上气道填充三维有限元模型对困难气道患者的临床应用价值分析

王伟娟 吴继敏 戴仁锋 刘英

[摘要] 目的 探討上气道填充三维有限元模型对困难气道患者的临床应用价值。 方法 选取2017年1月～2018年12月本院手术麻醉后已经判定为正常气道、困难气道的患者各22例，正常气道者设为对照组，困难气道者设为实验组，均通过上气道填充三维有限元模型对气道进行观察与分析。 结果 实验组平卧位与仰卧位的口咽角、矢状横截面积最小值均较对照组小，冠状横截面积最小值较对照组大，差异有统计学意义（P<0.05）;实验组口腔面积、咽腔面积、上气道总面积均小于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）;上气道填充三维有限元模型对困难气道评估的准确率为90.91%，特异度为66.67%，灵敏度为95.00%，分别较Willson综合评分法的评估结果72.72%、40.00%、82.35%高，差异有统计学意义（P<0.05）。 结论 上气道填充三维有限元模型可通过口咽角、矢状横截面积最小值、冠状横截面积最小值等对困难气道进行评估，准确性、特异度与灵敏度均较理想，值得选用。

[关键词] 上气道填充三维有限元模型;困难气道;气道结构;预测;效能

[中图分类号] R614          [文献标识码] B          [文章编号] 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，保持患者呼吸道通畅极为关键，一旦患者有呼吸困难出血，可能会引发缺氧、窒息等症状，导致全身脏器缺氧性损伤风险增大[1]。相关统计[2]显示，全身麻醉患者通气困难发生率为2.0%～7.0%，不仅会加重麻醉风险，而且影响治疗效果，因此需对通气困难进行有效预防。因此，对于全麻患者，麻醉前需重视对其进行科学、全面性评估，如果有困难气道存在，需于麻醉前进行处理，以提升麻醉安全性。以往临床上多通过观察患者临床表现、张口度、舌咽解剖结构、头颈部活动情况等对困难气道进行评估，然而效果不甚理想[3]。近年来，本院采用上气道填充三维有限元模型对困难气道进行评估，为进一步探讨其效果，本研究分别对本院2017年1月～2018年12月收治的正常气道、困难气道患者实施上气道填充三维有限元模型评估，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1月～2018年12月本院手术麻醉后已经判定为正常气道、困难气道的患者各22例，其中，正常气道者设为对照组，男12例，女10例;年龄35～76岁，平均（55.57±4.38）岁。困难气道者设为实验组，男13例，女9例;年龄34～76岁，平均（55.00±4.42）岁。本院医学伦理会已对此研究进行批准，两组一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

1.2 纳入与排除标准

纳入标准：（1）对照组明确无困难气道，实验组明确存在困难气道;（2）需于全身麻醉、气管插管下实施手术，且气管插管一次性完成者;（3）神志、智力、精神正常者;（4）无MRI检查禁忌证者;（5）自愿参与研究并配合签字者。

排除标准：（1）有颌面部、食管、上呼吸道等外伤或手术史者;（2）近4周出现上呼吸道感染症状者;（2）双侧颌面部不对称者;（4）无法配合完成MRI检查与研究者。

1.3 方法

（1）常规行MRI检查获取气道图像后，于Mimics10.01中导入上气道骨性模型（口、咽、喉），对上气道三维有限元模型进行填充，转换处理，将矢状面、冠状面、轴状面三个视图界面打开，使其依据气道阈值自动生成上气道蒙罩。通过软件自带的阈值分割技术对上气道边缘进行自动识别，在MRI图片中对所需组织进行处理，精细修改每一帧图像生成的蒙罩，包括擦除多余组织、填补空洞等。（2）上气道选取、空洞填补后，在三维实体菜单栏将新生成的上气道蒙罩导入，运算实体结构三维模型。（3）对获取到的三维模型进行光滑化处理，清除网格质量较差的三角片，分别通过以上方法对俯卧位、平卧位、仰卧位的正常气道与困难气道三维有限元模型进行重建。（4）上气道三维有限元模型测量：将门齿点设为O，咽喉壁的最高点设置为A，声门裂中点设为N/D。通过Mimics10.01软件自带的测量功能进行测量。

1.4 观察指标

（1）对比两组平卧位与仰卧位状态时的口咽角、矢状横截面积最小值、冠状横截面积最小值。（2）对比两组口腔面积、咽腔面积、上气道总面积。（3）由同一组医师分别通过Willson综合评分法[4]、上气道填充三维有限元模型对实验组患者进行气道困难评估，对比评估效能。准确率=（真阳性例数+真阴性例数）/总例数×100%;灵敏度=真阳性例數/（真阳性例数+假阴性例数）×100%;特异度=真阴性例数/（真阴性例数+假阳性例数）×100%。

1.5 统计学分析

应用SPSS20.0统计学软件进行数据处理，计量资料以（x±s）表示，采用t检验;计数资料以[n（%）]表示，采用χ2检验，P<0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组口咽角、矢状横截面积最小值以及冠状横截面积最小值比较

实验组患者平卧位与仰卧位时的口咽角、矢状横截面积最小值均较对照组小，而实验组平卧位与仰卧位状态时冠状横截面积最小值较对照组大，差异有统计学意义（P<0.05），见表1。

