Akustisesti ja mekaanisesti toimiva 3D-tulostettu välikorvamalli proteesien kehittämiseen ja kirurgiseen harjoitteluun Lääketieteellinen tekniikka ja terveysteknologia Tietotekniikan laitos Diplomityö Laatija: Sini Lähde 28.8.2025 Turku Turun yliopiston laatujärjestelmän mukaisesti tämän julkaisun alkuperäisyys on tarkastettu Turnitin OriginalityCheck -järjestelmällä. Diplomityö Tutkinto-ohjelma, oppiaine: Lääketieteellinen tekniikka ja terveysteknologia Tekijä(t): Sini Lähde Otsikko: Akustisesti ja mekaanisesti toimiva 3D-tulostettu välikorvamalli proteesien kehittämi- seen ja kirurgiseen harjoitteluun Ohjaaja(t): Tekniikan tohtori Tuukka Panula ja Dosentti Saku Sinkkonen Sivumäärä: 51 sivua Päivämäärä: 24.8.2025 Perinteisesti korvakirurgian tieteellisessä tutkimuksessa ja opetuksessa käytetään kadaaveritem- poraaliluita, mutta niiden saatavuus on rajallinen, anatomia muuttuu post mortem -ilmiöiden seu- rauksena ja kudoksen käsittelyyn liittyy infektioriskejä. Uudenlaisten personoitujen välikorvapro- teesien kehittämiseen tarvitaan helppokäyttöisiä ja kestäviä keinotekoisia välikorvamalleja, joi- den 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 haas- teet ja samalla edistää uusien proteesien kehitystä. Mallin suunnittelussa hyödynnettiin mikrotietokonetomografialla kuvannetun kadaaveritempo- raaliluun rakenteita. Välikorvan kovat osat tulostettiin hartsimateriaalista käyttäen Digital Light Processing (DLP) -tulostustekniikkaa ja pehmeät osat, kuten tärykalvo, nivelet ja nivelsiteet, val- mistettiin silikoneilla tai kuumaliimalla. Kolme välikorvamallin versiota erotettiin toisistaan ni- velsiteiden silikonikovuuden perusteella. Mallien akustista ja mekaanista suorituskykyä mitattiin laser Doppler -vibrometrialla (LDV) sekä tympanometrialla, ja niiden soveltuvuutta korvakirur- gian harjoitteluun arvioitiin kirurgisella simulaatiolla (n = 16 korvalääkäriä). Simulaatiossa ase- tettiin 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 kadaaveritempo- raaliluuta 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. Ki- rurgisessa simulaatiossa suurin osa osallistuneista korvalääkäreistä pitivät välikorvamallin anato- mista 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 tar- vitaan vielä tärykalvon ja nivelsiteiden materiaalien optimoinnille tympanometrian toistettavuu- den parantamiseksi, minkä jälkeen välikorvamalli voidaan yhdistää personoitujen välikorvapro- teesien suunnitteluun ja testaamiseen. Avainsanat: välikorva, akustiikka, mikromekaniikka, 3D, laser Doppler -vibrometria, tympanometria, välikorvaproteesit 1 Johdanto 5 1.1 Taustoitus 5 1.2 Tavoitteet 6 1.3 Rajaus ja tutkimuskysymykset 7 2 Teoreettinen tausta 9 2.1 Välikorvan anatomia ja biomekaniikka 9 2.1.1 Korvan rakenne 9 2.1.2 Välikorvan anatomia 9 2.1.3 Välikorvan toiminta impedanssimuuntimena 11 2.1.4 Taajuusriippuvainen mekaniikka 12 2.2 Mittausmenetelmät välikorvan toiminnan tutkimuksessa 14 2.2.1 Laser Doppler -vibrometria välikorvan siirtofunktion mittauksessa 14 2.2.2 Tympanometria 16 2.3 Korvakirurgian harjoittelumallit 17 2.4 Vertaistutkimukset 19 3 Materiaalit ja menetelmät 21 3.1 3D-mallintaminen 21 3.1.1 Tärykalvo 22 3.1.2 Korvakäytävä 23 3.1.3 Kuuloluut ja soikea ikkuna 24 3.2 3D-tulostaminen 26 3.3 Kokoonpano 27 3.4 Mittaukset 29 3.4.1 Välikorvan siirtofunktion mittausmenetelmä 29 3.4.2 Tympanometria 31 3.4.3 Tilastollinen analyysi 32 3.5 Kirurginen simulaatio 33 3.5.1 Tavoite ja osallistujat 33 3.5.2 Välikorvamalli ja simulaatioympäristö 34 3.5.3 Mittaus ja reaaliaikainen audiopalaute 35 Sisällysluettelo 3.5.4 Simulaatioprotokolla 35 4 Tulokset 36 4.1 3D-tulostetun välikorvamallin rakenne 36 4.2 Välikorvan siirtofunktio 38 4.3 Tympanometria 41 4.4 Kirurginen simulaatio 43 5 Pohdinta 45 5.1 Vertailu standardiin ja aiempiin tutkimuksiin 45 5.2 Välikorvamallin ja mittausten toistettavuus 47 5.3 Kirurgisen simulaation opetuksellinen arvo 48 5.4 Tutkielman rajoitteet ja jatkokehityksen mahdollisuudet 48 6 Johtopäätökset 51 Lähteet 52 Kiitokset 57 Liitteet 58 Liite 1. Kirurgisen simulaation kyselylomake 58 5 Kuulo on keskeinen aisti vuorovaikutuksessa, mutta arviolta noin 200 miljoonaa maail- man ihmisistä kärsii johtumistyyppisestä kuulonalenemasta (1). Johtumistyyppisessä kuulonalenemassa äänen mekaaninen kulkeutuminen välikorvassa on estynyt esimerkiksi kroonisen välikorvatulehduksen, trauman, otoskleroosin ja kolesteatooman aiheuttamien rakennevaurioiden vuoksi (2–5). Tilaa voidaan kuntouttaa mm. luujohtoistutteella (6,7), mutta pysyvä ratkaisu saavutetaan useimmiten välikorvakirurgialla. Otokirurgia, erityisesti välikorvan alueen leikkaustoimenpiteet, on haastava monimutkai- sen anatomian vuoksi (8). Välikorvakirurgiassa pyritään parantamaan kuuloa rekonstru- oimalla tärykalvoa tai välikorvassa sijaitsevaa kuuloluuketjua. Ossikuloplastiassa keski- tytään erityisesti kuuloluuketjun jälleenrakennukseen, jossa hyödynnetään joko potilaan omia kudoksia tai erillisiä proteeseja korvaamaan vaurioituneita kuuloluita (9). Välikor- vaproteeseja ovat mm. osittain (partial ossicular replacement prosthesis, PORP) tai ko- konaan kuuloluuketjun korvaavat proteesit (total ossicular replacement prosthesis, TORP). Kuitenkin tutkimusten mukaan jopa noin puolessa ossikuloplastioista hyvä kuu- lotulos heikentyy pitkäaikaisessa seurannassa (10,11). Yksi keskeinen syy on, ettei yhden vakiomallisen proteesin pituus ja muoto välttämättä sovi täydellisesti potilaan välikor- vaan (8,9,11,12). Tämän seurauksena on alettu kehittämään erilaisia kolmiulotteisesti (3D) tulostettuja proteeseja, joita voisi personoida potilaan välikorvaan sopivaksi. 1 Johdanto 1.1 Taustoitus 6 Helsingin yliopistollisen sairaalan Pää- ja Kaulakeskuksen Korva-, nenä- ja kurkkutautien (KNK) linjan Tauno Palva Temporaaliluulaboratoriossa on ryhdytty kehittämään 3D-tu- lostettuja välikorvaproteeseja. Tutkimukseen on kuulunut välikorvan mekaniikan selvit- täminen ehjällä kuuloluuketjulla ja markkinoilla olevien välikorvaproteesien kanssa. Mit- tauskohteena on ollut kadaaveritemporaaliluut, joiden anatomia ja mittasuhteet vastaavat yleensä terveen korvan rakenteita ilman korvasairauksia. Välikorvaproteesien testaami- nen edellyttää kuitenkin ehjän kuuloluuketjun rikkomista, mikä on osoittautunut hanka- laksi vahingoittamatta muita välikorvan osia. Kadaaveritemporaaliluut ovat yleisesti käytössä kirurgisten toimenpiteiden harjoittelussa sekä tieteellisten innovaatioiden testauksessa. Kadaaveritemporaaliluut ovat käyttökel- poisia niiden anatomian ja akustisen toiminnallisuuden kannalta, mutta käyttöön liittyy myös haasteita. Ensinnäkin monissa maissa niiden saatavuus on rajallista ja epävarmaa. (8,13,14) Toiseksi eloton kudos käy läpi erilaisia anatomisia muutoksia (post mortem - efekti). Toistuva jäisen kadaaveritemporaaliluun sulatus ja uudelleen pakastaminen, kui- vuminen sekä koagulaatio vaikuttavat erityisesti pehmytkudosten rakenteisiin. (15) Tämä vaikuttaa eniten tutkimusmittauksissa, jolloin mittaustulokset eivät enää vastaa tervettä korvaa. Kolmanneksi luiden mukanaan tuoma infektioriski edellyttää laboratorion ja oi- keanlaisen varustuksen infektioiden välttämiseksi (16). Kadaaveritemporaaliluun haasteet ovat kannustaneet ympäri maailmaa kehittämään eri- laisia vastineita, kuten virtuaalisia simulaatioita ja fyysisiä 3D-tulostettuja malleja. Tä- män tutkielman tavoitteena on luoda 3D-tulostettu välikorvamalli, johon kuuluu välikor- van tarkka anatomia ja toiminnallisuus, millä voidaan välttää kadaaveritemporaaliluuhun liittyvät haasteet. Koska tutkimuksen taustalla on välikorvaproteesien kehittäminen, väli- korvamallia on tarkoitus hyödyntää proteesien testaamisessa ja niiden suorituskyvyn mit- taamisessa. Lisäksi uusien proteesien kehittämistä varten tarvitaan helposti muunneltava 1.2 Tavoitteet 7 ja toistettava malli, jotta erilaisia proteesiratkaisuja voidaan verrata yhteneväisesti. Mallin rakennetta olisi myös yksinkertaista muokata ja erilaisia korvasairauksia voisi jäljitellä. Tämän tutkielman 3D-tulostetun välikorvamallin kehityksessä syvennytään erityisesti mahdollisimman tarkkaan anatomiaan ja akustiseen toimintoon, jotka ovat tasoltaan ver- rattavissa kadaaveritemporaaliluuhun. Alla esitetyt tutkimuskysymykset (TK) liittyvät välikorvan anatomiseen, mekaaniseen ja akustiseen realistisuuteen, materiaalien vaiku- tuksiin sekä kliiniseen ja tieteelliseen sovellettavuuteen. TK1. Kuinka tarkasti 3D-tulostettu välikorvamalli vastaa terveen ihmiskorvan anatomiaa ja mekaanista käyttäytymistä? TK2. Vastaako mallin akustinen joustavuus ja siirtotoiminto kadaaveritemporaa- liluun arvoja? TK3. Soveltuuko malli luotettavaksi testialustaksi välikorvaproteesien kehittämi- selle ja kirurgiselle harjoittelulle? Tutkimuskysymysten selvittämiseksi tutkielman ensisijaisina menetelminä toimivat eri- laiset välikorvan mittausmenetelmät, joilla voidaan selvittää välikorvan toiminta. Anato- mista käsituntumaa ja otologisen harjoittelun soveltuvuutta arvioitiin Suomessa toimivien korvalääkäreiden toimesta. Tutkimusmenetelmät rajoittuivat kahteen kvantitatiiviseen mittaukseen ja yhteen simulaatiotestiin, jotka yhdessä muodostavat perustan välikorva- mallin arvioimiselle. Tutkielma toteutettiin Tauno Palva Temporaaliluulaboratoriossa, jossa 3D-teknologiaa on sovellettu välikorvatutkimuksissa noin viiden vuoden ajan. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun KNK-linjan tutkimusryhmässä ja tiettävästi koko Suomessa tutkitaan akusti- 1.3 Rajaus ja tutkimuskysymykset 8 sesti toiminnallista 3D-tulostettua välikorvamallia. Tutkielman aikana testattiin useita eri- laisia tekniikoita ja malliversioita, mutta tähän tutkielmaan sisällytettiin vain viimeisim- mät ja parhaiten toimiviksi osoittautuneet ratkaisut. 