CN107220482B - 呼吸道传染病风险评估系统及评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种呼吸道传染病风险评估系统及评估方法，其中，系统包括：模型搭建模块，用于搭建计算模型；传染源特征分析模块，用于模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征；传染物质扩散输运分析模块，用于输出传染物质扩散输运分析结果；定量计算模块，用于通过剂量‑响应模型得到易感人群暴露水平；传染病风险评估模块，用于评估空间内的风险分布，并输出风险分布。该评估系统可以解决传染病传播风险评价中人员感染水平准确预测的需求，可应用于易感人群呼吸道传染病防护方案及应急预案的设计，提高风险评估的准确性，更好地保证公共安全。
Description
技术领域
本发明涉及突发公共卫生事件下人体的安全评估技术领域，特别涉及一种呼吸道传染病风险评估系统及评估方法。
背景技术
按照我国《突发公共卫生事件应急条例》的有关规定，突发公共卫生事件是指突然发生、造成或者可能造成社会公众健康严重损害的重大传染病疫情、群体性不明原因疾病、重大食物和职业中毒以及其他严重影响公众健康的事件。在各类突发公共卫生事件中，传染病暴发疫情是突发公共卫生事件中发生频率最高、危害最大、影响范围最广的突发公共卫生事件之一，严重威胁着人类的健康和生命安全。
相关技术中，在呼出液滴粒度分布研究方面，尚没有形成具有普遍适用性的研究结果作为输入模块，并且仍然缺乏对喷嚏呼出液滴粒度分布的研究；在液滴传播扩散规律的研究方面，尚缺乏使用精确假人模型针对人员移动行为对空气流场的影响进行综合分析的技术；在感染风险评估方面，部分风险评估模型与传染病传播机理不符，缺乏基于传染病传播机理的感染风险模型研究；此外，也尚未形成涵盖传染源、传播途径和易感人群三个环节的呼吸道传染病风险评估方法和思路，并缺乏针对大型人员密集场所的可行的风险评估方法。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种呼吸道传染病风险评估系统，该系统可以提高风险评估的准确性，更好地保证公共安全。
本发明的另一个目的在于提出一种呼吸道传染病风险评估方法。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种呼吸道传染病风险评估系统，包括：模型搭建模块，用于建立传染病发生所在空间的计算区域，并且对所述计算区域进行网格划分，以搭建计算模型；传染源特征分析模块，用于根据拟分析传染病的病理特征选取传染源种类，以完成传播物质的粒度分布设置，进而模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征；传染物质扩散输运分析模块，用于根据当前条件设置情景模式，并且将所述情景模式作为输入条件，对流动传播过程进行数值模拟，以输出传染物质扩散输运分析结果；定量计算模块，用于根据所述传染物质扩散输运分析结果的传染物质浓度时空分布并通过剂量-响应模型得到易感人群暴露水平；传染病风险评估模块，用于根据气流运动模式、所述呼出液滴的过程及其空气动力学特征、所述输出传染物质扩散输运分析结果、所述易感人群暴露水平评估空间内的风险分布，并输出所述风险分布。
本发明实施例的呼吸道传染病风险评估系统，通过所在空间特征、人员运动特征、环境特征等测量参数进行易感人群的暴露风险评估，从而评估不同情景耦合下的传染病发生风险等级，解决了传染病传播风险评价中人员感染水平准确预测的需求，为制定呼吸道传染病防控方案和应急救援提供理论依据，为突发公共卫生事件应急管理提供决策支持，提高风险评估的准确性，更好地保证公共安全。
另外，根据本发明上述实施例的呼吸道传染病风险评估系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，液滴的空气动力学特征包括：通过激光粒度分析仪得到呼出液滴的几何特征；获取所述呼出液滴的直径，以得到所述呼出液滴的几何特征及粒度分布，其中，风险评估的直径范围为3-112μm。