阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者上气道及比邻结构三维有限元模型的构建

【摘要】

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea hypopnea syndrome, OSAHS）是一种以睡眠中反复出现呼吸暂停、血氧饱和度下降、上气道阻塞为特征的复杂综合征[1]。长此以往，会导致心、脑、肾等并发症，甚至猝死。因此，OSAHS是一种有潜在致死性的睡眠呼吸紊乱性疾病。OSAHS的发病机制尚不十分清楚，一般认为上气道形态及其周围组织结构异常是阻塞性呼吸睡眠暂停综合征重要的发病机制[2-8]。因此，对上气道的研究成为探究OSAHS发生机制的重要方面。目前学者们主要采用X线头影测量法、计算机体层扫描技术（CT）和磁共振技术（MRI）来探讨OSAHS患者上气道的形态解剖特点及局部阻塞部位[9-14]，为临床诊断和治疗方案的选择提供客观依据，但将三维有限元分析方法用于OSAHS的研究，至今鲜见报道。

三维有限元法是目前医学生物力学研究中最先进有效的一种生物力学分析方法。本研究通过螺旋CT扫描获得精确的OSAHS患者上气道DICOM格式的图像信息，采用Mimics三维建模软件和Ansys有限元分析软件建立准确、可灵活模拟操作的OSAHS患者上气道及其毗邻结构的三维有限元模型，为患者上气道生物力学分析打下基础，以期深入了解OSAHS的发生机制以及为口腔矫治器治疗OSAHS的优化设计等提供理论依据，同时探索一种新的研究OSAHS的方法，为以后的研究提供一种新的思路。

目的：建立OSAHS患者上气道及比邻结构的三维有限元模型，为OSAHS患者上气道生物力学分析打下基础。

方法：对OSAHS患者上气道行薄层CT扫描，获得患者上气道DICOM格式的图像信息，采用Mimics三维建模软件和Ansys有限元分析软件建立上气道及毗邻结构的三维有限元模型。

结果：建立了OSAHS患者上气道及其毗邻结构的三维有限元模型，规定采用10节点的Solid 92四面体单元划分网格。计算机按要求划分网格后，骨、肌肉、气道得到的单元数和节点数分别为：24860、131530、15672个单元，4788、24992、3178个节点。

结论：应用螺旋CT技术和联合使用Mimics三维建模软件、Ansys有限元分析软件建立OSAHS患者上气道及其毗邻结构的三维有限元模型，是一种快速有效、准确、可灵活模拟操作的建立OSAHS患者上气道及其毗邻结构三维有限元模型的方法，建模效率高、速度快，模型的几何相似性较好，使用灵活，此模型可以作为今后深入研究OSAHS的原始模型，为研究OSAHS患者上气道生物力学分析打下良好的基础。

【关键词】 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征；三维有限元法；Mimics软件；Ansys软件