Akustisesti ja mekaanisesti toimiva 3D-tulostettu välikorvamalli proteesien kehittämiseen ja kirurgiseen harjoitteluun

Abstract

Perinteisesti korvakirurgian tieteellisessä tutkimuksessa ja opetuksessa käytetään kadaaveritemporaaliluita, mutta niiden saatavuus on rajallinen, anatomia muuttuu post mortem -ilmiöiden seurauksena ja kudoksen käsittelyyn liittyy infektioriskejä. Uudenlaisten personoitujen välikorvaproteesien kehittämiseen tarvitaan helppokäyttöisiä ja kestäviä keinotekoisia välikorvamalleja, joiden tulisi olla mahdollisimman realistisia rakenteeltaan/anatomisuudeltaan, toiminnallisuudeltaan ja akustisuudeltaan. Tämän tutkielman tavoitteena oli luoda akustisesti ja mekaanisesti toimiva, kolmiulotteisesti (3D) tulostettu välikorvamalli, jolla voi välttää kadaaveritemporaaliluiden haasteet ja samalla edistää uusien proteesien kehitystä.

Mallin suunnittelussa hyödynnettiin mikrotietokonetomografialla kuvannetun kadaaveritemporaaliluun rakenteita. Välikorvan kovat osat tulostettiin hartsimateriaalista käyttäen Digital Light Processing (DLP) -tulostustekniikkaa ja pehmeät osat, kuten tärykalvo, nivelet ja nivelsiteet, valmistettiin silikoneilla tai kuumaliimalla. Kolme välikorvamallin versiota erotettiin toisistaan nivelsiteiden silikonikovuuden perusteella. Mallien akustista ja mekaanista suorituskykyä mitattiin laser Doppler -vibrometrialla (LDV) sekä tympanometrialla, ja niiden soveltuvuutta korvakirurgian harjoitteluun arvioitiin kirurgisella simulaatiolla (n = 16 korvalääkäriä). Simulaatiossa asetettiin osittain kuuloluuketjun korvaava proteesi (partial ossicular replacement prosthesis, PORP) välikorvaan, minkä aikana mitattiin äänen johtavuutta LDV:llä ja samaan aikaan mittauksesta sai myös reaaliaikaisen äänipalautteen.

Tulokset osoittivat, että kaikkien mallien siirtofunktiot vastasivat tilastollisesti kadaaveritemporaaliluuta ja keskihajonta malliversioiden välillä oli alle 5 dB. Joustavimmalla versiolla (Shore A 12–14, Malli 1) oli pienin ero kadaaveritemporaaliluun arvoihin. Tympanometria tuotti myös Mallilla 1 useimmin normaalityyppisiä A-käyriä, mutta mittausten toistettavuus oli heikkoa. Kirurgisessa simulaatiossa suurin osa osallistuneista korvalääkäreistä pitivät välikorvamallin anatomista rakennetta realistisena, mutta jalustimen liikkeen realistisuus sai kritiikkiä. Välikorvamalli ja simulaatio nähtiin kuitenkin erittäin hyödyllisenä korvakirurgian harjoittelussa.

Tutkielmalla voidaan osoittaa, että 3D-tulostettu välikorvamalli pystyy jäljittelemään välikorvan anatomisia ja akustisia ominaisuuksia kliinisesti hyväksyttävällä tarkkuudella. Jatkokehitystä tarvitaan vielä tärykalvon ja nivelsiteiden materiaalien optimoinnille tympanometrian toistettavuuden parantamiseksi, minkä jälkeen välikorvamalli voidaan yhdistää personoitujen välikorvaproteesien suunnitteluun ja testaamiseen.