测试人工耳蜗电极插入训练系统，以优化不同内耳解剖结构中电极阵列的位置

Summary

在这里，我们提出了一套结构化的人工耳蜗电极插入训练方案，采用一种新型模拟系统，使得在正常和畸形内耳解剖结构中进行实践。

Abstract

人工耳蜗（CI）电极阵列的成功植入是人工耳蜗植入中的关键手术步骤。没有它，康复无法继续，所有术前术后努力都徒劳无功。因此，电极插入需要外科医生高度的精准和专注。由于临床和解剖条件各异，强化训练以确保电极阵列最佳且安全地置入耳蜗至关重要。在住院医师培训期间，每位实习外科医生都应接受一定数量的实验室培训。钻孔尸体颞骨以安全抵达耳蜗并最佳插入CI电极，如重建中耳手术，至关重要。文献显示，约有10%至20%的先天性听力损失患者存在不同程度的内耳畸形。用于钻孔训练的颞骨尸体通常来自年长的捐赠者，很少出现内耳畸形。相比之下，接受人工耳蜗植入的患者属于高度选择的群体，内耳的解剖变异显著高于普通人群。缺乏在畸形内耳放置电极方面的培训被认为是电极插入过程中出现并发症的关键原因之一。本研究是一项演示研究，旨在评估一种先进的电极插入训练系统，该系统具有可互换的透明内耳模型，既代表正常又具有解剖变异的耳蜗。包括的解剖类型包括不完全分割（IP）I型、II型和III型，以及耳蜗发育不全、普通腔、前庭导管增大（EVA）和正常内耳解剖，均有三种不同尺寸。本研究旨在展示所展示电极插入训练系统的应用，并根据四位住院外科医生在经验丰富的外科医生的监督和指导，提供关于不同类型内耳部分最佳电极放置的实践建议。

Introduction

人工耳蜗植入（CI）是治疗重度至重度感音神经性^听力损失的先进选择。该手术包括将植入物电子设备外科植入颅骨表面，并将电极阵列插入耳蜗。这使得对听神经进行直接电刺激。电极在耳蜗内的最佳位置对于建立有效的电极-神经接口至关重要，这对于最大化设备对受体的益处^{至关重要。}外科医生需要经过大量培训才能精确定位电极。住院医师期间，外科医生应完成适当量的尸体颞骨实验室训练。培训应包括钻孔以安全进入耳蜗，并插入CI电极³。此外，人工耳蜗制造商还提供专业培训，确保每位外科医生都能安全地使用其特定的电极阵列，避免并发症。尽管如此，临床实践中电极错位率报告，尤其是在某些阵列类型中，强调了进一步训练解决方案的重要性。

文献显示，约10-20%的先天性听力损失患者存在某种形式的内耳畸形，详见Jackler等人⁴ 和Sennaroglu等^人5。每种类型的内耳畸形在手术和电极插入过程中都面临特定挑战。常见并发症包括电极在耳蜗外弯曲、电极在囊性耳蜗部分漂浮，以及电极进入内听道⁶。用于外科培训的颞骨尸体骨骼通常来自老年人捐献遗体用于研究和教育。因此，这些标本中内耳畸形极为罕^见。缺乏针对畸形内耳电极放置和耳蜗通路的专项培训被认为是CI手术中电极插入并发症的关键原因。

根据自1990年以来的临床经验，内耳畸形通常需要不同长度和设计的电极阵列以实现最佳位置。MED-EL是美国食品药品监督管理局（FDA）认可的人工耳蜗制造商之一，提供多种电极选项，使得更好地适应多样化复杂的内耳解剖结构^8。在最近的合作中，MED-EL（奥地利因斯布鲁克）和COSA有限公司（英国剑桥）开发了一套先进的CI电极插入训练系统。该系统采用逼真的头部模型，配有预钻孔乳突切除术。它还提供了插入不同透明内耳模型的可能性，代表各种类型的内耳畸形。利用显微镜，在冠状视角中可见耳蜗基部转弯，从而精确观察电极进入耳蜗。电极插入培训系统的设计非常适合教育外科医生，了解以下方面：（i）根据人工耳蜗制造商的建议，电极应如何握持？（ii）最佳插入角度是什么？如何支撑电极沿着耳蜗的侧壁移动？又如何防止电极在内听道内的位置错误？（iii）在遇到插入阻力时，如何将电极完全插入耳蜗内？（iv）不同程度囊性畸形下的最大电极插入角度是多少？如何防止电极通道重叠？（v）常见腔畸形中最优的电极布置技术是什么？

