论文部分内容阅读
目的:建立成人阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)患者和健康成人上气道三维有限元模型,应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析比较成年OSAHS患者与健康成人的上气道特征,通过上气道气流特征定位上气道阻塞平面,探讨成人OSAHS患者上气道气流特征与多导睡眠监测(Polysomnography,PSG)指标的相关性、鼻甲肥大对成人OSAHS患者上气道气流情况的影响,以及通过上气道气流特性评估成人OSAHS患者手术治疗的有效性,为OSAHS的诊疗提供参考及指导作用。方法:选取10例成年OSAHS患者为实验组,5例健康志愿者为对照组。OSAHS实验组与对照组均行上气道计算机断层扫描(computerized tomography,CT)和睡眠监测检查,将实验组和对照组的CT扫描图像导入Mimics 21.0软件中进行上气道三维模型重建,将三维模型导入Geomagic Studio 2014软件中以优化三维模型,并利用HyperMesh 13.0软件对三维模型网格划分,建立三维有限元模型。再通过ANSYS Fluent软件进行模型的数值模拟,以及通过ANSYS CFD-Post软件进行数据后处理。最后利用所得的上气道CT数据、上气道CFD数据、睡眠监测数据,选取部分代表性指标,进行成年OSAHS患者与健康成人上气道CT指标、CFD指标、睡眠监测指标的比较分析;成年OSAHS患者上气道CT指标、CFD指标与PSG指标的相关性分析;以及成年OSAHS患者组内分别按照是否伴有鼻甲肥大、术前术后分成两个亚组,分别进行两亚组上气道CT指标、CFD指标、PSG指标的比较分析。指标选取包括CT指标:硬腭后缘与咽后壁距离(C1)、硬腭水平的鼻咽腔横径(C2)、软腭厚度(C3)、会厌尖水平舌根与咽后壁距离(C4)、舌骨水平舌骨正中与咽后壁距离(C5)、硬腭至舌骨水平咽腔最短横径(C6),上气道最小横截面积(CSA min),上气道横截面积最小处咽腔的纵径(CSA纵)、横径(CSA横)、纵径横径比值(CSA纵横比);CFD指标:上气道后鼻孔截面处的截面压强(P1)、截面流速(V1),软腭下缘的咽腔横截面的截面压强(P2)、截面流速(V2),会厌尖水平的咽腔横截面的截面压强(P3)、截面流速(V3),会厌根部的咽腔横截面处的截面压强(P4)、截面流速(V4),上气道最大流速(V max),以及不同截面之间压强差△P1-2、△P2-3、△P3-4、△P总(即△P1-4),不同截面之间流速差△V1-2、△V2-3、△V3-4、△V总(即△V1-4);PSG指标:睡眠呼吸暂停低通气指数(△HI)、睡眠中最低血氧饱和度(LSpO2)、睡眠中平均血氧饱和度(MSpO2)。结果:①成年OSAHS患者与健康成人的C1、C3、C6、CSAmin、CSA纵、CSA横、CSA 纵横比、V2、V3、|△V1-2|、|△V2-3|、Vmax、P2、P3、P4、|△P1-2|、|△P2-3|、|△P3-4|、|△P总|、AHI、LSpO2、MSpO2等指标的差异有统计学意义,其中 C3、CSA 纵横比、V2、V3、|△V1-2|、|△V2-3|、Vmax、P2、P3、P4、|△P1-2|、|△P2-3|、|△P3-4|、|△P总|、AHI等指标成年OSAHS患者高于健康成人,C1、C6、CSAmin、CSA 纵、CSA 横、LSpO2、MSpO2 等指标成年 OSAHS 患者低于健康成人;成年OSAHS患者与健康成人的C2、C4、C5、V1、V4、|△V3-4|、|△V总|、P1等指标的差异无统计学意义。成年OSAHS患者各截面中腭咽截面的截面流速V2和截面压强P2明显高于其余3个截面的截面流速和截面压强。②成年OSAHS患者的C2与LSpO2、MSpO2呈负相关,C2与|△P2-3|呈负相关,C4与|△V3-4|呈正相关,C6与|△V1-2|呈负相关,CSAmin与|△P1-2|、|△P 总|、|△V2-3|呈正相关,CSAmin 与|△P3-4|、|△V1-2|、Vmax、|△V 总|呈负相关,CSA 纵与|△P1-2|、|△P 总|、|△V2-3|呈正相关,CSA 纵与|△P3-4|、|△V1-2|、Vmax、|△V 总|呈负相关,CSA 横与|△P1-2|、|△P 总|、|△V2-3|呈正相关,CSA横与|△P3-4|、|△V1-2|、Vmax呈负相关,其余CT指标、CFD指标与PSG指标相关性无统计学意义。③伴或不伴鼻甲肥大成年OSAHS患者的CSAmin、CSA纵、CSA横、|△P1-2|、|△P2-3|、|△P3-4|、|△P 总|、|△V1-2|、|△V2-3|、|△V 总|、Vmax 等指标的差异有统计学意义,其中|△P1-2|、|△P2-3|、|△P3-4|、|△P 总|、|△V1-2|、|△V2-3|、|△V总|、Vmax等指标伴鼻甲肥大成年OSAHS患者高于不伴鼻甲肥大成年OSAHS患者,CSAmin、CSA纵、CSA横等指标伴鼻甲肥大成年OSAHS患者低于不伴鼻甲肥大成年OSAHS患者;伴或不伴鼻甲肥大成年OSAHS患者的C1、C2、C3、C4、C5、C6、CSA 纵横比、|△V3-4|、AHI、LSpO2、MSpO2 等指标的差异无统计学意义。④3例成年OSAHS患者术后较术前CSAmin、CSA横、LSpO2、MSpO2等指标均增大,CSA 纵横比、P2、P3、V2、Vmax、|△P1-2|、|△P2-3|、|△V1-2|、|△V2-3|、AHI 等指标均减少,P1、P4、V1、V3、V4、|△P3-4|、|△P 总|、|△V3-4|、CSA纵、|△V总|等指标增减不一。结论:①与健康成人相比,成年OSAHS患者上气道最小横截面积更小,且多位于腭咽区域,而上气道最小横截面纵横比更大,提示上气道横向塌陷可能是本实验组OSAHS患者上气道狭窄的潜在解剖机制;成年OSAHS患者上气道各截面之间压强变化及气体流速变化较健康成人更剧烈,其中又以腭咽水平附近为甚。②OSAHS患者的上气道阻塞平面最小横截面积越小,阻塞部位气道内负压、气流速度越大。而其上气道内气流状况对AHI及血氧情况影响不大。③鼻甲肥大所致的鼻腔阻塞可加剧成年OSAHS患者后鼻孔水平至舌咽水平的气道压强及气流变化,并更大程度的减少上气道最小横截面积,而对舌咽水平至会厌根水平的压强及流速变化影响不大。④CFD对OSAHS治疗效果的评估有重要的指导意义。成人OSAHS患者上气道扩张手术可增大上气道最小横截面积,减小各截面压强变化及流速变化,以后鼻孔水平至舌咽水平为著,改善病情严重程度及血氧情况。