人类呼吸道飞沫的计算机模拟制造技术

本申请涉及人类呼吸道飞沫的计算机模拟。描述了模拟人类呼吸事件的计算机辅助技术。该计算机辅助技术访问包括人的呼吸道的一部分的模型，该模型将呼吸道建模为容积区域，将呼吸事件引发到该容积区域中，该呼吸事件在所访问的模型中在建模的呼吸道内部的深度处起源，在表示在呼吸道内阈值深度处模型的面积的入口边界条件下模拟呼吸事件的元素在容积区域内的移动，该元素表示呼吸事件的颗粒，并且从模拟中获得呼吸事件的颗粒的轨迹的表示。模拟中获得呼吸事件的颗粒的轨迹的表示。模拟中获得呼吸事件的颗粒的轨迹的表示。

【技术实现步骤摘要】
人类呼吸道飞沫的计算机模拟

技术介绍

[0001]当人类呼吸、说话、唱歌、咳嗽、打喷嚏等时会排出人类呼吸道飞沫。预测这些颗粒如何扩散到周围环境中的能力有助于制定保持社交距离的指导、做出设计改变以改善空气质量并降低感染风险，以及生产有效的个人防护装备。

技术实现思路

[0002]根据一个方面，一种由一个或多个计算机系统执行的计算机实现的方法包括访问包括人的呼吸道的一部分的模型，该模型将呼吸道建模为容积区域；将呼吸事件引发到该容积区域中，该呼吸事件在所访问的模型中在建模的呼吸道内部的深度处起源；在表示在呼吸道内阈值深度处模型的面积的入口边界条件下模拟呼吸事件的元素在容积区域内的移动，其中该元素表示呼吸事件的颗粒；以及从模拟中获得呼吸事件的颗粒的轨迹的表示。
[0003]计算机实现的方法的实施例可以包括以下特征或本文公开的其它特征中的任何一个或多个。
[0004]呼吸道的表示包括咽部的模型。呼吸道的表示包括咽部的口咽区域的模型。引发发生在表示咽部的口咽区域的区域处，并且模拟还包括模拟呼吸事件的从咽部的口咽区域通过口腔并从人的嘴流出的流体流动。引发发生在表示咽部的咽喉区域的区域处，并且模拟还包括模拟呼吸事件的从咽部的咽喉区域通过口咽区域、口腔并从人的嘴流出的流体流动。所模拟的呼吸事件是咳嗽。
[0005]根据附加方面，一种计算机系统包括一个或多个处理器设备、耦合到该一个或多个处理器设备的存储器、存储用于进行人类呼吸事件的流体模拟的可执行计算机指令的存储装置，指令配置一个或多个处理器以执行以下操作：访问包括人的呼吸道的一部分的模型，该模型将呼吸道建模为容积区域；将呼吸事件引发到该容积区域中，该呼吸事件在所访问的模型中在建模的呼吸道内部的深度处起源；在表示在呼吸道内阈值深度处模型的面积的入口边界条件下模拟呼吸事件的元素在容积区域内的移动，其中该元素表示呼吸事件的颗粒；以及从模拟中获得呼吸事件的颗粒的轨迹的表示。
[0006]计算机系统的实施例可以包括以下特征或本文公开的其它特征中的任何一个或多个。
[0007]呼吸道的表示包括咽部的模型。呼吸道的表示包括咽部的口咽区域的模型。引发发生在表示咽部的口咽区域的区域处，并且用于模拟的指令还包括用于模拟呼吸事件的从咽部的口咽区域通过口腔并从人的嘴流出的流体流动的指令。该系统还被配置为在表示咽部的咽喉区域的区域处引发，并且模拟还被配置为模拟呼吸事件的从咽部的咽喉区域通过口咽区域、口腔并从人的嘴流出的流体流动。呼吸事件是咳嗽。
[0008]根据附加方面，一种有形地存储在计算机可读非暂态存储设备上的计算机程序产品，该存储设备存储模拟人类呼吸事件的可执行计算机指令，所述指令用于使计算系统：访问包括人的呼吸道的一部分的模型，该模型将呼吸道建模为容积区域；将呼吸事件引发到该容积区域中，该呼吸事件在所访问的模型中在建模的呼吸道内部的深度处起源；在表示
在呼吸道内阈值深度处模型的面积的入口边界条件下模拟呼吸事件的元素在容积区域内的移动，其中该元素表示呼吸事件的颗粒；以及从模拟中获得呼吸事件的颗粒的轨迹的表示。
[0009]计算机程序产品的实施例可以包括以下特征或本文公开的其它特征中的任何一个或多个。
[0010]呼吸道的表示包括咽部的模型。呼吸道的表示包括咽部的口咽区域的模型。用于引发的指令发生在表示咽部的口咽区域的区域处，并且指令还包括用于模拟呼吸事件的从咽部的口咽区域通过口腔并从人的嘴流出的流体流动的指令。指令还包括用于在表示咽部的咽喉区域的区域处引发的指令，并且用于模拟的指令还包括用于模拟呼吸事件的从咽部的咽喉区域通过口咽区域、口腔并从人的嘴流出的流体流动的指令。所模拟的呼吸事件是咳嗽。
[0011]上述方面中的一个或多个可以提供以下优点中的一个或多个。
[0012]根据上述方法的模拟提供了由模拟产生的逼真的呼吸道飞沫云。这些云比其它方法的云分散得多并且更能代表实验成像的呼吸道云。其它方法往往会低估飞沫的分散。通过在喉咙内设置入口边界条件，我们不需要为了实现真实的咳嗽而基于实验结果设置锥角或引入人工湍流。事实上，这些特点成为我们可以通过其核实我们正在准确模拟呼吸事件的度量。
