Modélisation de la Respiration Humaine

Abstract

Cette thèse explore la respiration humaine sous l’angle de la physique médicale à travers trois chapitres interconnectés, formant un cadre complet pour comprendre les mécanismes physiques et physiologiques du système respiratoire ainsi que les applications de la modélisation et de la simulation. Le premier chapitre présente une vue d’ensemble de la physique et de la physiologie respiratoires, en mettant l’accent sur l’importance de la simulation médicale dans la formation et l’éducation. Le deuxième chapitre examine les modèles physiques et mathématiques de la respiration, allant du modèle simple de résistance-compliance (RC) aux modèles avancés de dynamique des fluides computationnelle (CFD), en soulignant leurs applications cliniques. Le troisième chapitre propose un modèle mono-compartimental pour simuler la dynamique respiratoire dans des conditions normales et pathologiques, telles que la broncho-pneumopathie chronique obstructive, l’asthme et la fibrose pulmonaire, en analysant les résultats et en discutant des limites du modèle. Ces chapitres mettent en évidence l’importance d’une approche multidisciplinaire pour comprendre la respiration et améliorer les soins de santé grâce à la simulation et à la modélisation mathématique, avec des perspectives incluant l’intégration de l’intelligence artificielle et des technologies de réalité virtuelle pour renforcer les applications cliniques et éducatives

تتناول هذه الرسالة دراسة التنفس البشري من منظور الفيزياء الطبية من خلال ثلاثة فصول مترابطة تشكل إطارًا شاملًا لفهم الآليات الفيزيائية والفسيولوجية للجهاز التنفسي وتطبيقات النمذجة والمحاكاة. يقدم الفصل الأول نظرة عامة على الفيزياء والفسيولوجيا التنفسية، مع التركيز على أهمية المحاكاة الطبية في التدريب والتعليم الطبي. يستعرض الفصل الثاني نماذج فيزيائية ورياضياتية للتنفس، بدءًا من النموذج البسيط للمقاومة والمرونة (RC) إلى نماذج ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) المتقدمة، مع تسليط الضوء على تطبيقاتها السريرية.أما الفصل الثالث فيقدم نموذجًا أحادي الحجرة لمحاكاة ديناميكيات التنفس في الحالات الطبيعية والمرضية مثل الانسداد الرئوي المزمن والربو والتليف الرئوي، مع تحليل النتائج ومناقشة حدود النموذج. تعكس هذه الفصول أهمية النهج متعدد التخصصات في فهم التنفس وتحسين الرعاية الصحية من خلال المحاكاة والنمذجة الرياضياتية، مع آفاق مستقبلية تشمل دمج الذكاء الاصطناعي وتقنيات الواقع الافتراضي لتعزيز التطبيقات السريرية والتعليمية