新型人工中耳壓電振子聽(tīng)力補(bǔ)償?shù)睦碚撆c實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、聽(tīng)力損傷是社會(huì)上最常見(jiàn)的疾病之一，隨著聽(tīng)力學(xué)及耳顯微外科手術(shù)的迅速發(fā)展，絕大多數(shù)傳導(dǎo)性聽(tīng)力損傷已能通過(guò)手術(shù)提高聽(tīng)力。但大部分感音神經(jīng)性聽(tīng)力損傷目前仍缺乏具有針對(duì)性的有效治療，常規(guī)的還是采用佩戴傳統(tǒng)助聽(tīng)器的方式來(lái)改善聽(tīng)力。而傳統(tǒng)助聽(tīng)器具有輸出增益小、伴有聲反饋及耳道堵塞等不足。針對(duì)助聽(tīng)器的這些問(wèn)題，通過(guò)直接機(jī)械激振聽(tīng)骨鏈運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)聽(tīng)力損傷進(jìn)行高效補(bǔ)償?shù)闹卸踩胧街?tīng)裝置（人工中耳）成為近年來(lái)國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的人工中耳，根據(jù)其植

2、入振子驅(qū)動(dòng)原理的不同，可分為壓電式和電磁式兩種。其中，壓電式人工中耳具有頻帶寬、功耗小、制造成本低、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。但現(xiàn)有壓電式人工中耳的壓電振子通常采用壓電雙晶片結(jié)構(gòu)，輸出增益較小，不能補(bǔ)償較高程度的感音神經(jīng)性聽(tīng)力損傷。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，論文密切結(jié)合開(kāi)發(fā)新型壓電式人工中耳的需要，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下，以通過(guò)機(jī)械激振聽(tīng)骨鏈而補(bǔ)償聽(tīng)力損傷的新型人工中耳壓電振子為研究對(duì)象，系統(tǒng)地進(jìn)行了人耳傳聲的生物力學(xué)模擬、人工中耳的振子各

3、設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)中耳傳聲特性影響分析、聽(tīng)骨鏈有效激振的壓電振子設(shè)計(jì)，并最終通過(guò)人體顳骨實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的砧骨激勵(lì)式壓電振子在聽(tīng)力損傷補(bǔ)償上的有效性和可行性。論文的主要研究工作和創(chuàng)新性成果如下:
　　1.基于三維人體耳蝸宏觀力學(xué)模型，提取了耳蝸等效輸入阻抗。通過(guò)近似處理，采用解析法建立了三維耳蝸宏觀動(dòng)力學(xué)模型，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了模型的可信度?；谠撃Ｐ停治隽嘶啄さ膭?dòng)態(tài)特性，特別是其選頻特性。再在模型中，將耳蝸內(nèi)

4、行波和壓縮波同時(shí)考慮，對(duì)蝸內(nèi)壓強(qiáng)進(jìn)行了計(jì)算并結(jié)合實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。最終，基于人體耳蝸解析三維模型，提取了耳蝸等效輸入阻抗，為中耳建模提供了耳蝸處邊界條件。
　　2.建立了高精度的三維人體中耳有限元模型，并對(duì)其傳聲力學(xué)特性進(jìn)行模擬和分析?；贛icro-CT掃描和逆向成型技術(shù)，建立了高精度三維人體中耳有限元模型。為了真實(shí)模擬聽(tīng)小骨空間支撐框架的邊界條件，模型中韌帶、肌腱也采用逆向成型建成。為了保證模型不失中耳的個(gè)體樣本特性，采用模態(tài)與運(yùn)

5、動(dòng)位移綜合的方法，對(duì)現(xiàn)有報(bào)道偏差較大的中耳組織材料特性進(jìn)行優(yōu)選。最終，通過(guò)對(duì)比鐙骨足板位移、鐙骨速度傳遞函數(shù)、鼓膜臍部位移、聽(tīng)骨鏈杠桿比率，對(duì)所建模型的可信度進(jìn)行了驗(yàn)證。并基于該模型，分析了聽(tīng)骨鏈杠桿系統(tǒng)比率在2000 Hz處突變的可能原因。
　　3.研究了振子主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)正常人耳傳聲特性的影響?；谒ǖ闹卸邢拊W(xué)模型，分析了激振部位對(duì)振子聽(tīng)力補(bǔ)償效果的影響，提出了振子的最佳激振位置?？紤]到懸浮式振子惰性易影響患者的殘余聽(tīng)

6、力，建立了帶有懸浮質(zhì)量塊的中耳力學(xué)模型，并由該模型系統(tǒng)研究了懸浮式振子質(zhì)量、振子驅(qū)動(dòng)力、振子植入位置等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)中耳傳聲特性的影響。研究結(jié)果表明:針對(duì)懸浮式壓電振子，其質(zhì)量不宜過(guò)大，增加該質(zhì)量將惡化患者高頻殘余聽(tīng)力;振子植入位置靠近鐙砧關(guān)節(jié)，聽(tīng)力補(bǔ)償效果更好;植入的振子驅(qū)動(dòng)力為89μN(yùn)、驅(qū)動(dòng)位移為100nm便能激起相應(yīng)于鼓膜處100 dB聲壓激勵(lì)的效果。補(bǔ)償同樣程度的聽(tīng)力損傷，砧骨長(zhǎng)突所需的激振力小于激勵(lì)砧骨體所需的力，且激振效果不敏感

7、于植入手術(shù)誤差。
　　4.基于相應(yīng)的壓電振子-中耳耦合力學(xué)模型，提出并設(shè)計(jì)了兩款能對(duì)聽(tīng)骨鏈有效激振的新型壓電振子。針對(duì)現(xiàn)有人工中耳的感音神經(jīng)性聽(tīng)力損傷高頻段補(bǔ)償能力不足的問(wèn)題，綜合考慮了中耳內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)、中耳傳聲的動(dòng)態(tài)特性，提出了兩款利用壓電疊堆逆壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的新型人工中耳壓電振子（懸浮式壓電振子、砧骨激勵(lì)式壓電振子）。就這兩款壓電振子，分別建立了相應(yīng)的壓電振子-中耳耦合動(dòng)力學(xué)模型。并基于這兩個(gè)模型，分別對(duì)相應(yīng)振子進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析了

8、其功耗及聽(tīng)力補(bǔ)償能力。結(jié)果表明:相對(duì)于人工中耳電磁式振子，所設(shè)計(jì)的兩款壓電振子均能夠以較低的功耗量對(duì)聽(tīng)力損傷進(jìn)行補(bǔ)償;且這兩款壓電振子的高頻聽(tīng)力補(bǔ)償能力較強(qiáng)，特別適合感音神經(jīng)性聽(tīng)力損傷的補(bǔ)償。相比較而言，砧骨激勵(lì)式壓電振子的制造成本較低，因其對(duì)振子質(zhì)量限制較小。
　　5.設(shè)計(jì)并搭建了顳骨實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)砧骨激勵(lì)式壓電振子在聽(tīng)力損傷補(bǔ)償上的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和評(píng)價(jià)。搭建了自行設(shè)計(jì)的可用于人工中耳測(cè)試的顳骨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)所設(shè)計(jì)