一种人体耳蜗鼓阶模型制备方法与流程

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种人体耳蜗鼓阶模型制备方法。

背景技术：

耳蜗为人体听觉器官内耳骨迷路的一个组成部分，是传导并感受声波的结构。据世界卫生组织统计，截止到目前，全世界共有3.6亿人听力残疾，超过总人口数的5％，其中3200万为儿童。

随着科技高速发展，人工耳蜗技术发展迅速，已经从实验研究进入临床应用。人工耳蜗是目前运用最成功的生物医学工程装置，现在全球医学界已把人工耳蜗作为治疗重度聋至全聋的常规方法，如何精准的从耳蜗中分离出鼓阶并建立能准确反映其结构尺寸的物理模型尤为重要。

现有的人体耳蜗模型大多采用的是向颞骨标本中浇注金属铸造制成，虽然能够提供耳蜗的准确尺寸，但所得模型不能用于人工耳蜗植入实验，并且制作过程中标本结构被破坏，无法重复使用，成本较高；同时现有的人体耳蜗模型大多利用已知数学函数表达式直接生成耳蜗模型，体现的是整个耳蜗的螺旋结构，没有将耳蜗的鼓阶分离开来且不能准确反映耳蜗鼓阶尺寸，不能准确模拟电极植入环境；而且人工耳蜗电极植入实验主要采用人体颞骨标本进行植入训练及实验，成本较高且无法记录电极植入过程和电极位置，而且现有的人体耳蜗模型制备方法大多只能制备固定尺寸的模型，不能根据实验需求和实验条件对模型进行扩展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种的人体耳蜗鼓阶模型制备方法，能够准确反映耳蜗鼓阶的尺寸、准确模拟电极植入环境，同时可以进行扩展、重复利用，从而降低成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种人体耳蜗鼓阶模型制备方法，包括以下步骤：

s1、构建耳蜗三维模型；

s2、基于耳蜗三维模型获取耳蜗鼓阶模型的三维模型数据；

s3、构建耳蜗鼓阶三维虚拟模型图；

s4、基于三维虚拟模型图，制得耳蜗鼓阶模型。

进一步地，所述构建耳蜗三维模型具体包括：获取耳蜗ct图像并输出，然后将输出的耳蜗ct图像数据通过图像处理软件进行三维重建得到耳蜗三维重建模型。

进一步地，所述基于耳蜗三维模型获取耳蜗鼓阶模型的三维模型数据具体通过以下步骤实现：

s21、对耳蜗三维重建模型进行重新分割,获取不同角度的鼓阶横截面，然后通过图像处理获取鼓阶横截面中心点，最后将这组中心点通过三次b样条插值算法得到鼓阶通道中心线；

s22、参考耳蜗解剖学报告与论文，获取不同位置的耳蜗鼓阶尺寸参数，基于鼓阶宽度和高度信息，将不规则的鼓阶横截面近似为椭圆，鼓阶宽度和高度分别拟作椭圆的长轴和短轴；

s23、将鼓阶通道中心线信息与鼓阶横截面信息导入模型数据分析软件中，生成耳蜗鼓阶数据模型。

进一步地，所述构建耳蜗鼓阶三维虚拟模型图包括将人体耳蜗鼓阶模型三维模型数据导入三维机械设计软件中，由鼓阶横截面近似的椭圆沿鼓阶通道中心线边界切除得到耳蜗鼓阶三维虚拟模型图。

优选地，所述耳蜗鼓阶模型采用全透明材料通过3d打印制得。

进一步地，所述耳蜗鼓阶模型包括模型本体，所述模型本体内设置有螺旋向上的蜗状空腔管道，所述模型本体侧面开设有用于将人工耳蜗植入蜗状空腔管道的入口，所述模型本体的上端面竖直向下设置有与所述蜗状空腔管道顶部相连通的用于注入润滑液以模拟耳蜗鼓阶内部液体环境的圆柱孔，所述模型本体还设置有固定模块，所述固定模块开设有通孔。

由以上技术方案可知，本发明基于耳蜗ct图像通过三维建模、图像处理软件人工制备耳蜗鼓阶模型，不会破坏耳蜗结构，将耳蜗的鼓阶分离开来，可以准确反映耳蜗鼓阶尺寸并能够按照一定比例进行扩展，可以准确地模拟电极植入环境并实时观察电极位置并记录植入过程，模型制作成本较低，能够重复用于模拟电极植入相关实验。

附图说明

图1为本发明耳蜗鼓阶模型制备方法的步骤流程示意图；

图2为本发明耳蜗鼓阶模型制备方法的逻辑框图；

图3为本发明的整体结构示意图；

图中：1、模型本体；2、蜗状空腔管道；3、入口；4、圆柱孔；5、固定模块；6、通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式做详细的说明。

如图1所示的一种人体耳蜗鼓阶模型制备方法，包括以下步骤：

步骤一、构建耳蜗三维模型：获取耳蜗ct图像并输出，将输出的耳蜗ct图像数据通过医学图像处理软件mimicsresearch进行三维重建得到耳蜗三维重建模型，具体包括前庭阶、鼓阶、基底膜等耳蜗不同部位的重建。

