鼓室成形PORP植入术后鼓膜振动特性研究

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）



鼓室成形PORP植入术后鼓膜振动特性研究

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】目的观察鼓室成形部分人工听骨（PORP）植入术后不明原因气骨导差增大病例的鼓膜振动特征。方法对2013年1月至2015年1月期间11例不明原因气骨导差，其中气骨导差大于20 dB有7耳，剩余4耳气骨导差小于等于20dB。应用激光多普勒测振仪（Laser Doppler Vibrometer，LDV）行鼓膜振动测试研究。招募青年受试者30耳行鼓膜振动测试作为对照组。分析鼓膜脐部振动传输函数（鼓膜脐部振动速度与鼓膜表面声压比值）差异以及与纯音测听气骨导差值相关性。结果气骨导差大于20dB的7耳鼓膜脐部振动传输函数曲线较正常值低，且气骨导差值越大越低于正常值；气骨导差小于等于20dB的4耳鼓膜脐部振动传输函数曲线接近正常值，且气骨导差值越小越接近正常值。结论LDV可以检测鼓室成形术后鼓膜振动，鼓室成形PROP植入术后不明原因气骨导差形成可能与鼓膜有效振动减小有关。

【关键词】鼓室成形；激光多普勒；气骨导差；部分人工听骨

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.

鼓室成形术是治疗慢性中耳炎的主要术式［1］，清除病变基础上重建中耳传声结构，减小气骨导差（Air-Bone conduction Gap，ABG）。部分人工听骨（Partial Ossicular Replacement Prosthesis，PORP）植入是重建中耳传声结构的常用方法。远期气骨导差（Air-Bone conduction Gap，ABG）≤20 dB的约40%-70%［2-3］。原因有：在彻底清理病变组织后，不可避免地发生诸如黏膜纤维化、新骨形成、黏膜粘连、咽鼓管功能不良等病理变化［13］；或原有咽鼓管功能不良以及黏膜功能不良等未能痊愈、再次发生鼓膜穿孔、中耳炎、鼓膜不张、生物相容性差等导致植入的人工听骨脱出［14-15］或听骨链移位、连接不佳、镫骨周围含气状态［4］、重建鼓膜的厚度［5］、鼓耳道角变钝［7］等。鼓室成形术后薄层颞骨CT可以检测外耳道、中耳传声结构连接程度及与正常结构的差别，从而解释气骨导差形成可能原因。影响中耳传声特性的原因，有可能通过手术适应症选择、围手术期药物治疗、术中仔细操作、术后密切随访、适时干预可使其将对听力的影响降到最低。然而，临床上经常发现鼓膜-听骨链解剖连接稳定，但即使病情类似、手术医生与手术方式和技巧相同、术中重建结构相似，术后气骨导差仍有较大不同［8］。

鼓室成形术治疗中耳炎的远期听力学疗效逐渐下降［12］。目前常用的临床检测技术难以鉴别鼓室成形术后气骨导差增大的声学因素，从而不能从声学角度提出修正方法。鼓膜振动是中耳有效传声的必要条件，然而目前临床应用耳科手术显微镜分辨率大于1微米，术中、术后看不到生理范围内的鼓膜振动，临床亟需一种无创、快速检测鼓膜振动特征的方法。激光多普勒测振仪（Laser Doppler Vibrometer，LDV）是一种无创、非接触式鼓膜振动检测技术［9］。

本研究旨在应用LDV检测鼓室成形PORP术后不明原因气骨导差增大病例的鼓膜振动特性，分析其与传导性听力损失之间的可能关系，进而从声学角度探索PORP术后ABG的可能成因。

1　资料与方法

1.1临床资料

本实验选择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实施完成的部分听骨植入手术的患者。纳入标准：术前听力学检查诊断为传导性耳聋；鼓室成形术中因砧骨摘除一期行听骨植入；因中耳胆脂瘤或黏膜水肿一期先行乳突根治、鼓膜修补术，术后1年复查CT鼓室腔未见病变复发，鼓膜完整，二期行听骨植入手术；PORP植入术后1年随访颞骨CT检查示鼓室腔含气，听骨无移位脱出，鼓室无软组织影且无乳突腔炎症表现，鼓膜愈合良好，ABG（500、1000、2000、4000 Hz平均值）显示的传导性耳聋而无明显临床可发现的原因，咽鼓管功能正常；术后1年随访是检查颞骨CT、纯音测听及激光多普勒测振仪检测鼓膜振动。回访时近1个月内无上呼吸道感染史。

