[发明专利]一种人体肺泡气溶胶沉积测量实验系统

说明书

本发明公开了一种人体肺泡气溶胶沉积测量实验系统，标准粒子发生装置和吸气气溶胶颗粒计数器分别通过管道与单向进气阀连接；单向进气阀通过管道与连接加湿器的管道汇合后的总管道贯穿透明实验容器的盖体，与设置在透明实验容器内部的肺腺泡实验模型连接，透明实验容器的底部通过管道与模拟呼吸泵连接；透明实验容器上设置有压力计；呼气气溶胶颗粒计数器通过管道依次与单向排气阀和总管道连接；设置有数据分析系统的计算机分别与PIV粒子示踪仪和模拟呼吸泵电连接，PIV粒子示踪仪设置在透明实验容器的一侧。本发明可以提供不同粒径、呼吸方式、环境湿度和病理条件下的可吸入颗粒物沉积率的体外测量。

技术领域

本发明属于生物医学工程、卫生防护防疫技术与装备、人-机-环境系统工程、呼吸流体力学及个人呼吸防护等技术领域，具体地说，是涉及一种人体肺泡气溶胶沉积测量实验系统。

背景技术

随着全球工业化的加速发展，大气污染使呼吸系统疾病成为一种常见病、多发病，可吸入颗粒物(指空气动力学直径10μm的空气悬浮颗粒物)在肺部的沉积是主要诱因之一。人体呼吸系统由呼吸道(鼻、咽、喉、气管、支气管)和肺组成。呼吸道的主要作用是气体的通道，沟通肺与外界环境。空气中的可吸入颗粒物通过呼吸作用进入人体后，一部分沉积在人体呼吸系统的传导部分，即鼻、咽、喉、气管、主支气管和肺内的多级细支气管；另一部分则会进入肺腺泡区，大量的沉积使肺部病变，影响呼吸功能，并进一步穿透肺泡壁进入人体血液循环系统，对人体健康造成巨大伤害。

另一方面，随着对肺功能及哮喘、肺气肿、慢性阻塞性肺病等疾病的深入了解，人们认识到吸入给药是治疗上述疾病的有效方式。肺部吸入制剂因使用方便、起效迅速、避免了肝脏的首过效应，减少全身给药可能产生的不良反应和药物过量使用等优点成为目前广泛关注的治疗呼吸系统疾病的方法。吸入制剂进入人体后，沉积在上呼吸道的药物大部分通过纤毛的运动被排出体外，只有沉积在肺腺泡中的药物才能进入血循环而被吸收。即要提高吸入给药在肺部的生物利用度，必须提高其在肺腺泡区的沉积量。因此，建立肺部可吸入颗粒物沉积体外测量实验装置，具有巨大的科学研究价值和应用价值。

上呼吸道颗粒物沉积可以通过计算机模型和CT扫描建立实体模型的方法进行测量分析。专利CN204797996 U介绍了一种称重法测量人体上呼吸道颗粒物沉积的方法和装置，有效地解决了人体上呼吸道颗粒物沉积模拟测量问题，但它没有考虑上呼吸道对吸入空气的加湿作用，且无法测量人体细末支气管和肺泡区域的沉积。

肺腺泡是呼吸作用的主要区域，占呼吸系统体积的90％，测量各种呼吸、环境、疾病影响等条件下颗粒物肺腺泡沉积并发现沉积规律十分必要。对该部分的测量目前主要采用实验动物或志愿者实际测试的方法，但成本高昂，实验周期长、对人体副作用大。由于肺腺泡区结构复杂、尺寸较小，尚无法通过CT扫描方式建立实体模型。中国专利CN 104050321A描述了一种肺泡颗粒物运行轨迹的计算机模型，对肺泡进行了大量的简化。但模拟结果是基于理想边界条件的假设，属于计算机仿真范畴，所获得数据不是基于实验所得，通常需要实体模型进一步验证，实际应用价值有限。

中国专利CN 102750859 A采用了弹性硅胶材料制成了一种模拟肺通气的装置，调节硅胶材料弹性模量与人体肺部相近，实现了弹性呼吸的模拟。虽然该专利提供了一种建立弹性肺腺泡模型的思路，但它仅能模拟再现呼吸过程，无法进行可吸入颗粒物在肺腺泡区沉积实验。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种人体肺泡气溶胶沉积测量实验系统。

本发明的技术方案概述如下：