oido

MECÁNICA DEL SISTEMA AUDITIVO

Principales temas

A partir de una primera colaboración para el diseño de una audioprótesis, se han ido realizando diversos estudios sobre el comportamiento mecánico del sistema auditivo materializándose en diversas líneas de trabajo:

- Estudios numérico-experimentales sobre problemas de transmisión acústica.

- Modelado numérico por Elementos Finitos del sistema auditivo humano.

- Diseño de una audioprótesis.

Esta línea de investigación ha estado financiada parcialmente con el proyecto de excelencia P10-TEP6604 de la Junta de Andalucía (Marzo 2013 a Septiembre 2015).

Estudios numérico-experimentales sobre problemas de transmisión acústica

Esta línea de trabajo se ha iniciado a partir de mi estancia en el Fowler Memorial Lab de la Universidad de Columbia (Nueva York). El objetivo es entender en funcionamiento del mecanismo de transmisión acústica por medio del estudio de problemas simples. Inicialmente se ha centrado en el estudio de diversos problemas de transmisión acústica en los que intervienen membranas. Se utiliza una metodología con un doble enfoque numérico y experimental al mismo tiempo.

El primer trabajo realizado se ha centrado en la transmisión del sonido a través de una membrana acoplada a un tubo. Experimentalmente se han medido las presiones a distancias muy cercanas a la membrana por medio de un microsensor de presión, así como la velocidad por medio de interferometría laser. El problema ha sido modelado con elementos finitos y ajustado con los resultados experimentales (Gonzalez-Herrera, 2013, 2015).

También en esta línea se integra un trabajo inicial en colaboración con el Eaton-Peabody Laboratory (Massachusetts Eye and Ear Infirmary, Universidad de Harvard y M.I.T, Boston), con el grupo de investigación del Profesor J. Rosowski en el que se han utilizado técnicas de holografía para el estudio de la transmisión de sonido a través de una membrana.

Modelado por Elementos Finitos del sistema auditivo humano

Se han desarrollado diversos modelos por elementos finitos que incluyen tanto el oído externo (canal auditivo), el oído medio (sistema tímpano-osicular) como modelos simplificados del oído interno (cóclea).

Los primeros trabajos se centraron en el sistema de trasmisión mecánico, desde el tímpano a la ventana oval (Caminos, 2008, 2009, 2012). Con ellos se evaluó principalmente la influencia sobre los resultados de diversas incertidumbres asociadas a la estimación de los parámetros de modelado. Principalmente la estimación de las propiedades mecánicas de los diversos materiales.

Se ha desarrollado un modelo reducido para el estudio paramétrico de diversos aspectos del comportamiento del oído (Bascuñana, 2012). Los principales elementos de la cadena osicular han sido modelados con un número limitado de elementos. Con ello se han podido realizar un gran número de cálculos variando los diversos parámetros.

Posteriormente se ha incluido el canal auditivo sobre el que se realizaron diversos trabajos para evaluar su influencia (Caminos, 2011).

Recientemente se ha completado el modelo, incorporándole la cavidad del oído medio, estudiándose el papel que juega en la transmisión del sonido, especialmente a altas frecuencias (Garcia-Gonzalez, 2012, 2013, 2016).

Diseño de una audioprótesis

Fue el primer trabajo realizado en esta linea de investigación en colaboración con el grupo de investigación Ototech del Profesor Rafael Urquiza. Consistió en el apoyo al diseño mecánico de una audioprótesis para ser implantada directamente en la cóclea.

Se han hecho trabajos de modelado por elementos finitos tanto sobre del dispositivo MEMS (Urquiza, 2009, Garcia-Gonzalez, 2009, Lopez-García, 2011) así como el estudio de su acoplamiento en la cóclea (Garcia-Gonzalez, 2012).