9 Ihmisen korva koostuu kolmesta osasta: ulko-, väli- ja sisäkorvasta (kuva 1). Ulkokorvan tehtävänä on kerätä ympäröivää ääntä ja ohjata ääniaallot korvakäytävää pitkin tärykal- volle. Ääniaallot saavat tärykalvon värähtelemään, joka puolestaan saa aikaan kuuloluu- ketjun liikkeen välikorvassa. Kuuloluuketjun viimeinen luu on yhteydessä soikeaan ikku- naan, josta värähtely etenee sisäkorvan nesteentäyttämään simpukkaan. Simpukan nes- teen liike liikuttaa aistinsoluina toimivia karvasoluja, jotka muuntavat mekaanisen liik- keen hermoimpulsseiksi kuulohermossa. Sähköiset impulssit kulkevat kuulohermoa pit- kin aivojen kuuloalueille ja tuottavat varsinaisen kuulokokemuksen. (17,18) Välikorvassa sijaitsevat ihmiskehon pienimmät luut: vasara (malleus), alasin (incus) ja jalustin (stapes). Nämä muutaman millimetrin kokoiset kuuloluut ovat keskeisessä roo- lissa äänen etenemisessä ulko- ja sisäkorvan väillä. (19,20) Tärykalvon värähtelyt liikuttavat tärykalvoon kiinnittyneen vasaran vartta edestakaisin, mikä puolestaan heiluttaa alasinta ja jalustinta. Vasara ja alasin toimivat mekaanisina vi- puvarsina, jotka siirtävät värähtelyä jalustimeen. Jalustimen levy on kiinnittynyt soikeaan 2 Teoreettinen tausta 2.1 Välikorvan anatomia ja biomekaniikka 2.1.1 Korvan rakenne 2.1.2 Välikorvan anatomia 10 Kuva 1. Korvan anatomia. (17) ikkunaan rengassiteellä, joka mahdollistaa levyn monipuolisen liikkeen sisäkorvan nes- temäisessä rajapinnassa. (18) Nivelet, nivelsiteet ja lihakset Kuuloluut kiinnittyvät toisiinsa nivelillä. Vasaran ja alasimen välissä on incudomalleolaa- rinen nivel ja alasimen ja jalustimen välissä incudostapediaalinen nivel. Nämä nivelet mahdollistavat monimutkaisen, mutta hienovaraisen liikkeen luiden välillä. Kuuloluu- ketju on kiinnittynyt välikorvan onteloon useilla nivelsiteillä, kuten malleus anterior, malleus superior, incus superior ja incus posterior. Nämä nivelsiteet tukevat kuuloluita paikoillaan ja rajaavat niiden liikesuuntia. Välikorvassa on myös kaksi pientä lihasta; ten- sor tympani- ja stapedius-lihas (kuva 2). Voimakkaiden äänien aikana lihakset supistuvat, jolloin tensor tympani vetää vasaraa sisäänpäin lisäten tärykalvon jäykkyyttä, kun taas 11 Kuva 2. Välikorvan kuuloluut sekä niihin kiinnittyvät nivelsiteet ja lihakset. (20) stapedius vetää jalustinta ulospäin soikeasta ikkunasta suojaten sisäkorvaa. Vaikka nivel- siteet ovat tärkeässä osassa kuuloluiden tukemisessa ja liikkuvuudessa, tutkimusten mu- kaan yksittäisen nivelsiteen puuttuminen ei vaikuta merkittävästi äänen siirtymiseen (21,22). Vasta usean kiinnitysrakenteen yhtäaikainen katkaisu alkaa selvästi vaikuttaa kuulon johtumiseen. Välikorva on kuulojärjestelmän mekaaninen osa, joka vie ulkoilman paineaallot sisäkor- van nesteeseen. Sen toiminta perustuu impedanssin muuntamiseen, jossa anatomia pyrkii vähentämään rajapintaheijastusta sekä tehostaa energian siirtymistä ilman ja nesteen vä- lillä (23,24). Ilmatäytteisen ulkokorvan sekä nesteentäyttämän sisäkorvan akustiset im- pedanssit poikkeavat toisistaan merkittävästi. Ilmassa akustinen impedanssi on hyvin pieni, kun taas nesteessä on jopa 3600 kertaa suurempi (25). Äänen eteneminen ilmasta nesteeseen heijastaisi yli 99 % äänen energiaa takaisin, mikä vastaisi 30 dB:n häviötä, ellei välikorva estäisi sitä (23). 2.1.3 Välikorvan toiminta impedanssimuuntimena 12 Kuva 3. Välikorvan mekaniikka. Välikorvan mekaniikassa olennaisiin rakenteisiin kuuluvat täry- kalvo, kuuloluuketju ja soikea ikkuna (A). Vasara ja alasin muodostavat vipuvarsijärjestelmän, joka mahdollistaa suuremman voiman kohti soikeaa ikkunaa (B). Tärykalvon ja soikean ikkunan pinta-alojen suhde kasvattaa voimaa kohti sisäkorvaa (B). (18) Välikorvan toiminta impedanssimuuntimena perustuu tärykalvon ja soikean ikkunan pinta-alojen suhteeseen sekä kuuloluiden vipuvaikutukseen. Tärykalvon pinta-ala on tyy- pillisesti noin 55 mm², kun soikea ikkuna on vain noin 3 mm² (26). Tällöin tärykalvon pinta-ala on siis noin 18 kertaa suurempi, jolloin sama äänenpaineen aiheuttama voima kohdistuu huomattavasti pienemmälle alalle soikeassa ikkunassa (kuva 3C). Lisäksi väli- korvan kuuloluiden mekaaninen vipujärjestelmä lisää soikealle kohdistuvaa voimaa 1,3- kertaisesti. Varasan varsi on hieman pidempi kuin alasimen pitkä haarake, jolloin niistä muodostunut vipu saa aikaan suuremman voiman pienemmällä amplitudilla (kuva 3B). Tällöin paineen voimakkuus kasvaa noin 20 kertaiseksi, joka vastaa noin 20–30 dB:n vahvistusta. Välikorvan toiminta vaihtelee äänitaajuuden mukaan. Ihmiskuulo on parhaimmillaan kes- kitaajuuksilla, sillä välikorva siirtää parhaiten ääntä noin 1–2 kilohertsin (kHz) taajuus- alueella (27). Kuulokäyrässä näkyy kaistanpäästösuodatinta muistuttava piirre, missä pa- ras siirtoteho on keskialueella, kun taas hyvin matalilla ja hyvin korkeilla äänillä välikor- van tehokkuus heikkenee selvästi. Taajuusvasteen säätelijöinä toimivat pääosin välikor- van rakenteiden massa ja jäykkyys. (24,27) 2.1.4 Taajuusriippuvainen mekaniikka 13 Kuva 4. Osittain kuuloluuketjun korvaava välikorvaproteesi (PORP, A) ja koko kuuloluuketjun korvaava proteesi (TORP, B). (30) Matalilla taajuuksilla (alle 1 kHz) välikorvan rakenteiden jäykkyys rajoittaa värähtelyä, kun taas massa auttaa rakenteita liikkumaan helpommin (28). Tärykalvo lähes koko kalvo liikkuu yhtenäisesti, jolloin myös koko kuuloluuketju liikkuu melko jäykkänä kokonai- suutena samaan suuntaan. Incudomalleolaarinen nivel pysyy käytännössä liikkumatto- mana. Jalustimen levy liikkuu mäntämäisesti edestakaisin kohti sisäkorvaa. (24) Korkeilla taajuuksilla kuuloluuketjun massa ja rakenteiden sisäiset resonanssit alkavat rajoittaa liikettä (28). Kuitenkin kuuloluuketjun nivelet mahdollistavat joustavamman jär- jestelmän ja kuuloluiden liike muuttuu monimutkaisemmaksi. Samalla myös tärykalvon liike muuttuu monimuotoisemmaksi, joka haastaa ketjujärjestelmää (29). Incudomal- leolaarinen nivel muuttuu liikkuvammaksi korkeilla taajuuksilla, jolloin vasara ja alasin eivät enää liiku täysin samassa tahdissa. Myös jalustin alkaa keinua ja kallistua soikean ikkunan reunojen varassa (31). Kun kuuloketju korvataan proteesilla (PORP tai TORP, kuva 4), rakenteesta tulee usein jäykkä. Silloin mekaniikka jäljittelee matalien ja keskitaajuuksien liikettä, mutta ei kuu- 14 loluiden hienovaraista vipumekaniikkaa ja joustoa. Siksi ossikuloplastian jälkeen äänen- siirto jää tyypillisesti vajaaksi korkeilla taajuuksilla. Proteesin massan, pituuden ja kos- ketuspintojen optimointi tärykalvolla ja jalustimen levyllä on keskeistä, mutta nykyisillä ratkaisuilla välikorvan luonnollista mekaniikkaa korkeilla taajuuksilla on vaikea korjata. (32–34) Välikorvan akustista toimintaa voidaan tarkastella kahdesta näkökulmasta: sisääntulon puolelta mittaamalla korvakäytävän ja tärykalvon muodostamaa akustista impedanssia (35) sekä lähtöpään suunnasta arvioimalla, kuinka tehokkaasti sisääntulon äänenpaine siirtyy kuuloketjun kautta jalustimen levylle ja sisäkorvaan (36). Kliinisessä työssä tym- panometria on yleisin tutkimusmenetelmä selvittämään välikorvan toimintaa. Tieteessä taas vibrometria ja välikorvan siirtofunktion mittaaminen on suositeltu menetelmä. Välikorvan siirtofunktio (eng. middle ear transfer function, METF) on tarkka mittausme- netelmä selvittämään äänen välittymistä välikorvan osien läpi soikealle ikkunalle (36). Välikorvan siirtofunktion mittaus perustuu akustisen impedanssin mittaukseen, jossa tyy- pillisesti mitataan jalustimen värähtelynopeutta tai liikepoikkeamaa suhteessa korvakäy- tävässä olevaan äänenpaineeseen eri taajuuksilla (19,36). Moni välikorvan toimintaan perustuva tutkimus käyttää mittausten vertailukohteena Ame- rican Society for Testing and Materials (ASTM) -standardia (37), jossa määritellään yh- denmukainen käytäntö välikorvan siirtofunktion mittaamiselle ex vivo -olosuhteissa (37). Standardin perustana on implantoitavien välikorvalaitteiden suorituskyvyn vaatimukset, jotta niiden toiminta on verrattavissa normaaliin korvaan. Kuitenkin implantointia ennen 2.2 Mittausmenetelmät välikorvan toiminnan tutkimuksessa 2.2.1 Laser Doppler -vibrometria välikorvan siirtofunktion mittauksessa 15 on varmistettava, että kadaaveritemporaaliluu vastaa tervettä välikorvaa mittaamalla vä- likorvan siirtofunktio (38), jonka mittausmenetelmiä ja niihin liittyviä vaatimuksia voi- daan hyödyntää myös tämän tutkimuksen tyylisissä tapauksissa. Korvakäytävässä oleva äänenpaine luodaan syöttämällä ilmatiiviiseen korvakäytävään kalibroitua äänisignaalia kuulokkeella. Standardin mukaan äänenpaine tulee mitata akus- tisella probe-mikrofonilla, jonka kärki asetetaan 2–3 mm päähän tärykalvosta. Äänisig- naali tulisi pitää 60–100 dB SPL tasolla, mutta signaalin on ylitettävä taustamelu vähin- tään 10 dB. (37) Jalustimen värähtelyä mitataan laser Doppler -vibrometrilla (LDV). Vibrometrin toimin- taperiaate perustuu Doppler-ilmiöön, jossa kahden tai useamman aallon yhdistyminen tuottaa mitattavan signaalin (36,39). Mittauksessa lasersäde kohdistetaan värähtelevään kohteeseen, josta se heijastuu takaisin laitteelle (40). Laserin suunta tulisi kohdistaa mah- dollisimman kohtisuoraan jalustimen levyn pinnalle ja optimaalinen heijastus voidaan varmistaa ohuella heijastinteipillä tai -helmellä lisäämättä massaa. Kohteen pinnan vä- rähtely aiheuttaa muutoksen heijastuvan lasersäteen aallonpituuteen ja siten taajuuteen Doppler-ilmiön mukaisesti (39,41). Vibrometri analysoi lähetetyn ja vastaanotetun aallon interferenssiä, minkä perusteella kohteen värähtelynopeus määrittyy. Mittaustuloksista saadaan jalustimen värähtelyn taajuusvaste, jota käytetään välikorvan siirtofunktion mää- rittämiseen. (39) Välikorvan siirtofunktio määritellään yleensä jalustimen levyn nopeuden (m/s) tai liike- poikkeaman (m) suhteesta korvakäytävän paineeseen (Pa) (42). Tulokset raportoidaan usein logaritmisella asteikolla tasossa esim. dB re 1 (mm/s)/Pa (37,42). Mittauksia ver- taillaan standardoiduilla kolmasosaoktaavikaistoilla (esim. 125, 250, 500, 1000, 2000, 3000 ja 4000 Hz), jotka ovat akustiikassa yleisesti sekä standardissa käytettyjä mittavä- lejä (37). 16 Tympanometrilla mitataan tärykalvon ja välikorvan joustavuutta vaihtelemalla korvakäy- tävän ilmanpainetta. Mittauksessa korvakäytävään asetetaan tiivis korvakappale, jossa on mikrofoni, kaiutin ja painepumppu. (17,19) Mittauslaite vaihtelee korvakäytävän painetta noin +200 desipascalista (daPa) -400 daPa:iin ja lähettää tasaisen 226 hertsin (Hz) äänen (35). Tympanometrian keskeisimpiä arvoja ovat huippupaine, komplianssi, korvakäytävän ti- lavuus ja käyrän leveys (painegradientti) (35). Huippupaine kuvaa korvakäytävän paine- tasoa, kun tärykalvon liikkuvuus on suurimmillaan. Käytännössä tämä kertoo, missä pai- neessa ulko- ja välikorvan paineet ovat lähes samat, jolloin siitä voi myös päätellä väli- korvassa vallitsevan ilmanpaineen. Komplianssi kertoo tärykalvon ja välikorvan jousta- vuuden (usein millilitroina) eli sen, miten herkästi välikorva joustaa paineen vaihtuessa. Korvakäytävän tilavuus ilmoitetaan myös millilitroina ja sen avulla voidaan erottaa mah- dolliset häiriöt. Painegradientti mittaa käyrän leveyden desipascaleissa ja sillä voidaan arvioida tärykalvon liikkuvuutta. (35) Tympanogrammien normaalit arvot asettuvat yleisesti paineeltaan -100–50 daPa:n alu- eelle ja liikkuvuudeltaan 0.3–1.6 ml:n alueelle (43). Normaalissa tympanogrammissa tä- rykalvon liikkuvuus on parhaimmillaan ilmanpaineen tasolla, jolloin huippupaine sijoit- tuu lähelle 0 daPa. Silloin tympanogrammin tulokseksi saadaan kuvan 5 mukainen A- tyyppinen käyrä. Jos kuitenkin huippu ilmestyy selkeästi negatiivisen paineen puolelle (C-käyrä), voi päätellä, että välikorvassa vallitsee negatiivinen paine. Tässä usein on kyse korvatorven toimintahäiriöstä, jolloin se on tukossa eikä sitä kautta ilma pääse välikor- vaan. B-tyyppinen käyrä on litteä, joka viittaa välikorvassa olevaan tukkeeseen, epäon- nistuneeseen mittaukseen tai reikään tärykalvossa. (17) 2.2.2 Tympanometria 17 Kuva 5. Tyypilliset tympanogrammityypit. Y-akselilla arvot millilitroja (ml) ja X-akselilla desipas- caleja (daPa). Kuva: Klockars ym. (17) Otologiassa kirurgisten toimenpiteiden suunnittelu, opetus ja uusien välikorvaproteesien kehitys ovat viime vuosien aikana hyötyneet 3D-teknologian nopeasta kehityksestä. Kou- lutuksessa ja tutkimuksessa on siirrytty vaiheittain realistisempiin välikorvamalleihin sitä mukaa kun laskennallinen simulointi ja 3D-mallinnus ovat kehittyneet. Erityisesti virtu- aaliset ja fyysiset 3D-mallit ovat tulleet yleisemmäksi, ja niitä voidaan hyödyntää myös otokirurgisessa harjoittelussa. Välikorvan mekaniikan tutkimista tukevat niin sanotut lumped element -mallit, jotka ovat hyvin yksinkertaistettuja sähköisiä piirimalleja korvan rakenteiden massoista, jousista ja vaimentimista (44). Ne mahdollistavat analysoimaan erilaisia fyysisiä vaikutuksia äänen kulkuun korvan osissa (45). Toinen laskennallinen malli on finite element -mallit, joilla voidaan muodostaa korvan monimutkaisia 3D-muotoja ja tutkitaan korvan muotojen, kontaktien ja materiaalien yhteyttä toisiinsa (46). Nämä mallit täydentävät toisiaan ja ovat lähtökohtana erilaisten harjoittelumallien suunnittelussa. 