模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置、系统及方法，以解决现有技术中的实验装置测试结果与实际偏差较大的技术问题。测定系统包括测定装置和检测仪，测定装置包括模拟人呼吸模型，模拟人呼吸模型包括鼻腔模拟模块、口腔模拟模块、咽喉模拟模块和肺模拟模块；模拟模块中的一个或两个以上的组合构成待测目标模块，待测目标模块设置有检测仪安装口，检测仪安装口用于安装检测仪。本发明专利技术的模拟人呼吸系统模型，构建了较为真实的从口腔、鼻腔到肺部的完整模拟呼吸系统，优化了现有技术中的实验装置，从而能够提高测定精度。高测定精度。高测定精度。

【技术实现步骤摘要】
模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置、系统及方法


[0001]本专利技术涉及仿真测试
，具体涉及一种模拟了人体呼吸系统从而能够对各呼吸器官的气溶胶分布量进行测试的测定装置。

技术介绍

[0002]空气中存在含有各种化学物质的气溶胶，气溶胶随空气进入人体呼吸系统后将会分布在呼吸系统的各个器官中，了解气溶胶在呼吸系统的分布情况对于认识人体呼吸道疾病发病机理，优化和控制气溶胶药物等在呼吸道的内的输送过程，以及开发体外仿生呼吸道暴露系统等，都具有重要的理论指导意义。而为了研究气溶胶在呼吸系统的分布情况，有以下两个特点需要特别重视：第一、由于人体每次呼吸动作(呼气或吸气)的力量和速度不同，并且呼吸系统各器官的物理特征(形状、尺度、体积、压强等)也各不相同，同时各种气溶胶的自身特征(物质成分、颗粒大小、重量等)也有很大差异，所以气溶胶在呼吸系统各器官中分布量(是指质量)是不同的。第二、气溶胶在进入人体器官后，有悬浮物和沉积物两种物质形态，所以气溶胶在一个器官中总的分布量中，应区分气溶胶在各器官中的沉积分布量、悬浮分布量情况，即区分气溶胶中的“悬浮物的量”与“沉积物的量”，即才能更准确获得气溶胶在人体呼吸系统中的具体分布情况。
[0003]基于气溶胶在呼吸系统的分布情况的上述特点，目前用于研究气溶胶在呼吸系统的分布主要通过一般实验和计算机建模两种方式，即通过对呼吸系统的仿真建立实物或3D模型，利用径迹蚀刻方法、粒子图像速度仪、计算流体颗粒动力学等探讨气溶胶在呼吸道中的分布。但是，现有研究多以特定物质或特定粒径的物质进行研究，对混合的复杂气溶胶研究较少。
[0004]论文《肺支气管内气体分布与流动的研究》利用数学模型考查支气管树内气体分配和压力变化，虽然该论文考虑了气管树的不对称性以及整体和局部两个方面研究了肺支气管树的气体流动，但是1)该论文是数学模型模拟研究，与气体在实际支气管中的分布与流动有一定差异；2)研究对象是气体，研究气溶胶和气体的数学模型有一定差异且无法考察气溶胶粒相物质在呼吸道内的沉积、悬浮情况；3)仅研究呼吸模式，未给出吸入给药等特殊吸入方式的分布与流动情况，在不同吸入方式时，其数学算法不同；4)该研究无法给出呼吸气体分布与流动的具体实际值；5)仅考虑肺支气管，未考虑肺泡、口腔、鼻腔、咽喉对气体的传输和分布。
[0005]申请公布号为CN105982734A的专利技术专利申请公开了一种真实人体上呼吸道模型流场气溶胶沉积测量方法及实验装置，包括真空泵、真空舱室、电磁阀、流量计、比例调节阀和高效过滤器组成的气路系统，模拟人的吸气过程，计时并定时检测气溶胶以及后续的承重和计算，有效地测定人体上呼吸道流场气溶胶颗粒的沉积率。但实验装置在检测的过程中存在的问题是，1)装置未能考虑到呼气过程对气流的扰动引起的气溶胶的沉降，仅考虑在吸气状态下的完成情况；2)所考察的气溶胶是特定发生的粒径物质，利用称重法无法测量复杂气溶胶中气相物质在呼吸道壁内的分布情况；3)未模拟肺泡单元扩张、收缩对呼吸
道内气流扰动进一步引起的沉降；4)未提供考察气溶胶颗粒在呼吸道模型中悬浮分布情况的方法。因此该实验装置不能全方位地对人体的呼吸过程进行模拟，测试过程和测试结果都存在很大的局限性。
