鼓膜修补术后鼓膜振动激光多普勒测振研究

张颖　王杰　李永新陆军总医院63临床部耳鼻咽喉头颈外科（北京049）首都医科大学附属北京同仁医院耳鼻咽喉头颈外科耳鼻咽喉头颈科学教育部重点实验室（首都医科大学）北京市人工听觉工程技术研究中心（北京00730）



鼓膜修补术后鼓膜振动激光多普勒测振研究

张颖1王杰2李永新2
1陆军总医院263临床部耳鼻咽喉头颈外科（北京101149）2首都医科大学附属北京同仁医院耳鼻咽喉头颈外科耳鼻咽喉头颈科学教育部重点实验室（首都医科大学）北京市人工听觉工程技术研究中心（北京100730）

【摘要】目的应用激光多普勒测振仪检测鼓膜修补术后不明原因气骨导差病例的鼓膜振动特性。方法选取2013 年1月-2015年1月月期间首都医科大学附属北京同仁医院耳科完成的一组鼓膜修补术后不明原因气骨导差病例（11耳），根据术后一年随访时气骨导差（Air-Bone Conduction Gap，ABG）分成两组：A组（ABG≤20 dB）6耳，B组（ABG＞20 dB）患者5耳。利用激光多普勒测振仪（Laser Doppler Vibrometer，LDV）分别测试两组术后患者鼓膜脐部振动幅值。同法对30耳正常人进行测试作为对照组。分析鼓膜脐部振动幅值与ABG关系。结果A组患者中除病例2与6外，其余病例的鼓膜振动曲线与正常组走形基本一致。病例6的鼓膜脐部振动幅度较正常组明显下降，以1000 Hz处最低，鼓膜增厚并可见钙斑形成，术前骨气导差与术后基本一致；病例2术后鼓膜振动幅度较正常提高，以1000 Hz处最为明显，该患者术后骨气导差较术前缩小，鼓膜完整但较菲薄。B组患者中除病例5稍高于正常组振动幅度外，其余病例曲线大部分频率振动幅度均低于正常水平。病例5患者术后骨气导差较术前略缩小，鼓膜菲薄。结论鼓膜修补术后鼓膜振动幅度与ABG值大小存在一定的相关性，鼓膜振动越接近正常值时ABG越小。

【关键词】振动；鼓膜；鼓室成形；气骨导差

张颖和王杰并列第一作者

Supported by：The Foundation for Clinical Distinctive Application，Capital of China（Z161100000516144）；The priming scientific research foundation for the senior researcher in Beijing Tongren Hospital，Capital Medical University（2015-YJJ-GGL-015）；The Beijing Natural Science Foundation（7142040）；

Declaration of interest：The authors report no conflicts of interest.

单纯型中耳炎发病率为1-8.6%。从20世纪50年代Wüllstein和Zollner最早提出了鼓室成形手术至今，如何提高鼓室成形手术后远期听力效果一直是研究特点。然而鼓膜修补（鼓室成形Ⅰ型）术后仅20%的病例气骨导差（Air-Bone conduction Gap，ABG）消失，80%的病例术后存在平均ABG为8 dB，部分病例ABG值更大。究其原因可能与术后中耳的状态如炎症持续、黏膜功能不良、瘢痕形成、鼓室腔气化不良、咽鼓管功能障碍、鼓膜厚度以及鼓耳道角钝角化等原因有关。然而，即使应用颞骨薄层CT扫描、耳内镜检查等临床检查除外上述可能原因并确定鼓膜-听骨链连接良好外，但仍有部分病例气骨导差形成机制不清。

在听阈刺激下压力和振幅要比人耳能耐受的最强声刺激状态下小一亿多倍。中耳力学研究结果显示：听阈水平声强的刺激可引起鼓膜振动幅度约氢原子直径大小，而120 dB SPL的强声可以引起振动幅度不足1μm，而常用的耳科光学手术显微镜仅可分辨0.1mm以上振动幅度。因此，常规术中探查听骨链活动良好只能说明是解剖结构连接好，而不能反应鼓膜-听骨链实际传声效果。激光多普勒测振仪（Laser Doppler Vibrometer，LDV）是一种非接触式振动检测技术，可以非接触式、无创、快速安全检测声刺激条件下鼓膜振动，分辨率可达纳米水平。应用LDV检测鼓膜振动幅值，可能通过鼓室成形术后从声学角度鼓膜振动幅度大小反映鼓膜-听骨链系统传声性能，进而为分析鼓室成形术后临床不明原因ABG形成可能原因提供依据。

