那么，為了防止病毒擴散戴口罩會有幫助嗎？已經(jīng)感染者如果佩戴口罩，能將傳染他人的風(fēng)險降低6倍。但我們也知道長時間佩戴口罩容易令人煩躁或?qū)е虏贿m，因此免不了會經(jīng)常調(diào)整口罩，但這樣就會破壞面部和口罩間的密封性。通過仿真建模向我們展示了不合時宜地調(diào)整口罩會造成怎樣的感染風(fēng)險，同時通過仿真顯示，進行適當(dāng)調(diào)整，務(wù)必確保口罩正確密閉，以降低可能暴露的風(fēng)險。

對于日漸增多的患者群體，護理工作的第一步是確保一線醫(yī)護人員得到正確的保護。呼吸道病毒，包括新型冠狀病毒（COVID-19），對臨床醫(yī)護人員也產(chǎn)生極大的威脅，因為當(dāng)患者咳嗽或打噴嚏時，病毒很容易傳播。所以醫(yī)院工作人員和其他醫(yī)護人員必須佩戴防護面罩，以保護自己免受能穿透眼睛粘膜的潛在致命懸浮顆粒物的傷害，同時配戴呼吸防護口罩，以防止顆粒物吸入。

呼吸防護口罩會在空氣中的顆粒到達肺部之前對其進行過濾，起到保護佩戴者的作用。盡管我們深諳材料對口罩有效性發(fā)揮重要作用，但我們卻很少關(guān)注它的貼合性。即便口罩擁有絕佳的質(zhì)量，如果不具備良好的貼合性，也無法給予佩戴者充分的保護。數(shù)據(jù)顯示，佩戴具有良好貼合性的口罩能將感染他人的風(fēng)險降低六倍。

為了最大限度地提高口罩的有效性，佩戴者可以調(diào)整口罩的密封程度，從而盡可能地減少不適感。例如，N95防護口罩上的鼻夾可以靈活調(diào)整，使口罩貼合佩戴者的面部輪廓，從而減少口罩各邊周圍產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。為了說明貼合性如何影響氣流，Ansys工程師使用有限元分析和流體動力學(xué)仿真技術(shù)來預(yù)測通過口罩-面部邊界中的間隙泄露的空氣。

為了對正確調(diào)整鼻夾和沒有正確調(diào)整鼻夾的情況進行對比，工程師采用高保真頭罩和N95防護口罩模型來對面部與口罩之間的接觸壓力和氣流進行仿真。他們通過使用Ansys LS-DYNA對面部和防護口罩進行接觸仿真，開始了兩個階段的過程，以預(yù)測口罩對面部產(chǎn)生的壓力。接下來，他們將變形后的面部和防護口罩形狀導(dǎo)出到Ansys Fluent，以仿真佩戴者呼吸時口罩周圍的氣流。

     

     

通過LS-DYNA設(shè)定N95防護口罩和面部組織的實際材料屬性后，將虛擬防護口罩放置面部（圖1），采用可變形的方式仿真鼻夾的調(diào)整，記錄鼻夾調(diào)整前后的面部接觸壓力：接觸壓力為零的區(qū)域顯示了潛在泄露的位置（圖2）。接觸壓力結(jié)果表明，適當(dāng)調(diào)整鼻夾能顯著地降低呼吸防護口罩與面部之間的間隙大小，以及形成間隙的數(shù)量。

寬松口罩內(nèi)部氣流分布與鼻子（左圖）附近的氣流泄露；以及面部與口罩（右圖）之間的間隙的流線

接下來，工程師使用Ansys Fluent進行了計算流體動力學(xué)（CFD）仿真，展示了佩戴寬松呼吸防護口罩與經(jīng)過正確調(diào)整的呼吸防護口罩時氣流和泄露量的差異。在CFD仿真中，將呼吸防護口罩按多孔材料進行建模，并使用真實的吸氣和呼氣流量設(shè)置邊界條件。仿真顯示了口罩邊緣的周圍存在氣流泄露，佩戴寬松呼吸防護口罩的模型鼻部附近存在明顯的氣流泄露情況（圖3）。相比之下，結(jié)果顯示貼合性良好的呼吸防護口罩的邊緣氣流泄露較少。

結(jié)構(gòu)仿真顯示，鼻夾能夠調(diào)整呼吸防護口罩的貼合性，從而顯著改善了口罩與佩戴者面部之間的接觸度（接觸面積增加了24.36%）。CFD仿真顯示了空氣沿口罩邊緣（當(dāng)有間隙時）溢出的量。這些結(jié)果共同表明具有良好的貼合性對呼吸防護口罩的有效性和保護自己與他人的生命至關(guān)重要。

而針對在醫(yī)用口罩緊缺時期，可能有的人使用自制的、可重復(fù)利用的布口罩，作為降低COVID-19病毒傳播風(fēng)險的防護措施。通過仿真顯示，布口罩是有可能抑制噴嚏和咳嗽產(chǎn)生的飛沫傳播，消除更具危險性的較大飛沫所能到達的范圍。

參考資料

High Velocity Nasal Insufflation (HVNI) Therapy Application in Management of COVID-19, Leonard, S., Volakis, L.I., DeBellis, R., Kahlon, A., Mayar, S., Dungan II, G.C., Transmission Assessment Report, VAPOTHERM INC., Science & Innovation.