中耳通气的数值仿真模型研究
目的 本研究旨在建立我国正常成年人的中耳三维模型，并通过计算机数值仿真的计算方法完成以下研究内容:①对正常条件下咽鼓管开放后中耳通气过程进行模拟，绘制中耳通气过程中的压力分布云图，研究中耳通气过程中的压力变化规律。②模拟鼓峡占位条件下中耳通气过程中外耳道及中耳内部的压力变化。对比有占位与无占位情况下中耳通气情况的不同，探究鼓峡堵塞对中耳通气的影响。 方法 对北京协和医院耳鼻喉头颈外科1例实验用健康成人尸头标本进行颞骨高分辨CT扫描，所获得的影像学数据采用DICOM数据标准。使用Mimics20.0软件进行多层医学影像分割和三维重建，主要重建部位为咽鼓管靠近鼓室端、鼓室、听骨整体、鼓膜、乳突及外耳道。重建后的三维模型经过进一步光顺平滑处理后进行有限元网格划分。之后分别采用Xflow流体力学计算软件进行通气过程的数值仿真，采用ABAQUS非线性有限元计算软件进行鼓膜结构力学的计算。使用流固耦合算法(Fluid-solid Interaction，FSI)将流体动力学与结构力学相结合，模拟计算中耳通气过程中中耳内部及外耳道内的压力变化。之后在此基础上进行人为模型修改，建立3个不同大小的鼓峡占位模型，并采用相同的计算过程模拟出此病理条件下外耳道及中耳的压力分布变化。在模型中的外耳道内、鼓室内、鼓室-乳突连接区域、乳突内分别设立监测点，对比这4个部位在中耳通气过程中不同的压力变化规律。 结果 通过本次中耳通气的数值仿真计算，我们可以得到以下结果: ①咽鼓管单次开放后，中耳内的整体压力变化可分为4个阶段:升压阶段、压力保持阶段、降压阶段和0压保持阶段。 ②数值仿真结果证实了在中耳通气过程中，乳突确实具有缓冲压力变化的作用。 ③鼓峡占位引起的鼓峡狭窄会导致中耳内压力变化更为剧烈，影响中耳通气的稳定性。这种不稳定性可以反映在外耳道内由鼓膜运动产生的压力峰值降低上，鼓峡处占位越大，外耳道内产生的压力峰值就越低(假设没有外界的其它力引起鼓膜振动)。 结论 该模型模拟重现了正常条件下及鼓峡存在占位的情况下咽鼓管开放通气的过程中外耳道及中耳的压力及形态变化。数值仿真的方法可以在一定程度上帮助解决中耳通气相关的生理实验不便展开的问题，同时也有助于耳鼻喉头颈外科医师进一步理解中耳通气过程的相关物理变化。
中耳通气;数值仿真;三维模型;鼓峡堵塞
中国医学科学院北京协和医学院
博士
临床医学
高志强
2020
中文
R764
2021-06-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）