本研究旨在利用激光多普勒测振仪（Laser Dop⁃pler Vibrometer，LDV）观察鼓膜修补术后鼓膜脐部振动，分析其与鼓室成形术后ABG关系，从声学角度探索鼓室成形术后ABG形成可能原因。

1　资料与方法

1.1临床资料

本研究选择2013年1月-2015年1月期间，在首都医科大学附属北京同仁医院耳科由同一位高年资耳科医生施行的鼓膜修补术病例。纳入标准：术前无上呼吸道急慢性炎症、无骨关节疾病、鼓膜紧张部大穿孔、干耳3个月以上、无既往手术史、颞骨CT检查示听骨链链接好且无中耳乳突腔炎症表现、纯音测听示传导性听力损失、气骨导差小于等于30 dB HL，愿意接受随访；术中探查听骨链完整活动好、鼓室腔黏膜无缺损；术后第12月期间随访时颞骨CT显示鼓室腔含气、无瘢痕形成、鼓耳道角无变钝、听骨链未见异常，耳内镜检查鼓膜完整活动好、无急慢性炎症，近一个月内无上呼吸道感染史，术后纯音测听4个频率（500、1000、2000、4000 Hz）平均ABG大于等于8dB。最终有11例（11耳）资料完整病例纳入本项研究：年龄介于18-66岁间，中位数41.5岁。

对照组：正常青年受试者30耳（平均年龄25.5岁），无耳病及全身疾病史，无长时间噪声接触史，鼓膜标识清楚，无急慢性上呼吸道炎症，咽鼓管功能正常，纯音气导阈值小于等于25 dB HL，无气骨导差。

1.1.1手术方式

手术全部在全麻下进行，耳后径路，移植材料选取患侧颞肌筋膜，夹层法修补穿孔鼓膜，鼓室腔内无填充材料，外耳道可适当成形。术后第三周换药。

1.1.2纯音测听方法

在符合国家标准（GB/T16403、GB/T 16296）的隔声室内进行，受试者检测前一周内患者未接触强声、连续噪声，检测前在安静环境中等待半小时。检测者由有经验的高年资听力检测技师完成。

1.1.3鼓膜振动检测方法

①体位：平卧，测试耳向上；②患者配合要求：平静呼吸，避免任何肢体活动；③测试时间：每侧耳每次20秒，每耳测试5次；③刺激声：纯音500、1000、2000、4000 Hz，共4个频率；④刺激声强度：90dB SPL（气导）；⑤刺激时间：每个频率刺激1秒；⑥测试装置：Polytec激光多普勒测振仪；⑦记录与分析软件：Polytec记录分析软件；⑧测试部位：鼓膜脐部；⑨观察指标：气导刺激下鼓膜的振动速度。分析结果时用鼓膜脐部振动函数（鼓膜脐部振动速度/鼓膜表面声压，单位：mm/s/Pa）来表示鼓膜振动幅度大小。测试模式图见图1。

图1　鼓膜激光多普勒测测振仪振动检测示意图Fig.1 Schematic of measurement vibration of tympanic membrane using Laser Doppler vibrometer

本项研究通过首都医科大学附属北京同仁医院伦理委员会评审（伦理审批号2014-0907）所有受试者签署患者知情同意书。数据分析软件采用SPSS 19.0。

2　结果

本研究共11例（11耳）纳入研究，依照入组患者术后ABG大小予以分为2组：A组ABG≤20 dB的患者6例，B组ABG＞20 dB的患者5例，术后纯音听力检测结果见表1、2。

本研究中，30耳正常听力、正常鼓膜志愿者鼓膜振动测试结果如图2显示，灰色阴影表示500、1000、2000、4000Hz处每个频率标准差上下范围。与正常值相比（图2），A组患者中除病例2、6外，其余病例鼓膜的振动曲线与正常组基本吻合；病例6鼓膜振动幅度较正常组明显下降，以1000 Hz处最低，虽然鼓膜完整，但鼓膜较其他患者显浑浊并可见钙斑形成，且CT显示鼓室含气腔较小，术前骨气导差与术后基本一致；病例2者术后鼓膜振动幅度较正常提高，以1000 Hz处最为明显，该患者术后骨气导差较术前无明显缩小，鼓膜完整，但较菲薄，鼓气耳镜检查，鼓膜活动度增大。