2.3 Korvakirurgian harjoittelumallit 18 Virtuaalitodellisuuteen (VR) pohjautuvat mallit ovat yleistymässä opetus- ja suunnittelu- työkaluina välikorvakirurgiassa (47). Myös lisätyn todellisuuden (AR) malleja on kehi- telty (48), mutta VR-mallit ovat vielä toistaiseksi yleisempiä temporaaliluumallinnuk- sessa. VR-pohjaiset simulaattorit tarjoavat toistettavan, riskittömän ja erilaisia skenaa- rioita omaavan harjoitteluympäristön. Ne antavat välitöntä palautetta suorituksesta (49), kuten esimerkiksi hälyttää poran osuessa kriittiseen rakenteeseen, kuten kasvohermoon. Kaupallisia VR-simulaattoreita ovat mm. saksalainen Voxel-Man ja tanskalainen Visible Ear Simulator (50). Simulaattoreissa on kuitenkin rajoitteita liittyen niiden haptisen pa- lautteen ja realismin puutteeseen, mutta tutkimusten mukaan virtuaaliset simulaattorit tuovat merkittävää parannusta kirurgisten toimenpiteiden suorittamisessa (50,51). Markkinoilla on myös saatavilla myös fyysisiä temporaaliluumalleja, mm. Phacon®, Bio- modex® ja Otobone®, jotka ovat anatomisesti tarkkoja ja tarkoitettu korvakirurgian har- joitteluun, erityisesti poraukseen ja rakenteiden tunnistamiseen (52). Keinotekoisissa temporaaliluumalleissa käden liikkeet, instrumenttien käsittely ja porauksen tuntuma ovat lähempänä todellisuutta kuin simulaattorit. Lisäksi esimerkiksi Phaconin malleissa kor- van osia on värikoodattu, mikä auttaa hahmottamista (14). Malleissa ei kuitenkaan ole välikorvan pienten rakenteiden, kuten kuuloluiden, todellista liikettä eikä realistista akus- tista toiminnallisuutta (52). Realististen, anatomisesti ja akustisesti tarkkojen mallien to- teuttamista ovat vaikeuttaneet korkean resoluution kuvantamisdatan saatavuus sekä täry- kalvon ja muiden pehmytkudosten ominaisuuksia vastaavien materiaalien puuttuminen (53,54). Useimmissa harjoitusmalleissa taustalla on korvan kuvantaminen erilaisilla röntgensätei- siin perustuvilla kerroskuvantamismenetelmillä, jotka tuottavat 3D-aineistoa. Eniten on hyödynnetty kartiokeilatietokonetomografiaa ja tietokonetomografiaa. Ne ovat matalan sädeannoksen kuvantamismenetelmiä, jotka ovat diagnostisessa käytössä (53). Tämän vuoksi mallien kehittämisessä on voitu käyttää elävien potilaiden kuvantamistuloksia (8,53,54). Mikrotietokonetomografia (mikro-TT) on korkean resoluution kuvantamisme- 19 netelmä, jota käytetään lähinnä kadaaveritemporaaliluun kuvantamiseen (8,14). Sen vah- vuus on erinomainen erotuskyky välikorvan ja sisäkorvan hienorakenteissa, kuten esi- merkiksi millimetrin kokoisissa kuuloluissa. Fyysisiä 3D-malleja, jotka tarkasti jäljittelevät sekä anatomiaa että välikorvan mekaanista ja akustista käyttäytymistä, on kehitetty vasta muutamia. Kuru ym. (55), Brown ym. (56) ja Hao ym. (57) ovat tiedettävästi ainoita, jotka ovat kehittäneet mallin, joka jäljittelee välikorvan anatomiaa, mukaan lukien kuuloluut, tärykalvo ja muut pehmytkudokset. Kuru ym. ja Hao ym. käyttivät malleissaan 3D-tulostusta ja silikonivalutekniikoita, ja ne osoittivat, että malleilla voi simuloida ihmisen välikorvalle tyypillistä akustista käyttäy- tymistä (55,57). Brown ym. mallissa oli käytössä jäykkiä ja joustavia muoveja (56). Hao ym. keskittyivät erityisesti proteesimateriaalien testaukseen, kun taas Brown ym. kehitti- vät mallinsa kuulosuojaimien räjähdysaltistuksen testaamiseen. Näissä vastaavanlaisissa tutkimuksissa käytetyt tulostusmenetelmät ja -materiaalit ovat olleet keskenään hyvin erilaisia. Kuru ym. tutkimuksessa kovien rakenteiden luomisessa käytettiin Selective Laser Sintering (SLS) -tulostusteknologiaa ja tulostusmateriaalina po- lyamidijauhetta. Hao ym. tutkimuksessa testattiin erilaisia biologisesti yhteensopivia ma- teriaaleja, kuten titaaniseosta ja ruostumatonta terästä, joissa käytettiin Selective Laser Melting (SLM) -tulostusteknologiaa sekä hydroksiapatiitti–polykaprolaktoni (HA/PCL) -komposiittia, jonka 3D-tulostamiseen käytetään Fused Deposition Modeling (FDM) - teknologiaa. Näistä titaaniseos osoittautui erinomaiseksi mekaanisilta ominaisuuksiltaan. Brown ym. tutkimuksessa käytettiin 3D-tulostuksessa PolyJet-teknologiaa, joka mahdol- listaa erilaisten materiaalien (jäykkien ja joustavien muovien) tulostuksen samanaikai- sesti. Kaikki nämä tutkimukset onnistuivat simuloimaan korvan mekaniikkaa tarvittaviin kohteisiin. 2.4 Vertaistutkimukset 20 3D-teknologiaa on onnistuttu hyödyntämään lupaavasti otologiassa, myös välikorvan me- kaniikassa. Silti edelleen tarvitaan lisää tutkimusta todenmukaisen anatomian ja akustisen realistisuuden saavuttamiseksi testaamalla erilaisia 3D-materiaaleja ja -tulostusteknii- koita. 21 3D-tulostettu välikorvamalli perustui mikro-TT-kuvattuun kadaaveritemporaaliluuhun (8,12) sekä sai myös inspiraatiota Kuru ym. vastaavanlaisesta tutkimuksesta (55). Väli- korvamallin osat mallinnettiin yksitellen 3D-mallinnusohjelmilla, jonka jälkeen ne 3D- tulostettiin ja koottiin yhdistämällä kovat ja pehmeät rakenteet vastaamaan aidon välikor- van rakenteita. Mallin joustavuutta arvioitiin tavallisen potilasmittauksissa käytetyn tym- panometrian avulla sekä tieteellisiin välikorvatutkimuksiin kehitetyllä mittausmenetel- mällä, laser Doppler -vibrometrialla (LDV). Lisäksi erikoistuneet korvalääkärit antoivat kliinisen arvion mallin anatomisesta realistisuudesta ja tarpeista tulevaisuudessa. Mikro-TT-kuvista luotiin stereolitografia (STL) -tiedosto, jota hyödyntämällä varmistet- tiin, että tärykalvon ympärillä olevan tärykalvorenkaan (eng. tympanic annulus) muoto, kuuloluuketju ja soikea ikkuna ovat anatomisesti oikeissa paikoissa ja mittasuhteissa. Koko muu malli rakennettiin näiden osien ympärille, jotta voitiin varmistaa oikeanlainen mittakaava. Jokainen välikorvan osa mallinnettiin erikseen, jotta välikorvan pehmeät ja joustavat rakenteet (kuten tärykalvo, nivelet ja nivelsiteet) voitiin lisätä kovien osien (lui- den) väliin. 3 Materiaalit ja menetelmät 3.1 3D-mallintaminen 22 Kuva 6. Silikonimallin tekeminen kadaaveritemporaaliluun korvakäytävästä ja tärykalvosta. Sili- konia valutettiin korvakäytävään tärykalvolle asti (A), jonka jälkeen silikoni annettiin kovettua hammasväliharjan ympärille (B). Valmiista silikonimallista saatiin tärykalvolle malli todenmukai- sissa mittasuhteissa (C). Kuva: Sini Lähde Tärykalvon koko ja muoto selvitettiin käyttämällä kadaaveritemporaaliluun korvakäytä- vää ja tärykalvoa niin sanottuna valumuottina, johon kaadettiin hitaasti ohuena juovana Shore A 30 -vahvuista silikonia (R PRO 30, Reschimica, Barberino Tavarnelle FI, Italia) kuvan 6A mukaisesti. Silikoni valutettiin tärykalvolle asti. Korvakäytävään asetettiin hammasväliharja helpottamaan silikonin irrottamista (kuva 6B). Kun silikoni oli kovettunut sen ympärille, valmis muotti voitiin vetää ulos korva- käytävästä. Lopuksi silikonista muodostunut korvakäytävän ja tärykalvon yhdistelmä (kuva 6C) skannattiin 3D-skannerilla (3Shape Audio, Kööpenhamina, Tanska), ja tulok- sena syntynyt 3D-malli tallennettiin STL-tiedostomuotoon. STL-tiedostoa muokattiin 3D-mallinnusohjelmalla (Blender Foundation, Amsterdam, Alankomaat) siten, että siitä säilytettiin vain tärykalvon pinta, johon lisättiin 0.2 mm:iä paksuutta. Lisäksi tärykalvon reunoille luotiin 1 mm paksuinen rengas jäljitellen anato- misesti tärykalvon ympärillä olevaa rengasta. 3.1.1 Tärykalvo 23 Kuva 7. Tärykalvon kehittyminen tärykalvomalliksi 3D-maailmassa. 3D-skannattu silikonimuotti STL-malliin (A) ja siitä leikattu tärykalvon pinta (B). Tärykalvo käännetty horisontaalisesti, pinta siloteltu ja reunoille lisätty rengas (C). Tämän avulla pystyttiin luomaan tulostettava tärykalvo- muotti (D). Kuva: Sini Lähde Lopullisen tärykalvon valmistukseen luotiin tärykalvomuotti, jonka luomisessa hyödyn- nettiin mallinnettua tärykalvoa Boolean-modifikaattorin avulla. Näin muotin kaksi puo- liskoa erottuivat horisontaalitasossa tärykalvon kohdalta, ja renkaan halkaisija säilyi yh- tenäisenä muotin molemmilla puolilla. Muotin toiseen puoliskoon lisättiin pylväät, jotka pitivät muotin osat tukevasti paikoillaan käytön aikana. Kuvassa 7 esitetty tärykalvo- muotin mallinnus vaihevaiheelta. Kuru ym. vastaavanlaisesta tutkimuksesta otettiin esimerkkiä korvakäytävän mallintami- seen. Korvakäytävä mallinnettiin CAD-ohjelmistolla (SolidWorks, Massachusetts, Yh- dysvallat) ja Blender 4.2 -ohjelmistolla (Blender Foundation). CAD-ohjelmistolla suori- tettiin alkuperäinen mallinnus ja mitoitus, ja Blender-ohjelmistolla tehtiin jälkeenpäin muutoksia mm. korvakäytävän kulmaan. Mallinnettu korvakäytävä koostui 20 mm pitui- sesta putkesta, jonka sisähalkaisija kapeni 10 mm:stä tärykalvon halkaisijan kokoiseksi. Korvakäytävän putki kääntyi tärykalvosta katsottuna sivulle XY-tasossa 45 asteen kul- massa säilyttäen kuitenkin kaarevan muodon. Tämä kulma päätettiin ottamalla mallia 3.1.2 Korvakäytävä 24 Kuva 8. Läpinäkyvä näkymä korvakäytävämallista. Korvakäytävän putki XY-tasossa 45 asteen kulmassa ja YZ-tasossa 33.5 asteen kulmassa. Kuva: Sini Lähde Kuru ym. välikorvamallista (55). YZ-tasossa korvakäytävä ja tärykalvo kiertyi ylöspäin 33.5 asteen kulmassa. Tähän päädyttiin mikro-TT-pohjaisen STL-tiedoston perusteella. Kulmat ovat esitetty kuvassa 8. Lisäksi malliin liitettiin neliönmuotoinen osa, joka toimi rajapintana tärykalvolle sekä se helpotti korvakäytävän kiinnittämistä kokonaisuuteen. Rajapinnassa oli puolikkaan lieriön muotoinen ura (näkyy kuvassa 8), johon silikonista valmistetun tärykalvon toinen puoli asettui. Kuvannetusta temporaaliluusta luodusta STL-tiedostosta poistettiin kuuloluuketjun ym- päröivä luukudos, jolloin jäljelle jäi kuvan 9B mukainen yhtenäinen kuuloluuketju. Kuu- loluuketjua siloteltiin ja ylimääräiset raot täytettiin Blender-ohjelmalla. Mikro-TT- kuvassa jalustimen levy ja jalustimen rengasside olivat kuvautuneet kiinni toisiinsa, joten jalustimen levy muotoiltiin uudelleen. Kuitenkin muuttamalla mahdollisimman vähän sen alkuperäistä rakennetta. 