戴用口腔矫治器后阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者舌骨力学的有限元分析

背景：采用三维有限元对下颌骨、气道、舌骨等共同建模进行研究的报道较少。 目的：通过建立下颌骨、气道、舌骨以及周围肌肉组织的模型,模拟戴用矫治器使下颌前伸改变气道形态的状况,在下颌骨上进行前伸加载,分析舌骨的生物力学表现。 方法：选取1名确诊为阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的男性患者,螺旋CT扫描眼眶下缘至甲状软骨图像,导入Mimics10.01软件分别提取各组织,Imageware10再对得到的文件点云进行处理,由ANSYS 10.0等软件生成三维有限元模型。在下颌骨上分别加载2,4,6,8 mm的前伸量,观察舌骨的生物力学表现。 结果与结论：上气道的应力主要集中在软腭及口咽部,舌骨上的应力主要集中在与下颌、气道相连的肌肉处。随着下颌前伸量加大,应力大小随伸长量增加而增大,舌骨随着肌肉的牵拉主要沿前上方移动。结果说明三维有限元法能够建立具有较高几何相似性及力学相似性的模型,是阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征病理研究方法的扩充。     

睡眠呼吸暂停低通气综合征与顽固性高血压的相关性研究

目的：分析睡眠呼吸暂停低通气综合征与顽固性高血压的相关性。方法收集我院2013年8月~2014年8月诊治的睡眠呼吸暂停低通气综合征合并顽固性高血压患者43例作为研究对象,给予所有患者经鼻持续气道正压通气治疗,并对患者实施为期两个月的随访,对比分析患者治疗前后的血压水平、低通气指数(AHI)、最低血氧浓度( LSaO2)、氧减饱和度指数。结果研究结果显示,经治疗后,患者的血压水平明显降低(<0.05),最低血氧浓度明显升高(<0.05),低通气指数和氧减饱和度指数也明显低于治疗前(<0.05)。结论顽固性高血压与阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征有着非常密切的联系,通过采取有效的措施积极改善患者的睡眠、降低患者的低通气次数和呼吸暂停次数对于促进患者的病情改善有着非常明显的作用。     

OSAHS患者自然睡眠期呼吸模式对上气道流场的影响

目的分析阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)患者自然睡眠时平静呼吸和呼吸暂停期不同压力边界条件和呼吸模式对气道内气体的流动和生理状态的影响。方法创建OSAHS患者仰卧位自然睡眠状态,并采集CT数据建立三维上气道有限元模型。临床测量患者睡眠期喉腔压力作为边界条件,考虑鼻吸鼻呼、鼻吸口呼、口吸鼻呼、口吸口呼4种典型呼吸模式进行流体力学仿真。结果睡眠期OSAHS患者的呼吸气流呈非稳定、有涡、双向流动,压力边界以及呼吸模式对气体流动的影响明显。用口呼吸与用鼻呼吸相比,气体的最大流速有所升高,压降主要集中在口腔,吸气时升高约30%,呼气时升高1倍。结论采用OSAHS患者自然睡眠期CT数据建模并以临床喉腔压力作为边界条件进行有限元仿真具有意义,研究结果有助于了解OSAHS患者真实自然睡眠状态下的上气道流场特性。     

儿童阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的手术治疗

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（OSAHS）是由于上呼吸道狭窄或堵塞等病因所致，儿童患者上呼吸道狭窄或堵塞的主要原因为扁桃体和腺样体肥大。本文对36例儿童OSAHS患者采用手术治疗，取得满意效果，现报道如下：     

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征生物力学研究进展

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea hypopnea syndrome, OSAHS）是一种在睡眠时反复出现咽部塌陷导致呼吸暂停的疾病,其发病机制涉及多个方面。根据人体上气道系统解剖结构与生理学特点,从生物力学角度研究可能诱发睡眠呼吸暂停的各种因素,讨论近年来研究睡眠呼吸暂停的生物力学模型,分析可能导致OSAHS疾病的力学机制,并对OSAHS生物力学今后的研究进行展望。建立上气道生物力学模型是研究OSAHS发病机制的有效方法之一,对OSAHS术前评估和术后预测具有重要的临床意义。     

