上氣道填充三維有限元模型對困難氣道患者的臨床應用價值分析

王偉娟 吳繼敏 戴仁鋒 劉英

[摘要] 目的 探討上氣道填充三維有限元模型對困難氣道患者的臨床應用價值。 方法 選取2017年1月～2018年12月本院手術麻醉后已經判定為正常氣道、困難氣道的患者各22例，正常氣道者設為對照組，困難氣道者設為實驗組，均通過上氣道填充三維有限元模型對氣道進行觀察與分析。 結果 實驗組平臥位與仰臥位的口咽角、矢狀橫截面積最小值均較對照組小，冠狀橫截面積最小值較對照組大，差異有統計學意義（P<0.05）;實驗組口腔面積、咽腔面積、上氣道總面積均小于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）;上氣道填充三維有限元模型對困難氣道評估的準確率為90.91%，特異度為66.67%，靈敏度為95.00%，分別較Willson綜合評分法的評估結果72.72%、40.00%、82.35%高，差異有統計學意義（P<0.05）。 結論 上氣道填充三維有限元模型可通過口咽角、矢狀橫截面積最小值、冠狀橫截面積最小值等對困難氣道進行評估，準確性、特異度與靈敏度均較理想，值得選用。

[關鍵詞] 上氣道填充三維有限元模型;困難氣道;氣道結構;預測;效能

[中圖分類號] R614? ? ? ? ? [文獻標識碼] B? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2020）08-0098-04

Analysis on the clinical application value of filling three-dimensional finite element model in the upper airway in the patients with difficult airway

WANG Weijuan WU Jimin DAI Renfeng LIU Ying

Department of Anesthesiology， Lishui City Peoples Hospital in Zhejiang Province， Lishui 323000， China

[Abstract] Objective To investigate the clinical application value of filling three-dimensional finite element model in the upper airway in the patients with difficult airway. Methods 22 patients who were evaluated and defined as normal airway and difficult airway after surgical anesthesia in our hospital from January 2017 to December 2018 were selected. The patients with normal airway was selected as the control group， and the patients with difficult airways were selected as the experimental group. The airway was observed and analyzed by filling three-dimensional finite element model in the upper airway. Results The oropharyngeal angle of the supine and supine positions and minimum sagittal cross-sectional area in the experimental group were smaller than those in the control group. The minimum coronal cross-sectional area was larger than that in the control group， and the difference was statistically significant（P<0.05）; the oral area， pharyngeal area and total upper airway area in the experimental group were smaller than those in the control group， and the difference was statistically significant（P<0.05）; the evaluation accuracy of filling three-dimensional finite element model in the upper airway for difficult airway（90.91%）， the specificity（66.67%）， and the sensitivity（95.00%）， which was higher than 72.72%， 40.00%， and 82.35% of the Willson comprehensive scoring method， and the differences were statistically significant （P<0.05）. Conclusion Filling three-dimensional finite element model in the upper airway can evaluate the difficult airway through the oropharyngeal angle， the minimum sagittal cross-sectional area， and the minimum coronal cross-sectional area， with ideal specificity and sensitivity， which is worthy of application.

[Key words] Filling three-dimensional finite element model in the upper airway; Difficult airway; Airway structure; Prediction; Efficiency

在麻醉科工作中，保持患者呼吸道通暢極為關鍵，一旦患者有呼吸困難出血，可能會引發缺氧、窒息等癥狀，導致全身臟器缺氧性損傷風險增大[1]。相關統計[2]顯示，全身麻醉患者通氣困難發生率為2.0%～7.0%，不僅會加重麻醉風險，而且影響治療效果，因此需對通氣困難進行有效預防。因此，對于全麻患者，麻醉前需重視對其進行科學、全面性評估，如果有困難氣道存在，需于麻醉前進行處理，以提升麻醉安全性。以往臨床上多通過觀察患者臨床表現、張口度、舌咽解剖結構、頭頸部活動情況等對困難氣道進行評估，然而效果不甚理想[3]。近年來，本院采用上氣道填充三維有限元模型對困難氣道進行評估，為進一步探討其效果，本研究分別對本院2017年1月～2018年12月收治的正常氣道、困難氣道患者實施上氣道填充三維有限元模型評估，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1月～2018年12月本院手術麻醉后已經判定為正常氣道、困難氣道的患者各22例，其中，正常氣道者設為對照組，男12例，女10例;年齡35～76歲，平均（55.57±4.38）歲。困難氣道者設為實驗組，男13例，女9例;年齡34～76歲，平均（55.00±4.42）歲。本院醫學倫理會已對此研究進行批準，兩組一般資料比較，差異無統計學意義（P>0.05），具有可比性。

