《考慮螺旋器的耳蝸非線性動力學模型研究》是依託上海交通大學，由塔娜擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：考慮螺旋器的耳蝸非線性動力學模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：塔娜
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了探索一種能治療混合性聽力損傷的有效方法，本課題組2008年在國家自然科學基金的資助下，提出一種新型壓電式仿生中耳，用智慧型壓電材料製造的振子模擬中耳聽骨鏈對聲音的回響，並採用壓電振子直接激勵內耳圓窗的方法對患者殘餘聽力進行有效補償。但是用振子直接激勵內耳圓窗是否可行，目前仍未有相關的理論研究。. 本課題擬通過對內耳耳蝸系統進行深入的研究，提取耳蝸生物力學參數，建立考慮螺旋器的耳蝸非線性動力學模型，深入研究耳蝸系統的聲音傳遞和轉換的機理，利用該模型分析蓋膜與網狀層間的剪下運動，分析耳蝸在圓窗激勵及卵圓窗激勵下的回響。研究結果可為進一步了解耳蝸非線性機制奠定理論基礎，同時為新型壓電式仿生中耳的具體實現提供可靠的數值模型和分析工具。
結題摘要
本課題組2008年在國家自然科學基金（10772121）的資助下，提出一種新型壓電式仿生中耳，用智慧型壓電材料製造的振子模擬中耳聽骨鏈對聲音的回響。由於耳蝸與中耳通過鐙骨相連，耳蝸的特性直接影響仿生中耳的動態特性。要想將壓電式仿生中耳付諸實現，需要對內耳耳蝸的聽覺機理進行進一步的理論和實驗研究。為此，本課題將解剖學、生理學、生物力學、聲學、材料學及動力學有機的結合起來，深入地研究了耳蝸系統的結構和功能。通過建立耳蝸螺旋器的動力學模型研究了耳蝸外毛細胞主動作用的機制，與已有實驗數據的對比驗證了模型的可信度，模型可用於研究螺旋器蓋膜與網狀層間的剪下運動情況。在此基礎上建立了考慮蓋膜與網狀層間剪下運動的耳蝸力學模型，研究了不同位置激勵下蓋膜-網狀層間相互剪下運動的位移量及前庭階中耳蝸壓強分布。接著建立了二維耳蝸雙向流固耦合模型，研究了耳蝸正向激勵和逆向激勵下基底膜的回響。研究發現：正向激勵下基底膜的回響與實驗結果較為接近，而逆向激勵時也可以使基底膜有同樣的振動特性，但需要更大的激勵。為了使得仿真模型與真實的耳蝸結構更一致，建立了三維耳蝸流固耦合模型，針對耳蝸頂端的蝸孔設定了三種不同大小的尺寸，分析了不同蝸孔尺寸下基底膜的回響。為了驗證模型的計算結果，搭建了耳蝸實驗平台，測試了豚鼠在外耳道聲激勵下基底膜的振動回響，獲得了耳蝸的聲音傳遞函式，這是國內第一次測得基底膜的振動。總之，耳蝸的模型仿真結果和實驗均揭示了耳蝸的行波理論以及基底膜的頻率選擇特性；逆向激勵仿真結果表明逆向激勵可以作為一種聽力補償的方法，為臨床圓窗途徑人工中耳植入的改進提供了依據；不同蝸孔尺寸的耳蝸模型研究顯示：在模型中設定真實的蝸孔尺寸可以獲得與實驗數據更一致的結果。
