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目的构建骨性Ⅲ类上颌发育不足儿童阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(Obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OSAHS)患者的上气道与周围软组织模型,利用流固耦合技术(Fluid-structure interaction,FSI)模拟仿真上气道的动态呼吸过程,评价该类患者在前方牵引联合快速扩弓(Protraction headgear and rapid maxillary expansion,PE)矫治后上气道形态、内部气流流场特性以及软腭组织形变、应力的变化,揭示PE矫治器治疗儿童OSAHS的机制,指导临床中OSAHS患儿治疗方案的制定。材料与方法本研究选取1例于生长发育高峰期前进行PE矫治的骨性Ⅲ类上颌发育不足的OSAHS患儿。分别于治疗前后对患者进行New Tom CBCT扫描,收集原始DICOM数据集并将其导入MIMICS 19.0软件中,重建上气道以及周围软组织的三维模型。利用Geomagic Studio 12.0和NX 9.0软件对模型进行处理之后,将优化的模型导入ANSYS Workbench 18.2中,进行模型组合、材料赋值、网格划分和流固耦合模拟仿真并对比分析计算结果。结果(1)PE矫治前后上气道的形态学特征对比患儿治疗前后的上气道三维模型,发现患儿的上气道体积在PE矫治后增大,其中鼻咽与腭咽体积改善显著,喉咽体积的变化不大。口咽部治疗前后的最小横截面均位于腭咽部,接近悬雍垂。PE治疗后,平静状态下、最大吸气时、最大呼气时的最小横截面积均增大,最大吸气相的变化最为显著。(2)PE矫治前后上气道内气流流场特性在对动态呼吸过程进行模拟仿真之后,发现在吸气相和呼气相,上气道分别处于负压和正压状态且上气道压力在PE矫治后分布更加均匀。治疗前吸气高峰时,腭咽部出现较大压降(12.36Pa)并在最小横截面出现最小负压值,其面平均值为-44.76Pa,PE治疗后腭咽部压降减小(1.74 Pa),最小横截面平均值增长到-39.78Pa,改变了 4.98Pa。呼气高峰时,腭咽部最小横截面平均压力为9.82Pa,治疗后增长到了 15.94Pa,变化明显。最大吸气时,治疗前腭咽出现最大速度且速度变化明显,PE矫治后最小截面速度平均值由4.72m/s减小至2.25m/s,改变了 2.47m/s,速度分布更加均匀;最大呼气时,治疗后腭咽最小截面的速度平均值由2.62m/s减小至1.24m/s,减幅低于最大吸气时。吸气高峰时,整个上气道的阻力达到6.95*105,PE矫治后下降到6.54*105;呼气过程中的上气道阻力较吸气过程降低,呼气高峰的上气道阻力由治疗前的4.45*105降低到治疗后的4.20*105,减幅低于吸气高峰时。(3)PE矫治前后软腭组织的特性在患者动态呼吸过程中,软腭尖部,即腭垂发生最大形变。最大吸气时,软腭的最大形变量在治疗后减小,由0.78mm降低到0.43mm,变化量为0.35mm。最大呼气相时,治疗前后软腭的最大形变量分别为0.18 mm与0.16mm,变化不明显。软腭组织的应力集中在软腭与硬腭的连接处以及腭垂部分。最大吸气时,PE矫治后最大应力由4.39*103Pa降低到5.53*102Pa,变化明显。最大呼气时,最大应力由1.37*103Pa降低到2.69*102Pa,变化不如最大吸气相明显。结论PE矫治可以有效改善骨性Ⅲ类上颌发育不足OSAHS患儿上气道的通气功能,降低软腭组织塌陷的危险性。