聽覺是人體五感中一個(gè)重要部分，它可以感知周圍環(huán)境创泄，與其他人艺玲、物進(jìn)行信息溝通。從物理學(xué)上看鞠抑，耳朵的主要功能是將物理振動(dòng)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)脈沖饭聚，傳遞給中樞系統(tǒng)進(jìn)行處理。

聽力障礙分為傳導(dǎo)性與神經(jīng)性耳聾幾種搁拙，對(duì)于中耳秒梳、內(nèi)耳、神經(jīng)系統(tǒng)病變的治療方法各不相同箕速，其中骨導(dǎo)式助聽器使用在外中耳無法傳導(dǎo)聲音酪碘、但內(nèi)耳聽覺系統(tǒng)健全的耳聾患者，骨錨式助聽器（通常稱為BAHA）原理是通過手術(shù)將鈦合金植入體在耳后植入后與顱骨融合茵箩，聲音處理器上的麥克風(fēng)可收集聲音解夜，傳聲器將振動(dòng)信號(hào)直接作用于顱骨進(jìn)而刺激耳蝸聽見聲音。

骨錨式助聽器相比于一般空氣傳導(dǎo)助聽器有很多優(yōu)點(diǎn)脾询，同樣也帶來更高的價(jià)格表現(xiàn)李狼。在北歐瑞典哥德堡查爾姆斯理工大學(xué)的在讀博士 Lena Kim，他嘗試解決骨錨式助聽器設(shè)計(jì)斧枚、試制費(fèi)用較高的問題榆模，他建立了一個(gè)人體頭部三維有限元模型進(jìn)行研究，利用 夯眨克斯康MSC Nastran 軟件的有限元結(jié)果與實(shí)物測(cè)試進(jìn)行關(guān)聯(lián)积辞，從而有助于降低骨錨式助聽器的成本。

結(jié)構(gòu)仿真軟件

在車輛趋大、機(jī)床菠卖、航天器、建筑物乃至衛(wèi)生器材的所有設(shè)計(jì)袭靶、實(shí)施及維護(hù)過程中相种，結(jié)構(gòu)分析都是其中的關(guān)鍵部分。借助于有限元法（FEM）之類的計(jì)算力學(xué)軟件东抹，可以先改進(jìn)骨錨式助聽器的性能蚂子，然后再制作真實(shí)的昂貴實(shí)物模型沃测。

在該研究中缭黔，Lena Kim博士通過有效的人體頭部三維有限元模型和菏尘ィ克斯康MSC Nastran軟件研究并仿真骨傳導(dǎo)聲音的振動(dòng)模式。通過有限元分析模型能讓我們研究影響骨傳導(dǎo)途徑的因素馏谨，找出產(chǎn)生聽覺振動(dòng)水平的正確位置别渔，并針對(duì)患者的具體情況進(jìn)一步優(yōu)化裝置。

圖：骨錨式助聽器裝置惧互，皮膚的網(wǎng)狀解剖數(shù)據(jù)和顱骨的 3D網(wǎng)格

結(jié)構(gòu)分析哎媚，特別是模態(tài)分析，在聲振分析中占有重要地位喊儡。通過模態(tài)分析拨与，可以得到系統(tǒng)在沒有外力和阻尼的情況下的固有頻率和振型（振動(dòng)形狀）。模態(tài)分析的結(jié)果顯示了結(jié)構(gòu)的基本動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下的響應(yīng)模式艾猜。

Lena Kim博士使用MSC Nastran軟件對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力頻率響應(yīng)進(jìn)行了仿真买喧。在該模型中，采用菏酌埃克斯康Nastran軟件對(duì)載荷榔屈、頻率范圍、分析輸出和阻尼系數(shù)進(jìn)行了分配烙损，并完成了正態(tài)模態(tài)分析和頻率響應(yīng)分析亏铭。

驗(yàn)證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

為了進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，項(xiàng)目人員還模擬了替代顱骨表面的響應(yīng)诺订，它輸出的是機(jī)械點(diǎn)阻抗的速度闰纪。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與Nastran軟件的點(diǎn)質(zhì)量法所得結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好辱郑。

圖：NSM 模型中骨錨式助聽器所在位置的機(jī)械點(diǎn)阻抗值埃的。紅線表示采用NSM 模型的仿真結(jié)果，藍(lán)線表示來自耳蝸的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)糟糊。

最后愕匪，最后，利用MSC-Nastran軟件進(jìn)行了頻響分析讳臣，利用頻響分析結(jié)果計(jì)算機(jī)械點(diǎn)阻抗（MPI）涮较，計(jì)算結(jié)果與NSM和FS模型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，抗共振頻率約為75～90hz冈止；振幅級(jí)的差別只有5%狂票。這意味著有限元分析結(jié)果與物理測(cè)試非常接近，因此可以通過減少物理測(cè)試和制造的次數(shù)來降低骨錨助聽器的成本熙暴。

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（汗胧簦克斯康制造智能）

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