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述剂量-响应模型根据吸入分数评估所述易感人群暴露水平，评估公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的吸入分数，x为易感人群所在的位置，c为病源患者呼出液滴中的病原体浓度，p为易感人群的肺部通风速率，f(t)为t时刻病原体在病源患者呼出的液滴中的存活分数，m为直径区间的总数，βl为第l个直径区间内的液滴在易感人群呼吸道特定区域中的沉淀分数，Nc为病源患者呼出的病原体的总数，hl为病源患者呼出液滴喷雾中第l个直径区间中的液滴的数量与数值模拟过程中第l个直径区间中的液滴的数量的比值，v(x,t)为t时刻位置为x处，易感人群呼吸区域内液滴的体积浓度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述传染病风险评估模块的计算公式为：
其中，D(x,t)为所述易感人群的暴露水平，Dq(x,t)为对第q种情景假设进行风险评估得到的易感人群吸入分数，aq为第q种情景假设发生的概率。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述计算区域包括建筑的空间结构、室内家具设置以及所有人员的人体模型中的一种或多种，并且所述当前条件包括人员移动速度、室内通风模式和传染源位置中的一种或多种。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种呼吸道传染病风险评估方法，包括以下步骤：建立传染病发生所在空间的计算区域，并且对所述计算区域进行网格划分，以搭建计算模型；根据拟分析传染病的病理特征选取传染源种类，以完成传播物质的粒度分布设置，进而模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征；根据当前条件设置情景模式，并且将所述情景模式作为输入条件，对流动传播过程进行数值模拟，以输出传染物质扩散输运分析结果；根据所述传染物质扩散输运分析结果的传染物质浓度时空分布并通过剂量-响应模型得到易感人群暴露水平；根据气流运动模式、所述呼出液滴的过程及其空气动力学特征、所述输出传染物质扩散输运分析结果、所述易感人群暴露水平评估空间内的风险分布，并输出所述风险分布。
本发明实施例的呼吸道传染病风险评估方法，通过所在空间特征、人员运动特征、环境特征等测量参数进行易感人群的暴露风险评估，从而评估不同情景耦合下的传染病发生风险等级，解决了传染病传播风险评价中人员感染水平准确预测的需求，为制定呼吸道传染病防控方案和应急救援提供理论依据，为突发公共卫生事件应急管理提供决策支持，提高风险评估的准确性，更好地保证公共安全。
另外，根据本发明上述实施例的呼吸道传染病风险评估方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，液滴的空气动力学特征包括：通过激光粒度分析仪得到呼出液滴的几何特征；获取所述呼出液滴的直径，以得到所述呼出液滴的几何特征及粒度分布，其中，风险评估的直径范围为3-112μm。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述剂量-响应模型根据吸入分数评估所述易感人群暴露水平，评估公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的吸入分数，x为易感人群所在的位置，c为病源患者呼出液滴中的病原体浓度，p为易感人群的肺部通风速率，f(t)为t时刻病原体在病源患者呼出的液滴中的存活分数，m为直径区间的总数，βl为第l个直径区间内的液滴在易感人群呼吸道特定区域中的沉淀分数，Nc为病源患者呼出的病原体的总数，hl为病源患者呼出液滴喷雾中第l个直径区间中的液滴的数量与数值模拟过程中第l个直径区间中的液滴的数量的比值，v(x,t)为t时刻位置为x处，易感人群呼吸区域内液滴的体积浓度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述传染病风险评估模块的计算公式为：
其中，D(x,t)为所述易感人群的暴露水平，Dq(x,t)为对第q种情景假设进行风险评估得到的易感人群吸入分数，aq为第q种情景假设发生的概率。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述计算区域包括建筑的空间结构、室内家具设置以及所有人员的人体模型中的一种或多种，并且所述当前条件包括人员移动速度、室内通风模式和传染源位置中的一种或多种。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的呼吸道传染病风险评估系统的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的呼吸道传染病风险评估系统的评估示意图；
