SVgydF4y2Ba 冲击和振动gydF4y2Ba 1875 - 9203gydF4y2Ba 1070 - 9622gydF4y2Ba HindawigydF4y2Ba 10.1155 / 2020/4962098gydF4y2Ba 4962098gydF4y2Ba 研究文章gydF4y2Ba 实验和数值研究振动模式和经颅衰减单边骨传导听觉的特征gydF4y2Ba 李gydF4y2Ba 贾gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 任gydF4y2Ba LiujiegydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 吴gydF4y2Ba TonggegydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 阴gydF4y2Ba 东明gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 戴gydF4y2Ba PeidonggydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 陈gydF4y2Ba LifengydF4y2Ba 1gydF4y2Ba https://orcid.org/0000 - 0001 - 5660 - 3474gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba 天宇gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba RafieegydF4y2Ba 默罕默德gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 航空航天部门gydF4y2Ba 复旦大学gydF4y2Ba 上海gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba fudan.edu.cngydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 部门的玻璃钢gydF4y2Ba 眼睛和复旦大学耳鼻喉医院gydF4y2Ba 上海gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba fudan.edu.cngydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ENT研究所gydF4y2Ba 眼睛和复旦大学耳鼻喉医院gydF4y2Ba 上海gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba fudan.edu.cngydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 2019年gydF4y2Ba 28gydF4y2Ba 04gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 版权©2020李贾et al。gydF4y2Ba 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。gydF4y2Ba

骨传导(BC)听力设备用于提高患者听力单边传导性听力损失;然而,改善临床结果的声音定位能力仍有争议。经颅公元前传播影响声音定位能力可能是一个重要因素。经颅或两耳衰减,来自公元前过程中能量衰减,是由多个通路的不同的转移函数和满头的影响振动模式。本研究的目的是分析的频率依赖BC振动模式的整个头部,中间的贡献和内耳通路公元前听证会,和经颅衰减结果之间的关系的动态测量和听觉阈值。振动实验研究模式和经颅衰减特征在BC执行使用扫描激光多普勒vibrometry (LDV)测量人类尸体头上。不同的振动模式之间的激励和侧方。此外,人类脑部多尺度有限元模型,包括头骨、骨外耳,小骨的连锁店,和内耳骨结构,提出了研究BC在人类听觉系统的机制。后验证有限元模型的合理性使用机械阻抗和频率响应数据,颞骨表面上的经颅衰减和中耳结构计算的有限元模型。此外,两国小骨的链的振动特性和耳蜗骨壁中观察到满头调频BC听觉模型来研究他们的贡献。 By analyzing the experimental and numerical results of the vibration modes and the frequency response of the whole head incorporating the ossicular chain and cochlear bony wall, the intrinsic relationship between the results of transcranial attenuation by 1D LDV, 3D LDV, and hearing threshold measurements is further investigated.

 中国国家自然科学基金gydF4y2Ba 81771014gydF4y2Ba 11932010gydF4y2Ba 1。介绍gydF4y2Ba

骨传导设备(bcd)可以将收到的声音转换成机械振动;随后,振动传递到内耳,从而刺激头发细胞和产生听觉信号(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba]。单方面的目的之一BCD单侧听力损失患者植入是形成空间配合健康的耳朵听力,从而提高声音的能力定位和语音识别系统在噪声gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba]。在过去的临床研究,然而,与声音定位能力的显著提升双边传导性听力损失患者利用双边bcd,临床疗效仍有争议的单边听力损失患者使用单边bcd [gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba]。听觉机制的研究表明,这些临床结果的内在机制之间的不同的传播特征与骨传导(BC)和空气传导(AC) [gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba]。公元前有多个传输路径,包括颅骨骨通路(gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba],中耳途径[gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba),和脑脊液(CSF)通路(gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba]。但是,与AC,公元前能源可以传输到侧耳朵小通过满头振动衰减,即公元前颅或两耳传播,导致干扰AC听证会。从理论上讲,声音定位能力的改善可以受益于更大的经颅或公元前两耳之间的小干扰衰减,因为听力和交流健康的耳朵听到。因此,经颅衰减的特点在公元前可能是重要的因素影响患者正常的声音定位能力AC - BC-aided听力,必须详细研究。gydF4y2Ba

公元前的经颅衰减的响度区别励磁耳朵和侧耳朵gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba]。它的名字来源于公元前振动传输过程中衰减的能量。bcd的激励状况通常是放置在头部的乳突,和经颅衰减之间的传递函数可以表示为不同的激发点和cochleae双方。临床上,因为经颅衰减要小得多(0-15 dB)与AC在测量BC在纯音测听听力阈值(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba),有必要运用听觉掩蔽nontest耳朵避免cross-hearing。罩高原方法,广泛应用于公元前听阈测试,是基于这种经颅衰减理论(gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

不同的转移函数的多个途径确定经颅衰减的频率依赖性特征。过去的临床与实验研究表明,听力测定结果的听力阈值测量和实验室结果的动态测量并不完全一致,和这些结果相互支持gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba]。更具体地说,在低频经颅衰减结果由一维激光多普勒测量vibrometry附近(LDV)与三维耳衰减结果一致,但他们都是不到5 dB听力阈值结果。中间频率、一维LDV的结果,三维LDV的结果,和听力阈值结果是不一致的。的高频率2000赫兹以上,他们都是一致和有相同的上升趋势。不一致的经颅衰减结果由不同的测量产生本质上的考虑有关满头在不同频率振动模式。gydF4y2Ba

BC耳蜗的过程包括各种生物组织,和头部的解剖结构的基础上,人们普遍认为,它的传播途径可以分解为骨通路传输大多数振动能量(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba],中耳通路的中耳结构共振负责突出峰在1.5 - 2千赫(gydF4y2Ba 19gydF4y2Ba),和脑脊液通路音频声音压力可以传达到耳蜗和刺激gydF4y2Ba 20.gydF4y2Ba]。公元前的结构动力学和流体力学,振动传递函数和经颅衰减是密切相关的头骨在不同频率的振动模式。之间的人类头骨由密集的皮质骨,这是一个充满液体鼻骨与皮肤和皮下组织一方面和流体(CSF)和大脑组织在另一边。此外,骨底部的头骨内耳所在地不同于头骨,厚,骨骼结构和密度。此外,头骨不是一个单一的骨骼结构,但几部分的融合和缝合。由于其复杂性,建模的研究到目前为止只提供了有限的理解BC声音传播的头骨。在过去的实验研究中,头骨的振动模式已经被测量和估计比较几个点的振幅和相位响应表面的头骨(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba]。结果表明,当BCD激励位置乳突,增加的频率范围从0.1到10 kHz,头骨展示不同的振动模式。在低频段,即。,below the resonant frequency of the mechanical point impedance of the skull (150–400 Hz), the skull vibrates as a whole, resembling a rigid body. Subsequently, at middle frequencies up to 1 kHz, it vibrates like a mass-spring system. At high frequencies, i.e., at the skull base, BC energy transmits by compression waveforms, but in the cranial vault, it transmits by wave-like movements. Bone conducted hearing caused by rigid body and compression modes is called inertia and compressed BC, respectively. The inertia BC is generally speculated to be caused by the lag effect of the lymph fluid relative to the cochlear bone structure and the ossicular chain relative to the middle ear cavity [ 19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 21gydF4y2Ba]。公元前压缩通常推测是由于耳蜗骨壁的相对运动,从而导致淋巴(压力梯度gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在这项研究中,我们调查的频率依赖BC振动模式,中间和内耳贡献BC听力,和经颅衰减测量结果之间的关系1 d和3 d LDV和听觉阈值。详细信息的头骨在不同频率的振动模式是首先获得使用扫描LDV。不同的振动模式之间的激励和对侧的边是观察,和经颅衰减计算颞骨的表面。此外,人类整体的有限元(FE)模型包括颅骨,中耳,外耳和大脑。后验证有限元模型的合理性使用机械阻抗和频率响应数据,颞骨的振动衰减模式和经颅面计算与实验结果的比较和他人的学习。此外,两国小骨的链的频率响应特性和耳蜗中观察到骨墙满头调频模式。通过分析实验和数值结果满头的振动模式,连同整个头部的频率响应将小骨的链和耳蜗骨墙,结果经颅衰减之间的内在关系由一维LDV三维LDV,听力阈值测量进一步调查。gydF4y2Ba

