基于压电叠堆的圆窗激振式人工中耳作动器设计分析与实验研究
发布时间：2022-01-12 03:43
在柳叶刀2016年统计的全球疾病负担研究报告中,听力损伤被列为全球范围内患病率第四的非致命性疾病,其患者遍布各个年龄段,且目前的治疗手段无法取得理想的治疗效果。究其致病原因,大抵可分为感音神经性、传导性及混合性听力损伤。目前佩戴传统助听器仍是广泛使用的治疗手段,其通过放大声压级提高患者的感声效果,主要适用于轻度感音神经性听力损伤,但由于存在着增益不足、声反馈、堵耳效应等问题,使得传统助听器的治疗效果及适用患者人群均受限。因此,人工中耳作为一种通过机械作动装置直接激振鼓膜、听骨链或者圆窗的治疗手段,具有增益高、适用患者广的特点,开始受到学者们的广泛关注和深入研究。其中,圆窗激振式人工中耳即是其中一种。目前,临床上广泛采用振动声桥的悬浮振子进行圆窗激振。但是,悬浮振子最初为砧骨激振所设计,用于圆窗激振时存在着作动端面较大的问题,且悬浮式的结构和筋膜固定的方式不利于振动传递。现有的临床报道显示,这种悬浮振子用于圆窗激振时,存在着低频输出不足、初始压力无法监控、耦合杆端部与圆窗膜之间尺寸不匹配等问题,使得患者的术后听力补偿效果不理想,且个体差异较大。为解决以上问题,本文首先基于当前圆窗激振式作...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统助听器工作原理示意图
1绪论3感音神经性听力损伤和混合性听力损伤患者能够获得更为有效的治疗方案，近年来，国内外很多研究机构研究植入式助听装置取得了较大的进展，其中人工中耳（MiddleEarImplant,MEI）便是其中一种。通常，人工中耳包括麦克风、电源、信号处理装置以及作动器。如图1-2所示，其工作原理为麦克风将采集到的声信号转变为电信号，经过信号处理装置的处理后，电信号由作动器转换为机械振动，直接驱动鼓膜[13,14]、听骨链（锤骨、砧骨、镫骨）[15-18]或者圆窗[19,20]，继而振动内耳淋巴液，刺激听觉末梢感受器产生听觉[21]，以实现对听力的补偿，具有语音清晰度高、声反馈孝声音失真小和高频增益强等特点[22-24]。图1-2人工中耳工作原理示意图Figure1-2Schematicdiagramoftheworkingprincipleofmiddleearimplant传统人工中耳需保持听骨链完整，通过作动器直接振动鼓膜或者听骨链使患者感受到声音，有助于中重度感音神经性听力损失和混合性听力损失患者改善听力。然而，对于部分患有鼓室或听骨链异常（如先天性外中耳畸形、中耳炎引起的听小骨腐蚀等）的中重度传导性和混合性听力损伤患者，由于难以进行手术、手术治疗失败以及人工中耳佩戴困难等原因，导致人工中耳装置难以经卵圆窗传音途径（正向激励）有效地将声音振动传递入内耳。因此，针对该问题，Colletti等[25]于2006年在临床植入时避开听骨链，将奥地利MED-EL公司生产的振动声桥（VibrantSoundbridge,VSB）的微型悬浮电磁作动器（FloatingMassTransducer,FMT）直接植入在患者耳蜗的另一入口（圆窗处），通过作动器机械激振圆窗膜（逆向激励）来补偿听力，并取得了良好的临床效果。这种圆窗激振的植入方式，拓展了传统人工中耳的治疗领域。使它不仅能治疗中重度感音神经性听力损伤
1绪论5通过电磁线圈驱动该磁体。这些动物实验都证明了通过在圆窗膜处植入作动器，能够提供有效的听力补偿效果，圆窗激振式人工中耳作动器的可行性得到验证。2006年，Colletti等[25]首次报道了圆窗激振的临床实验。在该实验中，采用Med-EL公司生产的振动声桥（VibrantSoundbridge,VSB）作为植入装置，对振动声桥作的唯一改动是：剪除了悬浮振子（FMT）上用于绑定砧骨长突的钛质夹子以便于将悬浮振子植入圆窗处。此外，由于圆窗膜被圆窗龛包裹，圆窗龛是鼓室内侧壁位于鼓岬后下方的一个向内的凹陷，其底部有一类圆形窗口即为圆窗[40,41]。因此，如图1-3所示，在进行悬浮振子的植入时，为便于悬浮振子的放置，需先磨除圆窗龛上方及后方的部分骨质[25]。