CN218159380U - 模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置和*** - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置和***，以解决现有技术中的实验装置对模拟呼吸***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。测定***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。本实用新型的模拟人呼吸***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***，优化了现有技术中的实验装置，能够全方位地对人体呼吸过程进行模拟。

Description

模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置和***

技术领域

本实用新型涉及仿真测试技术领域，具体涉及一种模拟人体呼吸***的测定装置。

背景技术

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***后将会分布在呼吸***的各个器官中，了解气溶胶在呼吸***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***等，都具有重要的理论指导意义。而为了研究气溶胶在呼吸***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***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***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***中的具体分布情况。

基于气溶胶在呼吸***的分布情况的上述特点，目前用于研究气溶胶在呼吸***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***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。

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。

申请公布号为CN105982734A的发明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***，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。

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***的完整性以及肺泡的扩张和收缩对整个呼吸***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***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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟人体呼吸***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***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，本实用新型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***的气溶胶分布测定***，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的一种模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置的技术方案是：

模拟人呼吸***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。

有益效果：本实用新型的模拟人呼吸***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***；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***的气溶胶分布量、悬浮量、沉积量等相关参数进行测定；本实用新型优化了现有技术中的实验装置，从而能够提高测定精度。

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、鼻腔与肺部连通，气体经口腔、鼻腔进入肺内。呼气时，肺部收缩，肺内压力大于口腔、鼻腔外气压，若口腔、鼻腔与肺部连通，肺内气体经口腔、鼻腔排出体外。

优选地，肺部模拟模块包括并联的左肺模块和右肺模块，左肺模块和右肺模块均包括由弹性材料围成的肺泡腔。通过左肺模块和右肺模块的连接布置使肺部模拟模块的构拟更贴近现实，保证测量结果的准确性。

优选地，所述动力装置为真空泵，真空泵与胸廓腔模拟模块连接。真空泵控制简单，能够给动力装置提供可靠的驱动力。

优选地，模拟模块的对接处的周围设置有法兰盘，法兰盘上开设有沿圆周分布的连接孔，连接孔中穿装有螺钉以将相邻模块对接处的法兰盘固定，以使各模拟模块间法兰连接。法兰连接配合紧密，穿装螺钉不仅方便安装也方便拆卸。

本实用新型所提供的一种模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***的技术方案是：

一种模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***，包括模拟人呼吸***的气溶胶分布测定装置和检测仪，模拟人呼吸***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。

有益效果：本实用新型的模拟人呼吸***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***；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***的气溶胶分布量、悬浮量、沉积量等相关参数进行测定；本实用新型优化了现有技术中的实验装置，从而能够提高测定精度。

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、鼻腔与肺部连通，气体经口腔、鼻腔进入肺内。呼气时，肺部收缩，肺内压力大于口腔、鼻腔外气压，若口腔、鼻腔与肺部连通，肺内气体经口腔、鼻腔排出体外。

优选地，肺部模拟模块包括并联的左肺模块和右肺模块，左肺模块和右肺模块均包括由弹性材料围成的肺泡腔。通过左肺模块和右肺模块的连接布置使肺部模拟模块的构拟更贴近现实，保证测量结果的准确性。

优选地，所述动力装置为真空泵，真空泵与胸廓腔模拟模块连接。真空泵控制简单，能够给动力装置提供可靠的驱动力。

优选地，模拟模块的对接处的周围设置有法兰盘，法兰盘上开设有沿圆周分布的连接孔，连接孔中穿装有螺钉以将相邻模块对接处的法兰盘固定，以使各模拟模块间法兰连接。法兰连接配合紧密，穿装螺钉不仅方便安装也方便拆卸。

附图说明

图1为本实用新型所提供的实施例1中模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置的结构示意图；

图2为图1中模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置的拆分示意图；

附图标记说明：

1、鼻腔模拟模块；2、口腔模拟模块；3、咽喉模拟模块；4、肺部模拟模块；5、模拟管道；6、左肺模块；7、右肺模块；8、动力装置；9、萃取检测仪；10、模块间截断阀；11、鼻腔吸气口；12、鼻腔吸气阀；13、鼻腔呼气口；14、鼻腔呼气阀；15、胸廓腔模拟模块；16、流量检测仪；17、肺部终端出口；18、口腔吸气口；19、口腔吸气阀；20、口腔呼气口；21、口腔呼气阀。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

