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Institut für Technische und Numerische Mechanik

Biomechanik

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Computersimulation von Mittelohrprothesen

Beschreibung

Das Ziel des Projektes ist die Erforschung der wissenschaftlichen Grundlagen für die Weiter- und Neuentwicklung passiver und aktiver hörverbessernder Prothesen durch gezieltes Anpassen des frequenzabhängigen Übertragungsverhaltens zwischen erregendem Schalldruck und mechanischen Anregungsgrößen des Innenohrs.

Die Beschreibung des Bewegungsverhaltens von Normalohr und rekonstruiertem Ohr erfolgt durch dreidimensionale Modelle auf Basis der Grundgesetze der Dynamik. Zur Modellbildung werden Mehrkörpersysteme, Elastische Mehrkörpersysteme und Finite Elemente Systeme verwendet. Diese können die räumliche Situation im Ohr und die räumliche Bewegungen der Ossikel und Prothesen realistisch nachbilden.

Die Parameter der Modelle werden aus Messungen am Gesamtsystem und besonders effektiv an Teilsystemen sowie durch theoretische Betrachtungen eingegrenzt und in ihrer individuellen Streubreite abgeschätzt. Einen Schwerpunkt bildet die Bestimmung der Kopplungsparameter zwischen Prothesen und Ossikeln, die separat an einem Prüfstand meßtechnisch untersucht werden.

Zur Optimierung der Schallübertragung anhand der aufgestellten Modelle werden Kriterien definiert, die auf dem Verhalten des Normalohrs aufbauen. Die Kriterien umfassen sowohl die Quantität als auch die Qualität der Schallübertragung. Als Entwurfsparameter werden die Parameter der Prothesen, die geometrische Einbausituation und die Struktur der restlichen Knöchelchenkette herangezogen.

Bild rechts: Mittelohrmodell mit passiver Ambossprothese

eindimensionales Aktormodel einer aktiven (mechatronischen) Prothese

Beispiel einer aktiven (mechatronischen) Prothese (Suzuki et al)

Animationen

Mittelohrmodell mit 11 Freiheitsgraden

Publikationen

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  • Eiber, A.; Freitag, H.-G.; Schimanski, G.; Zenner, H. P.: On the Coupling of Prostheses to the Middle Ear Structure and its Influence on Sound Transfer. In: The Function and Mechanics of Normal, Diseased and Reconstructed Middle Ears. Ed. Rosowski, J. J.; Merchant S. N.; Kugler Publications, The Hague, The Netherlands. 2000. ISBN 90 6299 181 5.
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  • Freitag, H.-G.; Eiber, A.; Zenner, H. P.; Schiehlen, W. O.: Simulation und Optimierung von Mittelohrprothesen, Projektabschnitt I. Zwischenbericht ZB-121. Stuttgart: Universität, Institut B für Mechanik, 2000.

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