內(nèi)耳前庭半規(guī)管平衡機制生物力學(xué)模型研究.pdf

1、人內(nèi)耳前庭系統(tǒng)在維持身體平衡中起著先導(dǎo)作用。但是由于內(nèi)耳埋藏位置深，結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精細，導(dǎo)致前庭常見疾病的病因和發(fā)病機制尚需明確，前庭功能檢查定側(cè)和定位上的診斷還缺乏有效手段，前庭疾病的治療多限于對癥。前庭系統(tǒng)功能異常和病理變化以及過度的外界環(huán)境激勵是誘發(fā)眩暈的重要原因，嚴重影響了人們的生活質(zhì)量。對于飛行員等特殊職業(yè)人員眩暈是導(dǎo)致飛行事故的重要因素。生物力學(xué)因素在內(nèi)耳前庭系統(tǒng)行使平衡功能的過程中起著重要作用，其中前庭半規(guī)管感受頭位有角運動依

2、賴于管中內(nèi)淋巴液的流動和嵴頂形變之間的相互作用和一個機電傳導(dǎo)過程。將力學(xué)的基本原理與方法應(yīng)用于人內(nèi)耳前庭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與平衡機制的相關(guān)性研究，可為探討眩暈病癥與內(nèi)耳結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，提高前庭功能檢查定側(cè)、定位診斷敏感性，尋找有效治療方法等提供定量依據(jù)。本文主要工作包括:
　　1、通過對豚鼠內(nèi)耳結(jié)構(gòu)的研究，獲得豚鼠內(nèi)耳結(jié)構(gòu)三維重建的有效方法。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)一例正常人內(nèi)耳前庭半規(guī)管結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，對其幾何結(jié)構(gòu)進行三維重建。采用有限元法對該半規(guī)管內(nèi)

3、淋巴液——嵴頂耦合系統(tǒng)進行了模態(tài)分析，得到系統(tǒng)的基頻為13.46 Hz，遠高于人日常自然活動頻率以及臨床旋轉(zhuǎn)試驗和冷熱試驗的檢查頻率。
　　2、進行了體位變化激勵下人雙耳前庭半規(guī)管平衡機制的數(shù)值分析。結(jié)果表明，頭繞對稱軸水平正弦轉(zhuǎn)動或左右正弦滾轉(zhuǎn)時，左右耳對稱半規(guī)管的力學(xué)響應(yīng)幅值相等，相位相差3.14 rad，使得對稱半規(guī)管的刺激強弱相反;頭前后正弦翻轉(zhuǎn)時，雙耳對稱半規(guī)管的力學(xué)響應(yīng)幅值和相位均相等，使得對稱半規(guī)管的刺激強弱相同。由

4、此推斷任意頭位變化，通過前庭眼反射，雙耳前庭半規(guī)管中的力學(xué)響應(yīng)將誘發(fā)雙眼向相同的方向等幅度轉(zhuǎn)動，維持視網(wǎng)膜成像的穩(wěn)定。
　　3、對健康人雙耳前庭半規(guī)管在人自然活動頻率范圍頭水平轉(zhuǎn)動進行了頻率特性分析，尋找前庭半規(guī)管振動的特異性。研究發(fā)現(xiàn)水平半規(guī)管嵴頂橢圓囊側(cè)表面的振動幅值對轉(zhuǎn)動加速度較敏感，而管側(cè)表面對轉(zhuǎn)動速度較敏感，嵴頂振動的相位只與外載荷頻率相關(guān)。隨著外界載荷頻率增大，水平半規(guī)管嵴頂兩側(cè)的振動幅值和相位差均增大。根據(jù)這一特異性

5、，可以通過臨床旋轉(zhuǎn)試驗定位評估水平半規(guī)管功能。
　　4、進行了環(huán)境溫度激勵下人雙耳前庭半規(guī)管平衡機制的數(shù)值分析。結(jié)果表明在外耳道口持續(xù)灌注冷熱水或氣，水平半規(guī)管被激勵約20 s后，前半規(guī)管才被穩(wěn)定激勵;約40 s后，后半規(guī)管被穩(wěn)定激勵。推測臨床Hallpike冷熱試法對前后半規(guī)管功能的評估不可靠。為了通過冷熱試法可靠地評定前后半規(guī)管的功能，需要延長在外耳道口灌注冷熱水或氣的時間，這個規(guī)律適用于任何頭位冷熱試驗評定前庭半規(guī)管功能。<

6、br>　　5、探討了橢圓囊內(nèi)淋巴閥在人內(nèi)耳前庭半規(guī)管平衡機制中的作用，對尚未明確的橢圓囊內(nèi)淋巴閥的功能進行了探索。橢圓囊內(nèi)淋巴閥張開后，任意頭位變化，會使得內(nèi)耳膜迷路上部和下部的內(nèi)淋巴液體積不等量交換。如果體位變化激勵越大，橢圓囊內(nèi)淋巴閥的開口面積越大，通過開口交換的內(nèi)淋巴液的體積將越多，對嵴頂變形運動的影響會越大，從而影響半規(guī)管的平衡機制。本文研究結(jié)果表明，橢圓囊內(nèi)淋巴閥在前庭半規(guī)管行使平衡功能的過程中起著重要作用，如果其功能異常，可