如图1-4所示，为悬浮振子植入圆窗处示意图，该实验中对7名患有中重度的传导性听力损伤的患者进行植入，这7名中患者大部分同时伴有中度感音神经性的听力损伤。实验结果显示，通过在圆窗处放置悬浮振子，7名患者的骨导听力提升值为15~20dB，气导听力的提升值为20~30dB，显示出了可观的听力补偿效果，以及这些患者能够对正常的语音输入获得高度的可懂度这一事实证明，对于本研究中的大多数受试者，圆窗植入能够显著减少传导性和感音神经性听力损伤患者的语音通信障碍。同年，Kiefer等[42]基于计算机模型和Colletti等[25]第一次的临床实验结果，重复了悬浮振子的圆窗植入实验，并获得了类似的结果。证明通过耦合圆窗膜以激振耳蜗有希望成为治疗听力损伤的第二种方案，通过激励圆窗可以获得等效于正常传声途径获得的听力效果。图1-3待磨除的圆窗龛骨壁示意图Figure1-3Schematicdiagramofroundwindownichetoberemoved
【参考文献】：
期刊论文
[1]初始压力与支撑刚度对圆窗激振听力补偿影响的数值研究[J]. 张虎,刘后广,赵禹,饶柱石,杨建华,王文博. 生物医学工程学杂志. 2018(02)
[2]振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳性能影响的数值研究[J]. 徐丹,刘后广,田佳彬,饶柱石,程刚,杨建华. 振动与冲击. 2017(04)
[3]人工中耳悬浮式压电振子的优化设计[J]. 田佳彬,饶柱石,塔娜,许立富. 振动与冲击. 2015(05)
[4]砧骨激励式人工中耳作动器的设计及实验[J]. 程金磊,田佳彬,周雷,塔娜,黄新生,饶柱石. 噪声与振动控制. 2014(05)
[5]砧骨激励式压电振子听力补偿性能实验[J]. 刘后广,田佳彬,饶柱石,黄新生,塔娜,檀俊. 噪声与振动控制. 2014(01)
[6]S型折叠式微悬臂梁刚度计算[J]. 刘双杰,郝永平. 光学精密工程. 2013(02)
[7]蜗窗激励评价的有限元计算模型研究[J]. 王学林,胡于进. 力学学报. 2012(03)
[8]振动声桥圆窗植入术的研究进展[J]. 邹哲飞,华清泉. 听力学及言语疾病杂志. 2012(01)
[9]新型人工中耳压电振子设计[J]. 刘后广,塔娜,饶柱石. 振动与冲击. 2011(07)
[10]基于耦合模型的人工中耳压电振子设计[J]. 刘后广,闵小峰,塔娜,饶柱石. 噪声与振动控制. 2010(02)
硕士论文
[1]基于新型结构钹式压电换能器的加速度传感器研究[D]. 陈君.江苏大学 2016
[2]新型压电式人工中耳作动器的设计及实验[D]. 程金磊.上海交通大学 2014
本文编号：3584035
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统助听器工作原理示意图
1绪论3感音神经性听力损伤和混合性听力损伤患者能够获得更为有效的治疗方案，近年来，国内外很多研究机构研究植入式助听装置取得了较大的进展，其中人工中耳（MiddleEarImplant,MEI）便是其中一种。通常，人工中耳包括麦克风、电源、信号处理装置以及作动器。如图1-2所示，其工作原理为麦克风将采集到的声信号转变为电信号，经过信号处理装置的处理后，电信号由作动器转换为机械振动，直接驱动鼓膜[13,14]、听骨链（锤骨、砧骨、镫骨）[15-18]或者圆窗[19,20]，继而振动内耳淋巴液，刺激听觉末梢感受器产生听觉[21]，以实现对听力的补偿，具有语音清晰度高、声反馈孝声音失真小和高频增益强等特点[22-24]。图1-2人工中耳工作原理示意图Figure1-2Schematicdiagramoftheworkingprincipleofmiddleearimplant传统人工中耳需保持听骨链完整，通过作动器直接振动鼓膜或者听骨链使患者感受到声音，有助于中重度感音神经性听力损失和混合性听力损失患者改善听力。然而，对于部分患有鼓室或听骨链异常（如先天性外中耳畸形、中耳炎引起的听小骨腐蚀等）的中重度传导性和混合性听力损伤患者，由于难以进行手术、手术治疗失败以及人工中耳佩戴困难等原因，导致人工中耳装置难以经卵圆窗传音途径（正向激励）有效地将声音振动传递入内耳。因此，针对该问题，Colletti等[25]于2006年在临床植入时避开听骨链，将奥地利MED-EL公司生产的振动声桥（VibrantSoundbridge,VSB）的微型悬浮电磁作动器（FloatingMassTransducer,FMT）直接植入在患者耳蜗的另一入口（圆窗处），通过作动器机械激振圆窗膜（逆向激励）来补偿听力，并取得了良好的临床效果。这种圆窗激振的植入方式，拓展了传统人工中耳的治疗领域。使它不仅能治疗中重度感音神经性听力损伤
