本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合方法分析OSAHS患者咽腔氣流動力學(xué)變化和軟腭的運動特征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(Obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OSAHS)由于具有較高的發(fā)病率以及相關(guān)嚴(yán)重的并發(fā)癥,影響著人們的生活質(zhì)量,現(xiàn)已成為醫(yī)學(xué)界高度關(guān)注的疾病。目前,學(xué)者們普遍認(rèn)為OSAHS是由上氣道的解剖結(jié)構(gòu)狹窄或是上氣道擴張肌的活力異常所引起,涉及多個醫(yī)學(xué)學(xué)科。而最近20年來,口腔矯治器(Oral appliance,OA)治療OSAHS被醫(yī)學(xué)界稱為口腔正畸學(xué)的一次革命�？谇怀C治器因經(jīng)濟適用,而且能取得與持續(xù)氣道正壓通氣(Continuous positive airway pressure,CPAP)同樣的治療效果,依從性也較CPAP好而大量運用于臨床OSAHS的治療。但由于患者間存在著個體差異及其上氣道形態(tài)結(jié)構(gòu)異常的多樣性,并不是所有患者對OA治療都有滿意的效果,且治療機制還并不是很清楚。因此,通過建立OSAHS患者上氣道生物力學(xué)模型可以幫助我們很好地理解上氣道的塌陷機制和患者對OA治療效果的評估。實驗?zāi)康?通過三維重建軟件重建OSAHS患者戴用OA前后咽腔的三維有限元生物力學(xué)模型,利用流固耦合(Fluid structure interaction,FSI)方法數(shù)值分析咽腔氣流動力學(xué)變化和軟腭的運動特征,用于探討OSAHS發(fā)生機制及OA治療后的臨床效果評估。通過對比FSI和計算機流體動力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)兩種方法對咽腔氣流動力學(xué)研究,以期找到更合適的方法用于研究上氣道生物力學(xué)特征。試驗方法:應(yīng)用多導(dǎo)睡眠呼吸監(jiān)測(Polysomnograph,PSG)對一名成人中度OSAHS患者未戴OA時進行監(jiān)測和戴后3個月進行復(fù)查,并對該名患者未戴OA時和戴OA 3個月后的上氣道及周圍組織進行MRI掃描。將以DICOM格式存儲的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件:Mimics 17.0,NX 8.5,Geomagic Studio12.0對上氣道及軟腭進行三維重建,應(yīng)用ANSYS Workbench 13.0軟件進行網(wǎng)格劃分,賦予各部分材料屬性,最終建立咽腔和軟腭的流固耦合有限元模型。將所得的模型導(dǎo)入CFX-ANSYS軟件中進行FSI數(shù)值計算。最后,FSI計算的結(jié)果與CFD得到的結(jié)果進行比較分析。實驗結(jié)果:成功建立了中度OSAHS患者較完整的上氣道和軟腭的FSI有限元模型。患者戴OA后,睡眠呼吸暫停低通氣指數(shù)(Apnea hypopnea index,AHI)從25.1次/h降低到1.8次/h,咽腔容積擴大了4933mm3,腭咽最狹窄處橫截面積擴大了10mm2,左右側(cè)壁增大了8.7mm。流固耦合數(shù)值計算結(jié)果,在最大吸氣時刻,腭咽處的氣流速度由9.677m/s降低到7.020m/s,最大負(fù)壓由-64.18Pa降低到-37.88Pa,氣道壁的最大形變量由0.629mm減小到0.244mm,軟腭的整體位移由0.883mm減小到0.519mm。在最大呼氣時刻,腭咽處的氣流速度由10.44m/s降低到7.441m/s,最大負(fù)壓由-36.25Pa降低到-23.79Pa,氣道壁的最大形變量由0.648mm減小到0.310mm,軟腭的整體位移由0.944mm減小到0.594mm。CFD數(shù)值計算結(jié)果:在最大吸氣時刻,腭咽處的氣流速度由9.138 m/s降低到6.754m/s,最大負(fù)壓由-60.78Pa降低到-35.20Pa;在最大呼氣時刻,腭咽處的氣流速度由9.571m/s降低到7.054m/s,最大負(fù)壓由-31.50Pa降低到-19.94Pa。對比CFD方法研究結(jié)果,FSI方法考慮到了氣道壁的形變和軟腭運動對氣流的影響,所以無論是吸氣還是呼氣峰值時,在腭咽氣道處FSI數(shù)值計算結(jié)果有更大的氣流速度和負(fù)壓。實驗結(jié)論:OSAHS患者在吸氣時腭咽氣道出現(xiàn)較大的負(fù)壓,壓強降較大,以及呼氣時軟腭向咽腔后壁的運動可能是引起咽腔塌陷的重要機制。OSAHS患者戴OA后,有效的擴大了狹窄區(qū)域的橫截面積以及咽腔的容積;在最大吸氣和最大呼氣時刻,腭咽氣道的負(fù)壓和軟腭的運動均降低,使咽腔不易出現(xiàn)塌陷,從而減輕了患者的打鼾和呼吸暫停癥狀。通過FSI和CFD兩種方法的對比研究,FSI方法克服了CFD將氣道壁假設(shè)為剛性壁面的不足,更適合于研究上氣道病理生理條件下的生物力學(xué)特征;同時建立的FSI模型還可用于預(yù)測OSAHS患者的上氣道阻塞平面位置,針對氣道阻塞平面選擇合理的治療方案,從而為OSAHS患者個性化治療提供較可靠的實驗依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征 上氣道 軟腭 生物力學(xué)流固耦合 計算機流體力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R766
【目錄】：

• 縮略語表4-5
• 中文摘要5-8
• 英文摘要8-11
• 前言11-13
• 文獻回顧13-24
• 第一部分OSAHS患者上氣道和軟腭的流固耦合有限元模型的建立24-32
• 1 材料與方法25-28
• 2 結(jié)果28-29
• 3 討論29-32
• 第二部分 兩種數(shù)值方法比較分析OSAHS患者戴用.腔矯治器前后對咽腔流場的影響32-47
• 1 材料與方法32-37
• 2 結(jié)果37-43
• 3 討論43-47
• 小結(jié)47-49
• 參考文獻49-57
• 個人簡歷和研究成果57-58
• 致謝58

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王伊寧;李森愷;葉京英;;應(yīng)用肉毒桿菌毒素建立阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征動物模型的研究[J];中國耳鼻咽喉頭頸外科;2010年09期

  本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合方法分析OSAHS患者咽腔氣流動力學(xué)變化和軟腭的運動特征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：416749