 2。材料和方法gydF4y2Ba 2.1。满头振动测量gydF4y2Ba 2.1.1。人类尸体头准备gydF4y2Ba

两个新鲜尸体完整的头(两个男性,55岁和60岁的一个初步实验标本)被用于测量。尸体全头标本经病理学系,复旦大学,后适当的指导方针和程序获取和使用人体组织。完整的尸体在尸检中完好无损。当天实验中,完整的尸体的头被允许在室温下解冻,随后沉浸在盐溶液(0.9%)开始实验之前大约3 h。实验在两个月内进行尸检。gydF4y2Ba

在实验之前,尸体头首先从冰箱中取出−18°C。随后,手术暴露的屋顶头骨,额头,颞骨。头骨的测量领域,额头,和屋顶表面大约2,1.5,3 dmgydF4y2Ba2gydF4y2Ba,分别。获得一个更好的激光反射效果,暴露表面满是反光的喷雾。gydF4y2Ba

正面是稳定放在柔软的地下室,以确保所有部件可以自由移动。因此,在实验中系统的共振频率是头本身的固有频率,而不是包含脖子的系统边界条件,和振动模式只有头部,如图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

公元前励磁和振动收购扫描LDV。(一)公元前B71振动器由两个钉子放在乳突固定。暴露在表面是由反射喷雾,测量网格显示为白色的点和灰色线。红点显示数据采集通过扫描LDV。(b)测量网格和收购的侧颞骨表面。gydF4y2Ba

 2.1.2。公元前激励方法gydF4y2Ba

公元前公元前B71电磁传感器或振动器(Radioear公司(美国)放置在乳突由两个4毫米固定装置两侧(图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)。夹具的稳定性验证了共振频率分析,如前所述[gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba];一个松散的植入物会导致阻抗显著下降。振动器是由一个内置的信号发生器的扫描LDV(埃因霍温- 500 Polytec GmbH,德国)。两种类型的信号提供:(1)扫描信号(电压加载在3、5、7 V)从0.1到10 kHz和(2)单频信号(电压加载在5 V)在250赫兹的频率,500 Hz, 1 kHz, 1.5 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 5 kHz, 6赫兹。镀B71振动器是先后的左和右颞骨;因此,两套为每个标本进行了测量。gydF4y2Ba

我们使用不同的电压加载在3、5、7 V振动器来获取合适的电压输入和良好的信噪比测量结果。此外,颅骨表面在不同电压下的速度响应表明,在这些电压激励范围,B71换能器激励下的响应曲线有很好的线性度。此外,在实验期间,振动器没有达到最大输出功率;否则,结果的稳定性会受到影响。gydF4y2Ba

 2.1.3。振动采集gydF4y2Ba

使用扫描LDV系统振动响应测量。四个领域的振动的测量,包括表面侧一边,侧一边,屋顶的头,额头。在开始测量之前,测量领域,数据采集表面点选择根据形状和大小;因此,一系列的测量网格形成(图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)。随后,测量系统进行了验证,确保每个测点的速度数据可以准确测量。这验证了因为颅骨表面的形状是不规则的,和一些测量的点反射强度很低。gydF4y2Ba

传递函数之间的平均速度四个方面计算颅衰减估计。随后,测量位移和阶段的区域映射到整个三维头颅模型,和头骨在不同频率的振动模式进行了讨论。实验的持续时间平均为60分钟,不超过人均80分钟。gydF4y2Ba

 2.1.4。振动模式的可视化gydF4y2Ba

的振动信息四个测量表面和振动器的电压信息被用来形成整个头的振动模式。首先,每个表面的运动数据的同步电压信号。随后,位移信息被映射到一个虚拟的头模型,在这四个领域的测量数据是根据测量的方向几何投影。因此,运动信息的位移信息转换成满头点的映射模型。gydF4y2Ba

 2.2。有限元模型分析gydF4y2Ba 2.2.1。人类整体的几何模型和网格gydF4y2Ba

整个头部有限元模型,建立了CT图像的重建人类的头(男,35岁,没有耳朵的疾病)。首先,灰色信息的获得的CT图像扫描层厚度为0.5毫米。然后,CT图像进行阈值操作时,边缘提取和表面重建模仿(模仿ver12.3,实现NV)。头骨的几何轮廓和内容因此获得和输出点云的形式。之后,点云数据导入Geomagic工作室(Geomagic工作室ver2012 Geomagic Inc .)和重建人类头骨表面平滑,清理工件几何模型。gydF4y2Ba

在啮合过程中,网格质量和计算资源之间建立一种平衡,人类的头骨模型基于解剖部分手动分区,如图gydF4y2Ba 2(一个)gydF4y2Ba。利用解剖分区,额骨、顶骨骨头,和枕骨可能相对较大的元素大小以适应有限的计算资源。然而,蝶骨,面部骨骼(13骨头不包括下颌骨),和筛骨媒介元素大小来表示复杂的几何特性。最后但并非最不重要,颞骨将分配最小的元素大小生成合理的网格过渡到中耳和内耳骨结构。结束时的啮合过程,三维网状的人类头骨模型与四面体元素,如图gydF4y2Ba 2 (b)gydF4y2Ba,其大小从0.5毫米(在耳骨附近的颞骨)到6毫米(在额骨上的平坦地区)。gydF4y2Ba

几何模型和网格。(a)的几何模型基于解剖部分头骨手动分区。额骨、顶骨的骨头,枕骨(红色、蓝色和灰色地带)离散相比更重要的元素大小颞骨(绿色区域)。(b)体积网格的人类头骨显示过渡元素的大小在不同地区的人类头骨和密集的网格颞骨适应中耳和内耳骨结构。灰色三角形边缘的孔枕万能表明固定边界条件。(c)体积网格颅软组织的齐次模型。颅软组织表面与内部共享节点表面的皮质骨的人类头骨。灰色三角形边缘的孔枕大酒瓶代表固定边界条件。gydF4y2Ba

