本科论文开题报告国内外动态范文

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.2国内外研究现状

中耳有限元模型发展

有限元方法是求解各种复杂数学物理问题的重要方法,是处理各种复杂工程问题的重要分析手段，它与先到计算机技术相联系，以弹性理论作为求解研究对象的理论基础[错误！未定义书签。]。得益于最近三十年计算机技术的高速发展,有限元分析已经成为工程中广泛应用的方法了,如在航空航天、机械、及土木等行业都成为了必不可少的研究方法。对结构比较复杂而且包含一系列的惯性组成成分的中耳进行声场—力学作用的建模，有限元方法具有一定的优越性；同时在全面模拟复杂结构的几何外形、超微结构特征以及生物系统非同质性和各向异性的生物特性的方面,研究微小的振动模式、压力分布以及系统中离散位置的力学行为等方面,有限元的数值模拟方法可以实现更精确的建模，从而实现模拟实际的目的[2]。而恰恰中耳的结构非常复杂精细，鼓膜的材料具有各向异性，镫骨振动以及耳蜗压力数量级小。基于上述有限元方法的优点和中耳结构的特点，越来越多的学者开始应用有限元技术解决中耳功能的分析问题。世界上首次将有限元方法应用于中耳研究的是加拿大学者Funnel和

Laszlo，他们利用猫中耳组织切片建立了猫耳鼓膜三维静态线性有限元模型，在后来几年的研究中，Funnel又增加了内耳的有限元模型[3]，以及模型在一些自然频率下的计算结果，并与实验结果作比较[4]。在Funnel地模型中，由于镫骨足板和耳蜗对鼓膜模型的阻抗作用[3-4]，他用单一的扭转刚度和转动惯量等效听骨链和耳蜗的载荷对鼓膜的作用，但是在Funnel的中，他并没有说明他们确立中耳各构件空间位置和方位的方法[3-5]。Lesser及william建立了人耳的鼓膜及锤骨具有代表性的二维有限元模型[6],他计算了均匀载荷作用下鼓膜和锤骨的静态位移。在后来的研究中，Lesser[7]及william在人耳鼓膜的有限元模型上测试了几个鼓膜参数对固有频率的影响[8-9]。日本学者wada和metoki建立了一个包括外耳道、鼓膜、听骨链、中耳腔、韧带和肌肉等的三维有限元模型[10]，如图0-1所示。鼓膜采用各向异性的材料模拟，而且wada通过比较此模型和实验结果的频率响应确定了鼓膜的材料参数以及边界条件；在wada的研究中，鼓膜的边界条件以线性的扭转弹簧附着在耳膜的环形韧带的形式表示，这种处理方法使得模型更加接近真实条件[10]。Beer等通过分离中耳各构件然后激光扫描显微技术获得集合模型，从而建立有限元模型，具有更准确的中耳几何形态，但很难保证非常精确的空间位置和方位[11]。Prendergast等也建立了包括鼓膜、听骨、鼓室肌肉和韧带、

关节和中耳腔的较完整的中耳有限元模型，并将这一模型应用于正常中耳和重建中耳的声传导功能的研究[12]。koike 和wada（20XX年来，用有限元方法模拟声音在耳中传递过程取得了很大的发展[30-32,34-36]。wang对不同中耳腔静压下中耳组件的变形进行了非线性有限元计算，分析了静压对中耳传递的影响[30]。最近，Homma等则分别用有限元法和实验测量两种途径研究了4kPa,2kPa外耳道静压下镫骨与鼓膜的振动速度变化[31]。但是，上述两个有限元模型只是包含中耳结构，没有包含耳蜗部分液体单元，所以其分析都集中在静压对中耳部件运动性影响。从前面的分析可以看出，耳道静压力或中耳静压对中耳传递功能的研究大多针对中耳结构的变形和对鼓膜、镫骨振动位移的影响而展开。通常情况下，镫骨足板的振动以其中心点的运动来表示，大量研究已经表明镫骨只是在低频范围是活塞状运动，在高频时还伴随有摇摆运动，这会对耳蜗的激励产生影响[37]。因此，仅用镫骨足板上一点的运动不能充分描述对耳蜗的激励特性。中耳和内耳疾病因改变耳蜗的有效输入而影响听力。Dallos指出[37]：耳蜗的有效输入是蜗隔两侧压力差。Aibara等[38]则应用耳蜗在前庭窗和蜗窗的压力差分析评价中耳听力装置的工作性能。对于声音的气导而言，内耳的激励是通过镫骨足板的振动输入，但驱动基底膜运动的是其两侧压力差。由于人耳结构的精细和运动的方向性，这给镫

骨运动实验研究和精确测量提出很高的要求，虽然压力没有方向性，但测量耳蜗内流体压力的难度很大。因此，采用数值模型分析外耳道静压对镫骨足板位移和耳蜗内流体压力的影响，分析不同外耳道空气压力下耳蜗有效输入的变化特点，对揭示这一问题的生物力学机制有重要意义。同时，其分析结果也可为实验研究提供参考。