气载放射性微粒在真实人体上呼吸道模型内沉积特性的研究

基于人体医学CT扫描,重建得到"鼻腔-咽喉主气管-六级支气管"三维几何模型;采用大涡模拟和离散相模型的描述颗粒运动,并在拉格朗日框架下跟踪颗粒。考察了四种气载放射性微粒在典型呼吸强度下的运动和沉积。结果表明:在各工况下,气载放射性颗粒在呼吸道内运动受流道变化、缩放效应、呼吸强度和阻流面等影响较大,均呈现出明显的积聚性和沉积的高度不均匀性,易形成局部沉积热点。在4个弯曲面、2个缩放管结构区域以及支管分叉面出现大量颗粒沉积。气载放射性颗粒的沉积热点区域将导致人体组织细胞的应激反应,造成组织和器官的辐射损伤。颗粒的沉积率随粒径和呼吸强度的增加而增加,但粒径小于0.5μm后,沉积率呈相反趋势。大颗粒在呼吸道内受流道变化、呼吸强度和阻流效应等影响较大,小颗粒受布朗运动和斯坦夫升力影响更显著。