Numerical study of cochlear implants efficiency and the electromagnetic fields induced in human tissues

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2009 (EN)
Μελέτη της απόδοσης των κοχλιακών εμφυτευμάτων και των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων που επάγουν στους ανθρώπινους ιστούς
Numerical study of cochlear implants efficiency and the electromagnetic fields induced in human tissues

Χριστίδης, Σπύρος Ευαγγέλου

Στην παρούσα εργασία γίνεται υπολογιστική μελέτη των κοχλιακών εμφυτευμάτων και συγκεκριμένα των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων και των ρευμάτων που επάγουν στην περιοχή του ανθρώπινου κεφαλιού. Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφεται συνοπτικά ο τρόπος λειτουργίας του αυτιού, το πρόβλημα της βαρηκοΐας και οι συσκευές που την αντιμετωπίζουν. Γίνεται μια πρώτη περιγραφή του κοχλιακού εμφυτεύματος και των τριών μοντέλων προσομοίωσης που χρησιμοποιούμε. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην αναγκαιότητα και τους στόχους της εργασίας. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των εξισώσεων του ηλεκτρομαγνητισμού που λύνουν το πρόβλημα, τονίζοντας το φαινόμενο της διασποράς, που χαρακτηρίζει τις ηλεκτρικές ιδιότητες των ανθρώπινων ιστών. Στη συνέχεια περιγράφεται η Μέθοδος Πεπερασμένων Στοιχείων και το λογισμικό που την υλοποιεί και χρησιμοποιήθηκε. Στο 3ο κεφάλαιο περιγράφονται οι αριθμητικές προσομοιώσεις των τριών μοντέλων που επιλέξαμε. Το απλό μοντέλο εμφυτεύματος σε περιβάλλον αέρα, το θεωρητικό μοντέλο στην περιοχή του ανθρώπινου κεφαλιού και, τέλος, το πραγματικό μοντέλο, το οποίο και τοποθετείται στους ασθενείς. Υπολογίζουμε τα επαγωγικά ρεύματα και τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που δημιουργούνται, για διαφορετικές γεωμετρίες των παραπάνω μοντέλων. Στο 4ο κεφάλαιο συγκρίνουμε τις τιμές των υπολογισμών του θεωρητικού και ρεαλιστικού μοντέλου και τελικά, στο 5ο κεφάλαιο, με τη βοήθεια πειραματικών μετρήσεων κανονικοποιούμε τις παραπάνω τιμές και, χρησιμοποιώντας τους πίνακες των ορίων έκθεσης του ανθρώπινου σώματος στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, προχωράμε στην εξαγωγή των τελικών συμπερασμάτων.
In the present study the electromagnetic fields generated by cochlear implants are numerically studied. The first chapter contains a brief description of hearing function. The types of hearing impairment and the devices used to treat them are also mentioned. Next the cochlear implant and its operating modes are described together with the models investigated in the current work. Finally, the objectives of the thesis are given in detail. The second chapter presents the mathematical formulation of the problem, as well as the numerical method, i.e. the finite element method, employed to solve it. Special emphasis is given to dielectric properties dispersion of the tissues. The third chapter contains the results for the three different numerical models studies: a simplified model of two coils in air, a simplified model embedded in human tissues and a detailed realistic model simulating a true cochlear implant. The results are shown as field values in 2D charts, as well as frequency response of fields at several points in the model and are compared for the latter two models in chapter 4. In the last chapter the results are compared to the non-ionising radiation exposure guidelines, after they have been normalised to reflect the field values measured on cochlear implant users. Conclusions about the effects of the device geometry and the complex materials environment on the induced electromagnetic fields are given at the end of the thesis.

Postgraduate Thesis / Μεταπτυχιακή Εργασία

Cochlear implants
Cochlear implants efficiency
Απόδοση κοχλιακού εμφυτεύματος
Ανθρώπινος ιστός
Προσομοιώσεις κοχλιακού εμφυτεύματος
Κοχλιακό εμφύτευμα
Numerical study of cochlear implants
Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο
Electromagnetic fields
Human tissues

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Φυσικής

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)