本文關(guān)鍵詞： 耳蝸 連續(xù)切片 有限元模型 基底膜 數(shù)值模擬　出處：《大連醫(yī)科大學》2012年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：耳蝸是聽覺系統(tǒng)的外周感受器，其功能的實現(xiàn)有賴于基底膜的振動、內(nèi)淋巴液流動等生理過程。由于耳蝸深埋于顳骨骨質(zhì)中，其結(jié)構(gòu)細微且復(fù)雜，使得這些生理過程難以觀察并記錄。多年來，人們對耳蝸及其毗鄰的空間結(jié)構(gòu)的生物力學研究主要是通過大量動物和人體試驗進行定量分析，因此對耳蝸的了解和認識還不夠全面。因缺少精確量化的分析模型，限制了耳蝸相關(guān)疾病病因、發(fā)病機制、診斷、治療方法及其與環(huán)境復(fù)雜的交互關(guān)系的研究。運用實驗?zāi)Ｐ团c有限元法相結(jié)合的框架所建立的生物力學模型，彌補了此缺陷。重建的三維圖像不僅能再現(xiàn)組織器官的整體空間形態(tài)，還可以在此基礎(chǔ)上測量耳蝸相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，為手術(shù)的定位提供理論依據(jù)，還能定量分析耳蝸的生理功能�，F(xiàn)階段建立模型的研究數(shù)據(jù)大部分是參考相關(guān)文獻得到的，其模型的精確性可能會受到影響。而在國內(nèi)基于自行采集獲取耳蝸宏細觀解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)字信息進行三維重建，繼而建立三維生物數(shù)值模型十分少見，因此直接影響了該領(lǐng)域原創(chuàng)科研成果的提出。本實驗根據(jù)豚鼠耳蝸的冰凍連續(xù)切片獲取了耳蝸的一些原始相關(guān)數(shù)據(jù)并行數(shù)字化，建立了豚鼠耳蝸三維生物數(shù)值模型，并對其基底膜的數(shù)值模擬結(jié)果進行了探討。 目的： 1.通過不同的連續(xù)切片法建立的耳蝸模型，探討適合耳蝸三維重建的方法。 2.根據(jù)采集得到的耳蝸宏細觀解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)字信息，以獲得豚鼠耳蝸的生物三維數(shù)值模型。本文著重獲取部分耳蝸基底膜的原始數(shù)據(jù)。 3.通過對耳蝸基底膜進行模態(tài)及諧響應(yīng)分析，探討耳蝸基底膜的動力學特性及結(jié)構(gòu)特征。 4.通過建立不同基底膜模型，探討基底膜模型的幾何尺寸和固有頻率之間的關(guān)系。 方法： 1.取豚鼠內(nèi)耳行冰凍連續(xù)切片并染色、封片。 2.對切片攝像并獲取豚鼠內(nèi)耳切片的圖像信息。 3.經(jīng)Photoshop處理后，用MATLAB獲得邊界的三維坐標點。 4.通過ANSYS得到耳蝸膜迷路的三維模型和基底膜的數(shù)值模型。 5.對基底膜進行模態(tài)和諧響應(yīng)分析。 6.建立幾種不同參數(shù)的基底膜模型，求解基底膜的固有頻率并進行比較。 結(jié)果： 1.通過組織冰凍連續(xù)切片及攝像，獲得了較完整的豚鼠耳蝸組織連續(xù)切片及其放大后的圖像信息。 2.通過組織切片獲得的耳蝸宏細觀解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)字信息，利用ANSYS軟件，構(gòu)建了豚鼠耳蝸膜迷路三維幾何模型。 3.根據(jù)所建的耳蝸三維幾何模型，獲得了部分基底膜的原始數(shù)據(jù)：其平均值為基底膜靠近耳蝸底部長度為0.05mm，基底膜靠近耳蝸頂部長度0.25mm，基底膜靠近蝸軸側(cè)長度為1.2187cm，，基底膜遠離蝸軸側(cè)長度為1.4969cm。 4.該模型對豚鼠基底膜進行了模態(tài)和諧響應(yīng)分析，得到基底膜前十階的固有頻率數(shù)據(jù)：3189.9Hz—5897.9Hz。 5.基底膜的固有頻率與基底膜螺旋曲面的扭曲程度、基底膜的厚度及蝸頂?shù)轿伒诐u變厚度的比值呈正相關(guān)。 結(jié)論： 1.基于冰凍連續(xù)切片結(jié)合計算機技術(shù)進行內(nèi)耳宏細觀結(jié)構(gòu)的三維重建是一種值得深入探討的方法。 2.運用實驗?zāi)Ｐ团c有限元法相結(jié)合所建立的生物力學模型對基底膜的動力學特性進行了數(shù)值模擬及分析，并把得到的結(jié)果與相關(guān)文獻的數(shù)據(jù)進行比較，證明了該模型耳蝸感音與基底膜數(shù)值模擬的可行性。 3.在數(shù)值模擬過程中，發(fā)現(xiàn)基底膜的形狀、厚度及厚度比值對基底膜的固有頻率值分析十分敏感。其數(shù)值模擬結(jié)果與基底膜螺旋曲面的扭曲程度、基底膜的厚度及蝸頂?shù)轿伒诐u變厚度的比值呈正相關(guān)。且為進一步建立耳蝸生物數(shù)值模型的精細化提供依據(jù)。
[Abstract]:Cochlea is the peripheral auditory system sensors, vibration of the basilar membrane depends on its function, in lymph flow and other physiological processes. The cochlea buried deep in the temporal bone, the subtle and complex structure, the physiological process is difficult to observe and record. Over the years, people on the biomechanical study of cochlea and space structures the quantitative analysis is mainly through a large number of animal and human trials, so the cochlear understanding is not comprehensive. Due to lack of accurate quantitative analysis model, limiting the cause of cochlear related diseases, pathogenesis, diagnosis, and treatment methods and interactions of complex environment. A biomechanical model framework using experimental model combining with the finite element method was established, compensates for this defect. The 3D image reconstruction can not only reproduce the tissues and organs of the whole space form, can also be based on this The measurement of cochlear anatomical structures related to the data analysis, provide a theoretical basis for the operation of the positioning, the physiological function of the cochlea. The quantitative analysis can also present research data model is most relevant references the accuracy of the model may be affected. Based on the self acquisition of cochlear micromechanics for three-dimensional reconstruction of anatomy the digital information structure in China, then set up the three-dimensional numerical model of biological is very rare, therefore directly influence the present original research achievements in this field. The experiment according to the original data of the cochlea of guinea pig cochlear frozen serial sections obtained parallel digital, a three-dimensional numerical model of biological cochlea, and numerical of the basement membrane the simulation results are discussed.
Objective:
1. through the cochlear model established by different continuous slicing methods, the method suitable for the three-dimensional reconstruction of the cochlea is discussed.
2., based on the digital information of the macro and meso anatomical structure of the cochlea, we obtained a three-dimensional biological numerical model of guinea pig cochlea. This paper focuses on obtaining the original data of some cochlear basement membrane.
3. the dynamic and structural characteristics of the cochlear basement membrane were investigated by modal and harmonic response analysis of the cochlear basement membrane.
4. the relationship between the geometric size and the natural frequency of the basement membrane model is discussed by establishing different basement membrane models.
Method錛

本文編號：1516327