建立豚鼠耳蜗生物三维数值模型的基础研究

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1、建立豚鼠耳蜗生物三维数值模型的基础研究吕萍口rr计：学位论文：34页表格：4个插图：9幅指导教师：孙秀珍教授申请学位级别：硕士学位专业名称：耳鼻咽喉科学论文提交日期：2012年4月论文答辩日期：2012年5月学位授予单位：大连医科大学学位授予日期：2012年6月评阅人：答辩委员会主席：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得大连医科大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一

2、同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：主扯签字目期：如12年岁月∥曰目录一、摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1(一)中文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l(二)英文摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3二、正文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6(一)前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6(一)日IJ舌⋯⋯”一⋯⋯“”⋯“⋯⋯⋯⋯⋯⋯一“⋯⋯⋯⋯⋯一一⋯6(二)材料与方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯7(三)结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11(四)讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14(五)结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18(六)参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23三、综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25(一)综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25(二)参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30四、致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34建立豚鼠耳蜗生物三维数值模型的基础研究硕士

4、生姓名：指导教师：专业名称：吕萍孙秀珍教授耳鼻咽喉科学摘要耳蜗是听觉系统的外周感受器，其功能的实现有赖于基底膜的振动、内淋巴液流动等生理过程。由于耳蜗深埋于颞骨骨质中，其结构细微且复杂，使得这些生理过程难以观察并记录。多年来，人们对耳蜗及其毗邻的空间结构的生物力学研究主要是通过大量动物和人体试验进行定量分析，因此对耳蜗的了解和认识还不够全面。因缺少精确量化的分析模型，限制了耳蜗相关疾病病因、发病机制、诊断、治疗方法及其与环境复杂的交互关系的研究。运用实验模型与有限元法相结合的框架所建立的生物力学模型，弥补了此缺陷。重建的三维图像不

5、仅能再现组织器官的整体空间形态，还可以在此基础上测量耳蜗相关解剖结构的数据，为手术的定位提供理论依据，还能定量分析耳蜗的生理功能。现阶段建立模型的研究数据大部分是参考相关文献得到的，其模型的精确性可能会受到影响。而在国内基于自行采集获取耳蜗宏细观解剖结构的数字信息进行三维重建，继而建立三维生物数值模型十分少见，因此直接影响了该领域原创科研成果的提出。本实验根据豚鼠耳蜗的冰冻连续切片获取了耳蜗的一些原始相关数据并行数字化，建立了豚鼠耳蜗三维生物数值模型，并对其基底膜的数值模拟结果进行了探讨。目的：1．通过不同的连续切片法建立的耳蜗模

6、型，探讨适合耳蜗三维重建的方法。2．根据采集得到的耳蜗宏细观解剖结构的数字信息，以获得豚鼠耳蜗的生物三维数值模型。本文着重获取部分耳蜗基底膜的原始数据。3．通过对耳蜗基底膜进行模态及谐响应分析，探讨耳蜗基底膜的动力学特性及结构特征。4．通过建立不同基底膜模型，探讨基底膜模型的几何尺寸和固有频率之间的关系。方法：1．取豚鼠内耳行冰冻连续切片并染色、封片。2．对切片摄像并获取豚鼠内耳切片的图像信息。3．经Photoshop处理后，用MATLAB获得边界的三维坐标点。4．通过ANSYS得到耳蜗膜迷路的三维模型和基底膜的数值模型。5．对基

7、底膜进行模态和谐响应分析。6．建立几种不同参数的基底膜模型，求解基底膜的固有频率并进行比较。结果：1．通过组织冰冻连续切片及摄像，获得了较完整的豚鼠耳蜗组织连续切片及其放大后的图像信息。2．通过组织切片获得的耳蜗宏细观解剖结构的数字信息，利用ANSYS软件，构建了豚鼠耳蜗膜迷路三维几何模型。3．根据所建的耳蜗三维几何模型，获得了部分基底膜的原始数据：其平均值为基底膜靠近耳蜗底部长度为0．05mm，基底膜靠近耳蜗顶部长度0．25mm，基底膜靠近蜗轴侧长度为1．2187cm，基底膜远离蜗轴侧长度为1．4969cm。4．该模型对豚鼠基底

8、膜进行了模态和谐响应分析，得到基底膜前十阶的固有频率数据：3l89．9Hz一5897．9Hz。5．基底膜的固有频率与基底膜螺旋曲面的扭曲程度、基底膜的厚度及蜗顶到蜗底渐变厚度的比值呈正相关。结论：1．基于冰冻连续切片结合计算机技术进行内耳宏细观结构