KONRAD KAMIENIECKI

Fluid -structure interaction modeling of the cochlea macro-mechanics

Abstract:

Dokonano przeglądu istniejącego stanu wiedzy na temat modelowania procesów fizycznych zachodzących w uchu wewnętrznym. Przedstawiono dowody świadczące o występowaniu zjawisk nieustalonych w procesie rozpoznawania dźwięków. Na tej podstawie wybrano prowadzenie symulacji w czasie jako metody najlepiej reprezentującej  zjawiska fizyczne występujące w uchu wewnętrznym.

Zadeklarowanym celem pracy była budowa modelu ślimaka ucha wewnętrznego człowieka uwzględniającego sprzężenie struktura -płyn, oraz analiza w dziedzinie czasu propagacji fal dźwiękowych w schodach ślimaka i drgań błony podstawnej pozwalające na numeryczne zweryfikowanie istniejących teorii rozpoznawania dźwięków.

W ramach pracy zbudowano dwa modele ślimaka, jedno i trój-wymiarowy. Obydwa modele składały się z okienka owalnego, okienka okrągłego, schodów przedsionka, schodów bębenka, wierzchołka ślimaka oraz błony podstawnej. Modele wzbudzono wykorzystując drogę przewodnictwa powietrznego, poprzez wymuszenie harmonicznych oscylacji podstawy strzemiączka okienka owalnego.

W pracy wykorzystano w modelu jednowymiarowym metodę charakterystyk dla symulacji ruchu fal akustycznych w kanałach ślimaka oraz zestaw jednowymiarowych rezonatorów mechanicznych reprezentujących drgania błony podstawnej. W modelu trójwymiarowym wykorzystano oprogramowanie ANSYS dla zbudowania pełnego modelu FSI sprzęgającego ruch fal akustycznych w kanałach ślimaka wypełnionych cieczą z odkształceniami elastycznej membrany zapewniając dwukierunkowe sprzężenie mechaniczo-przepływowe.

Jako odpowiedź modelu otrzymano przebiegi fal ciśnieniowych w kanałach ślimaka w czasie oraz drgania błony podstawnej. Duży nacisk położono na analizę interakcji pomiędzy płynem perylimfatycznym a przemieszczeniami błony podstawnej.

Wykorzystując zbudowane modele sprawdzono wpływ wybranych parametrów mechanicznych (np. impedancję okienka okrągłego, sztywność wzdłużną błony podstawnej) na odpowiedź ślimaka. Uzyskano informacje pozwalające na ustosunkowanie się do występujących teorii rozpoznawania dźwięków.