新型压电传感器提取听骨链声信号及后期处理

摘要

目的:采用真空封装，增加钛夹等方法，研制新型压电传感器，通过新型压电传感器与新鲜颞骨标本和活体猫耳内的听骨链耦合，拾取体外声信号，并对声信号进行后期处理的实验研究，系统验证听骨链振动拾音策略的可行性，为全植入人工耳蜗体内拾音提供解决方案。
　　方法:(1)通过增加钛夹、引线管绝缘子及激光封装，制作出新型压电传感器，并将其固定于扬声器防风罩上进行体外模拟实验。(2)建立新型压电传感器耦合于人耳听骨链时的三维重建模型，利用有限元分析模拟听骨链在耦合新型压电传感器前后频响位移变化以及新型压电传感器在人听骨链上的频响位移情况。(3)将新型压电传感器植入新鲜颞骨标本的听骨链砧骨长突和鼓室腔，共实验7耳（6副尸头），分别记录不同频率下的频响反应。(4)新型压电传感器植入新鲜颞骨，测试系统给与Burst信号，NI仪器同步记录新型压电传感器的输入信号及输出信号，从而分析传感器系统的相对延迟时间。(5)将新型压电传感器植入活体猫耳听骨链的锤骨颈和听泡内，共实验5耳（4只猫），分别记录不同频率下的频响反应。(6)对新型压电传感器拾取信号的畸变和失真进行处理，通过计算信号的总谐波失真和信噪比，比较处理前后信号的质量。
　　结果:(1)体外模拟实验发现质量为67 mg的新型压电传感器能灵敏地拾取全频段可听见声声学信号，具有较平坦的频响曲线，可用于体内植入实验。(2)有限元分析发现将新型压电传感器耦合于砧骨长突，对镫骨底板的频响位移影响不大，1000Hz以下略有增大，1000Hz以上略有减小。固定于砧骨长突的新型压电传感器能够产生相应的位移反应但是略低于镫骨底板的运动。(3)新鲜颞骨标本植入实验发现，新型压电传感器耦合于砧骨长突后能拾取体外声学信号，且低频干扰小，共振现象弱，与悬空于鼓室腔对照（-92.94 dB rms ref1V at1000Hz），其与听骨砧骨长突耦合后有较好的频谱响应（-56.58 dB rms ref1V at1000Hz），100Hz-10000Hz频响曲线较平坦。(4)比较输入与输出信号通道的相位差，发现新型压电传感器的相对延迟时间为14.75 ms。(5)活体猫耳植入实验发现，新型压电传感器耦合于锤骨颈后能拾取体外声学信号，与放置于听泡内对照（-87.43 dB rms ref1V at1000Hz），其与锤骨颈耦合后有较好的频谱响应（-46.92 dB rms ref1V at1000Hz），100Hz-10000Hz频响曲线较平坦。(6)处理后信号与原始信号相比信噪比明显升高，总体谐波失真明显减小。
　　结论:(1)研制出应用钛夹的固定方式，具有较好的密封性和生物相容性的新型压电传感器。(2)通过系统实验初步论证了新型压电传感器拾取听骨链振动声学信号的可行性。(3)新型压电传感器拾取的信号经过处理后能够进一步提高信号质量。(4)新型压电传感器与耳蜗内电极结合，以及其长期植入效果和并发症等仍需进一步深入研究。

目录

主要中英文缩写词对照

主要仪器与设备

摘要

前言(Introduction)

第一部分 新型压电传感器制作与体外实验

一、目的

二、实验材料

三、实验方法

四、实验结果

五、讨论

六、结论

第二部分 三维重建模型及有限元分析

一、目的

二、实验软件

三、实验方法

四、实验结果

五、讨论

六、结论

第三部分 颞骨植入实验

一、目的

二、实验材料

三、实验方法

四、实验结果

五、讨论

六、结论

第四部分 新型压电传感器延迟时间的研究

一、目的

二、实验材料

三、实验方法

四、实验结果

五、讨论

六、结论

第五部分 活体猫听骨链振动声学信号拾取实验

一、目的

二、实验材料

三、实验方法

四、实验结果

五、讨论

六、结论

第六部分 新型压电传感器拾取信号的后期处理实验

一、目的

二、实验材料

三、实验方法

四、实验结果

五、讨论

六、结论

全文总结

参考文献

综述 全植入式人工耳蜗研究进展

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