颅软组织几何模型的构建是基于内部表面的皮质骨的人类头骨。头骨提取和修补的内部表面封装连接卷,代表一个齐次颅软组织模型。这个颅软组织卷被四面体元素然后离散与内表面节点共享所有表面节点的头骨,如图gydF4y2Ba 2 (c)gydF4y2Ba。建立有限元模型的整个头没有头的表层。gydF4y2Ba

整个头部的CT分辨率不够高,重建中耳部分,包括鼓膜、中耳结构的几何模型内耳听觉鼓膜,骨结构建立了利用连续组织切片的方法更高分辨率的0.05毫米的厚度。gydF4y2Ba

耳道的位置,中耳腔,和内耳骨迷路了从CT图像数据,构成颞骨的内表面。一起头骨的外表面,形成封闭的曲面。在有限元建模过程中,首先这个封闭曲面离散成表面网格,然后生成固体元素。中耳腔的内表面是手动开发(Geomagic ver2012)和网状(HyperMesh ver12.0)。中耳腔表面网格颞骨内连接骨性外耳道和骨性内耳结构。之间的连接区域骨性外耳道和中耳腔,在鼓膜表面元素(TM)位置被移除,和连接节点之间共享所有自由度耳道,TM,中耳腔,如图gydF4y2Ba 3(一个)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 3 (c)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

几何模型和网格的耳道,中耳、内耳,最后耦合模型。(一)骨性外耳道的空间连接(绿色),中耳腔(蓝色)和骨内部结构(红色)。网格数量的人类头骨隐藏显示这个组织。(b)的空间连接骨性外耳道(绿色),中耳结构(多种颜色)和骨内耳结构(红色)。中耳腔被隐藏,而一些韧带有一端连接到中耳腔的表面。(c)的空间连接骨性外耳道(蓝色),中耳腔(蓝色),中耳结构(多种颜色)和骨内部结构(蓝色)。人类头骨的体积网格(蓝色)是由透明显示这个组织。(d)的最后耦合模型。gydF4y2Ba

内耳骨结构离散成表面网格,然后放置在颞骨内部,并创建了蛀牙模拟解剖耳蜗、前庭、半规管。然而,在椭圆窗口和圆形窗口表面元素被移除在中耳腔之间的连接区域和内耳骨结构,如图gydF4y2Ba 3(一个)gydF4y2Ba。镫骨踏板,中耳腔是由节点共享加上骨头迷宫中耳腔之间的所有自由度,镫骨踏板,椭圆形窗口。gydF4y2Ba

中耳腔内,TM由pars tensa和pars flaccida凹形状和使用shell离散元素,周边节点的共享与外耳道的结束。TM,三个鼓膜处,两个关节,六个韧带,两肌腱的几何模型(表gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)被四面体元素,网状定位基于解剖数据。此外,除了TM之间的耦合和耳道和镫骨踏板之间的耦合和内耳,鼓膜处加上了中耳腔的两块肌肉(张量定音鼓肌肉和stapedius)和六个韧带确保合理性,如图gydF4y2Ba 3 (b)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 3 (d)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

中耳结构组件的材料特性。gydF4y2Ba

组件gydF4y2Ba 杨氏模量(gydF4y2Ba MPagydF4y2Ba )gydF4y2Ba 密度(gydF4y2Ba 公斤gydF4y2Ba /gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba )gydF4y2Ba
TM pars tensagydF4y2Ba 3所示。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 1。2gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
TM pars flaccidagydF4y2Ba 1。0 ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 1。2gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
锤骨头gydF4y2Ba 1.41gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 2.55gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
锤骨的脖子gydF4y2Ba 1.41gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 4.35gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
锤骨柄gydF4y2Ba 1.41gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 3所示。7gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
砧骨体gydF4y2Ba 1.41gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 2.36gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
砧骨短流程gydF4y2Ba 1.41gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 2.26gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
砧骨漫长的过程gydF4y2Ba 1.41gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 5.08gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
镫骨gydF4y2Ba 1.41gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 2。2gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
Incudomalleolar联合gydF4y2Ba 1.41gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 3所示。2gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
Incudostapedial联合gydF4y2Ba 6.0gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 1。2gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
柄gydF4y2Ba 4.7gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 1。0 ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
上级mallear韧带gydF4y2Ba 4.9gydF4y2Ba 2。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
横向mallear韧带gydF4y2Ba 1。0 2。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
前mallear韧带gydF4y2Ba 2。1gydF4y2Ba 2。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
上级incudal韧带gydF4y2Ba 4.9gydF4y2Ba 2。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
后incudal韧带gydF4y2Ba 6.5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
镫骨的环状韧带gydF4y2Ba 1。0 ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
张量定音鼓肌腱gydF4y2Ba 2。6gydF4y2Ba 2。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
镫骨的肌肉肌腱gydF4y2Ba 5。2gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2。5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
2.2.2。有限元模型的材料参数gydF4y2Ba

人类头骨由皮质和小梁骨。然而,它被认为是一个各向同性的齐次线性弹性材料模量时由数值实验。四个不同的模被分配(gydF4y2Ba 7300年gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 9000年gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 10000年gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 15000年gydF4y2Ba MPagydF4y2Ba ),前三个人类头骨的固有频率列表进行比较。杨氏模量的增加,前三个模式改善,这是符合头骨动力学的基本特征。的协助下实验固有频率,头骨被校准的杨氏模量gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 000年gydF4y2Ba MPagydF4y2Ba (表gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba)。此外,颅软组织被认为是一个各向同性均匀线性弹性材料,其杨氏模量gydF4y2Ba 0.003gydF4y2Ba MPagydF4y2Ba (gydF4y2Ba 23gydF4y2Ba]。人类头骨的密度使用类似收购校准技术作为人类头骨的杨氏模量。三个密度值被认为(gydF4y2Ba 0.8gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 1。2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 1。6gydF4y2Ba ggydF4y2Ba /gydF4y2Ba 厘米gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba )和经颅颞骨计算的衰减。基于实验的第一谷经颅的频率衰减,人类头骨的密度线性插值是近了gydF4y2Ba 1。0 ggydF4y2Ba /gydF4y2Ba 厘米gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ,而颅软组织的密度gydF4y2Ba 1.0412gydF4y2Ba ggydF4y2Ba /gydF4y2Ba 厘米gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 据报道价值(gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba]。此外,泊松比人类的头骨和颅软组织0.3 [gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba)和0.33 (gydF4y2Ba 26gydF4y2Ba),分别。gydF4y2Ba

杨氏模量之间的关系的骨组织和模态频率。gydF4y2Ba

年轻'smodulusgydF4y2Ba 1 st-ordermodalgydF4y2Ba 二阶模态gydF4y2Ba 3 rd-order模态gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 300年gydF4y2Ba MpagydF4y2Ba 213.47gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 218.66gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 471.39gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba
9000年gydF4y2Ba MpagydF4y2Ba 237.02gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 242.79gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 523.41gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 000年gydF4y2Ba MpagydF4y2Ba 249.84gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 255.92gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 551.72gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba
15gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 000年gydF4y2Ba MpagydF4y2Ba 306.00gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 313.44gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 675.72gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba

人类脑部结构的阻尼比校准基于第一个实验经颅谷的振幅衰减。线性外推法进行数值实验值:2%,3.5%,5%),随着阻尼系数的增加,经颅衰减曲线趋于上升。使用阻尼系数随着全球8%阻尼模型。gydF4y2Ba

材料性能(弹性模量和密度)的中耳结构采用从先前Gan et al。(表结果gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba 27gydF4y2Ba]。所有组件泊松比为0.3。gydF4y2Ba

 2.2.3。边界条件gydF4y2Ba

在这项研究中,不包括内耳淋巴。因此,模拟影响小骨的链,内耳淋巴液的效果相当于弹簧和阻尼系统作用于镫骨踏板,由我们的先前的研究gydF4y2Ba 28gydF4y2Ba]。spring-mass-damping系统由137个链接的元素接触表面的镫骨和内耳淋巴液。每个,横截面积gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 的长度是gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba ,质量是gydF4y2Ba 1.86gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba 公斤gydF4y2Ba ,阻尼比gydF4y2Ba 1。1gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba NsgydF4y2Ba /gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba 。link元素的一端固定,另一端与镫骨踏板(图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

镫骨踏板和等效spring-mass-damping系统有限元模型。蓝色显示镫骨四面体元素,而黄色的显示镫骨的环状韧带。浅蓝色链接元素,和深蓝色三角形代表spring-mass-damping系统和相应的固定端,分别。gydF4y2Ba

位移的狄利克雷边界条件为人类满头模型应用于边缘的孔枕大酒瓶,如图gydF4y2Ba 2 (b)gydF4y2Ba的周边节点固定所有自由度。力(纽曼)边界条件对骨传导刺激应用在左侧颞骨乳突,谐波压力加载gydF4y2Ba 228.66gydF4y2Ba 巴勒斯坦权力机构gydF4y2Ba 在gydF4y2Ba 43.73gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 表面的人类头骨,符合B71换能器的激励方法的实验研究。激振力幅值是10 mN总共和包含在输出范围在过去BC实验研究使用B71传感器(gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba]。然而,谐波压力加载来模拟交流是放置在TM壳元素级的gydF4y2Ba 0.632gydF4y2Ba 巴勒斯坦权力机构gydF4y2Ba (等价的gydF4y2Ba 90年gydF4y2Ba dBgydF4y2Ba 声级)。gydF4y2Ba

 2.2.4。验证有限元模型的整个头部gydF4y2Ba

人类整体的有限元模型与中耳结构包含718525个元素和152663个节点。每个解决过程消耗24 h (CPU配备8 GB共享内存使用)。BC和AC的刺激下的动态响应进行了分析分别由谐波分析模块(ANSYS ver16.2)。在解决过程中,公元前的频率范围和交流谐波压力加载gydF4y2Ba 200年gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 8000年gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 和除以79步骤。gydF4y2Ba

来验证我们的人类脑部多尺度有限元模型,机械阻抗的人类头骨评估仿真节点和表现出足够的相似性与以前的实验结果(gydF4y2Ba 31日gydF4y2Ba)(图gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba)。低收入和中高频范围,FE模型和实验结果之间的最大差异大约是5分贝。在中频范围,FM模型和实验数据几乎是相同的。因为实验结果测量后尾颞骨的一部分,这是接近BC刺激节点,我们得出结论,我们的有限元模型可以定量地模拟人体头部公元前的干燥过程令人满意的精度。gydF4y2Ba

级机械阻抗的刺激点的有限元模型和实验结果(gydF4y2Ba 31日gydF4y2Ba]。机械阻抗进行了总外力比同一节点的平均速度;随后,大小。gydF4y2Ba

另外,频率响应之间的力量应用于乳突和耳蜗海角的加速度响应曲线计算的有限元模型,与先前的研究相比gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba]。激励点的位置高于外部耳道,约2厘米的距离,激发方向是沿着从左到右的方向。频率响应是沿着三个垂直方向的提取gydF4y2Ba XgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2Ba YgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba的方向。同侧和对侧的测量方向cochleae如下:gydF4y2Ba XgydF4y2Ba方向的中间,Y方向头顶,gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba方向的前面。如图gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba的加速度响应gydF4y2Ba XgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2Ba YgydF4y2Ba- - - - - -,gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba方向拒绝在1000赫兹,随后表现出相同的上升趋势在1000赫兹。与实验结果相比表现出一致性研究,表明模型的可靠性。gydF4y2Ba

频率响应的耳蜗海角有限元模型和实验研究(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

验证人类满头FE模型,多尺度TM交流刺激下的位移是评估并与以前的计算结果(gydF4y2Ba 27gydF4y2Ba)(图gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba)。前两个计算结果展示了一个典型的高原1 kHz和减少以同样的方式增加频率后1 kHz。此外,两种有限元模型表现出差异相对较小的高原地区,这可能发生由于新人类头骨和颅软组织满头有限元模型。与阻尼比为8%、头骨和颅软组织会消散刺激能量的一部分,主要在低频范围内。gydF4y2Ba

级凹中心位移的TM交流刺激下从我们人类脑部多尺度有限元模型(虚线)和中耳FE模型由Gan et al。gydF4y2Ba 27gydF4y2Ba(实线)。gydF4y2Ba

此外,开发了有限元模型验证通过比较的频率响应TM和镫骨踏板在公元前与发表的实验数据gydF4y2Ba 32gydF4y2Ba]。TM和镫骨踏板的速度相对于骨的速度接近TM和海角的耳蜗颞骨和测量方向相同TM和镫骨踏板运动。相对速度gydF4y2Ba VgydF4y2BarelgydF4y2BaTM和镫骨踏板,分别计算gydF4y2Ba VgydF4y2BaTMgydF4y2Ba除以gydF4y2Ba VgydF4y2Ba骨gydF4y2Ba和gydF4y2Ba VgydF4y2Ba圣gydF4y2Ba除以gydF4y2Ba VgydF4y2Ba海角gydF4y2Ba。如图gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba公元前,TM和镫骨踏板运动刺激接近0分贝在600赫兹。大约在800赫兹,满头FE模型结果显示一定差距的平均结果的实验结果。后检查个人的结果在这个频率的实验数据,有些人具有相同程度的峰值被发现。随后,TM的速度和镫骨踏板1000 Hz后表现出相同的上升趋势。在达到峰值约为1500 Hz,他们都表现出下降的趋势。与实验结果相比表现出一致性研究,表明模型的可靠性。总之,公元前或交流谐波压力刺激,我们人类脑部多尺度有限元模型验证和证明良好的协议与现有的实验和计算结果在一个广泛的频率。gydF4y2Ba

公元前比较TM和镫骨踏板运动刺激从我们人类脑部多尺度有限元模型(实线和虚线)和实验数据Stenfelt et al。(虚线和dash-dot线)gydF4y2Ba 32gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

 3所示。结果gydF4y2Ba 3.1。整个头部的振动模式使用扫描LDV测量gydF4y2Ba

四个不同区域的振动信息(励磁侧、侧、颅顶,额头上表面)的头骨在相同的激发条件下获得了使用扫描LDV(数字gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba)。此外,通过后处理这些实验结果,我们得到不同的振动模式下颅骨表面的整体振动形态(图gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