以下结合实施例对本实用新型作进一步地详细描述。

本实用新型所提供的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***的具体实施例1：

该***包括模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置和检测仪，该***能够测量呼吸***的某个模拟器官中的气溶胶分布量，还能测量呼吸***整体的气溶胶分布总量，而且还能够对某个模拟器官中的气溶胶悬浮量、气溶胶沉积量进行测量（按：本实施例中的气溶胶分布量、气溶胶悬浮量、气溶胶沉积量均指质量，下同）。

如图1所示，测定装置包括模拟人呼吸模型和动力装置8，模拟人呼吸模型包括按人体呼吸***构造相互连通的模拟模块，模拟模块有：鼻腔模拟模块1、口腔模拟模块2、咽喉模拟模块3、肺模拟模块4、胸廓腔模拟模块15，鼻腔模拟模块1与口腔模拟模块2的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，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。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吸气或呼气。气溶胶能够进入除了胸廓腔模拟模块15以外的其它模拟模块，所以鼻腔模拟模块1、口腔模拟模块2、咽喉模拟模块3、肺模拟模块4是能够进行气溶胶分布测定的待测目标模块，待测目标模块可以是一个模拟模块、全部模拟模块或者是两个以上模拟模块的组合。

其中，各模拟模块之间可拆地连接在一起，具体的连接方式为：模块的对接处的周围设置有法兰盘，法兰盘上开设有沿圆周分布的连接孔，将相邻模块对接处的法兰盘相互对接，并用在法兰盘的连接孔中穿装螺钉进行紧固连接。这样，各待测目标模块均能够被单独拆下，以测量其内部在呼气或吸气时（可以单次也可以是多次）的气溶胶分布量，具体测量方法见后文。在本实用新型的其它实施例中，法兰盘也可以替换为常见的卡箍或卡扣。

各模拟模块的具体制作方法为：获取正常人群的口腔、呼吸***的医学影像（CT/MRI）图像，利用计算机重构生成口腔、呼吸***的3D图像，图像中预留检测仪安装部位（即检测仪安装口所在处）、各结构连接处以及模拟管道5的安装位置。利用3D打印技术对图像进行打印，在预留的检测仪安装部位和连接处粘有密封圈，保证在***检测仪或传感器连接时，整个测定装置具有较好的气密性。使用3D打印机按上述3D图像分别打印鼻腔、口腔、咽喉、肺以及胸廓腔的模型而获得各模拟模块后，连接各模拟模块从而完成测定装置的装配。本实施例中，各模拟模块上均设有用于安装检测仪的检测仪安装口，检测仪用于检测所在模块腔体内气溶胶参数。其中，各模拟模块上均设有控制待测目标模块内腔和其它模拟模块内腔通断的阀。在本实用新型的其它实施例中，各模拟模块也可使用传统的浇铸工艺制作。

如图1所示，肺部模拟模块4设在胸廓腔模拟模块15的内腔中，肺部模拟模块4包括并联的左肺模块6和右肺模块7，左肺模块6和右肺模块7均包括由弹性材料围成的肺泡腔。胸廓腔模拟模块15外连接有动力装置8，动力装置8具体为真空泵，动力装置8能够抽吸胸廓腔模拟模块15的内腔，或者向胸廓腔模拟模块15中输入气体，从而能够使肺部模拟模块4中的肺泡腔扩张或缩小，进而带动鼻腔模拟模块1和/或口腔模拟模块2，进行吸气或呼气过程的模拟。