图3为根据本发明一个实施例的计算区域设置示意图；
图4为根据本发明一个实施例的空间内感染风险定量计算结果示意图；
图5为根据本发明一个实施例的多污染源耦合条件下风险分布结果示意图；
图6为根据本发明一个实施例的呼吸道传染病风险评估方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的呼吸道传染病风险评估系统及评估方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的呼吸道传染病风险评估系统。
图1是本发明一个实施例的呼吸道传染病风险评估系统的结构示意图。
如图1所示，该呼吸道传染病风险评估系统10包括：模型搭建模块100、传染源特征分析模块200、传染物质扩散输运分析模块300、定量计算模块400和传染病风险评估模块500。
其中，模型搭建模块100(具体可称为风险评估对象及研究区域的模型搭建模块)用于建立传染病发生所在空间的计算区域，并且对计算区域进行网格划分，以搭建计算模型。传染源特征分析模块200用于根据拟分析传染病的病理特征选取传染源种类，以完成传播物质的粒度分布设置，进而模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征。传染物质扩散输运分析模块300用于根据当前条件设置情景模式，并且将情景模式作为输入条件，对流动传播过程进行数值模拟，以输出传染物质扩散输运分析结果。定量计算模块400(具体可称为易感人群暴露水平定量计算模块)用于根据传染物质扩散输运分析结果的传染物质浓度时空分布并通过剂量-响应模型得到易感人群暴露水平。传染病风险评估模块500(具体可称为大型密集场所人员呼吸道传染病风险评估模块)用于根据气流运动模式、呼出液滴的过程及其空气动力学特征、输出传染物质扩散输运分析结果、易感人群暴露水平评估空间内的风险分布，并输出风险分布。本发明实施例的评估系统10可以解决传染病传播风险评价中人员感染水平准确预测的需求，可应用于易感人群呼吸道传染病防护方案及应急预案的设计，提高风险评估的准确性，更好地保证公共安全。
进一步地，在本发明的一个实施例中，计算区域包括建筑的空间结构、室内家具设置以及所有人员的人体模型中的一种或多种，并且当前条件包括人员移动速度、室内通风模式和传染源位置中的一种或多种。
可以理解的是，风险评估对象及研究区域的模型搭建模块100建立传染病发生所在空间的计算区域，包括建筑的空间结构、室内家具设置以及所有人员的人体模型，对计算区域进行网格划分，搭建计算所需的模型。传染源特征分析模块200根据拟分析传染病的病理特征，选取相应的传染源种类作为主要呼吸行为，完成传播物质的粒度分布设置，模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征。传染物质扩散输运分析模块300根据人员移动速度、室内通风模式、以及传染源位置等条件设置当前情景模式，将情景模式作为输入条件，对流动传播过程进行计算数值模拟，输出得到传染物质扩散输运分析结果。易感人群暴露水平定量计算模块400根据传染物质扩散输运分析模块300得到的传染物质浓度时空分布，使用剂量-响应模型定量计算的易感人群暴露水平。大型密集场所人员呼吸道传染病风险评估模块500综合考虑气流运动模式和传染物质输运扩散模式300的多样性，考虑多种情景耦合对空间风险分布的影响，根据定量计算模块400的结果，评估空间内的风险分布，并输出结果。
进一步地，在本发明的一个实施例中，液滴的空气动力学特征包括：通过激光粒度分析仪得到呼出液滴的几何特征；获取呼出液滴的直径，以得到呼出液滴的几何特征及粒度分布，其中，风险评估的直径范围为3-112μm。
举例而言，液滴的空气动力学特征包括：使用激光粒度分析仪精确测量人打喷嚏呼出液滴的几何特征，对咳嗽行为呼出的液滴直径进行测量，一般认为呼出液滴的特征及其粒度分布如表1所示。其中，认为液滴漂浮过程中液滴大小将由于蒸发迅速收缩为原始尺寸的一半。由于直径小于3μm的液滴数量非常少，而大于100μm的液滴会在被呼出后迅速掉落至地面，因此在风险评估过程研究的液滴对象直径范围为3-112μm。
