[发明专利]基于主成分分析的防病毒口罩工艺设计方法

说明书

本发明公开了基于主成分分析的防病毒口罩工艺设计方法。利用主成分分析和线性回归分析方法，以及工业统计领域常使用的P控制图，在病毒空气传播途径与机理尚未明确的条件下，通过黑箱分析途径，确定主要影响因素，并对主要影响因素进行线性回归分析，提出具有阻隔病毒传播功能的口罩生产工艺设计方案，达到改进口罩生产工艺，提高口罩对于流行性病毒的针对性防范能力，提高病毒阻隔效率，降低感染率等技术目标。

技术领域

本发明涉及大数据领域，是基于主成分分析方法的防病毒口罩工艺设计。

背景技术

主成分分析是一种通过正交变换将一组可能存在相关性的变量转换为一组线性不相关的变量的统计方法，主要应用于人口统计学、数量地理学、分子动力学模拟、数学建模、数理分析等领域的数学分析方法，适用于影响因素复杂的工艺设计工作。该方法在突发性疫情灾变情况时，可利用相对有限的数据样本，在较短的时间里对各种致病源头、传播途径和防护手段作用效果等诸多因素相关性做出准确评价，从而迅速找到能代表全部因素的主要影响因素，完成工艺设计，是一类基于黑箱方法进行工艺优化的有效的应用数学工具。

口罩一般包括自制或临时制作的口罩、防尘口罩和医用口罩，通常是一次性使用，标记为外科、口腔科、隔离、防尘或激光口罩。医疗卫生机构以外使用的口罩可用布、纸或类似材料制成。医用口罩是指可用带子固定在头上的扁平或有褶皱的医用外科或手术口罩。这些口罩的命名和标准因国家而异，并根据不同标准进行生产和检测。

口罩最早起源于中国宫廷，而其正式涉及工业领域起源于工业革命时期，工人们为了防止粉尘污染而进行佩戴，而后，19世纪末，德国病理学专家莱德奇开始建议医护人员使用纱布罩具以防止细菌感染，至此，口罩的用途一直仅包括隔离粉尘和细菌。

20世纪初，口罩在“西班牙流感”中得到广泛应用，成为其发展史中首次运用于预防病毒传播。而当时人们对于病毒的存在及其传播机制并不清楚，只是在医学实践中逐步意识到口罩所具有的防护作用。即使是科技高度发展的当今社会，我们对于病毒与细菌在空气中传播的具体途径和差异依然并未获得明确的认知，针对病毒传播特性的专用口罩等医用防护产品也未能实现量产。事实上，目前大多数的口罩设计，仍然以灰尘、飞沫的过滤效率作为主要技术指标，对于口罩在病毒传播控制过程中的作用效果缺乏有效的评估手段，特别是对于口罩生产过程中各类工艺指标与病毒传播控制的关系，缺乏足够的系统研究，因而对于防病毒口罩的设计和生产缺乏有效的技术手段和工艺设计方案，难以满足当前环境条件下，人类社会抵御各种空气传播病毒侵袭的健康需求。

医用口罩防范病菌传播和感染的主要原理主要包括以下几个方面：1)扩散沉积：携带病菌的灰尘或飞沫粒子由于布朗运动，扩散位移到过滤纤维，在分子间力作用下被吸附沉积于纤维表面以及纤维内部空隙，从而失去进一步扩散传播能力；2)截留沉积：随气流运动的较大直径颗粒被过滤材料的机械筛滤作用截留，导致所携带的病菌无法透过口罩侵入人体；3)惯性沉积：携带病菌的颗粒通过过滤材料弯曲的网状通道时，粒子由于惯性作用脱离气流运动方向，撞击过滤纤维，并受分子引力作用被截留；4)静电吸引沉积：粒子被过滤纤维的静电作用产生的沉积。

上述四点设计原理共同作用，可以有效防范携带细菌的细小颗粒侵入人体，但是，对于体积更小的病毒，特别是以气溶胶方式存在于空气中的病毒微粒，则不能有效防范。以新冠病毒“SARS-CoV-2”为例，其传播途径，除了目前已知的依靠附着在灰尘、飞沫等细小颗粒物体悬浮于空气中，从而被人体吸入感染之外，在一些特殊环境下，例如，医院病房和发热门诊，以及病毒检测实验室、实验中心等，病毒排放源在这些封闭或半封闭的区域很难被稀释，浓度很高，所以，这些环境中的易感宿主被感染的可能性较大，某种程度上说明病毒存在通过气溶胶传播的可能性(原静民，任徽，孙妍，王轲，陈明伟.2019新型冠状病毒传播途径分析与思考[J/OL].西安交通大学学报(医学版)：1-9.http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1399.R.20200317.0906.002.html.)。