一种体外仿生吸入呼出系统的制作方法

1.本发明涉及一种体外仿生吸入呼出系统，属于吸入暴露领域。

背景技术：

2.吸烟机是根据设定的吸烟参数系统地产生烟雾用于实验室测试。目前，现有的吸烟机设定的吸烟参数主要是与抽吸行为有关的抽吸量、抽吸持续时间、抽吸间隔和抽吸次数，并没有设置吸烟者在吸烟行为过程中的呼吸行为参数，即吸气量、吸气时间、呼气量、呼出时间、吸气频率、呼气频率等。利用现有的吸烟机进行全烟气细胞暴露实验时，由于吸烟机没有设定呼吸行为参数，在吸烟抽吸间隔中持续通入空气和抽出空气的方式以维持暴露仓内细胞的空气供给，与细胞实际经历的机体吸气和呼气的过程差异很大；另外，在烟气引入暴露仓前，通常是有目的的利用空气对烟气进行梯度稀释，这与吸烟过程中伴随呼吸，利用呼吸时吸气的特定容量(潮气量)对烟气进行稀释偏差较大。因此，由此对细胞进行的全烟气暴露实验不能模拟细胞经历的真实吸烟过程的烟气暴露环境，在用其评价体外烟气毒性效应时，其获取的剂量效应关系与人体真实剂量效应关系存在较大偏差。
3.目前，利用气-液界面方式对细胞进行暴露实验研究pm2.5、药物、环境中有毒气体的生物学和毒理学效应时，与全烟气细胞暴露实验类似，通常利用空气有目的的对受试物进行梯度稀释，持续暴露，这里没有模拟人体通过一吸一呼的呼吸过程暴露这些外源物质，也没有考虑吸气时吸入的潮气量对这些物质的暴露量的影响，在用其评价体外气溶胶毒性效应时，其获取的剂量效应关系与人体真实剂量效应关系存在较大偏差。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种体外仿生吸入呼出系统，用以提供一种结构简单且能够模拟各种吸入和呼出模式的体外仿生吸入呼出系统。
5.为实现上述目的，本发明的方案和有益效果包括：
6.本发明的一种体外仿生吸入呼出系统，包括控制单元、多条模拟管路、呼吸动力装置和选通装置；所述多条模拟管路包括用于模拟鼻腔的鼻端管路、用于模拟口腔的口端管路和用于模拟气管的气管端管路；所述选通装置包括多个控制阀，用于实现三条模拟管路之间的连通；所述呼吸动力装置用于提供气体在三条模拟管路之间流动的动力；鼻端管路的一端和/或口端管路的一端用于连接气源，鼻端管路的另一端和口端管路的另一端均通过选通装置连接气管端管路的一端；所述控制单元控制连接呼吸动力装置和选通装置，以通过控制选通装置开关和/或换向、以及呼吸动力装置动作，来改变三条模拟管路之间的相互连通方式以及三条模拟管路中的气体流动方向，从而实现模拟不同的吸入呼出模式。
7.上述技术方案的有益效果为：本发明提供了一种体外仿生吸入呼出系统，该系统中设置有多条模拟管路，分别为鼻端管路、口端管路和气管端管路，还设置有为将气体吸入和呼出提供动力的呼吸动力装置，鼻端管路、口端管路、气管端管路之间通过选通装置连通。通过控制单元控制选通装置的通断和换向，并配合呼吸动力装置动作，可以实现鼻端管
路、口端管路和气管端管路之间多种不同的相互连通方式，包括鼻端管路和口端管路连通、鼻端管路和气管端管路连通、口端管路和气管端管路连通、三条模拟管路均连通这四种不同的连通方式，同时，呼吸动力装置的抽吸动作配合选通装置可改变连通的模拟管路中气体流动方向，以实现气管端管路的进气/出气、口端管路的进气/出气、以及鼻端管路的进气/出气，达到模拟人体呼吸时的各种不同的吸入和呼出方式的目的，以在体外模拟人体真实的吸入和呼出过程，为暴露实现提供了一种更加仿生的暴露平台。
8.进一步地，所述气源包括洁净空气源和气溶胶源，所述体外仿生吸入呼出系统还包括空气支路、气溶胶支路和排气支路；鼻端管路的一端和/或口端管路的一端通过空气支路连接所述洁净空气源，鼻端管路的一端和/或口端管路的一端还通过气溶胶支路连接所述气溶胶源，鼻端管路的一端和/或口端管路的一端还通过所述排气支路进行排气。
9.上述技术方案的有益效果为：这里气源设置为两种，分别为空气源和气溶胶源，在模拟人体吸入和呼出过程中，可使仅洁净空气通入口端管路和/或鼻端管路，以实现模拟一般吸入和呼出模式，也可使洁净空气和气溶胶均通入口端管路和/或鼻端管路，以实现模拟特殊吸入和呼出模式从而更加全面的模拟人体各种不同的吸入和呼出情况。
10.进一步地，所述呼吸动力装置与所述多条模拟管路连接，且连接方式为以下多种方式中的任一种：与鼻端管路的一端和/或口管端管路的一端连接，与鼻端管路的另一端和/或口端管路的另一端均连接，与气管端管路的一端连接，与气管端管路的另一端连接。
11.上述技术方案的有益效果为：可根据需求灵活调整呼吸动力装置的位置，且设置在不同的地方都能相应的提供呼吸的动力。
12.进一步地，所述体外仿生吸入呼出系统还包括与呼吸动力装置互为备用的第二个呼吸动力装置，第二个呼吸动力装置与所述多条模拟管路连接，且连接方式为以下多种方式中的任一种：与鼻端管路的一端和/或口管端管路的一端连接，与鼻端管路的另一端和/或口端管路的另一端均连接，与气管端管路的一端连接，与气管端管路的另一端连接。
13.上述技术方案的有益效果为：作为备用还设置了第二个呼吸动力装置，两个相互备用，提高了系统的稳定性和可靠性。
14.进一步地，所述体外仿生吸入呼出系统还包括中间进出气管路，所述中间进出气管路的一端用于与大气连通，另一端与呼吸动力装置和相应模拟管路之间的连接管路连接。
15.上述技术方案的有益效果为：呼吸动力装置和相应模拟管路之间的连接管路上连接有一条进出气管路，该进出气管路可以模拟直接通过人体气管通入气体的情况。
16.进一步地，所述吸入呼出模式包括经过气管端的吸入呼出模式，所述经过气管端的吸入呼出模式包括吸入阶段和呼出阶段；所述经过气管端的吸入呼出模式的吸入阶段的过程包括：使空气支路和/或气溶胶支路、鼻端管路和/或口端管路、气管端管路之间相互连通，以将设定吸入量的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路送入气管端管路；所述经过气管端的吸入呼出模式的呼出阶段的过程包括：使气管端管路、鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路之间相互连通，以将设定呼出量的洁净空气和/或气溶胶从气管端管路依次经过鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路排出。
