MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017359861
■00520260202105227
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798291566695
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32271855
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006444
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620
■1001  ▼aKitsopoulos,  Panagiota.
■24510▼aDesign  of  Sensors  and  Actuators  for  Totally  Implantable  Auditory  Prostheses
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a137  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Grosh,  Karl.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aHearing  loss  is  a  debilitating  condition  that  affects  over  5%  of  the  world's  population.  Hearing  aids  and  cochlear  implants  help  patients  treat  their  hearing  loss,  but  have  limitations  impacting  their  use  rates.  Totally  implantable  auditory  prostheses  would  expand  the  range  of  activities  a  prosthesis  user  could  engage  in  and  enable  24/7  use.  However,  the  lack  of  a  completely  implantable  microphone  that  is  robust,  lightweight,  and  low-noise  prevents  the  widespread  adoption  of  completely  implantable  auditory  prostheses.  Current  implantable  sensors  struggle  to  meet  or  exceed  the  performance  necessary  for  this  application.  Moreover,  three  active  middle  ear  implants  have  been  developed  to  address  some  of  the  barriers  associated  with  conventional  hearing  aids.  However,  all  devices  rely  on  transducers  mechanically  attached  to  a  middle  ear  structure  to  deliver  amplified  stimuli,  with  no  other  alternative  options.  In  this  work,  we  aim  to  provide  solutions  that  help  bridge  these  gaps.  First,  we  developed  a  discretized  and  exhaustive  design  optimization  approach  to  identify  multi-bandwidth  transducers  that  meet  the  20-phon  noise  floor  over  100  Hz  -  8  kHz,  and  can  replace  the  external  microphones  in  implantable  prostheses.  Our  design  procedure  is  based  on  an  experimentally  validated  analytical  model  that  simulates  the  response  of  miniature  piezoelectric  microelectromechanical  systems  (MEMS)  accelerometers.  A  four-bandwidth  accelerometer  with  constrained  proof  mass  thicknesses  is  selected  as  the  design  that  best  balances  area  minimization  with  ease  of  manufacturability.  The  estimated  MEMS  die  dimensions  are  825  μm  x  575  μm,  which  is  a  23%  MEMS  die  area  reduction  compared  to  the  previously  published  dual-bandwidth  sensor.    Second,  we  investigated  the  effect  of  the  piezoelectric  thickness,  loss  tangent,  and  piezoelectric  coefficient  on  the  sensor  area  of  three  canonical  sensor  designs:  a  sensor  under  uniform  pressure,  a  sensor  with  a  prescribed  displacement  at  the  free  end,  and  an  accelerometer  with  a  proof  mass.  All  three  sensor  designs  have  been  or  are  currently  used  in  research  for  totally  implantable  auditory  prostheses.  This  study  identified  the  direct  relationships  between  the  sensor  areas  and  the  piezoelectric  thickness.  These  relationships  can  be  used  to  predict  the  sensor  area  given  a  particular  piezoelectric  thickness,  noise  floor,  and  operational  bandwidth.  Specifically,  assuming  the  material  properties  vary  with  thickness,  the  sensor  area  for  a  sensor  under  uniform  pressure  remains  approximately  constant  regardless  of  the  thickness.  In  contrast,  the  sensor  areas  for  a  sensor  with  a  prescribed  displacement  and  for  an  accelerometer  decrease  with  an  increasing  thickness.  However,  these  results  depend  on  the  material  properties,  and,  for  the  accelerometer  design,  also  on  the  operational  bandwidth.    Lastly,  we  carried  out  a  new  analysis  where  we  investigated  the  feasibility  of  using  an  implanted  middle  ear  speaker  to  amplify  the  motion  of  the  stapes.  We  identified  that  an  implanted  middle  ear  speaker  with  a  negative  gain  and  small  time  delays  can  be  used  to  provide  amplification  at  the  stapes.  Specifically,  at  high  frequencies  (1  kHz),  with  a  gain  of  -1,  and  no  feedback  or  time  delays,  the  amplification  can  be  up  to  six  times  compared  to  the  motion  of  the  stapes  with  no  middle  ear  speaker.  Even  greater  amplification  can  be  achieved  with  more  negative  gains.  However,  accounting  for  a  time  delay  of  10  ms,  we  identified  that  for  gains  less  than  -4.5,  the  system  can  become  unstable.  In  addition,  high  time  delays  introduce  oscillations  in  the  displacement  of  the  stapes,  but  low  time  delays  can  significantly  reduce  this  effect.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aBiomedical  engineering
■650  4▼aBiomechanics
■650  4▼aMechanical  engineering
■653    ▼aAuditory  prostheses
■653    ▼aMiddle  ear  speaker
■653    ▼aAccelerometers
■653    ▼aDesign
■653    ▼aPiezoelectric  thickness
■690    ▼a0537
■690    ▼a0541
■690    ▼a0548
■690    ▼a0648
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359861▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books