[发明专利]一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统

说明书

本发明涉及一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统，属于呼吸系统模拟的系统领域。呼吸系统内烟气沉降模拟系统，包括呼吸道模型、CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块、模型数据输出模块、外界环境参数库模块以及模型数据与环境参数耦合模块。本发明的呼吸系统内烟气沉降模拟系统能真实反应人体呼吸道中各区域烟气颗粒沉降剂量。预测烟气环境中的人员呼吸道损伤程度等相关指标，为减少人员呼吸系统疾病、心血管疾病提供理论支撑，为开展个体防护装备研制提供科学依据，最终达到保护人民生命安全的目标。

技术领域

本发明涉及呼吸系统模拟系统的技术领域，具体是涉及一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统。

背景技术

室外环境中的颗粒物(PM)以及车间中产生的焊接烟尘附聚物、木屑等污染物会严重损害人体健康。在火灾事故中，火场中产生的烟气颗粒对消防员、紧急救援人员和被困群众的健康存在威胁。烟气颗粒会沉降在呼吸系统内，进而部分会进入体内循环造成人体急性或慢性健康风险，可能引起呼吸系统疾病与心血管疾病。呼吸系统疾病有哮喘、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)包括肺气肿和慢性支气管炎等。附着有毒金属的颗粒物通过鼻腔呼吸、口腔呼吸进入体内，颗粒物中所含的化学成分和附着的有毒金属的形态在评估烟气颗粒对人体健康风险中起关键性作用。

由于伦理道德问题，呼吸系统内颗粒沉降的相关研究不能直接进行人体试验。计算流体动力学(CFD)因其具有成本低、速度快等优点而被广泛用于模拟呼吸系统内烟气沉降的研究。相关研究并没有将模拟呼吸系统内烟气沉降研究与真实环境的颗粒浓度分布相关联，因而无法对呼吸系统各个区域于真实环境下的沉积剂量进行分析。

发明内容

为了解决现有技术的技术问题，本发明提供一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：一种呼吸系统内烟气沉降模拟系统，包括呼吸道模型、CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块、模型数据输出模块、外界环境参数库模块以及模型数据与环境参数耦合模块；

所述呼吸道模型用于模拟按生理结构划分区域的真实呼吸道；

所述CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块用于计算呼吸道模型内各区域的颗粒沉降分数；

所述模型数据输出模块用于输出CFD仿真模拟烟气颗粒沉降模块计算得到的各划分区域的颗粒沉降分数；

所述外界环境参数库模块用于提供真实环境的烟气颗粒参数；

所述模型数据与环境参数耦合模块用于将模型数据输出模块得到呼吸系统各区域的颗粒沉降分数与外界环境参数库模块中的烟气颗粒参数耦合，得到呼吸道模型内各区域的沉降剂量；

所述呼吸系统损伤评估模块是针对呼吸道模型的各区域的沉降剂量和浓度利用美国环境保护局提出的针对整体呼吸系统的呼吸暴露评估方法，得到呼吸道模型各区域非致癌颗粒的危险因子(HQ)指数和致癌颗粒的终生癌症风险指数(ELCR)，评估呼吸道模型各区域的健康风险，进而对真实呼吸道损伤进行评估。

进一步的，所述呼吸道模型是由真实人体呼吸道的计算机断层扫描图像导入至MIMICS软件中经分层识别构建的；所述按生理结构划分的区域包括鼻腔、口腔、咽喉、气管支气管4大部分。