17.上述技术方案的有益效果为：在一次吸入呼出行为的不同阶段(包括吸入阶段和呼出阶段)，设置空气支路、气溶胶支路、鼻端管路、口端管路、气管端管路、排气支路之间不
同的连通方式，同时配合气体在不同管路中的流动方式，实现模拟人体不同的吸入呼出模式。
18.进一步地，所述吸入呼出模式包括不经过气管端的吸入呼出模式，所述不经过气管端的吸入呼出模式包括吸入阶段和呼出阶段；所述不经过气管端的吸入呼出模式的吸入阶段的过程包括：使空气支路和/或气溶胶支路、鼻端管路和/或口端管路之间相互连通，以将设定吸入量的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路送入；所述不经过气管端的吸入呼出模式的呼出阶段的过程包括：使鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路之间相互连通，以将设定呼出量的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路经过空气支路和/或排气支路排出。
19.上述技术方案的有益效果为：在一次吸入呼出行为的不同阶段(包括吸入阶段和呼出阶段)，设置空气支路、气溶胶支路、鼻端管路、口端管路、排气支路之间不同的连通方式，同时配合气体在不同管路中的流动方式，实现模拟人体不同的吸入呼出模式。
20.进一步地，所述呼吸动力装置与鼻端管路的另一端和口端管路的另一端均连接，或者与气管端管路的一端连接；所述吸入呼出模式包括经过气管端的吸入呼出模式，所述经过气管端的吸入呼出模式包括吸入阶段和呼出阶段；所述吸入阶段的过程为如下两种过程中的任一过程：
21.第一种过程，先使空气支路和/或气溶胶支路、鼻端管路和/或口端管路、呼吸动力装置之间相互连通，以将设定第一吸入量v1的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路送入呼吸动力装置；再使中间进出气管路、呼吸动力装置之间相互连通，以将设定吸入差异量v2-v1的空气从中间进出气管路送入呼吸动力装置，v2为设定第二吸入量，且v2＞v1；最后将设定第二吸入量v2的洁净空气和/或气溶胶从呼吸动力装置送入气管端管路；
22.第二种过程，先使空气支路和/或气溶胶支路、鼻端管路和/或口端管路、呼吸动力装置之间相互连通，以将设定第一吸入量v1的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路送入呼吸动力装置；再将设定第二吸入量v2的洁净空气和/或气溶胶从呼吸动力装置送入气管端管路，v2≤v1；
23.所述呼出阶段的过程包括：先使气管端管路、呼吸动力装置之间相互连通，以将设定第一呼出量v3的洁净空气和/或气溶胶从气管端管路排出至呼吸动力装置；再使呼吸动力装置、鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路之间相互连通，以将第二设定呼出量v4的洁净空气和/或气溶胶从呼吸动力装置依次经过鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路排出。
24.上述技术方案的有益效果为：在一次吸入呼出行为的不同阶段(包括吸入阶段和呼出阶段)，设置空气支路、气溶胶支路、鼻端管路、口端管路、气管端管路、中间进出气管路、排气支路之间不同的连通方式，同时配合气体在不同管路中的流动方式，实现模拟人体不同的吸入呼出模式。
25.进一步地，在经过气管端的吸入呼出模式的吸入阶段和呼出阶段需分别统计吸入用时和呼出用时，且在吸入阶段结束后，依据设定的屏气时间来控制呼出阶段开始。
26.上述技术方案的有益效果为：在一次吸入呼出行为的吸入阶段和呼出阶段之间设置有一段暂停时间，该暂停时间即为设定的屏气时间，可以模拟人体间歇式吸入呼出的情况。
27.进一步地，在不经过气管端的吸入呼出模式的吸入阶段和呼出阶段需分别统计吸入用时和呼出用时，且在吸入阶段结束后，依据设定的屏气时间来控制呼出阶段开始。
28.上述技术方案的有益效果为：在一次吸入呼出行为的吸入阶段和呼出阶段之间设置有一段暂停时间，该暂停时间即为设定的屏气时间，可以模拟人体间歇式吸入呼出的情况。
29.进一步地，所述多个控制阀均为开关阀，所述开关阀为仅具备开、关和开度调节功能的阀门；或者所述多个控制阀中部分控制阀为开关阀，另一部分控制阀为多位多通换向阀；或者所述多个控制阀均为多位多通换向阀。
30.上述技术方案的有益效果为：控制阀采用开关阀或多位多通换向阀，为系统提供多种可行的解决方案。
31.进一步地，所述多个控制阀均为多位多通换向阀，所述多条模拟管路还包括用于模拟咽喉的咽喉管路，所述多个控制阀包括第一多位多通换向阀和第二多位多通换向阀；鼻端管路的另一端和口端管路的另一端均通过第一多位多通换向阀连接至咽喉管路的一端，咽喉管路的另一端通过第二多位多通换向阀连接气管端管路的一端。
32.上述技术方案的有益效果为：进设置两个多位多通换向阀便可实现多条模拟管路之间不同的连通方式，设置控制阀数量较少，使整个系统结构较为简单。
33.进一步地，所述控制单元还控制选通装置的开度和开关时间，以实现模拟不同吸入呼出模式下的吸入呼出行为参数，所述吸入呼出行为参数包括吸入量、吸入时间、呼出量、呼出时间、吸入频率、呼出频率、屏气时间、吸入波形和呼出波形中的至少一种，所述吸入时间包括第n次吸入开始时间、第n次吸入结束时间、第n次吸入间隔时间和吸入持续时间，所述呼出时间包括持第n次呼出开始时间、第n次呼出结束时间、第n次呼出间隔时间和呼出持续时间，所述屏气时间为一次吸入呼出行为过程中吸入阶段结束与呼出阶段开始之前持续的时长，所述间隔时间为一次吸入呼出行为结束与下一次吸入呼出行为开始之间持续的时长。
