Modelling of the impact of ear implants to ear acoustics

• Autorzy: Siwek M. , Dobosz R. , Skarżyński P. , Kurzydłowski K. J. , Jaroszewicz J.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2016-0001

Warianty tytułu

PL

Modelowanie wpływu implantów usznych na akustykę ucha

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents methodology of creating a model of human ear for the purposes of finite element analysis. Following steps of building geometry and mesh are shown. There is listed number of geometry variables which allows to fit the model to the individual anatomical characteristics connected with hearing system. Model created enables application various types of hearing implants as well as investigation of mechanical and electrical interactions between human ear tissues and applied implants. Number of material properties of human ear elements which have a significant impact on its performance are shown.

PL

W artykule przedstawiono metodykę tworzenia modelu ucha ludzkiego dla symulacji numerycznej stopnia oddziaływania wprowadzanych implantów usznych na jego akustykę metodą elementów skończonych. Wyszczególniono główne jego zmienne geometryczne umożliwiające dopasowanie modelu do indywidualnych cech anatomicznych układu słuchowego człowieka. Opracowany model ucha umożliwia aplikację różnego rodzaju implantów słuchowych oraz realizację badania interakcji mechanicznych i elektrycznych pomiędzy tkankami ucha ludzkiego i implantami. Przedstawiono charakteryzację właściwości fizycznych elementów ucha ludzkiego mających istotny wpływ na jego działanie.

Słowa kluczowe

EN

human ear; parametric model; ear model; hearing implant; finite elements method; physical properties; material properties

PL

ucho ludzkie; model parametryczny; model ucha; implant słuchowy; metoda elementów skończonych; właściwości fizyczne; właściwości materiału

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 40, nr 1
• Strony: 5--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Siwek M.

• The Faculty of Materials Science and Engineering of the Warsaw University of Technology

autor

Dobosz R.

• The Faculty of Materials Science and Engineering of the Warsaw University of Technology

autor

Skarżyński P.

• Institute of Physiology and Pathology of Hearing of the Polish Academy of Sciences

autor

Kurzydłowski K. J.

• The Faculty of Materials Science and Engineering of the Warsaw University of Technology

autor

Jaroszewicz J.

• The Faculty of Materials Science and Engineering of the Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] M. ŚLIWIŃSKA-KOWALSKA: Audiologia kliniczna. Mediton, Łódź 2005.
• [2] H. BEHRBOHM, O. KASCHKE, T. NAWKA, A. SWIFT: Choroby ucha, nosa i gardła z chirurgią głowy i szyi. Elsevier Urban & Partner, Wrocław 2011.
• [3] J. WYSOCKI, H. SKARŻYŃSKI: Anatomia topograficzna kości skroniowej dla potrzeb otochirurgii. Instytut Fizjologii i Patologii Słuchu, Warszawa 200.
• [4] K.L. MOORE, A.F. DALLEY, A.M.R. AGUR: Anatomia kliniczna, t. 1. Medpharm GmbH, Wrocław 2014.
• [5] G. NOUSSIOS, P. CHOURIDIS, L. KOSTRETZIS, K. NATSIS: Morphological and morphometrical study of the human ossicular chain: A Review of the literature and a meta-analysis of experience over 50 years. Journal of Clinical Medicine Research, 8(2016)2, 76-83.
• [6] Q. SUN, K. CHANG, K.J. DORMER, R.K. DYER Jr., R.Z. GAN: An advanced computer-aided geometric modeling and fabrication method for human middle ear. Medical Engineering & Physics, 24(2002)9, 595-606.
• [7] F. ZHAO, T. KOIKE, J. WANG, H. SIENZ, R. MEREDITH: Finite element analysis of the middle ear transfer functions and related pathologies. Medical Engineering & Physics, 31(2009), 907-916.
• [8] X. WANG, D.H. KEEFE, R.Z. GAN: Predictions of middle-ear and passive cochlear mechanics using a finite element, model of the pediatric ear. The Journal of the Acoustical Society of America, 139(2016)4, 1735.
• [9] G. VOLANDRI, F. Di PUCCIO, P. FORTE, S. MANETTI: Model-oriented review and multi-body simulation of the ossicular chain of the human middle ear. Medical Engineering & Physics, 34(2012), 1339-1355.
• [10] R.Z. GANA, Q. SUN, B. FENG, M.W. WOOD: Acoustic-structural coupled finite element analysis for sound transmission in human ear – Pressure distributions. Medical Engineering & Physics, 28(2006), 395-404.
• [11] R.Z. GAN, B. FENG, Q. SUN: Three-Dimensional finite element modeling of human ear for sound transmission. Annals of Biomedical Engineering, 32(2004)6.
• [12] F. GENTIL, M. PARENTE, P. MARTINS, C. GARBE, C. SANTOS, B. AREIAS, C. BRANCO, J. PAÇO, R.N. JORGE: Effects of the fibers distribution in the human eardrum: A biomechanical study. Journal of Biomechanics, 49(2016), 1518-1523.
• [13] G. VOLANDRI , F. Di PUCCIO, P. FORTE, C. CARMIGNANI: Biomechanics of the tympanic membrane. Journal of Biomechanics, 44(2011), 1219-1236.
• [14] H. RASK-ANDERSEN, E. ERIXON, A. KINNEFORS, H. LÖWENHEIM, A. SCHROTT-FISCHER, W. LIU: Anatomy of the human cochlea-implications for cochlear implantation. Proc. Cochlear Implants International. 2011.
• [15] E. Erixon, H. Högstorp, K. Wadin, H. Rask-Andersen: Variational anatomy of the human cochlea: implications for cochlear implantation. Otology & Neurotology, 30(2009)1, 14-22.
• [16] H. RASK-ANDERSEN, W. LIU, E. ERIXON, A. KINNEFORS, K. PFALLER, A. SCHROTT-FISCHER, R. GLUECKERT: Human cochlea: anatomical characteristics and their relevance for cochlear implantation. The Anatomical Record (Hoboken), 295(2012)11, 1791-811.
• [17] O.C. ZIENKIEWICZ: Metoda elementów skończonych. Arkady, Warszawa 1972.
• [18] G. RAKOWSKI, Z. KACPRZYK: Metoda Elementów Skończonych w mechanice konstrukcji. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2016.
• [19] www.medel.com: Electrode Arrays manufacturer’s specification. http://s3.medel.com/pdf/21617.pdf
• [20] Ansys Mechanical APDL Documentation.
• [21] R.Z. GAN, Q. SUN, B. FENG, M. W. WOOD: Acoustic-structural coupled finite element analysis for sound transmission in human ear – Pressure distributions. Medical Engineering & Physics, 28(2006), 395-404.
• [22] W. YAO, J. MA, X. HUANG: Numerical simulation of the human ear and the dynamic analysis of the middle ear sound transmission. Proc. 7th Medical Applications of Synchrotron Radiation Workshop 2012, Shanghai Synchrotron Radiation Facility, Shanghai 2012.
• [23] R.M. FARAHANI, M. NOORANIPOUR: Anatomy and anthropometry of human stapes. American Journal of Otolaryngology–Head and Neck Medicine and Surgery, 29(2008), 42-47.

Uwagi

EN

1. The research which is the subject of this paper was supported be the Polish National Centre and Development under Grant No./N1/31/158446/NCBR/12.

PL

2. Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.