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耳膜激振式人工中耳压电作动器设计与实验
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作者 寇寅欣 刘后广 +3 位作者 刘稳 刘兆海 贺志恒 杨善国 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期225-229,240,共6页
针对现有耳膜激振式人工中耳的作动器存在不能适应患者个体耳道尺寸差异、高频增益不足、受电磁干扰的问题,设计了一种新型悬浮式压电作动器。首先,结合人耳解剖结构,对作动器的机械结构及宏观尺寸进行了初步设计;其次,针对压电叠堆存... 针对现有耳膜激振式人工中耳的作动器存在不能适应患者个体耳道尺寸差异、高频增益不足、受电磁干扰的问题,设计了一种新型悬浮式压电作动器。首先,结合人耳解剖结构,对作动器的机械结构及宏观尺寸进行了初步设计;其次,针对压电叠堆存在输出位移不足的问题,引入了位移放大器,并采用粒子群优化算法对其位移放大倍数进行了优化;随后,构建了压电作动器-人耳耦合力学模型,分析了金属壳体的质量和压电叠堆的层数对作动器听损补偿性能的影响,并确定了最佳的设计参数;最后,基于优化的参数制造出作动器样机,并对其听力补偿性能进行了测试。结果表明,该作动器具有工作频带宽(0.2 kHz~10 kHz)、谐波失真低(THD≤2%)、高频性能优越的优点。该作动器适用于耳膜激振的听损补偿,为听力损失的临床治疗提供了新的解决方案。 展开更多
关键词 人工中耳 耳膜激振 压电作动器 位移放大器 听力补偿
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人工中耳研究进展 被引量:3
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作者 陈克光 戴培东 +1 位作者 杨琳 张天宇 《生物医学工程学进展》 CAS 2014年第1期23-27,共5页
由于传统助听器存在诸多弊端,人工中耳植入成为目前治疗传导性聋和中重度感音性聋的替代手段之一。该文就人工中耳发展历史,对已进入临床使用的7种人工中耳进行了介绍,并提出了植入式骨导助听装置将是人工中耳的发展方向。
关键词 人工中耳 振动声桥 人工听觉
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Middle Ear Implants:Historical and futuristic perspective
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作者 Guyan Andre Channer Adrien A Eshraghi 《Journal of Otology》 2011年第2期10-18,共9页
Technological advancements are continuously changing the paradigm of human existence.Human beings are constantly engaging in various measures to reduce the extent of sensory and motor impairment.This has been in the f... Technological advancements are continuously changing the paradigm of human existence.Human beings are constantly engaging in various measures to reduce the extent of sensory and motor impairment.This has been in the form of various devices,e.g.orthopedic prosthesis,visual aids (spectacles) and hearing aids.Countless attempts throughout the centuries have been made in an effort to improve sound amplification in patients.This article seeks to highlights the technological journey of one such implant,the middle ear implant,from its inception to the more technological advanced futuristic proposals.While there are many amplification devices available presently,there still remains a group of patients who have not experienced adequate amplification for their hearing loss and this subset may gain the greatest benefit from middle ear implants. 展开更多