3.1.3 Kuuloluut ja soikea ikkuna 25 Kuva 9. Mikrotietokonetomografialla kuvattu välikorva, josta poistettu välikorvaontelon seinä- mät ja sisäkorva. Kuvannetusta mallista voidaan havaita tärykalvorenkaan sijainti ja kuuloluuket- jun asento ja kulma (A). Kuuloluuketju mallinnus alkoi erottamalla kuuloluuketju muista kuvan- netuista korvan osista (B), minkä jälkeen poistettiin incudomalleolaarinen nivel (IM-nivel) ja incu- dostapediaalinen nivel (IS-nivel) ja muotoiltiin jalustimen levy uudestaan. Kuva: Sini Lähde Kuuloluut eroteltiin toisistaan poistamalla incudomalleolaarinen nivel (IM-nivel) ja incu- dostapediaalinen nivel (IS-nivel), minkä jälkeen kuuloluita muotoiltiin nivelten alta uu- destaan. Vasaraan ja alasimeen mallinnettiin tapit, jotka toimivat malleus superior (MS) ja incus posterior (IP) -nivelsiteiden vastineina välikorvan seinämässä. Välikorvaontelon seinämiä ei mallinnettu, koska mallin tarkoituksena oli nähdä välikor- vaontelon sisään. Kuuloluut ympärille mallinnettiin pohja, rajapinta tärykalvolle ja soikea ikkuna, millä säilytettiin kokonaisuuden oikea mittakaava ja asento. Soikea ikkuna tehtiin yhden millimetrin (mm) paksuiselle neliönmuotoiselle levylle, johon mallinnettiin jalus- timen levyn muotoinen reikä. Reikä tehtiin noin yksi mm suuremmaksi jalustimen levyn pinta-alasta. 26 Kuva 10. Osien orientointi Asiga Composer-ohjelmassa. Välikorvakappale (A) ja korvakäytävä (B). Tukirakenteet (harmaat) on sijoitettu siten, etteivät ne kosketa tärykalvon reunan tai kuu- loluiden kriittisiä pintoja. Kaikki välikorvamallin kovat rakenteet 3D-tulostettiin samalla Digital Light Processing (DLP) -tekniikalla (tulostin: Asiga MAX, New South Wales, Australia). Tulostustek- niikka perustuu nestemäisen tulostusmateriaalin kovettamiseen ultraviolettivalolla (UV) kerros kerrokselta (58). Tulostusmateriaalina käytettiin läpinäkyvää metakrylaattihartsia (FotoTec DLP.A 380 nm brilliant transparent, Dreve Dentamid GmbH), joka soveltui hyvin sekä tarkkuuden että jäykkyyden kannalta. Välikorvakappaleen ja tärykalvomuotin kerrospaksuudeksi valittiin 0,025 mm, jotta saataisiin mahdollisimman tarkka tulostus- jälki. Korvakäytäväkappaleessa kerrospaksuus oli 0,05 mm, mikä todettiin riittäväksi ja nopeutti tulostusta Tulostusprosessissa kappaleiden STL-tiedostot ladattiin Asiga Composer -ohjelmaan, jossa ne aseteltiin alustalle niin, että kriittisimmät yksityiskohdat, kuten tärykalvon pinta ja kuuloluut, tulostuisivat mahdollisimman tarkasti. Tärykalvomuotin osat asetettiin siten, että tärykalvon rajapinta osoittaa alaspäin eivätkä tukirakenteet ole rajapinnan puolella. 3.2 3D-tulostaminen 27 Välikorvakappale asetettiin pinnalle ylösalaisin (tulostusohjelmassa näkymä päinvastai- nen, kuva 10A), jolla voitiin varmistaa, ettei kuuloluiden ympärille jäänyt ylimääräistä tulostusmateriaalia. Välikorvakappaleen tukirakenteet asetettiin pohjaan ja sivuille. Myös ilmassa oleville erillisille kuuloluille lisättiin tukirakenteet, jotka mahdollistivat kuulolui- den oikean sijoittumisen malliin. Korvakäytäväkappale asetettiin myös tärykalvon raja- pinta alaspäin (kuva 10B) ja tukirakenteet kiinnitettiin mallin toiselle puolelle ja putken sisälle. Tulostuksen jälkeen kappaleet puhdistettiin isopropanolilla ultraäänipesurissa (Elmaso- nic Select, Elma Schmidbauer, Singen, Saksa) ja jälkikovetettiin UV-salamakammiossa (Otoflash G171, NK-Optik, Baierbrunn, Saksa) 1 000 salaman ohjelmalla käyttäen typ- pikaasua. Tämän jälkeen suurin osa tukirakenteista katkaistiin ja porattiin pois. Jo mallinnusvaiheessa kaikki osat sovitettiin toisiinsa virtuaalisesti (kuva 11). Näin voi- tiin tarkistaa, että kuuloluut asettuivat anatomisesti oikeaan kulmaan, osien etäisyydet säilyivät ja tärykalvo mahtui uriinsa ilman venytystä. Kun kovien osien 3D-tulostus oli valmis, kokoonpano tehtiin samassa järjestyksessä: korvakäytäväkappale upotettiin väli- korvakappaleen kehyksiin, silikoninen tärykalvo suljettiin näiden väliin ja lopuksi lisät- tiin loput pehmeät rakenteet (jalustimen rengasside, kuuloluiden välisen nivelet sekä MS- ja IP- nivelsiteiden vastineet). Välikorvakappale sisältää kuuloluuketjun, soikean ikku- nan, tärykalvon rajapinnan ja kehyksen korvakäytäväkappaleen kiinnitykselle. Tärykalvo valmistettiin valuttamalla Shore A 12–14-vahvuista silikonia (Fegura® Sil translucent, Buchen, Saksa) tulostettuun tärykalvomuottiin. Ilmakuplat pyrittiin välttä- mään käyttämällä minisekoitinta (MS2 minishaker, IKA, Staufen, Saksa) ja puhkaise- malla suurimmat instrumentilla. Tämän jälkeen muotin osat painettiin yhteen ja annettiin silikonin kovettua huoneenlämmössä tunnin ajan, minkä jälkeen muotin sisältä pystyttiin irrottamaan lopullinen tärykalvo. 3.3 Kokoonpano 28 Kuva 11. 3D-mallinnus välikorvamallista kuvattuna neljästä eri suunnasta. Välikorvakappalee- seen kuului pohja, kuuloluut, soikea ikkuna ja kehykset korvakäytäväkappaleelle. Välikorva- ja korvakäytäväkappaleen väliin sijoittui tärykalvo (läpinäkyvä vaaleanpunainen). Kuva: Sini Lähde Silikoninen tärykalvo asetettiin tiiviisti korvakäytävä- ja välikorvakappaleiden väliin ja niiden uriin, joihin lisättiin Shore A 12–14-vahvuista silikonia estämään ilman vuotami- nen tärykalvon reunoilta. Lisäksi tärykalvon pinnan ja vasaran pitkän haarakkeen väliin lisättiin tippa saman vahvuista silikonia vastaamaan anatomisesti aitoa tilannetta. Kuuloluut yhdistettiin toisiinsa kuumaliimalla käyttäen kuumapuhaltimella kuumennet- tua instrumenttia. Kuumaliimalla pyrittiin jäljittelemään IM- ja IS-niveliä. Liimaus suo- ritettiin otologisen mikroskoopin (M320, Leica Microsystems, Heerbrugg, Sveitsi) alla varmistaen, että kuumaliimaa tuli väleihin tasaisesti. Ennen kuumaliiman käyttöä IM- ja IS-nivelten jäljittelemiseen testattiin myös silikonimateriaaleja, mutta ne osoittautuivat sopimattomiksi, sillä silikonit eivät tarttuneet riittävän hyvin 3D-tulostetun muovimateri- aalin pintaan. Kuuloluiden välissä oleva silikoni liikkui helposti pois paikoiltaan porauk- sen aikana. Tämän vuoksi silikonin käytöstä luovuttiin nivelten kanssa. Jalustimen levy kiinnitettiin soikeaan ikkunaan Shore A 12–14- (Fegura® Sil translucent) tai Shore A 18–20-vahvuisella silikonilla (Fegura® Sil hydro spezial II, Buchen, Saksa) vastaamaan jalustimen rengassidettä. Eri vahvuisia silikoneja lisättiin myös vasaran ja alasimen tappeihin (MS- ja IP- niveltsiteet), jotka katkaistiin instrumentin avulla sen jäl- 29 keen, kun silikoni oli kovettunut ja kiinnittynyt kuuloluuhun. Näin varmistettiin, että kuu- loluu pääsee tapista huolimatta liikkumaan joustavasti. Viimeisenä vaiheena kuuloluiden tukirakenteet porattiin pois 0,5 mm ruusuporalla. Valmis 3D-tulostettu välikorvamalli analysoitiin visuaalisesti mikroskoopin avulla. Ana- lyysissä varmistettiin, että mallin pinnalla ei ollut tulostuksesta aiheutuneita epätasaisuuk- sia, jotka voisivat vaikuttaa äänen etenemiseen ja vääristää mittaustuloksia. Jokainen kap- paleversio punnittiin kokonaisuudessaan mikrovaa’alla. Kuuloluuketjun liikkuvuus ja yh- teys tärykalvon ja soikean ikkunan välillä varmistettiin varovasti painamalla kuuloluita instrumentilla mikroskoopin alla. Lisäksi tärykalvon ilmatiiviys testattiin asettamalla kor- vakäytävään tiivis sovitin, joka oli yhdistetty ruiskuun. Ruiskun painetta säädettiin pie- nillä liikkeillä, jolloin voitiin havaita tärykalvon vaste paineenvaihteluun. Tärykalvo to- dettiin ilmatiiviiksi, mikäli se reagoi selvästi paineen muutoksiin. Välikorvan siirtofunktion mittaukset toteutettiin syöttämällä korvakäytävään monitaa- juista ääntä. Välikorvasta mitattiin samanaikaisesti tärykalvolle kohdistuva äänenpaine ja sen aiheuttama värähtely kuuloluissa, tarkemmin jalustimen levyssä. 3D‑tulostetun välikorvamallin korvakäytävään syötettiin multisinipulssi, joka sisälsi taa- juudet 100–5000 Hz. Kaistanleveydeksi asetettiin 5 kHz, minkä perusteella Polytecin VibSoft 4.8 ‑ohjelmisto (Polytec GmbH, Waldbronn, Saksa) laski näytteenottotaajuu- deksi 12 kHz (fs = 2,4 × BW). Kaistanleveyteen sovitettu 800‑viivainen nopea Fourier - muunnos (Fast Fourier Transform, FFT) antoi 6,25 Hz taajuusresoluution ja 160 ms ai- kaikkunan. Tätä aikaikkunaa vastaava multisinipulssi toistettiin 50 kertaa kunkin 8 se- kunnin mittauksen aikana. 50 ikkunan keskiarvoistaminen paransi signaali‑kohinasuh- detta √50 ≈ 7‑kertaisesti (~ 17 dB). 3.4 Mittaukset 3.4.1 Välikorvan siirtofunktion mittausmenetelmä 30 Kuva 12. Välikorvan siirtofunktio -mittauksen asetelma. 3D-tulostettuun välikorvamalliin kiinnite- tyn adapterin avulla korvakäytävästä mitataan äänenpaine ilmatiiviissä tilassa ja laser Doppler - vibrometrin laser mittaa värähtelyn jalustimen levyltä. Multisinisignaali tuotettiin tietokoneelta äänikortin (MicroBook, MOTU, Cambridge, MA) sekä vahvistimen kautta inserttikuulokkeeseen (ER1, Etymotic Research Inc., Elk Grove Village, IL). Kuuloke kiinnitettiin ilmatiiviiseen mittaus-coupleriin (A‑HLV‑SPEC, Polytec GmbH, Waldbronn, Saksa), jossa on liitännät sekä äänilähteelle että probe‑mikrofonille (ER7C, Etymotic Research). Coupler kiinnitettiin 3D‑tulostetun välikorvamallin korvakäytävään erillisellä 3D-tulostetulla adapterilla, joka varmisti tii- viin liitoksen. Probe‑mikrofoni mittasi tärykalvolle kohdistuvan äänenpaineen (keski- määrin 105 dB SPL), ja signaali tallennettiin samanaikaisesti jalustimen värähtelydatan kanssa mittausohjelmistoon (Polytec). Kuvassa 12 on kuvattu mittausasetelma sekä mit- tausosat erikseen määriteltynä. Jalustimen värähtely mitattiin laser Doppler vibrometrilla (VibroFlex Connect VFX-F- 110, Polytec GmbH, Waldbronn, Saksa). Jalustimen pintaan asetettiin glitterhiutale var- mistamaan optimaalinen heijastussignaali. Lasersäde kohdistettiin mikroskoopin ja mik- romanipulaattorin (A-HLV-MM40, Polytec GmbH) avulla kohtisuoraan jalustimen le- vylle, minkä jälkeen äänisignaalin aiheuttama värähtely tallentui mittausohjelmistoon (Polytec). 