考虑蜗孔尺寸的人耳耳蜗有限元模型研究

建立人耳耳蜗的二维双向流固耦合有限元模型,包含卵圆窗、圆窗和基底膜等膜性结构,耳蜗管道中充满流体,采用流体-结构双向流固耦合动力学分析方法,在不同蜗孔尺寸时研究声音由卵圆窗传递到基底膜的机制。已有文献设置的蜗孔尺寸与人耳解剖文献中的蜗孔尺寸参数不一致,设置了三个不同蜗孔尺寸的耳蜗有限元模型,获得不同蜗孔尺寸对基底膜响应的影响,同时验证了耳蜗的频率选择特性,计算结果与报道的实验数据相一致。结果表明:设置合适的蜗孔尺寸,可以获得与实验数据更接近的结果。

人工中耳悬浮式压电振子的优化设计

为了优化人工中耳悬浮式压电振子的植入效果,设计了一种位移放大结构用于改善振子的输出特性。首先采用微CT扫描和逆向成型技术建立了包括外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与文献的实验数据比对验证模型的有效性。然后建立人耳与悬浮振子的耦合力学模型,通过有限元的耦合场分析研究加入位移放大结构前后的人工中耳植入效果。研究结果表明,采用位移放大结构后,振子于中高频段的等效声压级得到明显提升,可以有效降低压电振子的功耗。

粘弹性本构对人耳动力学特性影响的数值研究

为分析中耳软组织粘弹性材料特性对人耳系统动力学特性影响,建立包括外耳道、中耳及耳蜗的整耳有限元模型。外耳道及中耳模型用微CT扫描与逆向成型技术建立,耳蜗采用双腔导管形式简化模型。基于该模型,中耳部分软组织材料属性采用线性粘弹性,以表征动态分析中能量损耗。在外耳道施加90 d B SPL声压模拟声激励,并在计算中考虑外耳道气体、中耳固体及耳蜗流体多场耦合作用。中耳结构响应包括鼓膜脐部与镫骨底板位移及镫骨底板速度传递函数,耳蜗流体压力响应用于计算中耳压力增益、耳蜗输入声阻抗及压力逆向传递函数。结果表明,考虑粘弹性后,人耳系统动态响应参数较线弹性有一定程度改善,尤其在高频段提升较明显,与实验测量数据匹配效果更好。

豚鼠耳蜗基底膜振动的测试方法

目的探索豚鼠耳蜗基底膜振动测试的方法。方法用戊巴比妥钠腹腔注射麻醉豚鼠后,腹侧切口,逐层切开皮肤,分离肌肉,可见听泡位于豚鼠下颌骨内侧深面,钝性分离听泡表面的肌肉组织,暴露听泡,用电钻将听泡打开,可见螺旋形耳蜗结构,辨认基底膜所在的部位。用电钻在需要开孔的骨壁上轻磨一个环形的凹陷,待足够薄弱的时候用尖头的刀片挑开骨片。用具有微细尖端的不锈钢针蘸取少量反光微珠,放置在基底膜上。然后用激光多普勒测振仪(laser doppler vibrometer,LDV)测量基底膜在外耳道纯音激励下的振动。结果用该方法测量了豚鼠耳蜗基底膜在不同频率声波激励下的响应曲线。结论该方法可进行豚鼠耳蜗基底膜振动的离体实验,但活体的振动测试尚需进一步的探索。

豚鼠耳蜗基底膜响应特性的实验测试与分析

为探究耳蜗基底膜的动态特性,利用激光多普勒测振仪(Laser Doppler Vibrometer,LDV)测试了豚鼠耳蜗基底膜在纯音激励下的动态响应。实验时,选取了14只新鲜的豚鼠耳蜗离体标本,分别测试了70 dB、80 dB、90 dB三种声激励下耳蜗基底膜的速度响应和位移响应,并改变输入声音信号的频率,研究了基底膜的振动特性。实验结果表明:纯音激励下基底膜的振动是正弦振动;在大小相同、频率不同的纯音激励下,基底膜同一位置处振动速度和振动位移大小不同,基底膜具有频率选择特性,在最佳频率处振动响应最大;基底膜在不同大小声压激励下相位响应趋势接近,超过最佳频率后相位滞后迅速增加;基底膜的运动具有行波特征。实验方法和测试结果可为人耳耳蜗听觉机制的研究提供指导。

豚鼠耳蜗基底膜的振动特性

为探讨豚鼠耳蜗基底膜的听觉机制,利用多普勒激光测振技术进行了声音在28只成年健康豚鼠耳中传递的测试实验.将豚鼠麻醉后切断头取出听泡,采用电钻暴露其耳蜗基底膜,利用多普勒激光测振仪在给定的声压级、频率的纯音激励条件下测量豚鼠外耳道耳蜗基底膜的振动速度,并测量了中耳镫骨的振动速度.结果表明,豚鼠外耳道基底膜具有频率选择特性,而且其基底膜的振动具有行波特性.

几何非线性对于人耳传声特性影响的数值分析

采用有限元单元法分析了不同的中耳静压加载下,几何非线性对于人耳传声动态特性的影响.首先建立了包含外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与实验数据的比对验证了模型的有效性.其次,基于有限变形理论,在几何非线性中考虑大变形和预应力对于系统刚度矩阵的影响,计算了-2.0kPa到＋2.0kPa的静压加载下,鼓膜脐部和镫骨底板于0.25~8.00kHz频域内的位移响应.结果表明,当只考虑几何非线性时,中耳正压对于人耳动态特性的影响主要集中0~2.5kHz的低频段,并会导致中耳结构的软化,而负压的加载则会导致中耳结构的刚化现象.