符合生理顺应性的OSAHS患者上气道及其周围软组织三维重建.pdf
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1、 17论 著影像研究与医学应用 2024年1月 第8卷第1期 符合生理顺应性的 OSAHS 患者上气道及其周围软组织三维重建陈柳洁1,肖 潭2(通信作者)(1 广州大学土木工程学院 广东 广州 510006)(2 广东石油化工学院建筑工程学院 广东 茂名 525000)Three-dimensional reconstruction of upper airway and surrounding soft tissues in OSAHS patients consistent with physiological complianceCHEN Liujie1,XIAO Tan2(Corres
2、ponding author)1 School of Civil Engineering,Guangzhou University,Guangzhou,Guangdong 510006,China;2 Architectural Engineering Institute,Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming,Guangdong 525000,China【Abstract】Objective The upper airway structure of the human is complicated.The defor
3、mation&displacement and interaction of the internal structures are not only reflected in the sagittal plane,but the change in other direction also affects the airway collapse and obstruction of the patient with obstructive sleep apnea hypopnea syndrome(OSAHS).Therefore,a three-dimensional model of t
4、he patients upper airway established is expected to accurately describe the natural sleep state and conforms to the physiological compliance,which is the basis for the biomechanical simulation analysis of the fluid-structure coupling in the upper airway,and has practical application value for clinic
5、al diagnosis and evaluation.Methods In this paper,CT data of the OSAHS patients upper airway in supine position during natural sleep were used to complete three-dimensional reconstruction with software,such as Mimics,Geomagic and HyperMesh etc.Results Three-dimensional finite element model of the up
6、per airway(including nasopharynx airway and oral airway)and surrounding soft tissues(including soft palate,tongue and epiglottis)was established.The three-dimensional upper airway model is consistent with the real geometrical morphology and the physiological compliance of the patient with OSAHS duri
7、ng natural sleep.Conclusion The nasopharyngeal airway and oral airway were both established,which is conducive to the subsequent analysis of the impact of different respiratory patterns on OSAHS,and provides numerical model support for further exploring the mechanical mechanism of the airway obstruc
8、tion during sleep in OSAHS patients.【Key words】Obstructive sleep apnea hypopnea syndrome;Nature sleep;Physiological compliance;Three-dimensional reconstruction;Digital medicine【摘要】目的:人体上气道结构复杂精细,其内部组织结构的变形位移及相互作用不仅体现在矢状面,其他方向的变化对阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)患者气道的塌陷阻塞也存在影响。建立符合生理顺应性的患者上气道三维实体模型是进行 OSAHS 患者上
9、气道流固耦合生物力学仿真分析的基础。方法:采用自然睡眠仰卧位状态下 OSAHS 患者上气道 CT 数据,通过 Mimics、Geomagic 及HyperMesh 软件开展患者上气道结构的三维实体模型重建工作。结果:获得患者上气道(含鼻咽与口腔气道)及其周围软组织(含软腭、舌体、会厌)三维有限元模型,该模型符合患者自然睡眠期真实几何形态与生理顺应性,有效表征上气道及其周围软组织的空间结构关系。结论:该模型包含鼻咽气道与口腔气道,有利于后续分析研究不同呼吸模式对 OSAHS 发生的影响,为进一步探讨患者睡眠期间发生气道阻塞的力学机制提供数值模型支撑。【关键词】阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征;自然
10、睡眠期;生理顺应性;三维重建;数字医学【中图分类号】R445.3 【文献标识码】A 【文章编号】2096-3807(2024)01-0017-04阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)的发生受多种因素的影响,目前大多数研究人员认为上气道解剖性狭窄和局部软组织易塌陷性的增强是 OSAHS 发生的主要原因1-2。因此,准确判断上气道阻塞平面、阻塞形态及阻塞的严重程度对 OSAHS 的诊治尤为关键。目前,计算机技术是常见的医学诊断治疗辅助的手段,其核心问题是医学图像三维建模。即需先从医学影像设备输出规定格式的图
11、像数据,对其进行必要的数据处理以获得清晰的二维断层图像3-5,并按照疾病诊断的基金项目:广州市科技计划项目(202002030115)。18 论 著影像研究与医学应用 2024年1月 第8卷第1期 需要进行有效的图像分割,提取组织器官和病灶的信息,进而重建出对应的三维模型6-8。1 资料与方法1.1 一般资料本文研究对象为一名33岁男性OSAHS患者,汉族,睡眠打鼾 20 余年。右侧扁桃体度肿大,左侧扁桃体度肿大,舌根肥厚,Friedman 分级级(舌体肥厚,只能见一部分软腭,悬雍垂根部、腭弓及扁桃体不可见)。经多导睡眠监测仪 PSG 检测呼吸暂停低通气指数(apnea-hypopnea in
12、dex,AHI)为 102.1 次/小时,最低血氧饱和度为 52%,确诊为重度 OSAHS 合并重度低氧血症。本研究符合赫尔辛基宣言中的伦理准则,患者已签署知情同意书。1.2 实验设备本文临床检测及实验在中山大学第六附属医院睡眠呼吸障碍诊疗中心完成,CT 图像数据通过全球最先进Toshiba Aquilion ONE 640 层动态器官容积 CT(图 1)采集获得。设备具有 0.5 mm 探测器,160 mm 的超宽覆盖范围,以 640 层宽体探测器单次检查覆盖人体器官的三维动态影像采集方式,0.35 s 扫描一圈。图 1 Toshiba Aquilion ONE 640 层动态器官容积 CT
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