1.3　三维有限元在OSAHS中的应用

有限单元法（Finite element method，FEM）是一种在工程科学技术中广泛应用的数学物理方法，它将待分析的连续实体离散成若干个单元，然后以各单元的结合体代替原连续体并逐个研究每个单元的力学性质，建立单元的刚度方程，最后根据给定的载荷条件将其组集成总体刚度方程，按照给定的边界位移条件求解总体刚度方程组，得到单元所有节点的位移，并据此计算单元的内力和应力[26]。

1956年Turner等提出有限元的概念以来，有限元理论及应用得到了迅速的发展。20世纪80年代以来，生物力学逐渐在口腔领域得到了越来越广泛的应用，使有限元为代表的数值分析方法在口腔医学领域得到了进一步发展。有限元法建立的模型更加接近客观实体，而且在模拟实验中，可以根据实验要求对模型进行模拟拉伸、弯曲、扭转、三点弯、抗疲劳等力学实验，进而分析模型的应力变化情况。[27-28](https://www.daowen.com)

三维有限元用于OSAHS患者气道流场方面的研究比较多。1998年，Shome等人[29]对OSAS患者的咽腔进行了三维重建，模拟患者吸气时的气流特性，并与治疗后OSAS患者的咽腔流场特性进行了比较。2004年，Allen等人[30]建立了OSA小儿上气道的三维有限元模型，对其中的气体流场进行了稳态模拟及分析。2006年，孙秀珍等[31]用表面重建的方法对人体上呼吸道进行三维重建并用有限元方法对整个腔体中的气体流动进行数值模拟及分析，证实所建模型较真实地反映了实际解剖结构形态。同年，Khaled F等[32]用有限元模型，准确地得出健康人清醒或睡眠状态下一个呼吸循环过程中任意时刻的鼻咽横断面积，并可动态地观测鼻咽横断面积的变化。2009年，王莹等[33]基于OSAHS患者与正常人上呼吸道螺旋CT影像数据及Weibel模型A的气管—支气管模型，建立了精确量化的上呼吸道生物力学模型，将患者与正常人的数值模拟结果进行比较，得出患者上呼吸道气流速度、压力和壁面剪切应力的分布以及数值均明显异于正常人。李松青等[34]建立了正常人群和OSAHS患者的上气道及其毗邻结构的三维有限元模型，首次进行软硬组织相结合的建模，该模型包括下颌骨、舌骨、上气道及其周围连接的肌肉组织结构，为本实验提供了经验和基础。

口腔医学领域中，有限元法在模型以及气道流场分析方面应用较多，并且相对比较成熟。但有关上气道三维有限元模型建立的研究国内外都很少，而且目前运用三维有限元进行软组织重建的例子也很少，软硬组织的成功拟合也是一个技术难题。但基于有限元模型与解剖模型的高度几何相似度、生物相似性以及模型分析时可以方便地观察上气道在不同状态下的变化，我们拟建立上气道及其周围组织的三维有限元模型，通过对下颌骨加载不同的前伸量，模拟下颌前伸类口腔矫治器，观察舌骨位置的变化，为OSAHS的病因研究及临床治疗提供参考。