基于数字化人体中耳-咽鼓管通气的数值仿真建模

目的:基于中国数字化可视人体数据集建立中耳-咽鼓管三维模型,并通过计算机数值仿真来模拟咽鼓管开放后整个中耳-咽鼓管系统的形变和压力变化过程。方法:采用中国首例女性数字化可视人体数据集,使用Amira图像处理软件导入图像,Geomagic软件对图像进行分割等处理,形成包括咽鼓管、中耳鼓室、乳突气房、鼓膜、听小骨在内的中耳-咽鼓管三维模型。将三维模型导入Hypermesh软件中进行网格划分和分析。采用Abaqus软件进行结构力学计算,Xflow流体力学软件对气体流动进行数值仿真,利用流固耦合算法对咽鼓管开放时的组织变形和中耳压力变化进行数值模拟。在中耳-咽鼓管模型内设置包括鼓室、乳突、鼓峡、外耳道在内的多个压力监测点,记录并比较各监测点的压力变化。结果:本研究建立了包含咽鼓管、中耳鼓室、乳突气房、鼓膜、听小骨在内的中耳-咽鼓管三维模型和及中耳通气的数值仿真模型。通气后模型的动态变化可依据压力分5个阶段。此外,模型中鼓室、鼓峡监测点的压力变化基本同步;乳突气房的压力变化较鼓室、鼓峡延迟,验证了乳突的压力缓冲作用。并通过提取的外耳道压力曲线在数值、趋势上与咽鼓管测压检查基本一致,验证了模型的有效性。结论:本文建立的中耳-咽鼓管通气的数值仿真模型可模拟咽鼓管开放后的组织变形及中耳压力变化过程,具有较好的准确性和有效性。为中耳通气系统的研究提供了一种新的研究手段。