[0013]上述方法适用于晶格玻尔兹曼法，以及其它计算流体动力学方法，包括有限容积法、有限元法等。
[0014]本专利技术的其它特征和优点将从以下描述和权利要求中变得明显。
附图说明
[0015]图1描绘了用于模拟呼吸事件的系统。
[0016]图2是描绘人的上呼吸道的各方面的图像。
[0017]图3描绘了呼吸事件的常规建模。
[0018]图4描绘了用于对呼吸事件进行建模的替代技术。
[0019]图5描绘了用于对图4的呼吸事件进行建模的过程的流程图。
[0020]图6和图7描绘了模拟的咳嗽的各方面。
[0021]图8是描绘咳嗽流速与时间的关系的曲线图。
[0022]图9和图10图示了两个LBM模型(现有技术)的速度分量。
[0023]图11是图1的模拟系统所遵循的规程的流程图。
[0024]图12是微观块(现有技术)的透视图。
[0025]图13A和图13B是图1的系统所使用的晶格结构(现有技术)的图示。
[0026]图14和图15图示了可变分辨率技术(现有技术)。
[0027]图16图示了受表面的面元影响的区域(现有技术)。
[0028]图17A和图17B是描绘在嘴外和嘴内放置边界条件的模拟的咳嗽的图(现有技术)。
[0029]图18是描绘在口咽的出口处放置边界条件的模拟的咳嗽的图。
[0030]图19A、图19B是描绘与在图18的口咽的出口处放置边界条件有关的咳嗽云细节的图。
具体实施方式
[0031]参考图1，示出了用于进行呼吸事件的模拟的系统10。模拟可以用于各种目的，诸如制定用于保持社交距离的指导材料、做出设计改变以改善空气质量并降低感染风险，以及用于生产有效的个人防护装备。本文讨论的重点将是对作为呼吸事件的咳嗽的模拟。对咳嗽的模拟是在人的呼吸道内的某个位置处引发的。
[0032]一般而言，这个实施方式中的系统10基于客户端
‑
服务器或基于云的体系架构并且包括被实现为大规模并行计算系统12的(独立的或基于云的)服务器系统12和客户端系统14。服务器系统12包括存储器18、总线系统11、接口20(例如，用户接口/网络接口/显示器或监视器接口等)和处理设备24。
[0033]对于咳嗽模拟的示例，在存储器18中的是呼吸引擎32，其对人的呼吸道40(图2)的数字表示40'进行操作，该数字表示40'数字地表示呼吸道40(图2)中的各种空间和对象。用户的呼吸道40(图2)的数字表示40'还包括人的喉咙。用户的呼吸道40(图2)的数字表示40'包括人的喉咙，其包括喉咙的鼻咽、口咽和咽喉部分(参见下面的图2)。系统10要求人的呼吸道40(图2)的数字表示40'包括人的呼吸道的嘴部分和喉咙部分。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由一个或多个计算机系统执行的模拟呼吸事件的方法，所述方法包括：访问包括人的呼吸道的一部分的模型，所述模型将呼吸道建模为容积区域；将呼吸事件引发到所述容积区域中，所述呼吸事件在所访问的模型中在建模的呼吸道内部的深度处起源；在表示在呼吸道内的阈值深度处模型的面积的入口边界条件下模拟呼吸事件的元素在容积区域内的移动，其中所述元素表示呼吸事件的颗粒；以及从模拟中获得呼吸事件的颗粒的轨迹的表示。2.如权利要求1所述的方法，其中呼吸道的表示包括咽部的模型。3.如权利要求1所述的方法，其中呼吸道的表示包括咽部的口咽区域的模型。4.如权利要求1所述的方法，其中引发发生在表示咽部的口咽区域的区域处，并且模拟还包括：模拟呼吸事件的从咽部的口咽区域通过口腔并从人的嘴流出的流体流动。5.如权利要求1所述的方法，其中引发发生在表示咽部的咽喉区域的区域处，并且模拟还包括：模拟呼吸事件的从咽喉区域通过口咽区域、口腔并从人的嘴流出的流体流动。6.如权利要求1所述的方法，其中所模拟的呼吸事件是咳嗽。7.一种计算机系统，包括：一个或多个处理器设备；存储器，耦合到所述一个或多个处理器设备；存储介质，存储用于模拟人类呼吸事件的可执行计算机指令，所述指令配置所述一个或多个处理器以：访问包括人的呼吸道的一部分的模型，所述模型将呼吸道建模为容积区域；将呼吸事件引发到所述容积区域中，所述呼吸事件在所访问的模型中在建模的呼吸道内部的深度处起源；在表示在呼吸道内的阈值深度处模型的面积的入口边界条件下模拟呼吸事件的元素在容积区域内的移动，其中所述元素表示呼吸事件的颗粒；以及从模拟中获得呼吸事件的颗粒的轨迹的表示。8.如权利要求7所述的系统，其中呼吸道的表示包括咽部的模型。9.如权利要求7所述的系统，其中呼吸道的表示包括咽部的口咽区域的模型。10.如权利要求7所述的系统，其中所述系统还被...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：达索系统西姆利亚公司，
类型：发明
国别省市：