如图2所示，口腔模拟模块2具有口腔吸气口18和口腔呼气口20，口腔呼气口20处设置有口腔呼气阀21，口腔吸气口18处设置有口腔吸气阀，在口腔模拟模块2模拟口腔吸气时，口腔呼气阀21关闭、口腔吸气阀打开，模拟口腔呼气时，口腔呼气阀21打开、口腔吸气阀关闭；鼻腔模拟模块1具有鼻腔吸气口11和鼻腔呼气口13，鼻腔呼气口13处设置有鼻腔呼气阀14，鼻腔吸气口11处设置有鼻腔吸气阀，在鼻腔模拟模块1模拟鼻腔吸气时，鼻腔呼气阀14关闭、鼻腔吸气阀打开，模拟鼻腔呼气时，鼻腔呼气阀14打开、鼻腔吸气阀关闭。其中，鼻腔吸、呼气阀和口腔吸、呼气阀均为电磁阀，且各电磁阀均为单向阀，以使口腔和鼻腔的吸、呼气均独立进行且不会产生气体回流，防止鼻腔或口腔的吸气和呼气过程互相产生干涉。本实施例中，口腔吸气口18和口腔呼气口20构成了口腔通气口，鼻腔吸气口11和鼻腔呼气口13构成了鼻腔通气口。口腔吸气阀19和口腔呼气阀21构成了口腔通气阀，鼻腔吸气阀12和鼻腔呼气阀14构成了鼻腔通气阀。其它实施例中，口腔、鼻腔的吸气和呼气也可以共用一个管路。

如图1所示，相邻的两模拟模块之间设置有模拟管道5，以连通相邻的两模拟模块，模拟管道5上设置有模块间截断阀10，以使各待测目标模块的气溶胶参数测定均可独立进行，各模块间截断阀10均为电磁阀。如图1所示，各模拟模块还设置有检测仪安装口，检测仪安装口用于安装检测仪，以实时检测各模块腔体内气溶胶参数。

其中，检测仪安装口设置有多个，检测仪安装口包括流量检测仪安装口、压力检测仪安装口、浓度检测仪安装口以及粒径检测仪安装口，各检测仪安装口根据要测量的实际数据安装对应的检测仪，在测量完成或不需测量相关的参数时，将对应的检测仪安装口封闭。检测仪安装口还包括用于与萃取检测仪9连接的悬浮气溶胶收集口（以图1为例，肺模拟模块4的肺部终端出口17是其中一个检测仪安装口，该检测仪安装口具体为悬浮气溶胶收集口），悬浮气溶胶收集口供萃取检测仪9将所在模拟模块内的悬浮气溶胶抽出。例如，在各处安装流量检测仪，某次呼吸动作从口腔模拟模块2或鼻腔模拟模块1至肺部模拟模块4，可检测各处的流量依次为V₁、V₂……V_n。安装压力检测仪可检测某次呼吸动作进入呼吸道各模拟模块的气体压力，检测到的气体压力对应于流量测试位置分别为P₁、P₂……P_n。安装物质浓度检测仪，从而可检测某次呼吸动作进入呼吸道各模拟模块的气体物质浓度分别为C₁、C₂……C_n。安装粒径检测仪，同理可检测某次呼吸动作时各待测目标模块的物质粒径范围分别为D₁、D₂……D_n。当然，在其它实施例中，也可将多个检测仪同时安装，比如萃取的同时获取浓度数据，使测定数据更真实准确。

采用上述的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***的实施例，它可以实现多种参数的测定，下面将分别进行介绍。

（a）模拟人体呼吸***的气溶胶悬浮分布量的测定方式1：

检测仪采用萃取检测仪9，具体为全烟气萃取检测仪。萃取检测仪9具有滤片和吸收瓶，滤片用于捕集粒相物，吸收瓶盛装有液体，液体用于溶解气相物。

如上所述的，在鼻腔模拟模块1、口腔模拟模块2、咽喉模拟模块3、肺部模拟模块4形成的气流通道上依次布置有模块间截断阀10。为了便于理解，以口鼻进出气口为前端，以肺底为后端，定义某个待测目标模块为模块n，其前端的模块间截断阀10为J_n，后端的模块间截断阀10为J_n+1。该实施例在模块间截断阀10上安装萃取检测仪9，模块间截断阀10为两位三通阀，第一个工作位是导通相邻模块、截断萃取检测仪9，第二个工作位是截断相邻模块、导通萃取检测仪9与待测目标模块。

