阻塞性睡眠呼吸暂停患者体位改变致流体向头颈部迁移的研究

目的当人体由立姿或坐姿改变为睡眠时的卧姿时,下肢流体会向头颈部迁移,使得上气道变窄。研究体位改变时阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)患者头颈部组织中流体重新分布的过程,对于理解流体迁移在OSA患者气道阻塞上扮演的角色具有重要的意义。本研究通过测量OSA重度患者随着体位改变,在不同时刻腿部流体量,以及颈部和腿部几何参量,验证迁移流体量随时间非线性变化的假设。方法对于9名睡眠呼吸暂停低通气指数AHI30的重度患者,进行整夜多导睡眠监测,记录睡眠状态及AHI的变化,并测量站立、刚刚仰卧、仰卧15 min,及早上起床前仰卧诸时刻的腿部流体量以及颈围、腿围、踝围等几何参量,分析迁移流体量随时间的变化规律。结果由立姿改为仰卧后,几乎有总迁移量1/5的流体立刻发生迁移;仰卧15 min后迁移量升至1/3。睡眠监测显示受试者进入睡眠时间为(301±183)min。通过数据曲线拟合可推算出,仰卧30 min后流体迁移量将升至总迁移量的1/2。结论在OSA重度患者中,体位改变后,向头颈部迁移的流体量随时间以强非线性规律变化。相比于整夜的流体迁移量,在患者进入睡眠前,主要的流体迁移过程已基本完成。     

用衰减振动式流变仪测量线性粘弹性流体粘弹性系数的新方法 理论分析部分

本文给出了测量线性粘弹性流体粘性及弹性系数的一种新方法。近年来，Kaibara和Date等发展了一种与目前普遍采用的测定流体粘性系数的仪器具有不同工作原理的新型流变仪。用该仪器测量盛有待测流体的杯子作自由衰减振动时的振动周期及衰减指数，利用一定的理论模型，就可求得流体的粘性系数。Murata、Date及Kaibara对牛顿流体的模型进行了分析计算，给出了牛顿流体粘性系数与振动周期及衰减指数的函数关系式。为使该仪器能用来测量粘弹性流体的粘性、弹性系数，本文对一种粘弹性流体模型——线性粘弹性流体进行了理论分析计算，成功地得到了流体粘性、弹性系数与衰减振动周期及衰减指数的函数关系式。并给出一些数值计算结果。这样就能够通过测量样本——杯系统的衰减振动周期及衰减指数得到线性粘弹性流体的粘性、弹性等参数，从而提供了一种新的测量线性粘弹性流体的方法。而前面提到的牛顿粘性流体的情况则为本文结果中当流体弹性系数趋于无穷时的一个特例。     

基于磁共振图像的鼻腔边界分割及解剖结构提取简

目的探索基于系列磁共振图像获取鼻腔边界的有效分割方法．对图像进行准确分割并考察鼻腔的解剖结构。方法受试者为健康男性,年龄24岁。采用层间距为4mm的冠状面头颈部MRI图像．用MATLAB编程对图像预处理。使用距离正则化水平集图像分割方法分割鼻腔的边界．并借助插值算法计算任意位置的鼻腔横截面积．以及通过对横截面积分布曲线的积分算出鼻腔体积。结果精确分割出鼻腔边界,获得其坐标,并可保存为图像格式或数据文件格式。给出左、右鼻腔横截面积随距离变化的连续分布曲线、鼻腔最小截面的位置．以及鼻腔体积。结论该方法可以有效地分割出几何形态复杂的鼻腔的边界并获得鼻腔的结构参数数值．所得到的边界坐标数据可方便地用于鼻腔结构的三维重建。     

