Finite-Elemente-Modellierung und Simulation des menschlichen Trommelfells

Zusammenfassung

Für die numerische Untersuchung des mechanischen Verhaltens des menschlichen Trommelfells sind neben der Kenntnis der Materialeigenschaften die Geometrieeigenschaften (Gestalt der Oberfläche, Dicke) maßgebend. Die Beschreibung der Geometrie des Trommelfells erfolgte in der Literatur [1, 12, 13, 15, 16] methodisch und inhaltlich unterschiedlich. Hier wurde mit einem Laserscanmikroskop einseitig die reale Geometrie der Oberfläche eines Trommelfellpräparates ausgemessen; 40 Punkte (85 Oberflächenparameter) beschreiben die Oberfläche des Präparates. Diese Oberflächenpunkte waren die Grundlage für die Erstellung eines finiten Schalenmodells des Trommelfells. Es wurde eine Ankopplung des Hammers und dessen Aufhängung über die Hammerbänder und den M. tensor tympani mit Balkenelementen modelliert. Weitere notwendige Material- und Geometriedaten wurden der Literatur [4, 8, 12, 13] entnommen. Das so ermittelte Modell diente der Simulation des statischen Verhaltens und des modalen Verhaltens. Für die Modellierung wurde die Software ANSYS 5.1 (Revision 5.1, Swanson Analysis Systems, Houston, PA) verwendet.

Summary

Besides a knowledge of material properties geometric properties are needed to investigate the mechanical behavior of the human eardrum. Although the geometry of the eardrum has been examined methodically, its composition has been described in the literature. The true surface geometry of a cadaver specimen of the human eardrum was examined under a laser-scanning microscope. Forty points (85 parameters) depicted the surface of this cadaver specimen and formed the basis for a finite shell model. Furthermore, the coupling with the malleus and its suspension was simulated. Additional geometric and material parameters were chosen from the available literature. Both static behavior and the influence of a parameter variation to modal behavior of the finite element model were tested. ANSYS 5.1 software was used for this study.