本文将分享我们在各种内耳畸形中电极插入的经验，提供实用的建议和策略，以支持电极的成功植入并减少人工耳蜗手术中的并发症。

Protocol

本研究完全在实验室环境中进行，未涉及患者。因此，本研究无需伦理委员会批准。

1. 电极插入训练系统的描述与设置。

1. 设置电极插入训练系统。
   注意：电极插入训练系统包含一个右侧头饰，配有一个透明的内耳模型，位于解剖学上正确的位置。乳突切除术和后鼓膜切开术已预先钻孔，便于进入耳蜗。一台数字显微镜置于上方，焦距为6厘米，采用4K（2000倍）放大率，聚焦内耳模型的冠状视图，从而在插入时观察电极进入耳蜗的过程。该视图显示在显微镜正上方的显示器（1280 x 800）上。此外，在乳突切除部位上方放置一枚放大镜，提供175%放大和集成光源，以增强后鼓膜切开的可见度。耳蜗入口以红色描边，便于通过后鼓膜切开术识别。训练系统包含十种不同的右耳内耳模型。正常解剖学（NA）有三种不同尺寸，分别以A值（耳蜗基底转弯直径）表示，分别是NA-M，A值8.4毫米;NA-L，A值9.6毫米;以及NA-XL，A值10.4毫米。其他模型还代表了多种内耳畸形类型，如前庭导管增大综合征（EVAS）、I、II和III型不完全分配（IP）、两种不同变异的耳蜗发育不全（CH）以及常见的腔室畸形（CC）。 图1 展示了训练系统的组装过程以及透明的内耳模型。
   为确保插入顺畅，向透明模型填充润滑剂，如浓度为99.5%，粘度为870 Pa·s的甘油。

2. 电极处理（图2）

1. 插入前准备电极和仪器。
2. 使用制造商提供的软握钳。
3. 只用倾斜软握钳固定电极。
4. 将电极导线置于倾斜尖端的直线段内。
5. 将电极直接锁定在阵列止动器后方。
6. 避免在电极接触点处抓取电极阵列。
7. 不要压缩或扭转电极。
8. 在接近耳蜗造口或圆窗前确认固定固定。

3. 插入时电极的角度调整（图3）

1. 在推进电极前，先对齐镊子。
2. 保持上下插入角度。
3. 引导电极朝耳蜗侧壁方向。
4. 避免下上角度。
5. 不要把电极引向内壁。
6. 在推进过程中持续观察电极轨迹。
7. 尽量保持稳定、缓慢的速度。

4. 面对电极插入电阻时的建议

1. 遇到电阻时立即停止推进电极阵列。
2. 不要使用武力。
3. 将电极收回几毫米。
4. 慢慢重新推入电极。
5. 重新置入时保持侧壁轨迹。
6. 始终避免耳蜗外屈曲。

5. 在不同内耳解剖结构中插入电极

注意：以下章节展示了使用透明内耳模型进行电极插入，这些模型代表了多种解剖类型，包括不完全分配（IP）类型I、II、III、耳蜗发育不全、共同腔、前庭导管增大（EVA）以及两种不同尺寸的正常解剖耳蜗。目的是分享关于安全电极插入技术的见解，以减少并发症。

