基于组织切片数据的中耳鼓膜有限元分析

采用不脱钙颞骨组织切片技术获得中耳鼓膜的三维形态数据,利用HyperMesh软件通过比较不同单元类型的网格,提出了用四边形和三角形混合单元对鼓膜进行网格划分的高效高精度方法;并将分网后的模型导入ANSYS有限元分析软件。在进行了不同声强作用下的静力学特性、鼓膜的固有振动特性以及在不同频率作用下的谐响应分析后,将结果与其它文献中的计算和实验数据进行了对比,对本文所提出的基于混合单元中耳鼓膜有限元模型的可靠性进行了验证,为中耳听骨链系统的力学分析提供了理论和模型基础。     

Hydrodynamic modeling of cochlea and numerical simulation for cochlear traveling wave with consideration of fluid-structure interaction

The cochlea is an important structure in the hearing system of humanity. Its unique structure enables the sensibility to the sound waves of varied frequencies. The widely accepted model of the cochlea is expressed as a long tube longitudinally divided by a membrane named the Basilar Membrane (BM), into two fluid-filled channels. Based on various assumptions for the cochlear fluid and structure, simplified mathematical and mechanical cochlear models were developed to help to understand the mechanism of the complex coupled system in the past decades. This paper proposes a hydrodynamic numerical cochlear model with consideration of the Fluid-Structure Interaction (FSI). In this model, the cochlear lymph is considered as in a Newtonian viscous fluid, and the basilar membrane is modeled as a composite structure. The traveling wave is simulated. Also focusing on the pressure in the fluid field, the results are compared with studies of Peterson and Bogert, where it was assumed that the slow compressive waves are traveling along the BM. Furthermore, the transmitting time of the cochlear traveling wave is also discussed.     

中耳有限元分析中内耳淋巴液作用的等效模型研究

利用连续组织切片方法建立了包括鼓膜、听小骨、韧带等在内的中耳三维几何模型;将中耳听骨链内边界的内耳淋巴液等效为质量-刚度-阻尼模型,根据已经发表的内耳淋巴液的物理特性,确定等效模型的物理参数。通过对中耳有限元模型的谐响应分析,提取鼓膜脐部和镫骨底板的位移模拟结果和文献中的实验数据进行对比,证实了所建立的中耳有限元模型以及内耳淋巴液等效模型的可靠性,分析了内耳淋巴液对中耳声传导的影响,尤其是在低频段对中耳声音传导效果的影响。     

基于元胞自动机的肿瘤生长形态动态模拟

为了模拟肿瘤生长和附近组织发生机械作用过程以及自身所发生形变,研究了肿瘤生长过程形态的连续性,穿透深度的计算以及肿瘤的真实感绘制。用元胞自动机模拟肿瘤动态生长过程,并在模型每次发生形变后对元胞状态进行更新,以增强肿瘤生长形态的连续性;模型顶点穿透深度的准确性直接影响力学模型计算形变结果的合理性、准确性,采用基于隐式曲面的方法计算穿透深度的大小和方向;为了增强肿瘤模型的真实感,采用隐式曲面的方法渲染每个生长时刻的肿瘤形态。实验结果表明：该方法能得到形态较连续的生长过程;改进后的穿透深度计算方法能得到一致性较好的深度矢量;基于模型表面点集隐式曲面绘制的肿瘤模型具有平滑表面,有较好的仿真效果。     

Corti器动力学行为的二维有限元分析

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Corti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Corti器的动力学行为,为内耳感音机理的研究提供理论基础.