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，鼓膜标志清楚，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20 dB HL。

1.2手术方式

手术全部在全麻下进行，耳后径路，外耳道可适当成形，外耳道后壁完整。鼓膜移植材料选取患侧颞肌筋膜，术中锤骨柄保留，部分人工听骨植入术中测量所需听骨长度，安置长度可截的Kurz钛质PORP，PORP与鼓膜之间加垫0.5mm厚的耳屏软骨。术后第三周起常规换药。

1.3纯音测听方法

在符合国家标准（符合GB/T16403、GB/T 16296标准）的隔声室内进行，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。

1.4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4秒（4个频率，间隔1秒），每耳测试5次；④刺激声：纯音500、1000、2000、4000 Hz，共4个频率，刺激声强度：90dB SPL（气导）；⑤测试装置：Polytec激光多普勒测振仪；⑥记录与分析软件：Polytec记录分析软件；⑦测试部位：鼓膜脐部；⑧观察指标：气导刺激下鼓膜的振动速度。当检测到的鼓膜振动信号信噪比大于等于10 dB时确认为有效振动信号；当信噪比较差时，采用反光珠提高信噪比。

图1　鼓膜振动测试模式图Fig.1 Schematic of measurement vibration of tympanic membrane using Laser Doppler vibrometer

1.5数据处理及统计学方法

应用SPSS19.0统计软件，正常值计量资料以平均值±标准差计算，患者的鼓膜测试计量数据以平均值计算。ABG为500、1000、2000、4000Hz平均值。采用鼓膜脐部振动传输函数（鼓膜脐部振动速度与声压比值，单位mm/s/Pa）表示鼓膜振动特性。本研究不考虑鼓膜振动相位。

2　结果

本研究中有11耳病例入组，年龄21-67岁，中位数50岁。PORP植入患者术后纯音听力气骨导平均值结果见表1、3，术前听力结果见表2、4。鼓膜振动测试结果如图1显示，灰色阴影表示正常听力正常鼓膜的青年志愿者于500、1000、2000、4000Hz处鼓膜脐部振动传输函数的均数与标准差。LDV测试鼓膜脐部振动函数见图2、3。结果显示：①病例1-7患者术后ABG＞20 dB患耳平均鼓膜振动幅度较正常对照组低；病例1术后平均ABG为26.25dB，振动函数曲线与对照组基本吻合；病例7鼓膜振动振幅最低，其术后平均ABG为45 dB；②术后ABG≤20 dB的4例患耳鼓膜振动传输函数曲线接近正常值。病例2、3气骨导差小于10 dB，其振动曲线与正常值更加接近。

图2　PORP植入术后气骨导差大于20dB的7耳的鼓膜脐部振动传输函数曲线（mm/s/Pa）Fig.2 Vibration transfer function of tympanic membrane at umbo in 7 ears accepted PORP（ABG20 dB）（mm/s/Pa）

图3　PORP植入术后气骨导差小于20dB的4耳鼓膜脐部振动传输函数曲线（mm/s/Pa）Fig.3 Vibration transfer function of tympanic membrane at umbo in 4 ears accepted PORP（ABG＜20 dB）（mm/s/Pa）

3　讨论

鼓室成形术伴PORP植入目的是通过重建鼓膜与镫骨之间有效连接［10］。听骨植入术后6个月-1年的听力学结果气导较术前提高15dB，ABG＜20 dB认为效果较好［11］。本研究结果显示：ABG小于20 dB的4例中，ABG越小时鼓膜振动幅值越接近正常值。与之相反，ABG大于20dB的7例中，ABG越大时鼓膜振动幅值越远离正常值。可能原因从如下生物力学角度分析。

