中文摘要：

由于在人体窒息与动物实验方面遇到的严重障碍，目前对阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的机理研究困难重重。针对上气道阻塞现象为何在不同部位、不同状态下形成这一问题，在大量前期工作的基础上，我们提出采用高仿真力学建模与计算机模拟的方法进行研究。首先依系列MRI重建头颈部组织解剖结构。在此结构上建立自鼻上部至喉结包含详细解剖学，生理学，生物力学信息的头颈部三维流固耦合力学与有限元分析模型，并对各种形态的塌陷、阻塞现象进行精确模拟与预测。通过研究个体间头颈部解剖结构的差异或人为改变（如手术）以及肌肉收缩力变化对上气道流动状态及周边组织应力分布的影响，揭示不同形态的上气道阻塞发生的原因，从而显著改进我们对OSA机理的认识以及新治疗手段的研究。而一个能对上气道行为进行有针对性个性化模拟的模型系统，将有望能发展成世界首个可应用于临床的OSA手术规划技术。

结论摘要：

阻塞性睡眠呼吸暂停（Obstructive sleep apnea，简称OSA）是呼吸系统一种常见的严重疾病，临床表现为睡眠过程中由于周围组织塌陷造成上气道堵塞从而导致呼吸暂停。这一疾病除了本身呈现的严重症状，患者在睡眠时频繁的呼吸中断所造成的周期性供氧不足，会导致心血管疾病等一系列严重后果。目前可用于深入研究OSA的手段极为有限。由于窒息所具有的危险性使得难以做人体实验，加之没有合适的OSA动物模型可用，因此在实验研究方面存在一些难以克服的障碍。我们提出用基于真实解剖结构建立的上气道及周边组织的高仿真力学与有限元分析计算机模型研究OSA的方法。这样可避开人体实验方面的障碍，方便地定量研究各种因素改变对呼吸功能的影响以及阻塞性睡眠呼吸暂停发生的机理，从而显著地改进我们对这一疾病病理生理学方面的认识，以及对于新的、有效的治疗手段的研究。 在本项目研究中，我们对健康受试者和OSA患者进行多方向头颈部磁共振成像以获得解剖结构信息。我们提出并建立了一种高精度、高效率的结构三维重建的新方法，可基于多方向磁共振图像，根据采集的有关组织边界关键点的信息，进行头颈部组织结构的重建。我们提出了一种将医学影像与有限元模型相结合，反推人体头颈部皮肤在体弹性模量的新方法，并获得了人体颈部皮肤在体弹性模量的数据，为建立头颈部有限元分析模型提供了关键的力学参数。我们基于真实解剖结构构建包括流固耦合模型在内的有限元分析模型用于模拟上气道内的流动，压强分布，以及不同情况下气道阻塞的现象，研究阻塞发生的机理。我们也借助三维打印技术，构建上气道实体模型，利用体外实体模型，测量气道内压强分布，并将实测结果用于数值模型可靠性和准确性的验证。我们还用磁共振成像和有限元模型深入研究流体向头颈部迁移现象对上气道形态和呼吸功能影响的机制，揭示颈部皮肤弹性在调控上气道形态方面扮演的重要角色，预测流体在头颈部重新分布对伴有水肿症状的患者的影响，以及预测哪类患者睡眠时更易受流体迁移的影响而具有气道阻塞的倾向。本项目的完成，为利用模型深入进行OSA机理与有效治疗方法的研究，以及发展基于有限元分析模型及医学影像的OSA手术规划技术奠定了坚实的基础。