不同气管插管头位上气道三维重建及气流流场数值模拟的研究

发布时间：2017-08-20 18:18

  本文关键词：不同气管插管头位上气道三维重建及气流流场数值模拟的研究

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【摘要】：第一部分不同麻醉头位上气道CT三维图像的比较分析研究目的对一例志愿者三种不同头位的上气道CT图像进行三维重建,从经典三轴线理论和气管插管的立体空间两个角度比较分析,为优化气管插管头位提供解剖学依据。对象与方法健康女性志愿者1例,年龄25岁,身高173cm,体重62kg,BMI20.7kg/m2,ASA I级,Mallampati评分I级。在平卧位、后仰位、嗅物位下分别行上气道CT平扫,并三维重建上气道模型。在CT影像上标记口轴(MA)、咽轴(PA)、喉轴(LA)线位置并测量口-咽轴、口-喉轴、喉-咽轴之间的交角。标记通过寰椎平面的直线(A),通过枕骨下缘平面的直线(O),测量A-O线相交的锐角。根据CT图像重建上气道三维模型并选口腔和口咽腔区域,计算口腔和口咽腔体积(Vo和Vp)。结果三种体位下口-咽-喉三轴线交角总和,平卧位后仰位嗅物位;喉-咽轴交角平卧位≈嗅物位后仰位;口-咽轴交角嗅物位后仰位平卧位;口-喉轴交角后仰位嗅物位平卧位。A-O角嗅物位≈后仰位平卧位。口和口咽腔体积均是平卧位嗅物位后仰位,其中,嗅物位约是平卧位的1.57倍;后仰位约是平卧位的2倍。结论嗅物位时口-咽-喉三轴线最接近于重叠,最有利于喉镜显露声门;后仰位时口和口咽腔体积最大,有更多气管插管操作空间。第二部分CFD模拟不同麻醉头位下气流流场变化的比较分析研究目的使用计算流体力学模拟的方法,对三种不同头位上气道气流流场特点进行比较分析,为麻醉面罩通气头位的选择提供参考依据。对象与方法健康女性志愿者1例,年龄25岁,身高173cm,体重62kg,BMI20.7kg/m2,ASA I级,Mallampati评分I级。在平卧位、后仰位、嗅物位下分别行上气道CT平扫、三维重建上气道模型,测量上气道体积(V)及最狭窄处截面积(Amin)。对上气道三维模型进行网格划分,建立体网格,使用Spalart-Allmaras模型进行气流流场模拟,分别模拟三种头位下,气流量为10L/min时,张口和闭口正压通气的情况,获得压强分布图及速度流线图。结果上气道体积(V)及最狭窄处截面积(Amin)在嗅物位时最大,平卧位时最小。平卧位时,压强梯度及速度变化幅度最大,嗅物位时压强梯度和速度几乎不变。嗅物位时,气流流动较为平稳,平卧位和后仰位时,气流流动出现了不同程度的紊乱。闭口通气时,紊乱由小部分经口进入的气流造成,且不会对主要经鼻流入的气流造成太大影响;气流在咽部出现紊乱,张口通气时,紊乱由经口、经鼻的气流共同造成。平卧位时,闭口通气在鼻咽处有较明显的压强梯度变化、张口通气在口咽处有较明显的压强梯度变化。结论嗅物位和后仰位均能增大气道体积,且嗅物位气流流速以及压强梯度变化最小,嗅物位面罩通气较有优势;张口通气相较于闭口通气时,气流在咽部紊乱程度更大;此外在平卧位时,张口通气压强梯度变化不利于维持气道通畅,而闭口通气压强梯度变化有利于维持气道通畅,闭口通气比张口更有优势。
【关键词】：三维重建 上气道 CT 头位 气管插管 上气道 CFD 头位 麻醉通气
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R56
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 引言14-15
• 1.2 以CT为基础三维重建气道15-16
• 1.3 气道流体力学模拟16-18
• 1.4 影像技术在麻醉气道管理研究中的应用18
• 1.5 计算流体力学在麻醉气道管理研究中的应用前景18-20
• 第二章 三种气管插管头位上气道CT三维图像的比较分析20-30
• 2.1 研究背景20-21
• 2.2 对象与方法21-23
• 2.2.1 研究对象21
• 2.2.2 设备和方法21-23
• 2.3 结果23-26
• 2.3.1 口轴、咽轴、喉轴三条轴线夹角及其与寰枕关节角度的关系23-25
• 2.3.2 三种头位下，，口腔和口咽腔的体积25-26
• 2.4 讨论26-29
• 2.5 本章小结29
• 附件29-30
• 第三章 CFD模拟不同麻醉头位下气流流场变化的比较分析30-51
• 3.1 研究背景30-32
• 3.2 研究对象32
• 3.3 研究方法32-35
• 3.3.1 上气道三维模型的建立32-33
• 3.3.2 上气道三维模型网格划分和体网格建立33-34
• 3.3.3 正压通气上气道气流流场的数值模拟34-35
• 3.4 结果35-46
• 3.4.1 不同头位上气道体积和最窄截面积的比较36
• 3.4.2 不同头位张口和闭口时正压通气上气道气流流场分布的比较分析36-46
• 3.5 讨论46-50
• 3.6 本章小结50-51
• CHAPTER ONE PREFACE51-58
• 1.1 Introduction51-52
• 1.2 Three-dimensional reconstruction of the airway based on CT scan image52-54
• 1.3 Computational fluid dynamic simulation of airway54-56
• 1.4 The application of radiological technique in airway management of anaesthesia56
• 1.5 The application of CFD method in airway management56-58
• CHAPTER TWO THE COMPARATIVE ANALYSIS FOR 3-DIMENSIONAL COMPUTED TOMOGRAPHIC IMAGES OF UPPER AIRWAY IN THREE DIFFERENT HEAD POSITIONS FOR TRACHEAL INTUBATION58-68
• 2.1 Introduction58-59
• 2.2 Method59-61
• 2.2.1 Subject59
• 2.2.2 Instrument59-61
• 2.3 Result61-64
• 2.3.1 The relationship between the three axes and atlanto-occipital joint61-63
• 2.3.2 The volume of oral and oropharyngeal cavity in different positions63-64
• 2.4 Discussion64-67
• 2.5 Conclusion67-68
• CHAPTER THREE COMPARISON OF AIRFLOW CHANGES DUE TO HEAD AND NECK POSITION BY COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS68-86
• 3.1 Background68-70
• 3.2 Subject70
• 3.3 Method70-73
• 3.3.1 Reconstruction of 3D airway models70-71
• 3.3.2 Volume meshes71-72
• 3.3.3 Computational fluid dynamic of positive pressure ventilation72-73
• 3.4 Result73-82
• 3.4.1 The comparison of airway volume and minimum cross sectional area in different positions73
• 3.4.2 Comparison of airflow field in different positions with mouth-closed and mouth-opened ventilation73-82
• 3.5 Discussion82-85
• 3.6 Conclusion85-86
• 参考文献86-91
• 致谢91-92
• 学术论文及科研成果92-93
• 八年制学位论文要求93

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