34.上述技术方案的有益效果为：通过控制选通装置的开度和开关时间可以模拟不同吸入呼出模式下不同的吸入、呼出行为参数，从而使得模拟的吸入呼出方式更贴合实际。
35.进一步地，所述呼吸动力装置为活塞抽拉装置。
36.上述技术方案的有益效果为：活塞抽拉装置更为简便易控制的提供吸入呼出的动力。
37.进一步地，在某一种吸入呼出模式所模拟的吸入呼出行为结束后，根据设定的吸入呼出频率和下一吸入呼出模式来模拟下一次的吸入呼出行为。
附图说明
38.图1是本发明的体外仿生吸入呼出系统的结构图；
39.其中，1为时控电动气缸单元，1-1为针筒通气口，1-2为活塞，1-3为电动单元，1-4为针筒，2-1为第一阀门，2-2为第二阀门，2-4为第三阀门，3-1为第四阀门，3-2为第五阀门，3-3为第六阀门，4为鼻端管路，5为口端管路，6为气管端管路，7为咽喉管路，8为辅助时控电动气缸单元，9为控制单元，10-1为第七阀门，11-1为第八阀门，11-2为第九阀门，11-3为第十阀门，11-4为第十一阀门，12-1为第十三阀门，12-2为第十二阀门。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
41.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
42.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
43.系统实施例：
44.本发明提供一种体外仿生吸入呼出系统，根据设定的吸入行为和呼出行为的相关参数，该系统中设置有控制单元、呼吸动力装置、选通装置以及多条模拟管路，控制单元按照提供的相关参数对呼吸动力装置和选通装置进行控制，以改变多条模拟管路之间相互的连通方式以及模拟管路中气体的流动方向，从而实现模拟吸入呼出过程中的气体分流分配以及气路转换。这里的多条模拟管路包括模拟鼻腔的鼻端管路、模拟口腔的口端管路、模拟气管的气管端管路、模拟咽喉的咽喉管路，选通装置包括多个控制阀，多条模拟管路、多个控制阀以及呼吸动力装置的具体连接多种多样，下面具体介绍。
45.本发明的体外仿生吸入呼出系统的具体结构如图1所示，包括鼻端管路4和口端管路5，鼻端管路4和口端管路5下游交汇处连接咽喉管路7的一端，咽喉管路7的另一端连接有气管端管路6。
46.本实施例中，为仿生人体口端和鼻端的呼吸过程中提供动力的呼吸动力装置是活塞推拉装置，包括本实施例中的时控电动气缸单元1，时控电动气缸单元1通过连接管路连接至咽喉管路7与气管端管路6的连接点。时控电动气缸单元1由针筒通气口1-1、针筒1-4、活塞1-2和电动单元1-3组成，活塞1-2包括活塞头和拉杆。活塞头与针筒内截面面积一致，保证活塞与针筒腔间不漏气，活塞材质有弹性且光滑；拉杆与活塞头内中心连接，一侧与电动单元1-3连接，拉杆为直杆，配合电动单元推拉活塞使针筒进气或出气。针筒1-4的量程范围为0-5000ml、精度0.05-5ml、频率0-100次/min，推拉波形可为钟型、正弦、三角波、方波、呼吸波形及自定义波形，拉动时间0-60s、精度0.01s，推动时间0-60s、精度0.01s，推、拉时间间隔0-30min、精度0.01s，两次推拉间隔0-2h、精度0.01s，可由时间、压力、容量控制推拉启动，推、拉流量0-120l/min。针筒圆周材质为透明玻璃；针筒通气口1-1材质为可塑性、坚固、内表面平滑、化学性质稳定的不易发生化学反应的材质，本实施例中采用的是玻璃。活
塞头外表面为橡胶体，内部为坚硬结构的不锈钢，活塞杆为坚硬结构的不锈钢。时控电动气缸单元内还设置有流量计，用于控制气体吸入和呼出量。作为其他实施方式，拉杆也可为弯折杆；针筒圆周材质也可以为坚硬塑料或不锈钢等金属；针筒通气口也可以为坚硬塑料或不锈钢等金属。而且，为了保证系统的安全可靠运作，在系统中还设置有辅助时控电动气缸单元8，辅助时控电动气缸单元8通过连接管路连接至鼻端管路4和口端管路5下游交汇处。辅助时控电动气缸单元8的具体结构同时控电动气缸单元1相同，这里不再赘述。辅助时控电动气缸单元8与时控电动气缸单元1互为备用，在其中一个无法正常工作时选择另一个来提供呼吸动力。作为其他实施方式，辅助时控电动气缸单元8和时控电动气缸单元1均还可选择现有技术的其他能够提供呼吸动力的装置，例如真空发生器集成装置。需说明的是，本实施例中以时控电动气缸单元1为主要的提供呼吸动力的装置进行介绍，相应的后续介绍各种不同的呼吸模式时同样选择时控电动气缸单元1作为整个系统中的呼吸动力装置。为实现上述介绍的鼻端管路4、口端管路5、咽喉管路7、气管端管路6、时控电动气缸单元1之间不同的连通方式，设置有第一阀门2-1、第三阀门2-4、第四阀门3-1、第五阀门3-2、第六阀门3-3、第十三阀门12-1、以及第十二阀门12-2。第一阀门2-1打开可以使得鼻端管路4和咽喉管路7连通，以模拟人体利用鼻端的吸入或呼出；第三阀门2-4打开可以使得口端管路5和咽喉管路7连通，以模拟人体利用口端管路的吸入或呼出；第五阀门3-2、第十三阀门12-1和第四阀门3-1打开可以使得时控电动气缸单元1和咽喉管路7连通；第五阀门3-2、第十三阀门12-1和第六阀门3-3打开可以使得时控电动气缸单元1和气管端管路6连通。
47.鼻端管路4在连接空气的进气端设置有腔体结构，该腔体结构可为任意形状。鼻端管路的管路口上设置有一路管路为第一管路，在第一管路上设置有第七阀门10-1，以控制第一管路的通断。鼻端管路4为化学性质稳定的材质，本实施例中采用的是玻璃，作为其他实施方式也可以采用塑料、金属或打印材料。鼻端管路4利用第一管路进行鼻端的吸入或呼出，作为其他实施方式，可以设置独立的两路管路，一路用于鼻端吸入，一路用于鼻端呼出，亦或者，鼻吸管路(即吸入气体时的鼻端管路)和鼻呼管路(即呼出气体时的鼻端管路)以y型形状或三通以上形状连接鼻端管路的腔体结构。