首先，声音经外耳道传递到鼓膜引起鼓膜振动，再经听骨链传递到镫骨，振动传递过程，实际上就是力学振动过程，任何影响该振动传递的因素均可影响听力，中耳传声效果好坏基本是生物力学问题，中耳病变可影响鼓膜振动特征［16-17］。然而，本研究中11例均除外上述常见影响中耳传声的可能原因。由于中耳的解剖结构非常精细和传音机制非常复杂，影响术后听力的因素很多，重建听骨链与镫骨的耦合情况及鼓膜修复所用的移植物，其材料属性、形状及术中放置位置等不同均可使其声学性能发生变化。本实验组为听骨植入术后ABG大于20dB的患者，术后鼓膜振动幅度除1例与正常组基本吻合外其余均低于正常组。中耳力学研究表明当移植的鼓膜耦合不佳时鼓膜的振动幅度增加；而人工听骨或残余听骨固定会引起移植鼓膜以及与其相嵌合的部分活动度减低，而移植物的活动度降低就预示着新建中耳的通气功能减低［19］。Rosowski［20］等利用LDV对鼓膜完整的传导性耳聋进行术前诊断性研究发现听骨链中断患者的振动幅度和相位有频率特异性，在低频区的振动幅度大于正常组；镫骨固定患者鼓膜脐部的振动减小，考虑与中耳劲度增加有关；锤骨固定的患者低频区鼓膜脐部振动幅度下降程度与传导性听力损失成正比。本研究发现气骨导差越大，鼓膜振动幅度越偏离正常对照组。推测其原因之一可能由于植入的PORP活动度差而导致中耳劲度增加有关。

其次，镫骨活动度是制约中耳有效传声的重要因素。目前耳科医生判断镫骨底板是否活动，均依靠术中探针触碰镫骨头，这种方法主观性大且和手术经验有较大的关系，镫骨的活动度直接影响了部分听骨植入术后听骨链的传声效果。虽然Huber［22］等开始利用LDV测试术中镫骨底板的活动，但由于手术中测试部位暴露较困难，手术区域渗血影响测试及测试角度受限等原因术中检测一直存在争议［23］。本研究中7例ABG大于20 dB病例中，术后气导均较4例ABG小于20dB病例的气导阈值低，虽然影像学检查未见明显异常，有可能鼓膜大穿孔对镫骨振动影响导致传导性听力损失增加，因此，推测原因之二是镫骨活动度受影响从而增加中耳传声系统劲度，进而减低鼓膜振动幅度。

此外，PORP植入术后，锤骨、镫骨附着肌腱与韧带损伤或病变也可引起传导性的听力损失［26］。Ferris等［21］研究发现部分听骨植入后中耳力学从根本上发生了改变，PORP听骨增加了植入物与鼓膜及镫骨底板的振动耦合面。锤砧镫听骨系统将鼓膜与卵圆窗灵活的链接需要有一定的阻抗匹配，但是这种劲度可有限预防听阈范围内不可控制的共振。如本研究中7例ABG大于20 dB病例术后鼓膜振动于2000 Hz处增高，可能就是由于中耳共振频率改变所致。

需要指出的是，本研究病例较少，后续大样本多中心研究将进一步揭示鼓室成形PORP植入术后ABG形成可能机制，从声学角度探索鼓膜振动特征有望为临床指导听骨重建手术及中耳炎术后远期听力鉴别振动提供依据［24］。另外，除了应用LDV活体鼓膜振动测试外［18］，LDV联合ECochG可有效的检测听骨植入后听骨链传声性能［25］，外科医师可根据结果对人工听骨进行时时调整。

表1　术后1年气骨导差大于20 dB的7例患耳纯音测听结果（dB）Table.1 Average air and bone conduction hearing level of 7 cases post-operation（ABG＞20 dB）（dB）

表2　表1术前7例患耳纯音测听结果（dB）Table.2 verage air and bone conduction hearing level of 5 cases pre-operation（dB）

表3　术后1年气骨导差小于20 dB的4例患耳纯音测听结果（dB）Table.3 Average air and bone conduction hearing level of 7 cases post-operation（ABG＞20 dB）（dB）

表4　表3术前4例患耳纯音测听结果（dB）Table 2 Average air and bone conduction hearing level of 4 cases pre-operation（dB）

参考文献

1Nadol JB，Schuknecht HF：Surgery of the Ear and Temporal Bone （ed1）.New York，NY，Raven Press 1993.

