CN111326228B - 一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法及系统，所述方法包括：基于电子计算机断层扫描技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，获得设定数目灰度矩阵排列像素点；对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型；采用立体光固化成型法将所述待输出呼吸系统模型进行3D模型打印，获得3D输出目标个体呼吸系统；基于所述目标个体呼吸系统模拟目标个体呼吸，测量穿透呼吸气流通路进入肺腔的悬浮药物颗粒剂量和肺腔内采样点的沉积药物颗粒剂量；根据所述悬浮药物颗粒剂量和所述沉积药物颗粒剂量确定实际给药剂量，基于不同目标个体建立不同目标个体呼吸系统，进而提高实际给药剂量确定的准确性。

Description

一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法及系统
技术领域
本发明涉及药物颗粒剂量测量技术领域，特别是涉及一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法及系统。
背景技术
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，我国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。
现有颗粒物吸入剂量体外评价模型主要沿用国际辐射防护委员会(ICRP)1994年提出ICRP publication 66和美国Applied Research Associates研发的MPPD模型。二者均是欧美学者基于成年白人遗体解剖得到的呼吸道形态研发的“平均人”模型。其中，ICRP模型将气道分为胸外区、支气管区、细支气管区和肺泡间质区，考虑了四个区域的淋巴组织或其组成成分。吸入剂量计算基于成年白种男性和女性的生理参数，结合大量理论计算和实验测量结果，估算颗粒在呼吸道中的沉积百分数。2015年更新的MPPD v3.01模型提供了8种不同研究者提出的理想人体呼吸道简化模型，基于不同粒径颗粒物运动机理差异，计算其在呼吸道内的理论沉降效率。
上述模型虽部分还原了人体呼吸道形态学结构，但未能再现不同年龄、国籍、性别、不同患病程度人群真实的呼吸道解剖学结构差异，导致上述模型在确定药物颗粒物个体呼吸道给药剂量时准确性不足。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法及系统，以提高药物测量的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法，所述方法包括：
基于电子计算机断层扫描技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，获得设定数目灰度矩阵排列像素点；
对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型；
采用立体光固化成型法将所述待输出呼吸系统模型进行3D模型打印，获得3D输出目标个体呼吸系统；
基于所述目标个体呼吸系统模拟目标个体呼吸，测量穿透呼吸气流通路进入肺腔的悬浮药物颗粒剂量和肺腔内采样点的沉积药物颗粒剂量；
根据所述悬浮药物颗粒剂量和所述沉积药物颗粒剂量确定实际给药剂量。
可选的，对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型，具体包括：
对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，生成目标区域的三维实心模型；
基于所述三维实心模型确定待输出呼吸系统模型。
可选的，对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，生成目标区域的三维实心模型，具体包括：
对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得鼻腔、口咽、中心气道、支气管及肺部的主、侧、俯视断面影像；
基于医学影像分割算法对所述主、侧、俯视断面影像分割以及逐层细化处理，获得呼吸系统二维影像数据；
采用三维重建算法，基于所述呼吸系统二维影像数据生成目标区域的三维实心模型。
可选的，基于所述三维实心模型确定待输出呼吸系统模型，具体包括：
将所述三维实心模型的几何边界向外拓展设定长度，并进行空心化处理，获得真实呼吸道气流通路；
对所述真实呼吸道气流通路进行区域拆分，肺腔设置为可拆卸结构，布置下呼吸道悬浮颗粒物采样口和动力设备连接口，获得待输出呼吸系统模型。