1.2 納入與排除標準

納入標準：（1）對照組明確無困難氣道，實驗組明確存在困難氣道;（2）需于全身麻醉、氣管插管下實施手術，且氣管插管一次性完成者;（3）神志、智力、精神正常者;（4）無MRI檢查禁忌證者;（5）自愿參與研究并配合簽字者。

排除標準：（1）有頜面部、食管、上呼吸道等外傷或手術史者;（2）近4周出現上呼吸道感染癥狀者;（2）雙側頜面部不對稱者;（4）無法配合完成MRI檢查與研究者。

1.3 方法

（1）常規行MRI檢查獲取氣道圖像后，于Mimics10.01中導入上氣道骨性模型（口、咽、喉），對上氣道三維有限元模型進行填充，轉換處理，將矢狀面、冠狀面、軸狀面三個視圖界面打開，使其依據氣道閾值自動生成上氣道蒙罩。通過軟件自帶的閾值分割技術對上氣道邊緣進行自動識別，在MRI圖片中對所需組織進行處理，精細修改每一幀圖像生成的蒙罩，包括擦除多余組織、填補空洞等。（2）上氣道選取、空洞填補后，在三維實體菜單欄將新生成的上氣道蒙罩導入，運算實體結構三維模型。（3）對獲取到的三維模型進行光滑化處理，清除網格質量較差的三角片，分別通過以上方法對俯臥位、平臥位、仰臥位的正常氣道與困難氣道三維有限元模型進行重建。（4）上氣道三維有限元模型測量：將門齒點設為O，咽喉壁的最高點設置為A，聲門裂中點設為N/D。通過Mimics10.01軟件自帶的測量功能進行測量。

1.4 觀察指標

（1）對比兩組平臥位與仰臥位狀態時的口咽角、矢狀橫截面積最小值、冠狀橫截面積最小值。（2）對比兩組口腔面積、咽腔面積、上氣道總面積。（3）由同一組醫師分別通過Willson綜合評分法[4]、上氣道填充三維有限元模型對實驗組患者進行氣道困難評估，對比評估效能。準確率=（真陽性例數+真陰性例數）/總例數×100%;靈敏度=真陽性例數/（真陽性例數+假陰性例數）×100%;特異度=真陰性例數/（真陰性例數+假陽性例數）×100%。

1.5 統計學分析

應用SPSS20.0統計學軟件進行數據處理，計量資料以（x±s）表示，采用t檢驗;計數資料以[n（%）]表示，采用χ2檢驗，P<0.05差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組口咽角、矢狀橫截面積最小值以及冠狀橫截面積最小值比較

實驗組患者平臥位與仰臥位時的口咽角、矢狀橫截面積最小值均較對照組小，而實驗組平臥位與仰臥位狀態時冠狀橫截面積最小值較對照組大，差異有統計學意義（P<0.05），見表1。

2.2 兩組口腔面積、咽腔面積及上氣道總面積比較

實驗組患者的口腔面積、咽腔面積、上氣道總面積均小于對照組，差異有統計學意義（P<0.05），見表2。

2.3 上氣道填充三維有限元模型對實驗組困難氣道的評估效能

上氣道填充三維有限元模型對實驗組患者困難氣道評估的準確率、特異度、靈敏度均較Willson綜合評分法高，差異有統計學意義（P<0.05），見表3。

3 討論

人體氣道屬于軟組織彈性結構的一種，予以麻醉后，受體位、麻醉藥物、肌肉松弛藥物等影響，氣道易發生變形，引發呼吸困難，導致麻醉及手術風險增大。氣道管理是麻醉管理的重要工作之一，而困難氣道的評估是其中的難點。相關統計[5-6]顯示，呼吸系統事件中，困難氣道約占17.0%，其中85.0%可能導致腦損傷或死亡，且呼吸困難程度越嚴重，腦損傷、死亡發生的風險越大。另有研究[7-8]顯示，喉部視野暴露良好的情況下，經驗豐富的麻醉醫師通過現代麻醉技術展開氣管插管，仍有0.5%～2.0%的患者可能會出現困難氣道。同時，臨床研究[9-10]顯示，約90.0%的困難氣道患者可于術前評估發現，因此，對于需實施麻醉的患者，術前予以其全面性氣道情況評估極為必要。