1. 不完全划分类型I（图4）
   1. 通过影像识别完整的囊性耳蜗部分。
   2. 选择适合有限角度插入的电极长度。
   3. 将电极插入时，角度为上下角。
   4. 电极严格沿着侧壁引导。
   5. 将插入深度限制在最大360°。
   6. 防止顶端电极接触重叠。
2. 不完全划分类型II（图5）
   1. 通过影像识别正常的基础转弯与囊性顶端。
   2. 将电极插入规则形成的基底滑道。
   3. 保持侧壁运动轨迹。
   4. 将电极推进至450°。
   5. 进入囊性顶端部分前，请停止插入。
   6. 避免电极重叠超过450°。
3. 不完全划分类型III（图6）
   1. 通过影像识别内耳道（IAC）的变宽。
   2. 预计电极误导进入IAC的风险很高。
   3. 避免使用中央或直线插入路径。
   4. 将电极插入时，角度为上下角。
   5. 沿侧壁持续引导电极。
   6. 确认电极是否仍在耳蜗区。
4. 共腔（CC）（图7）
   1. 术前影像识别出单个未分割的腔体。
   2. 避免电极直接前进。
   3. 轻轻预先弯曲电极阵列。
   4. 先引入弯曲段。
   5. 让电极阵列在腔内形成一个环路。
   6. 稳定环形配置。
   7. 防止电极进入IAC。
5. 耳蜗发育不全（图8）
   1. 在植入前精确测量耳蜗长度。
   2. 选择与缩短耳蜗长度相匹配的电极。
   3. 仅推进至耳蜗腔完全覆盖。
   4. 避免过度插入，超出已发育的基础转弯。
6. 扩大前庭导水道（EVA）（图9）
   1. 术前影像识别正常的基础转弯与轻度囊肿性顶端。
   2. 将电极沿侧壁以上下角插入。
   3. 将电极推进至540°。
   4. 进入囊性顶端区域前停止插入。
   5. 避免电极接触点在顶点内重叠。
7. 不同尺寸的正常解剖结构（图10）
   1. 术前测量耳蜗的A值。
   2. 根据耳蜗大小选择电极长度。
   3. 将电极完全沿侧壁插入。
   4. 较小的耳蜗中会有更深的角度插入（图10，A值8.1毫米，约600°）。
   5. 较大的耳蜗中，角度附着减少（图10，A值10.4毫米，约450°）。

Results

所展示的模型展示了电极处理、插入角度和解剖变异如何影响耳蜗内电极位置。

电极处理

使用软握柄镊子的不同抓握技术导致电极导线控制变化。不理想的握把降低了稳定性，而正确啮合倾斜尖端直线部分在阵列止动器上则确保了插入时的可靠控制（见图2）。

插入时电极的角度 （图3）

研究表明，电极轨迹与钳子的方向高度依赖。上下排列持续引导电极沿外侧耳蜗壁移动（见图3B），而上下上方排列则增加内侧壁偏移的可能性（见图3A）。这一发现凸显了产钳方向在实现可控侧壁定位中的重要性。

不完全划分类型I。

在不完全分配I型中，选择与囊性耳蜗相匹配的电极长度可实现适当的角度覆盖，而更深的插入则增加电极重叠的风险（图4A，B）。IP-I型的特征是耳蜗部分完全囊肿，且没有中央的莫迪奥卢斯干。囊性耳蜗与扩张的前庭分离。基于术前影像的精心规划，能够选择长度合适、覆盖推荐角度深度的电极，如图4C所示。插入角度深度超过360°可能导致电极重叠（图4D，白色箭头）。

不完全分割类型 II

在不完全分区II型中，当插入限制于已形成的耳蜗转动时，位置稳定（见图5）;向囊性顶端的推进与电极重叠和电位通道相互作用有关。

不完全分割类型III

在不完全分割III型中，莫迪奥鲁斯的缺失和内耳道的扩大导致电极误导风险较高。侧壁导向插入方法降低了意外进入内耳道的可能性，并支持耳蜗腔内的滞留（见图6）。

共腔（CC）（图7）

在常见的腔室畸形中，电极尖端的直接前移增加了错位风险。按照协议（图7D）描述的电极预塑形并先引入弯曲段，促进了腔内的环形配置，便于稳定定位并降低挤出到相邻结构的风险。

耳蜗发育不全

耳蜗发育不全病例的置物强调了精确术前测量的重要性。降低的耳蜗尺寸限制了可实现的插入深度，并需要谨慎选择电极长度以避免过度插入（见图8）。

扩大前庭导水道（EVA）（图9）

在扩大的前庭导管解剖结构中，耳蜗发育近乎正常，允许标准插入至预定角度深度。超过此点，进入囊性顶端的可能性更大。限制插入深度降低了电极重叠和通道间电位干扰的风险。

不同体型的正常解剖结构

在正常发育的耳蜗中，耳蜗大小显著影响相同长度电极的角度插入深度。较小的耳蜗尺寸使得角度覆盖面积更大，凸显了手术计划中耳蜗尺寸评估的重要性（见图10）。

电极插入在连续视觉控制下手动完成，采用本研究所用的训练系统。因此，该方案旨在标准化该模型中的电极作、角度和轨迹，而非评估程序性能指标。主要结果是对电极轨迹及训练模型最终定位的定性评估，所有住院外科医生在高级监督下，在所有解剖变异中均可复现地实现最佳位置。

