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发声过程飞沫释放及呼吸道内沉积粒径规律模拟研究

呼吸飞沫；说话；沉积规律；COVID-19传播途径

截至2021年6月，新冠肺炎（COVID-19）已导致全球超过1.7亿人感染，不同感染源排毒强度差异明显，排毒机制不清晰，造成大量暴发案例解读不全面，给防控政策的制定和推行带来了很大困难。无症状及症状前传播是此次疫情的显著特征，研究说话、唱歌等发声过程中飞沫释放及呼吸道内的沉积规律有助于明确不同粒径飞沫的产生位置，结合呼吸道内病灶位置的病毒载量分析，可以评估具体粒径范围的飞沫在疫情传播中的贡献程度。现通过真实扫描的人体呼吸道模型利用计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）模拟的方式分别研究了以低（0.2L/s）、中（0.9L/s）、高（1.6L/s）三种不同音量的单音节和连续音节发声的瞬态呼气工况下，由以声带附近为代表的上呼吸道和以第三级支气管为代表的下呼吸道病灶处释放的飞沫在呼吸道内的沉积规律。结果表明，由于支气管复杂的几何结构，此处是支气管释放飞沫的主要沉积位置，而由于喉部射流的存在，喉部成为声带和支气管释放飞沫的重要沉积位置；在正常的连续说话情况下，声带处释放并能逃逸到体外的飞沫的最大粒径为20微米（低音量）或10微米（中、高音量），而支气管释放的飞沫逃逸临界直径为20微米（低音量）、10微米（中音量）或5微米（高音量）；连续音节在低音量时明显促进小飞沫的逃逸，但对临界直径没有明显影响。结合病灶粘液病毒载量和说话飞沫粒径分布的实验数据，本研究可以为新冠等呼吸道传染病传播中不同大小飞沫的重要性提供参考。