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聴覚器シミュレーション

有限要素法によるヒト聴覚器官のモデル化と臨床応用

聴覚器官のモデル

中耳

中耳は、外界の音波を体内に取り込む役割を果たしていますが、その伝音メカニズムは十分に解明されていません。

そこで、有限要素法により、鼓膜、耳小骨とそれらを支える靭帯・筋腱および蝸牛抗力を考慮した、実際に近い中耳のモデルを作成し、鼓膜や耳小骨の振動様式を解析することにより、その伝音効率を調べています。また、疾病による聴力低下のメカニズムや、その効果的治療法についても解析を行っています。

中耳モデル

上の画像は中耳のモデルです。クリックすると正常な中耳の振動シミュレーション結果が見られます。振幅は見やすいように強調して示してあります。

内耳

空気中を伝わる音の圧力振動は、耳の中で電気信号に変換され認識されます。この振動を電気信号に変換する器官を蝸牛といいます。蝸牛内には基底板と呼ばれる薄膜があり、基底板の上には有毛細胞と呼ばれる感覚細胞があります。音の振動が鼓膜、耳小骨を伝わり蝸牛に届くと、基底板が振動し、有毛細胞が刺激され、電気信号を作り出します。よって、基底板の振動は聴力と密接な関連があります。 これまで蝸牛の機能解明のために、基底板の直接観察などが試みられてきましたが、基底板は側頭骨と呼ばれる硬い骨で覆われた観測しがたい位置にあるため、計測が困難です。

そのため本研究では、有限要素法によってヒト蝸牛モデルを作成し、有毛細胞の特性を考慮しつつ、基底板の振動を解析することで、蝸牛の診断・治療に役立つ総合的な計算環境を構築しています。

内耳モデル

上の画像は蝸牛のモデルです。クリックすると正常な蝸牛の基底板振動のシミュレーション結果が見られます。振幅は見やすいように強調して示してあります。

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害虫が忌避する木伝播振動を用いた環境調和型防除技術の開発

各地で深刻な問題となっているマツ枯れの原因の一つに、マツノザイセンチュウが挙げられます。この線虫は、マツノマダラカミキリに寄生しており、マツノマダラカミキリを媒介としてマツに取りつき、木を枯らしていきます。いままでのマツ枯れ病対策は、化学農薬を散布してマツノマダラカミキリの駆除をしていました。しかし、近年では環境に配慮した害虫防除が求められており、マツ枯れ防止についても、農薬使用量を減らし、環境保全型の防除へ転換することが必要とされています。

マツノマダラカミキリは特定の周波数を避ける行動を取ることが知られています。そのため、本研究ではマツの振動特性を調べ、マツノマダラカミキリが忌避する振動を効率よく発生させる方法について調べています。

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