本文選題：睡眠呼吸暫停　切入點(diǎn)：上氣道　出處：《首都醫(yī)科大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)是一種常見的呼吸系統(tǒng)疾病,嚴(yán)重影響患者的健康與生活質(zhì)量。該疾病的發(fā)生受多種因素的影響,其中之一是由于脂肪沉積或流體重新分布導(dǎo)致的頭頸部組織體積增加。由于皮膚對組織體積向外擴(kuò)張具有約束作用,所以當(dāng)組織體積增加時,頸部皮膚的彈性性質(zhì)在調(diào)控氣道截面的形態(tài)改變方面將扮演極為關(guān)鍵的角色。因此,研究頭頸部組織體積膨脹對上氣道形態(tài)與功能的影響,以及頸部皮膚彈性性能在調(diào)控氣道形態(tài)和氣道阻力方面扮演的角色,對于探索氣道塌陷與阻塞形成的機(jī)制,預(yù)測患病的風(fēng)險(xiǎn),以及尋求有效的解決或控制之道極為重要。本論文包括三個部分的研究工作。第一部分針對體位由坐姿或站姿改變?yōu)樗邥r的臥姿時引起的流體向頭頸部遷移現(xiàn)象,提出并建立一種利用磁共振成像(MRI)研究流體在重力作用下向頭頸部自然遷移現(xiàn)象對上氣道形態(tài)的影響的新方法,并對50名正常體重受試者的上氣道截面和頸圍變化進(jìn)行測量和定量分析。研究發(fā)現(xiàn)流體向頭頸部遷移導(dǎo)致的頸圍增加與氣道橫截面面積的減少之間并不存在線性相關(guān),因此頸圍增加的程度不能作為代表氣道截面尺度減少程度的指標(biāo)。研究結(jié)果建議在臨床上,頭頸部流體重新分布后頸圍幾乎不變的人,而非頸圍明顯增加的人更易受流體遷移的影響,更具有氣道變窄和阻塞的風(fēng)險(xiǎn)。本論文第二部分研究,提出并建立了一種將醫(yī)學(xué)影像與有限元分析模型相結(jié)合,反推頸部皮膚在體彈性模量的方法。通過對22名健康受試者建立頸部生物力學(xué)與有限元分析模型,模擬并匹配從MRI測得的流體遷移引起的頸截面軟組織和氣道截面的面積變化,推算出頸部皮膚的在體彈性模量。研究表明個體間頸部皮膚的力學(xué)性質(zhì)存在較大差異,其在調(diào)控氣道形態(tài)方面扮演的關(guān)鍵角色。研究結(jié)果明確解釋了在流體遷移MRI實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象。在第三部分研究中,我們基于一名患者的MRI圖像建立頭頸部三維結(jié)構(gòu),并在此基礎(chǔ)上建立有限元分析模型,模擬和預(yù)測流體遷移現(xiàn)象以及其對上氣道形態(tài)和阻力產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明皮膚彈性模量的不同會導(dǎo)致不同的氣道截面尺度和氣道阻力變化,較多的流體進(jìn)入頸部會加重氣道的阻塞傾向,這可能是心衰、腎衰等伴有水腫癥狀的患者多患有OSA的重要原因之一。通過本論文的研究,我們建立了用MRI研究流體遷移影響的方法;建立了利用醫(yī)學(xué)影像和有限元模型測量頸部皮膚在體彈性模量的方法;以及建立了用高仿真三維有限元模型模擬和預(yù)測流體遷移對氣道形態(tài)和阻力影響的方法。本研究建立的方法與獲得的重要結(jié)果和結(jié)論可以為探索OSA發(fā)病機(jī)制,發(fā)展新的、有效的預(yù)防和治療方法提供重要的幫助。
[Abstract]:Obstructive sleep apnea (OSA) is a common respiratory disease that seriously affects the health and quality of life of patients. One of them is an increase in the volume of head and neck tissue due to fat deposition or fluid redistribution. The elastic properties of the neck skin will play a key role in regulating the morphological changes of the airway sections. Therefore, the effect of volume expansion of the head and neck on the morphology and function of the upper airway is studied. And the role of cervical skin elasticity in regulating airway morphology and airway resistance, to explore the mechanism of airway collapse and obstruction, and to predict the risk of disease. It is very important to find an effective solution or control. This paper includes three parts of the research work. The first part focuses on the fluid migration to the head and neck caused by the change of posture from sitting position or standing position to sleeping position. A new method for studying the effect of natural migration of fluid to head and neck on the shape of upper airway by magnetic resonance imaging (MRI) was proposed. The changes of upper airway cross-section and neck circumference in 50 normal weight subjects were measured and quantitatively analyzed. It was found that there was no linear correlation between the increase of neck circumference caused by fluid migration to the head and neck and the decrease of airway cross-sectional area. Therefore, the degree of increase in the neck circumference cannot be used as an indicator of the degree of reduction in the airway cross-sectional size. The results suggest that, in clinical practice, the neck circumference is almost unchanged after the fluid in the head and neck is redistributed. People who do not have a significantly increased neck circumference are more susceptible to fluid migration and are more at risk of narrowing and obstruction of the airway. In the second part of this paper, a new model combining medical images with finite element analysis is proposed and established. The neck biomechanics and finite element analysis (FEM) models were established in 22 healthy subjects to simulate and match the area changes of the soft tissue and airway sections of the neck section caused by fluid migration from MRI. The in vivo modulus of elasticity of neck skin was calculated. The results show that there are great differences in mechanical properties of neck skin among individuals. It plays a key role in regulating airway morphology. The results clearly explain the phenomena observed in the fluid migration MRI experiment. In the third part of the study, we established a three-dimensional structure of the head and neck based on a patient's MRI image. On this basis, the finite element analysis model is established. The effects of fluid migration on the shape and resistance of upper airway were simulated and predicted. More fluid flow into the neck may aggravate airway obstruction, which may be one of the important causes of OSA in patients with edema symptoms such as heart failure, renal failure, and so on. We established a method to study the effect of fluid migration with MRI, and a method to measure the elastic modulus of neck skin in vivo using medical imaging and finite element model. A high simulation three-dimensional finite element model was established to simulate and predict the effects of fluid migration on airway morphology and resistance. The established method and the important results and conclusions obtained in this study can be used to explore the pathogenesis of OSA and develop a new one. Effective prevention and treatment provide important help.
【學(xué)位授予單位】：首都醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R766

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本文編號：1681160