2Brackmann DE，Sheehy JL，Luxford WM：TORPs and PORPs in tym⁃panoplasty：a review of 1042 operations.Otolaryngology--head and neck surgery：official journal of American Academy of Otolaryngolo⁃gy-Head and Neck Surgery 1984，92（1）：32-37.

3Shrestha BL，Bhusal CL，Bhattarai H：Comparison of pre and post-operative hearing results in canal wall down mastoidectomy with type III tympanoplasty.JNMA；journal of the Nepal Medical As⁃sociation 2008，47（172）：224-227.

4Shinnabe A，Hara M，Hasegawa M et al：Relationship between post⁃operative aeration around the stapes and postoperative hearing out⁃come after canal wall down tympanoplasty with canal reconstruction for cholesteatoma.Otology & neurotology：official publication of the American Otological Society，American Neurotology Society［and］European Academy of Otology and Neurotology 2011，32（8）：1230-1233.

5Murugasu E，Puria S，Roberson JB，Jr.：Malleus-to-footplate versus malleus-to-stapes-head ossicular reconstruction prostheses：tempo⁃ral bone pressure gain measurements and clinical audiological data.Otology & neurotology：official publication of the American Otologi⁃cal Society，American Neurotology Society［and］European Academy of Otology and Neurotology 2005，26（4）：572-582.

6Gyo K，Goode RL，Miller C：Stapes vibration produced by the output transducer of an implantable hearing aid.Experimental study.Ar⁃chives of otolaryngology--head & neck surgery 1987，113（10）：1078-1081.

7Wang J，Zhao F，Li Y et al：Effect of anterior tympanomeatal angle blunting on the middle ear transfer function using a finite element ear model.Medical Engineering and Physics 2011，33（9）：1136-1146.

8Asai M，Heiland KE，Huber AM et al：Evaluation of a cement incus replacement prosthesis in a temporal bone model.Acta oto-laryngo⁃logica 1999，119（5）：573-576.

9Whittemore KR，Jr.，Merchant SN，Poon BB et al：A normative study of tympanic membrane motion in humans using a laser Doppler vi⁃brometer（LDV）.Hearing research 2004，187（1-2）：85-104.

10Merchant SN，Rosowski JJ：Auditory physiology and middle-ear me⁃chanics，in Glasscock ME，Gulya AJ（eds）：Surgery of the Ear.ed 5.Ontario，Canada，BC Decker，2003：pp 59-82.

11Shetty S：Pre-Operative and Post-Operative Assessment of Hearing following Tympanoplasty.Indian journal of otolaryngology and head and neck surgery：official publication of the Association of Otolaryn⁃gologists of India 2012，64（4）：377-381.

12Saumil N.Merchant JJR：Surgical Reconstruction and Passive Pros⁃theses.In：The Middle Ear-cience，Otosurgery，and Technology.Volume 46，edn.Edited by Popper SPRRFAN.New York：Springer；2013：253-272.

13Josep B.N，Jr.：Histopathology Following Surgical Treatment.In：Schuknecht's Pathology of the Ear.3 edn.Edited by Saumil N.Mer⁃chant JBN.USA：PMPH 2010.

14Yang Liu，Jian Jun Sun.：Staged tympanoplasty：a clinical analysis of 112 cases.Academic Journal of Second Military Medical University；2005，26（12）：1432-1434.

15Pan Yao-ping，Dai Chun-fu，WANG Zheng-ming：Hearing im⁃provement in patients with chronic otitis media after surgical treat⁃ment.Chinese Journal Of Ophthalmologe And Otorhinolaryngology.2010，10（3）：144-147.

16Merchant SN，Ravicz ME，Voss SE et al：Toynbee Memorial Lecture 1997.Middle ear mechanics in normal，diseased and reconstructed ears.The Journal of laryngology and otology 1998，112（8）：715-731.

