[實用新型]一種真實人體上呼吸道模型流場氣溶膠沉積測量實驗裝置

有效

• 申請號: 201520053826.4
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN204797996U
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 鄧娟;徐新喜;沙洪;李福生;孫棟;于俊蘭;趙偉;孫道才;白光振
• 申請（專利權）人: 中國醫學科學院生物醫學工程研究所;中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所;中國人民解放軍第二九一醫院
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00;G01N15/04;G01N15/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及生物醫學工程、衛生防護防疫技術與裝備、人-機-環境系統工程和呼吸流體力學等技術領域，具體地說，是涉及適合人體上呼吸道模型流場氣溶膠沉積測量的一種測量實驗裝置。

背景技術

呼吸，是生物機體和外界氣體交換的活動，同樣呼吸也是人類賴以生存的最基本的生理活動。人們在日常生活中，無論是工業勞動還是環境保護，呼吸到的氣體常常是一種混合有多成份的、有一些細小的粒子(固體或液體比如塵懸浮于其中的氣溶膠體。它們在人體上呼吸道內輸運、沉積，而其中的病毒氣溶膠會嚴重危害到人們的健康。研究可吸入氣溶膠顆粒物在呼吸過程中在呼吸道各部位呼吸器官中的沉積率(沉積分數)，及其劑量健康效應問題，意義顯著。針對這一問題，國內外研究人員采用數值仿真方法和實驗方法進行了卓有成效的研究。

在TSP中，粒徑大于10μm(dp＞10μm)的顆粒在空中會在重力作用下自然沉降形成降塵。而PM₁₀則附著在大氣中對流層上部，需要幾天或數十天才能沉降到地面，漂浮范圍近至幾公里，遠至上千公里。因此，PM₁₀是大氣中最常見的污染物。

大氣中的可吸入氣溶膠顆粒PM₁₀主要經過呼吸道進入人體，并進行沉積，對人體的健康具有最直接的危害。主要影響方面有包括：肺功能，有損于肺部呼吸氧氣的能力：使肺泡中的巨噬細胞的吞噬功能和生存能力下降，導致肺部排除污染物的能力下降；呼吸系統，引起上呼吸道感染，使鼻炎、慢性咽炎、慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫、塵肺等呼吸系統疾病惡化，甚至引起哮喘等過敏性疾病的矽肺、石棉肺、肺氣腫等肺病；心血管疾病，由顆粒物引起的心臟自主神經系統在心率、心率變異、血粘度等方面的改變能增加突發心肌梗死的危險；神經系統，帶有鉛的小顆粒(粒徑1μm)在肺泡內沉積后極易進入血液系統，大部分與紅細胞結合，小部分形成鉛的磷酸鹽和甘油磷酸鹽，然后進入肝、肺、腎和腦，幾周后進入骨內，導致高級神經系統紊亂和器官調節失能，表現為頭疼、頭暈、嗜睡和狂躁嚴重的中毒性腦病；癌癥的發生，可吸入顆粒物所吸附的多環芳香烴化合物是對人體健康危害最大的環境三致(致癌、致突變、致殘)物質，其中苯并(a)芘能誘發皮膚癌、肺癌和胃癌；炎癥，刺激肺部，導致肺部出現急性炎癥，表現為中性粒細胞大量局部滲出；胎兒和兒童的生長發育，可導致胎兒增重緩慢，影響兒童的生長發育和免疫功能。同時能導致心血管疾病、呼吸系統疾病和其他疾病的敏感體質患者的過早死亡。

最初研究可吸入顆粒物在人體呼吸道內的沉積分數采用的是實驗的方法，包括活體試驗和離體實驗。總體而言，實驗方法能夠較準確地測得人體吸入的顆粒物在呼吸道內沉積分數和總體分布，但因無法探明呼吸道內顆粒物的擴散方式和運動軌跡等，且實驗費用比較昂貴，未能被廣大研究人員采納。目前，因數值模擬方法價格低廉，顆粒物在呼吸道內的運動軌跡等一目了然，其仍為國內外廣為流行的呼吸道顆粒沉積研究方法。人體上呼吸道氣流運動為等溫、不可壓縮流動，多數情況下是層流或者低雷諾數的湍流流動。同時，人體上呼吸道結構較為復雜，形狀也極為不規則，在真實的人體開展上呼吸道內氣溶膠顆粒沉積測量工作極為困難。

正是在這一背景下，利用制備的包括從口腔到前三級支氣管在內的真實人體上呼吸道實驗模型，構想一種真實人體上呼吸道模型流場氣溶膠沉積測量方法并研制實驗裝置。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術中存在的不足，通過制備真實的人體上呼吸道模型，配備氣溶膠發生器、粒子計數器、真空泵和電子天平等，提供一種能夠測量人體上呼吸道模型流場內氣溶膠沉積量和沉積率的測量實驗裝置。

本實用新型真實人體上呼吸道模型流場氣溶膠測量實驗裝置，通過下述技術方案予以實現，所述實驗裝置包括氣溶膠發生系統、氣溶膠監測系統、氣路系統和測量系統；

所述真實人體上呼吸道實驗模型內壁面涂抹硅油，以模仿真實呼吸道壁面粘性；

所述氣溶膠發生系統由氣溶膠發生器、高純氮氣組成；所述氣溶膠發生器為凝聚式單分散氣溶膠發生器，可以產生濃度大于10⁶個/cm³的高度單分散氣溶膠，且粒徑為0.1-8μm的球形和幾乎電中性的固體或液體粒子(取決于顆粒物的材料)，顆粒物大小和濃度可以改變；所述高純氮氣用以蒸發冷凝發生氣溶膠；