一种人体体外呼吸系统的建立方法及建立系统技术方案

本发明专利技术涉及一种人体体外呼吸系统的建立方法及建立系统，包括：采用计算机断层扫描技术对目标个体的头部至胸腔进行扫描，得二维影像数据；根据二维影像数据，采用移动立方的三维重建算法生成三维实心模型；根据三维实心模型确定符合真实人体形态学结构的三维空心模型；根据三维空心模型，利用立体光固化成型法，采用三维打印机，以液态光敏树脂为材料，制得人体体外呼吸模型；获取呼吸量和呼吸频率；根据呼吸量和呼吸频率，利用呼吸气流模拟器和人体体外呼吸模型，得人体体外呼吸系统，通过本发明专利技术的上述方法获得用于仿真真实人体呼吸状态的人体体外呼吸系统，解决现有技术中给药剂量测量装置在评价药物颗粒个体给药剂量时准确性不足的问题。

A method and system for the establishment of human respiratory system in vitro

【技术实现步骤摘要】
一种人体体外呼吸系统的建立方法及建立系统
本专利技术涉及医疗
，特别是涉及一种人体体外呼吸系统的建立方法及建立系统。
技术介绍
慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)是一种常见的以持续性呼吸道症状和气流受限为特征的疾病，呼吸道症状和气流受限是由有毒颗粒或气体导致的气道和/或肺泡异常引起的。最新的流行病学调查数据显示全球约有1.745亿人(2.4％)患有慢阻肺，中国40岁及以上人群慢阻肺患病率达13.7％，慢阻肺现已成为国内甚至全球第三大死亡原因。吸入疗法是世界卫生组织和欧美推荐的治疗慢性阻塞性肺病(COPD)的首选方法，肺部吸入给药因能直达病变部位，是目前最为理想的给药途径。吸入制剂的体外评价是保证药物颗粒在给药后释放的药物剂量准确的主要方法。德国Copley公司是公认的世界领先吸入器设备制造商，其研发的给药剂量测量装置采用理想标准口喉模型模拟给药，采用调节多级碰撞仪气流流量模拟人体呼吸道流动过程，从而量化药物颗粒物呼吸道内的给药剂量。该装置的口喉模型采用加拿大Alberta大学气溶胶研究室开发的理想Alberta口喉模型，该模型是基于目标人群口喉形态学结构提出，与真实人体口喉结构具有显著差异，导致药物颗粒在上呼吸道的迁移有别于真实人体，从而影响下呼吸道剂量预测结果。此外，该装置采用多级碰撞仪替代人体呼吸道，模拟呼吸道逐级气流流量变化，获得下呼吸道给药剂量。但是，人体呼吸道解剖学结构与目标个体年龄、性别、患病程度密切相关，个体间呼吸道解剖学结构的显著差异使得药物颗粒在目标人体呼吸道内的运动过程发生改变，导致目标个体对颗粒物给药剂量需求的差异性。因此，采用上述装置在评价药物颗粒在不同目标个体呼吸道内的给药剂量时，其准确性不足。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提供一种人体体外呼吸系统的建立方法及建立系统，解决现有技术中给药剂量测量装置在评价药物颗粒个体给药剂量时准确性不足的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种人体体外呼吸系统的建立方法，所述建立方法包括：采用计算机断层扫描技术对目标个体的头部至胸腔进行扫描，获得目标个体的二维影像数据；根据所述二维影像数据，采用移动立方的三维重建算法生成三维实心模型；所述三维实心模型包括面部、鼻腔、口咽、中心气道、支气管和肺腔；根据所述三维实心模型确定符合真实人体形态学结构的三维空心模型；根据所述三维空心模型，利用立体光固化成型法，采用三维打印机，以液态光敏树脂为材料，制得人体体外呼吸模型；获取待受试者的呼吸量和呼吸频率；根据所述呼吸量和所述呼吸频率，利用呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型，获得所述人体体外呼吸系统；所述人体体外呼吸系统用于仿真真实人体呼吸状态。可选的，所述获取待受试者的呼吸量和呼吸频率，具体包括：获取所述待受试者吸入或呼出的气量；获取所述待受试者的呼吸频率；根据所述气量和所述呼吸频率，采用公式MV＝VT×f确定所述呼吸量，其中，MV表示待受试者的呼吸量，VT表示待受试者吸入或呼出的气量，f表示待受试者的呼吸频率。可选的，所述根据所述呼吸量和所述呼吸频率，利用呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型，获得所述人体体外呼吸系统，具体包括：将所述呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型中的呼吸端口连接；根据所述呼吸量和所述呼吸频率，调节所述呼吸气流模拟器，利用人体体外呼吸模型仿真人体体外呼吸特征，使仿真得到的人体体外呼吸特征与待受试者的实际的呼吸特征一致，获得所述人体体外呼吸系统。可选的，所述呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型中的呼吸端口通过聚四氟乙烯管连接。一种人体体外呼吸系统的建立系统，所述建立系统包括：二维影像数据获取模块，用于采用计算机断层扫描技术对目标个体的头部至胸腔进行扫描，获得目标个体的二维影像数据；三维实心模型生成模块，用于根据所述二维影像数据，采用移动立方的三维重建算法生成三维实心模型；所述三维实心模型包括面部、鼻腔、口咽、中心气道、支气管和肺腔；三维空心模型确定模块，用于根据所述三维实心模型确定符合真实人体形态学结构的三维空心模型；人体体外呼吸模型制作模块，用于根据所述三维空心模型，利用立体光固化成型法，采用三维打印机，以液态光敏树脂为材料，制得人体体外呼吸模型；呼吸量和呼吸频率获取模块，用于获取待受试者的呼吸量和呼吸频率；人体体外呼吸系统获取模块，用于根据所述呼吸量和所述呼吸频率，利用呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型，获得所述人体体外呼吸系统；所述人体体外呼吸系统用于仿真真实人体呼吸状态。可选的，所述呼吸量和呼吸频率获取模块具体包括：气量获取单元，用于获取所述待受试者吸入或呼出的气量；呼吸频率获取单元，用于获取所述待受试者的呼吸频率；呼吸量确定单元，用于根据所述气量和所述呼吸频率，采用公式MV＝VT×f确定所述呼吸量，其中，MV表示待受试者的呼吸量，VT表示待受试者吸入或呼出的气量，f表示待受试者的呼吸频率。可选的，所述人体体外呼吸系统获取模块具体包括：连接单元，用于将所述呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型中的呼吸端口连接；人体体外呼吸系统获取单元，用于根据所述呼吸量和所述呼吸频率，调节所述呼吸气流模拟器，利用人体体外呼吸模型仿真人体体外呼吸特征，使仿真得到的人体体外呼吸特征与待受试者的实际的呼吸特征一致，获得所述人体体外呼吸系统。可选的，所述呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型中的呼吸端口通过聚四氟乙烯管连接。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种人体体外呼吸系统的建立方法及建立系统，包括：采用计算机断层扫描技术对目标个体的头部至胸腔进行扫描，得二维影像数据；根据二维影像数据，采用移动立方的三维重建算法生成三维实心模型；根据三维实心模型确定符合真实人体形态学结构的三维空心模型；根据三维空心模型，利用立体光固化成型法，采用三维打印机，以液态光敏树脂为材料，制得人体体外呼吸模型；获取待受试者的呼吸量和呼吸频率；根据呼吸量和呼吸频率，利用呼吸气流模拟器和人体体外呼吸模型，建立人体体外呼吸系统，通过本专利技术的上述方法获得用于仿真真实人体呼吸状态的人体体外呼吸系统，解决现有技术中给药剂量测量装置在评价药物颗粒个体给药剂量时准确性不足的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种人体体外呼吸系统的建立方法的流程图；图2为本专利技术实施例健康成年男性呼吸过程胸腔以上区域的CT断层扫描图；图3为本专利技术实施例基于图2的二维阈值提取图；图4为本专利技术实施例基于健康成年男性二维影像数据的三维模型实体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人体体外呼吸系统的建立方法，其特征在于，所述建立方法包括：/n采用计算机断层扫描技术对目标个体的头部至胸腔进行扫描，获得目标个体的二维影像数据；/n根据所述二维影像数据，采用移动立方的三维重建算法生成三维实心模型；所述三维实心模型包括面部、鼻腔、口咽、中心气道、支气管和肺腔；/n根据所述三维实心模型确定符合真实人体形态学结构的三维空心模型；/n根据所述三维空心模型，利用立体光固化成型法，采用三维打印机，以液态光敏树脂为材料，制得人体体外呼吸模型；/n获取待受试者的呼吸量和呼吸频率；/n根据所述呼吸量和所述呼吸频率，利用呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型，获得所述人体体外呼吸系统；所述人体体外呼吸系统用于仿真真实人体呼吸状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种人体体外呼吸系统的建立方法，其特征在于，所述建立方法包括：
采用计算机断层扫描技术对目标个体的头部至胸腔进行扫描，获得目标个体的二维影像数据；
根据所述二维影像数据，采用移动立方的三维重建算法生成三维实心模型；所述三维实心模型包括面部、鼻腔、口咽、中心气道、支气管和肺腔；
根据所述三维实心模型确定符合真实人体形态学结构的三维空心模型；
根据所述三维空心模型，利用立体光固化成型法，采用三维打印机，以液态光敏树脂为材料，制得人体体外呼吸模型；
获取待受试者的呼吸量和呼吸频率；
根据所述呼吸量和所述呼吸频率，利用呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型，获得所述人体体外呼吸系统；所述人体体外呼吸系统用于仿真真实人体呼吸状态。


