建立内耳宏观生物力学模型的基础研究

论文摘要

目的：1.随着耳科疾病诊断及治疗的不断发展,内耳的精确解剖结构与空间关系的重要性日益突出,通过连续切片得到内耳的三维几何模型,可以显示耳蜗及前庭系统的骨迷路、膜迷路和内外淋巴液的结构及状态,加深临床医生对内耳宏观结构的理解认识。2.通过对豚鼠内耳的三维重建,初步研究实验对象在正常条件下内耳的宏观结构,继而为设定异常条件下的动物实验(如强噪音刺激、前庭系统平衡能力破坏)后内耳的变化及今后应用于人体内耳的实验研究奠定基础。3.熟练掌握冰冻连续切片技术及计算机三维重建方法,所做研究亦是为今后发现内耳具体病变部位并对其进行测量和评价的有效临床工具,为内耳疾病的临床诊疗提供了直观的分析平台,为今后开展相关的临床工作积累经验。4.本文还根据一例健康志愿者右耳前庭系统膜迷路的几何参数,运用有限元软件进行三维重建,数值模拟此志愿者正弦摆动旋转椅试验前庭系统膜迷路内的生物力学响应,研究结果有助于定量了解前庭系统维持平衡功能原理,为前庭系统疾病的临床诊疗提供定量分析的平台。材料及方法：成年健康豚鼠1只,全麻后迅速断头取双侧颞骨(包括耳蜗及前庭部分)并固定,经修剪、脱钙、脱水、浸胶、包埋定位等步骤后行冰冻连续切片,每张间隔5μm,切片固定后染色,封片。对切片进行摄像,获得一整套豚鼠内耳组织切片放大后的图像资料,图像经Photoshop处理后利用自编MATLAB程序识别边界,获得边界点的三维坐标,利用几何参数运用有限元软件进行三维重建,得到豚鼠内耳(包括耳蜗、半规管及前庭部分)膜结构的三维几何模型。我们亦使用同样的方法根据一例健康志愿者右耳前庭系统膜迷路的几何参数进行三维重建,得到其前庭系统膜迷路的三维几何模型,将内淋巴液描述成不可压缩拟弹性体,将平衡感受器壶腹嵴嵴顶视为大变形线弹性材料,数值模拟此志愿者正弦摆动旋转椅试验时前庭系统膜迷路内的生物力学响应。结果：1.获得了一套完整的豚鼠内耳组织连续切片放大后的图像资料。2.根据连续组织切片提供的数据,建立了豚鼠内耳,包括耳蜗、前庭及半规管膜结构的三维几何模型,其能良好的反应豚鼠内耳组织的细节及空间特性,且可以为今后应用于人体实验奠定基础。3.对健康志愿者右耳前庭系统膜迷路三维几何模型进行数值模拟,前庭系统膜迷路内可变形部分嵴顶和内淋巴液拟弹性体同时会受到离心力和惯性力作用,相对于膜表面产生变形运动,从而形成神经电活动传入各级前庭中枢,引起综合反应,维持身体平衡,在这个机电转换过程中,前庭系统膜迷路体现出生物角加速度仪的性质,嵴顶节点的位移特性可以间接体现纤毛运动特性,进而体现各平衡感受器维持人体平衡的关系。结论：1.内耳结构复杂,常规解剖及单纯切片研究均不能很好地说明它们的空间细节,难以保证空间测量的精确性,而连续切片的计算机三维重建结构既具备切片的细节性,又能反映其空间特性,是一种提高颞骨形态学研究水平的方法。2.冰冻切片主要适用于形态观察,其结果与颞骨火棉胶切片基本相同,对蜗管内、外各结构之间的联系和蜗轴内组织结构的观察更为理想,比火棉胶制片法切片薄、制片周期短,对颞骨解剖研究很有意义。3.此实验将豚鼠内耳的三维结构完全构建出来,清晰地显示了豚鼠耳蜗及前庭系统膜迷路的宏观结构及状态,可以加深临床医生对内耳结构的理解认识。4.对基于健康志愿者右耳几何参数所建立的生物力学模型进行数值模拟的结果,说明拉格朗日法应用到前庭系统膜迷路流固耦合振动分析是可行的,实验结果具有可靠性。

论文目录

• 一、摘要
• （一） 中文摘要
• （二） 英文摘要
• 二、文献综述
• （一） 综述
• （二） 参考文献
• 三、正文
• （一） 前言
• （二） 材料与方法
• （三） 结果
• （四） 讨论
• （五） 结论
• （六） 参考文献
• 四、附录
• 五、致谢