不同激振位置对压电式人工中耳听力补偿性能的影响

研究不同激振位置对压电式人工中耳听力补偿性能的影响,确定压电式人工中耳最优激振位置。建立人耳有限元模型,并通过和相关实验数据进行对比验证模型的可靠性。基于该模型,分别在鼓膜脐部、砧骨体、砧骨长突和圆窗施加相同的位移驱动,通过检测镫骨足底板位移及基底膜的最大位移,分析这些位置的激振对人工中耳听力补偿性能的影响。结果表明,以镫骨足底板位移为评估标准会低估圆窗激振的高频听力补偿效果。砧骨长突激振下的基底膜特征位置处的运动位移大于激振鼓膜脐部及激振砧骨体时的位移值,其中激振砧骨体时的基底膜特征位置处运动位移最小;激振圆窗时的基底膜特征位置处运动位移在低频段小于激振其他位置时对应的位移值,但在中、高频段其激振效果最好。在频率低于400 Hz时,砧骨长突激励听力补偿效果最好,圆窗激励听力补偿效果最差。当频率大于1 kHz时,圆窗激励听力补偿效果比其他位置好。以传统的镫骨足底板响应为评估标准,将低估圆窗激振式人工中耳的听力补偿效果。     

基于响应面法的人工股骨单胞结构设计及优化

背景:人工骨植入是治疗骨质严重疏松及骨损伤的重要方法,然而植入时需要考虑其与宿主骨的机械相容性,尤其要使人工骨的杨氏模量与宿主骨相匹配。目的:分析单胞结构类型、支柱尺寸和孔径尺寸对单胞结构的杨氏模量及孔隙率的影响。方法:设计了3种可以描述骨骼微观结构的单胞结构(支杆单胞、带孔板单胞、圆柱孔单胞),设计正交实验,基于有限元模拟对单胞结构进行静力学分析。通过极差和方差分析研究3种单胞结构类型、支柱尺寸和孔径尺寸对单胞结构杨氏模量及孔隙率的影响。基于正交实验数据建立响应面近似模型,以股骨近端的松质骨杨氏模量为优化目标,选择序列二次规划法对单胞结构进行优化参数设计。结果与结论:极差和方差分析的结果表明,以上3因素影响单胞结构杨氏模量的主次顺序为:支柱尺寸>孔径尺寸>结构类型,影响单胞结构孔隙率的主次顺序为:支柱尺寸>结构类型>孔径尺寸。选用响应面法建立近似模型,以股骨的杨氏模量0.97 GPa为优化目标,采用序列二次规划法对单胞结构进行优化,再进行模拟验证。验证结果表明所采用的优化设计方法是有效的,从而为人工骨的结构提供了新的设计方法。     

Finite element analysis of the effects of a floating mass transducer on the performance of a middle ear implant

Experimental evidence has shown that floating mass transducers (FMTs) play a key role in the performance of middle ear implants. However, because of the tiny size and complex structure of the middle ear, systematic experimental study of the influences of FMTs is difficult to carry out. In this paper we develop a FMT-attached middle-ear finite element model to investigate some effects of a FMT on the performance of a middle ear implant. This model was constructed based on a complete set of computerized tomography section images of a healthy volunteer's left ear. The validity of the developed model was verified by comparing the model-predicted motion of the tympanic membrane and stapes footplate with published experimental data. The result shows that the FMT produces a mass loading effect prominently at high frequencies, the force required to drive the incus to the equivalent of 100 dB sound pressure level (SPL) is about 89?μN, and setting the attachment position of the FMT close to the incudostapedial joint can enhance the driving effect.     

典型中耳病变对圆窗激振听力补偿性能影响的数值分析

目的研究典型中耳病变对圆窗激振听力补偿效果的影响,为圆窗激振式人工中耳的优化设计提供参考。方法利用CT扫描和逆向成型技术建立包括中耳和耳蜗的有限元模型,并验证模型的可靠性。再基于该模型,通过改变相应组织的材料属性,分别模拟镫骨环韧带硬化、镫骨不正常发育和锤骨前韧带硬化3种典型中耳病变。通过对比相应的基底膜响应,分析这3种病变对圆窗激振听力补偿效果的影响。结果镫骨不正常发育主要在高频处降低圆窗激振的效果,镫骨环韧带硬化和锤骨前韧带硬化主要恶化圆窗激振低频段的响应。3种病变中,镫骨环韧带硬化对圆窗激振听力补偿效果影响较大,等效声压的减小量可高达17 d B。结论中耳病变恶化圆窗激振的听力补偿效果,且恶化量较大,故在设计圆窗激振式人工中耳时需要针对性地提高其作动器的输出量。     

基于神经网络法反求耳结构弹性模量

目的通过耳结构的位移反算耳结构弹性模量。方法基于Patran软件建立耳结构有限元模型,使用Mat-lab建立计算耳结构反问题的BP神经网络。对耳结构有限元模型进行频率响应分析,得到鼓膜凸和镫骨足板的位移响应;把位移作为BP神经网络的输入、相对应的结构弹性模量作为输出,对网络进行训练。结果利用训练成熟的BP网络反算出耳结构的弹性模量,相对误差非常小。结论反算结果表明,所使用的反问题方法求解耳结构弹性模量是可行的,可为临床提供确定生物结构力学参数简捷有效的方法。