有限要素法による中耳の挙動解析

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　中耳は人体に備わった一種の精巧な音響装置であり，空気中の音響振動を効率よく体内に取り入れる役割を果たしています．しかし、中耳は、外耳道の奥にあり直接観察することが難しいため，その振動様式はまだ十分に解明されていません．
　そこで，ヒトの側頭骨標本の形状を測定し，コンピューターにより３次元再構築したデータ(図1)を基に，有限要素法(FEM)により中耳モデル(図2)を作成し、振動解析を行っています．
　図3および図4は、それぞれ0.5 kHz, 2.0 kHzにおける中耳の振動の様子の解析結果を示しています．周波数により，鼓膜の位相や振幅が異なっていることがわかります。図5および図6は，下方から見た耳小骨振動の様子です．0.5 kHzでは，耳小骨は前ツチ骨靱帯と後キヌタ骨靱帯を軸として振動しますが、2 kHzでは、軸自体も振動していることが分かります．
　この様に，振動の様子を解析することで，中耳の音伝達の仕組みの解明を試みています．また，モデルのパラメータを変化させることにより，病変耳のシミュレーションや，その効果的な診断方法および治療法の開発を行っています．


図1 ヒト側頭骨標本の計測より求めた中耳の3次元再構築図

図2 中耳FEMモデル
1：鼓膜（緊張部），2：鼓膜（弛緩部），3：ツチ骨，4：キヌタ骨，5：アブミ骨，6：前ツチ骨靭帯，7：後キヌタ骨靭帯，8：鼓膜張筋，9：アブミ骨筋，10：アブミ骨輪状靭帯


図3 周波数0.5kHzにおける中耳振動モードの解析結果
鼓膜面音圧 80 dB SPL．振幅は7,000倍に拡大してある．
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図4 周波数2.0kHzにおける中耳振動モードの解析結果
鼓膜面音圧 80 dB SPL．振幅は7,000倍に拡大してある．
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図5 耳小骨振動モードの解析結果
周波数0.5kHz．振幅は30,000倍に拡大してある．
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図6 耳小骨振動モードの解析結果
周波数2.0kHz．振幅は30,000倍に拡大してある．
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