在最近发表在《杂志》上的文章中耳鼻喉科和神经学开放，研究人员讨论了开发三维（3D）印刷的人耳模型，用于标准化听力保护装置的爆炸暴露测试。
学习：3D打印的人耳模型，用于对听力保护设备进行标准化测试以爆炸暴露。图片来源：Robert Przybysz/Shutterstock.com
背景
在主动战斗的背景下，由于鼓膜膜（TM）破裂，可能会导致听力损失。需要听力保护设备（HPD）来防止在危险情况下部署时进行听力损失，尽管事实是多种HPD可用，但一些部队认为HPD会降低情境意识。先进的HPD旨在提高感知的情境意识和HPD依从性；但是，当前的研究表明，需要进行更多的HPD改进以及值得信赖和高效的测试程序。
先前对HPD效果进行噪声冲动或爆炸的疗效的研究使用了各种计算和实验方法。已经使用人尸体颞骨（TBS）研究了各种耳塞的保护功效。使用计算模型在高压情况下测试HPD既具有成本效益又是及时的。3D打印技术是创建个性化耳鼻喉科解决方案的迷人工具。3D印刷模型有可能刺激耳朵的乳突手术功能。但是，没有使用3D打印创建生成HPD的模型。利用3D打印优势的模型可以大大改善HPD评估。
用于3D打印的计算机模型，说明了耳朵和3D打印结核的有限元模型。A，具有耳道，中耳和人工耳蜗的人耳的有限元模型。B，组装的CAD模型的截面视图，显示了封闭的耳道和中耳组织。C，3D打印结核的CAD模型的侧视图突出了耳道入口。该模型的形状旨在将其安装到头块中进行爆炸曝光测试。D，3D打印结核的CAD模型的内侧视图。在TM（P1）和中耳腔（P2）附近的耳道的压力端口显示为测量压力传感器的位置。还显示了用于访问Stapes脚踏板的端口以进行未来研究。E，3D打印结核病的CAD型号的爆炸视图显示要分别打印的零件：外耳，中耳和空腔密封。CAD表示计算机辅助设计； TB, temporal bone; TM, tympanic membrane. Image Credit: Kavimughil, M et al., Otology&Neurotology
关于研究
在这项研究中，作者开发了一种3D打印的结核病模型，该模型由灵活和硬聚合物构建。提出的模型包括TM，耳道，中耳悬浮韧带/肌肉肌腱，骨链和中耳腔室。
激光多普勒振动法用于在声音刺激过程中测量TM运动。在TB模型暴露于带有或没有HPD的爆炸后，测量了耳道进入（P0）的压力（P0）和耳道中的TM（P1）附近。将所有发现与人类结核病患者发现的发现进行了比较。使用3D打印的结核病模型正确测试了爆炸过程中的被动HPD的保护效果，并评估了用作声传输模型的潜力。
该小组描述了一个3D打印的耳模型的构建，该模型在解剖和机械上近似于中耳和外耳，以成功测量爆炸暴露期间被动HPD。带有和不使用HPD的实验将3D打印的结核病暴露于爆炸过压，并将发现与尸体TBS进行比较。在这些试验中测量了耳道进入和TM附近的压力。
研究人员使用有限的元素模型创建了3D印刷结核病，该模型基于对结核病的55岁人类男性的组织学横断面扫描。人类外耳和中耳中中耳的结构成分包括在3D印刷的结核病模型和有限元中。
实验性的爆炸设置和压力传感器位置用于测量耳朵模型中的爆炸波传输。一种，在呼吸器室内的爆炸测试设置的图像，其中“头部块”位于爆炸孔下方。人体尸体结核病安装在头部块上，压力传感器P0安装在耳道门口的外部。b，安装在头部块上的3D打印结核病的图像。C，有限元模型突出显示了在爆炸暴露期间监测压力的位置：在耳道的入口，P0和TM附近的耳道中，P1。d，泡沫耳塞（左）和抒情耳塞的图像，带有棒状固定器（右）用于爆炸曝光测试。结核病表示颞骨；TM，鼓膜膜。图片来源：Kavimughil，M等人，耳鼻喉科学和神经学
观察
3D打印TM的位移遵循的模式与人类TM的模式小于3 kHz，但3D打印的TM位移明显小于人类。在275 Hz时，3D制造的TM和人类结核平均值之间的最大差异为0.058 µm，而最接近的读数为5248 Hz，差异为0.003 µm。
对于人类TB和3D打印的结核病，峰值P0压力的值分别为5.89 psi和5.92 psi，与3D制造的TB和人类TB的P0波形相对应的A持续时间分别为0.28和0.32 ms。人类结核和3D印刷的结核病产生的P1压力波形分别为10.38 psi和9.79 psi，在0.79和0.69 ms下。与3D印刷结核病和人类TB的P1波形相对应的A型尿液分别为0.08和0.05 ms。A型和P1峰值压力相似，而3D打印的TB的P1峰值比人类TB具有更快的到达时间。
由HPD引起的P1处的衰减峰值压力在3D印刷结核病中为0.92至1.06 psi，P0时的爆炸峰值压力为5.62–6.54 psi，并且观察到的发现在公开数据的平均值和SD范围内。
3D印刷结核病未组装的中耳部分的成品图像。一种，中耳部分的侧视图显示了耳道和TM。b，3D打印结核病的中耳部分的内侧视图，显示用于清洁的开口。C，3D印刷结核的中部的后视图，上面有密封。d，来自3D印刷结核的中耳腔内的ossicles，TM和韧带和肌腱的3D打印。小骨的成像没有周围的材料，并具有一定尺度，以突出中耳组织的细节和大小。e，组装的3D打印结核的侧视图，插入耳道的抒情耳塞。将PINNA的硅胶模具粘附到3D打印的TB上，以模拟外耳。F，组装的3D打印结核的内侧视图，显示端口以测量TM和中耳腔中的压力并进入Stapes脚踏板。结核病表示颞骨；TM，鼓膜膜。图片来源：Kavimughil，M等人，耳鼻喉科学和神经学
结论
总之，这项研究阐明了3D印刷结核病的发展，以实现HPD的标准化爆炸测试。在爆炸过程中，使用了两个HPD来评估3D印刷结核的保护功能。在安装HPD的情况下，TM附近的峰值压力低至0.92 psi，在耳道进入时，爆炸峰值压力为5.62 psi，而没有HPD，TM附近的压力为9.79 psi，具有类似爆炸的速度耳道入口的峰值。
3D打印结核病中的压力测量在人尸体结核病测试的已发布数据的平均值和SD中很好。
资源
Kavimughil，M.，Leena，M.M.，Moses，J.A。等。3D打印的人耳模型，用于对听力保护设备进行标准化测试以进行爆炸。耳鼻喉和神经学开放2（2）E010（2022）。https://journals.lww.com/onojournal/fulltext/2022/06000/a_3d_printed_human_ear_ear_model_model_model_for_standardized.1.aspyabo214x?context=latesticles
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