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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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典型中耳病变对圆窗激振听力补偿性能影响的数值分析 被引量:2
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作者 周凯 刘后广 +3 位作者 饶柱石 杨善国 赵禹 徐丹 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期369-374,共6页
目的研究典型中耳病变对圆窗激振听力补偿效果的影响,为圆窗激振式人工中耳的优化设计提供参考。方法利用CT扫描和逆向成型技术建立包括中耳和耳蜗的有限元模型,并验证模型的可靠性。再基于该模型,通过改变相应组织的材料属性,分别模拟... 目的研究典型中耳病变对圆窗激振听力补偿效果的影响,为圆窗激振式人工中耳的优化设计提供参考。方法利用CT扫描和逆向成型技术建立包括中耳和耳蜗的有限元模型,并验证模型的可靠性。再基于该模型,通过改变相应组织的材料属性,分别模拟镫骨环韧带硬化、镫骨不正常发育和锤骨前韧带硬化3种典型中耳病变。通过对比相应的基底膜响应,分析这3种病变对圆窗激振听力补偿效果的影响。结果镫骨不正常发育主要在高频处降低圆窗激振的效果,镫骨环韧带硬化和锤骨前韧带硬化主要恶化圆窗激振低频段的响应。3种病变中,镫骨环韧带硬化对圆窗激振听力补偿效果影响较大,等效声压的减小量可高达17 d B。结论中耳病变恶化圆窗激振的听力补偿效果,且恶化量较大,故在设计圆窗激振式人工中耳时需要针对性地提高其作动器的输出量。 展开更多
关键词 中耳病变 圆窗激振 优化补偿 基底膜位移 有限元分析
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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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中耳畸形对圆窗激振听力补偿性能影响的数值分析
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作者 张雨蒙 杨善国 +3 位作者 刘后广 杨建华 张虎 刘稳 《医用生物力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期580-585,共6页
目的研究中耳畸形对圆窗激振性能的影响,为圆窗激振式人工中耳的优化提供理论支持。方法构建包含两腔不对称的非螺旋耳蜗的人耳有限元模型,并与实验数据进行对比,验证模型的可靠性。基于该模型,通过改变相应组织的材料属性,分别模拟听... 目的研究中耳畸形对圆窗激振性能的影响,为圆窗激振式人工中耳的优化提供理论支持。方法构建包含两腔不对称的非螺旋耳蜗的人耳有限元模型,并与实验数据进行对比,验证模型的可靠性。基于该模型,通过改变相应组织的材料属性,分别模拟听骨链固定、听骨链融合、听小骨缺损3种中耳畸形对圆窗激振性能的影响。结果中耳畸形主要影响圆窗激振式人工中耳的低频性能,听骨链固定和听骨链融合对圆窗激振起恶化效果。镫骨固定对圆窗激振补偿性能的影响最大,恶化量高达47.93 d B;听小骨缺损可提高圆窗激振的性能,最大改善量为6.24 d B。结论中耳畸形对圆窗激振的低频性能有影响,临床植入圆窗激振式人工中耳时需要针对性地提高其作动器的输出量。 展开更多
关键词 中耳畸形 圆窗激振 有限元分析 听骨链 基底膜
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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 基底膜 剪切位移
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变刚度支撑圆窗激振压电作动器优化设计
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作者 姚旭 张瑞宁 +3 位作者 寇寅欣 刘稳 杨善国 刘后广 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期230-235,246,共7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和圆窗膜不匹配、初始压力无法监控的问题,结合人耳解剖结构,设计了一款变刚度支撑式压电作动器。首先建立作动器与人耳耦合模型;然后基于该模型对作动器位移放大器、支撑弹簧、压电... 针对现有临床上所用的圆窗激振式人工中耳作动器存在和圆窗膜不匹配、初始压力无法监控的问题,结合人耳解剖结构,设计了一款变刚度支撑式压电作动器。首先建立作动器与人耳耦合模型;然后基于该模型对作动器位移放大器、支撑弹簧、压电叠堆的关键参数进行了优化分析;最终通过试验测试作动器输出性能。试验结果表明,所设计的压电作动器实现了初始压力的监控;且谐振频率高达5 160 Hz,高频特性优越。满足圆窗激振的需求,有利于补偿感音神经性患者的听力损伤。 展开更多
关键词 圆窗激振 压电作动器 变刚度支撑 位移放大器 听力补偿
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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
7
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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中耳炎病变对圆窗激振听力补偿影响的数值分析 被引量:1
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作者 薛林 刘后广 +4 位作者 王志华 杨建华 杨善国 黄新生 张虎 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期745-754,共10页
为了研究中耳炎引起的鼓膜病变和听小骨腐蚀对圆窗激振式人工中耳听力补偿的影响,利用计算机断层扫描(CT)技术和逆向成型技术建立了包含耳蜗不对称结构的人耳有限元模型,并与相关实验数据对比,验证模型的可靠性。基于该模型,通过改变相... 为了研究中耳炎引起的鼓膜病变和听小骨腐蚀对圆窗激振式人工中耳听力补偿的影响,利用计算机断层扫描(CT)技术和逆向成型技术建立了包含耳蜗不对称结构的人耳有限元模型,并与相关实验数据对比,验证模型的可靠性。基于该模型,通过改变相应的组织结构,分别模拟中耳炎引起的鼓膜病变和听小骨腐蚀,并对比相应的基底膜特征频率处的位移响应,来研究中耳炎病变对圆窗激振听力补偿效果的影响。结果表明:鼓膜增厚和鼓膜硬化主要恶化圆窗激振低频段的听力补偿效果;鼓膜穿孔和未导致听骨链脱离的听小骨腐蚀,对圆窗激振的影响较小;不同于前述病变类型的影响,听小骨腐蚀导致听骨链脱离时,将提高圆窗激振低频段的听力补偿性能。因此,设计圆窗激振作动器时,应综合考虑中耳炎病变对其听力补偿性能的影响,特别是鼓膜增厚及硬化对其低频段性能的恶化,适当增大其低频段的输出增益,确保其术后的实际听力补偿性能。 展开更多
关键词 圆窗激振 中耳炎 鼓膜病变 听小骨腐蚀 有限元分析
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