréhension plus fine du phénomène, et laisse espérer une amélioration des traitements. Le but a donc été de concevoir, puis de valider, un algorithme de simulation numérique de l'interaction entre les tissus vivants et le flux d'air à l'origine d'un épisode apnéique. Afin d'alléger les calculs et de réduire le temps de simulation, des hypothèses simplificatrices ont été envisagées. D'une part, en ce qui concerne les tissus vivants, la méthode des éléments finis permet une prédiction réaliste de leur déformation. Le cadre des petites perturbations et de l'élasticité linéaire implique de plus un calcul rapide de la réponse mécanique. D'autre part, la simulation de l'écoulement d'air se fait via une formulation asymptotique des équations de Navier-Stokes (équations de Navier-Stokes Réduites / Prandtl), qui facilite la résolution numérique. Afin de valider hypothèses physiques et méthode de résolution numérique, une maquette in-vitro a été utilisée. Celle-ci permet de reproduire, dans des conditions contrôlées, une interaction entre flux d'air et paroi déformable analogue à celle qui se produit à la base de la langue en début d'obstruction. Une mesure précise de la déformation du conduit d'écoulement est obtenue à l'aide d'une caméra digitale. Une série de comparaisons quantitatives a montré qu'en dépit des simplifications effectuées, l'erreur entre prédiction et mesures est faible. Finalement, pour se rapprocher de la réalité clinique, des modèles de voies aériennes supérieures de quatre patients apnéiques ont été construits à partir de radiographies sagittales. Des comparaisons entre simulations à partir de radiographies pré-opératoires et post-opératoires ont montré que les prédictions étaient globalement cohérentes avec les conséquences du geste chirurgical. Elles ont pû également mettre en évidence certaines limites de notre approche, dûes à la complexité du phénomène.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocGRENOBLE INP-Phelma (381852301) / SudocSudocFranceF

Evaluating soft tissue simulation in maxillofacial surgery using pre and post-operative CT scan

One of the most important issue in soft tissue modeling is to assess the quality of the simulations. A validation protocol is presented based on two CT scans of the patient acquired before and after cranio-maxillofacial surgery. The actual bones repositioning realized during the intervention are accurately measured and reproduced. A evaluation of the soft tissue deformation is then computed using a finite element model of the face. The simulations are therefore compared, qualitatively and quantitatively, with the actual outcome of the surgery. This protocol enable to rigorously evaluate different modeling methods, and to assess the clinical relevance of soft tissue simulation in maxillofacial surgery