■耳科手术的计算机辅助设计

■耳科手术的计算机辅助设计

镫骨开窗术是治疗耳硬化症的一种有效手段，而成功实施手术的关键之一是对镫骨底板与椭圆囊、球囊之间的三维毗邻关系的理解，避免损伤底板内侧的椭圆囊和球囊。基于组织切片通过三维重建方法可分析前庭器官的三维形态并进行测量。张天宇等（2007年）在颞骨三维重建的基础上，定量绘制椭圆囊、球囊等前庭器官的“地形图”，可以对镫骨底板和椭圆囊、球囊之间三维空间关系提供更丰富、更精确的信息（图2-88，89）。

从前庭器重建图像及其地形图观察，球囊并非球形，而更接近于三角形，底板前端“深面”有三角形球囊的高点，其对边位于底板中段的“深面”，位置较低，因此球囊的三角形面是微隆的斜面。椭圆囊呈长椭圆体形或近似“哑铃形”，椭圆囊的中部位于底板后上部的“深面”，椭圆囊前上部位置较高，而后下部位置较低。在椭圆囊与球囊之间存在一“V”形裂隙，称为前庭谷。其夹角变异较大，为17.0°～68.0°；“V”形前庭谷端点指 向前上方，接近于底板中心点深面，而底板后下部的深面较开阔。根据测量结果，在底板短轴上，底板上缘最接近于椭圆囊，其最短距离为0.6 mm，底板中点与前庭终器的垂直距离为（2.20±0.55）mm，最大3.0 mm，最小1.6 mm。短轴上中点以下各点与前庭器结构垂直距离较大，靠近底板下缘的深面可能是球囊或裂隙，其垂直距离有所减小；从镫骨底板长轴上各点与深面椭圆囊、球囊垂直距离的测量结果看，可见镫骨前端最接近于球囊，其最短距离为1.2 mm。长轴上中点以后数点与前庭器结构或裂隙底部的垂直距离较大，靠近底板后端的“深面”都是椭圆囊，其垂直距离逐渐减小。

为了进一步优化设计人工镫骨底板开窗位置、小柱插入前庭的深度与方向，将底板鼓室面以中心点为准向前后上下各方向每隔0.1 mm划分网格线，将每点与椭圆囊或球囊最短的垂直距离分别大 于1.8 mm、1.6 mm、1.4 mm、1.2 mm、1.0 mm的区域描绘成图（图2-90），可见底板的后下1/4象限区域底板与椭圆囊或球囊的距离最大，此区域正对应于前庭谷的开口区域。据此，提出镫骨手术方式的改进措施，即在镫骨底板中心点向下0.4 mm和向后0.4 mm的0.4 mm × 0.4 mm区域插入小柱是最安全的，插入深度可达到1.0 mm；同时，将小柱向后下方倾斜8°～10°，使得小柱的末端指向“V”形前庭谷的开口端（图2-91），这样小柱更远离椭圆囊或球囊，既能减少人工镫骨脱出和移位发生的可能性，降低手术难度和失败率，又能有效避免小柱触及椭圆囊和球囊造成的眩晕（Zhang，2007年）。

先天性外中耳畸形患者常表现为耳郭畸形、外耳道狭窄或闭锁、鼓室腔狭小、听小骨畸形或固定等。目前临床上对其进行耳郭与耳道一体化再造已成为趋势，但是三维耳郭软骨支架的制作、新建耳道的定位及耳郭、耳道外口位置的协调等问题依然是耳鼻喉科和整形外科医师面对的难题（傅窈窈，2010年）。在对外耳道狭窄或闭锁进行外耳道重建时，需要考虑是否有足够的空间重建直径约1.2 cm的外耳道，同时还要保证重建的耳道在合适的位置，且不损害面神经、脑板、下颌窝、颈静脉球等重要结构。为此，傅窈窈等（Fu，2013年）基于患者CT影像数据提取这些重要结构关键点的三维坐标，在Matlab支持下编制Ear Canal Driller计算软件，首先确定预设的圆柱形外耳道中轴线内、外侧端点坐标的变动范围。定位锤砧复合体外表面的前、后、上、下4个点的坐标，再造外耳道的内口应覆盖这4个点围成的区域；在颖骨外表面定位3条线：乳突中位线（以乳突尖向上做垂线）、颖线（以颧弓根上缘点做斜向后上的颧弓延长线并与乳突中位线相交）和下颌窝后线（下颌窝后缘上、下2个点连线），再造外耳道外口应在此3条线围成的三角形区域内。然后，在圆柱形外耳道中轴线内、外侧端点每一次坐标变动后，计算圆柱形外耳道与周围结构的位置关系并做出判断。主要计算的参数有：①外耳道中轴线与脑板关键点的最近距离；②中轴线外端点与下颌窝后壁之间的距离；③面神经垂直段前缘线及其端点与外耳道中轴线之间的距离；④外耳道中轴线外侧端点与乙状窦前缘线的距离；⑤中轴线与颈静脉球的距离等。当以上计算结果均大于5.5 mm时，表明有足够空间重建外耳道，软件可出具报告并绘出简易三维图像，列出数种可选方案和相应计算结果，还可将计算结果导入到Mimics环境下的三维影像中，直观地显示出新建耳道的方位及其与周围结构的关系。Ear Canal Driller计算软件实现了外耳道再造可行性的计算机自动判断和新建外耳道的精确定位，为临床医师的手术提供参考（图2-92）。

耳科和颅底外科医师手术技能的继续培训成本大、周期长，用于手术训练的人体标本来源十分有限。虚拟颖骨手术仿真训练系统的研发为手术培训和手术辅助设计提供了一种新途径（ Linke，2013年；Arora，2014年）。有 的虚拟颖骨手术模拟器使用力反馈器等装置，用户在进行虚拟乳突切除等耳科手术训练时能够真实地体验到磨除乳突骨质或用刮匙刮除骨质过程中的力反馈感觉，并可根据这种力反馈感觉和磨除骨质的效果自由调节用力的大小和方向（图2-93 ）（张天宇，2006年）。这些虚拟颞骨手术模拟器生成的虚拟环境逼真，显示的颖骨三维结构精确，能有效地使医师掌握颖骨和颅底的三维解剖结构，提高手术训练效果。