先进行模拟呼吸试验，模拟呼吸试验的过程是：在试验模拟工作前，先打开鼻腔吸气阀或口腔吸气阀，接着关闭口腔呼气阀21和鼻腔呼气阀14，并将肺部模拟模块4前端的模块间截断阀10打开，使口腔或鼻腔能够吸气，肺部模拟模块4能在吸气后排气，以模拟呼吸过程，试验开始时启动胸廓腔模拟模块15外部连接的动力装置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（按呼吸动作可以是单次呼气、单次吸气、连续多次吸气、连续多次呼气、连续交替多次呼气和吸气，每次呼吸动作的时间、相邻呼吸动作之间的时间间隔可以进行设定），使气体从口腔吸气口18或鼻腔吸气口吸气，并使气体最终流至肺部模拟模块4，在进行模拟呼吸试验的过程中，待测目标模块的内部形成待检测区域。

在试验未完成时，萃取检测仪9处于关闭状态，直到设定的呼吸动作结束、试验完成时，将待测目标模块两端的模块间截断阀10关闭，使该待测目标模块与萃取检测仪9连通，从而在呼吸动作结束时（吸气末或呼气末时）用萃取检测仪9收集待测目标模块中的气溶胶悬浮物，进而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。

具体的，气溶胶收集后可以利用称重法获取气溶胶目标物质的质量。或者，利用萃取溶解法将萃取检测仪中的粒相物溶解，并化学分析法得到气溶胶目标物质粒相质量为M_粒相n，针对萃取检测仪的吸收瓶中的液体，则利用化学分析法或称重法得到气溶胶目标物质粒相质量M_气相n。

又例如，若在吸气末时用萃取检测仪9收集待测目标模块n中悬浮的气溶胶，气溶胶目标物质的质量为M_吸悬浮n，则M_吸悬浮n=M_{吸悬浮粒相n}+M_{吸悬浮气相n}。

（b）模拟人体呼吸***的气溶胶悬浮分布量的测定方式2：

检测仪采用浓度检测仪，浓度检测仪安装在待测目标模块的检测仪安装口上，其模拟呼吸试验过程与上述实施例a相同，在试验完成时，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。

V_待检测的获取方式是：在加工各模块利用计算机3D图纸用直接测量法获取，或者在实验时用注水法（将该检测模块所有开口封闭，仅留一口注入一定体积的水，当水注满时的体积则为该模块内部体积）获取。

浓度检测仪可以具体安装在待测目标模块进气位置、出气位置的检测仪安装口上，计算留在待检测区域中的气溶胶目标物质的质量M_悬浮=V_待检测×（C_进+C_出）/2，其中，（C_进+C_出）/2是待测目标模块空腔内气溶胶浓度的理想值。当然，在待测目标模块上还可以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、n₂、...、n_n，检测仪安装口分别安装浓度检测仪，并在同一时刻检测出浓度分别为C_n1、C_n2、...、C_nn，则该模块内部浓度C_内n= C_悬浮=（C_n1+C_n2+...+C_nn）÷n，计算结果则更为精确。

（c）模拟人体呼吸***的气溶胶分布量的测定方式：

模拟人体呼吸***的气溶胶分布量的测定方法的实施例1，检测仪采用流量检测仪16、浓度检测仪，测定前，流量检测仪16、浓度检测仪安装在待测目标模块的检测仪安装口上，具体为待检测目标模块的呼气位置和/或吸气位置，从而能够测出待测目标模块中在每次呼吸动作过程中的进气量、出气量以及进气浓度、出气浓度。其中进气量、出气量为体积量，进气浓度、出气浓度是气溶胶目标物质在单位体积气体中的质量，下同。

其模拟呼吸试验过程与上述实施例a相同，在试验完成时，根据设置在待测目标模块相应位置的流量检测仪、浓度检测仪采集的数据，获取待检测区域中第n次呼吸动作过程中进气位置的进气量V_n进、进气浓度C_n进，以及第n次呼吸动作过程中出气位置的出气量V_n出、出气浓度C_n出，其中n表示从第1次呼吸动作起始后的次数，计算留在待检测区域中的气溶胶目标物质的质量M_分布=（V_1进×C_1进－V_1出×C_1出）+（V_2进×C_2进－V_2出×C_2出）+……+（V_n进×C_n进－V_n出×C_n出）。