2.根据权利要求1所述的人体体外呼吸系统的建立方法，其特征在于，所述获取待受试者的呼吸量和呼吸频率，具体包括：
获取所述待受试者吸入或呼出的气量；
获取所述待受试者的呼吸频率；
根据所述气量和所述呼吸频率，采用公式MV＝VT×f确定所述呼吸量，其中，MV表示待受试者的呼吸量，VT表示待受试者吸入或呼出的气量，f表示待受试者的呼吸频率。


3.根据权利要求1所述的人体体外呼吸系统的建立方法，其特征在于，所述根据所述呼吸量和所述呼吸频率，利用呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型，获得所述人体体外呼吸系统，具体包括：
将所述呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型中的呼吸端口连接；
根据所述呼吸量和所述呼吸频率，调节所述呼吸气流模拟器，利用人体体外呼吸模型仿真人体体外呼吸特征，使仿真得到的人体体外呼吸特征与待受试者的实际的呼吸特征一致，获得所述人体体外呼吸系统。


4.根据权利要求2所述的人体体外呼吸系统的建立方法，其特征在于，所述呼吸气流模拟器和所述人体体外呼吸模型中的呼吸端口通过聚四氟乙烯管连接。


5.一种人体体外呼吸系统的建立系统，其特征在于，所述建立系统包括：
二维影像...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荔，段梦婕，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11