含主动耳蜗的耳声传递有限元模型研究

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由于人耳外周听觉系统的复杂性—几何上不规则,材料特性有变化,存在着流固耦合,导致普通的数值模拟或解析与数值相结合的模拟方法很难准确地捕获中耳及耳蜗的动力学特性参数。本文建立了外耳、中耳和简化直腔耳蜗集成的有限元模型,考虑了中耳的各韧带及听骨链,耳蜗简化成两直腔,包含正交各向异性材料基底膜并考虑尺寸和材料性质沿长度的变化。用ANSYS谐响应分析外耳道声音刺激下耳蜗的响应特性,在模拟过程中获得了不同条件下镫骨底板的位移,基底膜的位移沿长度方向的分布,前庭阶的压力分布,还得到了基底膜的频率特性选择曲线,以上结果与实验结果有较好的一致性,说明了本模型的完整性,可以应用于模拟人耳传声的整个过程。主动耳蜗与被动耳蜗相比考虑了耳蜗内部柯蒂氏器对基底膜振动的放大作用,柯蒂氏器与听觉功能密切相关。本文的主动耳蜗是基于前馈反馈机制在有限元模型的基础上引入主动力,用主动放大增益系数来量化主动作用的强弱,分析了不同声音强度下主动耳蜗基底膜的响应特性,通过模拟得出了非线性压缩、频率选择等特性,并同被动耳蜗结果进行了对比。主动模拟结果表明低强度声音激励下主动放大作用小,高强度声音激励下主动放大作用大,并且基底膜共振点处放大作用最明显。主动耳蜗的成功模拟对听力诊断和耳声发射的研究都有重要的意义。
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