48.口端管路5的管路口连接总支路的一端，总支路上设置有第八阀门11-1，总支路的另一端通过控制支路连接空气源，用于向口端管路5中通入洁净空气，总支路的另一端还通过气溶胶支路连接气溶胶源，用于向口端管路5中通入气溶胶，总支路的另一端还通过排气支路与外界连通实现排出残余气体。空气支路上设置有第九阀门11-2，气溶胶支路上设置有第十阀门11-3，排气支路上设置有第十一阀门11-4，第九阀门11-2、第十阀门11-3和第十一阀门11-4分别用于控制空气支路、气溶胶支路和排气支路的通断。本实施例中，空气源支路不仅可以吸入洁净空气，还可以用于排出残余气体。
49.本实施例中，口端管路的左侧(为图1中的方向)连接有三条管路(分别为空气支路、气溶胶支路和排气支路)，鼻端管路的左侧(为图1中的方向)连接有一条管路(为第一管路)，且第一管路是与外界直接连通的。作为其他实施方式，第一管路的不与鼻端管路4连接的一端可连接至总支路，这样一来，鼻端管路和口端管路共用一套气源，并共用一条排气支路实现排出残余气体。
50.气管端管路6和咽喉管路7均为化学性质稳定的材质，本实施例中采用的是玻璃，作为其他实施方式，还可采用橡胶、塑料、金属或打印材料。
51.而且，在时控电动气缸单元1和咽喉管路7另一端之间的连接管路上连接中间进出气管路，中间进出气管路上设置有第十二阀门12-2，可直接向气管端管路中通入空气，或者直接排出气体。
52.控制单元9可根据实际仿生情况设置吸入呼出的方式，设置吸入呼出的行为参数，包括吸气量、吸气持续时间、呼出量、呼出持续时间、屏气时间(一次吸入呼出行为过程中吸入阶段结束与呼出阶段开始之前持续的时长)、呼吸频率(即呼吸间隔时间，为一次吸入呼出行为结束与下一次吸入呼出行为开始之间持续的时长)、抽吸量、抽吸次数，以及吸入、呼出和各种行为动作间的开始时间、结束时间和时间间隔。需说明的是，一个吸入阶段可包含多次吸入过程，即进行了多次吸入后才开始进入呼出阶段，因此这里的定义的吸入阶段的开始时间、结束时间和时间间隔应当包含每一次吸入过程的吸入开始时间、吸入结束时间和吸入间隔时间。一个呼出阶段同理，呼出阶段的开始时间、结束时间和时间间隔应当包含每一次呼出过程的呼出开始时间、呼出结束时间和呼出间隔时间。根据行为参数控制单元9控制时控电动气缸单元1或辅助时控电动气缸单元8中活塞动作，还控制连接第一阀门2-1、第二阀门2-2、第三阀门2-4、第四阀门3-1、第五阀门3-2、第六阀门3-3、第七阀门10-1、第八阀门11-1、第九阀门11-2、第十阀门11-3、第十一阀门11-4、第十二阀门12-2、以及第十三阀门12-1，控制单元9可控制这些阀门的开关状态以及开度。
53.本实施例中，涉及的多个阀门均为电磁阀，仅为具备开和关功能的阀门，以便于实现自动控制。作为其他实施方式，这些阀门可集成设置为多位多通换向阀，例如，第四阀门3-1、第五阀门3-2和第六阀门3-3可集成设置为一个多位多通换向阀，第一阀门2-1、第二阀门2-2和第三阀门2-4可集成设置为一个多位多通换向阀，第八阀门11-1、第九阀门11-2、第十阀门11-3和第十一阀门11-4可集成设置为一个多位多通换向阀。
54.本实施例中，时控电动气缸单元1与咽喉管路7的另一端连接。当然，时控电动气缸单元1在整个体外仿生吸入呼出系统中的设置位置也是多种多样的，例如，时控电动气缸单元1可与气管端管路的下方(图1中的方向)连接，时控电动气缸单元1也可连接至第八阀门11-1所在的总支路上。这几种位置均可实现为整个体外仿生吸入呼出系统中的吸入和呼出动作提供动力。
55.下面针对当时控电动气缸单元1设置于不同位置时的不同情况，对一次吸入呼出过程做一简单介绍，且吸入呼出过程中气体均经过气管端管路。
56.①
当时控电动气缸单元1的设置位置如图1中所示时，首先，控制单元9控制电动单元1-3驱动活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，使气体依次通过鼻端管路和/或口端管路、咽喉管路7进入针筒1-4中；接着控制单元控制活塞1-2向针筒通气口1-1的方向移动，使气体通过针筒1-4进入气管端管路6中，由此完成气体吸入过程。然后，控制单元9控制活塞1-2向电动单元1-3方向移动，使气体由气管端管路6进入针筒1-4中；接着控制单元9控制活塞1-2向针筒通气口1-1的方向移动，使气体由针筒1-4对应进入鼻端管路和/或口端管路，由此完成气体呼出过程。
57.②
当时控电动气缸单元1设置在气管端管路的下方时，首先，控制单元9控制活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，使气体直接通过鼻端管路和/或口端管路进入气管端管路6及下面连接单元和针筒，以此完成气体吸入过程；然后，控制单元9控制活塞1-2向针筒通气口1-1的方向移动，使气体由下面连接单元经过气管端管路6对应进入鼻端管路和/或口端
管路，由此完成气体呼出过程。连接单元可以是肺组织或针筒；当连接单元为肺组织时，针筒连接在肺组织外的胸廓单元上，控制单元9控制活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，使胸廓单元压力变小，引起肺组织扩张进一步带动气体通过鼻端管路和/或口端管路进入气管端管路6及肺组织单元，以此完成气体吸入过程；然后，控制单元9控制活塞1-2向针筒通气口1-1的方向移动，使胸廓单元压力变大，引起肺组织收缩进一步带动气体经过气管端管路6对应进入鼻端管路和/或口端管路，由此完成气体呼出过程。
58.③
当时控电动气缸单元1连接至第八阀门11-1所在的总支路上时，首先，控制单元9控制活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，使气体进入针筒1-4；接着控制单元9控制活塞1-2向针筒通气口1-1的方向移动，使气体通过针筒1-4进入鼻端管路和/或口端管路，并由鼻端管路和/或口端管路经过咽喉管路7进入气管端管路6，由此完成气体吸入过程。然后，控制单元9控制活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，使气体由气管端管路6依次经过咽喉管路7、鼻端管路和/或口端管路进入针筒1-4中，接着控制单元控制活塞1-2向针筒通气口1-1的方向移动，使气体通过针筒1-4通过第十二阀门12-2排出气体，由此完成气体呼出过程。
