建立內(nèi)耳宏觀生物力學(xué)模型的基礎(chǔ)研究.pdf

1、目的:1.隨著耳科疾病診斷及治療的不斷發(fā)展,內(nèi)耳的精確解剖結(jié)構(gòu)與空間關(guān)系的重要性f=1益突出,通過(guò)連續(xù)切片得到內(nèi)耳的三維幾何模型,可以顯示耳蝸及前庭系統(tǒng)的骨迷路、膜迷路和內(nèi)外淋巴液的結(jié)構(gòu)及狀態(tài),加深臨床醫(yī)生對(duì)內(nèi)耳宏觀結(jié)構(gòu)的理解認(rèn)識(shí)。
　　 2.通過(guò)對(duì)豚鼠內(nèi)耳的三維重建,初步研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象在正常條件下內(nèi)耳的宏觀結(jié)構(gòu),繼而為設(shè)定異常條件下的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)(如強(qiáng)噪音刺激、前庭系統(tǒng)平衡能力破壞)后內(nèi)耳的變化及今后應(yīng)用于人體內(nèi)耳的實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)

2、。
　　 3.熟練掌握冰凍連續(xù)切片技術(shù)及計(jì)算機(jī)三維重建方法,所做研究亦是為今后發(fā)現(xiàn)內(nèi)耳具體病變部位并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià)的有效臨床工具,為內(nèi)耳疾病的臨床診療提供了直觀的分析平臺(tái),為今后開(kāi)展相關(guān)的臨床工作積累經(jīng)驗(yàn)。
　　 4.本文還根據(jù)一例健康志愿者右耳前庭系統(tǒng)膜迷路的幾何參數(shù),運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行三維重建,數(shù)值模擬此志愿者正弦擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)椅試驗(yàn)前庭系統(tǒng)膜迷路內(nèi)的生物力學(xué)響應(yīng),研究結(jié)果有助于定量了解前庭系統(tǒng)維持平衡功能原理,為前庭

3、系統(tǒng)疾病的臨床診療提供定量分析的平臺(tái)。
　　 材料及方法:成年健康豚鼠1只,全麻后迅速斷頭取雙側(cè)顳骨(包括耳蝸及前庭部分)并固定,經(jīng)修剪、脫鈣、脫水、浸膠、包埋定位等步驟后行冰凍連續(xù)切片,每張間隔5μm,切片固定后染色,封片。對(duì)切片進(jìn)行攝像,獲得一整套豚鼠內(nèi)耳組織切片放大后的圖像資料,圖像經(jīng)Photoshop處理后利用自編MATLAB程序識(shí)別邊界,獲得邊界點(diǎn)的三維坐標(biāo),利用幾何參數(shù)運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行三維重建,得到豚鼠內(nèi)耳(包括耳

4、蝸、半規(guī)管及前庭部分)膜結(jié)構(gòu)的三維幾何模型。我們亦使用同樣的方法根據(jù)一例健康志愿者右耳前庭系統(tǒng)膜迷路的幾何參數(shù)進(jìn)行三維重建,得到其前庭系統(tǒng)膜迷路的三維幾何模型,將內(nèi)淋巴液描述成不可壓縮擬彈性體,將平衡感受器壺腹嵴嵴頂視為大變形線彈性材料,數(shù)值模擬此志愿者下弦擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)椅試驗(yàn)時(shí)前庭系統(tǒng)膜迷路內(nèi)的生物力學(xué)響應(yīng)。
　　 結(jié)果:1.獲得了一套完整的豚鼠內(nèi)耳組織連續(xù)切片放大后的圖像資料。
　　 2.根據(jù)連續(xù)組織切片提供的數(shù)據(jù),建立了

5、豚鼠內(nèi)耳,包括耳蝸、前庭及半規(guī)管膜結(jié)構(gòu)的三維幾何模型,其能良好的反應(yīng)豚鼠內(nèi)耳組織的細(xì)節(jié)及空間特性,且可以為今后應(yīng)用于人體實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。
　　 3.對(duì)健康志愿者右耳前庭系統(tǒng)膜迷路三維幾何模型進(jìn)行數(shù)值模擬,前庭系統(tǒng)膜迷路內(nèi)可變形部分嵴項(xiàng)和內(nèi)淋巴液擬彈性體同時(shí)會(huì)受到離心力和慣性力作用,相對(duì)于膜表面產(chǎn)生變形運(yùn)動(dòng),從而形成神經(jīng)電活動(dòng)傳入各級(jí)前庭中樞,引起綜合反應(yīng),維持身體平衡,在這個(gè)機(jī)電轉(zhuǎn)換過(guò)程中,前庭系統(tǒng)膜迷路體現(xiàn)出生物角加速度儀的性質(zhì)

6、,嵴頂節(jié)點(diǎn)的位移特性可以間接體現(xiàn)纖毛運(yùn)動(dòng)特性,進(jìn)而體現(xiàn)各平衡感受器維持人體平衡的關(guān)系。
　　 結(jié)論:1.內(nèi)耳結(jié)構(gòu)復(fù)雜,常規(guī)解剖及單純切片研究均不能很好地說(shuō)明它們的空間細(xì)節(jié),難以保證空間測(cè)量的精確性,而連續(xù)切片的計(jì)算機(jī)三維重建結(jié)構(gòu)既具備切片的細(xì)節(jié)性,又能反映其空間特性,是一種提高顳骨形態(tài)學(xué)研究水平的方法。
　　 2.冰凍切片主要適用于形態(tài)觀察,其結(jié)果與顳骨火棉膠切片基本相同,對(duì)蝸管內(nèi)、外各結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系和蝸軸內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的觀