CN110057729A - 一种人体颗粒物被动沉降浓度测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体颗粒物被动沉降浓度测试方法，具体是结合荧光颗粒示踪标记技术这一核心技术以及颗粒物被动沉降浓度采样方法、颗粒物图像采样样本自动计数方法等定量测量人体颗粒物被动暴露量。将之前对人体暴露量间接的分析发展为对人体暴露量直接的测试。本发明方法集成了颗粒物被动沉降浓度采样方法、标定方法、测试方法和统计方法的测试方法可以准确地测试人体颗粒物被动沉降浓度。本发明方法的建立为人体颗粒物被动沉降暴露分析提供了可能。对于颗粒物健康威胁的研究具有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种人体颗粒物浓度测试方法，具体涉及人体颗粒物被动沉降浓度测试方法。
背景技术
人员暴露量的概念定义为人员在某一环境中对物质的接触量。人员对颗粒物的暴露量可进一步细化为人员主动吸入的颗粒物暴露量和被动沉降的颗粒物暴露量。
主动吸入的颗粒物暴露量即为通过呼吸进入人体的颗粒物暴露，可以使用主动式光学粒子计数器等仪器测试得到。空气中的颗粒污染物还会通过被动沉降的方式落在人体皮肤、眼睛等裸露的表面。当这些颗粒物携带细菌病毒或过敏物质时，会引起过敏性皮炎等不适。携带有蒿属、藜科、豚草等致敏花粉的颗粒物落到眼睛里，会引起红眼病、过敏性结膜炎等眼科疾病。数据表明，全球有15％～20％人群罹患过敏性疾病，这些患者中近40％～60％有眼部过敏症状。此外，颗粒物还会沉降在衣服表面，通过人体运动再悬浮到空气中，进而被人员吸入体内。同时，沉降在衣服上的颗粒物会随人体转移到其他地方，对他人健康造成威胁。之前很多研究已经证明了衣服作为颗粒物传播媒介的作用。
此前关于被动沉降暴露量的研究方法主要有两种。第一种是光学粒子计数器测试法。在实验舱中通过拍打、振动、运动等手段使得衣服上附着的颗粒物再悬浮，利用光学仪器测试再悬浮产生的颗粒物浓度和粒径分布。但是这种方法只能研究衣服上颗粒物再悬浮情况，并不能研究颗粒物在衣服上附着情况。同时，由于测试方法和仪器的限制，测试也不能达到较高的精度。第二种是生物测试法。利用微生物研究的手段，研究在衣服上附着的细菌、病毒、花粉等微生物气溶胶的浓度。但是这种方法只能局限于特定的微生物气溶胶。
所以，需要一种新的人体颗粒物被动沉降浓度准确测试方法，以便于深入研究颗粒物被动暴露在人体眼球、皮肤等表面时对人体健康的影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种人体颗粒物被动沉降浓度测试方法，解决现有技术中被动沉降暴露量的研究方法精度不高的问题。
本发明的技术方案概述如下：
一种人体颗粒物被动沉降浓度测试方法，所述方法是由颗粒物沉降量采样方法，颗粒物沉降量标定方法，荧光颗粒物示踪标记方法，颗粒物图像采样样本自动计数方法组成的系统分析方法。
所述的颗粒物沉降量采样方法分为玻璃采样片采样方法和PTFE采样膜采样方法，分别适用于人体平整表面的颗粒物被动沉降浓度采样和非平整表面的颗粒物被动沉降浓度采样。
所述的颗粒物沉降量标定方法可以定量分析该方法用于不同情况分析时的相对误差情况。
所述的荧光颗粒物示踪标记方法借助荧光颗粒物和高分辨率荧光显微镜实现；利用特殊的荧光颗粒物模拟人体暴露颗粒物，被所述的颗粒物沉降量采样方法捕捉后，在高分辨率荧光显微镜特定波长激光照射下发出荧光，进而利用荧光显微镜的CCD相机拍摄高分辨率粒子照片。
所述的颗粒物图像采样样本自动计数方法使用MATLAB软件进行编程，自动统计荧光显微镜CCD相机拍摄的颗粒物采样样本图像，具体方法包括以下步骤：
(1)把CCD相机拍摄的灰度照片通过阈值转换法转变为纯黑白二值图像；颗粒物为白色的点，没有颗粒物的地方为纯黑色背景；
(2)在灰度为0-255的范围内，设置阈值为5，即认为灰度值大于5的地方是颗粒物；
(3)找出二值图像中连通的区域，统计连通区域的数量即为颗粒物数量，就可以得到不同情况下，人体不同位置被动暴露情况。
该自动计数方法与真实值之间的误差在5％以内。
本发明有益效果：
(1)集成了颗粒物被动沉降浓度采样方法、标定方法、测试方法和统计方法的测试方法可以准确地测试人体颗粒物被动沉降浓度。
(2)该方法的建立为人体颗粒物被动沉降暴露分析提供了可能。对于颗粒物健康威胁的研究具有非常重要的意义。
(3)颗粒物沉降量采样方法可以测试平整表面和非平整表面的人体颗粒物被动沉降浓度。