59.在利用本发明提供的体外仿生吸入呼出系统进行人体模拟仿生时，包括人体的一般呼吸模式、人体的特殊呼吸模式。一般呼吸模式中吸入和呼出的均为洁净空气，特殊呼吸模式中吸入和呼出的为气溶胶加洁净空气。下面对各种吸入呼出模式进行详细介绍，且体外仿生吸入呼出系统中各部件的连接方式如图1所示，使用时控电动气缸单元1来为整个吸入呼出提供动力。需说明的是，将时控电动气缸单元设置于其他位置时所对应的吸入呼出模式，与时控电动气缸单元设置于图1所示位置所对应的吸入呼出模式的原理是相同的，本实施例中不再赘述。
[0060]ⅰ、利用本发明提供的仿生吸入呼出系统模拟人体的一般呼吸模式分为经过气管端的呼吸模式和不经过气管端的呼吸模式。
[0061]
1、经过气管端的呼吸模式分别为不同吸入和呼出方式的随机组合，不同吸入方式包括以下三种：经过鼻端吸入、经过口端吸入、经过鼻端和口端吸入；不同呼出方式包括以下三种：经过鼻端呼出、经过口端呼出、经过鼻端和口端呼出。具体为：
[0062]
1)经过鼻端吸入气体。
[0063]
气体经过鼻端进入时，时控电动气缸单元1参数已根据实际仿生情况进行设定并处于复位状态，复位状态指活塞1-2处于针筒通气口1-1处。控制单元9控制第七阀门10-1、第一阀门2-1、第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，此时鼻端管路4经咽喉管路7和时控电动气缸单元1连通，电动单元1-3驱使活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，则气体经过鼻端吸入至时控电动气缸单元1。吸入至时控电动气缸单元1的气体体积v1-1、持续吸入气体的时间t1-1、吸入气体的流量波形和开始时间可根据仿生情况进行具体设置，当时控电动气缸单元内的气体量达到预设的气体体积和时间时，该动作停止。
[0064]
2)经过口端吸入气体。
[0065]
与经过鼻端吸入气体的控制方式相类似，不同点在于控制单元9控制第九阀门11-2、第八阀门11-1、第三阀门2-4、第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，此时口端管路5经咽喉管路7和时控电动气缸单元1连通，电动单元1-3驱使活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，则气体经过口端吸入至时控电动气缸单元1。吸入时控电动气缸单元的气体体积v1-2、持续吸入气体的时间t1-2、吸入气体的流量波形和开始时间可根据仿生情况进行
具体设置，当时控电动气缸单元内的气体量达到预设的气体体积和时间时，相关阀关闭且活塞移动停止。
[0066]
3)经过鼻端和口端吸入气体。
[0067]
鼻端和口端吸入气体结合口端吸入气体和鼻端吸入气体的整个过程，控制单元9控制第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开。在鼻端和口端吸入气体时，可以鼻端管路和口端管路同时吸入气体，也可以鼻端管路和口端管路吸入气体前后具有一定的时间差。因此，控制单元9根据设定的口端吸入气体的开始时间控制第九阀门11-2、第八阀门11-1和第三阀门2-4打开，按照设置经口端吸入的气体体积v1-3、持续吸入的时间t1-3和吸入气体的流量波形等进行具体设置；控制单元9根据设定的鼻端吸入气体的开始时间控制第七阀门10-1和第一阀门2-1打开，按照设置经鼻端吸入的气体体积v1-4、持续吸入的时间t1-4和吸入气体的流量波形等进行具体设置。当口端、鼻端达到设定的气体体积和时间时，相关阀关闭且活塞移动停止。因此，当鼻端和口端同时吸入气体时，且t1-3＝t1-4，则经鼻端和口端吸入气体的总时间为t
总1
＝t1-3＝t1-4；当鼻端和口端同时吸入气体，但t1-3＞t1-4，则经鼻端和口端吸入气体的总时间为t
总1
＝t1-3；当鼻端和口端同时吸入气体，但t1-4＞t1-3，则经鼻端和口端吸入气体的总时间为t
总1
＝t1-4；当鼻端和口端没有同时吸入气体，且二者时间差相差为t时，则经鼻端和口端吸入气体的总时间为t
总1
＝t1-3+t1-4－t。吸入气体的体积为v
总1
＝v1-3+v1-4。
[0068]
以上为经过气管端的呼吸模式的三种吸入方式，不论经过鼻端管路、口端管路还是经过鼻端管路和口端管路吸入气体，气体进入时控电动气缸单元1后均会进入气管端管路6。根据实际情况设定进入气管端管路气体的体积为v
气管
，经过鼻端管路、口端管路、或者鼻端管路和口端管路吸入气体的体积为v
吸入
。
①
当v
气管
＜v
吸入
时，此时，经过一定的间隔时间t2-4，控制单元9控制第四阀门3-1关闭、第五阀门3-2打开、第六阀门3-3打开。电动单元1-3驱使活塞1-2向第十三阀门12-1方向移动，使气体由时控电动单元1到达气管端管路6中。气体从时控电动气缸单元1到达气管端管路中持续时间为t2-1。
②
当v
气管
＞v
吸入
时，经过鼻端管路、口端管路以及鼻端管路和口端管路吸入气体体积不能满足气管端管路吸入气体的体积，此时控制单元9控制第十二阀门12-2打开、第四阀门3-1和第五阀门3-2关闭，电动单元1-3驱使活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，通过十二阀门12-2所在的中间进出气管路吸入v
气管-v
吸入
的气体，并记录当前用时t2-2，然后经过一定的间隔时间t2-4，控制十二阀门12-2关闭，第五阀门3-2打开，活塞1-2在电动单元1-3的驱动作用下，向针筒通气口1-1的方向移动，从而达到设定的吸入气体体积v
气管
，并记录当前用时t2-3。因此，在v
气管
＞v
吸入
时，气体从时控电动气缸单元1到达气管端管路6中持续时间为t2-3。
[0069]
