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本科论文开题报告国内外动态范文 1.2.1 中耳有限元模型发展有限元方法是求解各种复杂数学物理问题的重要方法,是处理各种复杂工程问题的重要分析手段，它与先到计算机技术相联系，以弹性理论作为求解研究对象的理论基础[错误！未定义书签。]。得益于最近三十年计算机技术的高速发展,有限元分析已经成为工程中广泛应用的方法了,如在航空航天、机械、及土木等行业都成为了必不可少的研究方法。对结构比较复杂而且包含一系列的惯性组成成分的中耳进行声场 力学作用的建模，有限元方法具有一定的优越性；同时在全面模拟复杂结构的几何外形、超微结构特征以及生物系统非同质性和各向异性的生物特性的方面,研究微小的振动模式、压力分布以及系统中离散位置的力学行为等方面,有限元的数值模拟方法可以实现更精确的建模，从而实现模拟实际的目的[2]。而恰恰中耳的结构非常复杂精细，鼓膜的材料具有各向异性，镫骨振动以及耳蜗压力数量级小。基于上述有限元方法的优点和中耳结构的特点，越来越多的学者开始应用有限元技术解决中耳功能的分析问题。世界上首次将有限元方法应用于中耳研究的是加拿大学者Funnel和Laszlo（1978），他们利用猫中耳组织切片建立了猫耳鼓膜三维静态线性有限元模型，在后来几年的研究中，Funnel又增加了内耳的有限元模型（1983）[3]，以及模型在一些自然频率下的计算结果，并与实验结果作比较（1987）[4]。在Funnel地模型中，由于镫骨足板和耳蜗对鼓膜模型的阻抗作用[3-4]，他用单一的扭转刚度和转动惯量等效听骨链和耳蜗的载荷对鼓膜的作用，但是在Funnel的文章中，他并没有说明他们确立中耳各构件空间位置和方位的方法[3-5]。Lesser及William（1988）建立了人耳的鼓膜及锤骨具有代表性的二维有限元模型[6],他计算了均匀载荷作用下鼓膜和锤骨的静态位移。在后来的研究中，Lesser（1991）[7]及William（1990、1995）在人耳鼓膜的有限元模型上测试了几个鼓膜参数对固有频率的影响[8-9]。日本学者Wada和Metoki（1992）建立了一个包括外耳道、鼓膜、听骨链、中耳腔、韧带和肌肉等的三维有限元模型[10]，如图 0-1所示。鼓膜采用各向异性的材料模拟，而且Wada通过比较此模型和实验结果的频率响应确定了鼓膜的材料参数以及边界条件；在Wada的研究中，鼓膜的边界条件以线性的扭转弹簧附着在耳膜的环形韧带的形式表示，这种处理方法使得模型更加接近真实条件[10]。Beer等（1999）通过分离中耳各构件然后激光扫描显微技术获得集合模型，从而建立有限元模型，具有更准确的中耳几何形态，但很难保证非常精确的空间位置和方位[11]。Prendergast 等（1999）也建立了包括鼓膜、听骨、鼓室肌肉和韧带、关节和中耳腔的较完整的中耳有限元模型，并将这一模型应用于正常中耳和重建中耳的声传导功能的研究[12]。Koike 和Wada（2017）在Wada（1992）的中耳有限元模型中添加了韧带、肌腱、砧骨-镫骨关节、耳蜗载荷以及外耳道、中耳腔等结构，如图 0-2所示。在Koike的研究中，也是通过对比有限元计算结果与实验数据反复修正确立这些新增部分的力学特性与边界条件；为了获得听骨链复杂的运动情况，Koike用一个阻尼代替耳蜗，而且将砧骨-镫骨关节由刚性结构变为柔性结构，他的文章中表明有限元模型中中耳腔的存在几乎不影响鼓膜的振动[13]。Gan等（2017）根据人耳颞骨的组织切片，重构了中耳的几何模型，对中耳的声传递进行了有限元模拟，并计算了鼓膜刚度、耳蜗阻抗等对中耳传导功能的影响；由于该模型根据颞骨切片重构而来以及三维CAD技术的应用，所构建的光滑曲面更能代表三维实体，所以Gan的这个模型具有较高的精度[14-15]。国内学者姚文娟教授等（2017）采用CT扫描影像建立了中耳的有限元模型，模型包括了听骨链、鼓膜、听骨链的关节以及韧带和肌腱[16]。通过有限元仿真分析，研究了中耳的频率响应，同时获得了鼓膜和听骨链的应力分布，分析得出了听骨链较容易破坏和鼓膜结构较容易穿孔的位置;上海交通大学刘后广教授（2017）采用Siemens Sensation 16螺旋CT扫描机获得的正常人中耳的CT影像建立了中耳的三维有限元模型[17]。 1.2.2 耳功能研究中的有限元耦合分析模型人耳中声音在的传递经过了整个人耳内部各个部分，外耳道，鼓膜，听小骨，中耳腔，耳蜗，而这些部件的结构形态各不相同，如外耳道和中耳腔是空气，听小骨和鼓膜为固态，耳蜗内部则为液态，在这个分析过程中就涉及到固液气的相互耦合，由于气态和液态都是流场，所以简称流固耦合。随着商业化有限元分析软件功能不断完善和发展，研究工作者可以利用这些分析工具达到比较真实的模拟声音在流体介质和固体介质中传播的