步骤二、基于耳蜗三维模型获取耳蜗鼓阶模型的三维模型数据：首先通过图像处理软件mimicsresearch对耳蜗三维重建模型进行重新分割,获取不同角度的鼓阶横截面，然后通过图像处理获取鼓阶横截面中心点，然后将这组中心点经过坐标变换到同一空间坐标系内，最后将这组中心点通过三次b样条插值算法得到鼓阶通道中心线；然后参考耳蜗解剖学报告与论文，获取不同位置的耳蜗鼓阶尺寸参数，基于鼓阶宽度和高度信息，将不规则的鼓阶横截面近似为椭圆，鼓阶宽度和高度分别拟作椭圆的长轴和短轴；再将鼓阶通道中心线信息与鼓阶横截面信息导入matlab软件中，生成耳蜗鼓阶数据模型。

步骤三、构建耳蜗鼓阶三维虚拟模型图：将人体耳蜗鼓阶模型三维数据导入三维机械设计软件solidworks中，由鼓阶横截面近似的椭圆沿鼓阶通道中心线边界切除得到耳蜗鼓阶三维虚拟模型图。

步骤四、基于三维虚拟模型图，按一定比例进行3d打印，得到耳蜗鼓阶模型，可以适应多种型号的人工耳蜗电极和不同的植入实验要求。

本发明所述的耳蜗鼓阶模型采用全透明材料通过3d打印制成，本优选实施例选用光敏树脂材料，打印出的模型本体强度高、不易变形；由此打印出来的耳蜗鼓阶模型可以清晰地观察到鼓阶通道内部情况，可用于医生术前人工耳蜗电极植入训练，在进行人工耳蜗电极植入过程中，可以观察电极位置并记录植入过程，明确每一手术步骤，减少对耳蜗壁的损害，发现术中出现的各种问题并提出解决方案，以此更好的为手术准备，降低手术风险，尽可能保护患者残余听力；也可用于科研实验中与人工耳蜗植入机器人系统相结合，进行机器人植入人工耳蜗电极实验，测量植入过程中的机器人植入力、电极位置等信息。

现有技术下，人工耳蜗植入手术是一种治疗严重听力损失的手段。临床结果表明，将电极植入耳蜗内的两个主要腔之一的鼓阶中可能会获得更好的听力恢复。但是，据报道，最多约73％的人工耳蜗植入手术能够完全插入鼓阶。其余27％的手术中，电极要么完全插入前庭阶，要么最初插入鼓阶，然后穿过将鼓阶与前庭阶分开的薄膜(基底膜和前庭阶膜)，这样不仅会导致人工耳蜗植入手术失败，还会损害患者的残余听力。因此，耳蜗内前庭阶和鼓阶的分割可以帮助医生更好地选择植入点和植入角度，以最大化电极成功插入的可能性，这可以最大程度上恢复患者听力。然而，参考耳蜗解剖学文献可得，耳蜗蜗管平均长度37.1mm，其中，耳蜗基底周腔外壁周长17.36±0.87mm，中周腔外壁周长11.65±0.20mm，顶周腔外壁周长8.83±0.54mm；耳蜗基底周腔长径8.94±0.21mm，基底周腔管径2.34±0.18mm，蜗高3.90±0.21mm。由于耳蜗结构很小，将鼓阶从耳蜗中分割出来并对其进行重建十分困难。

由于人工耳蜗电极植入手术是一个非常具有挑战性的手术，医生需要大量的专业培训并具有丰富的临床经验。一般情况下，医生是采用尸体头颅标本来进行人工耳蜗电极植入实验，需要先从头颅标本中切割分离出颞骨，然后在颞骨上进行植入手术实验。然而这种电极植入手术实验存在两个弊端：一、从头颅标本上分离出颞骨的过程中可能会破坏耳蜗结构，导致无法进行实验；二、植入电极的过程中有很大可能会因为植入力过大而导致电极损坏或耳蜗结构遭到破坏，导致标本无法多次使用，实验成本增加。本优选实施例所述的蜗状空腔管道由尺寸各异的椭圆沿鼓阶通道中心线放样切除所得，是从耳蜗中分离出鼓阶并建立能准确反映其结构尺寸的精准物理模型，不会破坏耳蜗结构，模型制作成本较低，并且能够重复用于电极植入等相关实验。

本发明所述的耳蜗鼓阶模型包括模型本体，包括模型本体1，所述模型本体内设置有螺旋向上的蜗状空腔管道2，所述模型本体侧面开设有用于将人工耳蜗植入蜗状空腔管道的入口3，所述模型本体的上端面竖直向下设置有与所述蜗状空腔管道顶部相连通的用于注入润滑液以模拟耳蜗鼓阶内部液体环境的圆柱孔4，所述模型本体还设置有固定模块5，所述固定模块开设有通孔6，方便将耳蜗鼓阶模型固定，增加模型的稳定性，从而减少实验误差。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

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