2.2 两组口腔面积、咽腔面积及上气道总面积比较

实验组患者的口腔面积、咽腔面积、上气道总面积均小于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），见表2。

2.3 上气道填充三维有限元模型对实验组困难气道的评估效能

上气道填充三维有限元模型对实验组患者困难气道评估的准确率、特异度、灵敏度均较Willson综合评分法高，差异有统计学意义（P<0.05），见表3。

3 讨论

人体气道属于软组织弹性结构的一种，予以麻醉后，受体位、麻醉药物、肌肉松弛药物等影响，气道易发生变形，引发呼吸困难，导致麻醉及手术风险增大。气道管理是麻醉管理的重要工作之一，而困难气道的评估是其中的难点。相关统计[5-6]显示，呼吸系统事件中，困难气道约占17.0%，其中85.0%可能导致脑损伤或死亡，且呼吸困难程度越严重，脑损伤、死亡发生的风险越大。另有研究[7-8]显示，喉部视野暴露良好的情况下，经验丰富的麻醉医师通过现代麻醉技术展开气管插管，仍有0.5%～2.0%的患者可能会出现困难气道。同时，临床研究[9-10]显示，约90.0%的困难气道患者可于术前评估发现，因此，对于需实施麻醉的患者，术前予以其全面性气道情况评估极为必要。

以往临床上所用评估方法集中于病史询问、张口度、颈部活动度、Willson综合评分法等，上述方法虽操作简单，可于床边进行操作，但评估效果有待于进一步完善。近年来，基于MRI、CT等影像学检查的三维模型逐渐被广泛应用于麻醉科困难气道评估中，依据上气道解剖状态可对气道困难情况进行准确评估。上气道填充三维有限元模型基于MRI检查，通过Mimics10.01软件完成的三维模型重建，MRI检查可对气道局部结构进行清晰显示，获取全方位、各层次的上气道图形，再依据患者病情选择感兴趣图形进行分析，可对患者上气道进行准确观察与测量[11-12]。本次研究通过上气道填充三维有限元模型对困难气道进行评估，结果显示：（1）实验组平卧位与仰卧位的口咽角、矢状横截面积最小值均较对照组小，冠状横截面积最小值较对照组大，差异有统计学意义（P<0.05），提示困难气道患者的口咽角、矢状横截面积最小值比正常气道患者小，而冠状横截面积最小值比正常气道患者大。（2）实验组口腔面积是（13.28±0.38）cm2，咽腔面积是（7.50±0.45）cm2，上气道总面积是（20.65±1.01）cm2，分别小于对照组的口腔面积（19.32±1.02）cm2、咽腔面积（11.28±0.86）cm2、上气道总面积（32.12±1.13）cm2，差异有统计学意义（P<0.05），提示困难气道患者的口腔面积、咽腔面积及上气道总面积均比正常气道患者小。（3）上气道填充三维有限元模型对实验组困难气道的评估效能良好。本研究中，上气道填充三维有限元模型对实验组困难气道评估的准确率是90.91%，特异度是66.67%，灵敏度是95.00%，分别较Willson综合评分法评估的72.72%、40.00%、82.35%高，差异有统计学意义（P<0.05），提示上气道填充三维有限元模型对困难气道的评估效能优于Willson综合评分法。

近年来，MRI、三维重建、填充技术等均进一步发展与完善，三维模型的精确度、逼真度也随之提升，通过上气道填充三维有限元模型对困难气道进行评估时，困难气道患者处于平卧位及仰卧位时，其口咽角、矢状横截面积最小值、冠状横截面积最小值与正常气道有明显差别，表明口咽角、矢状横截面积、冠状横截面积可作为困难气道的评估指标[13-14]。与此同时，上气道填充三维有限元模型通过对患者上气道进行全面、多层次观察，可准确测量其口腔面积、咽腔面积、上气道总面积，发现困难气道口腔面积、咽腔面积、上气道总面积均小于正常气道，表明口腔面积、咽腔面积、上气道总面积也可视作困难气道的评估指标，即对于术前存在口腔面积、咽腔面积、上气道总面积小于正常气道者，困难气道存在的可能性较高[15-16]。不仅如此，上气道填充三维有限元模型还可对患者上气道解剖结构特异性进行清晰显示，通过从模型中对上气道横断面、矢状位、冠状位图像进行获取，并展开结构力学仿真分析，再对各种负荷、外力进行模拟，有助于提升上气道填充三维有限元模型评估困难气道时的准确性、特异度与灵敏度，进而达到提高麻醉安全性的效果。

综上所述，在困难气道评估中，予以上气道填充三维有限元模型建立可通过口咽角、矢状横截面积、冠状横截面积、口腔面积、咽腔面积、上气道总面积等对患者气道情况进行准确评估，使困难气道预测的准确性、特异度与灵敏度得以提升。本研究选取的样本量仅为22例，且未与其他困难气道评估影像学检查方式对比，尚需展开进一步研究，以探讨困难气道评估中上气道填充三维有限元模型的应用价值。

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（收稿日期：2019-04-19）