大鼠OSAHS模型的建立及其上气道流场特性的数值模拟分析

目的研究大鼠上气道狭窄动物模型的构建方法及上气道狭窄后气流运动特性。方法将3月龄大鼠32只随机分为对照组和模型组,模型组每只大鼠在麻醉状态下给予0.1 mL透明质酸钠溶液软腭悬雍垂黏膜下注射处理。对照组和模型组在同等环境中饲养3月后,对两组动物分别进行CT扫描及呼吸检测。运用计算流体力学方法对比分析对照鼠和模型鼠上气道流场特性。结果 (1)模型组较对照组鼻咽部气道最小截面积明显减少,气道明显狭窄(P<0.05);(2)模型鼠呼吸急促、呼吸周期不稳定、咽腔呼吸波动较强;(3)在呼吸过程中,对照鼠鼻咽气道壁面最大剪应力分布较分散;而模型鼠鼻咽气道壁面最大剪应力分布较集中。结论软腭黏膜下注射透明质酸钠诱发了上气道狭窄,气道狭窄的动物模型与阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)病理学特征类似。上气道狭窄将导致呼吸困难,呼吸周期延长,且剪应力对咽部组织(特别是软腭及悬雍垂)的损伤作用更强,这加剧了咽部组织的力学重建。     

儿童变应性鼻炎与阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的关系

变应性鼻炎(al ergic rhinitis,AR)在发达国家中是一种常见病,并且近些年来其发病率在全球大多数地区呈持续流行增加趋势。变应性鼻炎是儿童时期易患的慢性疾病之一。是儿童阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obsructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OSAHS)的高危因素,对患儿的生活带来明显的负面影响。无菌性炎性渗出会使鼻粘膜充血水肿,甚至上气道塌陷阻塞,导致上呼吸道变窄阻塞,引起肺通气量降低或呼吸暂停,伴有打鼾、睡眠结构紊乱、白天嗜睡、记忆力下降等。经鼻局部滴入类固醇激素之类的药物可缓解粘膜充血,从而增加上呼吸道通气,防治OSAHS的发生,是目前治疗儿童AR最有效的药物,经鼻给药较口服疗效好而副作用相对较少。现从发病机制及治疗上来总述AR与OSAHS的关系。     

典型男性OSAHS患者上气道气流运动特性的数值模拟

目的 研究典型男性阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症（OSAHS）患者在平静呼吸时上气道气流运动特性,以及气流对软腭和悬雍垂作用的动力特点。方法 基于患者CT影像数据建立可靠的上气道流场几何模型,以临床睡眠监测数据作为数值模拟边界条件的依据,采用低雷诺数的湍流模型计算获得一个完整呼吸周期内上气道气流运动规律。结果OSAHS患者在呼吸过程中,上气道气流流动形式有显著差异。在吸气阶段,上气道腔内流速可达9.808 m/s,最大负压可达-78.856 Pa,鼻腔顶部出现局部回流,软腭受到的最大气流压力为-10.884 Pa,悬雍垂受到的最大气流压力为-51.946 Pa,气流对软腭和悬雍垂造成的最大剪切应力分别为78和311 mPa。在呼气阶段,上气道腔内最大流速为10.330 m/s,最大负压为-51.921 Pa,口咽部和鼻腔顶部均出现局部回流,且口咽部顺时针回流现象显著,软腭受到的最大气流压力为2.603 Pa,悬雍垂受到的最大气流压力为-18.222 Pa,软腭和悬雍垂受到的最大剪切应力分别为51和508 mPa。结论 口咽部是易塌陷的部位,一个呼吸循环过程的数值模拟可以捕捉到上气道流场显著的回流特征,上气道回流直接影响软腭和悬雍垂所受的力,同时也关系到患者呼吸的流畅程度。     

