基于有限元模型的气管导管口腔固定位点优化研究：降低黏膜压力性损伤风险的对比分析

本研究针对气管导管使用中引发的口腔黏膜压力性损伤问题，通过建立有限元模型对比分析四种固定位点的生物力学特性。研究人员采用CT数据构建头面部三维模型，运用Mimics 21和Ansys Workbench 22.0软件进行力学模拟，发现左右口角固定时皮肤/黏膜组织的等效应力（28.42-30.72 kPa）和剪切应力（6.58-7.05 kPa）显著低于上下唇固定位点（P<0.001），为临床导管固定方案优化提供了重要依据。

　　

在重症监护病房，气管导管是维持患者生命的重要通道，但这个看似普通的医疗装置却暗藏危机——长期固定导致的压力性损伤发生率高达15%-50%。当导管持续压迫口腔软组织时，不仅会造成患者疼痛，更可能引发感染、溃疡等严重并发症。目前临床常用的上下唇固定法存在明显缺陷，但究竟哪个固定位点能最大限度降低组织损伤风险？这个关乎患者舒适度与医疗安全的关键问题，至今缺乏系统的生物力学研究证据。

为解决这一临床难题，研究人员开展了一项创新性的有限元分析研究。通过采集健康男性头面部CT数据，运用医学影像处理软件Mimics 21和三维建模工具Geomagic Wrap 2021，成功构建了包含皮肤、黏膜和肌肉组织的精细解剖模型。研究团队特别采用压力传感器实测了导管在四个关键位点（上下唇、左右口角）的实际作用力数据，将这些实测参数导入Ansys Workbench 22.0进行有限元分析(FEA)。在模拟环境中，分别施加2.6N（上唇）、3.43N（下唇）的垂直载荷和1.76N（左口角）、1.82N（右口角）的水平载荷，系统比较了不同固定位点的应力分布特征。

研究结果部分呈现了极具临床价值的发现。在皮肤/黏膜组织层面，左口角表现出最优的生物力学特性：等效应力均值仅28.42±0.65 kPa，剪切应力6.58±0.16 kPa，显著低于其他位点（P<0.001）。右口角次之（30.72±0.98 kPa，7.05±0.32 kPa），而上唇（35.20±0.99 kPa，7.70±0.17 kPa）和下唇（41.79±0.48 kPa，10.02±0.44 kPa）则产生更高的机械应力。值得注意的是，肌肉组织表现出不同的响应模式——右口角反而成为最佳固定位点（等效应力34.35±0.52 kPa），这提示临床操作需要考虑不同组织层的力学特性差异。

这项发表在《JMIR Bioinformatics and Biotechnology》的研究得出了明确结论：传统下唇固定方案会产生最高的等效应力和剪切应力（均超过40 kPa），是导致黏膜损伤的主要风险因素；而左右口角交替固定能显著降低机械应力30%-40%。研究人员特别建议临床实践中应避免长期单一使用下唇固定，推荐采用口角轮换固定策略，同时控制导管与组织的接触面积和时间。该研究首次通过定量生物力学分析为气管导管固定方案提供了科学依据，对预防医源性口腔损伤、提高患者舒适度具有重要临床意义。其创新的有限元建模方法也为其他医疗器械的人机交互研究提供了可借鉴的技术路线。