本发明还提供一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的系统，所述系统包括：
螺旋极速CT机，基于电子计算机断层扫描技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，获得设定数目灰度矩阵排列像素点；
计算机，用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型；
3D打印输出设备，与所述计算机连接，用于采用立体光固化成型法将所述待输出呼吸系统模型进行3D模型打印，获得3D输出目标个体呼吸系统；
呼吸机，分别与所述目标个体呼吸系统的采样口和动力设备连接口连接，用于模拟目标个体呼吸；
颗粒物测量设备，与所述目标个体呼吸系统的采样口连接，用于测量穿透呼吸气流通路进入肺腔的悬浮药物颗粒剂量和肺腔内采样点的沉积药物颗粒剂量；
所述计算机还用于根据所述悬浮药物颗粒剂量和所述沉积药物颗粒剂量确定实际给药剂量。
可选的，所述计算机包括：
三维实心模型生成模块，用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，生成目标区域的三维实心模型；
待输出呼吸系统模型确定模块，用于基于所述三维实心模型确定待输出呼吸系统模型。
可选的，三维实心模型生成模块，具体包括：
断面影像确定单元，用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得鼻腔、口咽、中心气道、支气管及肺部的主、侧、俯视断面影像；
二维影像数据确定单元，用于基于医学影像分割算法对所述主、侧、俯视断面影像分割以及逐层细化处理，获得呼吸系统二维影像数据；
三维实心模型确定单元，用于采用三维重建算法，基于所述呼吸系统二维影像数据生成目标区域的三维实心模型。
可选的，待输出呼吸系统模型确定模块，具体包括：
空心化处理单元，用于将所述三维实心模型的几何边界向外拓展设定长度，并进行空心化处理，获得真实呼吸道气流通路；
待输出呼吸系统模型确定单元，用于对所述真实呼吸道气流通路进行区域拆分，肺腔设置为可拆卸结构，布置下呼吸道悬浮颗粒物采样口和动力设备连接口，获得待输出呼吸系统模型。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法及系统，所述方法包括：基于电子计算机断层扫描技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，获得设定数目灰度矩阵排列像素点；对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型；采用立体光固化成型法将所述待输出呼吸系统模型进行3D模型打印，获得3D输出目标个体呼吸系统；基于所述目标个体呼吸系统模拟目标个体呼吸，测量穿透呼吸气流通路进入肺腔的悬浮药物颗粒剂量和肺腔内采样点的沉积药物颗粒剂量；根据所述悬浮药物颗粒剂量和所述沉积药物颗粒剂量确定实际给药剂量，基于不同目标个体建立不同目标个体呼吸系统，进而提高实际给药剂量测量结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法流程图；
图2为本发明实施例用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的系统结构图；
图3为本发明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4为本发明实施例健康成年男性面部、鼻腔、咽喉、中心气道、前五级支气管以及左右肺叶的二维影像数据示意图；
图5为本发明实施例健康成年男性三维实心模型示意图；
图6为本发明实施例空心化处理后的健康成年男性三维模型示意图；；
图7为本发明实施例健康成年男性待输出呼吸系统模型示意图；
图8为本发明实施例健康成年男性3D输出目标个体呼吸系统示意图；
图9为本发明实施例健康成年女性二维影像数据示意图；
图10为本发明实施例健康成年女性面部、鼻腔、咽喉、中心气道、前五级支气管以及左右肺叶的二维影像数据示意图；
图11为本发明实施例健康成年女性三维实体模型示意图；
图12为本发明实施例健康成年女性待输出呼吸系统模型示意图；
图13为本发明实施例健康成年女性3D输出目标个体呼吸系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法及系统，以提高药物测量的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法流程图，如图1所示，本发明提供一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法，所述方法包括：