励磁侧表面的振动模式的频率250赫兹(a)、(b) 500 Hz, (c) 1000 Hz, 1500 Hz (d), (e) 2000 Hz, 3000 Hz (f), (g) 4000 Hz, 5000 Hz (h),(我)6000 Hz。gydF4y2Ba

侧表面的振动模式的频率250赫兹(a), (b) 500 Hz, (c) 1000 Hz, 1500 Hz (d), (e) 2000 Hz, 3000 Hz (f), (g) 4000 Hz, 5000 Hz (h),(我)6000 Hz。gydF4y2Ba

颅顶表面的振动模式的频率250赫兹(a), (b) 500 Hz, (c) 1000 Hz, 1500 Hz (d), (e) 2000 Hz, 3000 Hz (f), (g) 4000 Hz, 5000 Hz (h),(我)6000 Hz。gydF4y2Ba

额头上表面的振动模式的频率在250赫兹(a), (b) 500 Hz, (c) 1000 Hz, 1500 Hz (d), (e) 2000 Hz, 3000 Hz (f), (g) 4000 Hz, 5000 Hz (h),(我)6000 Hz。gydF4y2Ba

实验使用骨传导刺激换能器(B71网站)和结果由LDV测量。黑色箭头表示位移方向。彩色的传说代表位移大小,红色的最大值最小值和蓝色。每个subfigure显示了(一个)低的频率gydF4y2Ba 250年gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba ,(b)中频gydF4y2Ba 1500年gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba ,(c)高的频率gydF4y2Ba 5000年gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba显示颞骨振动响应的激励和侧表面在不同的频率,分别。如图gydF4y2Ba 9(一个)gydF4y2Ba在250赫兹,响应提供了一个整体的运动刺激的方向,和振幅不同位置几乎是相同的。图gydF4y2Ba 10 ()gydF4y2Ba显示颞骨表面侧的一面展示相同的属性。测量颅屋顶和额头上表面在垂直方向。他们搬到一个平面形式,符合整个头部的像运动模式,如图gydF4y2Ba (11日)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 12(一个)gydF4y2Ba。这些证明,整个头表现出一个刚体运动(图gydF4y2Ba (13日)gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在500赫兹到1500赫兹的频率范围,公元前励磁的传感器不再移动在同一阶段,如图gydF4y2Ba 9 (b)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 9 (d)gydF4y2Ba;不过,相位差不足够重要到波长距离测量区域。侧颞骨表面仍主要以平面的形式展开,如图gydF4y2Ba 10 (b)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 10 (d)gydF4y2Ba。随着频率增加,地区阶段双边颞骨差异逐渐增加,表明波浪式的运动是增加(图gydF4y2Ba 13 (b)gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在频率2000赫兹以上,双边颞骨表面显示更多的地方运动,和波浪运动(见图更有意义gydF4y2Ba 9 (f)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 9(我)gydF4y2Ba和数字gydF4y2Ba 10 (f)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 10(我)gydF4y2Ba),这表明耳蜗体积和相对运动的内壁都大。此外,当地的颅顶和前额表面由于薄结构,与两国颞骨表面相比,更强烈的(参见图gydF4y2Ba 11 (f)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 11(我)gydF4y2Ba,数据gydF4y2Ba 12 (f)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 12(我)gydF4y2Ba,图gydF4y2Ba 13 (c)gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

 3.2。整个头部的振动模式使用有限元模型分析gydF4y2Ba

人类头骨表面节点的位移在公元前刺激评估和使用调频可视化模型。如数据所示gydF4y2Ba (14日)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 14 (b)gydF4y2Ba在250赫兹,同侧和对侧的表面的颞骨和附近骨组织,位移的大小与固定节点的距离增加。之间的线性关系固定节点位移大小和距离显示刚体振动在人类头骨的双方在低频率。因此,在低频率,整个人类的头是由一个刚体振动模式在有限元模型中,与前面的实验结果(图一致gydF4y2Ba (13日)gydF4y2Ba)。值得注意的是发生在双方没有波动。gydF4y2Ba

位移的大小同侧和对侧的上表面节点的头骨。彩色的传说代表位移的大小(单位:gydF4y2Ba 毫米gydF4y2Ba )gydF4y2Ba XgydF4y2Ba方向,gydF4y2Ba XgydF4y2Ba方向被定义为ipsilateral-to-contralateral方向也是BC刺激的方向。每个subfigure表示(一)身体的同侧的头骨在250赫兹,(b)侧颅骨在250赫兹,(c)同侧的头骨在1500赫兹,(d)侧颅骨在1500赫兹,在5000赫兹(e)同侧的头骨,头骨(f)侧在5000赫兹。gydF4y2Ba

在gydF4y2Ba 1500年gydF4y2Ba 赫兹gydF4y2Ba 侧顶骨,位移大小与固定节点的距离增加。然而,同侧颞骨,位移大小随距离增加而降低刺激网站,这表明在公元前加载波运动位置(图gydF4y2Ba 14 (c)gydF4y2Ba)。这表明发生了波动运动模式在激发激发区域的头骨表面。侧颞骨和附近的骨头组织表现出刚体振动,类似于低频情况下(图gydF4y2Ba 14 (d)gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

大约在5000赫兹,激发地区附近的位移大小随距离增加而降低刺激网站,表明波运动身体的同侧的头骨(图gydF4y2Ba 14 (e)gydF4y2Ba)。侧一侧的头骨,位移大小隐含多个波的叠加运动与当地不同的中心(图gydF4y2Ba 14 (f)gydF4y2Ba)。这表明,头骨的刚体模态振动表面取代在高频情况下多个模式的叠加。gydF4y2Ba

 3.3。经颅衰减的颞骨扫描LDV和有限元模型gydF4y2Ba

经颅衰减结果颞骨的有限元模型分析和实验如图gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba。与经颅刺激乳突,衰减在低频率大约是0分贝,3到5 dB频率0.5 kHz, 0.5和1.8 kHz之间,大约0分贝。在更高的频率衰减增加;大约10 dB在3到5 kHz,成为最高频率略低于测量(4 dB 8 kHz)。如图gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba频率低于1 kHz,三条曲线的趋势是相同的,和第一槽形成于大约600赫兹。1到3 kHz间隔,两条曲线差异很大,这可能是由于以下原因:用海绵在实验中支持颅骨标本,FE模型有一个固定边界条件的支持,和先前指定的头骨没有固定模式。两条曲线变化在更大的范围内,但基本趋势拟合。在高频段,FE模型和LDV测量数据波动,有三个高峰出现在同一频率值(gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 5。5gydF4y2Ba 千赫gydF4y2Ba )。gydF4y2Ba

经颅衰减公元前颞骨的刺激从我们的实验结果和有限元模型。定义为经颅衰减gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 日志gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 用户体验gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba /gydF4y2Ba 用户体验gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,在那里gydF4y2Ba 用户体验gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 用户体验gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 代表的大小gydF4y2Ba XgydF4y2Ba同侧和对侧的方向位移在颞骨组织附近的刺激部位,分别。虚线代表我们的多尺度整个人类头部有限元模型,和实线代表LDV测量。gydF4y2Ba