31 Kuva 13. Tympanometrimittaus suoritettiin Interacousticsin laitteella, jonka mittapää asetettiin noin 1 cm syvyydelle välikorvamallin korvakäytävään. Kuva: Sini Lähde Mittausohjelmisto (Polytec) muodosti keskiarvoistetun siirtofunktion mitatusta korva- käytävän äänenpaineesta sekä jalustimen liikepoikkeamasta. Siirtofunktiosta haluttiin selvittää, kuinka suuri liikepoikkeama mikrometreinä (µm) saavutetaan yhtä pascalin (Pa) äänenpainetta kohden. Siirtofunktiota tarkasteltiin desibeleinä logaritmisella asteikolla, jonka takia asteikon amplitudina käytettiin yksikköä dB re µm/Pa. 10 µm/Pa vastaa +20 dB re µm/Pa. Tuloksia analysoitiin kolmasosaoktaavien taajuuksilla ASTM-standardin mukaisesti. Taajuusalueeseen lisättiin myös 5 kHz:n taajuuspiste, koska syötetty äänisig- naali ulottui myös sille taajuudelle. Data käsiteltiin Python-ohjelmointikielellä, jolla teh- tiin tilastollinen analyysi ja muodostettiin visuaalinen kuvaaja siirtofunktiosta. Välikorvamallin korvakäytävän tilavuutta sekä tärykalvon ja kuuloluiden joustavuutta mitattiin tympanometrilla (Interacoustics AT235, Middelfart, Tanska, kuva 13). Kaikissa malleissa käytettiin saman kokoista tippiä ja mittapää pyrittiin asettamaan kaikissa mal- leissa samaan asentoon ja samalle syvyydelle (noin 1 cm tärykalvolta). Jokaisesta mallista otettiin kaksi mittausta, joista laskettiin keskiarvo. Malli 1 mitattiin myös käsitympano- metrilla varmistaakseen, että tulos on silminnähtävästi samanlainen. Käsitympanometrin 3.4.2 Tympanometria 32 mittausdataa ei saanut tallennettua, joten sen mittaustuloksia ei ole huomioitu tämän tut- kielman tuloksissa. Lopulliset visuaaliset kaaviot luotiin Pythonilla, johon lisättiin viite- rajoihin perustuva laatikko. 3D-tulostettujen välikorvamallien siirtofunktion ja tympanometrien tuloksia verrattiin ai- don korvan tuloksiin. Siirtofunktiomittauksia verrattiin kadaaveritemporaaliluun mittaus- tuloksiin, jotka olivat mitattu aikaisemmin ennen välikorvamallien kehittämistä. Tympa- nometrimittauksia verrattiin normaaliarvoihin, jotka perustuivat teoriassa määriteltyihin arvoihin. Tavoitteena oli nähdä, poikkeaako välikorvamalli akustisesti merkitsevästi ai- dosta korvasta (kadaaveritemporaaliluusta). Tilastollisella analyysilla pyrittiin huomioi- maan eri näytteiden väliset erot ja mittausten toistettavuus. Välikorvan siirtofunktiotulosten analysointi Data koottiin ensin Microsoft Excel -ohjelmalla (Microsoft Corporation, Redmond, Wa- shington, Yhdysvallat) analyysiin soveltuvaan formaattiin. Kunkin mittauksen tiedot si- joitettiin omaksi rivikseen ja sarakkeissa olivat ID (17 näytettä: 4 kadaaveritemporaali- luuta ja 13 välikorvamalliversiota), ryhmä (kadaaveritemporaaliluu tai välikorvamalli), taajuus ja välikorvan siirtofunktio (dB re µm/Pa). Varsinainen tilastollinen analyysi tehtiin Pythonilla käyttäen Pingouin-kirjastoa. Ensin suoritettiin sekamallilla varianssianalyysi (eng. mixed ANOVA), jossa riippuvana muut- tujana oli mitatut siirtofunktiopisteet. ID määritettiin subjektiksi (esim. yksittäinen ka- daaveritemporaaliluu tai tietty versio välikorvamallista). Taajuus oli within-subjects-te- kijä, koska samaa kadaaveritemporaaliluuta tai välikorvamallia mitattiin useilla eri taa- juuksilla, jolloin jokainen näyte toimi omana vertailukohtanaan. Ryhmä taas oli between- subjects-tekijä, sillä kukin näyte (ID) kuului vain yhteen ryhmään. 3.4.3 Tilastollinen analyysi 33 Varianssianalyysin tulosten tarkentamiseksi tehtiin post hoc -vertailut käyttäen Holm- korjausta. Tällä voitiin erotella, mitkä mallit erosivat toisistaan tilastollisesti merkitse- västi. Erityisesti, minkä mallin akustinen suorituskyky on yhtä hyvä kuin kadaaveritem- poraaliluun. Tympanometritulosten analysointi Tympanometritulosten analysoinnissa data koottiin myös analysoinnille soveltuvaan for- maattiin. Sarakkeiksi luotiin ryhmä, paine ja komplianssi, joista ryhmä erotti mallit (1, 2 ja 3). Paine ja komplianssi merkittiin binäärisiksi, jotka luokiteltiin normaaliksi (1) tai epänormaaliksi (0) arvoiksi. Normaalit arvot vastasivat teoriaan pohjautuvia normaaleja arvoja välikorvan paineelle ja komplianssille. Tilastollisessa analyysissa käytettiin khiin neliö -testiä (eng. chi-square), jonka avulla selvitettiin, onko ryhmien välillä eroa ja kuinka moni mittaus on normaaliarvojen sisällä. Tätä varten tehtiin ristiintaulukko, joka luokitteli ryhmän normaaliksi, jos paine- ja komp- lianssiarvot ovat normaalin rajoissa. Tämän taulukon perusteella khiin neliön funktiolla laskettiin, ovatko ryhmien jakaumat tilastollisesti erilaiset. Välikorvamallin realistisuutta ja käytettävyyttä kirurgisessa harjoittelussa arvioitiin noin 15 minuuttia kestäneessä kirurgisessa simulaatiossa, johon osallistui 16 korvalääkäriä. Kirurginen simulaatio järjestettiin korvakirurgisen kurssin yhteydessä Helsingin Kirurgi- sessa sairaalassa. Simulaatiossa osallistujat asettivat PORP-proteesin (MNP Malleus Notch Partial Prosthesis, Heinz Kurz GmbH, Dusslingen, Saksa) välikorvaan ja arvioivat proteesin jännitystä sekä tavanomaisen käsituntuman että reaaliaikaisen LDV‑pohjaisen audiopalautteen avulla. 3.5 Kirurginen simulaatio 3.5.1 Tavoite ja osallistujat 34 Kuva 14. Simulaation asetelmassa oli kaksi mikroskooppia, joista toinen oli tarkoitettu osallistu- jan käytettäväksi ja toiseen oli kiinnitetty vibrometri. Näytöltä näki laserin sijainnin jalustimen le- vyllä. Mitattu värähtely siirtyi tietokoneelle sekä kaiuttimiin. (A). Korvalääkärit manipuloivat väli- korvamallia instrumenteilla (B). Välikorvaproteesi (PORP) asetettiin välikorvaan (C). Kuva: Sini Lähde (kuvaukseen pyydetty lupa) Vaikka mallia voitiin haluttaessa tarkastella useista kulmista, se sijoitettiin postaurikulaa- riseen työasentoon. Tällöin päänäkymä vastasi kliinistä tilannetta, jossa välikorva avautui lateraalisesti korvalehden takaa kuten aidossa leikkauksessa. Simulaatiossa käytetty välikorvamalli oli suunniteltu ilman alasinta, joka oli poistettu kuuloluuketjusta mallinnusvaiheessa. Kuuloluuketjuun jätettiin tarkoituksellinen aukko vasaran ja jalustimen välille, jotta simulaatiossa voitiin arvioida PORP:in asettumista il- man nivelten leikkausta. Tämä mahdollisti arvioinnin nopeasti ja toistettavasti samalla välikorvamallilla. Kirurgisessa simulaatiossa yhdistyi välikorvan operoinnin lisäksi välikorvan siirtofunk- tion mittaus. Malli asetettiin kahden otologisen mikroskoopin väliin, joista toisella ohjat- tiin vibrometrin lasersäde jalustimen levylle ja toinen oli osallistujan käytössä välikorvan operoinnin tukena. Kuvassa 14 on kuvattu mittausasetelma (A) ja operoinnin kulma (B). Kuvassa 14C on kuvattu osallistujan käyttämän mikroskoopin näkymä. 3.5.2 Välikorvamalli ja simulaatioympäristö 35 Mitattu välikorvan siirtofunktio ohjautui samanaikaisesti kahta reittiä pitkin Vibsoft-oh- jelmaan tietokoneelle ja äänimuuntimeen, joiden kautta jalustimen levyn värähtelysig- naalin kuuli kaiuttimesta reaaliajassa. Ilman proteesia äänen eteneminen välikorvassa kat- kesi ja kaiuttimista kuului vain taustakohina. Proteesi tuli asettaa onnistuneesti vasaran ja jalusimen väliin, jolloin äänivaste alkoi kuulua. Mitä kirkkaampi ääni, sitä paremmin pro- teesi oli paikoillaan ja edisti äänen kulkua. Kirurgisen simulaation aikana osallistuja täytti kyselylomakkeen (liite 1), johon kuului viisi väitettä liittyen välikorvamallin reaalisuuteen ja tulevaisuuden tarpeisiin. Väittämiin vastattiin asteikoilla ”Täysin eri mieltä” – ”Täysin samaa mieltä”. Lopussa oli tilaa va- paamuotoisille kommenteille ja suostumusosio tutkimustarkoitusta varten, johon vaadit- tiin allekirjoitus. Aineisto koottiin lopuksi Excel-ohjelmassa laskemalla vastausten mää- rät eri asteikoilla. 3.5.3 Mittaus ja reaaliaikainen audiopalaute 3.5.4 Simulaatioprotokolla 36 Lopullinen 3D-tulostettu välikorvamalli tulostui mitoiltaan onnistuneesti. Kaikki osat saatiin kiinnitettyä toisiinsa siten, miten mallinnusvaiheessa oli suunniteltu. Tärykalvo istui 3D-tulostettujen osien väliin suunnitellusti. Kuvassa 15 on mikroskooppikuva ja pi- nokuvat valmiista mallista. Välikorvamallien kappaleversioiden painoissa ei ollut suurta vaihtelua, yksi malli painoi kokonaisuudessaan keskimäärin 10.23 g (taulukko 1). Taulukko 1. Välikorvamallien tärykalvojen, nivelten ja nivelsiteiden materiaalit. Tärykalvoissa ja nivelsiteissä käytettiin silikonia (Shore A 12–14 tai 18–20) ja nivelissä kuumaliimaa. Lisäksi myös kokonai- suudessaan punnitut välikorvamallin painot, jotka ovat keskiarvoja mallien kappaleversioista. IM: incudomalleolar, IS: incudostapedial, MS: malleus superior, IP: incus posterior. Versioiden määrä Tärykalvo IM- & IS- nivelet MS- & IP- nivelsiteet Jalustimen rengasside Paino (g) Malli 1 5 A 12–14 Kuumaliima A 12–14 A 12–14 10.29 Malli 2 5 A 12–14 Kuumaliima A 12–14 A 18–20 10.25 Malli 3 3 A 12–14 Kuumaliima A 18–20 A 12–14 10.21 Korvakäytävän tulostamisessa resoluutiona oli 0.05 mm, joka osoittautui riittäväksi yk- sinkertaisessa kappaleessa. Korvakäytäväkappaleeseen mallinnetut tärykalvon urat tulos- tuivat mallinnuksen mukaisesti. Korvakäytävän sisähalkaisija oli tulostetussa kappa 4 Tulokset 4.1 3D-tulostetun välikorvamallin rakenne 37 Kuva 15. 3D-tulostettu välikorvamalli koottuna. Kuva: Sini Lähde (mikroskooppikuva, A) ja Pekka Paavola (pinokuvat, B & C) leessa keskimäärin 9.5 mm eli noin 1.5 mm kapeampi mallinnuksen mittoihin. Tämä joh- tui mahdollisesti käytävän sisälle tulostuneista tukirakenteista, joiden ympärille kertyi ko- vettunutta tulostusmateriaalia. Kuuloluiden ja tärykalvomuotin tulostustarkkuus (resoluu- tio 0.025 mm) oli erinomainen. Tärykalvon halkaisijaksi mallinnettiin 9 x 11 mm (+ 1 mm paksuinen rengas), jotka pysyivät samoina myös lopullisessa versiossa. Kuvassa 16A on 3D-mallinnusvaiheen kuva korvakäytävästä tärykalvolle ja 16B-C lopullinen fyysinen tuotos. 3D-tulostetuista välikorvamalleista kolme erilaista variaatiota otettiin mukaan tuloksiin, joita haluttiin verrata. Kaikki mallit olivat muuten samanlaisia, mutta nivelsiteiden vah- vuuksissa oli eroja. Mallissa 2 jalustimen rengasside oli tehty vahvemmasta silikonista kuin Mallit 1 ja 3. Mallissa 3 taas vasaraa ja alasinta tukevat nivelsiteet (MS ja IP) olivat vahvempaa silikonia kuin Mallit 1 ja 2. Mallissa 1 kaikki nivelsiteet olivat saman vahvui- sia, Shore A 12–14. Alla olevaan taulukkoon 1 on koottu tärykalvon, nivelten ja nivelsi- teiden materiaalit. 38 Kuva 16. 3D-mallinnus (A) ja lopullinen 3D-tulostettu malli (B) korvakäytävästä kuvattuna. Sili- koninen tärykalvo, joka on tehty takana olevalla 3D-tulostetulla tärykalvomuotilla (C). Kuva: Sini Lähde 3D-tulostetun välikorvamallin siirtofunktiota verrattiin kadaaveritemporaaliluun siirto- funktiotuloksiin. Kaikki mittaukset suoritettiin samalla mittausjärjestelyllä, joten tulokset olivat keskenään vertailukelpoisia. Myös mitatut äänenpainearvot olivat samanarvoiset kaikissa mittauksissa, mikä varmisti, että tulosten erot johtuivat ainoastaan kuuloluuket- jun värähtelyominaisuuksista. Kuvassa 17 on esitetty kolmen erilaisen 3D-tulostetun välikorvamallin sekä kadaaveri- temporaaliluun mittaustuloksia. Kuvaajassa Y-akselin amplitudi (dB re µm/Pa) vastaa ja- lustimen liikepoikkeamaa desibeliasteikolla ja X-akselilla on esitetty taajuus logaritmi- sella asteikolla. Mallia 1 valmistettiin yhteensä 5 kappaletta (n=5), mallia 2 vastaavasti 5 kappaletta (n=5) ja mallia 3 yhteensä 3 kappaletta (n=3). Kadaveeritemporaaliluita oli yhteensä 4 kappaletta (n=4). Mittaustuloksista laskettiin kunkin ryhmän amplitudivasteen keskiarvot sekä keskihajonnat. Käyristä ilmenee välikorvalle ominainen kaistanpäästösuodattimen piirre, jossa vaste nousee kohti huippua keskitaajuuksilla ja tämän jälkeen taas laskee korkeilla taajuuksilla. 