表1
| 直径(μm) | 原始直径(μm) | 粒度分布 |
| 1.5 | 3 | 0.0105 |
| 3 | 6 | 0.0610 |
| 6 | 12 | 0.2040 |
| 10 | 20 | 0.3365 |
| 14 | 28 | 0.1830 |
| 18 | 36 | 0.0883 |
| 22.5 | 45 | 0.0463 |
| 31.25 | 62.5 | 0.0231 |
| 43.75 | 87.5 | 0.0294 |
| 56 | 112 | 0.0179 |
进一步地，在本发明的一个实施例中，剂量-响应模型根据吸入分数评估易感人群暴露水平，评估公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的吸入分数，x为易感人群所在的位置，c为病源患者呼出液滴中的病原体浓度，p为易感人群的肺部通风速率，f(t)为t时刻病原体在病源患者呼出的液滴中的存活分数，m为直径区间的总数，βl为第l个直径区间内的液滴在易感人群呼吸道特定区域中的沉淀分数，Nc为病源患者呼出的病原体的总数，hl为病源患者呼出液滴喷雾中第l个直径区间中的液滴的数量与数值模拟过程中第l个直径区间中的液滴的数量的比值，v(x,t)为t时刻位置为x处，易感人群呼吸区域内液滴的体积浓度。
可以理解的是，剂量-响应模型包括：通过计算流体动力学方法对室内空气流场分布情况进行数值模拟后，可以获得研究区域内传染物质的浓度分布。对于暴露在一定浓度的传染物质中的易感人群，其暴露水平(exposure level)可使用吸入分数(intakefraction)评估，即被易感人群呼吸道对应区域吸收的传染物质的总量占病源患者呼出传染物质总量的比例计算如下：
式中，D(x,t)为易感人群的吸入分数；x为易感人群所在的位置；c为病源患者呼出液滴中的病原体浓度，cfu/ml(肺结核细菌)、pfu/ml(SARS病毒)或TCID50/ml(流感病毒)；p为易感人群的肺部通风速率，表示的是易感人群在呼吸过程中每分钟吸入气体的总体积，取为7.5l/min；f(t)为t时刻病原体在病源患者呼出的液滴中的存活分数；m为直径区间的总数；βl为第l个直径区间内的液滴在易感人群呼吸道特定区域中的沉淀分数；Nc为病源患者呼出的病原体的总数，Nc＝Vcc，其中Vc是病源患者呼出液滴的总体积，ml；hl为病源患者呼出液滴喷雾中第l个直径区间中的液滴的数量与数值模拟过程中第l个直径区间中的液滴的数量的比值，即hl表示了病源患者呼出液滴粒度分布(蒸发前的原始粒度分布)与数值模拟过程中所使用的粒度分布的定量对应关系；v(x,t)为t时刻位置为x处，易感人群呼吸区域内液滴的体积浓度,ml/l。v(x,t)可以通过计算流体动力学方法计算或者实验获得。病原体等传染物质在室内环境中的时空分布通过v(x,t)来表示。
进一步地，在本发明的一个实施例中，传染病风险评估模块500的计算公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的暴露水平，Dq(x,t)为对第q种情景假设进行风险评估得到的易感人群吸入分数，aq为第q种情景假设发生的概率。
可以理解的是，综合考虑气流运动模式和传染物质输运扩散模式的多样性，考虑多种情景耦合对空间风险分布的影响,计算方法如下：
式中，D(x,t)为考虑多种情景假设的易感人群吸入分数，表征了综合考虑多种情景假设时易感人群的暴露水平。Dq(x,t)为对第q种情景假设进行风险评估得到的易感人群吸入分数；aq为第q种情景假设发生的概率，
在本发明的实施例中，如图2所示，本发明实施例的系统包括风险评估对象及研究区域的模型搭建模块；传染源特征分析模块：根据人员移动速度、通风模式及传染源位置等情景条件作为输入，输出得到传染物质扩散输运分析模块；使用剂量-响应模型定量计算的易感人群暴露水平模块；以及最终的大型密集场所人员呼吸道传染病风险评估模块。本发明实施例适用于大型密集室内环境下人员呼吸道传染疾病的风险，解决了传染病传播风险评价中人员感染水平准确预测的需求，可应用于易感人群呼吸道传染病防护方案及应急预案的设计。
下面结合附图以一个具体实施例进行详细描述。
如图2所示，本发明实施例的系统10包括风险评估对象及研究区域的模型搭建模块100、传染源特征分析模块200、传染物质扩散输运分析模块300、易感人群暴露水平的定量计算模块400以及大型密集场所人员呼吸道传染病风险评估模块500，其中：
