4.4　建立OSAHS患者上气道三维有限元模型的技术路线及优点

本研究采用薄层CT扫描技术扫描OSAHS患者上气道，所得影像真实可靠，能够全面准确地再现上气道复杂的结构，且获得的上气道形态、结构完整，数据精确。以往建立三维有限元模型常采用CT胶片扫描或照相技术，容易导致图像的细节和信息在采集过程中发生丢失，不仅工作繁重而且建模差异较大，影响模型的准确性和质量，而且影响计算结果的准确性。我们采用层厚为0.625 mm的薄层连续无间隔扫描，最大限度地保证了信息的完整，保证了解剖结构的准确，确保在此基础上建立的三维有限元模型高度的几何相似性。利用螺旋CT自带的工作站上的数字图像传输技术，直接由CT机输出扫描图像信息到图像工作站，所得全部断层图像清晰、真实，这样的操作过程使图像失真、信息丢失的可能性降到了最低限度，充分保证了所采集上气道及其周围组织结构的图像信息与解剖结构高度的相似性。

以往采用较多的三维有限元模型的建立过程为：利用螺旋CT对研究目标的组织结构进行连续扫描，所得图像刻录成光盘保存备用。将光盘内储存图像信息转换为选定软件可以识别的格式保存，以一个选定的标志点为原点，建立三维空间坐标系，联机情况下在数字化仪中实时逐层读取目标组织结构的各边缘及感兴趣部位关键点的三维坐标，以x、y、z坐标的形式记录并保存读取的三维坐标；然后利用所选用的程序将输出的边缘数据中所有以x、y、z坐标储存的每一层坐标按Ansys文件格式写为Ansys程序文件，输入计算机后生成目标组织各边缘的关键点；使用软件中由关键点生成线的命令，得到扫描的各层组织结构的各边缘的外形线，连接每层间的关键点呈线段；使用由线生成面的命令，根据线生成光滑的曲面，得到每一扫描层面的大致情况；用由面生成体的命令得到两扫描层之间的体，用此方法可形成若干个彼此相连的体，使用体相加等布尔运算命令可得到各组分的实体模型，至此建立了目标结构完整的三维实体模型；选用一种或几种单元类型，输入材料的物理参数和单元大小，由Ansys软件对实体模型进行自动网格化处理，得到三维有限元模型。采用这种方法建模，过程复杂，模型的修改存在一定难度，并且对实验者的计算机专业知识及软件知识要求较高，普通的临床医生应用困难。

我们建立OSAHS患者上气道及其周围结构的三维有限元模型采用的方法是先将CT扫描所获得的DICOM格式数据刻录存盘，后将DICOM格式数据文件导入Mimics 13.0软件。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，通过规定组织的灰度值范围将所需的组织如骨骼、肌肉、气道、软组织等通过不同的灰度值进行边缘自动识别，并通过区域生长等方法将边缘识别清晰，将所需组织在CT图片中逐张进行识别与处理，包括填充其中的空洞等工作。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、上气道及周围结构的三维实体模型图像。在Mimics 13.0的Remesh模块中将上述几何模型导入，通过修理功能完成模型的光滑处理、减少尖锐面及去除零碎面等工作后，利用软件的网格划分功能进行网格划分，将划分好网格的模型导入材料模块即可根据模型原有的灰度值进行自动赋值。将赋值后的模型输出为Ansys软件可以识别的格式，即可导入有限元软件中进行加载运算。