以往臨床上所用評估方法集中于病史詢問、張口度、頸部活動度、Willson綜合評分法等，上述方法雖操作簡單，可于床邊進行操作，但評估效果有待于進一步完善。近年來，基于MRI、CT等影像學檢查的三維模型逐漸被廣泛應用于麻醉科困難氣道評估中，依據上氣道解剖狀態可對氣道困難情況進行準確評估。上氣道填充三維有限元模型基于MRI檢查，通過Mimics10.01軟件完成的三維模型重建，MRI檢查可對氣道局部結構進行清晰顯示，獲取全方位、各層次的上氣道圖形，再依據患者病情選擇感興趣圖形進行分析，可對患者上氣道進行準確觀察與測量[11-12]。本次研究通過上氣道填充三維有限元模型對困難氣道進行評估，結果顯示：（1）實驗組平臥位與仰臥位的口咽角、矢狀橫截面積最小值均較對照組小，冠狀橫截面積最小值較對照組大，差異有統計學意義（P<0.05），提示困難氣道患者的口咽角、矢狀橫截面積最小值比正常氣道患者小，而冠狀橫截面積最小值比正常氣道患者大。（2）實驗組口腔面積是（13.28±0.38）cm2，咽腔面積是（7.50±0.45）cm2，上氣道總面積是（20.65±1.01）cm2，分別小于對照組的口腔面積（19.32±1.02）cm2、咽腔面積（11.28±0.86）cm2、上氣道總面積（32.12±1.13）cm2，差異有統計學意義（P<0.05），提示困難氣道患者的口腔面積、咽腔面積及上氣道總面積均比正常氣道患者小。（3）上氣道填充三維有限元模型對實驗組困難氣道的評估效能良好。本研究中，上氣道填充三維有限元模型對實驗組困難氣道評估的準確率是90.91%，特異度是66.67%，靈敏度是95.00%，分別較Willson綜合評分法評估的72.72%、40.00%、82.35%高，差異有統計學意義（P<0.05），提示上氣道填充三維有限元模型對困難氣道的評估效能優于Willson綜合評分法。

近年來，MRI、三維重建、填充技術等均進一步發展與完善，三維模型的精確度、逼真度也隨之提升，通過上氣道填充三維有限元模型對困難氣道進行評估時，困難氣道患者處于平臥位及仰臥位時，其口咽角、矢狀橫截面積最小值、冠狀橫截面積最小值與正常氣道有明顯差別，表明口咽角、矢狀橫截面積、冠狀橫截面積可作為困難氣道的評估指標[13-14]。與此同時，上氣道填充三維有限元模型通過對患者上氣道進行全面、多層次觀察，可準確測量其口腔面積、咽腔面積、上氣道總面積，發現困難氣道口腔面積、咽腔面積、上氣道總面積均小于正常氣道，表明口腔面積、咽腔面積、上氣道總面積也可視作困難氣道的評估指標，即對于術前存在口腔面積、咽腔面積、上氣道總面積小于正常氣道者，困難氣道存在的可能性較高[15-16]。不僅如此，上氣道填充三維有限元模型還可對患者上氣道解剖結構特異性進行清晰顯示，通過從模型中對上氣道橫斷面、矢狀位、冠狀位圖像進行獲取，并展開結構力學仿真分析，再對各種負荷、外力進行模擬，有助于提升上氣道填充三維有限元模型評估困難氣道時的準確性、特異度與靈敏度，進而達到提高麻醉安全性的效果。

綜上所述，在困難氣道評估中，予以上氣道填充三維有限元模型建立可通過口咽角、矢狀橫截面積、冠狀橫截面積、口腔面積、咽腔面積、上氣道總面積等對患者氣道情況進行準確評估，使困難氣道預測的準確性、特異度與靈敏度得以提升。本研究選取的樣本量僅為22例，且未與其他困難氣道評估影像學檢查方式對比，尚需展開進一步研究，以探討困難氣道評估中上氣道填充三維有限元模型的應用價值。

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（收稿日期：2019-04-19）