基于三维数值模拟及原子力显微镜测量对咽鼓管结构的生物力学特性研究

目的通过收集CBCT影像数据,选取咽鼓管及部分鼓室腔重建咽鼓管三维数值模型,并应用AFM扫描纳米尺度下咽鼓管不同部位的表面形貌及弹性模量。从宏微观的角度对咽鼓管结构的生物力学特性进行分析,为咽鼓管功能的研究提供新的思路。方法收集5名志愿者的影像数据,利用Mimics、Geomagic得到光滑的三维模型,再导入ANSYS中对管腔气流场进行数值模拟及分析。应用小鼠咽鼓管组织,标记咽口、中段、鼓室口区域。在修剪、固定后利用AFM进行测定,每个区域取25个点,可获得75条力-位移曲线,将获得的实验数据导入MATLAB分析和处理。结果验证了气流流速随着咽鼓管横截面减小而增大,气流压力则相反;在近峡部中心气流流速达到最大值,气流压力则达到最小值。小鼠咽鼓管组织弹性模量:咽口3.77±0.78 k Pa,中段2.37±1.14 k Pa,鼓室口8.15±0.42 k Pa,鼓室口与咽口力学特性存在差异,中段值最小。结论重建了咽鼓管三维数值模型,分析其管腔内气流场及压力的变化,验证了咽鼓管在平衡中耳腔与外部气体压力的作用。利用AFM测量小鼠咽鼓管组织弹性模量,发现咽口较鼓室口偏小,从组织微观力学角度证明两者力学特性存在差异。应用数值模型结合AFM从宏微观的角度对咽鼓管功能的力学特性进行研究,为咽鼓管结构功能研究提供了新思路。