据世界卫生组织(WHO)统计,全球每年约7%的人口,即400万人由于病毒性呼吸道感染导致死亡。许多流行病学的研究表明,空气中颗粒物的暴露情况与人体发病率和死亡率存在密切联系。因此,当关注与呼吸系统相关的健康问题时,确定颗粒物在呼吸道运输过程中的剂量就显得格外重要。下呼吸暴露量指的是可以到达下呼吸道(下呼吸道是包括细支气管以及肺泡在内的呼吸道结构)的颗粒物的总量。呼吸活动是人体维持生命特征所需的最基本的生理功能,同时也是影响颗粒物在人体呼吸道暴露情况的主要因素之一,因此研究呼吸强度对颗粒物在人体下呼吸道暴露量的影响十分重要。本文基于真实人体呼吸道的300张CT扫描图像,建立了8级的呼吸道模型,并利用医学软件Materialise Mimics 17在CT扫描数据的基础上进行三维重建,最后利用3D打印技术并使用光敏树脂材料制作与真实人体呼吸道几何边界高度相似的呼吸道模型。实验过程中将呼吸道模型与可提供连续呼吸气流的人工肺连接,并在全尺寸超洁净的环境舱内测试在释放单一粒径的颗粒物(即单分散颗粒物)时,呼吸区位置以及呼吸道模型末端颗粒物的数量,以此表征颗粒物在下呼吸道暴露情况。本文选定分钟通气量、呼吸频率作为表征呼吸强度的影响参数,分别与男性、女性在平躺、静坐与站立状态时的呼吸参数相对应,研究在呼吸强度与颗粒物在下呼吸道暴露量的定性定量关系。将呼吸系统划分为不同的控制区域,并基于浓度平衡方程对颗粒物在呼吸道内运输情况建立数学模型,利用MATLAB软件进行颗粒物暴露量求解分析。结果显示理论解与实测值基本吻合,表明所建立的数学模型运行结果可靠。可以利用该数学模型将前人关于颗粒物在呼吸道内的沉积研究结果进一步计算得到下呼吸道暴露量,为通风控制、疾病预测以及吸入式送药提供剂量参考依据。本文提出了一种新的研究方法确定颗粒物在人体呼吸道的暴露情况,并通过实验研究得到了男性、女性在不同活动状态下颗粒物在下呼吸道的暴露量,同时发现:对于5μm颗粒物的来说,在下呼吸道的暴露量与呼吸区位置处颗粒物总数量的比值小于4%,认为5μm颗粒物已经接近能在下呼吸道形成暴露的上限;在平躺、静坐、站立三种活动状态下,对于女性来说,呼吸强度的增加颗粒物在下呼吸道暴露量也随之增加,而对于男性来说,呼吸强度的增加并不一定带来颗粒物在下呼吸道暴露量的增加;颗粒物在下呼吸道的暴露量与呼吸道沉降量之和并不等于颗粒物的吸入量,但可以通过数学模型预测出给定沉降比的下呼吸道颗粒物的暴露量。