유한 요소 머리 모델을 이용한 골전도 청력에서의 참고하는 뼈의 속도에 관한 연구 :

임종우

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자료유형: 학위논문

저자정보: 임종우 (인천대학교, 인천대학교 대학원)

지도교수: 김남근

발행연도: 2022

저작권: 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수15

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2022

측두골과 사체 머리를 이용한 골전도 해석에서 발생하는 차이점에 대한 연구

임종우 , 김남근 대한기계학회 춘추학술대회 2022.05 학술대회자료

유한 요소 머리 모델을 이용한 골전도 청력에서의 참고하는 뼈의 속도에 관한 연구

임종우 기계공 2022.01 학위논문

2021

골전도 청력에서의 기준 뼈 선정의 중요성에 대한 연구

임종우 , 이수민 , 김남근 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2021.11 학술대회자료

2019

3차원 유한요소모델을 이용한 골전도로부터 발생한 청력에서의 갑각뼈와 기저막의 속도 관계에 대한 연구

임종우 , 정소이 , 구운회 외 1명 대한기계학회 춘추학술대회 2019.11 학술대회자료

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사람의 청각 기관을 포함한 3차원 사람 머리 유한요소 모델이 골전도 (bone conduction; BC) 청력을 이해하기 위해 개발되었다. 본 연구에 사용된 모델은 실험 데이터를 통해 기전도 (air conduction; AC)와 BC 청력 모두에서 head, middle ear (ME), cochlea의 반응을 비교하여 검증되었다. 유한요소 시뮬레이션을 통해, 기존의 bone-anchored hearing aid (BAHA)와 mastoid position에 적용된 BC 자극에 해당하는 basilar membrane (BM) 속도와 intracochlear pressure같은 cochlea 반응을 계산하였다. 실험에선 뼈의 속도와 BM의 속도 같은 cochlea 반응을 동시에 측정하기 어렵기 때문에 유한요소 시뮬레이션이 유의미하다. 게다가, BC 청력을 이해하기 위한 유한요소 모델들이 존재하지만, 본 연구에 사용한 유한요소 모델처럼 동시에 BC 자극에 의해 유발되는 뼈의 속도와 BM의 속도를 동시에 계산할 수 있는 모델은 적다. 따라서 본 연구는 BM의 길이 방향을 따라 여러 위치의 intracochlear pressure와 promontory 속도를 동시에 계산하였다. BC 자극이 sinusoidal displacement일 경우 intracochlear pressure는 진동 방향에 상관없이 같은 결과를 갖는 반면, sinusoidal force의 경우 자극 위치 (e.g. BAHA or mastoid)에 따라 intracochlear pressure에 차이가 발생하였다. 더 나아가, input force를 가한 screw와 promontory 사이의 relative velocity를 통해, mastoid position에서의 BC 자극이 BAHA position의 BC 자극 보다 500 Hz 이상의 주파수에서 10 ~ 20 dB가량 더 잘 promontory로 전달됨을 확인하였다. 또한, AC와 BC 시뮬레이션을 통해 계산한 BM의 속도를 통해, psychoacoustical method에 의해 연구된 hearing threshold에 대해서도 연구하였다. 이전 연구는 minimum audible pressure (MAP)를 직접적으로 측정하기 힘들기 때문에, minimum audible field (MAF)를 계산을 통해 MAP로 변화시켰다. 하지만 변환 과정 중 여러 요인에 의해 편차가 발생하였기에, 본 연구는 RETFL에 의해 유발된 BM의 속도를 통해 hearing threshold를 유발하는 MAP를 계산하였다. 계산된 AC input은 2 ~ 3 kHz를 제외하고는 보고된 MAP보다 10 ~ 30 dB가량 높았다.

A three-dimensional finite-element (FE) model of a human head including the auditory periphery was developed to clarify bone-conducted (BC) hearing. The model used in this study was validated by comparing the responses of the head, middle ear (ME) and cochlea in both air conduction (AC) and BC hearing through experimental data. Through BC simulation stimulated at conventional bone-anchored hearing aid (BAHA) and mastoid position, cochlea responses such as basilar membrane (BM) velocity and intracochlear pressure was calculated. In the experiment, it is difficult to measure bone velocity and cochlea response simultaneously, therefore, the FE simulation is meaningful. Although many studies use FE models for understanding BC hearing, there are few models that can simultaneously calculate the bone velocity and BM velocity induced by BC stimulation like the FE model used in this study. Therefore, in this study, intracochlear pressure along the BM length and the promontory velocity were simultaneously calculated to investigate BC mechanism. When BC stimulation was sinusoidal displacement, the intracochlear pressure had the same result regardless of the vibration direction. However, in the case of sinusoidal force input, the intracochlear pressure differed depending on the stimulation position (e.g. BAHA or mastoid). Furthermore, through the relative velocity between the screw and the promontory induced by sinusoidal force input, it was confirmed that the BC stimulation at the mastoid position transmits sound energy about 10 ~ 20 dB more at frequency above 500 Hz compared to that of BAHA position. Also, the hearing threshold based on the psychoacoustics was studied through the FE simulation. According to the previous studies, the MAF was converted to the MAP, because it is difficult to measure MAP directly. However, deviations occurred due to the conversion process. Therefore, the AC input pressure on the TM was calculated based on the VBM according to the RETFL BC input. The calculated AC input magnitude was 10 ~ 30 dB more than that of the MAP.

#골전도 #3차원 유한요소 모델 #기저막 #청력 역치

국문초록…………………………………………………………………………………… i
목 차…………………………………………………………………………………… iii
표 목 차…………………………………………………………………………………… vi
그림목차…………………………………………………………………………………… v
제 1 장 서론
1.1연구배경 1
1.2 관련 연구동향 2
1.3 연구목적 4
제 2 장 방법
2.1유한요소 모델 5
2.2유한요소 모델의 물성치 8
2.3 Air conduction과 bone conduction 자극 12
2.4청력 역치에서의 AC와 BC input 13
제 3 장 결과 및 고찰
3.1 유한요소 모델 검증 15
3.1.1 Cochlear promontory accelerance 15
3.1.2 ME ossicle velocity 17
3.1.3 Intracochlear pressure and best frequency (BF) map 19
3.2 Intracochlear pressure along the BM length 22
3.3 VBM at hearing threshold 26
제 4 장 결론

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