4.2 Välikorvan siirtofunktio 39 Kuva 17. Välikorvan siirtofunktiokäyrät, joissa musta viiva on kadaaveritemporaaliluusta (KTL) mitattu, sininen on Mallista 1, vihreä mallista 2 ja vaaleanpunainen mallista 3. Malli 3 vastasi matalien taajuuksien alueella kadaaveritemporaaliluun tuloksia suhteelli- sen hyvin, mutta sen resonanssihuippu sijaitsi poikkeuksellisesti noin 500 Hz:n kohdalla. Kadaaveritemporaaliluun ja muiden mallien (1 ja 2) resonanssitaajuus sijoittui 1 kHz:n kohdalle. Mallin 3 resonanssin jälkeen amplitudi laski noin 20 dB, jolloin korkeilla taa- juuksilla ero kadaaveritemporaaliluun vasteeseen oli suurimmillaan noin 15 dB. Mallien 1 ja 2 siirtofunktiot muistuttivat hyvin läheisesti toisiaan. Matalien taajuuksien alueella mallin 1 amplitudi oli noin 5 dB korkeampi kuin Mallin 2, mutta tätä poikkeamaa lukuun ottamatta erot mallien välillä olivat pieniä. Molempien mallien korkean taajuuden vaste erosi kadaaveritemporaaliluun tuloksesta, ja suurin havaittu ero tällä alueella oli noin 10 dB. Taulukossa 2 on esitetty numeroina samat keskiarvot ja keskihajonnat tietyillä taajuuk- silla. Taulukkoon on merkattu vihreällä mittauskohteiden resonanssipisteet ja punaisella suurimman keskihajonnan piste. Keskihajonta kertoo mittauskohteen ja mittauksen tois- tettavuudesta. Malli 2 on toistettavuudeltaan hyvin samoissa arvoissa kadaaveritempo- raaliluun kanssa (keskihajonta suurimmillaan 3.3 dB). Mallissa 1 on hajontaa eniten 2–3 40 kHz:n kohdalla, mutta korkeilla taajuuksilla hajonta pienenee. Mallissa 3 on eniten ha- jontaa, minkä hahmottaa myös kuvasta 17. Sekamallin varianssianalyysi osoitti, että mitatun kohteen (KTL, Malli 1, Malli 2, Malli 3) ja taajuuden vuorovaikutus oli tilastollisesti merkitsevä (F(21,91) = 13.52, p < 0.001). Toisin sanoen taajuus vaikutti eniten näytteiden eroon. Jonkin näytteen siirtofunktio saat- toi olla lähellä toista näytettä matalilla taajuuksilla, mutta poiketa enemmän korkeilla tai päinvastoin. Kuitenkin analyysin perusteella todettiin, että mitattujen kohteiden ero oli kokonaisuudessaan tilastollisesti hyvin pieni (F(3,13) = 5.30, p = 0.013). Post hoc -vertailu osoitti, ettei mikään ryhmäpari noussut merkittävästi erilaiseksi (alle 5 %) kadaaveritemporaaliluun siirtofunktiopisteisiin verrattuna. Merkittävin ero kadaave- ritemporaaliluuhun oli kuitenkin Mallilla 2 (p = 0.06), mutta hyvin lähellä tätä oli myös Malli 3 (p = 0.08). Kadaaveritemporaaliluulla ja Mallilla 1 oli vähiten eroa (p = 0.3) kes- kenään. Taulukko 2. Välikorvan siirtofunktioista lasketut keskiarvot (KA) ja -hajonnat eri taajuusalueilla verraten ka- daaveritemporaaliluun (KTL), Mallin 1, 2 ja 3 tuloksia. * = mitattujen kohteiden resonanssitaajuu- den arvot, ** = suurimman keskihajonnan piste. Jalustimen liikepoikkeama (dB re µm/Pa, keskiarvo ± keskihajonta) KTL (n=4) Malli 1 (n=5) Malli 2 (n=5) Malli 3 (n=3) Hz KA Hajonta KA Hajonta KA Hajonta KA Hajonta 125 -31,9 ± 0,9 -28,0 ± 1,4 -33,7 ± 1,5 -32,3 ± 5,4 250 -34,8 ± 1,0 -30,7 ± 2,0 -36,5 ± 1,3 -34,5 ± 5,0 500 -32,5 ± 1,5 -30,6 ± 2,7 -31,8 ± 1,7 -28,0* ± 2,2 1000 -30,2* ± 2,6 -28,6* ± 1,3 -27,6* ± 1,7 -33,1 ± 9,5 2000 -41,1 ± 3,0 -47,3 ± 4,1 -49,4 ± 2,0 -48,3 ± 6,3 3000 -44,5 ± 1,8 -53,2 ± 5,2** -55,4 ± 3,3** -64,4 ± 6,1 4000 -43,0 ± 3,1 -54,5 ± 2,6 -52,1 ± 3,3 -71,7 ± 10,8** 5000 -41,8 ± 3,3** -60,6 ± 3,0 -57,1 ± 2,0 -70,4 ± 10,3 41 3D-tulostettujen välikorvamallien tympanometrimittausten tuloksissa tuli ottaa huomi- oon se, että välikorva ei ole suljettu eikä sinne synny painetta. 3D-mallin välikorvassa oli niin sanotusti aina optimaalinen ilmanpaine. Mallin mittauksessa tympanogrammi kertoo kuitenkin korvakäytävän tilavuudesta sekä tärykalvon ja kuuloluiden joustavuudesta. Tympanogrammin teoriaan perustuvat normaalit arvot ovat merkitty kuvien 18 tympano- grammeihin laatikkona, jotta se helpottaa tulosten analysointia. Kuvasta voi nähdä, että Malli 1 on toistettavuudeltaan parhaiten onnistunut ja sen arvot ovat myös suurimmaksi osin normaaleja tai hyvin lähellä sitä. Mallin 1 kolme kappaletta (1.1, 1.2 ja 1.5) voidaan luokitella luokitella A-tyyppiseksi käyräksi. Mallin 2 kappaleista kaksi (2.1 ja 2.4) on päässyt normaaliarvojen tasolle, mutta kolme kappaleversiota ovat jääneet rajojen ala- puolelle ja käyrät ovat lähes suoria (luokitellaan B-käyräksi). Mallin 3 kappaleet ovat taas päinvastoin rajojen yläpuolella yhtä kappaletta lukuun ottamatta, joka viittaa yliliikku- vuuteen. Taulukossa 3 on tarkemmin mitatut tympanometriarvot kunkin mallin kappaleversioista. Korvakäytävän tilavuudet ovat hyvin samoissa lukemissa kaikissa malleissa ja vastaavat aidon korvakäytävän tilavuutta. Huippupaineet ovat lähellä nollaa (-4-21 daPa) ja komplianssit ovat kohtuullisella tasolla (1.4-2.2 ml). Pienten komplianssiarvojen ja suurten painegradienttiarvojen perusteella Mallit 1.3, 2.2, 2.3 ja 2.5 voisi luokitella B- tyyppiseksi käyräksi, koska myös käyrät ovat lähes suoria. Mallissa 3 korvakäytävän tilavuus on identtinen kaikissa kappaleissa. Mallit 3.1 ja 3.2 ovat komplianssi- ja painegradienttiarvoltaan hyvin eri lukemissa, joka viittaa huonoon toistettavuuteen. Lisäksi Mallia 3.3 ei voi tulkita sen puuttuvien arvojen vuoksi. 4.3 Tympanometria 42 Kuva 18. Mallien eri kappaleversioiden tympanogrammit. Tilastollisesti eri mallien välillä ei ollut merkittävää eroa (p = 0.62). Kaikilla malleilla oli suunnilleen sama määrä normaaliksi todettuja arvoja, johon sisältyi sekä paine (-100–50 daPa) että komplianssi (0.3–1.6 ml). Normaaliarvojen rajoissa olivat Mallit 1.2, 2.1, 2.4 ja 3.2 (merkitty taulukkoon 3 tähdellä). Tilastollisen analyysin mukaan 62 prosentin to- dennäköisyydellä uusi välikorvamalli olisi normaaliarvojen rajoissa eli toistettavuus on melko heikko näiden mittausten kannalta. 43 Taulukko 3. Eri mallien kappaleversioiden tympanometritulokset. * = Malliversiot, joissa sekä paine ja komplianssi ovat normaalin rajoissa. Malliversio Korvakäytävän tilavuus (ml) Huippupaine (daPa) Painegradientti (daPa) Komplianssi (ml) Malli 1.1 1,5 1 29 2,2 Malli 1.2 1,3* -4* 71* 1,4* Malli 1.3 1,1 -33 250 0,2 Malli 1.4 1,3 57 95 0,5 Malli 1.5 1,3 21 24 1,7 Malli 2.1 1,2* -11* 70* 0,6* Malli 2.2 0,9 79 115 0,1 Malli 2.3 1,1 17 101 0,2 Malli 2.4 1,0* -28* 46* 1,4 * Malli 2.5 0,8 -298 77 0,2 Malli 3.1 1,4 -25 40 3,1 Malli 3.2 1,4* -37* 89* 1,4* Malli 3.3 1,4 - - - Kirurgiseen simulaatioon osallistui yhteensä 16 korvalääkäriä. Simulaation aikana lääkä- rit saivat välittömän audiologisen palautteen proteesin asennon vaikutuksista. Tämä vah- visti simulaation opetuksellista arvoa. Kyselylomakkeen vastaukset supistettiin asteikoille ”Samaa mieltä”, ”En osaa sanoa” ja ”Eri mieltä”. Vastaukset visualisoitiin prosentuaalisena palkkikaaviona (kuva 19). Koko- naisuudessaan tulokset näyttävät positiivisilta ja suurin osa vastanneista ovat olleet samaa mieltä väitteiden kanssa. 88 % vastanneista olivat tyytyväisiä audiologiseen palautteeseen proteesin asennosta ja sen opetuksellisesta arvosta. Eniten erimielisyyksiä syntyi raken- teiden realistisesta liikkeestä. Jalustimen liikkeen realistisuudesta oltiin eniten eri mieltä (31 %) Tärykalvon liikkeestä 26 % vastanneista olivat eri mieltä sen realistisuudesta tai 4.4 Kirurginen simulaatio 44 Kuva 19. Kirurgisessa simulaatiossa käytetyn kyselylomakkeen väitteet ja 16 korvalääkärin vas- taukset. eivät osanneet sanoa puolesta tai vastaan. Vasaran liikkeestä taas yhteensä 19 %. Kuiten- kin kaikki vastaajat pitivät simulaatiota hyödyllisenä tämän tyylisen kirurgian harjoitte- lussa. Vapaiden kommenttien perusteella välikorvamallista ja tämän tyylisestä simulaati- osta oltiin erittäin vaikuttuneita. 45 Mittaustulosten perusteella voi yhteenvedota, että Malli 1 oli ominaisuuksiltaan pääosin normaaliarvoissa, Malli 2 oli liian jäykkä ja Malli 3 liian joustava. Tympanometrian tulokset viittaisivat siihen, että mallin 2 vahvemmasta silikonista tehty jalustimen rengasside kohottaa koko värähtelyjärjestelmän jäykkyyttä. Mallin 3 vahvemmasta silikonista tehdyt MS- ja IP- nivelsiteet johtavat ylijoustavaan käyttäytymiseen. Mallissa 1 kaikissa nivelsiteissä oli käytetty saman vahvuista, joustavampaa (Shore A 12-14) silikonia. Käytännössä Mallin 1 pitäisi olla kaikista joustavin. Siirtofunktion tulokset osoittavat, että kokonaisuudessaan nivelsiteiden ollessa saman vahvuisia mekaniikka on paremmin verrattavissa kadaaveritemporaaliluuhun. Monet aiemmat vastaavanlaiset tutkimukset (55,57) ovat verranneet välikorvan siirto- funktion mittaustuloksia ASTM-standardiin. Tässä tutkielmassa haluttiin kuitenkin ensi- sijaisesti verrata tuloksia omaan kadaaveritemporaaliluulla tehtyyn mittausaineistoon, koska se mahdollisti täysin samanlaisen mittausmenetelmän käytön. ASTM-standardin mukaan suositeltava äänenpainetaso on 80–100 dB SPL (ASTM, 2022), mutta tämän tut- kielman mittauksissa käytettiin 105 dB SPL tasoista ääntä. 5 Pohdinta 5.1 Vertailu standardiin ja aiempiin tutkimuksiin 46 Kuva 20. 