步骤S1：基于电子计算机断层扫描技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，获得设定数目灰度矩阵排列像素点。
步骤S2：对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型。
步骤S3：采用立体光固化成型法将所述待输出呼吸系统模型进行3D模型打印，获得3D输出目标个体呼吸系统。
步骤S4：基于所述目标个体呼吸系统模拟目标个体呼吸，测量穿透呼吸气流通路进入肺腔的悬浮药物颗粒剂量和肺腔内采样点的沉积药物颗粒剂量。
步骤S5：根据所述悬浮药物颗粒剂量和所述沉积药物颗粒剂量确定实际给药剂量。
下面对各个步骤进行详细论述：
步骤S2：对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型，具体包括：
步骤S21：对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，生成目标区域的三维实心模型，具体包括：
步骤S211：对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得鼻腔、口咽、中心气道、支气管及肺部的主、侧、俯视断面影像；
步骤S212：基于医学影像分割算法对所述主、侧、俯视断面影像分割以及逐层细化处理，获得呼吸系统二维影像数据；
步骤S213：采用三维重建算法，基于所述呼吸系统二维影像数据生成目标区域的三维实心模型。
步骤S22：基于所述三维实心模型确定待输出呼吸系统模型具体包括：
步骤S221：将所述三维实心模型的几何边界向外拓展设定长度，并进行空心化处理，获得真实呼吸道气流通路；
步骤S222：对所述真实呼吸道气流通路进行区域拆分，肺腔设置为可拆卸结构，布置下呼吸道悬浮颗粒物采样口和动力设备连接口，获得待输出呼吸系统模型。
本发明将肺腔为可拆卸结构，便于布置沉降颗粒物采样点；布置动力设备连接口，模拟产生人体呼吸气流。
图2为本发明实施例用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的系统结构图，如图2所示，本发明还提供一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的系统，所述系统包括：螺旋极速CT机1、计算机2、3D打印输出设备3、呼吸机4和颗粒物测量设备5。
所述螺旋极速CT机1基于电子计算机断层扫描技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，获得设定数目灰度矩阵排列像素点。
本发明为区分目标人群呼吸系统结构差异性，通过医疗机构已经普遍采用的螺旋极速CT机基于电子计算机断层扫描(CT)技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，依据人体不同组织对X线的吸收率与透过率的不同，因此获得一定数目由黑到白不同灰度按矩阵排列的像素点。
所述计算机2用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型；所述计算机2还用于根据所述悬浮药物颗粒剂量和所述沉积药物颗粒剂量确定实际给药剂量。
所述3D打印输出设备3与所述计算机2连接，所述3D打印输出设备3用于采用立体光固化成型法将所述待输出呼吸系统模型进行3D模型打印，获得3D输出目标个体呼吸系统。
所述呼吸机4分别与所述目标个体呼吸系统的采样口和动力设备连接口连接，用于模拟目标个体呼吸。
所述颗粒物测量设备5与所述目标个体呼吸系统的采样口连接，所述颗粒物测量设备5用于测量穿透呼吸气流通路进入肺腔的悬浮药物颗粒剂量和肺腔内采样点的沉积药物颗粒剂量。
作为一种实施方式，本发明所述计算机包括：
三维实心模型生成模块，用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，生成目标区域的三维实心模型；
待输出呼吸系统模型确定模块，用于基于所述三维实心模型确定待输出呼吸系统模型。
三维实心模型生成模块，具体包括：
断面影像确定单元，用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得鼻腔、口咽、中心气道、支气管及肺部的主、侧、俯视断面影像，因此能够快速、便捷地获取高精度个体器官原始二维影像数据，并显示出性别、年龄、健康状况等因素影像下目标人群呼吸系统解剖学结构差异。
二维影像数据确定单元，用于基于医学影像分割算法对所述主、侧、俯视断面影像分割以及逐层细化处理，获得呼吸系统二维影像数据。
