腺样体肥大儿童上呼吸道的流场数值模拟

论文摘要

儿童腺样体肥大是引起儿童阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)的一个主要原因。儿童OSAHS是一种儿童常见的上呼吸道疾病，OSAHS的持续存在会影响儿童的生长发育及心肺功能，甚至引起儿童猝死。然而上呼吸道的三维几何形状复杂并且难以接近其内部，很难定量检测出上气道内部不同部位的气体流动和压力分布状况，限制了儿童上呼吸道相关疾病的深入研究。因此有必要从生物力学角度，研究儿童上呼吸道的气体流动问题。根据上气道详细的解剖学资料以及腺样体肥大儿童CT断层图像，采用表面重建方法，建立腺样体肥大患儿的上气道三维几何模型。用有限元分析的方法，数值模拟呼吸过程不同时刻的上气道内气流分布情况，得到的数值模拟结果与临床资料相符合。计算结果显示，腺样体肥大患儿由于鼻咽部狭窄，导致狭窄处气体压力和速度梯度的显著变化，进而增加了咽部气道的可塌陷性，从而引起打鼾、呼吸暂停等疾病。所做工作对认识腺样体肥大儿童的鼻腔和咽腔在生理和病理状态下的气流分布都很有意义，对进一步模拟儿童腺样体切除术的术前预测以及临床制定手术方案等具有较大帮助。本研究工作是国家自然科学基金项目(人体鼻腔结构与功能自适应生物力学模型的研究，基金号：10472025；OSA人上气道阻塞平面识别的生物力学模型研究，基金号：10672036)的一部分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 目前国内外对上呼吸道的生物力学研究进展
• 1.2.1 尸源性模型
• 1.2.2 动物实验与临床观察
• 1.2.3 应用影像学数据构建模型
• 1.2.4 计算机数值模拟
• 1.3 课题的目的
• 1.4 论文的主要工作
• 2 上呼吸道解剖结构及生物力学模型的建立
• 2.1 上呼吸道的解剖结构及生理功能
• 2.1.1 鼻腔结构
• 2.1.2 鼻腔生理功能
• 2.1.3 咽腔结构
• 2.1.4 咽腔生理功能
• 2.2 三维重建方法
• 2.2.1 三维重建方法分类
• 2.2.2 基于CT图像的三维重建
• 2.2.3 三维重建技术在临床上的应用
• 2.3 数值模拟方法
• 2.3.1 计算流体动力学概述
• 2.3.2 FLOTRAN CFD的求解过程
• 3 腺样体肥大儿童上气道内气流分布研究
• 3.1 边界信息数字化
• 3.1.1 临床资料选取
• 3.1.2 CT扫描
• 3.1.3 CT图像数字化
• 3.2 建立儿童上气道三维模型
• 3.3 基于有限元法的数值模拟
• 3.3.1 划分网格单元
• 3.3.2 设置边界条件
• 3.4 数值模拟结果与分析
• 3.4.1 计算分析内容
• 3.4.2 呼吸气流量最大时刻的气流速度场分析
• 3.4.3 呼吸不同时刻的气流压强场分析
• 3.4.4 腺样体肥大患儿与正常儿童的流场对比分析
• 3.5 鼻声反射仪在建模中的应用
• 3.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