3D-tulostetun välikorvamallin siirtofunktiokäyrä verrattuna ASTM-standardin keskiar- voon ja 95 % luottamusväliin. Kyseinen äänenpainetaso todettiin toimivaksi jo aikaisemmissa tutkimuksissa, koska sillä saatiin vältettyä kohinan päällekkäisyys äänenpaineen ja värähtelyn arvojen kanssa. Muu- toin mittausmenetelmä noudatti ASTM-standardia. Kuitenkin, jos 3D-tulostetun välikorvamallin tuloksia verrattiin ASTM-standardin siirto- funktiokäyrään, mittaukset sijoittuivat onnistuneesti standardin viitearvojen sisälle (kuva 20). Standardin resonanssitaajuus on 500 Hz:n kohdalla (-32.7 dB), kun taas tämän tut- kielman mittauksissa siirtofunktion arvot nousivat noin 5 dB korkeammalle 500 Hz:n jäl- keen. Tämä havainto on kuitenkin linjassa teorian kanssa, jonka mukaan ihmisen väli- korva siirtää ääntä parhaiten 1–2 kHz:n taajuusalueella (27). Molempien mallien kes- kiarvo pysyi kuitenkin selvästi standardin 95 %:n luottamusvälin rajoissa. Tämä 95 %:n luottamusväli ei kuvaa yksittäisten näytteiden hajontaa vaan kertoo, millä alueella usei- den mittausten keskiarvon voidaan 95 %:n varmuudella olettaa sijaitsevan (59). Tämän tutkimuksen 3D-tulostettujen välikorvamallien tulokset olivat keskiarvioisesti pa- rempia kuin vastaavien tutkimusten, joissa siirtofunktiokäyrä jäi ASTM-standardin vii- 47 tearvojen alapuolelle (55,57). Tässä tutkielmassa 3D-tulostusteknologiana käytettiin Di- gital Light Processing (DLP) -teknologiaa, joka on hyvin erilainen verrattuna Kuru ym. (55) ja Hao ym. (57) tutkimuksissa käytettyihin teknologioihin (SLS ja SLM). Teknolo- gioiden erona on, että DLP kovettaa nestemäistä hartsia UV-valon avulla, kun taas SLS ja SLM käyttää laseria jauhemaisen materiaalin sulattamiseen. DLP-teknologia on tark- kuudeltaan paljon korkeampilaatuisempi kuin SLS- tai SLM-teknologiat. Myös materi- aalina käytetty hartsi on kevyempää kuin jauhemaiset materiaalit. (60) Pääosin sillä voi selittää, minkä takia tämän tutkielman välikorvamallin siirtofunktiokäyrä on kauttaaltaan korkeammalla, mutta erityisesti korkeilla taajuuksilla. Omien kadaaveritemporaaliluilla tehtyjen mittausten vertailu 3D-tulostettuihin välikor- vamalleihin osoittaa, että käytetty välikorvan siirtofunktion mittausmenetelmä on varsin toistettava. Tämä näkyy siinä, että kadaaveritemporaaliluiden mittaustulosten keskiha- jonta pysyi pienenä, eli 0.9–3.3 dB välillä eri taajuuksilla ja vastaavasti välikorvamallien keskihajonnat vaihtelivat Mallissa 1: 1.3–5.2 dB:n, Mallissa 2: 1.3–3.3 dB:n ja Mallissa 3: 2.2–10.8 dB:n välillä. Näistä luvuista voidaan päätellä, että Malli 2 oli toistettavuudel- taan paras (pienin keskihajonta), kun taas Mallissa 3 vaihtelu oli huomattavasti suurem- paa. Käytännössä 3D-tulosteiden välinen hajonta pitäisi olla kuitenkin mahdollisimman pieni, koska jokainen kappaleversio on valmistettu täsmälleen samalla tavalla. Tympanometritulokset viittaavat siihen, että Malli 1 asettui kokonaisuudessaan keskiar- voltaan lähimmäs terveen korvan normaaliarvoja. Mielenkiintoista on, että tämän mallin siirtofunktio oli kuitenkin lähes samaa luokkaa kuin Mallin 2. Tympanometrian perus- teella korvakäytävän tilavuus pysyi jokaisessa mallissa samantasoisena (hajontaa 0.2 ml). Kaikissa malleissa tärykalvo oli tehty Shore A 12-14-vahvuisesta silikonista, joten tämä tulos oli odotettua. Kuitenkin joissakin yksittäisissä kappaleversioissa (esim. 1.3, 2.2, 2.3 ja 2.5) kuuloluuketju ei päässyt liikkumaan riittävän joustavasti. Mittauksissa on 5.2 Välikorvamallin ja mittausten toistettavuus 48 mahdollisesti tapahtunut virhe, koska näissä versioissa korvakäytävän tilavuus (0.8– 1.1 ml) oli myös jäänyt selkeästi keskiarvon (noin 1.35 ml) alapuolelle. Välikorvamalli oli erilainen kirurgisessa simulaatiossa kuin tutkielman mittauksissa, koska siitä puuttui alasin ja kuuloluiden väliset nivelet. Kuitenkin simulaation tuloksia voitiin hyödyntää tärykalvon ja jalustimen levyn/rengassiteen analysoinnissa. Silikoninen tärykalvo on rakenteeltaan elastisempi kuin aito tärykalvo, mikä voi selittää kommentit liian jäykältä tuntuvasta tärykalvosta. Myös vasaran liike riippuu tärykalvon joustavuu- desta, minkä vuoksi vastauksissa tuli esiin verrannollisuus vasaran ja tärykalvon liikkeen arvioinnissa. Vastanneista 19 % piti sekä tärykalvon että vasaran liikettä epärealistisena. Kirurgisen simulaation audiologisesta palautteesta oltiin erittäin vaikuttuneita. Useat osallistujat ihmettelivät, kuinka optimaalinen akustinen vasteääni saavutettiin vasta, kun proteesi oli pingottunut tiukempaan asentoon kuin mitä kliinisessä työssä tavallisesti on pidetty riittävänä. Se herätti ajatuksia siitä, jääkö proteesi yleensä liian löysäksi kliini- sessä työssä. Oikealla potilaalla kuuloluuketjun äänenjohtokykyä ei voida mitata leik- kauksen aikana, joten välikorvamallin kaltaiset simulaattorit voivat täydentää kirurgista tuntumaa antamalla myös selkeän palautteen proteesin sopivuudesta. Tutkielman yksi merkittävimmistä rajoitteista liittyi käytettävissä olevaan aikaan. Laa- jemman aineiston kerääminen ja vaihtoehtoisten mallien syvällisempi testaus olisivat vie- neet enemmän aikaa. Tästä syystä on hyvä tiedostaa, että tutkimukseen sisältyy edelleen mahdollisuuksia kehitykselle, jota voidaan hyödyntää myöhemmissä tutkimuksissa. Kokonaisuus herättää kysymyksen siitä, vertailtiinko erilaisia variaatioita tarpeeksi sy- vällisesti, ennen kuin lopulliset kolme mallia valittiin tutkielman tuloksiin. Tulosten ja 5.3 Kirurgisen simulaation opetuksellinen arvo 5.4 Tutkielman rajoitteet ja jatkokehityksen mahdollisuudet 49 erityisesti tilastollisen analyysin perusteella aineistokoko jäi vajaaksi, mikä on todennä- köisesti vähentänyt tilastollista merkittävyyttä pienten erojen havaitsemisessa. Suurem- man aineiston avulla olisi mahdollista tarkentaa, ovatko erot tilastollisesti merkittäviä ja mitkä asiat vaikuttavat välikorvamallin toiminnallisuuteen. Tämän tutkielman anatominen analyysi oli rajallinen. Kirurgisessa simulaatiossa mallin rakennetta ja materiaalien joustavuuden uskottavuutta arvioitiin kirurgien totutulla käsi- tuntumalla. Jatkossa 3D-tulostetun välikorvamallin rakenteellinen tarkkuus olisi syytä va- lidoida vertaamalla sitä mikro-TT:llä kuvattuun kadaaveritemporaaliluuhun. Myös väli- korvamallit kuvattaisiin mikro-TT:llä ja muodostettaisiin STL-mallit, jolloin keinotekoi- sen ja aidon välikorvan poikkeama voidaan laskea. Massa on akustisen impedanssin kan- nalta yksi keskeinen parametri. Siksi tulisi myös selvittää anatomisten rakenteiden koko- nais- ja osamassat (esim. kuuloluut ja tärykalvo) ja raportoida niiden erot. Kirurgisessa simulaatiossa 13 %:lla ilmeni erimielisyyksiä audiologisen palautteen mer- kitykseen liittyen. Nämä mielipiteet liittyivät pääosin proteesin asettamisessa esiintynei- siin voimakkaisiin häiriöääniin sekä käytetyn multisinisignaalin epämiellyttävyyteen. Vaihtoehtoisen äänisignaalin, kuten miellyttävämmän musiikin, havaittiin olevan liian hiljainen havaitsemaan selkeä ero äänenjohtumisessa. Jatkossa kannattaisi siis keskittyä miellyttävämpään mutta riittävän voimakkaaseen äänilähteeseen, joka mahdollistaisi tar- kan audiologisen palautteen. Ääniohjelmilla on mahdollista suodattaa ääntä, millä saisi pois proteesin säädöstä aiheutuvat häiriöäänet. Vaikka tulosten perusteella välikorvamalli osoittautui pääosin realistiseksi, pehmeitä ra- kenteita (esimerkiksi tärykalvoa) voisi kehittää edelleen luomalla realistisempia materi- aaleja. Esimerkiksi Kozin ym. (61) loi tutkimuksessaan tärykalvon 3D-tulostetusta ver- kosta, johon lisättiin tulostuksen jälkeen tietynlaista geeliä simuloimaan kalvomaista ra- kennetta. Tästä voisi ottaa inspiraatiota jatkokehitykseen. 50 Välikorvamallin opetuksellisen hyödyn vahvistamiseksi olisi hyvä kehittää mallin käy- tettävyyttä aidon kirurgisen näkymän kautta. Tyypillisessä toimenpiteessä tärykalvo lei- kataan ja siirretään korvakäytävän seinämään operaation ajaksi. Toimenpideharjoittelun jälkeen olisi tärkeää saada tärykalvo takaisin paikoilleen, jolloin toimenpiteen tuloksen ja välikorvan tilanteen voisi tarkistaa mittalaitteilla. Tällä saisi vielä paremmin simuloitua todellista kirurgista toimenpidettä ja mitata kuulonkorjauksen onnistumista. 51 Tässä diplomityössä kehitettiin ensimmäinen kotimainen, akustisesti toimiva ja 3D‑tulos- tettu välikorvamalli, jossa yhdistyvät kova 3D-tulostettu hartsimateriaali ja joustavat vä- likorvan rakenteet silikonista ja kuumaliimasta. Kuumaliiman ja silikonin yhdistelmä osoittautui samaan aikaan riittävän joustavaksi sekä vahvaksi ja säilytti ketjun liikkuvuu- den ilman merkittävää vaimennusta. Välikorvamallin akustinen käyttäytyminen todettiin samoilla menetelmillä, joita käyte- tään välikorvan toiminnan mittaukseen kadaaveritemporaaliluusta. LDV:llä mitattu väli- korvan siirtofunktio sekä tympanometria osoittivat, että keinotekoisella välikorvamallilla pääsee akustisesti hyvin lähelle aitoa korvaa ja tulokset sijoittuivat ASTM-standardin vii- tearvojen sisälle. Malli myös kesti toistuvat PORP-proteesin asennukset, ja LDV‑mittaus voidaan tehdä ennen ja jälkeen proteesin asennuksen, millä voidaan nähdä erot äänen johtavuudessa. Tämä nopeuttaa erilaisten prototyyppien testaamista ja vähentää kadaave- ritemporaaliluiden tarvetta tulevaisuudessa. Työssä myös todettiin, että mallia voidaan hyödyntää kirurgisessa harjoittelussa. Harjoit- telun ohessa audiologinen palaute motivoi hienosäätämään proteesin asentoa, minkä avulla saa käsituntuman optimaalisesta asennosta. Työssä käytetty simulaatio ei vastaa täysin aitoa kirurgista toimenpidettä, mutta motivoi jatkossa kehittämään erityisesti mal- lin pehmytkudosrakenteita, jotka olisivat kirurgisesti manipuloitavissa. Työssä kehitetty välikorvamalli toimii erinomaisena lähtökohtana jatkokehitykselle. 6 Johtopäätökset 52 1. World report on hearing: executive summary [Internet]. World Health Organization; 2021. Saatavissa: http://apps.who.int/bookorders. 2. Jung DJ, Son J, Kwon HG, Kwon E, Lee KY. Efficacy of ossiculoplasty in patients with chronic otitis media with severe to profound hearing loss. Sci Rep. 2025;15(1):4974–9. 3. Hirsch JD, Vincent RL, Eisenman DJ. Surgical reconstruction of the ossicular chain with custom 3D printed ossicular prosthesis. 3D Print Med. 2017;3(1):7–7. 4. Hederstierna C, Cureoglu S, Paparella MM. Undiagnosed Severe Cochlear Otosclerosis as a Cause of Profound Hearing Loss. Otology & neurotology. 2013;34(3):e14–5. 5. Albera R, Canale A, Piumetto E, Lacilla M, Dagna F. Ossicular chain lesions in cho- lesteatoma. Vsk. 32, ACTA oTorhinolAryngologiCA iTAliCA. 2012. 6. McLarnon CM, Davison T, Johnson IJM. Bone-Anchored Hearing Aid: Comparison of Benefit by Patient Subgroups. Laryngoscope. 2004;114(5):942–4. 7. Gillett D, Fairley JW, Chandrashaker TS, Bean A, Gonzalez J. Bone-anchored hearing aids: results of the first eight years of a programme in a district general hospital, assessed by the Glasgow benefit inventory. Journal of laryngology and otology. 2006;120(7):537– 42. 8. Lähde S, Hirsi Y, Salmi M, Mäkitie A, Sinkkonen ST. Integration of 3D-printed middle ear models and middle ear prostheses in otosurgical training. BMC Med Educ. 2024;24(1):451–451. 9. O’Connell BP, Rizk HG, Hutchinson T, Nguyen SA, Lambert PR. Long-term Outcomes of Titanium Ossiculoplasty in Chronic Otitis Media. Otolaryngology-head and neck sur- gery. 2016;154(6):1084–92. 10. Mishiro Y, Sakagami M, Kitahara T, Kondoh K, Kubo T. Long-Term Hearing Outcomes After Ossiculoplasty in Comparison to Short-Term Outcomes. Otology & neurotology. 2008;29(3):326–9. Lähteet 53 11. Hirsch JD, Vincent RL, Eisenman DJ. Surgical reconstruction of the ossicular chain with custom 3D printed ossicular prosthesis. 3D Print Med. 2017;3(1):7–7. 12. Heikkinen AK, Lähde S, Rissanen V, Salmi M, Aarnisalo AA, Mäkitie A, ym. Feasibil- ity of 3D-printed middle ear prostheses in partial ossicular chain reconstruction. Int J Bi- oprint. 2023;9(4):727–727. 13. Aussedat C, Venail F, Marx M, Boullaud L, Bakhos D. Training in temporal bone drill- ing. Eur Ann Otorhinolaryngol Head Neck Dis. 2022;139(3):140–5. 