强声波作用下人体中耳的非线性时域有限元模型

中耳计算模型通常在中耳响应的线性范围内建立，该范围对应于日常生活中的典型声音。理解高强度声音作用下的中耳生物力学，对于评估不利条件下潜在的听觉损伤同样十分重要。本研究建立了一个包含人类中耳和外耳道的有限元（FE）模型，采用一阶 Ogden 超弹性材料本构模型和时域非线性分析，以捕捉软组织的非线性变形及其引起的中耳响应。模型采用施加于外耳道入口处的纯音压力激励进行分析，频率范围为 80 Hz 至 8 kHz，声压级（SPL）范围为 110 至 180 dB。研究考察了鼓膜（TM）附近的外耳道压力以及中耳结构的全场三维响应。在所研究的频率范围内，模拟得到的中耳运动表现出明显的行为转变：在低频率（最高至 1 kHz）下主要呈现活塞式运动，而在更高频率下则逐渐出现更加复杂的多模态、多方向振动模式。在高频率和高刺激水平下，非线性行为日益显著，包括压缩型/膨胀型压力–位移关系、波形失真以及非谐波谱成分的出现。本研究建立的模型为研究声波通过中耳的非线性传递及其对高强度声暴露的影响提供了计算框架。研究结果有助于进一步理解不利条件下的中耳力学特性，并支持未来对声创伤和听力保护策略的研究。

中耳的计算模型通常在中耳响应的线性范围内建立，该范围对应于日常生活中的典型声音。了解高强度声音作用下的中耳生物力学特性，对于评估不利条件下潜在的听觉损伤同样十分重要。本研究提出了一个包含人类中耳和外耳道的有限元（FE）模型，采用一阶 Ogden 超弹性材料本构模型和时域非线性分析，以捕捉软组织的非线性变形及其引起的中耳响应。研究在80 Hz至8 kHz频率范围以及110至180 dB声压级（SPL）条件下，对施加于耳道入口处的纯音压力激励进行了模型分析。研究考察了鼓膜（TM）附近的耳道压力以及中耳结构的全场三维响应。在所研究的频率范围内，模拟得到的中耳运动表现出明显的变化：在低频段（最高至1 kHz）主要呈现活塞式运动，而在较高频率下则逐渐转变为更为复杂的多模态、多方向振动模式。在高频和高刺激水平下，非线性行为日益显著，包括压缩/扩张型压力—位移关系、波形失真以及非谐波频谱成分的出现。本研究建立的模型为研究中耳中的非线性声音传递及其对高强度声暴露的影响提供了一个计算框架。研究结果有助于进一步理解不利条件下的中耳力学特性，并支持未来对声创伤和听力保护策略的研究。

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🏷️ 中耳生物力学 非线性有限元 高强度声暴露 时域分析 声创伤 听觉损伤