安氏Ⅱ类Ⅰ分类伴下颌后缩生长发育期者Twin Block矫治后上气道流固耦合评价

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目的本研究利用上气道流固耦合模拟,评价安氏II类1分类伴下颌后缩生长发育期患者Twin Block矫治后上气道气流与软腭运动的变化,以及软腭弹性模量对上气道塌陷的影响,为探讨该类患者上气道通气功能改善的机制提供重要的理论依据。方法本研究选取已完成Twin Block(TB)治疗的安氏II类1分类伴下颌后缩生长发育期患者1例,患者为均角,TB治疗前后分别拍摄CBCT。利用MIMICS 19.0软件对上气道与软腭进行三维重建,然后使用Geomagic Studio12.0和NX9.0软件对上气道与软腭进行曲面合成与布尔运算,得到上气道与软腭的组合模型,将模型导入到ANSYS Workbench 16.0软件的流固耦合模块中,对模型进行材料赋值(FSI1与FSI2中软腭弹性模量分别设置为7540Pa与2000Pa)、网格划分与流固耦合运算,最后对计算结果进行分析。结果(1)形态:治疗后上气道口咽最小横截面积由1.10cm2增大至3.03cm2;治疗前患者口咽Amin/Amean为0.59,治疗后为0.84,其形态均匀性得到改善。FSI模拟中,治疗前最大吸气相腭咽最小横截面积与最大呼气相相比减小,且FSI2中变化量更大;而治疗后不同的呼吸相的变化量不如治疗前明显。(2)压强:FSI1模拟中,最大吸气相时,上气道处于负压状态,最小负压值位于会厌附近,但腭咽部位压力值下降最快,腭咽段面积平均的最小负压值由治疗前的-39.17Pa增大至治疗后的-13.34Pa,治疗后上气道内压力分布变得更加均匀;在最大呼气阶段时,上气道内部处于正压状态,治疗前最小正压值位于腭咽部位,腭咽段面积平均的最小压力值由治疗前的9.54Pa增大至治疗后的14.48Pa。(3)速度:FSI1模拟中,最大吸气相时,治疗前面积平均的最大速度值位于腭咽部位,治疗后位于会厌附近,且腭咽部位速度变化最明显,治疗后上气道腭咽段面积平均的最大速度由治疗前5.64m/s减小至1.26m/s,速度分布更加均匀;最大呼气相时,治疗后腭咽段面积平均的最大速度值由4.53m/s减小至1.20m/s,减小量不如吸气相时明显。(4)剪切力:FSI1模拟中,最大吸气相时,上气道壁面所受的最大剪切力由治疗前的0.38Pa减小至治疗后的0.06Pa。(5)位移:最大吸气相时,治疗后软腭的最大位移较治疗前减小,FSI1治疗前后分别为0.80mm与0.35mm,FSI2中治疗前后分别为1.42mm与0.51mm;最大呼气相时,该变化不明显。结论(1)安氏Ⅱ类1分类伴下颌后缩生长发育期患者Twin Block矫治后上气道壁塌陷的危险性降低。(2)随着软腭的弹性模量减小,其在呼吸过程中的位移增大,上气道壁塌陷的危险性增加。
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