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征临床治疗分析

目的：探讨综合治疗对阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（OSAHS）治疗的效果。方法：对120例OSAHS病人随机平均分为3组，综合组采用上气道狭窄部位手术加经鼻气道持续正压通气、减肥等行为疗法进行综合治疗，手术组采用上气道狭窄部位手术治疗，通气组采用单纯经鼻气道持续正压通气（NCPAP）治疗。以治疗前后睡眠紊乱指数（AHI）和最低血氧饱和度（ISaO2）等作为疗效判定指标，对比观察3组疗效。结果：综合治疗组有效率87．5％；手术组有效率62．5％；通气组有效率65％。经统计学处理，综合治疗组疗效显著优于手术组和通气组（P〈0．01）。结论：采用手术解除上气道狭窄病变，配合经鼻持续正压通气、减肥等综合治疗OSAHS，可显著提高治疗效果。     

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症的护理体会

目的：通过对阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症(Obstructive Sleep ApneaHypopnea Syndrome,OSAHS)患者临床资料的回顾性分析,探讨该病的主要危险因素并总结护理经验,从而加强对该疾病的预防和护理。方法对我院自2010年2月~2013年2月收治的135例阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症患者的临床资料进行回顾性分析。结果135例OSAHS患者在护理人员的精心护理和生活指导下,症状有所缓解,疾病得到有效控制。结论 OSAHS是一种多因素疾病,严重危害人体健康,采取有效的护理干预和生活指导,能够有效改善OSAHS患者睡眠状况,获得自我保健能力,提高生活质量,从而很大程度上改善患者预后情况。     

单侧上颌骨 全切除术后上呼吸道气 流动力学特征

目的通过计算机数值模拟方法,研究单侧上颌骨全切除术后患者的上呼吸道吸气相气流动力学特征。方法基于3例单侧上颌骨肿瘤患者术后的CT图像,三维重建患者的上呼吸道结构,利用计算流体力学方法对气流流动进行数值模拟。结果获取患者术后上呼吸道吸气相气流流动趋势,气流在缺损侧鼻腔发生流动分离,在整个缺损腔形成低速大尺度漩涡。结论 3例单侧上颌骨全切除术后患者的上呼吸道气流整体流动模式大体一致,说明这类患者呼吸模式具有共性。单侧上颌骨全切除术造成上呼吸道结构改变,扰乱了上呼吸道气流流动模式,影响了患者的上呼吸道生理功能。单侧上颌骨全切除术后患者的上呼吸道气流数值模拟有助于解释患者出现的鼻腔干燥、结痂、分泌物堆积等症状和体征。     

不同运动状态下慢性阻塞性肺疾病患者下呼吸道内的气流特性

目的 运用计算流体动力学方法探究不同运动状态下慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)患者下呼吸道内气流特性。方法 收集稳定期COPD患者肺部CT扫描数据与肺功能数据,重建下呼吸道三维模型,通过施加个体化边界条件进行数值模拟,分析患者下呼吸道壁面压力、壁面剪切应力(wall shear stress, WSS)、气流速度以及压降等参数。结果 随着运动强度增加,COPD患者下呼吸道壁面压力、WSS、流速及压降呈逐渐上升趋势。静息状态与低强度运动状态各参数相差较小,高强度运动状态各参数显著增加。其中,WSS是一个较敏感的力学指标,3种运动状态下WSS>1.0 Pa所占面积分别为272.35、438.24、4 369.48 mm²。结论 运动状态下,COPD患者气道壁面压力、WSS、流速以及压降显著增加,增大患者气道黏膜损伤以及炎症的可能性。研究结果从力学角度解释COPD患者发生支气管炎症机制以及患者无法长时间运动的原因。     

Numerical investigation on the flow characteristics and aerodynamic force of the upper airway of patient with obstructive sleep apnea using computational fluid dynamics

Developing a mathematical model to predict the abnormal flow characteristics that are produced by obstructive sleep apnea is an important step in learning the pathophysiology of the obstructive sleep apnea (OSA) disease. The present study provides detailed calculations of flow in the pharyngeal airway of a patient with obstructive sleep apnea. To achieve this goal, a computational fluid dynamics model was constructed using raw data from three-dimensional computed tomogram (CT) images of an OSA patient. To reproduce the important transition from laminar to turbulent flow in the pharyngeal airway, the low Reynolds number k-varepsilon model was adopted and successfully validated using previous open literature. The results show that the flow in the pharyngeal airway of patients with OSA comprises a turbulent jet formed by area restriction at the velopharynx. This turbulent jet causes higher shear and pressure forces in the vicinity of the velopharynx. From the results, It may be deduced that the most collapsible area in the pharyngeal airway of OSA patients is the velopharynx where minimum intraluminal pressure and maximum aerodynamic force lie.     