关键词 middle ear implants vibrant sound bridge esteem envoy Rion E device hearing aids Totally implantable Cochlear Amplifier middle ear transducer (MET) MAXUM
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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 被引量:2
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作者 徐丹 刘后广 +3 位作者 田佳彬 饶柱石 程刚 杨建华 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第4期12-20,共9页
为研究振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳植入性能的影响,建立了包括振子和隔膜在内的人耳有限元模型。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者右耳,采用CT扫描和逆向成型技术建立而成,通过与相关文献的实验数据比对验证了模... 为研究振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳植入性能的影响,建立了包括振子和隔膜在内的人耳有限元模型。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者右耳,采用CT扫描和逆向成型技术建立而成,通过与相关文献的实验数据比对验证了模型的可靠性。基于该模型,分析了圆窗上的初始预压力、振子和隔膜的设计参数变化对振子听力性能的影响。结果表明:振子横截面积越大,其对耳蜗的激励效果越差;隔膜的引入有利于提高振子的激振性能,在该研究范围内,较小的隔膜杨氏模量和厚度有利于提升振子的激振性能;振子质量的增加会恶化振子在高频段的植入性能;在圆窗上施加的初始预压力能够提高中高频段上对耳蜗的激振效果。 展开更多
关键词 人工中耳 圆窗 振子 隔膜 有限元分析
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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 被引量:2
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作者 张虎 刘后广 +3 位作者 赵禹 饶柱石 杨建华 王文博 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期191-197,共7页
为了研究初始压力与支撑刚度对圆窗激振式人工中耳听力补偿性能的影响,建立了包括作动器和支撑体在内的人耳力学有限元模型。该模型基于一位无任何听力损伤病史的成年人的右耳,采用微计算机断层扫描技术(Micro-CT)和逆向成型技术建立而... 为了研究初始压力与支撑刚度对圆窗激振式人工中耳听力补偿性能的影响,建立了包括作动器和支撑体在内的人耳力学有限元模型。该模型基于一位无任何听力损伤病史的成年人的右耳,采用微计算机断层扫描技术(Micro-CT)和逆向成型技术建立而成,并通过与相关实验数据进行对比,验证了模型的可靠性。基于该模型,通过在圆窗上施加不同幅值的初始压力和改变支撑体的支撑刚度,对比分析相应的基底膜动态响应变化,研究其对圆窗激振听力补偿性能的影响。结果表明:初始压力的施加将恶化低频段的听力补偿效果,但提高了圆窗激振中高频段的听力补偿性能;相对于现有临床上所用的筋膜支撑作动器的方法,采用刚度较大的钛合金作为支撑结构,将在全频段提升圆窗激振的听力补偿性能。 展开更多
关键词 人工中耳 初始压力 支撑刚度 圆窗 有限元分析
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不同激振位置对压电式人工中耳听力补偿性能的影响
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作者 张莹 刘后广 +3 位作者 饶柱石 黄新生 杨建华 杨善国 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期426-433,共8页