(4)颗粒物图像采样样本自动计数方法可以准确快速地计算采样装置上颗粒物数。统计时间降低为人工统计的10％以内，与真实值的误差在5％以内。
(5)本方法的建立将之前对人体暴露量间接的分析发展为对人体暴露量直接的测试。为下一步人体被动暴露传感器的开发提供前期研发条件和技术支持。
(6)本方法的建立使得人体主动吸入颗粒物暴露量和被动沉降颗粒物暴露量的对比成为可能。为新型人体暴露模型的开发提供数据和方法。
附图说明
图1为本发明各部分方法逻辑关系图和流程图；
图2为玻璃采样片和PTFE采样膜采样方法对比标定图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。
本发明使用特定的荧光颗粒物表征被动沉降颗粒物。如图1所示，首先使用颗粒物被动沉降量采样方法进行特定时间下的颗粒物被动沉降采样。其次，使用荧光显微镜获得高分辨率的样本上颗粒物图像样品。接着，使用颗粒物图像采样样本自动计数方法统计样品上的颗粒物数。从而得到颗粒物被动暴露浓度。使用颗粒物沉降量标定方法对不同情况分析时的相对误差进行测试分析。图2显示的是玻璃采样片和PTFE采样膜采样方法对比标定图。
以某次假人被动暴露实验为例进行进一步的说明。为了研究暴露在室内颗粒物环境中人体被动暴露量，使用该发明中描述的方法进行。利用发尘器向室内均匀释放荧光颗粒。取1ml荧光粒子原液稀释后加入BGI Collison发生器中。根据计算，每毫升荧光粒子原液含荧光颗粒8.7×107个，假设在舱内地平面上均匀分布，荧光显微镜下每张照片能够看到平均27个荧光颗粒。基本能够满足要求。打开搅拌风扇，开始发尘，发尘约需要1h。在暖体假人身上放置被动采样玻璃采样片。放置2h后取下玻璃片。进行下一步的荧光显微镜观测。本实验使用的是Nikon 80i荧光显微镜。荧光显微镜的原理是：当使用普通的显微镜时没有激光激发，荧光粒子不会发光。在普通显微镜下也不能很容易地将它们与普通的颗粒物区分开。红色荧光颗粒在特定波长的红光激发下会发光，利用CCD相机就可以把这种特定的荧光颗粒物捕捉并拍照。其他荧光颗粒物则不会发光。在另外一种特定波长的光激发下，另外一种荧光颗粒物，例如绿色荧光颗粒物才会发光并被捕捉。这样就可以得到高分辨率的样本上颗粒物图像样品。一个采样片的照片上面的颗粒物数很多情况下会达到上千个。如此巨大的数据量无法用人工的方法直接数出。这就需要借助颗粒物图像采样样本自动计数方法。研究人员利用MATLAB软件(MathWorks Inc.，Natick，MA，USA)开发了一个自动计算照片上颗粒物数的程序。首先把CCD相机拍摄的灰度照片通过阈值转换法转变为纯黑白二值图像。颗粒物为白色的点，没有颗粒物的地方为纯黑色背景。在灰度为0-255的范围内，设置阈值为5，即认为灰度值大于5的地方是颗粒物。找出二值图像中连通的区域，统计连通区域的数量即为颗粒物数量。这样就可以得到不同情况下，人体不同位置被动暴露情况。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种人体颗粒物被动沉降浓度测试方法，其特征在于，所述方法是由颗粒物沉降量采样方法，颗粒物沉降量标定方法，荧光颗粒物示踪标记方法，颗粒物图像采样样本自动计数方法组成的系统分析方法。
2.根据权利要求1所述人体颗粒物被动沉降浓度测试方法，其特征在于，所述的颗粒物沉降量采样方法分为玻璃采样片采样方法和PTFE采样膜采样方法，分别适用于人体平整表面的颗粒物被动沉降浓度采样和非平整表面的颗粒物被动沉降浓度采样。
3.根据权利要求1所述人体颗粒物被动沉降浓度测试方法，其特征在于，所述的荧光颗粒物示踪标记方法借助荧光颗粒物和高分辨率荧光显微镜实现；利用特殊的荧光颗粒物模拟人体暴露颗粒物，被所述的颗粒物沉降量采样方法捕捉后，在高分辨率荧光显微镜特定波长激光照射下发出荧光，进而利用荧光显微镜的CCD相机拍摄高分辨率粒子照片。
4.根据权利要求1所述人体颗粒物被动沉降浓度测试方法，其特征在于，所述的颗粒物图像采样样本自动计数方法使用MATLAB软件进行编程，自动统计荧光显微镜CCD相机拍摄的颗粒物采样样本图像，具体方法包括以下步骤：
(1)把CCD相机拍摄的灰度照片通过阈值转换法转变为纯黑白二值图像；颗粒物为白色的点，没有颗粒物的地方为纯黑色背景；
(2)在灰度为0-255的范围内，设置阈值为5，即认为灰度值大于5的地方是颗粒物；
(3)找出二值图像中连通的区域，统计连通区域的数量即为颗粒物数量，就可以得到不同情况下，人体不同位置被动暴露情况。
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