14. Chien WW, Cruz MJ, Francis HW. Validation of a 3D‐printed human temporal bone model for otology surgical skill training. World Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery. 2021;7(2):88–93. 15. Vitzthum HG, Weimann S, Scheinpflug L, Vorwerk U, Begall K. Correlation between ear canal resonance and tympanic membrane impedance in relation to age and body mass and postmortem changes. HNO. 1997;45(12):976–82. 16. Naik SM, Naik MS, Bains NK. Cadaveric Temporal Bone Dissection: Is It Obsolete To- day? Int Arch Otorhinolaryngol. 2014;18(1):063–7. 17. Klockars T, Aarnisalo AA, Nuutinen J. Korva-, nenä- ja kurkkutaudit ja foniatrian perus- teet. [Neljäs, täysin u... Klockars T, Aarnisalo AA, Nuutinen J, toimittajat. Helsinki: Korvatieto; 2011. 18. Karjalainen M. Kommunikaatioakustiikka. 2. laaj. p. Teknillinen korkeakoulu. Signaa- linkäsittelyn ja akustiikan laitos., toimittaja. Espoo: Teknillinen korkeakoulu; 2008. (Re- port / Helsinki University of Technology, Department of Signal Processing and Acous- tics, 7). 19. Møller AR. Hearing : anatomy, physiology, and disorders of the auditory system. 2nd ed. Amsterdam ; Academic Press; 2006. 20. Pickles JO. Introduction to the Physiology of Hearing. Fourth edition. Bradford: BRILL; 2012. 21. Dai C, Cheng T, Wood MW, Gan RZ. Fixation and detachment of superior and anterior malleolar ligaments in human middle ear: Experiment and modeling. Hear Res. 2007;230(1):24–33. 22. Brister EY, Withnell RH, Shevchenko P, Richter CP. Are suspensory ligaments im- portant for middle ear reconstruction? PLoS One. 2021;16(8):e0255821–e0255821. 23. Ugarteburu M, Withnell RH, Cardoso L, Carriero A, Richter CP. Mammalian middle ear mechanics: A review. Front Bioeng Biotechnol. 2022;10:983510. 24. Mason MJ. Structure and function of the mammalian middle ear. II: Inferring function from structure. J Anat. 2016;228(2):300–12. 54 25. Zhou H, Zhang S, Zhu T, Tian Y, Wang Y, Wang Y. Hybrid Metasurfaces for Perfect Transmission and Customized Manipulation of Sound Across Water–Air Interface. Ad- vanced science. 2023;10(19):e2207181-n/a. 26. Sim JH, Röösli C, Chatzimichalis M, Eiber A, Huber AM. Characterization of Stapes Anatomy: Investigation of Human and Guinea Pig. Journal of the Association for Re- search in Otolaryngology. 2013;14(2):159–73. 27. Aibara R, Welsh JT, Puria S, Goode RL. Human middle-ear sound transfer function and cochlear input impedance. Hear Res. 2001;152(1):100–9. 28. Kim J, Koo M. Mass and stiffness impact on the middle ear and the cochlear partition. Vsk. 19, Korean Journal of Audiology. Korean Audiological Society; 2015. s. 1–6. 29. Cheng JT, Aarnisalo AA, Harrington E, Hernandez-Montes M del S, Furlong C, Mer- chant SN, ym. Motion of the surface of the human tympanic membrane measured with stroboscopic holography. Hear Res. 2010;263(1):66–77. 30. Luers JC, Hüttenbrink K. Surgical anatomy and pathology of the middle ear. J Anat. 2016;228(2):338–53. 31. Sim JH, Chatzimichalis M, Lauxmann M, Röösli C, Eiber A, Huber AM. Complex Sta- pes Motions in Human Ears. Journal of the Association for Research in Otolaryngology. 2010;11(3):329–41. 32. Polanik MD, Trakimas DR, Castillo‐Bustamante M, Cheng JT, Kozin ED, Remenschnei- der AK. Do high‐frequency air‐bone gaps persist after ossiculoplasty? Laryngoscope In- vestig Otolaryngol. 2020;5(4):734–42. 33. Cai L, Wang T, Sun H, Qiu J, Liu J. Frequency-specific analysis of hearing outcomes af- ter surgery for chronic ear diseases. Journal of laryngology and otology. 2024;138(11):1081–5. 34. Meulemans J, Wuyts FL, Forton GEJ. Middle Ear Reconstruction Using the Titanium Kurz Variac Partial Ossicular Replacement Prosthesis: Functional Results. JAMA Oto- laryngol Head Neck Surg. 2013;139(10):1017–25. 35. Hunter LL. Acoustic immittance measures : basics and advanced practice. 1st ed. Shanaz N, toimittaja. San Diego, California: Plural Publishing; 2014. (Core clinical concepts in audiology Acoustic immittance measures). 36. Foth HJ, Huthoff C, Brenner M, Färber S, Stasche N, Baker-Schreyer A, ym. Measuring the motions in the human middle ear by Laser Doppler Vibrometry. Opt Lasers Eng. 1996;25(4):289–301. 55 37. ASTM-F2504. Standard Practice for Describing System Output of Implantable Middle Ear Hearing Devices [Internet]. West Conshohocken, PA: ASTM International; 2022. Saatavissa: http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi?F2504-05R22 38. Kuru I. A New Postoperative Adjustable Middle Ear Prosthesis: Design and Validation Aided by a New 3D Printed Functional Middle Ear Model. 2019. 39. Jones HG, Greene NT, Ahroon WA. Assessment of Middle Ear Function during the Acoustic Reflex Using Laser-Doppler Vibrometry. 2017. 40. Rothberg SJ, Allen MS, Castellini P, Di Maio D, Dirckx JJJ, Ewins DJ, ym. An interna- tional review of laser Doppler vibrometry: Making light work of vibration measurement. Opt Lasers Eng. 2017;99:11–22. 41. Gladiné K, Muyshondt PGG, Dirckx JJJ. Human middle-ear nonlinearity measurements using laser Doppler vibrometry. Opt Lasers Eng. 2017;99:98–102. 42. Huber A, Linder T, Dillier N, Ferrazzini M, Stoeckli S, Schmid S, ym. Intraoperative Assessment of Stapes Movement. Annals of otology, rhinology & laryngology. 2001;110(1):31–5. 43. Katz J, Medwetsky L, Burkard R, Hood LJ. Handbook of Clinical Audiology. Sixth Edi- tion. Katz J, Medwetsky L, Burkard R, Hood LJ, toimittajat. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2009. 44. Liu Z, Liu H, Wang J, Yang J, Hao J, Yang S. Analysis of design parameters of round- window stimulating type electromagnetic transducer by a nonlinear lumped parameter model of implanted human ear. Math Biosci Eng. 2022;19(3):2453–70. 45. Bowers P, Rosowski JJ. A lumped-element model of the chinchilla middle ear. J Acoust Soc Am. 1. huhtikuuta 2019;145(4):1975–92. 46. Cheng Q, Yu H, Liu J, Zheng Q, Bai Y, Ni G. Design and optimization of auditory pros- theses using the finite element method: a narrative review. Ann Transl Med. kesäkuuta 2022;10(12):715–715. 47. O’Leary SJ, Hutchins MA, Stevenson DR, Gunn C, Krumpholz A, Kennedy G, ym. Val- idation of a Networked Virtual Reality Simulation of Temporal Bone Surgery. Laryngo- scope. 2008;118(6):1040–6. 48. Ito T, Fujikawa T, Takeda T, Mizoguchi Y, Okubo K, Onogi S, ym. Integration of Aug- mented Reality in Temporal Bone and Skull Base Surgeries. Sensors (Basel). 2024;24(21):7063. 49. Andersen SAW, Foghsgaard S, Konge L, Cayé-Thomasen P, Sørensen MS. The effect of self-directed virtual reality simulation on dissection training performance in mastoidec- tomy. Laryngoscope. 2016;126(8):1883–8. 56 50. Batsaikhan T, Seo YJ. Virtual reality simulators for temporal bone dissection: overcom- ing limitations of previous models. Research in Vestibular Science. 15. maaliskuuta 2024;23(1):1–10. 51. Zhao YC, Kennedy G, Yukawa K, Pyman B, O’Leary S. Improving Temporal Bone Dis- section Using Self-Directed Virtual Reality Simulation: Results of a Randomized Blinded Control Trial. Otolaryngology-head and neck surgery. 2011;144(3):357–64. 52. Aussedat C, Venail F, Marx M, Boullaud L, Bakhos D. Training in temporal bone drill- ing. Vsk. 139, European Annals of Otorhinolaryngology, Head and Neck Diseases. Else- vier Masson s.r.l.; 2022. s. 140–5. 53. Frithioff A, Frendø M, Weiss K, Foghsgaard S, Pedersen DB, Sørensen MS, ym. Effect of 3D-Printed Models on Cadaveric Dissection in Temporal Bone Training. OTO open : the official open access journal of the American Academy of Otolaryngology--Head and Neck Surgery Foundation. 2021;5(4):2473974X211065012-n/a. 54. Mukherjee P, Cheng K, Wallace G, Chiaravano E, Macdougall H, O’Leary S, ym. 20 Year Review of Three-dimensional Tools in Otology: Challenges of Translation and In- novation. Otology & neurotology. 2020;41(5):589–95. 55. Kuru I, Maier H, Müller M, Lenarz T, Lueth TC. A 3D-printed functioning anatomical human middle ear model. Hear Res. 2016;340:204–13. 56. Brown MA, Jiang S, Gan RZ. A 3D Printed Human Ear Model for Standardized Testing of Hearing Protection Devices to Blast Exposure. Otology & neurotology open. 2022;2(2):e010–e010. 57. Hao J, Zhu Y, Shen D, Rahman MT, Kou Y, Liu H. Frequency response analysis and in vitro verification of 3D-printed ossicular replacement materials. Int J Bioprint. 2024;10(3):322–39. 58. Chaudhary R, Fabbri P, Leoni E, Mazzanti F, Akbari R, Antonini C. Additive manufac- turing by digital light processing: a review. Progress in additive manufacturing. 2023;8(2):331–51. 59. Morse RP, Mitchell-Innes A, Prokopiou AN, Irving RM, Begg PA. Inappropriate Use of the “Rosowski Criteria” and “Modified Rosowski Criteria” for Assessing the Normal Function of Human Temporal Bones. Audiology & neurotology. 2019;24(1):20–4. 60. Gibson I, Rosen D, Stucker B, Khorasani M. Additive Manufacturing Technologies. Third edition. Cham: Springer International Publishing AG; 2020. 61. Kozin ED, Black NL, Cheng JT, Cotler MJ, McKenna MJ, Lee DJ, ym. Design, fabrica- tion, and in vitro testing of novel three-dimensionally printed tympanic membrane grafts. Hear Res. 2016;340:191–203. 57 Tämä työ on syntynyt monen ihmisen tuella, osaamisella ja kärsivällisyydellä. Erityinen kiitos tutkimusparilleni lääketieteen lisensiaatille ja väitöskirjatutkijalle Anssi-Kalle Heikkiselle. Suunnittelimme, mittasimme ja kehitimme mallia rinnakkain alusta asti, pääosin kesällä 2024. Yhdessä tekeminen hyvässä seurassa vei projektia ratkaisevasti eteenpäin. Ohjaajistani haluan kiittää dosentti Saku Sinkkosta (HUS / Helsingin yliopisto) kirurgi- sesta näkökulmasta ja kriittisestä käytännön realismista, jotka auttoivat viemään välikor- vamallia kliinisesti parempaan suuntaan. Tekniikan tohtori Tuukka Panula (Turun yli- opisto) tarjosi arvokasta tukea tekstin rakenteeseen ja yliopiston käytäntöihin. Lisäksi epäviralliselle ohjaajalleni tekniikan tohtori Ville Sivoselle (HUS) olen kiitollinen luke- mattomista tunneista välikorvan mekaniikan selkiyttämisessä ja mittaustekniikoissa. 3D-mallinnus ja -tulostus eivät olisi onnistuneet ilman tekniikan tohtori Mika Salmea (Aalto yliopisto), joka auttoi ensimmäisissä mallinnuksissa CAD-ohjelmistolla ja tulos- tuksissa, sekä muotoilija Jaan Seitsaraa (HUS), joka hallitsi Kirurgisen sairaalan 3D- laitteistot, opetti 3D-mallintamaan ja -tulostamaan sekä mahdollisti mm. tärykalvomuotin teon. Pinokuvista kiitän dosentti Antti Mäkitietä ja tekniikan tohtori Pekka Paavolaa, jotka olivat valmiita kuvaamaan haastavaa välikorvamallia eri tavoin ohjeideni mukaisesti. Lopuksi kiitos kaikille kirurgiseen simulaatioon osallistuneille korvalääkäreille sekä eri- tyisesti Tauno Palva -säätiölle, joka mahdollisti tämän työn toteuttamisen. Kiitokset 58 Liitteet Liite 1. Kirurgisen simulaation kyselylomake