Abstract
In order to develop the aerosol bolus technique which is thought to be a potential tool for probing geometries or abnormalities of small airways, an experimental system of measuring fast time variations of particle concentration in the inhaled and exhaled breathing air was developed. The system generates monodisperse sebacic acrid particles of 1 micron size and 1.2 of geometric standard deviation in high concentration of $10^8$ particles/cc, delivers a short pulse of particles at the controlled instant during inhalation using a solenoid valve, and measures the fast change of particle concentration in using the laser light scattering. Successful operation of the generator and the measuring system was confirmed by smooth concentration profiles in inhalation. It was also confirmed that maintaining a constant breathing rate is essential to stable outputs and any disturbance in flow rate near the mode (maximum concentration) induces a large number of spurious peaks in the exhalation. Experimental data without strict control of breathing flow rate showed a substantial amount of scatter. The measured results showed an improvement in scatter over the existing results. When compared with theoretical predictions from 1-D convective diffusion equation and other experiments, general characteristics of dispersion for several penetration depths showed a good agreement, but there exists some difference in absolute values, which is attributed to the difference in body conditions. Improvements are needed in the theory, especially in relation to correcting for the effect of breathing flow rate.
세기관지의 구조와 이상유무의 신속 정확한 측정을 위해 세계적으로 활발히 연구되고 있는 에어로졸볼러스기법을 확립하기 위하여, 호흡과정 중 흡기에 공급된 입자펄스가 호흡의 진행에 따라 인체기관지내에서 대류분산된 결과로 호기중 입자농도의 증가된 분포폭을 측정하는 장치를 개발하고 이를 이용한 검증실험을 수행하였다. 개발된 장치는 인체에 무해한 sebacic acid를 이용하여 평균입경이 1 $\mu$m이고 기하표준편차가 1.2정도인 임자를 $10^{9}$개/cc 정도의 고농도로 발생하고, 솔레노이드밸브를 이용하여 호흡중의 원하는 시점에 정확히 짧은 펄스형태로 입자를 공급하며, 레이저광산란을 이용하여 흡기와 호기중의 입자농도의 시간변화를 측정한다. 흡기중의 농도분포는 매우 매끈한 분포를 보임으로써 발생장치와 측정장치의 정강작동은 잘 검증되었다. 농도의 시간변화 측정치로부터 계산된 분산도를 1차원 대류확산방정식 이론치 및 외국에서 보고된 실험결과와 비교한 격과, 입자도달깊이에 따른 분산도의 변화에 대한 정성적인 실험결과는 이론치와 상당히 잘 일치하고 기존의 결과보다도 견과의 산포가 개선되었다. 다만 아직도 산포가 상당히 남아있어 개선의 여지를 가지고 있으며, 외국 결과와의 분산도의 타이는 신체조건의 타이 등으로 파악되었다. 산포도의 개선을 위해서는 호흡시에, 특히 최고농도점 부근에서, 호흡유량이 일정하게 유지되어야만 불규칙 이차파형의 형성을 방지하여 측정결과의 해석에 오차를 줄일 수 있음을 확인하였다.
