健康成人上气道及周围结构的三维有限元模型的构建

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1、健康成人上气道及周围结构的三维有限元模型的构建【摘要】目的利用薄层CT扫描技术建立健康成人上气道及周围结构的三维有限元模型，为研究OSAHS(阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征)奠定基础。方法对健康成人上气道进行薄层CT扫描及图像处理，通过Mimics13.0软件和ANSYS软件建立三维有限元模型。结果建立了健康成人上气道及周围结构的三维有限元模型，共得到63032个单元，12149个节点。结论薄层CT扫描技术与Mimics和ANSYS软件相结合，建立健康成人上气道及周围结构的三维有限元模型，精度高、速度快，使用灵活，为后期OSAHS的研究奠定了基础。【关键词】上气道;三

2、维有限元模型;薄层CT;Mimics软件;Ansys软件　Constructionofthethree-dimensionalfiniteelementmodeloftheupperairensionalfiniteelementmodeloftheupperairagesinhealthyadult'supperairageprocessingensionalfiniteelementmodelbyMimicsandANSYSsoftensionalfiniteelementmodelofahealthyadult'supperairentsand12149node

3、s.ConclusionItisfeasible,accurateandflexibletoestablishthethree-dimensionalfiniteelementmodelinhealthyadult'supperaireansofthin-sectionCTscanningtechnologyandMimicsandANSYSsoftoreanalysisofOSAHS.　　[Keyensionalfiniteelementmodel;Thin-sectionCT;Mimicssofte,OSAHS)，在人群中发病率较高，严重影响患者的生活质量和身体健

4、康。OSAHS的发病机制尚不十分清楚，一般认为上气道形态及其周围组织结构异常是OSAHS重要的发病机制[1]。针对上气道的狭窄或阻塞，目前学者们多采用影像学的研究方法，主要包括X线头影测量法、计算机体层扫描技术(CT)和磁共振技术(MRI)来探讨OSAHS患者上气道的形态解剖特点及局部阻塞部位[2-5]。本研究运用计算机图像处理功能，结合薄层CT断层扫描技术，建立健康成人上气道及周围结构的三维有限元模型，利用此模型研究健康成人上气道的形态和功能变化,并结合OSAHS患者的上气道及周围结构的三维有限元模型进行对比研究。　　1材料与方法　　1.1设备条件与软件：采用美国G

5、E公司Lightspeedpro16螺旋扫描CT和ADimics13.0软件和Ansys8.0软件。　　1.2建模步骤　　1.2.1CT图像数据采集：选择1名牙列完整的健康青年男性志愿者作为测试对象，所选健康志愿者，面部左右对称，侧貌协调,无上呼吸道慢性疾病病史，近3个月无上呼吸道急性病史，体重指数正常，无打鼾史，既往无上呼吸道外伤和手术史，上呼吸道常规体检均未见异常。　　测试对象取仰卧位，身体置于床面中间，下颌骨后缘与C2椎体前缘接近，头部两侧对称，勿吞咽和咀嚼，上下齿自然对合，舌尖抵上切牙舌面。颌平面垂直向下，扫描线与颌平面平行进行扫描，连续扫描，层厚0.625m

6、m。扫描范围：环状软骨下端至眼眶下缘。扫描过程中保持测试对象头部位置固定，头部固定后射线方向与测试对象上气道相对位置保持不变，因而保证了输出的每张CT片其中心点都通过同一长轴，即每张图像坐标位置相对恒定。共得到CT图像177层。所得图像以DI格式数据文件刻录存盘。　　1.2.2三维实体模型的建立：将CT扫描所获得的DI格式数据文件导入Mimics13.0软件中，经过转换后即可打开为三个视图：矢状面、冠状面和横断面，在CT图像上确定需要进行三维成像的组织范围，利用软件自带的阈值分割技术，将所需的组织如骨骼、肌肉、气道等通过不同的灰度值进行边缘自动识别，并经过区域生长等方

7、法将边缘识别清晰，将所需组织在CT图片中逐张进行识别与处理，包括填充其中的孔洞等工作，经三维图像计算生成三维实体模型。分别重建出下颌骨、舌骨、上气道及下颌舌骨肌、颏舌肌、颏舌骨肌、舌骨舌肌、舌体及周围结构的三维实体模型图像。本论文中对肌肉模型做如下简化：将肌肉及周围软组织作为整体进行建模，而不是逐一建模。将上述建立好的各模型通过布尔运算后组合起来，即可成为完整的上气道骨-肌肉-气道模型。重建后的三维下颌骨、舌骨、上气道及肌肉图像见图1(目录后)。　　1.2.3三维有限元模型的建立：在Mimics13.0的Remesh模块中将上述几何模型导入，通过修理