风险评估对象及研究区域的模型搭建模块100：
建立传染病发生所在空间的计算区域，包括建筑的空间结构、室内家具设置以及所有人员的人体模型，对计算区域进行网格划分，搭建计算所需的模型，图3所示为实例研究中的计算区域设置；
传染源特征分析模块200：
根据拟分析传染病的病理特征，选取相应的传染源种类作为主要呼吸行为，完成传播物质的粒度分布设置，模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征；
传染物质扩散输运分析模块300：
根据人员移动速度、室内通风模式、以及传染源位置等条件设置当前情景模式，将情景模式作为输入条件，对流动传播过程进行数值模拟，输出得到传染物质扩散输运分析结果；
易感人群暴露水平定量计算模块400：
根据传染物质扩散输运分析模块300得到的传染物质浓度时空分布，使用剂量-响应模型定量计算的易感人群暴露水平；
大型密集场所人员呼吸道传染病风险评估模块500：
评估模块500综合考虑气流运动模式和传染物质输运扩散模式的多样性，考虑多种情景耦合对空间风险分布的影响，根据定量计算模块400的结果，评估空间内的风险分布，并输出结果。
进一步地，在本发明的实施例中，传染源特征分析方法包括：使用激光粒度分析仪精确测量人打喷嚏呼出液滴的几何特征，对咳嗽行为呼出的液滴直径进行测量，一般认为呼出液滴的特征及其粒度分布如上述表1所示。其中，认为液滴漂浮过程中液滴大小将由于蒸发迅速收缩为原始尺寸的一半。由于直径小于3μm的液滴数量非常少，而大于100μm的液滴会在被呼出后迅速掉落至地面，因此在风险评估过程研究的液滴对象直径范围为3-112μm。
进一步地，在本发明的实施例中，易感人群暴露水平定量计算方法包括：通过计算流体动力学方法对室内空气流场分布情况进行数值模拟后，可以获得研究区域内传染物质的浓度分布。对于暴露在一定浓度的传染物质中的易感人群，其暴露水平(exposurelevel)可使用吸入分数(intake fraction)评估，即被易感人群呼吸道对应区域吸收的传染物质的总量占病源患者呼出传染物质总量的比例计算公式如上述公式(1)。
进一步地，在本发明的实施例中，如图4所示，图4为空间内感染风险定量计算结果，综合考虑了气流运动模式和传染物质输运扩散模式的多样性，考虑多种情景耦合对空间风险分布的影响，计算公式如上述公式(2)，进而得到如图5所示的在多污染源耦合条件下风险分布结果。
根据本发明实施例提出的呼吸道传染病风险评估系统，通过所在空间特征、人员运动特征、环境特征等测量参数进行易感人群的暴露风险评估，从而评估不同情景耦合下的传染病发生风险等级，解决了传染病传播风险评价中人员感染水平准确预测的需求，为制定呼吸道传染病防控方案和应急救援提供理论依据，为突发公共卫生事件应急管理提供决策支持，提高风险评估的准确性，更好地保证公共安全。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的呼吸道传染病风险评估方法。
图6是本发明一个实施例的呼吸道传染病风险评估方法的流程图。
如图6所示，该呼吸道传染病风险评估方法包括以下步骤：
步骤S601，建立传染病发生所在空间的计算区域，并且对计算区域进行网格划分，以搭建计算模型。
步骤S602，根据拟分析传染病的病理特征选取传染源种类，以完成传播物质的粒度分布设置，进而模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征。
其中，在本发明的一个实施例中，液滴的空气动力学特征包括：通过激光粒度分析仪得到呼出液滴的几何特征；获取呼出液滴的直径，以得到呼出液滴的几何特征及粒度分布，其中，风险评估的直径范围为3-112μm。
步骤S603，根据当前条件设置情景模式，并且将情景模式作为输入条件，对流动传播过程进行数值模拟，以输出传染物质扩散输运分析结果。
步骤S604，根据传染物质扩散输运分析结果的传染物质浓度时空分布并通过剂量-响应模型得到易感人群暴露水平。
