Übertragungseigenschaften und Funktion des incudo-malleolaren Gelenks
Final Report Abstract
Im physiologischen Belastungsbereich des menschlichen Ohrs kommt es zu großen quasistatischen Bewegungen, z.B. verursacht durch Druckschwankungen in der Umgebung oder Einsetzen von Prothesen. Der IM-Komplex sorgt als mechanisches Filter dafür, dass diese Bewegungen vom Innenohr möglichst entkoppelt, die akustisch induzierten Schwingungen jedoch übertragen werden. Dies wird durch die komplexe Geometrie des IM-Gelenks ermöglicht, die bei großen Auslenkungen des Hammers dessen Bewegungsrichtung umlenkt. Um das veränderte akustische Übertragungsverhalten für einen solchen, vorgespannten Zustand simulativ zu beschreiben, ist es notwendig, den vorgespannten Zustand im Vorfeld zu berechnen. Im Rahmen dieses Projekts wurden Methoden zur messtechnischen und simulativen Beschreibung dieser Vorgänge erstellt und an künstlichen und humanen Felsenbeinen überprüft. Die Besonderheit der entwickelten Methoden ist die Kombination der aus dem Mikro-CT bestimmten Geometrie der Knöchelchen mit den ermittelten räumlichen Messdaten. Damit ist sowohl die Orientierung des Messobjekts als auch die räumliche Position der verwendeten Mess- und Anregungspunkte bekannt und die räumliche Bewegung der untersuchten Knöchelchen kann aus den gemessenen Bewegungen der Einzelpunkte rekonstruiert werden. Die Berücksichtigung der Oberflächengeometrie des Gelenks erlaubt die simulative Berechnung des Gleichgewichtszustands der Knöchelchen für unterschiedliche Belastungszustände. Dazu wird die Geometrie durch die Definition eines penalty-basierten Kontakts in das Simulationsmodell integriert. Daraus ergibt sich dann eine recht komplexe Kinematik des Gelenks die je nach statischer Vorlast recht unterschiedliche Charakteristiken in den drei Raumrichtungen aufweist. Es zeigte sich deutlich, dass der Hammer-Amboss-Komplex sowohl bei den statischen Belastungen als auch bei dynamischer Anregung im akustischen Hörbereich kein starrer Verbund ist. Mit Hilfe des aufgebauten Simulationsmodells lassen sich neben intakten menschlichen Ohren auch pathologische Zustände und Rekonstruktionen in der Simulation nachstellen.
Publications
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Ihrle, S.; Gerig, R.; Huber A.; Eiber, A.
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Gerig, R.
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Mechanical Properties of the Incudo-Malleolar Joint: Measurements of Quasi-Static and Dynamic Behavior, ARO 2014 MidWinter Meeting, February 25, 2014, San Diego, USA
Gerig, R.; Ihrle, S.; Eiber, A.; Röösli, C.; Sim, J.H.; Huber, A.
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Lauxmann, M.; Eiber, A.; Haag, F. & Ihrle, S.
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Experimental Investigation of the Three Dimensional Vibration of a Small Lightweight Object. Journal of Sound and Vibration, Volume 334, Pages 108-119, 2015
Ihrle, Sebastian; Eiber, Albrecht & Eberhard, Peter