TRABAJOS RELACIONADOS

Tesis doctoral:

Análisis numérico de la influencia de la cavidad timpánica en el sistema auditivo humano (2013)

Autor: Antonio Luis García González. Director: Antonio González Herrera

Estudio de la influencia de parámetros en el modelado numérico del comportamiento del oído medio y externo humano (2011)

Autor: Luis Caminos Gámez. Director: Antonio González Herrera

Trabajo Fin de Grado:

Estudio del comportamiento mecano-acústico de una membrana sometida a presión sonora (2017),

Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales

Autor: Antonio Rivero Rubio. Director: Antonio González Herrera, Antonio M. Lima Rodríguez

Diseño de ensayo experimental para simular el acoplamiento timpánico osicular en el sistema humano (2015),

Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales

Autor: Jose Manuel Sánchez Quesada. Director: Antonio González Herrera,

Proyecto Final de Carrera:

Modelo numérico parametrizado del oído medio humano (2011), Ingeniería Industrial

Autor: Jose Bascuñana. Director: Antonio González Herrera

PUBLICACIONES

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• Caminos, L., Garcia-Manrique, J., Lima-Rodriguez, A., Gonzalez-Herrera, A., Analysis of the mechanical properties of the human tympanic membrane and its influence on the dynamic behaviour of the human hearing system, Applied Bionics and Biomechanics, Volume 2018, Article ID 1736957
• Lima-Rodriguez, A., Garcia-Manrique, J., Gonzalez-Herrera, A., Determinación de propiedades mecánicas en materiales laminares a partir de un ensayo vibroacustico, 13º Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica, Lisboa, Portugal, 2017
• Camacho, J., Garcia-Manrique, J., Gonzalez-Herrera, A., Numerical model to simulate the forward and reverse sound transmision mechanism in hearing. Proceeding of the 2nd Euro-Mediterranean Conference on Structural Dynamics and Vibroacoustics, MEDYNA, 92–95, 2017
  • Caminos, L., Gonzalez-Herrera, A., Tympanic membrane prestrain evaluation based on the dynamic response. Proceeding of the 2nd Euro-Mediterranean Conference on Structural Dynamics and Vibroacoustics, MEDYNA, 96–99, 2017
  • Garcia-Gonzalez, A., Castro-Egler, C., Gonzalez-Herrera, A., Analysis of the mechano-acoustic influence of the tympanic cavity in the auditory system. BioMedical Engineering OnLine 15:33, 2016
  • Caminos, L., Torres, M., Gonzalez, F., Rosales, W., Colmenares, J., Ramirez-Pastran, J., Gonzalez-Herrera, A, An approach of linear viscoelastic model to dynamic analysis of human tympanic membrane, Acta Científica Venezolana 67(3):47-61, 2016
• Gonzalez-Herrera, A., Olson, E.S., A study of sound transmission in an abstract middle ear using physical and finite element models. J. Acoust. Soc. Am. 138 (5), 2972–2985, 2015
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  • Gonzalez–Herrera, A., Murillo-Gonzalez, S., Olson, E.S. Numerical and experimental study of the acoustic resonance of a tube-membrane system. 22nd International Congress on Sound and Vibration (ICSV22), International Institute of Acoustics and Vibration (IIAV), Florence, Italy, 2015
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  • Gonzalez-Herrera, A., Wattamwar, K., Bergevin, C., Olson, E.S., Estudio numérico-experimental del acoplamiento mecano-acústico del canal acústico y la membrana. Actas XX Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica, Málaga, 2014
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  • Garcia-Gonzalez, A., Caminos, L., Gonzalez-Herrera, A., Estudio numérico de la distribución de presiones en el canal auditivo. Actas XIX Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica, Castellón, 2012
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  • Garcia-Gonzalez, A., Pascual-Cosp, J., Gonzalez-Herrera, A., Lopez-Garcia, J., Urquiza, R., Design of a middle ear audioprostheses: analysis of the mechanical behaviour. 16th International Congress on Sound and Vibration, Krakow, Poland, 2009
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  • Garcia-Gonzalez, A., Gonzalez-Herrera, A., Lopez-Garcia, J., Urquiza, R., Estudio de la respuesta dinámica de una audioprótesis coclear,40º congreso nacional de acústica. Revista de Acústica, V. 40, nº 3-4, 93, 2009
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  • López-García, J., Camas Peña, D., González-Herrera, A., Urquiza, R., Análisis del comportamiento mecánico óptimo de dos configuraciones de audioprótesis cocleares. Actas del XVII Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica. Gijón, 1015-1021, 2008

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