锥形束CT评估人工耳蜗植入术后电极位置与植入损伤的研究

徐卓林颖张鑫雨张域开乔燕胡健王艳清邱建华查定军*

1空军军医大学西京医院耳鼻咽喉头颈外科（西安 710032）

2空军军医大学口腔医院放射科（西安 710032）

人工耳蜗植入术(Cochlear implantation,CI)已经成为治疗儿童和成人重度或极重度感音神经性聋的主要方法。据报道，手术因素如电极位置、植入损伤是影响术后康复效果的重要因素[1]。临床上使用最广泛的影像学评估方法为X线片或CT。但X线片对电极位置及耳蜗内部结构显示不清，无法准确评估电极位置[2]，而术后CT因金属伪影干扰亦不作为术后评估手段[3]。因此，临床上迫切需要一种可靠的影像学方法评估患者的术后电极形态以及植入损伤。锥形束计算机断层扫描(Cone beam computed tomography，CBCT)是一种相对较新的成像技术，本文应用CBCT评估患者术后电极位置以及植入损伤，旨在探讨CBCT在人工耳蜗植入领域的应用方法，为CBCT的临床应用提供参考。

1 资料和方法

1.1 研究对象

回顾性分析2017年3月至2020年1月在我科行人工耳蜗植入术的患者的临床资料，纳入标准：符合感音神经性聋的诊断，植入年龄大于13岁；内耳解剖结构正常，或仅合并前庭导水管扩大；CI术后3～4天完成CBCT检查。排除标准：合并严重的内耳畸形；综合征型感音神经性聋；合并蜗神经发育不良或缺如；合并脑白质发育异常；合并智力发育异常；合并孤独症等精神心理类疾病等。因其他原因无法纳入研究。

共计35例患者纳入研究，年龄13-73岁，其中诺尔康CS-10A标准电极20例，MED-EL SONATATI100标准电极有15例，其人口学资料见表1。

表1 纳入患者的人口学资料Table 1 Demographic variables of enrolled patients

1.2 研究方法

1.2.1 CBCT扫描

患者取站位，头部借束带固定于支架上，操作CBCT（NewTom VGi,Verona，Italy）进行扫描。扫描参数：FSV 110kV，FOV 12cm×8cm，SSV 7.45mA，曝光时间5.4s，层厚0.125mm。扫描标志线定位：正面中心线定位于眶上缘中点，侧面中心线定位于外耳道，扫描范围为术侧颞骨全部结构。

1.2.2 电极位置评估

将扫描所得的DICOM数据导入图像处理软件（NNT Viewer,V 8.0），使用多平面重组（multiplanar reconstruction，MPR）模式，通过调节使其符合标准耳蜗坐标系统[4]，获得耳蜗轴位,冠状位、斜矢状位三组图像。

植入深度角测量：在MPR耳蜗冠状位图像中，蜗轴中心与圆窗中点和顶端电极中点连线的夹角记为 θ，当植入角度小于 360°时，结果记为 360°-θ（图1a），当植入角度为360°至540°之间时，结果记为360°+θ（图 1b），当植入角度为540°至 720°之间时，结果记为720°-θ（图1c）。

植入长度测量：在NNT Viewer中选择多样层面模式，在耳蜗冠状位图像上沿电极走形对图像进行曲面重建后得到电极直线图像（图1d）。测量圆窗口到最后一个电极中点的直线距离记为电极植入长度。

图1 MPR模式植入深度角、植入长度、耳蜗大小的测量方法。a，b，c：在耳蜗冠状位图像耳蜗标准坐标系中测量电极植入深度角。d：在多样层面模式中进行曲面重建，测量植入长度。e：在耳蜗冠状位图像上可分别测量耳蜗底转长径（A径）与耳蜗底转宽径（B径）。f：耳蜗管外侧壁的长度记为耳蜗管长度。CDL：耳蜗管长度；IL：植入长度Fig.1 Using multiplanar reconstruction(MPR)to evaluate the size of cochlea,implant depth angle and implant length in patients with cochlea implantation.a,b,c:Evaluate the implant depth angle on the cochlear standard coordinate system of the coronal image of cochlear.d:Using 3D curve planar reconstruction to evaluate the implant length.e:Evaluate the long diameter and wide diameter of cochlear on the cochlear standard coordinate system of the coronal image of cochlear.f:Define the length of the lateral wall of the cochlear duct as the cochlear duct length.CDL,cochlear duct length;IL,implant length.