其中，在本发明的一个实施例中，剂量-响应模型根据吸入分数评估易感人群暴露水平，评估公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的吸入分数，x为易感人群所在的位置，c为病源患者呼出液滴中的病原体浓度，p为易感人群的肺部通风速率，f(t)为t时刻病原体在病源患者呼出的液滴中的存活分数，m为直径区间的总数，βl为第l个直径区间内的液滴在易感人群呼吸道特定区域中的沉淀分数，Nc为病源患者呼出的病原体的总数，hl为病源患者呼出液滴喷雾中第l个直径区间中的液滴的数量与数值模拟过程中第l个直径区间中的液滴的数量的比值，v(x,t)为t时刻位置为x处，易感人群呼吸区域内液滴的体积浓度。
步骤S605，根据气流运动模式、呼出液滴的过程及其空气动力学特征、输出传染物质扩散输运分析结果、易感人群暴露水平评估空间内的风险分布，并输出风险分布。
其中，在本发明的一个实施例中，传染病风险评估模块的计算公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的暴露水平，Dq(x,t)为对第q种情景假设进行风险评估得到的易感人群吸入分数，aq为第q种情景假设发生的概率。
另外，在本发明的一个实施例中，计算区域包括建筑的空间结构、室内家具设置以及所有人员的人体模型中的一种或多种，并且当前条件包括人员移动速度、室内通风模式和传染源位置中的一种或多种。
需要说明的是，前述对呼吸道传染病风险评估系统实施例的解释说明也适用于该实施例的呼吸道传染病风险评估方法，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的呼吸道传染病风险评估方法，通过所在空间特征、人员运动特征、环境特征等测量参数进行易感人群的暴露风险评估，从而评估不同情景耦合下的传染病发生风险等级，解决了传染病传播风险评价中人员感染水平准确预测的需求，为制定呼吸道传染病防控方案和应急救援提供理论依据，为突发公共卫生事件应急管理提供决策支持，提高风险评估的准确性，更好地保证公共安全。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种呼吸道传染病风险评估系统，其特征在于，包括：
模型搭建模块，用于建立传染病发生所在空间的计算区域，并且对所述计算区域进行网格划分，以搭建计算模型；
传染源特征分析模块，用于根据拟分析传染病的病理特征选取传染源种类，以完成传播物质的粒度分布设置，进而模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征；
传染物质扩散输运分析模块，用于根据当前条件设置情景模式，并且将所述情景模式作为输入条件，对流动传播过程进行数值模拟，以输出传染物质扩散输运分析结果；
定量计算模块，用于根据所述传染物质扩散输运分析结果的传染物质浓度时空分布并通过剂量-响应模型得到易感人群暴露水平；以及
传染病风险评估模块，用于根据气流运动模式、所述呼出液滴的过程及其空气动力学特征、所述输出传染物质扩散输运分析结果、所述易感人群暴露水平评估空间内的风险分布，并输出所述风险分布。
2.根据权利要求1所述的呼吸道传染病风险评估系统，其特征在于，液滴的空气动力学特征包括：
通过激光粒度分析仪得到呼出液滴的几何特征；
获取所述呼出液滴的直径，以得到所述呼出液滴的几何特征及粒度分布，其中，风险评估的直径范围为3-112μm。
3.根据权利要求1所述的呼吸道传染病风险评估系统，其特征在于，所述剂量-响应模型根据吸入分数评估所述易感人群暴露水平，评估公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的吸入分数，x为易感人群所在的位置，c为病源患者呼出液滴中的病原体浓度，p为易感人群的肺部通风速率，f(t)为t时刻病原体在病源患者呼出的液滴中的存活分数，m为直径区间的总数，βl为第l个直径区间内的液滴在易感人群呼吸道特定区域中的沉淀分数，Nc为病源患者呼出的病原体的总数，hl为病源患者呼出液滴喷雾中第l个直径区间中的液滴的数量与数值模拟过程中第l个直径区间中的液滴的数量的比值，v(x,t)为t时刻位置为x处，易感人群呼吸区域内液滴的体积浓度。
4.根据权利要求3所述的呼吸道传染病风险评估系统，其特征在于，所述传染病风险评估模块的计算公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的吸入分数，Dq(x,t)为对第q种情景假设进行风险评估得到的易感人群吸入分数，aq为第q种情景假设发生的概率。
5.根据权利要求1-4任一项所述的呼吸道传染病风险评估系统，其特征在于，所述计算区域包括建筑的空间结构、室内家具设置以及所有人员的人体模型中的一种或多种，并且所述当前条件包括人员移动速度、室内通风模式和传染源位置中的一种或多种。
