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

文摘

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.

1。介绍

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(1,2]。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3,4]。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 [5- - - - - -7]。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) [8]。公元前有多个传输路径,包括颅骨骨通路(9],中耳途径[10,11),和脑脊液(CSF)通路(12]。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。

公元前的经颅衰减的响度区别励磁耳朵和侧耳朵13]。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(14),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(15,16]。

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14,17,18]。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。

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(1],中耳通路的中耳结构共振负责突出峰在1.5 - 2千赫(19),和脑脊液通路音频声音压力可以传达到耳蜗和刺激20.]。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(14]。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 [19,21]。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22]。

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。

2。材料和方法

2.1。满头振动测量

2.1.1。人类尸体头准备

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。

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 dm²,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。

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1。

2.1.2。公元前激励方法

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1)。夹具的稳定性验证了共振频率分析,如前所述[9];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。

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。

2.1.3。振动采集

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1)。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。

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。

2.1.4。振动模式的可视化

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。

2.2。有限元模型分析

2.2.1。人类整体的几何模型和网格

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。

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2(一个)。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2 (b),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)。

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2 (c)。建立有限元模型的整个头没有头的表层。

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。

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3(一个)- - - - - -3 (c)。

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3(一个)。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。

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1)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3 (b)- - - - - -3 (d)。

2.2.2。有限元模型的材料参数

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( , , ,和 ),和前三个自然频率的人类头骨列表进行比较。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 (表2)。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(23]。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( ),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 ,在颅软组织的密度 据报道价值(24]。此外,泊松比人类的头骨和颅软组织0.3 [25)和0.33 (26),分别。

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。

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1)[27]。所有组件泊松比为0.3。

2.2.3。边界条件

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28]。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 ,的长度是 ,质量是 ,和阻尼比 。link元素的一端固定,另一端与镫骨踏板(图4)。

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2 (b)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,谐波压力加载在表面的人类头骨,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(29日,30.]。然而,谐波压力加载来模拟交流是放置在TM壳元素级的(等价的声级)。

2.2.4。验证有限元模型的整个头部

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和除以79步骤。

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(31日)(图5)。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。

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14]。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X- - - - - -,Y- - - - - -,Z的方向。同侧和对侧的测量方向cochleae如下:X方向的中间,Y方向头顶,Z方向的前面。如图6的加速度响应X- - - - - -,Y- - - - - -,Z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。

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(27)(图7)。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。

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32]。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V^relTM和镫骨踏板,分别计算V_TM除以V_骨和V_圣除以V_海角。如图8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。

3所示。结果

3.1。整个头部的振动模式使用扫描LDV测量

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9- - - - - -12)。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13)。

数据9和10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9(一个)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10 ()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(11日)和12(一个)。这些证明,整个头表现出一个刚体运动(图(13日))。

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9 (b)- - - - - -9 (d);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10 (b)- - - - - -10 (d)。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13 (b))。

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9 (f)- - - - - -9(我)和数字10 (f)- - - - - -10(我)),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11 (f)- - - - - -11(我),数据12 (f)- - - - - -12(我),图13 (c))。

3.2。整个头部的振动模式使用有限元模型分析

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(14日)和14 (b)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(13日))。值得注意的是发生在双方没有波动。

在 ,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14 (c))。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14 (d))。

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14 (e))。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14 (f))。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。

3.3。经颅衰减的颞骨扫描LDV和有限元模型

经颅衰减结果颞骨的有限元模型分析和实验如图15。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15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( ,和 )。

3.4。经颅衰减的中耳结构有限元模型

经颅衰减的中耳结构不同于颞骨的BC(图16)。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。

3.5。中耳途径的相对重要性在公元前

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17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。

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。

3.6。内耳途径的相对重要性在公元前

内部结构的相对位移BC刺激下表现出类似的趋势(图18)。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。

4所示。讨论

4.1。进一步调查的内耳的贡献和满头有限元模型

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。

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(25,26,33),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。

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(1,22]。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。

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。

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

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(9,34)和三维表面测量(14]。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13,17,18]。

如图19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(13日),(14日),14 (b)。

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13 (b),14 (c),14 (d)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(19,22]。

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。

5。结论

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:(1)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。(2)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。(3)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。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

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。

引用

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