| Summary: | === Introduction: Otosclerosis is a hereditary disease that affects from about 0.5 to 1% of the population. It is bilateral in most of cases. A major symptom is hearing loss. Biomechanical studies that simulate otosclerosis are poorly described in the literature. Objective: Simulate otosclerosis using a one-dimensional mass-spring model and create one tridimensional geometric model of the ear. Methods: The one-dimensional mass-spring model consists of six masses (air volume of the external ear canal, eardrum, malleus, incus, stapes and cochlear fluid), plus springs and dashpots simulating the ligaments and muscles supporting. In this study, we simulated otosclerosis by an increase of 10 to 100 times of the stapedial annulus ligament stiffness and an increase by 5 times of the stapes mass. The three-dimensional model was contructed using a sample of three ear bones, malleus, incus and stapes, originated from the Institute of Biological Sciences, UFMG. The ear bones were taken to the laboratory and Ceramic Materials UFMG for conducting a test image using the X-ray SkyScan 1172. The images obtained from the three bones were imported into an image processing program, Simpleware ®, which digitally reconstructed three ear bones resulting in a three-dimensional geometric model for each of them. The geometric models of the bones were imported into Rapidform software XOR / Redesign which is capable of producing solid models with a smaller amount of data. The tympanic membrane and the ligaments were inserted along with geometric models of the bones, using SolidWorks 19.4, computer aided design software, according to the anatomical parameters found in the literature. Results: In the one-dimensional model stapes displacement were reduced at lower frequencies with increasing stiffness of the stapedial annulus ligament and reducing the displacement of the stapes in high frequencies with increased its mass. The increase of stapedial annulus ligament stiffness may be related to the initial stage of the disease, from the viewpoint audiometric, while increased bone tissue volume suggests a progression of the disease. In the three-dimensional model was possible to obtain a geometry compatible with the anatomy of the middle ear. Conclusion: The results of the one-dimensional model met the audiological findings that suggest the disease and the need for early diagnosis of the annular ligament of the stapes in order to detect as soon as the hearing loss caused by your changes. The tridimensional geometric model of the ear can be used to simulate dynamic behavior using finite-element method to understand the normal hearing, pathology and tratament. === Introdução: A otosclerose é uma doença hereditária, que atinge cerca de 0,5 a 1% da população, sendo bilateral na maioria dos casos. Um dos principais sintomas é a perda da audição, importante no processo de comunicação que constitui uma necessidade básica do ser humano. Estudos biomecânicos que simulam a otosclerose são pouco descritos na literatura científica. Objetivo: Simular a otosclerose usando um modelo massa-mola unidimensional e desenvolver um modelo geométrico tridimensional do ouvido. Metodologia: O modelo unidimensional massa-mola é formado por seis massas (volume de ar do conduto auditivo externo, tímpano, martelo, bigorna, estribo e fluidos cocleares), além de molas e amortecedos que simulam os ligamentos e músculos de sustentação. Simulou-se a otosclerose no modelo proposto a partir das características que a doença apresenta e com isso aumentou-se da rigidez de 10 e 100 vezes no ligamento anular do estribo e aumento da massa do estribo em 5 vezes. Para a construção do modelo tridimensional utilizou-se uma amostra de três ossos do ouvido, martelo, bigorna e estribo oriundo do Instituto de Ciências Biológicas da UFMG. Os ossos foram levados para o laboratório de Materiais e Cerâmicos da UFMG para realização de uma exame de imagem com a utilização do microtomógrafo de raios X SkyScan 1172. As imagens dos três ossos obtidas foram importadas para um programa de processamento de imagens Simpleware®, que reconstruiu digitalmente os três ossos do ouvido resultando em um modelo geométrico tridimensional para cada um deles. Os modelos geométricos dos ossos foram importados para o programa Rapidform XOR/Redesign que é capaz de gerar modelos sólidos, com uma menor quantidade de dados. A membrana timpânica e os ligamentos foram inseridos juntamente com os modelos geométricos dos ossos, no programa SolidWorks 19.4, software de desenho assistido por computador de acordo com os parâmetros anatômicos encontrados na literatura. Resultados: No modelo unidimensional houve uma diminuição do deslocamento do estribo nas freqüências graves com o aumento da rigidez do ligamento anular do estribo e uma redução do deslocamento do estribo nas freqüências agudas com aumento da sua massa. O aumento da rigidez do ligamento anular do estribo pode estar relacionado ao estágio inicial da doença, do ponto de vista audiométrico, enquanto que o aumento de tecido ósseo sugere um avanço da doença. No modelo tridimensional foi possível obter uma geometria compatível com a anatomia do ouvido médio e semelhante aos modelos já validados na literatura. Conclusão: Os resultados do modelo unidimensional vão ao encontro dos achados audiológicos da doença e sugerem a necessidade de obter um diagnóstico precoce do ligamento anular do estribo, a fim de detectar o quanto antes as perdas auditivas ocasionadas por suas alterações. O modelo geométrico tridimensional do ouvido poderá ser útil para posterior simulação do seu comportamento dinâmico usando o método dos elementos finitos em programas de engenharia assistida a fim de melhor compreender a audição normal e com otosclerose, simular patologias e possíveis formas de tratamento.
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