鼓膜-听骨链精细三维重建及谐响应有限元分析

doi:10.13418/j.issn.1001-165x.2019.06.014

中国临床解剖学杂志 ›› 2019, Vol. 37 ›› Issue (6): 680-685.doi: 10.13418/j.issn.1001-165x.2019.06.014

鼓膜-听骨链精细三维重建及谐响应有限元分析

胡力达¹，　田广永¹，　徐飘²，　林琼萍²

1.南方医科大学第三附属医院耳鼻咽喉头颈外科，广州 510630； 2.南方医科大学第三临床医学院，广州 510630

收稿日期:2019-01-20 出版日期:2019-11-25 发布日期:2019-12-03
通讯作者: 田广永，教授，主任医师，E-mail：782683004@qq.com
作者简介:胡力达（1990-），男，硕士研究生，住院医师，主要研究方向：听力系统数字化三维重建及生物力学分析，E-mail：248051069@qq.com

3D reconstruction of sophisticated eardrum-ossicular chain model and the harmonic response analysis calculated by finite element method

HU Li-da¹, TIAN Guang-yong¹, XU Piao², LIN Qiong-ping²

1. Department of ENT & HN Surgery, the 3rd Affiliated Hospital of Southern Medical University, Guangzhou 510630; 2. The 3rd Clinical Medical School of Southern Medical University, Guangzhou 510630

Received:2019-01-20 Online:2019-11-25 Published:2019-12-03

摘要/Abstract

摘要： 目的　建立精细化的鼓膜-听骨链三维模型，并通过有限元方法进行生物力学分析，验证模型的合理性，为后续实验提供理论基础及依据。方法　通过Micro-CT获取精细断层数据（螺距0.24 mm，断层图像共464张），利用多软件综合处理，数字化重建鼓膜-听骨链，使用有限元进行谐响应振动力学分析，与激光多普勒在颞骨标本上获取的相应数据进行对比分析。结果　数字化重建的鼓膜-听骨链模型，于100Hz、800Hz、8000Hz处，鼓膜数据采集点振幅分别为0.022μm、0.031μm、0.0041μm，镫骨足板数据采集点振幅分别为0.011μm、0.015μm、0.000069μm，各频率对应振幅与激光多普勒所得结果区间相符，趋势一致。结论　利用该方法建立的模型，可以有效的数字化还原鼓膜-听骨链，后续可通过该模型，进一步实验分析听骨链生理及病理模型。

关键词: 鼓膜-听骨链, 　有限元, 　生物力学, 　谐响应分析, 　数字化重建

Abstract: Objective　To verify the reliability of the sophisticated eardrum-ossicular chain model and provide theoretical basis and reference for the follow-up experiments by using finite element method to analyze the harmonic response.　Methods　A sophisticated eardrum-ossicular chain model by multi-software synthesized was established, by using Micro-CT and finite element method to obtain the fault data (screw pitch:0.24mm, total cross sectional image: 464 slices). The fault data were compared with the data which obtained from the temporal bone specimen scanned by laser doppler.　Results　The amplitudes of the tympanic membrane data collection points were 0.022, 0.031 and 0.0041 microns at frequency of 100Hz, 800Hz, 8000Hz respectively, and the amplitudes of the stapes plate data collection points were 0.011, 0.015 and 0.000069 microns respectively. The result of the models’ harmonic response was consistent with the result of laser doppler.　Conclusions　We can rebuild effectively a sophisticated eardrum-ossicular chain by establishing the model, we can use this model to analyze physiological function and pathologic change of the ossicular chain.

Key words: Eardrum-ossicular chain model, 　FEM, 　Biomechanics, 　Harmonic response analysis, Digital reconstruction

中图分类号:

R318.01

胡力达, 田广永, 徐飘, 林琼萍. 鼓膜-听骨链精细三维重建及谐响应有限元分析[J]. 中国临床解剖学杂志, 2019, 37(6): 680-685.

HU Li-da, TIAN Guang-yong, XU Piao, LIN Qiong-ping. 3D reconstruction of sophisticated eardrum-ossicular chain model and the harmonic response analysis calculated by finite element method[J]. Chinese Journal of Clinical Anatomy, 2019, 37(6): 680-685.

