第一部分长时间妇科腹腔镜手术对呼吸动力学和生理死腔量影响的临床研究背景:长时间的妇科腹腔镜手术需要长时间的气腹和Trendelenburg体位,对呼吸力学和肺功能指标产生较大的影响。本研究拟对VCV和PCV之间的差异进行评估,并验证哪种通气模式对于妇科腹腔镜手术长时间气腹更为有效。方法:拟行腹腔镜根治性子宫切除术联合或不联合盆腔淋巴结清扫术的患者共计26例,随机分为VCV(n=13)或PCV(n=13)通气组。对所有患者行标准化的麻醉术中管理及手术操作。监测麻醉诱导后(T0),建立气腹后10分钟(T1),30分钟(T2),60分钟(T3)和120分钟(T4),并且在放回仰卧截石位和解除二氧化碳气腹后10分钟(T5)的呼吸和血流动力学指标。结果:不管是PCV还是VCV通气模式下,长时间的气腹和Tredelenburg体位对麻醉患者的肺动态顺应性和呼吸力学方面都产生了显著的临床变化。长时间气腹和Tredelenburg体位增加了PCV或VCV通气患者的VD/VT比值。PCV通气患者的VD/VT比值与VCV通气患者相似,但Ppeak的升高幅度更低一些。在VCV通气情况下,当预设Ppeak高于40 cm H2O的VILI风险时,气腹持续时间的临界值预计为355分钟。因此,对于长时间妇科腹腔镜手术的患者,当气腹持续时间超过355分钟和Tredelenburg体位时,应用VCV通气应持谨慎态度。结论:PCV和VCV两种通气模式都可以合理应用于长时间妇科腹腔镜手术,但在排除了引起Ppeak升高的原因后,PCV可能是长时间妇科腹腔镜手术中更好的通气模式之选择。第二部分基于MRI及Mimics的气道模型三维重建背景:本研究拟以MRI图像为数据源,借助Mimics软件重建气道三维模型。通过MRI扫描获取的DICOM格式图像,可以导入Mimics软件中同时以矢状面、冠状面及横断面查看,本研究即以此为基础进行后续的三维重建。方法:本研究选取一名健康的中年男性志愿者进行头颈部加胸部MRI扫描,将获得的DICOM图像导入Mimics软件中,应用气道分割和动态区域增长等工具构建气道三维模型。将Mimics软件导出的气道三维模型STL文件导入Geomagic Studio软件中进行修改,然后再利用3-matic工具对修改后的气道模型进行体网格的划分。结果:我们基于MRI图像数据成功构建了气道三维模型,并进行了体网格的划分,此模型也可以进行虚拟支气管镜效果的显示。结论:本研究利用软件的三维重建工具和人工手动调整,简化了建模流程,减少了人为误差。并利用Geomagic Studio软件和3-matic软件构建了气管支气管的三维有限元模型,为后续的计算流体力学模拟计算研究奠定了基础。因此,MRI图像用于气道三维模型的重建是可行的。第三部分基于MRI与CFD模拟机械通气气道的虚拟预测研究背景:机械通气是危重患者生命支持和全身麻醉期间维持呼吸的必不可少的手段,除了能够有效提供呼吸支持治疗,还可能引起机械通气肺损伤(VILI)。即使在全身麻醉状态下,腹腔镜手术的气腹条件、机械通气大潮气量、患者低肺顺应性以及气道阻塞等情况,会导致Ppeak的升高,也是有可能导致VILI的发生。应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术对呼吸系统生理状态以及各种病理状态下的气流形式进行模拟,使得对于肺内气体流动的研究更为简便。本研究拟应用CFD技术模拟机械通气状态下呼吸系统内部气流流动,计算壁面压力和壁面剪切应力,从计算流体力学的角度来解释VILI的原因。方法:通过ANSYS CFX软件进行CFD模拟计算,对机械通气气道内部气流流动进行动态分析。结果:我们对CFD模拟施加了不同流速的入口边界条件,分析了流速分布、壁压力分布、流场线变化情况以及局部管壁剪切应力的变化情况。结论:气道流速、壁压力、壁剪切应力以及涡流的形成都与入口流速以及气道结构有着密切的关系,当局部流速、壁压力、壁剪切应力的变化导致局部炎症反应时,就有可能导致VILI的发生。