基于流固耦合方法分析OSAHS患者咽腔气流动力学变化和软腭的运动特征

来源 :中国医师协会第七届睡眠医学学术年会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huhf1984
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目的:通过三维重建软件重建OSAH S患者戴用口腔矫治器前后咽腔的三维有限元生物力学模型,利用流固耦合(Fluid-structure interaction,FSI)方法数值分析咽腔气流动力学变化和软腭的运动特征,用于探讨OSAHS发生机制及矫治器治疗后的临床效果评估. 方法:应用多导睡眠呼吸监测(Polysomnograph,PSG)对一名成入中度OSAHS患者戴用口腔矫治器前及戴矫治器3个月后的上气道及周围组织进行MRI扫描.将以DICOM格式存储的扫描数据导入三维重建软件:Mimics17.0,NX8.5,Geomagic Studio12.0对上气道及软腭进行三维重建,应用ANSYS Workbench13.0软件进行网格划分,赋予各部分材料属性,最终建立咽腔和软腭的流固耦合有限元模型,然后将所得的模型导入CFX-ANSYS软件中进行FSI数值计算. 结果:成功构建了中度OSAHS患者较完整的上气道和软腭的FSI有限元模型。患者戴OA后,睡眠呼吸暂停低通气指数(Apnea hypopnea index, AHI)从25.1次/h降低到1.8次/h,咽腔容积扩大了4933mm3,腭咽最狭窄处横截面积扩大了10mm2,左右侧壁增大了8.7mm。流固耦合数值计算结果,在最大吸气时刻,腭咽处的气流速度由9.677m/s降低到7.020m/s,最大负压由-64.18Pa降低到-37.88Pa,气道壁的最大形恋量由0.629mm减小到0.244mm,软腭的整体位移由0.883mm减小到0.519mm。在最大呼气时刻,腭咽处的气流速度由10.44m/s降低到7.441 m/s,最大负压由-36.25Pa降低到-23.79Pa,气道壁的最大形变量由0.648mm减小到0.31Omm,软腭的整体位移由0.944mm减小到0.594mm。 结论:OSAHS患者在吸气时腭咽气道出现较大的负压,压强降较大,以及呼气时软腭向咽腔后壁的运动可能是引起咽腔塌陷的重要机制。OSAHS患者戴OA后,有效的扩大了狭窄区域的横截面积以及咽腔的容积;在最大吸气和最大呼气时刻,腭咽气道的负压和软腭的运动均降低,使咽腔不易出现塌陷,从而减轻了患者的打熟和呼吸暂停症状。
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