本发明基于鼻腔、口咽、呼吸道及肺部给定的灰度值判定阈值范围，经过医学影像分割算法分割处理，并对主视、俯视、侧视三个视窗断层影像数据人工逐层细化处理，去除背景噪声和冗余器官组织结构干扰，获得完整精细的呼吸系统二维影像数据。
三维实心模型确定单元，用于采用三维重建算法，基于所述呼吸系统二维影像数据生成目标区域的三维实心模型。
作为一种实施方式，本发明待输出呼吸系统模型确定模块，具体包括：
空心化处理单元，用于将所述三维实心模型的几何边界向外拓展设定长度，并进行空心化处理，获得真实呼吸道气流通路；
本发明将所述三维实心模型内部做了空心化处理，需要一定的边界厚度来增强可用性，因此在不改变模型几何结构的基础上，将所述三维实心模型的几何边界向外拓展2.0mm长度，也是为了实验时模型具有一定的机械强度，不易损害，具有一定的机械强度，便于实际测量使用，
待输出呼吸系统模型确定单元，用于对所述真实呼吸道气流通路进行区域拆分，肺腔设置为可拆卸结构，布置下呼吸道悬浮颗粒物采样口和动力设备连接口，获得待输出呼吸系统模型，所述待输出呼吸系统模型以stl或obj文件形式输出。
所述立体光固化成型法采用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，使之按照由点到线、由线到面的顺序凝固，完成一个层面的绘图作业，此后按垂直方向移动层片高度，固化另一个层面，周而复始叠加构成3D输出目标个体呼吸系统。目前所述3D打印输出设备3使用的打印材料为液态光敏树脂，其加工速度快，产品生产周期短，无需切削工具与模具，尤其适合于加工复杂的原型和模具。
所述3D打印输出设备3可根据研究目的选择不同种类液态光敏树脂材料，为保证确定下呼吸道实际给药剂量结果的准确性，上呼吸道内部表面应尽可能光滑无静电，以降低由于颗粒物在上呼吸道内壁面沉降引起的下呼吸道测量误差，因此本发明上呼吸道内壁面采用通过国标检测的表面粗糙度小于0.1mm、常温湿条件下气流流过产生的表面静电电量小于0.012μC的材料，确保药物颗粒下呼吸道剂量评价结果的准确性。
依据用户研究需求，3D输出目标个体呼吸系统可分为高透和非透光两种，其中非透光目标个体呼吸系统耐热性较好(热变形温度大于50℃)且不易变形，除适用于实验室，也便于运输携带，为环境温度较高的实际测量提供了保障；高透光目标个体呼吸系统采用进口光敏树脂材料，后期结合手工打磨处理，即使在细小部位也能实现良好的透光性能，契合药物颗粒物可视化研究需求，除用于药物颗粒下呼吸道剂量评价，也可用于颗粒在人体呼吸道内的迁移路径追踪。
本发明公开的技术方案存在以下优点：
1.本发明针对不同年龄、性别、健康状况等目标人群的呼吸特征定制目标个体呼吸系统；制作速度快，CT扫描到系统制作仅需1-2天；模型精度高，较之目前研究中普遍采用的ICRP“平均人”模型，0.5-5.0μm药物颗粒在个体面部黏膜和呼吸道给药剂量的预测精度可提升10-100％。
2.首次建立同时包含真实人体呼吸道和肺腔解剖学结构的目标个体呼吸系统，还原了真实人体呼吸气流通路，可通过外呼吸机模拟鼻腔、口腔和口鼻共同呼吸等呼吸类型。
3.目标个体呼吸系统中的肺腔为可拆卸结构，同时设置多个采样口，可实现同时检测左右肺叶内悬浮颗粒物和沉积颗粒物剂量，获得准确的下呼吸道颗粒物给药剂量；
4.目标个体呼吸系统的材料选择自由度高，可依据实际研究需求定制，且物理性能优秀，高光滑度和低静电量保证了测量结果可靠性高。
实施例一：健康成年男性
人体呼吸系统解剖学结构与性别、年龄、国籍、健康程度、呼吸状态等因素相关，呼吸系统结构是决定药物颗粒在不同目标人群下呼吸道剂量的重要因素。
该案例目标个体为成年健康男性，主要实现的功能为5级以下呼吸道吸入剂量的测量，依据定制者研究需求，另附加颗粒物在目标个体面部黏膜沉积剂量评价功能。
对该目标个体呼吸系统进行CT断层扫描，扫描位置为胸腔以上全部区域，其中黑影表示低吸收区，即低密度区，如含气体多的肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。获得该健康成年男性呼吸过程胸腔以上区域的CT断层扫描图，如图3所示，其中，(a)为侧视图，(b)为主视图；(c)为俯视图。
通过鼻腔、口咽、呼吸道及肺腔的灰度值判定其阈值范围，通过影像分割算法实现二维影像数据快速分割，并对数据逐层细化处理，获得完整精细的面部、鼻腔、咽喉、中心气道、前五级支气管以及左右肺叶的二维影像数据，如图4所示，其中，(a)为侧视图，(b)为主视图；(c)为俯视图，白色为鼻腔，浅灰色为口咽，深灰色为呼吸道，白色为肺腔。
基于三维重建算法生成各部位的三维实心模型，如图5，其中，(a)为面部和肺腔的三维实心模型图，(b)为鼻腔、咽喉和前五级呼吸道的三维实心模型图。