研究不同激振位置对压电式人工中耳听力补偿性能的影响,确定压电式人工中耳最优激振位置。建立人耳有限元模型,并通过和相关实验数据进行对比验证模型的可靠性。基于该模型,分别在鼓膜脐部、砧骨体、砧骨长突和圆窗施加相同的位移驱动,... 研究不同激振位置对压电式人工中耳听力补偿性能的影响,确定压电式人工中耳最优激振位置。建立人耳有限元模型,并通过和相关实验数据进行对比验证模型的可靠性。基于该模型,分别在鼓膜脐部、砧骨体、砧骨长突和圆窗施加相同的位移驱动,通过检测镫骨足底板位移及基底膜的最大位移,分析这些位置的激振对人工中耳听力补偿性能的影响。结果表明,以镫骨足底板位移为评估标准会低估圆窗激振的高频听力补偿效果。砧骨长突激振下的基底膜特征位置处的运动位移大于激振鼓膜脐部及激振砧骨体时的位移值,其中激振砧骨体时的基底膜特征位置处运动位移最小;激振圆窗时的基底膜特征位置处运动位移在低频段小于激振其他位置时对应的位移值,但在中、高频段其激振效果最好。在频率低于400 Hz时,砧骨长突激励听力补偿效果最好,圆窗激励听力补偿效果最差。当频率大于1 k Hz时,圆窗激励听力补偿效果比其他位置好。以传统的镫骨足底板响应为评估标准,将低估圆窗激振式人工中耳的听力补偿效果。 展开更多
关键词 人工中耳 压电作动器 激振位置 有限元分析
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新型人工中耳压电振子设计 被引量:8
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作者 刘后广 塔娜 饶柱石 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第7期112-115,126,共5页
提出利用压电叠堆作砧骨激励式人工中耳的振子,并利用中耳-压电叠堆耦合力学模型对该压电叠堆振子进行辅助设计。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者的左耳,利用CT扫描和逆向成型技术建成。其可靠性通过与实验对比加以验证。... 提出利用压电叠堆作砧骨激励式人工中耳的振子,并利用中耳-压电叠堆耦合力学模型对该压电叠堆振子进行辅助设计。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者的左耳,利用CT扫描和逆向成型技术建成。其可靠性通过与实验对比加以验证。最终设计的压电振子只需要10.5 V的有效驱动电压,便可以对镫骨激起相当于鼓膜处90dB声压激励的振幅。该振子在频率为1 kHz的单伏电压驱动工况下,能耗仅为0.03 mW,满足人工中耳低电压、低能耗的要求。 展开更多
关键词 人工中耳 压电叠堆 有限元分析
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基于小波分频的压电式人工中耳信号处理研究 被引量:3
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作者 闵小峰 刘后广 +1 位作者 田佳彬 饶柱石 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第3期411-413,417,共4页
基于一新型压电式人工中耳,提出利用小波分频方法对其信号进行处理,使该植入装置能模拟正常中耳的传递特性。首先,基于Bark频谱理论,利用小波分频技术将输入信号分为17个频带;再参考中耳传递特性,对每个频带的信号赋以相应的增益系数;最... 基于一新型压电式人工中耳,提出利用小波分频方法对其信号进行处理,使该植入装置能模拟正常中耳的传递特性。首先,基于Bark频谱理论,利用小波分频技术将输入信号分为17个频带;再参考中耳传递特性,对每个频带的信号赋以相应的增益系数;最终,通过实验验证该方法的可行性。结果表明,该法可使压电叠堆的输出能较好地反应正常中耳的传递特性。 展开更多
关键词 人工中耳 小波分频 中耳传递特性 压电叠堆
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初压力控制式圆窗激振压电作动器设计与优化
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作者 刘后广 寇寅欣 +2 位作者 王杰 饶柱石 曹国华 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期156-166,共11页
针对临床上所用的圆窗激振人工中耳不是针对该激振方式设计,存在术后补偿性能个体差异大、性能不稳定、增益值达不到理论值的问题,设计了一款作动端与圆窗膜尺寸匹配、初始压力可控的圆窗激振压电作动器。首先,结合人耳解剖结构,设计了... 针对临床上所用的圆窗激振人工中耳不是针对该激振方式设计,存在术后补偿性能个体差异大、性能不稳定、增益值达不到理论值的问题,设计了一款作动端与圆窗膜尺寸匹配、初始压力可控的圆窗激振压电作动器。首先,结合人耳解剖结构,设计了作动器的机械组成结构及宏观尺寸;其次,对弯张放大器进行受力分析,采用粒子群算法对弯张放大器进行优化设计,以获得最优输出位移放大倍数;再次,构建了压电作动器-人耳耦合力学模型,分析了支撑弹簧横截面积与压电叠堆层数对作动器听损补偿性能的影响,确定了该设计参数;最后,根据确定的设计尺寸制造了压电作动器样机,搭建了激光测振试验台,对压电作动器的动态特性进行了测试。试验结果表明,所设计的圆窗激振式压电作动器作用在圆窗膜上的初始压力可控,且具有工作频带宽(100~10000 Hz)、谐波失真低(THD≤0.29%)的优点。该压电作动器适用于圆窗激振的听力损伤补偿,为混合性听力损伤的临床治疗提供一种新的方案。 展开更多