 3.4。经颅衰减的中耳结构有限元模型gydF4y2Ba

经颅衰减的中耳结构不同于颞骨的BC(图gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba)。在低频域(低于300赫兹),经颅衰减是在同一水平上颞骨,海角,和镫骨踏板,这表明人类头骨的刚体运动主导整个结构的振动。然而,在中高频域(0.7 - 4 kHz)、经颅衰减的海角和镫骨踏板5 - 7 dB低于颞骨。经颅衰减较低暗示侧振动信号会衰减的侧颞骨的价格相比侧中耳结构;因此,颞骨的测量也不足以研究公元前通路的中耳结构机制。此外,海角的经颅衰减和镫骨踏板显示不同的反共振,共振频率,表明中耳结构可能导致公元前机制。gydF4y2Ba

经颅颞骨的衰减,海角,镫骨踏板在公元前。定义为经颅衰减gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 日志gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 用户体验gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba /gydF4y2Ba 用户体验gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,在那里gydF4y2Ba 用户体验gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 用户体验gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 代表的大小gydF4y2Ba XgydF4y2Ba同侧和对侧的方向位移的网站,分别。附近的位移在颞骨组织评估BC刺激网站(虚线),中心的镫骨踏板(实线)和中心的海角(虚线)。gydF4y2Ba

 3.5。中耳途径的相对重要性在公元前gydF4y2Ba

研究小骨的链的作用在公元前的平均值的相对运动的外耳道和鼓膜振幅相对运动的镫骨踏板振幅邻骨了。如图gydF4y2Ba 17gydF4y2Ba公元前的刺激下,随着频率的增加从200到700赫兹,鼓膜和镫骨的相对运动曲线单调减少。在700 - 2000赫兹,鼓膜曲线表现出峰值,而镫骨踏板没有;缓慢下降后被观察到一个平台期。gydF4y2Ba

相对位移的TM和镫骨踏板在公元前。TM(实线)的相对位移被减去评估位移大小(3 d级位移)附近的位移大小的耳骨外TM的中心。相对位移的镫骨踏板(虚线)被减去评估中心的位移大小的海角镫骨踏板的中心。gydF4y2Ba

相对位移的趋势的TM和镫骨踏板显示中耳结构的惯性力促成了公元前在低收入和中频范围。TM的相对位移显示更多的反共振,共振频率与相对位移的镫骨踏板,因为流体危急边界条件会限制镫骨踏板的振动,而TM可能由于振动惯性力的中耳结构。频率在2000赫兹以上,两条曲线是温和的和几个高峰和低谷出现。共振位于1600 Hz显示两者最明显的区别相对位移,暗示中耳结构的共振频率在公元前的刺激。小骨的链的惯量是公元前的方法之一,特别是在低收入和中频范围。gydF4y2Ba

 3.6。内耳途径的相对重要性在公元前gydF4y2Ba

内部结构的相对位移BC刺激下表现出类似的趋势(图gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba)。第一和第二变的相对位移的耳蜗和前庭的半规管低于0.5在低频域(200 - 500赫兹)和显示运动的内部结构是由翻译而不是体积交替。在中频域(1 - 4 kHz),第一次和第二次的相对位移耳蜗增加到大约一转,而半规管的增加到大约1.5。三个组件的相对位移的增加表明,内耳结构的膨胀和压缩运动可能导致公元前的中频范围。在高频范围内,多个共振和反共振频率出现在所有组件,使它很难获得任何深刻的结论。gydF4y2Ba

相对位移(前庭)的第一把耳蜗(实线),第二把耳蜗(虚线)和半规管公元前(虚线)。相对位移(前庭)被评估为不同位移的比值大小(3 d级位移)的组件和前庭,前庭的位移大小。gydF4y2Ba

 4所示。讨论gydF4y2Ba 4.1。进一步调查的内耳的贡献和满头有限元模型gydF4y2Ba

提出了一种新的人类脑部多尺度有限元模型,包括骨外耳,小骨的连锁店,公元前和内耳骨结构,研究人类听觉系统的机制。有限元模型之间的比较分析和实验研究,外皮不是包括公元前能吸收能量,从而减少振动响应振幅的头骨。人类满头铁使用多尺度模型,我们说明中间的频率范围和内耳结构有助于BC, TM的频率响应和镫骨踏板。gydF4y2Ba

经颅衰减的头骨,海角,镫骨踏板暗示颅传输效率是不同的头骨和中耳结构。因此,测量(实验)或计算(FE模型)经颅衰减表面的头骨将不足研究的贡献公元前中耳结构机制。人类脑部多尺度有限元模型,与之前相比FE模型集中在人类头骨和周围的软组织(gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 26gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 33gydF4y2Ba),与微型嵌入式中耳和内耳结构。因此,新的有限元模型可以提供更多的直接测量同侧和对侧的频率响应的TM或镫骨踏板,这是与BC声音的感知密切相关。gydF4y2Ba

人类脑部多尺度有限元模型表明,中耳结构的惯性力导致公元前在中低频率(小于1 kHz)。它还表明,内耳结构的翻译运动导致公元前在低频率(200 - 500赫兹),而内耳容积的交替导致公元前在高频率(1 - 4 kHz)。各种途径在公元前的贡献主要是符合报告值,惯性力的鼓膜处被视为重要的频率2 kHz和下面,和耳蜗的交替空间被认为是有效的在大约4千赫(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba]。一致性暗示人类满头铁多尺度模型演示其他途径在公元前的相对重要性,这可能难以或者不可能测量由于道德原因或实验的复杂性。gydF4y2Ba

本研究的多尺度人工满头FE模型仍有一些局限性。因为不包括内耳淋巴,鼓膜处的流体的影响相当于spring-mass-damping系统作用于镫骨踏板。添加所需的内耳淋巴液淋巴流体之间的固耦合和骨迷路,镫骨踏板,和基底膜,这是需要进一步研究反应的淋巴流体和基底膜在公元前。gydF4y2Ba

 4.2。振动模式和经颅衰减特征之间的关系人类的整个头部gydF4y2Ba

在以前的实验室研究,经颅衰减测量使用两种方法:1 d表面测量(gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 34gydF4y2Ba)和三维表面测量(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba]。1 d测量产生运动信息沿着选定的方向;然而,通过3 d测量,所有空间方向在空间的运动信息。从理论上讲,当物体运动作为整个身体,沿运动方向1 d测量结果类似于3 d效果。然而,当波浪运动发生时,结果将会截然不同。此外,在诊所,公元前公元前经颅衰减通常是通过阈值测量在纯音测听gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 17gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

如图gydF4y2Ba 19gydF4y2Ba在400赫兹的低频范围,1 d颅衰减与3 d,结果是一致的,他们都是大约0分贝。这是因为头骨的刚体运动的激励方向,数字显示gydF4y2Ba (13日)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba (14日)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 14 (b)gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

经颅衰减测量结果(1)本研究扫描LDV(黑线),(2)本研究的有限元模型(绿线),(3)一维LDV测量研究Eeg-Olofsson et al。gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba)(粉色线),(4)三维LDV测量研究Stenfelt和古德(gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba三角形(蓝色线),(5)听力阈值的研究Stenfelt [gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba三角形(红色线)。gydF4y2Ba