又例如，将呼吸***的全部模拟模块的组合认为是一个整体的待测目标模块，针对于单次吸气后再单次呼气的试验过程，则进入整个呼吸***的气溶胶目标物质的质量M_1分布吸=M_1吸=V_1进×C_1进，V_1进、C_1进是进气位置的进气量和进气浓度，针对于单次呼气时，呼出呼吸***气溶胶目标物质的质量M_1呼=V_1出×C_1出，V_1出、C_1出是出气位置的出气量和出气浓度，呼气后留在呼吸***气溶胶目标物质的质量M_1分布呼=M_1分布吸－M_1呼=V_1进×C_1进－V_1出×C_1出。

（d）模拟人体呼吸***的气溶胶沉积分布量的测定方式1：

模拟人体呼吸***的气溶胶沉积分布量的测定方法的实施例1，检测仪采用萃取检测仪、流量检测仪、浓度检测仪，其首先采用上述实施例c的方法，获取留在待检测区域中的气溶胶目标物质的质量M_分布，然后采用上述实施例a或实施例b的方法，获取待检测区域中气溶胶悬浮物的质量M_悬浮，然后计算待检测区域中气溶胶沉积物的质量M_沉积=M_分布－M_悬浮。

（e）模拟人体呼吸***的气溶胶沉积分布量的测定方式2：

在模拟呼吸试验进行之前、完成时分别对待测目标模块拆解后称重，用试验前后的重量差计算气溶胶沉积物的质量；或者在模拟呼吸试验完成后，通过萃取溶解法将沉积在待测目标模块内表面的物质溶解，用化学分析法获得气溶胶沉积物的质量。

上述各测定方式中，口腔模拟模块2或鼻腔模拟模块1中的一个与其它模块连接，即可模拟人体的口呼吸过程或鼻呼吸过程。必要时，可将两者均与其它模拟模块连通，使口腔、鼻腔模拟模块1同时运行。另外，上述实施例中，口腔吸气口18和口腔呼气口20构成了口腔通气口，鼻腔吸气口11和鼻腔呼气口13构成了鼻腔通气口。

另外，上述实施例中的胸廓腔模块可以取消，而将动力装置直接连接在肺模拟模块上。其他实施例中，肺模拟模块也可以仅设有一个肺泡腔。

另外，上述实施例中的动力装置为真空泵，其它实施例的动力装置也可以是活塞缸，通过抽拉活塞杆抽吸胸廓腔模拟模块。其它实施例中，还可以通过活塞缸向鼻腔模拟模块或者口腔模拟模块抽注气体，或者通过活塞缸向咽喉模拟模块抽注气体。

本实用新型还提供了模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置的具体实施例，是上述模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***的组成部分，其结构和组成与上述各实施例中的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置相同，在此不再赘述。

最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.模拟人体呼吸***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***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.根据权利要求2所述的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置，其特征在于，肺部模拟模块（4）包括并联的左肺模块（6）和右肺模块（7），左肺模块（6）和右肺模块（7）均包括由弹性材料围成的肺泡腔。

4.根据权利要求2所述的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置，其特征在于，所述动力装置（8）为真空泵，真空泵与胸廓腔模拟模块（15）连接。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置，其特征在于，模拟模块的对接处的周围设置有法兰盘，法兰盘上开设有沿圆周分布的连接孔，连接孔中穿装有螺钉以将相邻模块对接处的法兰盘固定，以使各模拟模块间法兰连接。

6.模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***，其特征在于，包括模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置和检测仪，模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定装置，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。

7.根据权利要求6所述的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***，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。

8.根据权利要求7所述的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***，其特征在于，肺部模拟模块（4）包括并联的左肺模块（6）和右肺模块（7），左肺模块（6）和右肺模块（7）均包括由弹性材料围成的肺泡腔。

9.根据权利要求7所述的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***，其特征在于，所述动力装置（8）为真空泵，真空泵与胸廓腔模拟模块（15）连接。

10.根据权利要求6-9中任意一项所述的模拟人体呼吸***的气溶胶分布测定***，其特征在于，模拟模块的对接处的周围设置有法兰盘，法兰盘上开设有沿圆周分布的连接孔，连接孔中穿装有螺钉以将相邻模块对接处的法兰盘固定，以使各模拟模块间法兰连接。

Images