1.2.3 植入损伤评估

在耳蜗斜矢状位图像中，辨认蜗轴、骨螺旋板等精细结构，若电极位于骨螺旋板下方，则判断电极处于鼓阶，若电极位于骨螺旋板上方，则判断电极处于前庭阶。按Tougan等[5]提出的分级方法对植入损伤进行分级：0级，所有电极均位于鼓阶；1级，电极植入鼓阶，但伴有骨螺旋板升高；2级，所有电极均位于前庭阶；3级，电极从鼓阶穿入前庭阶，骨螺旋板不连续。

1.2.4 耳蜗管覆盖率（Cochlear coverage，CC）

耳蜗管覆盖率可分为线性耳蜗管覆盖率和角度耳蜗管覆盖率。线性耳蜗管覆盖率为植入长度与耳蜗管长度（Cochlear duct length,CDL）的比值，角度耳蜗管覆盖率为植入深度角与耳蜗总角度的比值。耳蜗底转长径（A径）即圆窗中点过蜗轴中心至耳蜗对侧外侧骨壁的距离。耳蜗底转宽径（B径）即经过蜗轴中心并与耳蜗底转长径垂直至耳蜗对侧外侧骨壁之间的距离（图1e）。在耳蜗冠状位图像上测量A径及B径，按Schurzig等[6]提出的椭圆近似估计方程（elliptic-circular approximation equation,ECA）估算蜗管外侧壁长度（图1f）记为CDL。

1.3 质量控制

为保证研究的可靠性，CI手术由两名具有丰富CI经验的主任医师完成，所有患者均采用面隐窝-圆窗入路，术中检测电极均工作正常，术后短期未出现感染、电极脱出等严重并发症。由一名耳科放射学医师分两日各进行一次数据测量，最终结果取两次的平均值，再由另一名放射学医师使用同样的方法和标准测量各指标，并与前一名测量者的数据进行组内相关系数计算，结果显示两者具有较好的一致性。

1.4 统计学方法

使用SPSS 23.0软件进行统计学分析，对所得数据用Kolmogorov-Smirnov检验进行正态性检验，用Levene检验对数据进行方差齐性检验。不同测量指标之间的相关性分析采用Spearman相关分析，用配对t检验比较线性耳蜗管覆盖率与角度耳蜗管覆盖率的差异。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 人工耳蜗植入术后电极位置

患者最终影像学测量数据见表2。诺尔康CS-10A标准电极及MED-EL SONATATI100标准电极两款直电极植入耳蜗后均贴于耳蜗管外侧壁，其电极植入数目、植入深度角及植入长度见表2，81%（17/21）诺尔康CS-10A标准电极完全植入，75%（12/16）MED-EL SONATATI100标准电极完全植入。诺尔康CS-10A标准电极的平均植入深度角为366.46°±46.24°，平均植入长度为19.85mm±1.56mm，MED-EL SONATATI100标准电极的平均植入深度角为575.72°±100.33°，平均植入长度为26.66mm±4.02mm。

表2 纳入患者的影像学测量结果Table 2 Imaging measured results of enrolled patients

2.2 线性耳蜗管覆盖率与角度耳蜗管覆盖率

诺尔康CS-10A标准电极的平均线性耳蜗管覆盖率与角度耳蜗管覆盖率分别为0.53±0.06和0.41±0.05。MED-EL SONATATI100标准电极的平均线性耳蜗管覆盖率与角度耳蜗管覆盖率分别为0.71±0.10和0.64±0.11。测量结果显示线性耳蜗管覆盖率大于角度耳蜗管覆盖率（t=12.84，P＜0.001），差异有统计学意义。