关键词 人工中耳 圆窗激振 压电作动器 优化设计 听损补偿
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压电式人工中耳设计参数对圆窗激振性能的影响
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作者 刘后广 刘兆海 +1 位作者 王杰 杨建华 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期91-97,共7页
为了总结圆窗激振式人工中耳压电作动器设计的优化准则,分析了压电作动器关键设计参数对圆窗激振听力补偿性能的影响.首先,采用集总参数法构建了考虑作动器内部结构的压电作动器-人耳耦合力学模型;然后,通过与实验测量的正向、逆向传声... 为了总结圆窗激振式人工中耳压电作动器设计的优化准则,分析了压电作动器关键设计参数对圆窗激振听力补偿性能的影响.首先,采用集总参数法构建了考虑作动器内部结构的压电作动器-人耳耦合力学模型;然后,通过与实验测量的正向、逆向传声下的镫骨速度进行对比,验证了所建模型的可靠性;最后,基于该耦合力学模型,系统分析了压电作动器的质量、耦合层刚度、支撑刚度及初始压力对圆窗激振等效声压级的影响.结果表明:压电叠堆质量及作动器外壳质量的增加都会恶化作动器高频补偿性能,耦合层刚度的增加会提升中高频段的补偿性能,支撑刚度的增加则会提升作动器低、中频段的等效声压,初始压力对圆窗激振性能影响相对较小. 展开更多
关键词 人工中耳 压电作动器 圆窗激振 听力损伤 设计参数 动力学分析
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先天性外耳道狭窄和闭锁患者圆窗龛的CT三维影像特点及其临床意义 被引量:3
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作者 陈克光 吕慧英 +2 位作者 戴培东 杨琳 张天宇 《中华解剖与临床杂志》 2014年第2期89-92,共4页
目的 通过研究先天性外耳道狭窄、先天性外耳道闭锁患者圆窗龛及其附近龛外窝形态的差异,获得圆窗龛及龛外窝形态的参数,为人工中耳圆窗振子的外形设计及其在圆窗龛植入时的安全放置提供依据。方法 将17例(20侧耳)先天性外耳道狭窄患... 目的 通过研究先天性外耳道狭窄、先天性外耳道闭锁患者圆窗龛及其附近龛外窝形态的差异,获得圆窗龛及龛外窝形态的参数,为人工中耳圆窗振子的外形设计及其在圆窗龛植入时的安全放置提供依据。方法 将17例(20侧耳)先天性外耳道狭窄患者(狭窄组,男9例、女8例,年龄7~28岁)、15例(20侧耳)先天性外耳道闭锁患者(闭锁组,男9例、女6例,年龄4~27岁)和10例健康人(健康对照组,20侧耳,男5例、女5例,年龄12~60岁)的颞骨CT序列图像导入Mimics软件,在3D重建基础上读取圆窗龛及其附近龛外窝相关标志点的三维坐标,基于Matlab软件编制程序计算圆窗龛龛口前后、上下径,圆窗前后、内外径,圆窗龛前、后、上、下各壁长度,圆窗龛深度,龛外窝深度及大小,对数据进行统计分析。结果 闭锁组圆窗龛前、后壁长度分别为(1.48±0.26)mm和(2.28±0.56)mm,狭窄组分别为(1.32±0.36)mm和(1.99±0.58)mm,健康对照组分别为(0.96±0.33)mm和(1.55±0.53)mm,差异均有统计学意义(P值均〈0.05);闭锁组圆窗龛上壁长度(1.29±0.32)mm,大于健康对照组的(1.00±0.33)mm(P〈0.05);闭锁组的龛外窝大小小于狭窄组,狭窄组小于健康对照组,差异均有统计学意义(P值均〈0.05)。龛外窝深度在3组间比较差异均无统计学意义(P值均〉0.05)。结论 随着外耳道畸形程度加重,圆窗龛前、后、上壁有变长趋势,龛外窝有变小的趋势。该结果可为人工中耳圆窗振子的设计及先天性外耳道狭窄和闭锁患者圆窗振子植入的手术设计提供依据。 展开更多
关键词 人工中耳 圆窗龛 外耳道狭窄 外耳道闭锁
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基于有限元模型的圆窗激振与正常感声下耳蜗微观动态特性 被引量:2
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作者 韩帅 刘后广 +3 位作者 杨建华 刘晓乐 徐丹 王梦丽 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2016年第4期444-448,共5页
为了确定传统基于基底膜位移的评价指标用于圆窗激振式人工中耳是否准确,基于沙鼠耳蜗微观扫描电镜图,建立了耳蜗Corti器三维有限元力学模型。通过与文献中的实验结果对比,对模型进行验证,最后,基于该模型,对比分析圆窗激振和正常感声... 为了确定传统基于基底膜位移的评价指标用于圆窗激振式人工中耳是否准确,基于沙鼠耳蜗微观扫描电镜图,建立了耳蜗Corti器三维有限元力学模型。通过与文献中的实验结果对比,对模型进行验证,最后,基于该模型,对比分析圆窗激振和正常感声下基底膜、内毛细胞纤毛、外毛细胞纤毛的动态特性。结果表明:在评价圆窗激振式人工中耳的听力补偿性能时,将基底膜的运动位移作为评价指标将高估其实际的听力补偿效果。 展开更多