[0006]授权公告号为CN106268545B的专利技术专利提供了一种产生多分散小粒径气溶胶及其粒径测量的方法，该方法将溶液雾化并生成直径为1
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5μm的小粒径气溶胶，将气溶胶沉积在样品上，通过样品在环境室一定时间后表面腐蚀产物的大小测量表面沉积的气溶胶粒径。该专利方法仅考察沉积时的粒径测量方法，未提供考察气溶胶在呼吸系统内分布情况的方法。
[0007]现有技术中装置模拟气溶胶在口腔、呼吸道内的吸入和呼出环境时，大部分研究仅对不同分级的气管树进行模拟研究，鲜有对气管树和肺泡以及口鼻喉等呼吸器官一同进行建模研究，这将忽略呼吸系统的完整性以及肺泡的扩张和收缩对整个呼吸系统不同器官的气溶胶分布产生的影响，而难以真实重现气溶胶在呼吸道内的分布情况，且无论是测量过程和测量结果都会因呼吸系统的不完整而产生局限性。计算机建模方式的研究虽然是了解外源物质分布的较好方式，但不是对物质的分布情况进行实际测量，其数据可信度仍需要进一步考虑，理论数据可能与实际数据存在一定的偏差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置，以解决现有技术中的实验装置对模拟呼吸系统进行气溶胶沉积分布测试结果与实际偏差较大的技术问题。另外，本专利技术的目的也在于提供一种应用上述测定装置的模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定系统，以解决上述问题。本专利技术的目的还在于提供一种使用上述测定装置进行气溶胶分布量、气溶胶悬浮分布量、气溶胶沉积分布量的测定方法，以解决上述问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所提供的模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置的技术方案是：
[0010]模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置，包括模拟人呼吸模型、动力装置，模拟人呼吸模型包括多个模拟模块，各模拟模块均具有内腔，内腔按照被模拟人体器官的内腔形状仿造而成，模拟模块包括鼻腔模拟模块、口腔模拟模块、咽喉模拟模块、肺部模拟模块，鼻腔模拟模块与口腔模拟模块的交汇并在交汇处与咽喉模拟模块连接，咽喉模拟模块与肺部模拟模块连接；动力装置用于驱使鼻腔模拟模块和/或口腔模拟模块吸气呼气；模拟模块中的一个或两个以上的组合构成待测目标模块，待测目标模块上设置有阀、检测仪安装口，阀用于控制待测目标模块与外界或者与相邻的模拟模块之间的气路通断，检测仪安装口与待测目标模块的内腔连通，检测仪安装口用于安装检测仪，检测仪用于检测待测目标模块内腔中的气溶胶参数；检测仪包括浓度检测仪、流量检测仪、压力检测仪、粒径检测仪、萃取检测仪中的一个或多个。
[0011]有益效果：本专利技术的模拟人呼吸系统模型，仿照人体器官的形状、构造设置了多个模拟模块，从而构建了较为真实的从口腔、鼻腔到肺部的完整模拟呼吸系统；通过动力装置驱使鼻腔模拟模块或口腔模拟模块吸气和呼气从而模拟人的吸气和呼气，使气溶胶在各模拟模块中的悬浮、沉积情况更接近于现实，提高了测定结果的准确性和真实性；通过在待检测模拟模块上设置检测仪安装口，能够在待检测目标模块外安装检测仪，进而检测模拟模
块内腔中的气溶胶参数，能够全方位的对从口腔、鼻腔到肺部的呼吸系统的气溶胶分布量、悬浮量、沉积量等相关参数进行测定；本专利技术优化了现有技术中的实验装置，从而能够提高测定精度。