应用MRI研究流体迁移对睡眠呼吸暂停患者上气道截面形状的影响

目的人体由站姿或坐姿变为睡眠时的卧姿时,流体受重力的影响自腿部向头颈部迁移,导致气道周围软组织体积增加,压强增大,从而挤压气道,导致睡眠过程中气道更易阻塞。本研究针对阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)患者,分析流体迁移对上气道截面形状以及气道流动阻力的影响。方法使用磁共振三维容积扫描方法,对受试者进行两种状态下的头颈部横断面成像:平卧参考状态以及双腿抬起持续8 min流体重新分布状态。从选定横断面的图像上分析这两种状态下气道截面积以及形状的改变,并从水力学半径的角度分析不同类型的形变对气道流动阻力的影响。结果相比于平卧参考状态时的气道截面形状,抬腿8 min流体重新分布后气道截面积改变的同时,形状呈现出三种类型变化:气道截面形状基本不变;气道截面长短轴比例变大,截面形状趋于更扁;气道截面长短轴比例变小,截面形状趋向圆形。这些不同形式的形状改变,可以对气道的阻力产生很大的影响。结论体位改变引起的流体迁移除了改变气道截面积之外,还会改变气道的截面形状,而截面形状的改变可对流动阻力产生重要影响。这一研究为深入探索OSA发生的机制提供了研究基础。     

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者自然睡眠时上气道及相关结构电影磁共振测量研究

目的：采用电影磁共振（cine magnetic resonance,CMR）定量评估不同上气道阻塞模式下阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（OSAHS）患者的上气道及其相关结构的变化特点。方法30例男性重度OSAHS患者成功完成清醒时和自然睡眠时上气道正中矢状位CMR扫描。根据上气道阻塞模式将患者分为三组,并对患者的上气道及相关结构进行测量,评估其形态及位置变化特点。结果与清醒时相比,自然睡眠时OSAHS患者软腭后区、舌后区和会厌后区上气道矢状径均明显减小,硬腭-软腭间夹角增大,舌骨上肌群长度减小（P<0.01）。三型阻塞模式患者在清醒时,舌后区上气道矢状径存在显著差异（P<0.01）;自然睡眠时,舌后区上气道矢状径、舌体上部矢状径、硬腭-软腭间夹角、舌体角及上述测量指标的变化值均有显著差异（P<0.05）。结论 CMR可定量评估不同上气道阻塞模式的OSAHS患者之间上气道及相关结构的变化特点。     

磁共振三维容积成像用于流体迁移对上气道形态影响研究

目的 提出用磁共振三维容积成像方式研究流体迁移对人体上气道截面及颈围影响的方法并验证其可行性,为探讨体位改变对睡眠呼吸功能的影响提供新的思路.方法 使用三维扰相梯度回波序列(3 D-SPGR)容积扫描方式,对2位受试者头颈部自鼻腔顶部至喉结处进行两种状态下的横断面磁共振成像:平卧参考状态；将双腿抬起大于50.角并持续8 min后的流体重新分布状态.从选定横断面的图像上提取两种状态下上气道截面和颈围边界的坐标,进而计算气道横截面积以及颈围周长.结果 图像可清楚地显示流体迁移引起的上气道截面积、形状,及颈围尺度的变化.计算结果表明,抬腿引起的流体迁移导致上气道截面积减小、颈围增大,与现有文献中给出的实验结果一致.结论 将磁共振三维容积成像的方法用于流体迁移对人体上气道形态影响的研究,可方便、精确地测量由于流体重新分布引起的上气道截面积、形状,及颈围尺度的变化.这一方法将为研究体位改变对睡眠呼吸功能的影响,特别是伴有水肿现象的疾病与阻塞性睡眠呼吸暂停相关联的机理提供一个有效的途径.     