参考文献 14

[1]	黄华, 王杰. 锤骨上韧带与锤骨前韧带固定对中耳传声的影响--有限元模型研究[J]. 临床耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2016, 30(24): 1935-1939.
[2]	王杰, Zhao Fei, 李永新. 颞肌筋膜重建鼓膜厚度对中耳传声的影响-有限元模型研究[J].中国耳鼻咽喉头颈外科, 2015, 22(8):414-418.
[3]	Gan RZ, Dai C, Wang X, et al. A totally implantable hearing system-design and function characterization in 3D computational model and temporal bones[J]. Hear Res, 2010, 263(2):138-144.
[4]	Zhao F, Koike T, Wang J, et al. Finite element analysis of the middle ear transfer functions and related pathologies[J]. Med Eng Phys, 2009, 31(8):907-916.
[5]	Wang J, Zhao F, Li Y, et al. Effect of anterior tympanomeatal angle blunting on the middle ear transfer function using a finite element ear model[J]. Med Eng Phys, 2011, 33(9):1136-1146.
[6]	Kelly DJ, Prendergast PJ, Blayney AW. The effect of prosthesis design on vibration of the reconstructed ossicular chain:a comparative finite element analysis of four prostheses[J].Otol Neurotol, 2003, 24(1):11-19.
[7]	张官萍, 巫爱霞，戴朴，等. 中耳三维有限元模型的建立与中耳实体模型质量属性分析[J]. 中华耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2007, 42(5):357-361.
[8]	Gan RZ, Wang X. Multifield coupled finite element analysis for sound transmission in otitis media with effusion[J]. J Acoust Soc Am, 2007, 122(6):3527-3538.
[9]	Gan RZ, Wood MW, Dormer KJ. Human middle ear transfer function measured by double laser interferometry system[J]. Otol Neurotol, 2004, 25(4): 423-35.
[10]	Gan RZ, Feng B, Sun Q. Three-dimensional finite element modeling of human ear for sound transmission[J]. Ann Biomed Eng, 2004, 32(6):847-859.
[11]	顾于燕, 任冬冬, 韩朝. 中国成人正常实体镫骨精确测量及临床意义[J]. 中国眼耳鼻喉科杂志, 2017, 17(1):16-18.
[12]	田钟瑞, 王沛英. 听小骨测量和听骨链重建术[J]. 中华耳鼻咽喉科杂志, 1979, 14(1):1-6.
[13]	Motallebzadeh H, Maftoon N, Pitaro J, et al. Finite-element modelling of the acoustic input admittance of the newborn ear canal and middle ear[J]. J Assoc Res Otolaryngol, 2017, 18(1):25-48.
[14]	Leckness K, Nakmali D，Gan RZ.Computational modeling of blast wave transmission through human ear[J]. Mil Med, 2018, 183(suppl 1):262-268.

[1]	李笑予, 张磊, 付磊, 李东波, 汪国友. 三步接骨法治疗Sanders Ⅱ型跟骨骨折的有限元研究[J]. 中国临床解剖学杂志, 2024, 42(1): 65-70.
[2]	吴研飞, 马剑雄, 卢斌, 王颖, 柏豪豪, 靳洪震, 马信龙. CT后处理技术重建CT值与终板抗压强度的相关性研究[J]. 中国临床解剖学杂志, 2024, 42(1): 71-76.
[3]	张悦, 蔡兴博, 张必欢, 王斌, 徐永清. 全腕关节置换术后腕关节生物力学研究进展[J]. 中国临床解剖学杂志, 2024, 42(1): 112-114.
[4]	欧阳北平, 马向阳, 罗春山, 邹小宝, 梁栋柱, 陆廷盛, 陈啟鸰. 钉尾横连与棒-棒横连在后路寰枢椎固定中的生物力学对比研究[J]. 中国临床解剖学杂志, 2023, 41(5): 588-592.
[5]	洪丽婷, 孟庆国, 吴建辉, 徐凌雁, 高润泽, 翟丽东. 突入膀胱不同形态的前列腺增生的有限元分析[J]. 中国临床解剖学杂志, 2023, 41(4): 459-464.
[6]	林文杰, 孙欣, 黄文华, 魏波, 林涛, 梁振明, 钟环, 张欣, 欧阳汉斌. 踝关节融合术后后足关节生物力学分析[J]. 中国临床解剖学杂志, 2023, 41(2): 212-217.
[7]	蔡昊, 周海波, 虞嘉欢, 胡凯, 孟洪明, 寿泽榆, 陈春, 白植标, . 空心螺钉联合“8”、“0”张力带钢丝内固定治疗髌骨横行骨折模型的有限元分析与比较[J]. 中国临床解剖学杂志, 2022, 40(4): 454-459.
[8]	童杰, 季伟, 黄志平, 周若舟, 房佐忠, 朱青安. 枕颈区后路柔性动态固定的生物力学研究[J]. 中国临床解剖学杂志, 2022, 40(3): 315-319.
[9]	仝铃, 许阳阳, 王一丹, 马渊, 王海燕, 李筱贺. 颈椎前路微型记忆加压合金板的有限元分析[J]. 中国临床解剖学杂志, 2022, 40(3): 320-326.
[10]	姚文君, 李才, 许刚, 叶雨辰, 朱坤, 王艳丽, 张长春. 重度骨质疏松条件下后路枢椎三种内固定方式的有限元分析[J]. 中国临床解剖学杂志, 2022, 40(2): 198-203.
[11]	童杰, 季伟, 黄志平, 周若舟, 房佐忠, 朱青安. 寰枢椎后路柔性固定的生物力学研究[J]. 中国临床解剖学杂志, 2022, 40(1): 72-77.
[12]	余盛, 庞清江. 颈椎间孔韧带的解剖特点及其临床意义[J]. 中国临床解剖学杂志, 2022, 40(1): 109-112.
[13]	魏明杰, 许育健, 吴一芃, 王腾, 吴欢, 袁礼波, 唐文宝, 郭孝菊, 徐永清. 手腕部不同载荷状态下舟月骨间韧带应力分布分析[J]. 中国临床解剖学杂志, 2021, 39(5): 586-592.
[14]	吴晓薇, 李鉴轶, 杜冰冉, 杨巧华, 范天成, 李路韬. 轻度青少年特发性脊柱侧凸有限元模型构建及分析[J]. 中国临床解剖学杂志, 2021, 39(4): 443-448.
[15]	王高飞, 张珠峰, 魏壮. V-Y延长指背腱膜终腱止点重建术治疗陈旧性锤状指的生物力学实验研究[J]. 中国临床解剖学杂志, 2021, 39(3): 330-335.

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