[0012]优选地，所述模拟模块还包括胸廓腔模拟模块，所述肺部模拟模块处于胸廓腔模拟模块的内腔中，所述肺部模拟模块的内腔包括模拟气管、支气管树的气管腔、支气管腔和模拟肺泡的肺泡腔，所述动力装置与胸廓腔模拟模块连接，动力装置用于从胸廓腔模拟模块中抽出气体或者向胸廓腔模拟模块中输入气体，以使肺部模拟模块的肺泡腔扩张或缩小，实现肺部吸气或呼气，进而带动鼻腔和/或口腔进行吸气或呼气。吸气的时候，肺部扩张，肺内压力小于口腔、鼻腔外气压，若口腔、鼻腔与肺部连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置，其特征在于，包括模拟人呼吸模型、动力装置(8)，模拟人呼吸模型包括多个模拟模块，各模拟模块均具有内腔，内腔按照被模拟人体器官的内腔形状仿造而成，模拟模块包括鼻腔模拟模块(1)、口腔模拟模块(2)、咽喉模拟模块(3)、肺部模拟模块(4)，鼻腔模拟模块(1)与口腔模拟模块(2)的交汇并在交汇处与咽喉模拟模块(3)连接，咽喉模拟模块(3)与肺部模拟模块(4)连接；动力装置(8)用于驱使鼻腔模拟模块(1)和/或口腔模拟模块(2)吸气呼气；模拟模块中的一个或两个以上的组合构成待测目标模块，待测目标模块上设置有阀、检测仪安装口，阀用于控制待测目标模块与外界或者与相邻的模拟模块之间的气路通断，检测仪安装口与待测目标模块的内腔连通，检测仪安装口用于安装检测仪，检测仪用于检测待测目标模块内腔中的气溶胶参数；检测仪包括浓度检测仪、流量检测仪、压力检测仪、粒径检测仪、萃取检测仪中的一个或多个。2.根据权利要求1所述的模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置，其特征在于，所述模拟模块还包括胸廓腔模拟模块(15)，所述肺部模拟模块(4)处于胸廓腔模拟模块(15)的内腔中，所述肺部模拟模块(4)的内腔包括模拟气管、支气管树的气管腔、支气管腔和模拟肺泡的肺泡腔，所述动力装置(8)与胸廓腔模拟模块(15)连接，动力装置(8)用于从胸廓腔模拟模块(15)中抽出气体或者向胸廓腔模拟模块(15)中输入气体，以使肺部模拟模块(4)的肺泡腔扩张或缩小，实现肺部吸气或呼气，进而带动鼻腔和/或口腔进行吸气或呼气。3.模拟人体呼吸系统的气溶胶悬浮分布量的测定方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置，检测仪是萃取检测仪，所述萃取检测仪用于获取气溶胶悬浮物的粒相物和气相物；先进行模拟呼吸试验，模拟呼吸试验的过程是：先启动动力装置(8)，按设定的呼气次数和/或吸气次数实施设定次数的呼吸动作，以进行模拟呼吸试验，待测目标模块的内部形成待检测区域；在模拟呼吸试验完成时，将待检测区域封闭，通过萃取检测仪取得悬浮于待检测区域中的气溶胶悬浮物，然后获取气溶胶悬浮物中所含的气溶胶目标物质粒相质量M
粒相
以及气溶胶目标物质气相质量M
气相
，计算出的待检测区域中气溶胶悬浮物的质量M
悬浮
＝M
气相
+M
粒相
。4.根据权利要求3所述的模拟人体呼吸系统的气溶胶悬浮分布量的测定方法，其特征在于，用称重法获取气溶胶目标物质粒相质量M
粒相
，或者用萃取溶解法将萃取检测仪取得的粒相物溶解，然后采用化学分析法得到气溶胶目标物质粒相质量M
粒相
；收集萃取检测仪取得的液体，然后利用化学分析法或称重法得到气溶胶目标物质气相质量M
气相
。5.模拟人体呼吸系统的气溶胶悬浮分布量的测定方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的模拟人体呼吸系统的气溶胶分布测定装置，检测仪是浓度检测装置；先进行模拟呼吸试验，模拟呼吸试验的过程是：先启动动力装置(8)，按设定的呼气次数和/或吸气次数实施设定次数的呼吸动作，以进行模拟呼吸试验，待测目标模块的内部形成待检测区域；在模拟呼吸试验完成时，将待检测区域封闭，用浓度检测仪测定待测目标模块中气溶胶悬浮物的浓度C
悬浮
，计算出的待检测区域中气溶胶悬浮物的质量M
悬浮
＝C
悬浮
×
V
待检测
，V
待检测
是待检测区域的体积。6.根据权利要求5所述的模拟人体呼吸系统的气溶胶悬浮分布量的测定方法，其特征在于，在待测目标模块上设置多个检测仪安装口，检测仪安装口对应待测目标模块内部的浓度检测部位n1...

【专利技术属性】
技术研发人员：华辰凤，谢复炜，崔华鹏，颜权平，李翔，赵阁，赵俊伟，尚平平，刘惠民，
申请(专利权)人：中国烟草总公司郑州烟草研究院，
类型：发明
国别省市：