17Puria S：The Middle Ear：Science and Applications.In：The Middle Ear -Science，Otosurgery，and Technology.Volume 46，edn.Edited by Popper SPRRFAN.New York：Springer；2013：1-5.

18Goode RL，Ball G，Nishihara S et al：Laser Doppler vibrometer （LDV）--a new clinical tool for the otologist.The American journal of otology 1996，17（6）：813-822.

19Mehta RP，Ravicz ME，Rosowski JJ et al：Middle-ear mechanics of Type III tympanoplasty（stapes columella）：I.Experimental studies.Otology & neurotology：official publication of the American Otologi⁃cal Society，American Neurotology Society［and］European Academy of Otology and Neurotology 2003，24（2）：176-185.

20Rosowski JJ，Mehta RP，Merchant SN：Diagnostic utility of la⁃ser-Doppler vibrometry in conductive hearing loss with normal tym⁃panic membrane.Otology & neurotology：official publication of the American Otological Society，American Neurotology Society［and］Eu⁃ropean Academy of Otology and Neurotology 2003，24（2）：165-175.

21Ferris P，Prendergast PJ：Middle-ear dynamics before and after os⁃sicular replacement.Journal of biomechanics 2000，33（5）：581-590.

22Huber A，Linder T，Ferrazzini M et al：Intraoperative assessment of stapes movement.The Annals of otology，rhinology，and laryngology 2001，110（1）：31-35.

23Chien W，Rosowski JJ，Ravicz ME et al：Measurements of stapes ve⁃locity in live human ears.Hearing research 2009，249（1-2）：54-61.

24Wade Chien JJR，Saumil N.Merchant：Investigation of the Mechan⁃ics of Type III Stapes Columella Tympanoplasty Using Laser-Dop⁃pler Vibrometry.NIH Public Access Author Manuscript 2007，28（6）：782-787.

25Morawski K，Niemczyk K，Sokolowski J et al：Intraoperative Monitor⁃ing of Hearing Improvement during Ossiculoplasty by Laser-Dop⁃pler Vibrometry，Auditory Brainstem Responses，and Electroco⁃chleography.Otolaryngology--head and neck surgery：official jour⁃nal of American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Sur⁃gery 2014，150（6）：1043-1047.

26F Zawawi RV，M D Schloss：Shortened stapedius tendon：a rare cause of conductive hearing loss.The Journal of Laryngology & Otol⁃ogy 2014，128：98-100.

·耳力学专辑·

Tympanic Membrane Vibration Characteristics Measured using Laser Doppler Vibrometry following Typmanoplasty with PORPImplantation with Increased Air-Bone Gap

ZHANG Ying1，WANG Jie2，LI Yongxin2
1 Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery，263rd Department of Clinical Services，PLA 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 report tympanic membrane（TM）vibration characteristics in cases of tympanoplasty with PORP implantation with increased air-bone gap using laser Doppler vibrometry（LDV）.Methods Between June 2013 and June 2015，11 patients（11 ears），who underwent tympanoplasty with PROP implantation but continued to demonstrate conductive hearing loss for no obvious clinical reasons，were enrolled in this study.Based on their air-bone gap（ABG）one year after the surgery，the patients were divided into Group A（ABG＞20 dB，4 ears）and Group B（ABG＜20 dB，7 ears）.Thirty 30 young adults with normal hearing and normal TM served as controls.The relationship between measured TM vibration magnitudes at the umbo and ABG were analyzed.Results TM vibration magnitudes in all cases in Group B were lower than normal controls.The difference increased as ABG increased.TM vibration magnitudes in Group A were close to the normal control mean value，the smaller of the ABG，the closer the vibration magnitude to the normal control.Conclusion Decreased TM vibration magnitudes following tympanoplasty with PROP implantation is likely a cause for persistent ABG.

【Keywords】tympanoplasty；Laser Doppler Vibrometry；Air-bone Gap；PORP

【中图分类号】R764.29

【文献标识码】A

【文章编号】1672-2922（2016）03-339-5

DOI：10.3969 / j.issn.1672-2922.2016.03.005

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：（2016-04-28）