Design, modelling and analysis of a novel implantable bone conduction hearing aid with a piezoelectric actuator
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ANIL KOYUNCU
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Hasan Nevzat Özgüven
Eş Danışman: Melin Şahin
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez çalışması, geleneksel kemik iletimli işitme cihazlarının (KİİC) dezavantajlarını ortadan kaldırmayı amaçlayan yeni bir kemik iletimli (Kİ) dönüştürücü tasarımı önermektedir. İlk adımda Kİ dönüştürücüsü olarak eşkenar dörtgen tipi mekanik yükselticiye sahip piezoelektrik eyleyici tasarımı tercih edilmiştir ve denemeler için ticari bir mekanik güçlendirilmiş piezoelektrik eyleyici (MGPE) seçilmiştir. Mekanik yükselticinin ve gömülü katmanlı piezoelektrik eyleyicisinin dinamikleri, doğrusal analitik yaklaşımlara göre ayrı ayrı formüle edilmiştir. Daha sonra, birleştirilen sistemin çıkış deplasmanları düşük harmonik gerilim girdileri altında yapılan doğrusal titreşim analizleriyle hesaplanmıştır. Kİ dönüştürücü olarak ucuna kütle bağlanmış yeni bir MGPE doğrusal analitik modele dayanarak tasarlamıştır ve tasarlanan yeni MGPE prototipi ürettirilmiştir. Yapılan sabit gerilim genlikli kademeli sinüs testlerinde, frekans yanıtında yüksek gerilim seviyelerinde gözlemlenen atlama durumu yumuşayan karakterde güçlü bir doğrusal olmama durumunu göstermiştir. Bu nedenle, MGPE'nin dinamik modelini doğru elde edebilmek için yakın zamanda geliştirilmiş bir doğrusal olmayan sistem tanımlama yöntemi olan cevap kontrollü kademeli sinüs testi (CKT) kullanılmıştır. Daha sonra, tanımlama yüzeyi yöntemi (TYY) kullanılarak tahmin edilen doğrusal olmama fonksiyonu teşhis edilmiştir ve MGPE ile ona bağlı uç kütlesinin yapısal olarak birleştirilmesi sonucunda doğrusal olmayan çok serbestlik dereceli (ÇSD) model elde edilmiştir. Doğrusal olmayan ÇSD KİİC modeli kullanılarak yapılan Kİ simülasyonlarının sonuçlarına göre KİİC prototipinin uç kütlesi değiştirilmiştir. Doğrusal olmayan ÇSD KİİC modelinin geçerliliğini göstermek ve önerilen Kİ dönüştürücü tasarımını geleneksel bir elektromanyetik dönüştürücü (Radioear B71) ile karşılaştırmak için KİİC prototipini Brüel&Kjær (B&K) tip 4930 yapay mastoide bağlayarak aktarılan kuvvet frekans cevabı ölçülmüştür. Son olarak, KİİC prototipi ve B71 kemik titreştiricisi ile normal işitmeye sahip katılımcılar ve işitme engelli hastalarda işitme eşiği testleri gerçekleştirilmiştir. KİİC prototipi ile B71 kemik titreştiricisi arasındaki eşik seviyesi spektrumu farkının yapay mastoid testlerinden elde edilen iletilen aktarılan kuvvet seviyesi spektrumu farkıyla tutarlı olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında, ilk kez bir minyatür katmanlı tip piezoelektrik eyleyicinin Kİ dönüştürücü olarak kullanılmasına dayalı yeni bir KİİC dönüştürücüsü önerilmiştir. Önerilen KİİC dönüştürücüsünün karmaşık dinamikleri, doğrusal modelleme ve doğrusal olmayan tanımlama kullanılarak modellenmiştir. Yakın zamanda geliştirilmiş doğrusal olmayan dinamik modelleme teknikleri sayesinde, MGPE'lerin doğrusal olmayan dinamikleri hakkındaki sınırlı bilgi birikimine değerli katkılar yapılmıştır. KİİC'nin doğrusal olmayan dinamiklerinin önerilen yöntem tarafından doğru şekilde yakalanabilmesi Kİ işitme implantlarının klinik öncesi performanslarının değerlendirmesinde istisnai bir yöntem olarak sunulabileceğini göstermiştir.