概述
理解如何维持气道通畅的基础是咽部被动机械变形对上气道塌陷的作用进行分析。本项研究首先在 Simpleware 软件中使用 CT 扫描数据创建了精细的 3D 解剖模型，然后采用有限元分析（FEA）方法研究变形情况。结果与体内试验及文献报道吻合较好，可以作为更全面地模拟人上气道塌陷和治疗阻塞性睡眠呼吸暂停的起点。
亮点
- 从 CT 获取人体上气道图像数据
- 在 Simpleware ScanIP 中重建 36 个不同的解剖结构
- 在 Simpleware FE 中生成有限元网格并施加内气道压力边界条件
- 在 ANSYS Workbench 中进行气道变形模拟
图像处理和网格生成
采用多层螺旋 CT 扫描仪获取一例 79 岁男性的正常气道 CT 扫描数据。通过 Simpleware ScanIP 对 DICOM 文件进行三维重建和分析。对整个图像应用二值化的中值滤波以降低噪声；采用噪声曲率流滤波器促进区域内平滑、抑制区域间平滑、去除噪声，增强灰度边界。对36个单独的组织、骨骼、软骨、韧带、肌肉和膜的解剖结构进行分割。采用递归高斯平滑对分割后的结构进行平滑处理，进一步降低噪声水平，减弱锐利的边缘。将模型的下侧裁剪至声带附近，从而减少 FEA 的计算需求。
使用 Simpleware FE 创建由正四面体单元组成的网格，进行局部网格细化和额外的网格改进措施。多部分网格在接触界面上具有共享节点，在气道壁上定义的节点集施加内气道压力边界条件，并在立方体域边界与模型的界面处定义节点集；在这里也采用了固定边界条件。
模拟结果
划分的网格和节点集以 .cdb 格式导入 ANSYS Workbench 进行模拟。在 Image J 中分析横截面积，证明网格已收敛。在小变形的限制下估算被动咽部组织的性质，以线性弹性作为合理假设。
在不同气道压力下分析口咽部和腭咽的横截面积，确定大气压（零）附近的面积随压力的变化斜率，并与已发表的放松状态下已麻醉正常人的体内实验数据进行比较。研究结果提供了新的理解，有助于进一步基于图像建模研究，也有助于针对口腔压力治疗设备进行新型医疗器械设计。
参考
- 致谢请参考英文原文；
- Carrigy, N.B. et al., 2016. Simulation of muscle and adipose tissue deformation in the passive human pharynx. Comput Methods Biomech Biomed Engin。