人体组织的结构与相应部位正常生理功能的发挥密切相关,鼻及鼻咽部解剖精细而复杂,常规检查手段在可应用性及观察能力等方面经常会受到不同程度的限制。鼻最重要的生理功能即为呼吸气流的通道,因此通过鼻及鼻咽腔的气流流场分布特征是否是导致该部位疾病发生发展的诱发因素之一,是近代学者们所关注的新的问题。本论文研究建立了鼻和鼻咽腔结构的生物力学数值模型,并针对该模型进行力学相关计算分析,旨在从生物力学角度探讨原发于该部位疾病的病因和发病机制,并为鼻咽部占位性病变临床治疗方案的选择提供一定的参考。本论文研究主要包含以下两部分内容:一、鼻及鼻咽腔结构特征与鼻咽癌发生相关性的生物力学研究目的:通过建立正常人鼻腔和鼻咽腔生物力学数值模型,运用计算流体力学的方法,行鼻腔和鼻咽腔呼吸过程中的气体流场数值模拟并分析气流流场分布特征,从鼻咽部咽隐窝的解剖结构入手,基于生物力学角度探讨其与鼻咽癌发生发展的相关性,旨在研究鼻咽癌的发病原因和机制等方面取得新的突破口,对某些鼻咽癌“易感”人群如EBV阳性、有明确家族史者实现“早预防、早干预、早治疗”的临床应用价值。方法:1.采集健康成年男性咽隐窝开放状态下鼻腔及鼻咽腔CT扫描数据,扫描范围自颅中窝底至悬雍垂最尖端平面,得到DICOM影像学数据;2.将采集到的数据导入Mimics 20.0软件中,根据人体组织密度的不同所对应的不同灰度值,应用编辑软件去除不相关区域,选取双侧鼻腔各鼻道、鼻咽腔、咽隐窝等含气结构建立含气腔道系统模型,得到Binary STL格式文件;3.将STL格式文件导入Geomagic studio 12.0软件中,对重建模型进行光滑处理,并修复不规则区域,再进行降噪、面片划分,得到以iges格式保存的完整光滑曲面的三维模型;4.将所得模型划分体网格及面网格,导入ANSYS workbench进行气流流场数值模拟计算分析。结果:1.鼻腔及鼻咽腔气道压强分布在吸气相自前鼻孔至鼻咽部是逐渐下降的,呼气相则与之相反,前鼻孔与鼻咽部的压强差约140Pa;压强变化梯度在鼻腔内的鼻阈区、下鼻甲前端的总鼻道部位较鼻腔其他部位大,分别占气道总压强梯度的46%和25%;鼻咽腔截面的压强梯度分布由大到小分别为咽隐窝口、鼻咽顶后壁及鼻咽部下方,上述部位压强梯度分别占鼻咽部总压强梯度的55%、30%、15%;2.整个呼吸过程中,咽隐窝口周以及鼻咽顶后壁处均持续出现明显的低流速区域和涡流区,流速约为分别为1.1m/s及1.5m/s,较低的流速及涡流导致气流中夹带的物质颗粒不易随呼吸排出体外而在局部发生沉积;3.无论吸气相还是呼气相,鼻咽腔与两侧咽隐窝口形成的特征性“三叉入口”结构区持续存在较大涡流,导致不良刺激物质颗粒在该区域沉积率明显增高,持续的异常刺激将导致局部组织细胞发生异常增生甚至上皮化生,最终可能导致肿瘤的发生。结论:1.基于多层螺旋CT图像的鼻腔和鼻咽腔有限元生物力学数值模型具有较高的真实性和精确度,通过有限元数值模拟的方法建立了成人鼻及鼻咽结构生物力学数值模型,分析了人体鼻及鼻咽腔气流场特征,发现咽隐窝口周及鼻咽顶部存在持续低流速区和涡流区。2.持续的异常刺激导致正常上皮结构发生异常增生甚至上皮化生以致彻底癌变是许多肿瘤发生的基础。人体鼻腔及鼻咽腔呼吸过程中咽隐窝口周及鼻咽顶部持续存在的低流速区和涡流区,可致使不良刺激物质颗粒易于在该处沉积,是导致鼻咽癌“易感”人群肿瘤发生的重要因素。二、数值模拟鼻咽部占位性病变对咽鼓管开放功能的影响目的:本研究部分通过建立包含咽鼓管结构在内的健康人鼻腔及鼻咽腔有限元数值模型,模拟不同程度的鼻咽部占位对咽鼓管圆枕运动的阻碍进而影响咽鼓管功能的情况,从生物力学角度研究鼻咽部占位性病变导致咽鼓管功能障碍的发病机制,为该类疾病的临床预防干预以及治疗方案的选择提供一定的参考。方法:本研究部分应用第一部分研究材料,建立的包含咽鼓管结构在内的鼻腔及鼻咽腔生物力学数值模型（建模方法同第一部分）,应用ANSYS workbench针对鼻咽部咽鼓管圆枕及附近结构进行数值模拟,模拟分析鼻咽部尤其是咽隐窝不同程度占位性病变对咽鼓管圆枕运动以及咽鼓管开放功能的影响。结果:1.在圆枕肌肉牵引力最值为0.1 N的条件下,随着时间的变化,圆枕边缘位移呈现近似威布尔分布的发展规律:位移最大值先逐渐增大,在t=5ms时位移最大,约1.1mm;随后逐步衰减,在t=10ms至t=20ms,位移数据接近0mm;2.相对正常肌肉牵引力作用情况,在30%肿瘤阻力下,圆枕边缘处位移最大值约0.88mm,峰值约降低了20%,圆枕牵引力受力处位移最大值约0.38mm,峰值约降低了24%;在50%肿瘤阻力下,圆枕边缘处位移最大值约0.65mm,峰值约降低了41%,圆枕牵引力受力处位移最大值约0.30mm,峰值约降低了40%;在100%肿瘤阻力下,圆枕边缘处位移最大值约0.50mm,峰值约降低了55%,圆枕牵引力受力处位移最大值约0.18mm,峰值约降低了64%;随着肿瘤阻力作用增大,整个圆枕位移时程线波动现象逐渐明显;咽隐窝肿瘤对圆枕运动有一定机械阻碍作用。结论:1.建立包含咽鼓管结构在内的鼻腔及鼻咽腔生物力学数值模型,能够从生物力学角度反映鼻咽部占位性病变引致咽鼓管功能障碍的发病机制。2.咽隐窝占位性病变可导致咽鼓管圆枕运动受限、影响咽鼓管咽口开放,使咽鼓管调节中耳鼓室压力功能受阻,进而产生一系列中耳鼓室压力失衡的相关临床症状。3.鼻咽部及咽隐窝占位性病变的临床干预应尽可能创造咽鼓管圆枕的活动空间,以利于恢复咽鼓管的生理功能。