[發明專利]一種呼吸系統內煙氣沉降模擬系統

在審

• 申請號: 201811223548.7
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109584695A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 翁文國;許笑羽;付明;鄭昕;倪順江;金鑫明;王健;徐暢
• 申請（專利權）人: 清華大學合肥公共安全研究院;清華大學
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明涉及一種呼吸系統內煙氣沉降模擬系統，屬于呼吸系統模擬的系統領域。呼吸系統內煙氣沉降模擬系統，包括呼吸道模型、CFD仿真模擬煙氣顆粒沉降模塊、模型數據輸出模塊、外界環境參數庫模塊以及模型數據與環境參數耦合模塊。本發明的呼吸系統內煙氣沉降模擬系統能真實反應人體呼吸道中各區域煙氣顆粒沉降劑量。預測煙氣環境中的人員呼吸道損傷程度等相關指標，為減少人員呼吸系統疾病、心血管疾病提供理論支撐，為開展個體防護裝備研制提供科學依據，最終達到保護人民生命安全的目標。

技術領域

本發明涉及呼吸系統模擬系統的技術領域，具體是涉及一種呼吸系統內煙氣沉降模擬系統。

背景技術

室外環境中的顆粒物(PM)以及車間中產生的焊接煙塵附聚物、木屑等污染物會嚴重損害人體健康。在火災事故中，火場中產生的煙氣顆粒對消防員、緊急救援人員和被困群眾的健康存在威脅。煙氣顆粒會沉降在呼吸系統內，進而部分會進入體內循環造成人體急性或慢性健康風險，可能引起呼吸系統疾病與心血管疾病。呼吸系統疾病有哮喘、慢性阻塞性肺病(COPD)等，心血管疾病有冠心病等。慢性阻塞性肺病(COPD)包括肺氣腫和慢性支氣管炎等。附著有毒金屬的顆粒物通過鼻腔呼吸、口腔呼吸進入體內，顆粒物中所含的化學成分和附著的有毒金屬的形態在評估煙氣顆粒對人體健康風險中起關鍵性作用。

由于倫理道德問題，呼吸系統內顆粒沉降的相關研究不能直接進行人體試驗。計算流體動力學(CFD)因其具有成本低、速度快等優點而被廣泛用于模擬呼吸系統內煙氣沉降的研究。相關研究并沒有將模擬呼吸系統內煙氣沉降研究與真實環境的顆粒濃度分布相關聯，因而無法對呼吸系統各個區域于真實環境下的沉積劑量進行分析。

發明內容

為了解決現有技術的技術問題，本發明提供一種呼吸系統內煙氣沉降模擬系統。

為了實現本發明的目的，本發明采用了以下技術方案：一種呼吸系統內煙氣沉降模擬系統，包括呼吸道模型、CFD仿真模擬煙氣顆粒沉降模塊、模型數據輸出模塊、外界環境參數庫模塊以及模型數據與環境參數耦合模塊；

所述呼吸道模型用于模擬按生理結構劃分區域的真實呼吸道；

所述CFD仿真模擬煙氣顆粒沉降模塊用于計算呼吸道模型內各區域的顆粒沉降分數；

所述模型數據輸出模塊用于輸出CFD仿真模擬煙氣顆粒沉降模塊計算得到的各劃分區域的顆粒沉降分數；

所述外界環境參數庫模塊用于提供真實環境的煙氣顆粒參數；

所述模型數據與環境參數耦合模塊用于將模型數據輸出模塊得到呼吸系統各區域的顆粒沉降分數與外界環境參數庫模塊中的煙氣顆粒參數耦合，得到呼吸道模型內各區域的沉降劑量；

所述呼吸系統損傷評估模塊是針對呼吸道模型的各區域的沉降劑量和濃度利用美國環境保護局提出的針對整體呼吸系統的呼吸暴露評估方法，得到呼吸道模型各區域非致癌顆粒的危險因子(HQ)指數和致癌顆粒的終生癌癥風險指數(ELCR)，評估呼吸道模型各區域的健康風險，進而對真實呼吸道損傷進行評估。

進一步的，所述呼吸道模型是由真實人體呼吸道的計算機斷層掃描圖像導入至MIMICS軟件中經分層識別構建的；所述按生理結構劃分的區域包括鼻腔、口腔、咽喉、氣管支氣管4大部分。