关键词 人工中耳 耳蜗 圆窗 CORTI器 剪切运动
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圆窗激振人工中耳压电作动器设计与实验研究 被引量:1
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作者 寇寅欣 王贺贺 +3 位作者 刘后广 刘耀松 周雷 黄新生 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第1期80-83,87,共5页
针对现有临床上所用的圆窗激振式人工中耳作动器存在的低频增益不足,与圆窗膜尺寸不匹配及初始压力不可控的问题,结合人耳解剖结构,设计了一款带有弯张放大器的新型压电作动器。为了辅助设计该作动器,建立了作动器有限元模型及作动器-... 针对现有临床上所用的圆窗激振式人工中耳作动器存在的低频增益不足,与圆窗膜尺寸不匹配及初始压力不可控的问题,结合人耳解剖结构,设计了一款带有弯张放大器的新型压电作动器。为了辅助设计该作动器,建立了作动器有限元模型及作动器-人耳耦合力学模型。基于该模型,对作动器弯张放大器、支撑弹簧、耦合杆端面的关键参数进行了优化分析。通过实验对所设计的压电作动器的频响特性、总谐波失真进行测试。结果表明,所设计的压电作动器工作频带宽,低频性能优越;最大谐波失真仅为2.36%,满足助听装置清晰度要求。 展开更多
关键词 圆窗激振 人工中耳 压电作动器 弯张放大器 听力补偿 有限元分析
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基于压电叠堆的砧骨激励式人工中耳低功耗结构设计 被引量:1
14
作者 王梦丽 刘后广 +3 位作者 杨建华 周雷 黄新生 韩帅 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期21-26,共6页
目的设计一种具有位移放大结构的压电振子改进方案,用于降低现有砧骨激励式人工中耳压电叠堆振子的功耗。方法首先,基于人耳解剖结构,设计带有位移放大结构和仅仅由压电叠堆构成的两种压电振子,并建立相应压电振子与中耳的耦合力学模型... 目的设计一种具有位移放大结构的压电振子改进方案,用于降低现有砧骨激励式人工中耳压电叠堆振子的功耗。方法首先,基于人耳解剖结构,设计带有位移放大结构和仅仅由压电叠堆构成的两种压电振子,并建立相应压电振子与中耳的耦合力学模型。通过对比该两种耦合力学模型的计算结果,分析引入位移放大结构前后的人工中耳听力补偿性能及功耗。结果引入位移放大结构后,压电振子在10.5 V有效电压驱动下,在1 kHz频率处的等效声压级由之前的100 dB增大至113 dB。此外,由压电叠堆直接激振时,振子在1、2和4 kHz处的功耗分别为6.42、1.56和0.28 mW;引入位移放大结构后,压电振子对应上述3个频率点的功耗分别降低至0.39、0.09和0.01 mW。结论所设计的带有位移放大结构的压电振子能够提高砧骨激励式人工中耳的听力补偿能力,有效降低压电振子的功耗。研究结果将有助于人工中耳结构设计的进一步完善,从而达到更好的听力补偿效果。 展开更多
关键词 人工中耳 砧骨激励 压电振子 位移放大结构 有限元模型 功耗
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基于基底膜响应的圆窗激振性能评估偏差研究
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作者 刘兆海 张莹 +3 位作者 王思扬 黄新生 刘稳 刘后广 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期568-575,共8页
目的研究采用传统基底膜位移评价标准评估圆窗激振式人工中耳听力补偿性能的准确性,为圆窗激振式人工中耳的性能评估提供理论基础。方法基于耳蜗几何结构的实验数据,建立耳蜗感声微观有限元模型,通过对比内听毛细胞、外听毛细胞、盖膜... 目的研究采用传统基底膜位移评价标准评估圆窗激振式人工中耳听力补偿性能的准确性,为圆窗激振式人工中耳的性能评估提供理论基础。方法基于耳蜗几何结构的实验数据,建立耳蜗感声微观有限元模型,通过对比内听毛细胞、外听毛细胞、盖膜等部位位移响应的实验测量值,验证模型的可靠性。基于该模型,对比分析正向激振、圆窗激振下的基底膜位移与内听毛细胞静纤毛剪切位移;以内听毛细胞静纤毛剪切位移作为感声标准,研究圆窗激振时采用传统人工中耳基底膜评价标准的等效声压级偏差。结果在所研究耳蜗微段对应的5 k Hz特征频率处,相同幅值的声压作用下,圆窗激振的基底膜位移和内听毛细胞静纤毛剪切位移均小于正向激振的对应值。结论正向激振下的内听毛细胞更兴奋,感声效果更强。同时,采用正向激振的基底膜位移评价方法评估圆窗激振的听力补偿效果,会高估圆窗激振的听力补偿性能;但偏差较小,是一种相对可靠的评价方法。 展开更多
关键词 人工中耳 圆窗激振 正向激振 基底膜 剪切位移
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