中耳结构声音传导动力学行为研究

传导性耳聋患者重新获得正常听力，至今仍是医学领域尚未解决的问题。以手术置换的人工听骨链听力效果欠佳，且术后一段时间又经常出现鼓膜再次穿孔，导致听骨链外露等问题。本项目拟从听力系统的声音传导机理入手，运用现代生物力学及结构动力学理论及数值方法，建立基于真实耳生理材料特性的生物力学模型，用粘弹性超弹性及非均匀不同模量材料表征中耳结构，从而探索中耳的传声机理及结构动力学行为的关系，分析微观因素对声音传导及中耳病变的作用。结合理论研究、数值模拟和实验测试验证，改进及优化人工听骨链，并对人工听骨链假体与鼓膜连接部位的力学行为进行优化，力图解决术后鼓膜再次穿孔听骨链外露问题。本项目在力学解析模型、数值模型及优化人工听骨链等方面的研究成果，有望从耳生物力学的视角为耳科医学临床提供理论依据和应用基础。

传导性耳聋患者重新获得正常听力，至今仍是医学领域尚未解决的问题。以手术置换的人工听骨链听力效果欠佳，且术后一段时间又经常出现鼓膜再次穿孔，导致听骨链外露等问题。本项目从听力系统的声音传导机理入手，运用现代生物力学及结构动力学理论及数值方法，建立了基于真实耳生理材料特性的中耳数值模型，计入了中耳鼓膜的超弹性及非均匀不同模量的物性，对中耳进行了声固耦合后的声音传导动力学计算。在与实验测试结果验证数值模型准确的基础上，通过仿真模拟计算分析，得到锤骨、砧骨、镫骨底板及圆窗膜在各种频率下的振动模态。发现中耳的声音传导与结构动力学行为密切相关，听骨链的末端—镫骨底板的振幅正常则声音传导好，人的听力好；鼓膜与听骨链中应力集中而且最大部位，则为临床最易病变损伤的部位。同时，推导了鼓膜振动方程以及听骨链运动方程。结合以上的数值模拟、理论研究和实验测试验证，通过改进和优化人工听骨链，研发了新的听骨链结构—套型人工听骨及花瓣状人工听骨，通过研究人工听骨不同接入方式对耳结构动力响应的影响，对人工听骨链假体与鼓膜连接部位的力学行为进行一系列的优化，最终得到人工听骨链接镫骨底板正中央患者术后听力恢复最好；鼓膜与人工听骨的接触面上需要垫置厚度在0.1-2.0 mm之间的软骨片，不仅对患者听力恢复效果好，而且可以避免术后鼓膜再次穿孔听骨链外露问题出现。另外，针对目前国内外研究的空白，建立了包括外耳道及简化内耳的整耳有限元数值模型，按人耳对声音接收的实际状态，考虑声音从外耳道进入经过声固耦合后，得到作用在鼓膜上的非均匀声压场。同时，研究了中耳积液对声音传导的影响，由力学原理揭示了中耳积液造成传导性耳聋疾患的病变机理。本项目在力学解析模型、数值模型及优化人工听骨链等方面的研究成果，有望从耳生物力学的视角为耳科医学临床提供理论依据和应用基础。