程向东 姚文娟

(上海大学土木工程系，上海200072)

基于遗传算法反求耳结构弹性模量

程向东 姚文娟*

(上海大学土木工程系，上海200072)

本研究通过力学反问题原理，利用已知的位移求解耳结构弹性模量。随机产生遗传算法的初始种群，使用自编的Matlab算法程序，对初始种群进行遗传迭代计算，把已知的目标位移与种群位移的均方差作为目标函数，以目标函数值最小控制迭代进化的方向。通过耳结构的鼓膜凸和镫骨底板2个控制位移以及砧镫关节周围的8个控制位移这两个算例求解正常砧镫关节的弹性模量，并使用耳结构的鼓膜凸和镫骨底板2个控制位移求解病变砧镫关节的弹性模量。结果表明，使用基于遗传算法的反问题方法计算耳结构的弹性模量是可行的，并且具有稳定性和不受结构力学性能影响的特点，相对误差分别为0.05%和0.2%、0.03%，可为临床病变耳提供有效的力学参数。

耳结构;反问题;弹性模量;遗传算法

引言

随着科学的发展，学科之间的交叉研究已成为新的发展方向。把力学原理应用于探索生命科学是交叉学科研究的典范。20世纪末至21世纪初，耳生物力学研究开始起步，国内外很多学者应用力学原理对耳结构进行研究，其一是解析分析方法，如依据弹性力学原理推导基底膜振动方程［1］，依据变分原理推导耳膜的振动方程［2］，建立检验人工听骨力学性质的解析模型等［3］;其二是有限元数值模拟计算分析，如通过高分辨率计算机辅助断层或组织切片，建立了中耳及全耳的三维有限元模型［4－5］，研究砧骨假体头的尺寸对振动影响［6］，研究镫骨置换假体接头形状对听力传导影响［7］。……