This thesis presents in vivo experimental measurements of vibrations on the surgically exposed tympanic membrane (TM) in the gerbil and a finite-element model of the gerbil middle ear. The TM is composed of the pars tensa and pars flaccida and is connected to the middle-ear bones via the manubrium of the malleus. Measurements were done on the pars flaccida and at several points along the manubrium and on the pars tensa using a laser Doppler vibrometer. Measurements were first done with a closed middle-ear cavity. The manubrial points show an increasing displacement magnitude from the lateral process toward the umbo, with the apparent axis of rotation shifting at high frequencies. Above 5 kHz, phase differences between points along the manubrium may indicate flexing in the manubrium. The simple low-frequency vibration pattern of the pars tensa breaks up at between 1.8 and 2.8 kHz.

The effects of progressive opening of the middle-ear cavity were then explored. In all responses, opening the cavity causes an increase in the low-frequency magnitude and a shift of the main middleear resonance to lower frequencies, and introduces an antiresonance. However, opening the cavity has little or no effect on either the mode of vibration of the manubrium or the breakup frequency of the pars tensa. An identification method was developed for eliminating the effect of the antiresonance. It was validated and then applied to manubrial and pars-tensa responses.

The finite-element model developed in this study uses a set of baseline parameters based primarily on a priori estimates from the literature. Responses from the model were validated against our measurements and against measurements from other groups. The responses of the model are mostly within the range of variability seen in the experimental data. A sensitivity analysis ranked the parameters of the model based on their effects on the model results.

Cette thèse présente des mesures expérimentales in vivo des vibrations du tympan chirurgicalement exposé de la gerbille et un modèle aux éléments finis de l’oreille moyenne de la gerbille. Le tympan est composé du pars tensa et du pars flaccida et est relié aux osselets de l’oreille moyenne par le manubrium du malleus. Des mesures ont été effectuées sur le pars flaccida, et sur plusieurs points le long du manubrium et sur le pars tensa, utilisant un vibromètre laser Doppler. Les mesures ont été d’abord effectuées avec la cavité de l’oreille moyenne fermée. Les points sur le manubrium montrent une amplitude de déplacement augmentant du processus latéral à l’umbo, avec un axe apparent de rotation qui se déplaçait à des fréquences élevées. Au-dessus de 5 kHz, les différences de phase entre les points le long du manubrium indiquent possiblement la flexion du manubrium. Le type simple de vibration de basse fréquence du pars tensa commence à devenir plus complexe (‘breaks up’) entre 1.8 et 2.8 kHz.

Les effets de l’ouverture progressive de la cavité de l’oreille moyenne ont été ensuite explorés. Dans toutes les réponses, l’ouverture de la cavité provoque une augmentation de l’amplitude à basse fréquence et un décalage de la résonance principale de l’oreille moyenne aux fréquences plus basses, et aussi introduit une antirésonance. Toutefois, l’ouverture de la cavité a un effet minimal sur le mode de vibration du manubrium et sur la fréquence ‘break-up’ du pars tensa. Une méthode d’identification a été développée pour éliminer l’effet de l’antirésonance. Elle a été validée et ensuite a été appliquée aux mesures sur le manubrium et le pars tensa.

Le modèle aux éléments finis développé dans cette étude utilise un ensemble de paramètres de référence basés principalement sur des estimations a priori de la littérature. Les réponses du modèle ont été validées contre nos mesures expérimentales et celles d’autres groupes. Les réponses du modèle sont pour la plupart à l’intérieur de la gamme de variabilité observée dans les données expérimentales. Une analyse de sensibilité a classé les paramètres du modèle selon leurs effets sur les résultats du modèle.