阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)是一种常见的呼吸系统疾病,严重影响患者的健康与生活质量。该疾病的发生受多种因素的影响,其中之一是由于脂肪沉积或流体重新分布导致的头颈部组织体积增加。由于皮肤对组织体积向外扩张具有约束作用,所以当组织体积增加时,颈部皮肤的弹性性质在调控气道截面的形态改变方面将扮演极为关键的角色。因此,研究头颈部组织体积膨胀对上气道形态与功能的影响,以及颈部皮肤弹性性能在调控气道形态和气道阻力方面扮演的角色,对于探索气道塌陷与阻塞形成的机制,预测患病的风险,以及寻求有效的解决或控制之道极为重要。本论文包括三个部分的研究工作。第一部分针对体位由坐姿或站姿改变为睡眠时的卧姿时引起的流体向头颈部迁移现象,提出并建立一种利用磁共振成像(MRI)研究流体在重力作用下向头颈部自然迁移现象对上气道形态的影响的新方法,并对50名正常体重受试者的上气道截面和颈围变化进行测量和定量分析。研究发现流体向头颈部迁移导致的颈围增加与气道横截面面积的减少之间并不存在线性相关,因此颈围增加的程度不能作为代表气道截面尺度减少程度的指标。研究结果建议在临床上,头颈部流体重新分布后颈围几乎不变的人,而非颈围明显增加的人更易受流体迁移的影响,更具有气道变窄和阻塞的风险。本论文第二部分研究,提出并建立了一种将医学影像与有限元分析模型相结合,反推颈部皮肤在体弹性模量的方法。通过对22名健康受试者建立颈部生物力学与有限元分析模型,模拟并匹配从MRI测得的流体迁移引起的颈截面软组织和气道截面的面积变化,推算出颈部皮肤的在体弹性模量。研究表明个体间颈部皮肤的力学性质存在较大差异,其在调控气道形态方面扮演的关键角色。研究结果明确解释了在流体迁移MRI实验中观察到的现象。在第三部分研究中,我们基于一名患者的MRI图像建立头颈部三维结构,并在此基础上建立有限元分析模型,模拟和预测流体迁移现象以及其对上气道形态和阻力产生的影响。结果表明皮肤弹性模量的不同会导致不同的气道截面尺度和气道阻力变化,较多的流体进入颈部会加重气道的阻塞倾向,这可能是心衰、肾衰等伴有水肿症状的患者多患有OSA的重要原因之一。通过本论文的研究,我们建立了用MRI研究流体迁移影响的方法;建立了利用医学影像和有限元模型测量颈部皮肤在体弹性模量的方法;以及建立了用高仿真三维有限元模型模拟和预测流体迁移对气道形态和阻力影响的方法。本研究建立的方法与获得的重要结果和结论可以为探索OSA发病机制,发展新的、有效的预防和治疗方法提供重要的帮助。