Corti器动力学行为的二维有限元分析.pdfVIP

振动与冲击 第”卷第4期 JOURNALOFVIBRAllONANDSHOCK Corti器动力学行为的二维有限元分析 杨琳1’4， 华诚1， 戴培东2， 严晓青1， 张天宇2， 丁光宏1， 王克强3， 王正敏2 (1．复旦大学力学与工程科学系上海200433；2．复旦大学附属眼耳鼻喉医院； 3．复旦大学附属中山医院；4．成都中医药大学解剖教研室) 摘 要：通过豚鼠耳蜗底转Corti器的组织切片图像提供的结构原型，在对其形态结构做了必要、合理的简化和假 设后，再现其组织结构及相互关系，采用通用有限元计算软件ABAQUS建立可以进行可视化数值模拟的二维有限元力学 模型，对淋巴液波动所引起Coni器的动力响应进行了初步的数值模拟。本研究有助于进一步认识生理状态下Coni器的 动力学行为，为内耳感音机理的研究提供理论基础。 关键词：Com器；有限元方法(FEM)；模态分析；ABAQUS 中图分类号：03；R76 文献标识码：A 耳作为一个声接收器具有许多独特的性质，它接 进行力学分析。 收声波的频率范围可以从20Hz一20kHz，宽达10个倍 1材料与方法 频程。声音可引起耳鼓膜及听骨链的振动，其振动通 过耳蜗淋巴液的波动传递到基底膜(basilarmembrane，1．1豚鼠Corti器透射电镜图像获取M1 of 取听力灵敏的健康成年豚鼠2只，戊巴比妥钠 BM，OC)，基底膜上的Corti器(内耳螺旋器，Organ 60mg／kg腹腔注射全身麻醉后断颈椎处死，取出双侧 corti)产生振动响应。Coni器是一个包含内毛细胞 hair hair 听泡后分离出耳蜗，挑开蜗窗下缘骨壁，暴露底回鼓 (innercell，IHC)、外毛细胞(outercell，OHC) 等听觉感觉细胞的感受器。它将一系列的机械刺激转 阶，轻推镫骨人前庭池，开放前庭窗。于耳蜗顶部挑一 化成电信号，形成神经冲动传到中枢。其中的力学信 小孔用微细玻璃吸管经蜗顶小孔缓缓灌注2．5％戊二 号所起的生理作用逐渐被认识，但其机理尚不清楚。 醛固定，视固定液从两窗流出为度。充分灌注固定后 Corti器是接受声音的最主要的中转装置，对它的振动将整个耳蜗置2．5％戊二醛4℃冰箱内固定6h。磷酸 特征分析有助于了解内耳感音的传输机理。 目前，运用计算机虚拟仿真技术针对这一领域的 冰箱内脱钙一周，0．1M磷酸缓冲液浸冲洗6h，双蒸馏 研究还较少，主要是基于连续组织切片对耳蜗整体的 水漂洗5次，解剖显微镜下去除脱钙的蜗壳，撕下螺旋 三维重建及简化的有限元分析。在细胞级水平对Coai 器的有限元建模国内还未见报道，国外仅Bfhnke¨,2J等 做了二维流固耦合简化模型动力学分析、Bfihnkepl进 行了Coni器整体组织结构二维、三维有限元建模。 由于Coai器结构微小，目前受检测手段限制，难 以在活体中进行力学测试，因此本文采用超薄切片进 行透射电镜观察并结合他人观察结果Hjl，即通过Corti 器透射电镜图像信息，以获取Corti器二维截面图像， 提取各部位坐标信息，对不同组织进行区分，取六种材 料参数，直接在ABAQUS有限元计算软件的环境中进 行二维建模，在建模中考虑了蜗管顶部及毛细胞倒角 处理，在力学分析中较Andoh旧1等人的尖角顶部更合 理，对细小、复杂结构进行可视化．数值模拟。用 ABAQUS软件对再现的组织切片图像提供的结构模型 基金项目：国家自然科学基金面上项目(编号 收稿日期：2007—09—06 第一作者杨琳女，博士生。1962年10月生 图1 Corti器电镜图像 通讯作者华诚男，博士，副教授；戴培东男。