图3示B组5例鼓室成形术后患者于500、1000、2000、4000Hz处鼓膜脐部振动传输函数曲线。患者中除病例5稍高于正常组振动幅度外，其余病例曲线大部分频率振动幅度均低于正常水平。病例5患者术后骨气导差较术前无明显变化，但鼓膜菲薄。

图2　A组鼓膜脐部振动传输函数（mm/s/Pa）Fig.2 Vibration transfer function of tympanic membrane at umbo in group A

图3　B组鼓膜脐部振动传输函数（mm/s/Pa）Fig.3 Vibration transfer function of tympanic membrane at umbo in group B

表1　A组6例ABG小于等于20dB患者气导（AirConduction，AC）与骨导（BoneConduction，BC）4个频率纯音听阈及平均ABG值（单位：dB）Table 1 Average air and bone conduction hearing level of 6 cases（ABG≤20 dB）at 4 frequencies（dB）

表2　B组5例患者气导（Air Conduction，AC）与骨导（Bone Conduction，BC）基本信息及4个频率平均ABG值（单位：dB）Table 2 Average air and bone conduction hearing level of 5 cases（ABG20 dB）at 4 frequencies（dB dB）

3　讨论

本研究使用LDV技术检测鼓室成形术后不明原因ABG增大患耳的鼓膜振动，结果提示鼓室成形术后鼓膜振动幅度与ABG有关联，鼓膜脐部振动幅值越接近正常值时ABG越小。

声能引起鼓膜振动后经听骨链传递至镫骨底板整个过程中，任何部位的质量、劲度及摩擦受影响均影响声能有效传递，从而表现为传导性听力损失，纯音测听表现为不同程度的ABG。本研究中，A组6例鼓膜修补术耳术后一年气骨导差介于8-20 dB之间，其中4例鼓膜脐部振动接近正常鼓膜振动幅度。由于纯音测听不可避免的实验误差，气导与骨导均有5 dB的实验误差，即该6例气骨导差可能在10 dB之内。由于正常鼓膜为椭圆形、半透明且中央稍凹的膜性结构，厚度约为0.05-0.1mm。鼓膜3层组织中的纤维层又可分为浅层放射状纤维从锤骨柄向周围放射，以及深层环状纤维。鼓膜修补移植颞肌筋膜，缺乏纤维层，其刚度小于正常鼓膜，导致同样的声能刺激振幅减小；另外不同厚度的重建鼓膜可导致不同程度听力损失，厚度达1mm时，于800 Hz最大可导致10 dB。同样，Linder等也报道鼓膜修补术后80%病例气骨导差约8 dB。因此，该4例ABG形成与鼓膜材料属性改变有关。

鼓膜质量影响鼓膜振动幅度。A组中病例2虽然ABG较小，但振幅于1000 Hz处高于正常值，检查时发现该例鼓膜菲薄。可能由于鼓膜质量减轻导致其振幅增加有关。与之相反，A组病例6由于鼓膜钙化至其质量增加，影响鼓膜振动表现为1000 Hz振幅下降，且于2000、4000 Hz处也轻度降低。Nishihara等研究发现，增加鼓膜脐部或锤骨头表面的重量可引起中高频的气骨导增加，而长时间的加压砧骨或镫骨则引起以高频为主的传导性听力损失。此外，含气鼓室腔的过小也可导致较大气骨导差，严重者可引起35 dB HL的传声功能障碍。A组病例6的除了钙化斑增加鼓膜质量外，其鼓室腔含气也较小，这可能是该例全频气骨导差形成的可能原因。

重建鼓膜纤维排列方式也影响鼓膜有效振动。O’Connor等研究示鼓膜的径向纤维层在4kHz以上发挥了重要的传声功能。菲薄的鼓膜缺少了纤维层虽然鼓膜振幅增加但势必会影响听力恢复。Yamashita等通过颞骨试验发现对I型鼓室成型术后鼓膜修复形成的纤维层并非像原有鼓膜纤维层径向和同心圆结构排列而是紊乱的排列，所以这可能也是鼓室成形术后气骨导差形成的原因之一。此外，前期有限元模型实验发现随着重建鼓膜厚度增加，鼓膜脐部、镫骨底板位移幅度随之减低。当重建鼓膜厚度超过0.1 mm时，鼓膜脐部振幅与镫骨底板振幅减低趋于显著。当重建鼓膜厚度＞1.0 mm时，鼓膜与镫骨底板振幅显著降低，尤其是在低频区影响最为明显。