2.3 耳蜗管长度与植入深度角的关系

在电极完全植入的病例中，诺尔康CS-10A标准电极植入深度角与耳蜗管长度成负相关（r=-0.746，P=0.001），MED-EL SONATATI100 标准电极植入深度角与耳蜗管长度成负相关（r=-0.727，P=0.007）。

2.4 植入损伤

图2示，诺尔康CS-10A标准电极植入后有1例发生骨螺旋板升高，1例发生电极从鼓阶进入前庭阶，MED-EL SONATATI100标准电极植入后有2例发生电极从鼓阶进入前庭阶。

图2 植入损伤的评估。a、b为病例1。电极从圆窗植入，全部位于鼓阶，判定为0级损伤。c、d为病例11。电极从圆窗植入后位于鼓阶与前庭阶之间，骨螺旋板抬高(白色箭头)，判定为1级损伤。e、f为病例24。电极在耳蜗360°位置从鼓阶进入前庭阶，判定为3级损伤。g、h图像为病例3。电极在180°时位于前庭阶（黄色箭头），判定为3级损伤。i、j图像为病例36。电极在圆窗入口处先进入前庭，折叠后进入耳蜗底转鼓阶，判定为3级损伤。Mod：蜗轴；OSL：骨螺旋板；RW：圆窗；ST：鼓阶；SV：前庭阶。Fig.2 Evaluating the inner ear trauma in patients with cochlear implantation.In case 1,the electrode was implanted from the RW and located in the ST,which was defined as inner ear trauma of grade 0.In case 11,the electrode was implanted from the round window and located between the ST and the SV with elevation of the OSL(white arrow),which was defined as inner ear trauma of grade 1.In case 24,the electrode was implanted from the round window and the 360°electrode(yellow arrow)was above the OSL,indicated the translocation of electrode between ST and SV,which was defined as inner ear trauma of grade 3.In case 3,the 180°electrode(yellow arrow)was above the OSL,which was defined as inner ear trauma of grade 3.In case 36,the electrode entered the vestibule and then entered the basal turn of cochlear after fold-ing(yellow arrow),which was defined as inner ear trauma of grade 3.Mod,modiolus;OSL,osseous spiral lamina;RW,round window;ST,scala tympani;SV,scala vestibular.

3 讨论

随着人工耳蜗植入的不断发展，越来越多具有残余听力的患者接受CI，“柔手术”与电声联合刺激两个概念的提出进一步强调了保留残余听力的重要性。CI术后残余听力保留程度与植入损伤密切相关，采用圆窗入路及电极完全位于鼓阶能使植入损伤降至最低[7,8]。合适的植入长度与植入位置能最大程度减少植入损伤和匹配声音频率[9]，这也提示了临床上评估CI术后电极位置和植入损伤的重要性。

组织学研究是判断术后电极位置以及植入损伤的金标准，但无法应用于临床。目前临床上广泛采用是术后耳蜗X线片或CT等影像学方法。X线片因价格低廉、操作简便以及辐射剂量低，多被用于临床术后评估，但其对电极位置及耳蜗内部结构显示不清，无法准确评估电极位置[2]；而术后CT扫描因金属伪影干扰亦不作为术后评估手段[3]。相较于传统CT，CBCT具有高空间分辨率、成像时间短、低金属伪影以及低辐射量的优点[10]，其辐射量（多数在30-80μSv）明显低于传统CT（0.5-20mSv）[11,12]，通常为传统CT的几十分之一[13]。而且CBCT成像时间短，通常只需9-18s，尤其适合于依从性较低的患者或儿童。此外，CBCT是一种开放性设备，因此对于幽闭恐惧症患者或焦虑症儿童，CBCT是一种较好的CT替代方案[13]。以上优点使得CBCT越来越多的应用于耳鼻喉科。本研究所使用的CBCT要求患者取站位，且为避免运动伪影的产生，通常要求患者静止10s，考虑低龄患者配合程度低，因此本研究纳入的患者为能配合检查的青少年和成人。

