机器人微创人工耳蜗植入术中植入通道钻制的风险控制研究

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背景:人工耳蜗植入术是治疗极重度感音神经性耳聋患者的最佳治疗方法,手术机器人的发展促进了该术式的革新。传统人工耳蜗植入术的手术创伤大、视野狭小、残存听力破坏及手术结果一致性差等临床问题,机器人辅助人工耳蜗植入术可以增强,甚至超越医生的感知、操作及控制能力,能够解决这些临床问题。由于机器人微创钻制通道的过程中存在对周围重要结构(面神经、鼓索神经、听骨链等)的损伤风险,损伤风险主要为钻制过程中对周围结构的机械损伤及热损伤。合理的乳突钻制通道力学及温度参数是实现机器人人工耳蜗手术的前提条件。目前对于机器人乳突钻制通道的力学及温度参数研究较少。本研究探究机器人人工耳蜗植入术中乳突钻制通道力学及温度参数,基于有限元分析,建立损伤模型,通过实验验证该模型的准确性,为机器人人工耳蜗植入术的安全入路提供理论依据。目的:研究机器人微创人工耳蜗植入术中植入通道钻制的风险因素,并为微创人工耳蜗手术机器人的研制提供力学及温度控制参数。方法:(1)收集人体颞骨标本,进行颞骨CT扫描。依据2例成年男性人体颞骨标本的CT扫描数据,建立人体颞骨的有限元仿真模型,进一步进行乳突钻制通道过程中的仿真模型,计算分析钻制过程中的力学及温度分布图。(2)通过用兔进行面神经热损伤实验,得到神经热损伤的阈值;以及通过乳突钻制通道的仿真模型获得的力学及温度分布图,以便分析出温度阈值范围内的最佳钻制参数组合。(3)通过导航引导定位、数控机床操纵钻制、力学传感器及红外热成像仪检测钻制过程中的力及温度,用三维重建软件mimics提取钻制通道的平均灰度值,与力学参数进行比较,实验验证乳突钻制通道有限元模型的力学与温度参数的准确性。结果:(1)建立人体颞骨的有限元模型及乳突钻制通道过程中的仿真模型,获取钻制过程的力学及温度分布图。(2)37-42℃时,诱发电位振幅略增加;58℃时,所有面神经诱发电位均消失,超过45℃,诱发电位潜伏期逐渐延长,得到面神经热损伤阈值,根据阈值限定,乳突钻制通道的力学及温度分布,获得力学参数及温度参数。(3)获取钻制结束后温度下降值与最高温度比值呈线性回归,拟合优度接近1(P<0.05),获得回归曲线方程。发现力与CT灰度值的大小有关,CT值越大,可能产生的力越大。发现进给速度对温度升高的影响较大,90mm/min温度升高幅度小于30mm/min、60mm/min。对比实验与仿真结果,验证了乳突钻制通道的有限元模型的准确性。结论:基于有限元模型分析的植入通道钻制力学与温度参数,可以为机器人人工耳蜗植入术中乳突钻制通道的安全性提供理论依据。
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