QOL向上のための鼓膜再建用軟骨板の形状最適設計

鼓膜重建软骨板的优化形状设计以提高生活质量

• 批准号: 21K03820
• 负责人: 呉 志強
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Shiga Prefecture
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03820/
• 关键词: 鼓膜再建; 固有振動数; 聴覚特特性; 形状最適化; 周波数応答解析; 広帯域周波数加振; 鼓膜穿孔; 聴覚特性; 数値解析; 振動; 耳小骨; 中耳の病変

昨年度の続き、形状最適化の手法を開発し、鼓膜の形状設計への適用を試みた。まずは、広い周波数帯域において、人間本来の聴覚特性に近い動的特性を有する鼓膜の形状設計問題を、広帯域振幅規定問題における形状最適設計問題として定式化し、形状最適化の手法を開発した。この最適化の手法には、ダンパー（内耳の蝸牛の動的特性を表現するためのもの）を考慮した。広い周波数帯域では、周波数のサンプリング数が多いため、応答および形状勾配関数を計算するには膨大な計算量が必要とするが、モード解析の結果を利用する方法を提案した。ダンパー要素を有する場合、運動方程式の非連成化ができないため、実数モード解析の結果を直接利用することが困難であったが、提案した手法では、付加の少自由度の複素連立方程式を広い周波数帯域において解くことでこの問題を解決した。この手法は今後、ダンパーを有する機械構造や、建築構造の最適設計にも有効であると考えている。そして、開発した形状最適設計の手法を簡単な機械構造の形状最適化問題に応用し、広い周波数帯域での振幅を規定の周波数応答曲線になるように、最適な形状を求めることができた。その後、この手法を昨年度に開発した中耳振動モデルに応用した。ターゲットとする周波数帯域において、聴覚特性を示すアブミ骨底板の垂直方向の変位曲線が本来の変位曲線との最小二乗差を目的関数として、鼓膜をほぼ全部軟骨板で置き換える場合の軟骨板の形状最適化を行った。結果として、形状最適化後のモデルでは、初期形状のモデルに比べ、周波数応答関数が広い周波数帯域において、健常時の曲線にある程度近づいていることが確認できた。また、改善が不十分の周波数帯域も存在するため、個別モードの調整を施し、ある程度効果があることを確認した。

Last year, <s:1> 続 続, shape optimization techniques を, development of the drum, and shape design of the tympanic membrane へ へ applicable を try みた. ま ず は, hiroo い cycle for 帯 domain に お い て, originally の human hearing characteristics に nearly い dynamic characteristic を す る eardrum の shape design problem を, hiroo 帯 domain amplitude regulation problem に お け る shape optimal design problems と し て demean し, shape optimization の gimmick を 発 し た. <s:1> the optimization techniques for <s:1> に に, ダ ダ パ パ パ (the characteristics of the snail's movement in the inner ear を manifestation するため <s:1> <s:1> <s:1>) を consider た. Hiroo い cycle for 帯 domain で は, cycle for の サ ン プ リ ン グ が much い た め, 応 answer お よ び shape hook for computing masato several を す る に は swelled な computation necessary と が す る が, モ ー ド parsing の results を す る method proposed を し た. を ダ ン パ ー elements have す る occasions, motion equation is の than even the chenghua が で き な い た め, be モ ー ド analytical results の を direct use す る こ と が difficult で あ っ た が, proposal し た gimmick で は, plus の less degrees of freedom の even complex element equations を hiroo い cycle for 帯 domain に お い て solution く こ と で こ の を solve し た. こ の gimmick は future, ダ ン パ ー を have す る の や mechanical structure, building structure optimum design に も have sharper で あ る と exam え て い る. そ し て, open 発 し た の shape optimal design gimmick を Jane 単 な の mechanical structure shape optimization problem に 応 し, hiroo い cycle for 帯 domain で を の amplitude regulation の cycle for 応 a curve に な る よ う に, the optimum shape な を め る こ と が で き た. After そ そ, the <s:1> technique を was developed by に in the previous year. Youdaoplaceholder3 middle ear vibration モデ and に応 were used. Youdaoplaceholder6 タ ー ゲ ッ ト と す る cycle for 帯 domain に お い て, hearing characteristics を す ア ブ ミ bone plate の vertical の が の originally - a curve - a curve と の least squares difference を purpose masato number と し て, tympanic membrane を ほ ぼ all cartilage plate で buy き in え る occasions の cartilage plate の line shape optimization を っ た. Results と し て, shape optimization after の モ デ ル で は, initial shape の モ デ ル に than べ, cycle count 応 answer masato が hiroo い cycle for 帯 domain に お い て, nutrilite geomagnetic の curve に あ る degree nearly づ い て い る こ と が confirm で き た. ま た, improve が not quite の cycle for 帯 domain も す る た め, individual モ ー ド の adjustment を し, あ る degree unseen fruit が あ る こ と を confirm し た.

项目成果

ダンパ要素を有する場合のひずみエネルギー最小化問題における形状最適化

阻尼元件应变能最小化问题的形状优化

• 发表时间: 2022
• 作者: 重吉智仁;呉 志強
• 通讯作者: 呉 志強

鼓膜形成手術用軟骨の厚み設計による聴覚特性の改善(固有振動数設計によるアプローチ)

通过设计鼓室成形术的软骨厚度来改善听力特性（使用自然频率设计的方法）

• 发表时间: 2022
• 作者: 神谷一貴;岡本克洋;呉 志強
• 通讯作者: 呉 志強

粘性ダンパーを有する構造の広帯域振幅規定問題における形状最適設計(鼓膜の再建に向けて)

粘性阻尼器结构宽带振幅调节问题的优化形状设计（用于鼓膜重建）

• 发表时间: 2022
• 作者: 呉 志強;岡本克洋;重吉智仁
• 通讯作者: 重吉智仁

粘性減衰境界を有する周波数応答問題の形状最適化

具有粘性阻尼边界的频率响应问题的形状优化

• 发表时间: 2022
• 作者: 重吉智仁;呉 志強
• 通讯作者: 呉 志強