图1： 用于人工耳蜗电极插入的高级训练系统，以及不同解剖结构的透明内耳模型。（A） 左侧面板显示电极插入训练系统的组装。（B）本研究测试的所有不同内耳解剖结构的耳蜗模型。（C）面部凹槽特写。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2：软握钳以三种不同顺序固定电极。（A，B）序列1和序列2显示了不优的电极固定方式。（C） 序列3展示了被软握钳斜角尖端包覆的电极的最佳固定方式。（D） 镊子的特写图，镊子尖端由两个半管状端组成，牢固地固定电极在阵列塞后方。请点击此处查看该图的放大版本。

图3：电极位置。 （A）将电极置于下上角，使电极阵列的尖端更靠近耳蜗内壁（M）。（B）将电极以上下角定位，使电极朝向耳蜗的侧壁（L）。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4： 不完全划分类型I。（A）IP I型的轴向视图。（B）IP-I型的三维（3D）壳体模型，显示囊性耳蜗部分。（C）电极在囊性耳蜗部分中，最佳覆盖角深度360°，避免电极重叠。（D） 插入超过360°角深度可能导致电极重叠，如白色箭头所示。 请点击此处查看该图的放大版本。

图5：不完全划分类型II。 （A）IP类型II的日冕视图。（B）IP II型三维壳体模型，展示了耳蜗基部转弯至450°的正常发育。（C） 在 IP II 型中，最佳覆盖角深 450° 的电极。 请点击此处查看该图的放大版本。

图6：不完全划分III。 （A）IP类型III的轴向视图和（B）日冕视图。（C）电极插入内耳道。（D）电极最佳置于耳蜗区内。 请点击此处查看该图的放大版本。

图7：共腔（CC）。 （A）轴向视图，（B）共同空腔的冠状视图。（C）将直电极插入共腔。白色箭头表示IAC内部电极阵列位错。（D） 电极正确放置在腔内推荐的最佳环形配置中。 请点击此处查看该图的放大版本。

图8：耳蜗发育不全。 （A）发育不全的冠状视角，发育有基部转弯的前半部分。（B）用于电极插入拍摄的发育不全耳蜗三维模型。（C）放置一个12毫米长的电极，覆盖整个发育不全的耳蜗。 请点击此处查看该图的放大版本。

图9：扩大的前庭引水管（EVA）。 （A）EVA日冕视图，清晰显示耳蜗侧壁可达540°。（B）舱外活动（EVA）案例的三维壳体模型，展示了540°角插入深度下的耳蜗长度测量。（C） 电极的最佳插入，覆盖角深度540°，如白色箭头所示。（D） 过度插入电极被推入超过540°，导致顶端通道和中通道重叠，黄色箭头表示。 请点击此处查看该图的放大版本。

图10：不同尺寸的正常解剖结构。 （A，B）不同耳蜗尺寸对电极插入深度的影响。两种不同大小的解剖学正常内耳冠状视图（A值为8.1毫米，B为10.4毫米）。在较小尺寸的耳蜗中，28毫米长的电极完全插入覆盖约600°的角深度，而在较大耳蜗中，覆盖范围仅为450°，白色箭头表示。 请点击此处查看该图的放大版本。

Discussion

本研究对七种不同内耳解剖结构中的最佳电极插入技术进行了结构化概述。实现最佳电极插入的关键方面包括通过术前影像准确识别解剖类型，了解可能的插入相关并发症，以及学习如何使用适当的手术工具安全且舒适地作电极。

术前影像准确识别内耳解剖高度依赖临床医生的经验。在各种类型中，IP类型II和舱外活动可能看起来相似。然而，冠状图中可见的侧壁范围有所不同。在 IP II 型中，其倾角可达 450°，而在 EVA 中，其倾角约为 540°，因此可以作为区分特征^9、10、11。Alsughayer等人于2022年报告，在植入IP型I畸形型中，当电极被推入超过360°的角度插入深度¹²时，电极尖端会折叠。这也是我们设计研究时，IP型I型覆盖360°、IP型II型450°和EVA540°的因素之一，从而避免将电极置于囊性顶端区域。