1绪论5通过电磁线圈驱动该磁体。这些动物实验都证明了通过在圆窗膜处植入作动器，能够提供有效的听力补偿效果，圆窗激振式人工中耳作动器的可行性得到验证。2006年，Colletti等[25]首次报道了圆窗激振的临床实验。在该实验中，采用Med-EL公司生产的振动声桥（VibrantSoundbridge,VSB）作为植入装置，对振动声桥作的唯一改动是：剪除了悬浮振子（FMT）上用于绑定砧骨长突的钛质夹子以便于将悬浮振子植入圆窗处。此外，由于圆窗膜被圆窗龛包裹，圆窗龛是鼓室内侧壁位于鼓岬后下方的一个向内的凹陷，其底部有一类圆形窗口即为圆窗[40,41]。因此，如图1-3所示，在进行悬浮振子的植入时，为便于悬浮振子的放置，需先磨除圆窗龛上方及后方的部分骨质[25]。如图1-4所示，为悬浮振子植入圆窗处示意图，该实验中对7名患有中重度的传导性听力损伤的患者进行植入，这7名中患者大部分同时伴有中度感音神经性的听力损伤。实验结果显示，通过在圆窗处放置悬浮振子，7名患者的骨导听力提升值为15~20dB，气导听力的提升值为20~30dB，显示出了可观的听力补偿效果，以及这些患者能够对正常的语音输入获得高度的可懂度这一事实证明，对于本研究中的大多数受试者，圆窗植入能够显著减少传导性和感音神经性听力损伤患者的语音通信障碍。同年，Kiefer等[42]基于计算机模型和Colletti等[25]第一次的临床实验结果，重复了悬浮振子的圆窗植入实验，并获得了类似的结果。证明通过耦合圆窗膜以激振耳蜗有希望成为治疗听力损伤的第二种方案，通过激励圆窗可以获得等效于正常传声途径获得的听力效果。图1-3待磨除的圆窗龛骨壁示意图Figure1-3Schematicdiagramofroundwindownichetoberemoved
【参考文献】：
期刊论文
[1]初始压力与支撑刚度对圆窗激振听力补偿影响的数值研究[J]. 张虎,刘后广,赵禹,饶柱石,杨建华,王文博. 生物医学工程学杂志. 2018(02)
[2]振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳性能影响的数值研究[J]. 徐丹,刘后广,田佳彬,饶柱石,程刚,杨建华. 振动与冲击. 2017(04)
[3]人工中耳悬浮式压电振子的优化设计[J]. 田佳彬,饶柱石,塔娜,许立富. 振动与冲击. 2015(05)
[4]砧骨激励式人工中耳作动器的设计及实验[J]. 程金磊,田佳彬,周雷,塔娜,黄新生,饶柱石. 噪声与振动控制. 2014(05)
[5]砧骨激励式压电振子听力补偿性能实验[J]. 刘后广,田佳彬,饶柱石,黄新生,塔娜,檀俊. 噪声与振动控制. 2014(01)
[6]S型折叠式微悬臂梁刚度计算[J]. 刘双杰,郝永平. 光学精密工程. 2013(02)
[7]蜗窗激励评价的有限元计算模型研究[J]. 王学林,胡于进. 力学学报. 2012(03)
[8]振动声桥圆窗植入术的研究进展[J]. 邹哲飞,华清泉. 听力学及言语疾病杂志. 2012(01)
[9]新型人工中耳压电振子设计[J]. 刘后广,塔娜,饶柱石. 振动与冲击. 2011(07)
[10]基于耦合模型的人工中耳压电振子设计[J]. 刘后广,闵小峰,塔娜,饶柱石. 噪声与振动控制. 2010(02)
硕士论文
[1]基于新型结构钹式压电换能器的加速度传感器研究[D]. 陈君.江苏大学 2016
[2]新型压电式人工中耳作动器的设计及实验[D]. 程金磊.上海交通大学 2014
本文编号：3584035
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