气体进入气管端管路6后会根据需要设定屏气时间t3-1模拟人体屏气，然后需要经过鼻端、口端、或者鼻端和口端排出气体，在排出气体前需要将气体通过气管端管路6排出进入时控电动气缸单元1。此时，电动单元1-3驱使活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，气体从气管端管路6进入时控电动气缸单元1，所用时间为t3-2。因此，气体从气管端管路进入时控电动气缸单元所持续时间为t3＝t3-2。
[0070]
然后，气体再经过以下三种方式将气体排出体外。
[0071]
4)经过鼻端呼出气体。
[0072]
气体通过时控电动气缸单元1和鼻端管路4排出体外时，控制单元9控制第六阀门
3-3和第三阀门2-4关闭，控制第七阀门10-1、第一阀门2-1、第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，电动单元1-3驱使活塞1-2向针筒通气口1-1方向移动，气体经过咽喉管路7进入鼻端管路4，通过鼻端管路4排出体外。经由鼻端管路4排出体外的气体体积为v4-1，持续时间为t4-1。
[0073]
5)经过口端呼出气体。
[0074]
气体通过时控电动气缸单元1和口端管路5排出体外时，控制单元9控制第六阀门3-3和第一阀门2-1关闭，控制第九阀门11-2/第十一阀门11-4、第八阀门11-1、第三阀门2-4、第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，电动单元1-3驱使活塞1-2向针筒通气口1-1方向移动，气体经过咽喉管路7进入口端管路5，通过口端管路5排出体外。经由口端管路排出体外的气体体积为v4-2，持续时间为t4-2。
[0075]
6)经过鼻端和口端呼出气体。
[0076]
气体通过时控电动气缸单元1、鼻端管路4和口端管路5排出体外就是结合经过鼻端管路和口端管路呼出气体两种方式，控制单元9控制第六阀门3-3关闭，在鼻端和口端呼出气体时，可以鼻端管路和口端管路同时呼气气体，也可以鼻端管路和口端管路呼气气体前后具有一定的时间差。因此，控制单元9根据设定的口端呼出气体的开始时间控制第九阀门11-2/第十一阀门11-4、第八阀门11-1、第三阀门2-4、第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，此时气体经过口端管路5排出体外，排出的气体体积为v4-3，持续时间为t4-3。控制单元9根据设定的鼻端呼出气体的开始时间控制第七阀门10-1、第一阀门2-1、第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，此时气体经过鼻端管路4排出体外，排出的气体体积为v4-4，持续时间为t4-4。因此，当鼻端和口端同时呼出气体时，且t4-3＝t4-4，则经鼻端和口端呼出气体的总时间为t
总2
＝t4-3＝t4-4；当鼻端和口端同时呼出气体，但t4-3＞t4-4，则经鼻端和口端呼出气体的总时间为t
总2
＝t4-3；当鼻端和口端同时呼出气体，但t4-4＞t4-3，则经鼻端和口端呼出气体的总时间为t
总2
＝t4-4；当鼻端和口端没有同时呼出气体，且二者时间差相差为t时，则经鼻端和口端呼出气体的总时间为t
总2
＝t4-3+t4-4－t。呼出气体的体积为v
总2
＝v4-3+v4-4。
[0077]
2、不经过气管端的呼吸模式分别为不同吸入和呼出方式的随机组合，不同吸入方式包括：经过鼻端吸入、经过口端吸入、经过鼻端和口端吸入；不同呼出方式包括：经过鼻端呼出、经过口端呼出、经过鼻端和口端呼出。具体为：
[0078]
1)经过鼻端吸入气体。
[0079]
气体经过鼻端进入时，控制单元9控制第七阀门10-1、第一阀门2-1、第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三控制阀12-1打开，此时鼻端管路经咽喉管路和时控电动气缸单元连通，电动单元1-3驱使活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，则气体经过鼻端管路4吸入至时控电动气缸单元1。吸入气体体积为v5-1，持续吸入气体的时间为t5-1。
[0080]
2)经过口端吸入气体。
[0081]
气体经过口端进入时，控制单元9控制第九阀门11-2、第八阀门11-1、第三阀门2-4、第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，此时口端管路5经咽喉管路7和时控电动气缸单元1连通，电动单元1-3驱使活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，则气体经过口端吸入至时控电动气缸单元1。吸入气体体积为v5-2，持续吸入气体的时间为t5-2。
[0082]
3)经过鼻端和口端吸入气体。
3，则经过口端管路特殊吸入空气和气溶胶的时间为t
总5
＝t8-4；当经过口端特殊吸入和一般吸入没有同时开始时，且二者时间差相差为t时，则经过口端管路特殊吸入空气和气溶胶的时间为t
总5
＝t8-3+t8-4－t。吸入气体的体积为v
总5
＝v8-3+v8-4。
[0099]
3)经过鼻端管路吸入空气和口端管路仅特殊吸入气溶胶。
[0100]
控制单元9控制第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，再控制经过口端管路特殊吸入气溶胶的第十阀门11-3、第八阀门11-1、第三阀门2-4、经过鼻端管路一般吸入空气的第七阀门10-1和第一阀门2-1打开，电动单元1-3驱使活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，则空气通过鼻端管路4吸入至时控电动气缸单元1，气溶胶通过口端管路5吸入至时控电动气缸单元1。气溶胶经过口端管路吸入的体积为v8-5，持续吸入时间为t8-5；空气经过鼻端管路吸入的体积为v8-6，持续时间为t8-6。当鼻端管路4和口端管路5同时分别吸入气体和气溶胶，且持续时间相同时，则经过口端管路吸入特殊气溶胶和鼻端管路一般吸入空气的时间为t
