[发明专利]基于气溶胶呼出气检测肺部疾病的建模方法

说明书

技术领域

本发明属于医学领域，涉及一种疾病诊断的建模方法，尤其涉及一种基于气溶胶呼出气检测肺部疾病的建模方法。

背景技术

由于大气污染、吸烟、工业经济发展导致的理化因子、生物因子吸入以及人口年龄老化等因素，使近年来呼吸系统疾病如肺癌、支气管哮喘的发病率明显增加。据2006年全国部分城市及农村前十位主要疾病死亡原因的统计数，呼吸系统疾病（不包括肺癌）在城市的死亡病因中占第四位（13.1%），在农村占第三位（16.4%）。肺癌的发病率和病死率在男性恶性肿瘤中居第l位，在女性居第2位。这些统计数据说明呼吸系统疾病对我国人民健康危害仍是很大，其防治任务艰巨。但由于呼吸系统结构的复杂性，使早期明确诊断较为困难。

然而早期明确呼吸困难的原因和发现呼吸道肿瘤，将为治愈这些疾病赢得时间。特别是肺癌早期发现和诊断是其治疗的关键。例如，非小细胞肺癌患者如果在Ⅰ期时诊断它的治愈率超70%，但在Ⅲ期时诊断它的治愈率将低于25%。肺部疾病和肺部肿瘤的传统诊断方法包括用肺量计检查肺功能，胸部X线显影，CT/PET/SPET发现异常结构，痰细胞学和肺组织活检明确肿瘤的类型。这些诊断方法总体是可靠的，但它们同时有一些缺点：成本高、费时、需要专门的技术人员操作，甚至有一些具有创伤性（支气管镜）和放射性（CT/PET/SPET）。

近年来，用呼出气检测肺部疾病渐渐受到重视。呼出气检测与传统方法相比较，其具有简便和无创的特点，因此有大量关于呼出气生物标记的研究。有研究指出呼出气中一氧化氮水平的升高与哮喘发生有关，抗氧化剂的水平与COPD进展相关，细胞因子和趋化因子与囊性纤维化发生有关，双氧水、癸烷和异戊二烯与非小细胞肺癌的发生有关。甚至有一些呼出气生物标记已经应用于临床（例如检测哮喘患者呼出气中一氧化氮），其他的则主要应用于临床研究（例如挥发性有机化合物）。通过检测呼出气中有机化合物（VOC）诊断肺癌和相关设备的研发已有报道。检测VOC的设备通常具有体积小，没有创伤性，容易掌握使用和价格低廉等特点，这对提高诊断肺癌和其他呼吸系统疾病的效率具有重要意义。但上述研究仅仅检测呼出气体中化学物质的存在和浓度，它们不能提供产生这些化学物质的病变部位或气道重塑水平，而这两项却是肺癌和有些肺部疾病治疗的关键。

目前，只能通过CT或PET等影像学技术明确病变的部位。但这种技术成本较高且具有放射性危险。更重要是，它不能进行靶向药物的治疗。因此，选择一种更安全、价格更便宜的方法迫在眉睫。

计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。目前国际和国内有学者通过计算流体动力学方法建立模型进行研究，主要涉及心血管方面，有关呼吸系统的研究很少，而关于气溶胶呼出气检测肺部疾病的研究尚未发现。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可行性高以及对临床诊断具有指导意义的基于气溶胶呼出气检测肺部疾病的建模方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种基于气溶胶呼出气检测肺部疾病的建模方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1）建立人体肺部结构模型；

2）使步骤1）所建立的人体肺部结构模型吸入带有荧光标记的气溶胶颗粒；

3）步骤2）中的带有荧光标记的气溶胶颗粒经过人体肺部模型循环后用膜滤器进行收集；

4）对膜滤器所收集得到的带有荧光标记的气溶胶颗粒进行定性分析及定量分析；

5）根据步骤4）所得到的定性分析和/或定量分析的结果判断肺部疾病的病变部位以及病变程度。

上述步骤1）的具体实现方式是：

1.1）利用GAMBIT、AUTOCAD或PROE软件建立人体肺部结构模型；

1.2）测量生物流体动力学材料特性的值并将该值赋与步骤1.1）所建立的人体肺部结构模型中；

1.3）对人体肺部结构模型进行试验条件的仿真；所述仿真包括几何约束、固定载荷、冲击载荷、温度特性、血液流动、血压变化、血栓阻滞以及呼吸系统的流体力学实验条件。

上述步骤1）所建立的人体肺部结构模型包括具有正常气道的肺部模型、患有气管隆突肿瘤的肺部模型、患有支气管肿瘤的肺部模型以及患有哮喘性支气管痉挛的肺部模型。

上述步骤1）所建立的人体肺部结构模型是二维人体肺部结构模型或三维人体肺部结构模型。