为营造真实呼吸气流通路，在最大限度保留各个器官几何边界的基础上进一步做空心化处理，因此将所述三维实心模型的几何边界向外拓展2.0mm，在原有边界基础上营造2.0mm边界厚度，内部做空心化处理，获得真实呼吸道气流通路，具体如图6所示。
所述真实呼吸道气流通路分为三部分，即面部和主支气管，左右两侧肺腔。由于支气管系统结构复杂，为降低测量中颗粒残留在系统内对之后实验引入的测量误差，便于清洗操作，肺部设计为可拆卸结构，用于测量肺腔内沉积颗粒物剂量，肺腔采用卡槽式连接，测量前可使用胶带密封。
如图7所示，鼻腔、口腔、支气管末端按照实际人体结构做开孔处理，肺部两侧设计有外凸式长10.0mm采样口，为呼吸气流和颗粒物进出通道，可外接动力设备模拟人体呼吸运动，实现鼻腔呼吸、口腔呼吸及口鼻共同呼吸等呼吸方式；肺腔预留悬浮剂量测量通路，用于测量肺腔内部悬浮颗粒物浓度、粒径分布等参数，采样口为外凸式，长10.0mm，为减小气流流动变化对采样的影响，采样点位置为肺底部曲率最小处，即肺腔底部中心位置。
如图8所示，将设计完成的待输出呼吸系统模型转化为3D打印机适用格式，适用格式为stl或obj，本发明使用stl格式。将定制的待输出呼吸系统模型输入3D打印机，打印出该目标个体面部、鼻腔、咽喉、中心气道、前五级支气管以及左右肺叶的立体结构模型。由于该装置拟用于工业厂房环境，环境温度较高，对装置耐热性要求高，且尽可能便于运输携带。因此，该案例中体外测量装置材料选择为白色光敏树脂，经国标检测，该材料表面粗糙度0.1mm，常温湿下，流过样品表面的气流速度为0.4m/s时，表面静电电量0.002μC，具有优秀的光滑度和低静电电量。
通过在左右两侧肺叶布置采样点，获得肺腔内部颗粒物沉积剂量，结合颗粒物悬浮剂量，计算该目标个体下呼吸道颗粒物吸入剂量。同时，该系统面部器官几何结构清晰明确，可通过在特定区域(如面部、唇部等)布置采样点实现颗粒沉积剂量测量分布评价。
实施例二：健康成年女性
该案例目标个体为成年健康女性，主要实现的功能为5级以下呼吸道颗粒物吸入剂量的测量。根据定制者需求，该个性化体外测量装置希望实现人体吸气末口腔给药剂量评价，并同时能够追踪颗粒物迁移路径。依据上述要求，测量模型定制过程如下。
目标个体吸气结束后保持摒气状态，此时肺部扩张达到最大。对该目标个体呼吸系统进行CT断层扫描，扫描位置为口腔至胸腔区域。获得该目标女性吸气末口咽至肺腔三个视窗的二维原始影像。
通过口咽、呼吸道及肺腔的灰度值判定其阈值范围，通过影像分割算法实现二维影像数据快速分割，并对数据逐层细化处理，获得完整精细的口腔、咽喉、中心气道、支气管以及左右肺叶的二维影像数据，如图9所示，其中，(a)为侧视图，(b)为主视图；(c)为俯视图。
基于三维重建算法生成各部位的三维实心模型，如图10所示，其中，(a)为侧视图，(b)为主视图；(c)为俯视图，浅灰色为口咽和呼吸道，深灰色为左右肺叶。
为营造真实呼吸气流通路，在最大限度保留各个器官几何边界的基础上进一步做空心化处理。因此将所述三维实心模型的几何边界向外拓展2.0mm，在原有边界基础上营造2.0mm边界厚度，内部做空心化处理，获得真实呼吸道气流通路，保证各部位之间紧密连接，且无呼吸气流死区，如图11，其中，(a)为肺腔三维实心模型图，(b)为前五级呼吸道三维实心模型图。
所述真实呼吸道气流通路主要拆分为三部分，即口咽呼吸道、左右两侧肺腔。肺部设计为可拆卸结构，采用卡槽式连接，测量前可使用胶带密封。
图12为本发明实施例健康成年女性待输出呼吸系统模型示意图，其中，(a)为侧视图，(b)为主视图；(c)为俯视图，如图12所示，口腔、支气管末端按照实际人体结构做开孔处理，肺部两侧设计有外凸式长10.0mm采样口，为呼吸气流和颗粒物进出通道，可外接体外呼吸设备模拟人体吸气运动，实现口腔呼吸；肺腔预留悬浮剂量测量通路，用于测量肺腔内部悬浮颗粒物浓度、粒径分布等参数，采样口为外凸式，长10.0mm，为减小气流流动变化对采样的影响，采样点位置为肺底部曲率最小处，即肺腔底部中心位置。
如图13所示，将待输出呼吸系统模型转化为stl格式并输入3D打印机，打印出该目标个体口咽、中心气道、支气管以及左右肺叶的立体结构模型。为使其在测量下呼吸道给药剂量的同时，兼具颗粒物迁移路径追踪功能，因此，该案例中体外测量装置材料选择为进口透明光敏树脂，后期结合手工打磨处理，即使在细小部位也能实现良好的透光性能，经国标检测，该材料表面粗糙度0.03mm，常温湿下，流过样品表面的气流速度为0.4m/s时，表面静电电量0.012μC，具有优秀的光滑度和低静电电量。
通过在左右两侧肺叶布置采样点，获得肺腔内部颗粒物沉积剂量，结合颗粒物悬浮剂量，计算该目标个体下呼吸道颗粒物吸入剂量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法，其特征在于，所述方法包括：