本研究测量了诺尔康CS-10A标准电极以及MED-EL SONATATI100标准电极两款直电极的植入深度角、植入长度及耳蜗管覆盖率。这两款直电极植入耳蜗后均贴于耳蜗管外侧壁，MED-EL SONATATI100标准电极平均植入深度角为575.72°±100.33°，平均植入长度为 26.66mm±4.02mm，均低于既往研究[7,14]，分析原因可能为本研究将部分植入的电极长度也计入平均植入长度和平均植入深度角。而诺尔康CS-10A标准电极平均植入长度为19.85mm±1.56mm，平均植入深度角为366.46°±46.24°，目前尚无诺尔康CS-10A标准电极的植入深度角的研究。结果表明CBCT可以清晰地显示植入电极数目并可直接测量植入深度角及植入长度。合适的植入深度角或植入长度能更好的匹配声音频率。在电极完全植入的病例中，我们观察到植入深度角与耳蜗管长度成负相关，不同个体的耳蜗管长度存在差异，当均选用同一款电极时，对于耳蜗较大的患者其电极植入深度不够，不足以满足患者对听觉重建的需求，而对于耳蜗较小的患者其电极植入深度可能过深，引起耳蜗内部微细结构的损伤，这提示了电极个性化定制的重要性[15]。但植入深度角或植入长度与植入损伤和术后效果的关系还需要进一步研究。

本研究还比较了耳蜗管线性覆盖率与耳蜗管角度覆盖率的差异，这在既往研究中很少被关注。结果表明，耳蜗管线性覆盖率大于耳蜗管角度覆盖率，差异有统计学差异。推测原因为，尽管相较于传统CT，术后CBCT图像具有较高的空间分辨率，但CBCT在准确测量耳蜗总角度时仍然存在一定局限性，本研究在计算耳蜗管角度覆盖率时，耳蜗总角度均记为900°，因此结果可能存在一定误差。其次，植入深度角的测量方法较植入长度的测量更复杂，角度覆盖率受图像质量等因素的干扰高于线性覆盖率，因此，在现有技术条件下，耳蜗管线性覆盖率较角度覆盖率更可靠。

本研究还评估了这两款电极的植入损伤，仅有4例出现了植入损伤。因本研究植入损伤的病例很少，尚无法用统计学方法证明植入损伤与植入深度角、植入长度或电极是否完全植入之间的相关性。既往研究表明耳蜗底转与中转的夹角、电极特征及医生的手法是影响植入损伤的重要因素[14]，受限于评估手段，既往关于CI术后效果的研究大多未将植入损伤纳入研究，今后应将其作为一个常规评估项目。

本研究的局限性在于样本量偏小，部分患者随访时间较短，术后听力学资料缺失，尚无法证明电极位置及植入损伤与术后听觉康复之间的相关性。尽管如此，本研究仍对CBCT的临床应用、耳蜗形态评估、CI术后电极位置及植入损伤评估具有一定参考作用。今后应扩大样本量，分析术后电极位置和植入损伤与术后听觉康复效果的相关性，且可研究CBCT在术中监测中的应用方法，进一步拓展CBCT的应用范围。

本研究证明了CBCT能清晰地显示圆窗、骨螺旋板等重要结构、并以其高空间分辨率和低金属伪影的优势可应用于测量耳蜗大小、测量CI术后电极植入深度和旋转角度、评估电极位置、明确电极在耳蜗内盘旋情况、明确植入电极对的数目以及显示电极与周围结构的关系，具有较大的临床应用价值。