6.一种呼吸道传染病风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立传染病发生所在空间的计算区域，并且对所述计算区域进行网格划分，以搭建计算模型；
根据拟分析传染病的病理特征选取传染源种类，以完成传播物质的粒度分布设置，进而模拟呼出液滴的过程及其空气动力学特征；
根据当前条件设置情景模式，并且将所述情景模式作为输入条件，对流动传播过程进行数值模拟，以输出传染物质扩散输运分析结果；
根据所述传染物质扩散输运分析结果的传染物质浓度时空分布并通过剂量-响应模型得到易感人群暴露水平；以及
根据气流运动模式、所述呼出液滴的过程及其空气动力学特征、所述输出传染物质扩散输运分析结果、所述易感人群暴露水平评估空间内的风险分布，并输出所述风险分布。
7.根据权利要求6所述的呼吸道传染病风险评估方法，其特征在于，液滴的空气动力学特征包括：
通过激光粒度分析仪得到呼出液滴的几何特征；
获取所述呼出液滴的直径，以得到所述呼出液滴的几何特征及粒度分布，其中，风险评估的直径范围为3-112μm。
8.根据权利要求6所述的呼吸道传染病风险评估方法，其特征在于，所述剂量-响应模型根据吸入分数评估所述易感人群暴露水平，评估公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的吸入分数，x为易感人群所在的位置，c为病源患者呼出液滴中的病原体浓度，p为易感人群的肺部通风速率，f(t)为t时刻病原体在病源患者呼出的液滴中的存活分数，m为直径区间的总数，βl为第l个直径区间内的液滴在易感人群呼吸道特定区域中的沉淀分数，Nc为病源患者呼出的病原体的总数，hl为病源患者呼出液滴喷雾中第l个直径区间中的液滴的数量与数值模拟过程中第l个直径区间中的液滴的数量的比值，v(x,t)为t时刻位置为x处，易感人群呼吸区域内液滴的体积浓度。
9.根据权利要求8所述的呼吸道传染病风险评估方法，其特征在于，所述传染病风险评估模块的计算公式为：
其中，D(x,t)为易感人群的吸入分数，Dq(x,t)为对第q种情景假设进行风险评估得到的易感人群吸入分数，aq为第q种情景假设发生的概率。
10.根据权利要求6-9任一项所述的呼吸道传染病风险评估方法，其特征在于，所述计算区域包括建筑的空间结构、室内家具设置以及所有人员的人体模型中的一种或多种，并且所述当前条件包括人员移动速度、室内通风模式和传染源位置中的一种或多种。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102136009A (zh) * | 2011-05-06 | 2011-07-27 | 中国医学科学院医学信息研究所 | 基于本体和表达式的传染病文献标引方法 |
| CN103093106A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-08 | 上海市浦东新区疾病预防控制中心 | 大型活动中多源数据的传染病症状监测与预警方法 |
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Patent Citations (4)
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| CN102136009A (zh) * | 2011-05-06 | 2011-07-27 | 中国医学科学院医学信息研究所 | 基于本体和表达式的传染病文献标引方法 |
| CN103093106A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-08 | 上海市浦东新区疾病预防控制中心 | 大型活动中多源数据的传染病症状监测与预警方法 |
| CN103793619A (zh) * | 2014-02-27 | 2014-05-14 | 成都医学院 | 一种新型传染病空间扩散模拟方法 |
| CN105893657A (zh) * | 2016-03-20 | 2016-08-24 | 河南理工大学 | 一种新型传染病空间扩散的模拟方法 |
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