本研究的一个关键见解是，无论解剖结构如何，沿耳蜗侧壁引导直线电极是有利的。这种方法不仅促进了完全插入，还有助于防止电极进入IAC，这在IP-III型和常见腔畸形中尤为突出。电极插入阻力是文献中广泛记录的并发症，源自多种因素，如解剖结构差异、电极设计特性、手术技术，或电极尖端接触耳蜗内结构¹³。当电阻发生时强迫电极进一步，会增加显著电极屈曲的风险，可能导致插入不完全或部分插入。为避免屈曲风险，建议稍微收回电极阵列，然后小心重新插入。该技术被证明有效，通过对本研究中使用的电极插入训练系统的监测仪实时可视化得到了证实。

Aschendorff等人此前报道了在IP-III型中使用放射辅助导航进行精确电极放置的方法，这种方法需要专门的术中成像系统¹⁴。然而，这种方法在技术上要求较高，需要合适的技术基础设施，并且需要显著增加手术中时间。相比之下，系统性电极插入训练提供了一种更简单且更具成本效益的方法，以降低电极错位的风险。

除了正确识别内耳解剖结构和理解每种解剖类型在插入时遇到的特殊难题外，了解如何正确且舒适地握住电极以实现所选电极的完全插入也至关重要。配备MED-EL直管的软握钳配有专门设计的尖端和两根半管，旨在牢固锁定电极并在插入时实现精确控制。遵循制造商的说明对于学会安全有效地作乐器至关重要。选择与耳蜗大小相匹配的电极长度（以A值测量）也是另一项建议，尤其是住院医生应遵循¹⁵。

在尸体颞骨上进行训练既昂贵又耗时，且先天性内耳畸形的标本极为罕见。本研究评估的先进电极插入训练系统解决了这些局限性：它允许无限次练习，在透明耳蜗模型中实时可视化电极运动，并允许用户调整插入轨迹以达到耳蜗内最佳位置。

本研究使用了同一CI制造商的电极变体。因此，所提供的程序建议针对MED-EL电极，可能不直接适用于其他CI制造商的电极阵列。另一个局限在于在制造透明耳蜗模型中使用树脂聚合物，其在摩擦特性、电极插入时的触觉反馈以及缺乏生理因素（如出血或组织弹性）方面与生物组织不同。因此，从该训练系统中获得的这些发现和观察应谨慎解读，并仔细 转译为 体内条件。

对于四位住院外科医生来说，这是首次在非正常解剖结构的内耳解剖中植入电极。能够目视观察电极进入耳蜗的能力极具启发性，凸显了该培训系统的教育价值。例如，通过将轨迹从下上角调整为上下角，可以直观观察电极尖端如何重新朝向侧壁，从而促进最佳插入耳蜗部分，防止误导。这位高级外科医生认为该培训体系是住院医生的宝贵教育工具，提供了使用尸体颞骨难以实现的学习机会。

本研究提供的先进培训体系使年轻的人工耳蜗外科医生能够在广泛的内耳解剖结构中练习电极插入。置入过程中，保持上下轨迹并引导电极沿耳蜗侧壁移动，有助于实现完全插入，并降低电极错位的风险。仔细的术前规划，尤其是选择与内耳特定形态相匹配的电极阵列，进一步减少插入相关的并发症。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
人工耳蜗电极	医疗-艾尔	172400FX	https://preferredproduct.com/cochlear-implant-electrode-forceps-w-longitudinal-groove-for-insertion-of-electrodes-w-base-0-8-1-3-mm-total-length-155mm/
桌面DeskBrite 300 LED发光2倍放大镜	卡森	https://vision-forward.org/product/gooseneck-desktop-led-lighted-magnifier/	桌面放大镜
数字显微镜	托姆洛夫	https://tomlov.com/products/tomlov-tm4k-digital-microscope
电极插入训练系统	医疗-艾尔	39054	https://www.medel.com/hearing-solutions/accessories
甘油（99.5%）	克劳斯博士	1001881	https://www.doktor-klaus.com/glycerin/
注射器	西格玛·奥尔德里奇	https://www.sigmaaldrich.com/AT/de/product/aldrich/z683620
训练电极	医疗-EL	https://www.medel.com/