在low-middle频率范围(400 - 900赫兹),1 d经颅衰减结果阴性;换句话说,运动幅度的侧表面比在励磁端更重要。第一次下降到大约价值−5 dB,随后增加到大约0分贝。如图所示的实验和有限元模型分析如图gydF4y2Ba 13 (b)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 14 (c)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 14 (d)gydF4y2Ba头部的,在激励方面,颞骨的振动模式逐渐从一个刚体变成一个波形式,而侧侧仍表示刚体运动。因此,当测量运动由一维LDV振幅,振幅的励磁侧被低估了。因此,经颅衰减是负面的。三维经颅衰减分贝大约是0。三个定向组件的总和计算;然而,相比之下,听觉结果(大约2 - 5 dB),总能量衰减,最终产生听觉感知并不反映,因为中间和内耳公元前贡献并不包括(gydF4y2Ba 19gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在中高档频率范围,在侧端刚体运动减少,和波浪运动开始出现并逐渐推广。1 d和3 d颅衰减结果正逐渐增加。听力测定经颅衰减结果第一次下降到大约2 dB,略低于动态结果。随后,三个结果是一致的,随着频率的增加,他们表现出同样的上升趋势。gydF4y2Ba

 5。结论gydF4y2Ba

在这项研究中,实验和数值研究满头振动模式和经颅公元前衰减特征进行。通过扫描LDV测量人类尸体头部和有限元分析的多尺度人工满头模型包括头骨、骨外耳,小骨的连锁店,和内耳骨结构,本研究揭示了BC振动频率的依赖关系模式的整个头部,中间的贡献和内耳通路公元前听证会,和经颅衰减结果之间的关系的动态测量和听觉阈值。基于实验研究和数值模拟的结果,可以得出相应的结论如下:gydF4y2Ba

随着频率的增加,满头振动模式改变了从简单的刚性运动到复杂的局部压缩。此外,波动出现在激励方面比侧一侧。gydF4y2Ba

有限元分析结果表明,小骨的链的惯性力是至关重要的在公元前low-middle频率。此外,镫骨的频率响应和TM是小骨的链的动态特性的影响,其共振出现在大约1600赫兹的频率。gydF4y2Ba

经颅颞骨的衰减结果显示整体上升趋势除了在中间频率(约700赫兹)。这是因为激励位置和邻近地区表现出反相动作,而侧端表现出相同的阶段,从而导致负面的价值。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。gydF4y2Ba