Gender differences in age and BMI distributions in partial upper airway obstruction during sleep

The obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome occurs more frequently and with higher apnea-hypopnea indices in men than in women. To investigate the gender differences we extended our respiratory analyses during sleep to cover not only periodic obstruction (apnea and hypopnea) but also nonperiodic partial upper airway obstruction during sleep and their associations with increasing age or body mass index (BMI). The clinical sleep recordings with the static-charge-sensitive bed (SCSB) and oximeter were reviewed in 233 age and BMI-matched men-women pairs. Periodic obstruction increased with increasing BMI only in men. Nonperiodic partial obstruction increased with moderate to morbid obesity in women and men after the age of 65 years. Our findings suggest that while partial upper airway obstruction increases with increasing age and BMI in both genders, men have a gender specific BMI dependent predisposition for periodic obstruction (obstructive sleep apnea). The apnea-hypopnea index is likely to underestimate the impact of sleep-disordered breathing, particularly in elderly patients.     

下肢动脉狭窄三维模型建立及流体力学计算

背景：随着计算机技术的发展,血管虚拟现实已成为可能。 目的：基于CT断层图像建立下肢动脉局部狭窄的三维立体模型并进行有限元数字网格划分,用于下肢动脉局部狭窄血管的血液动力学分析。 方法：采集患者下肢动脉CTA中一段局部狭窄血管的DICOM数据,在MIMICS14.0中建立三维模型,再导入到有限元软件ANSYS11.0中进行有限元模型的建立,并模拟真实血流条件下的流体力学分析。 结果与结论：在MIMICS14.0软件中得到了局部狭窄血管的三维模型。在ANSYS workbench中得到了血管的有限元模型,模型节点总数7 335,单元总数为43 415。有限元计算得到了一系列的可视化的计算流体数据。表明该方法可以得到下肢动脉局部狭窄段流体力学分析所需的三维立体模型和有限元模型,得到流体力学分析所需相关数据。     

Upper Airway Collapsibility During REM Sleep in Children with the Obstructive Sleep Apnea Syndrome

Study Objectives:

In children, most obstructive events occur during rapid eye movement (REM) sleep. We hypothesized that children with the obstructive sleep apnea syndrome (OSAS), in contrast to age-matched control subjects, would not maintain airflow in the face of an upper airway inspiratory pressure drop during REM sleep.

Design:

During slow wave sleep (SWS) and REM sleep, we measured airflow, inspiratory time, inspiratory time/total respiratory cycle time, respiratory rate, tidal volume, and minute ventilation at a holding pressure at which flow limitation occurred and at 5 cm H₂O below the holding pressure in children with OSAS and in control subjects.

Setting:

Sleep laboratory.

Participants:

Fourteen children with OSAS and 23 normal control subjects.

Results:

In both sleep states, control subjects were able to maintain airflow, whereas subjects with OSAS preserved airflow in SWS but had a significant decrease in airflow during REM sleep (change in airflow of 18.58 ± 12.41 mL/s for control subjects vs −44.33 ± 14.09 mL/s for children with OSAS, P = 0.002). Although tidal volume decreased, patients with OSAS were able to maintain minute ventilation by increasing the respiratory rate and also had an increase in inspiratory time and inspiratory time per total respiratory cycle time

Conclusion:

Children with OSAS do not maintain airflow in the face of upper-airway inspiratory-pressure drops during REM sleep, indicating a more collapsible upper airway, compared with that of control subjects during REM sleep. However, compensatory mechanisms exist to maintain minute ventilation. Local reflexes, central control mechanisms, or both reflexes and control mechanisms need to be further explored to better understand the pathophysiology of this abnormality and the compensation mechanism.

Citation:

Huang J; Karamessinis LR; Pepe ME; Glinka SM; Samuel JM; Gallagher PR; Marcus CL. Upper airway collapsibility during REM sleep in children with the obstructive sleep apnea syndrome. SLEEP 2009;32(9):1173-1181.