总6
＝t8-5＝t8-6；当鼻端管路和口端管路分别同时吸入气体和气溶胶时，但t8-5＞t8-6，则经过口端管路吸入特殊气溶胶和鼻端管路一般吸入空气的时间为t
总6
＝t8-5；当鼻端管路和口端管路分别同时吸入气体和气溶胶时，但t8-6＞t8-5，则经过口端管路吸入特殊气溶胶和鼻端管路一般吸入空气的时间为t
总6
＝t8-6；当鼻端管路和口端管路没有同时分别吸入气体和气溶胶时，且二者时间差相差为t时，则经过口端管路特殊气溶胶和鼻端管路一般吸入空气的时间为t
总6
＝t8-5+t8-6－t。吸入气体的体积为v
总6
＝v8-5+v8-6。
[0101]
4)经过鼻端管路吸入空气和经过口端管路吸入空气和气溶胶。
[0102]
控制单元9控制第四阀门3-1、第五阀门3-2和第十三阀门12-1打开，再控制经过口端管路特殊吸入气溶胶的第十阀门11-3、第八阀门11-1、第三阀门2-4、经过口端管路一般吸入空气的第九阀门11-2、经过鼻端管路一般吸入空气的第七阀门10-1和第一阀门2-1打开，电动单元1-3驱使活塞1-2向电动单元1-3的方向移动，则空气通过鼻端管路4和口端管路5吸入至时控电动气缸单元1，气溶胶通过口端管路5吸入至时控电动气缸单元1。气溶胶经过口端管路5吸入的体积为v8-7，持续吸入时间为t8-7；空气经过口端管路5吸入的体积为v8-8，持续吸入时间为t8-8；空气经过鼻端管路4吸入的体积为v8-9，持续时间为t8-9。当鼻端管路吸入空气和经过口端管路吸入空气和气溶胶开始时间相同时，经鼻端管路吸入空气和经过口端管路吸入空气和气溶胶的持续时间最大者，为经过鼻端管路吸入空气和经过口端管路吸入空气和气溶胶的总持续时间t
总8
；当鼻端管路吸入空气和经过口端管路吸入空气和气溶胶开始时间不相同时，三者时间差为t时，经过鼻端管路吸入空气和经过口端管路吸入空气和气溶胶的总持续时间t
总8
＝t8-7+t8-8+t8-9－t。
[0103]
以上为人体的特殊呼吸模式吸入的各种方式，人体的特殊呼吸模式的呼出的各种方式与一般呼吸模式中的呼出方式相类似，此处不再列举。
[0104]
基于本发明提供的一般呼吸模式和特殊呼吸模式中的各种吸入和呼出方式都可以进行排列组合，从而形成各种不同的呼吸方式，以尽可能完整的模拟人体呼吸的各种方式。同样的，每一种特殊呼吸方式中，吸气时间可以为人体1倍的吸入时间，也可以为人体n倍的吸入时间。
[0105]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均
应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，包括控制单元、多条模拟管路、呼吸动力装置和选通装置；所述多条模拟管路包括用于模拟鼻腔的鼻端管路、用于模拟口腔的口端管路和用于模拟气管的气管端管路；所述选通装置包括多个控制阀，用于实现三条模拟管路之间的连通；所述呼吸动力装置用于提供气体在三条模拟管路之间流动的动力；鼻端管路的一端和/或口端管路的一端用于连接气源，鼻端管路的另一端和口端管路的另一端均通过选通装置连接气管端管路的一端；所述控制单元控制连接呼吸动力装置和选通装置，以通过控制选通装置开关和/或换向、以及呼吸动力装置动作，来改变三条模拟管路之间的相互连通方式以及三条模拟管路中的气体流动方向，从而实现模拟不同的吸入呼出模式。2.根据权利要求1所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述气源包括洁净空气源和气溶胶源，所述体外仿生吸入呼出系统还包括空气支路、气溶胶支路和排气支路；鼻端管路的一端和/或口端管路的一端通过空气支路连接所述洁净空气源，鼻端管路的一端和/或口端管路的一端还通过气溶胶支路连接所述气溶胶源，鼻端管路的一端和/或口端管路的一端还通过所述排气支路进行排气。3.根据权利要求2所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述呼吸动力装置与所述多条模拟管路连接，且连接方式为以下多种方式中的任一种：与鼻端管路的一端和/或口管端管路的一端连接，与鼻端管路的另一端和/或口端管路的另一端均连接，与气管端管路的一端连接，与气管端管路的另一端连接。4.根据权利要求3所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述体外仿生吸入呼出系统还包括与呼吸动力装置互为备用的第二个呼吸动力装置，第二个呼吸动力装置与所述多条模拟管路连接，且连接方式为以下多种方式中的任一种：与鼻端管路的一端和/或口管端管路的一端连接，与鼻端管路的另一端和/或口端管路的另一端均连接，与气管端管路的一端连接，与气管端管路的另一端连接。5.根据权利要求3所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述体外仿生吸入呼出系统还包括中间进出气管路，所述中间进出气管路的一端用于与大气连通，另一端与呼吸动力装置和相应模拟管路之间的连接管路连接。6.根据权利要求2所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述吸入呼出模式包括经过气管端的吸入呼出模式，所述经过气管端的吸入呼出模式包括吸入阶段和呼出阶段；所述经过气管端的吸入呼出模式的吸入阶段的过程包括：使空气支路和/或气溶胶支路、鼻端管路和/或口端管路、气管端管路之间相互连通，以将设定吸入量的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路送入气管端管路；所述经过气管端的吸入呼出模式的呼出阶段的过程包括：使气管端管路、鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路之间相互连通，以将设定呼出量的洁净空气和/或气溶胶从气管端管路依次经过鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路排出。7.根据权利要求2所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述吸入呼出模式包括不经过气管端的吸入呼出模式，所述不经过气管端的吸入呼出模式包括吸入阶段和呼出阶段；所述不经过气管端的吸入呼出模式的吸入阶段的过程包括：使空气支路和/或气溶胶支路、鼻端管路和/或口端管路之间相互连通，以将设定吸入量的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路送入；