 的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

 确认gydF4y2Ba

这项研究受到了中国国家自然科学基金(批准号81771014)和中国国家自然科学基金重点项目(批准号11932010)。非常感谢您的支持。gydF4y2Ba

 道gydF4y2Ba R。gydF4y2Ba 骨传导:解释了这一现象组成复杂的机制gydF4y2Ba 欧洲《耳鼻喉科学,头部和颈部疾病gydF4y2Ba 2013年gydF4y2Ba 130年gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 209年gydF4y2Ba 213年gydF4y2Ba 10.1016 / j.anorl.2012.11.002gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84884903980gydF4y2Ba PuriagydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba RosowskigydF4y2Ba J·J。gydF4y2Ba 贝克赛的贡献我们目前所了解的声音传导到内耳gydF4y2Ba 听力的研究gydF4y2Ba 2012年gydF4y2Ba 293年gydF4y2Ba 1 - 2gydF4y2Ba 21gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba 10.1016 / j.heares.2012.05.004gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84867102105gydF4y2Ba 自动倾卸车gydF4y2Ba J。gydF4y2Ba HodgettsgydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba R。gydF4y2Ba BrandnergydF4y2Ba N。gydF4y2Ba 骨固定助听器的迹象:功能结果的研究gydF4y2Ba 耳鼻喉科学杂志颈部手术gydF4y2Ba 2009年gydF4y2Ba 38gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 96年gydF4y2Ba 里奇gydF4y2Ba G。gydF4y2Ba VolpegydF4y2Ba 答:D。gydF4y2Ba FaralligydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 骨固定助听器(巴哈)在先天性耳闭锁:个人经验gydF4y2Ba 国际小儿耳鼻喉科学杂志》上gydF4y2Ba 2010年gydF4y2Ba 75年gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 342年gydF4y2Ba 346年gydF4y2Ba WazengydF4y2Ba J·J。gydF4y2Ba 斯皮策gydF4y2Ba J。gydF4y2Ba GhossainigydF4y2Ba s . N。gydF4y2Ba KackergydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba ZschommlergydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba 结果骨固定助听器的单方面的听力损失gydF4y2Ba 的喉镜gydF4y2Ba 2001年gydF4y2Ba 111年gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 955年gydF4y2Ba 958年gydF4y2Ba 10.1097 / 00005537-200106000-00005gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0035013746gydF4y2Ba DanhauergydF4y2Ba j·L。gydF4y2Ba 约翰逊gydF4y2Ba c, E。gydF4y2Ba 将gydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 证据支持使用巴哈植入系统(巴哈)在先天性单侧患者听觉闭锁?gydF4y2Ba 美国听力学学会杂志》上gydF4y2Ba 2010年gydF4y2Ba 21gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 274年gydF4y2Ba 286年gydF4y2Ba 10.3766 / jaaa.21.4.6gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 77950824543gydF4y2Ba 麦克劳德gydF4y2Ba r·w·J。gydF4y2Ba 扑杀gydF4y2Ba j·F。gydF4y2Ba 江gydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 骨传导听觉植入领域的进步gydF4y2Ba Oto-Rhino-Laryngology进步gydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 81年gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba 31日gydF4y2Ba 10.1159 / 000485587gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 85051249803gydF4y2Ba 罗斯礼gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba ChhangydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 哈尔平gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba RosowskigydF4y2Ba J·J。gydF4y2Ba 比较的浮雕的速度在空气中,骨传导gydF4y2Ba 听力的研究gydF4y2Ba 2012年gydF4y2Ba 290年gydF4y2Ba 1 - 2gydF4y2Ba 83年gydF4y2Ba 90年gydF4y2Ba 10.1016 / j.heares.2012.04.011gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84863784925gydF4y2Ba Eeg-OlofssongydF4y2Ba M。gydF4y2Ba StenfeltgydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba GranstromgydF4y2Ba G。gydF4y2Ba 对侧bone-conducted传输以耳蜗振动gydF4y2Ba 耳科& NeurotologygydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 32gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 192年gydF4y2Ba 198年gydF4y2Ba 10.1097 / mao.0b013e3182009f16gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 79955645238gydF4y2Ba 最gydF4y2Ba g·R。gydF4y2Ba TelukuntlagydF4y2Ba G。gydF4y2Ba PuriagydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 中耳功能与先进的骨传导高频率量化措施gydF4y2Ba 听力的研究gydF4y2Ba 2010年gydF4y2Ba 263年gydF4y2Ba 1 - 2gydF4y2Ba 85年gydF4y2Ba 92年gydF4y2Ba 10.1016 / j.heares.2009.11.002gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 77952584616gydF4y2Ba 佩雷斯gydF4y2Ba R。gydF4y2Ba 阿德尔曼gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba SohmergydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 骨传导激活通过软组织小骨的链的完整的固定后,镫骨踏板和圆形窗口gydF4y2Ba 听力的研究gydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 280年gydF4y2Ba 1 - 2gydF4y2Ba 82年gydF4y2Ba 85年gydF4y2Ba 10.1016 / j.heares.2011.04.007gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 80052711960gydF4y2Ba ChhangydF4y2Ba D。gydF4y2Ba 罗斯礼gydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 麦金农gydF4y2Ba m . 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M。gydF4y2Ba ProbstgydF4y2Ba R。gydF4y2Ba 头骨骨传导的阈值和振动测量在牙齿刺激在不同网站在人类头上gydF4y2Ba 听力学和NeurotologygydF4y2Ba 2010年gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba StenfeltgydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 经颅衰减Bone-conducted声音刺激时乳突和骨传导助听器的位置gydF4y2Ba 耳科& NeurotologygydF4y2Ba 2012年gydF4y2Ba 33gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 105年gydF4y2Ba 114年gydF4y2Ba 10.1097 / mao.0b013e31823e28abgydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84856005174gydF4y2Ba 本gydF4y2Ba K。gydF4y2Ba 杜gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 清水正孝gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba PuriagydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 小骨的共振模式的人类中耳骨和空气传导gydF4y2Ba 《美国声学学会杂志》上gydF4y2Ba 2009年gydF4y2Ba 125年gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 968年gydF4y2Ba 979年gydF4y2Ba 10.1121/1.3056564gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 59849093643gydF4y2Ba SohmergydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 弗里曼gydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 佩雷斯gydF4y2Ba R。gydF4y2Ba 半规管开窗法——改善骨——但不是air-conducted听觉阈值gydF4y2Ba 听力的研究gydF4y2Ba 2004年gydF4y2Ba 187年gydF4y2Ba 1 - 2gydF4y2Ba 105年gydF4y2Ba 110年gydF4y2Ba 10.1016 / j.heares.2004.03.015gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 3042658505gydF4y2Ba 金gydF4y2Ba N。gydF4y2Ba 本gydF4y2Ba K。gydF4y2Ba PuriagydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 惯性骨传导:对称和反对称的组件gydF4y2Ba 在耳鼻咽喉科杂志协会的研究gydF4y2Ba 2011年gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 261年gydF4y2Ba 279年gydF4y2Ba 10.1007 / s10162 - 011 - 0258 - 3gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 79958150205gydF4y2Ba StenfeltgydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba AvdelningengydF4y2Ba f . n . o . I。gydF4y2Ba MedicinskagydF4y2Ba F。gydF4y2Ba 林雪平gydF4y2Ba U。gydF4y2Ba InstitutionengydF4y2Ba f·k·o·E。gydF4y2Ba 内耳对骨传导听觉在人类的贡献gydF4y2Ba 听力的研究gydF4y2Ba 2015年gydF4y2Ba 329年gydF4y2Ba 41gydF4y2Ba 51gydF4y2Ba 10.1016 / j.heares.2014.12.003gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84945467988gydF4y2Ba AranigydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba 墨菲gydF4y2Ba m . C。gydF4y2Ba 格拉泽gydF4y2Ba k·J。gydF4y2Ba 测量大脑衰老和性的影响区域刚度与弹性成像先生在健康老年人gydF4y2Ba 科学杂志gydF4y2Ba 2015年gydF4y2Ba 111年gydF4y2Ba 59gydF4y2Ba 64年gydF4y2Ba 10.1016 / j.neuroimage.2015.02.016gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84923112379gydF4y2Ba 理发师gydF4y2Ba t·W。gydF4y2Ba 布若克韦gydF4y2Ba j . 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Z。gydF4y2Ba 冯gydF4y2Ba B。gydF4y2Ba 太阳gydF4y2Ba Q。gydF4y2Ba 三维有限元建模的人耳对声音的传播gydF4y2Ba 《生物医学工程gydF4y2Ba 2004年gydF4y2Ba 32gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 847年gydF4y2Ba 859年gydF4y2Ba 10.1023 / b: abme.0000030260.22737.53gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 3242670808gydF4y2Ba 朱gydF4y2Ba Y。gydF4y2Ba 陈gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 张gydF4y2Ba T。gydF4y2Ba 等效模型的耳蜗淋巴流体在中耳有限元分析gydF4y2Ba 《振动与冲击gydF4y2Ba 2010年gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba 79年gydF4y2Ba 82年gydF4y2Ba HakanssongydF4y2Ba b . e . V。gydF4y2Ba 电磁分离平衡传感器:新骨传导换能器gydF4y2Ba 《美国声学学会杂志》上gydF4y2Ba 2003年gydF4y2Ba 113年gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 818年gydF4y2Ba 825年gydF4y2Ba 10.1121/1.1536633gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0037327169gydF4y2Ba 简颂gydF4y2Ba K.-J。F。gydF4y2Ba HakanssongydF4y2Ba B。gydF4y2Ba JohannsengydF4y2Ba lgydF4y2Ba TengstrandgydF4y2Ba T。gydF4y2Ba 电声性能的新骨振动器Radioear B81:比较与传统Radioear B71gydF4y2Ba 国际期刊的听力学gydF4y2Ba 2015年gydF4y2Ba 54gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 334年gydF4y2Ba 340年gydF4y2Ba 10.3109 / 14992027.2014.980521gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 84928161884gydF4y2Ba StenfeltgydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba HakanssongydF4y2Ba B。gydF4y2Ba TjellstromgydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba 骨soundin体外进行的振动特征gydF4y2Ba 《美国声学学会杂志》上gydF4y2Ba 2000年gydF4y2Ba 107年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 422年gydF4y2Ba 431年gydF4y2Ba 10.1121/1.428314gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0033986151gydF4y2Ba StenfeltgydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba HatogydF4y2Ba N。gydF4y2Ba 古德gydF4y2Ba r . L。gydF4y2Ba 骨传导因素:中耳gydF4y2Ba 《美国声学学会杂志》上gydF4y2Ba 2002年gydF4y2Ba 111年gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 947年gydF4y2Ba 959年gydF4y2Ba 10.1121/1.1432977gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0036165804gydF4y2Ba TaschkegydF4y2Ba H。gydF4y2Ba HuddegydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 有限元模型的人类听觉模拟骨传导gydF4y2Ba OrlgydF4y2Ba 2006年gydF4y2Ba 68年gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 319年gydF4y2Ba 323年gydF4y2Ba 10.1159 / 000095273gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 33750301082gydF4y2Ba RigatogydF4y2Ba C。gydF4y2Ba 赖因费尔特gydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba HakanssongydF4y2Ba B。gydF4y2Ba Freden写的简颂它那gydF4y2Ba K.-J。gydF4y2Ba RenvallgydF4y2Ba E。gydF4y2Ba Eeg-OlofssongydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 骨传导直接刺激:身体的同侧的效应不同的传感器在活跃的经皮的设备附件gydF4y2Ba 听力的研究gydF4y2Ba 2018年gydF4y2Ba 361年gydF4y2Ba 103年gydF4y2Ba 112年gydF4y2Ba 10.1016 / j.heares.2018.01.007gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 85041690905gydF4y2Ba