·砧镫关节夹角对中耳传音效率影响的有限元分析

张小盒 · 发表于 2014-12-10 17:53

目的：研究砧镫关节夹角的生理范围，研究不同夹角状态对听骨链传音效率的影响。
方法：在Micro-CT成像和颞骨组织切片方法重建的包括鼓膜、听小骨、韧带等在内的中耳系统三维几何模型中，应用Hypermesh软件改变实体模型中的砧骨镫骨夹角并转换成不同角度状态下的听骨链有限元模型。以砧骨长突中心线与镫骨头与镫骨足板中间点连线为平面，垂直此平面向量为轴旋转镫骨，并参考文献测量结果，将该角度的变化范围设定为70°~ 110°（变化梯度设置为5°）。在有限元分析软件中从鼓膜外侧施加90dB SPL声压级的压强进行谐响应分析，分别观察70°至110°时听骨链有限元模型的鼓膜和镫骨底板位移输出的变化。
结果：随着砧镫关节夹角度数的增大，1000Hz之前鼓膜位移的峰值随角度上升，峰值维持在0.1μm左右，当角度为100°及110°时鼓膜位移值出现最大值（约0.1μm）对应的频率值前移至800Hz并形成明显波动，1000Hz之后鼓膜位移变化除70°高于其他角度的位移值外，75°~ 110°的变化趋势基本一致；镫骨足板位移值在90°时变化最平缓，1000Hz之前当角度为100°及110°时位移值均出现最大值（约0.04μm）对应的频率值前移至800Hz并形成波动，而80°时镫骨足板的位移峰值均低于90°角度时的峰值；当频率大于1000Hz时，该关节夹角为90°时的镫骨足板位移响应值均大于其余各角度对应响应值。该夹角为70°时各频段的镫骨足板位移均显著小于参考值，予以剔除。进一步将位移频率响应曲线转化成分贝图并以90°鼓膜和镫骨的位移值为基准，发现鼓膜和镫骨足板振动的变化幅度均在±2dB范围内。由此可见，当频率小于1000Hz时，夹角偏离90°时鼓膜和镫骨足板振动的频率响应波动性增强；当频率大于1000Hz时，夹角偏离90°时鼓膜和镫骨足板的位移峰值均下降。
结论：砧镫关节夹角存在符合正常听觉运动生理学的解剖结构变异范围，其范围可近似认为是75°至110°。砧镫关节夹角处于90°时为听骨链实现最佳传音效率的功能与结构状态。