所述不经过气管端的吸入呼出模式的呼出阶段的过程包括：使鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路之间相互连通，以将设定呼出量的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路经过空气支路和/或排气支路排出。8.根据权利要求5所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述呼吸动力装置与鼻端管路的另一端和口端管路的另一端均连接，或者与气管端管路的一端连接；所述吸入呼出模式包括经过气管端的吸入呼出模式，所述经过气管端的吸入呼出模式包括吸入阶段和呼出阶段；所述吸入阶段的过程为如下两种过程中的任一过程：第一种过程，先使空气支路和/或气溶胶支路、鼻端管路和/或口端管路、呼吸动力装置之间相互连通，以将设定第一吸入量v1的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路送入呼吸动力装置；再使中间进出气管路、呼吸动力装置之间相互连通，以将设定吸入差异量v2-v1的空气从中间进出气管路送入呼吸动力装置，v2为设定第二吸入量，且v2＞v1；最后将设定第二吸入量v2的洁净空气和/或气溶胶从呼吸动力装置送入气管端管路；第二种过程，先使空气支路和/或气溶胶支路、鼻端管路和/或口端管路、呼吸动力装置之间相互连通，以将设定第一吸入量v1的洁净空气和/或气溶胶从鼻端管路和/或口端管路送入呼吸动力装置；再将设定第二吸入量v2的洁净空气和/或气溶胶从呼吸动力装置送入气管端管路，v2≤v1；所述呼出阶段的过程包括：先使气管端管路、呼吸动力装置之间相互连通，以将设定第一呼出量v3的洁净空气和/或气溶胶从气管端管路排出至呼吸动力装置；再使呼吸动力装置、鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路之间相互连通，以将第二设定呼出量v4的洁净空气和/或气溶胶从呼吸动力装置依次经过鼻端管路和/或口端管路、空气支路和/或排气支路排出。9.根据权利要求6或8所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，在经过气管端的吸入呼出模式的吸入阶段和呼出阶段需分别统计吸入用时和呼出用时，且在吸入阶段结束后，依据设定的屏气时间来控制呼出阶段开始。10.根据权利要求7所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，在不经过气管端的吸入呼出模式的吸入阶段和呼出阶段需分别统计吸入用时和呼出用时，且在吸入阶段结束后，依据设定的屏气时间来控制呼出阶段开始。11.根据权利要求1所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述多个控制阀均为开关阀，所述开关阀为仅具备开、关和开度调节功能的阀门；或者所述多个控制阀中部分控制阀为开关阀，另一部分控制阀为多位多通换向阀；或者所述多个控制阀均为多位多通换向阀。12.根据权利要求11所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述多个控制阀均为多位多通换向阀，所述多条模拟管路还包括用于模拟咽喉的咽喉管路，所述多个控制阀包括第一多位多通换向阀和第二多位多通换向阀；鼻端管路的另一端和口端管路的另一端均通过第一多位多通换向阀连接至咽喉管路的一端，咽喉管路的另一端通过第二多位多通换向阀连接气管端管路的一端。13.根据权利要求1所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述控制单元还控制选通装置的开度和开关时间，以实现模拟不同吸入呼出模式下的吸入呼出行为参数，所述吸入呼出行为参数包括吸入量、吸入时间、呼出量、呼出时间、吸入频率、呼出频率、屏气时
间、间隔时间、吸入波形和呼出波形中的至少一种，所述吸入时间包括第n次吸入开始时间、第n次吸入结束时间、第n次吸入间隔时间和吸入持续时间，所述呼出时间包括第n次呼出开始时间、第n次呼出结束时间、第n次呼出间隔时间和呼出持续时间，所述屏气时间为一次吸入呼出行为过程中吸入阶段结束与呼出阶段开始之前持续的时长，所述间隔时间为一次吸入呼出行为结束与下一次吸入呼出行为开始之间持续的时长。14.根据权利要求1所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，所述呼吸动力装置为活塞抽拉装置。15.根据权利要求6～8任意一项所述的体外仿生吸入呼出系统，其特征在于，在某一种吸入呼出模式所模拟的吸入呼出行为结束后，根据设定的吸入呼出频率和下一吸入呼出模式来模拟下一次的吸入呼出行为。

技术总结

本发明涉及一种体外仿生吸入呼出系统，包括控制单元、模拟鼻腔的鼻端管路、模拟口腔的口端管路、模拟气管的气管端管路、用于提供吸入呼出气流动力的呼吸动力装置和选通装置。选通装置包括多个控制阀，用于实现三条模拟管路之间的连通。控制单元控制连接呼吸动力装置和选通装置，以通过控制选通装置开关和/或换向、以及呼吸动力装置动作，来改变三条模拟管路之间的相互连通方式以及三条模拟管路中的气体流动方向，实现模拟不同吸入呼出模式，从而实现在体外模拟人体真实的吸入和呼出过程，为暴露实现提供了一种更加仿生的暴露平台。露实现提供了一种更加仿生的暴露平台。露实现提供了一种更加仿生的暴露平台。