定量研究流体迁移对上气道形态影响的有限元模型方法

目的当人体由站姿或坐姿改变为卧姿时,下肢流体会向头颈部迁移,导致上气道变窄,从而引起或加重睡眠呼吸障碍。本研究提出一种用力学模型与有限元分析手段研究流体迁移引起的气道形态改变的方法,从而可以进行头颈部流体增加量与气道横截面积以及皮肤周长改变之间定量关系的研究。方法借助于人体头颈部气道最狭窄部位的轴状面磁共振图像,构建基于真实解剖结构的二维力学与有限元分析模型。通过均匀增加软组织面积来模拟头颈部组织流体量的增加,用模型预测其对气道截面尺度的影响。结果根据2名健康男性头颈部解剖结构建立相应的有限元模型。通过模型模拟结果与实验数据的对比,验证了此模型方法用来模拟与预测流体迁移影响的合理性。模型结果验证了头颈部流体的增加会对气道横截面积产生影响的实验观察。模拟结果显示,随着截面内流体量的增多,气道横截面积逐渐减小,皮肤周长逐渐增大。气道面积的变化与流体量的变化呈非线性关系。结论有限元模型的方法可以在流体迁移影响研究中扮演重要角色。模型初步预测结果表明,当伴有水肿现象的疾病,例如心力衰竭、肾衰竭等,导致夜间有更多流体进入患者头部时,会加重气道变窄程度,使其更易发生阻塞,导致阻塞性睡眠呼吸暂停症状的加剧。     

上气道内流动现象与压力分布模拟

目的用计算流体力学模拟的方法和体外模型实验的手段,研究呼吸时真实结构的上气道内的流动状态和压力分布,同时验证数值模拟模型的准确性。方法首先基于磁共振图像,借助Mimics软件重建上气道三维结构。在此真实几何结构基础上,建立上呼吸道内流动的有限元分析模型,以及制作相应的实体模型。模拟并测量呼吸流量为200、400和600 m L/s时的情况,并将数值模型预测的壁面压力分布与实测结果比较。结果如果气道内气流流量相同,吸气时气道两端的压差比呼气时大,即吸气时气道阻力比呼气时大。不同点压力分布的数值计算结果与实体模型测量结果一致。数值模拟结果表明,吸气时气道悬雍垂以及会厌后的舌后区域流动速度较高,悬雍垂下舌后区有涡旋产生。呼气时矢状位鼻咽顶端靠近后壁处,冠状位鼻咽、会厌下口咽处均有涡旋产生。结论数值模型可以准确地模拟上气道的流动状态和压力分布,直观地反映上气道内流动特点。作为非侵入式的工具,气道模型和数值模拟可以在探索阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)的发病机制和有效治疗方法的过程中发挥重要作用。     

扁桃体切除后伤口缝合方式对睡眠呼吸暂停患者咽腔结构影响的有限元方法研究

目的腭咽是阻塞性睡眠呼吸暂停(obstructive sleep apnea,OSA)患者中最为常见的阻塞部位,该类患者手术治疗多采用保留悬雍垂腭咽成形术(Han-uvulopalatopharyngoplasty,H-UPPP),切除扁桃体是该手术的重要组成部分,其目的是扩大咽腔,改善气道通气性能。手术后切口缝合时会引起组织中应力重新分布,从而直接影响术后咽腔壁的几何形态和手术效果。但目前尚无有效方法评估切口缝合方式对手术效果的影响。本研究提出利用有限元分析模型探究扁桃体窝不同缝合方式对咽腔结构的影响,以此对H-UPPP术式操作的选择提供理论依据。方法基于OSA患者头颈部磁共振图像,构建具有真实解剖结构的气道及周边组织的三维有限元模型。通过收缩扁桃体组织体积和限定其组织表面位移来模拟扁桃体切除手术及三种缝合方式。利用ADINA软件进行数值模拟,通过观察气道最小横截面面积和咽腔空间的变化等探讨不同缝合方式对咽腔尺度的影响。结果利用三维有限元模型模拟了对位、前拉、后拉三种缝合方式。数值模拟结果显示,前拉缝合扁桃体窝时气道最狭窄处横截面积变化最为显著,扩大了27.82%。而对位缝合和后拉缝合扁桃体窝的情况,该处横截面积增加量分别为24.76%和27.11%。对于对位和后拉缝合,悬雍垂游离端附近的咽腔横截面积变化更为明显,其平均值约为手术前的5倍。相比之下,前拉缝合后相同区域平均咽腔横截面积值约为手术前的4.3倍。结论腭咽成形术改良术式的伤口缝合方式会对周边软组织中应力分布和气道截面几何形态产生重要影响。本研究建立的方法可用于针对不同患者的个性化模拟,对于本研究所涉的患者上气道解剖结构类型,模型显示前拉缝合对改善患者咽腔最狭窄部位结构更为有利。