基于电子计算机断层扫描技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，获得设定数目灰度矩阵排列像素点；
对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型，具体包括：
对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，生成目标区域的三维实心模型，具体包括：
对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得鼻腔、口咽、中心气道、支气管及肺部的主、侧、俯视断面影像；
基于鼻腔、口咽、呼吸道及肺部给定的灰度值判定阈值范围，并基于医学影像分割算法对所述主、侧、俯视断面影像分割以及逐层细化处理，获得完整精细的面部、鼻腔、咽喉、中心气道、前五级支气管以及左右肺叶的呼吸系统二维影像数据；
采用三维重建算法，基于所述呼吸系统二维影像数据生成目标区域的三维实心模型；
基于所述三维实心模型确定待输出呼吸系统模型；
采用立体光固化成型法将所述待输出呼吸系统模型进行3D模型打印，获得3D输出目标个体呼吸系统；
基于所述目标个体呼吸系统模拟目标个体呼吸，测量穿透呼吸气流通路进入肺腔的悬浮药物颗粒剂量和肺腔内采样点的沉积药物颗粒剂量；
根据所述悬浮药物颗粒剂量和所述沉积药物颗粒剂量确定实际给药剂量。
2.根据权利要求1所述的用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的方法，其特征在于，基于所述三维实心模型确定待输出呼吸系统模型，具体包括：
将所述三维实心模型的几何边界向外拓展设定长度，并进行空心化处理，获得真实呼吸道气流通路；
对所述真实呼吸道气流通路进行区域拆分，肺腔设置为可拆卸结构，布置下呼吸道悬浮颗粒物采样口和动力设备连接口，获得待输出呼吸系统模型。
3.一种实现权利要求1所述的用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量方法的用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的系统，其特征在于，所述系统包括：
螺旋极速CT机，基于电子计算机断层扫描技术对目标个体呼吸系统进行断层扫描，获得设定数目灰度矩阵排列像素点；
计算机，用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得待输出呼吸系统模型；
3D打印输出设备，与所述计算机连接，用于采用立体光固化成型法将所述待输出呼吸系统模型进行3D模型打印，获得3D输出目标个体呼吸系统；
呼吸机，分别与所述目标个体呼吸系统的采样口和动力设备连接口连接，用于模拟目标个体呼吸；
颗粒物测量设备，与所述目标个体呼吸系统的采样口连接，所述颗粒物测量设备用于测量穿透呼吸气流通路进入肺腔的悬浮药物颗粒剂量和肺腔内采样点的沉积药物颗粒剂量；
所述计算机还用于根据所述悬浮药物颗粒剂量和所述沉积药物颗粒剂量确定实际给药剂量。
4.根据权利要求3所述的用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的系统，其特征在于，所述计算机包括：
三维实心模型生成模块，用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，生成目标区域的三维实心模型；
待输出呼吸系统模型确定模块，用于基于所述三维实心模型确定待输出呼吸系统模型。
5.根据权利要求4所述的用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的系统，其特征在于，三维实心模型生成模块，具体包括：
断面影像确定单元，用于对设定数目灰度矩阵排列像素点进行处理，获得鼻腔、口咽、中心气道、支气管及肺部的主、侧、俯视断面影像；
二维影像数据确定单元，用于基于医学影像分割算法对所述主、侧、俯视断面影像分割以及逐层细化处理，获得呼吸系统二维影像数据；
三维实心模型确定单元，用于采用三维重建算法，基于所述呼吸系统二维影像数据生成目标区域的三维实心模型。
6.根据权利要求4所述的用于确定药物颗粒下呼吸道给药剂量的系统，其特征在于，待输出呼吸系统模型确定模块，具体包括：
空心化处理单元，用于将所述三维实心模型的几何边界向外拓展设定长度，并进行空心化处理，获得真实呼吸道气流通路；
待输出呼吸系统模型确定单元，用于对所述真实呼吸道气流通路进行区域拆分，肺腔设置为可拆卸结构，布置下呼吸道悬浮颗粒物采样口和动力设备连接口，获得待输出呼吸系统模型。
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