B组病例中，除病例5外其余4耳鼓膜脐部振幅均较正常值降低，表现为ABG大于20 dB。鼓膜张力是影响中耳传声的重要因素，过高、过低的张力均可导致中耳重建手术后骨气导差的形成。Zhao等报道由于人工听骨长度增加0.4mm导致鼓膜张力增高，可至1000 Hz以下听力损失9dB。B组病例3、4气骨导差较术前增高，且于500、1000 Hz重建鼓膜振幅降低明显的可能原因就是鼓膜张力异常增高。而病例3、4于2k Hz振动接近正常值，可能是由于共振频率改变所致，表现为2000 Hz处峰值。另外，本研究中重建鼓膜的锥形曲度改变也是导致气骨导差形成的另外一个因素。与A组相比，B组病例虽然术前气骨导差小于等于30dB，但术前气导、骨导均下降明显，除鼓膜大穿孔外还可能会存在鼓膜修复无法恢复的中耳结构，从而气骨导差异常增加。

需要注意的是本研究样本量较小，未能行统计学分析，后续大样本研究将从耳力学角度进一步阐明鼓膜修补术后不明原因气骨导差形成的可能原因。

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·耳力学专辑·

Laser Doppler Vibrometry Study of Tympanic Membrane Motion after Myringoplasty with Air-Bone Gap of Unknown Origin

ZHANG Ying1WANG Jie2LI Yongxin2
1 Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery，263rd Department of Clinical Services，Army General Hospital，Beijing 101149 2 Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery，Beijing Tongren Hospital；Key Laboratory of Otolaryngology，Capital Medical University；Beijing Engineering Research Center of Hearing Technology，Beijing 100730 Corresponding author：LI YongxinEmail：entlyx@sina.com

【Abstract】Objective To study the motion characteristics of tympanic membrane（TM）after myringoplasty with air-bone gap of unknown origin using laser Doppler vibrometry.Methods Between January 2013 and January 2015，11 patients（11 ears），who presented with conductive hearing loss with no obvious clinical reasons after undergoing myringoplasy，were enrolled in this study.Based on the air-bone conduction gap（ABG）at one year after myringoplasty，the patients were divided into Group A（ABG≤20 dB，6 ears）and Group B（ABG＞20 dB，5 ears）.Thirty young people with normal hearing and normal TM served as the control.Magnitudes of TM vibration at the umbo were measured using laser Doppler vibrometry（LDV）.The relationship between TM vibration magnitudes and ABG were analyzed.Results TM vibration magnitude curves in patients in Group A were similar to the normal control subjects，except for Patients No.6 and 2.TM Vibrationmagnitude in Patient 6 was significantly lower than in normal controls，especially at 1000 Hz.Otoscopy showed thickened TM with calcification patches.Audiometry showed essentially no change in ABG before and after the myringoplasty surgery.TM vibration magnitude was higher than normal controls in Patient 2，peaking at 1000 Hz.TM was intact with signs of atrophy.ABG was reduced following the myringoplasty surgery.TM vibration magnitude was lower than normal controls in most patients in Group B，except for Patient No.5，whose TM vibration magnitude was slightly greater than normal controls.TM was thin in Patient 5 and ABG was reduced after the myringoplasty surgery.Conclusion After myringoplasty，TM vibration magnitude seems to be correlated with post-operative ABG.TM vibration parallel to normal indicates the probability of improved ABG.

【Keywords】vibration；tympanic membrane；tympanoplasty；air-bone conduction gap

【中图分类号】R764.29

【文献标识码】A

【文章编号】1672-2922（2016）03-334-5

DOI：10.3969 / j.issn.1672-2922.2016.03.004

基金项目：1首都临床特色应用研究项目（Z161100000516144）；2首都医科大学附属北京同仁院研骨干培育基金资助课题（2015-YJJ-GGL-015）；3北京市自然科学基金项目（7142040）。

作者简介：张颖，在读博士研究生，副主任医师，研究方向：耳力学

通讯作者：李永新，Email：entlyx@sina.com

收稿日期：（2016-04-27）