3D打印仿生耳朵模型，用于測試聽力保護裝置在爆炸沖擊下的保護效果

2022年6月10日，南極熊獲悉，來自俄克拉荷馬大學的一個研究小組開發(fā)了一個3D打印人耳模型，用于測試聽力保護裝置（HPD）暴露于爆炸環(huán)境下的標準防護效果。

據(jù)研究人員稱，利用3D打印技術可以通過增加個性化、提高成本效益和時間效率來大幅改善對HPD的評估。

△3D打印耳朵模型的CAD模型。圖片來自《耳科與神經(jīng)病學》雜志。

3D打印模型的好處

在解剖學教學、手術準備和培訓工作中，制作出一個能夠真實貼合人體形態(tài)的精準模型至關重要，而這正是3D打印技術可以發(fā)揮關鍵作用的地方。

近年來，3D打印已經(jīng)被用來生產(chǎn)精準的、針對病人的3D打印解剖模型，且擁有很高的色彩保真度，可以節(jié)省幾個小時的手術計劃時間。隨著3D打印技術的成熟，越來越多的3D打印公司正在為他們的3D打印模型申請ISO認證和FDA許可。

醫(yī)療點3D打印解剖模型服務也越來越受歡迎，Stratasys和Ricoh USA等公司合作向醫(yī)療機構提供3D打印模型，F(xiàn)ast Radius和Axial3D為全美醫(yī)院提供新的 "DICOM打印 "服務。

△實驗性爆炸裝置和壓力傳感器的放置，用于測量3D打印耳朵模型中的爆炸波傳輸。圖片來源：《耳科與神經(jīng)病學雜志》（Otology& Neurotology Open）。

改進HPD

對于部隊而言，戰(zhàn)斗情況下產(chǎn)生巨大的爆炸沖擊波所造成的耳部傷害（如鼓膜（TM）破裂）可能會導致聽力損失。在危險情況下作業(yè)時通常需要佩戴HPD 以防止聽力損失，盡管如今各種 HPD已經(jīng)被廣泛使用，但一些部隊認為 HPD 會降低對戰(zhàn)場形勢的感知能力。

如今，各種先進的HPD已經(jīng)被設計出來，可以允許人們在佩戴HPD的情況下，依然對戰(zhàn)場形勢擁有良好的感知。然而，目前的研究表明，HPD仍然需要進一步的改進，同時還需要更可靠和有效的測試程序。

此前，測試人員已經(jīng)使用人類尸體顳骨（TBs）和各種計算和實驗方法，研究了各種HPD耳塞在遭受噪聲脈沖或爆炸時的保護能力。為了進一步完善HPD，來自俄克拉荷馬州的研究團隊開發(fā)了一個3D打印的TB模型，該模型由柔性和硬質(zhì)聚合物構建，包含TM、耳道、中耳懸韌帶和肌腱、聽骨鏈和中耳室。

這款模型是中耳和外耳的機械和解剖學復制品，可以在暴露于爆炸環(huán)境的條件下測量和評估HPD。研究小組進行了實驗，將3D打印的耳朵模型暴露在有或沒有HPD的爆炸中。記錄了耳道入口處和耳道內(nèi)TM附近的壓力，之后將結果與尸體TB進行對比驗證，該小組還評估了該模型作為聲學傳輸模型的潛力。

在有HPD的情況下，TM附近的衰減峰值壓力低至0.92psi，耳道入口處的爆炸峰值壓力為5.62psi，而沒有HPD，TM附近的壓力為9.79psi，耳道入口處的爆炸峰值相似。因此，該研究準確地評估了被動式防撞器在爆炸中的保護功能，并證明了3D打印模型在防沖擊波設備標準化測試中的功效。

△3D打印的TB的未組裝的中耳部分的打印成品圖片。圖片來自《耳科與神經(jīng)病學》雜志。

關于這項研究的更多信息，可以在發(fā)表在《耳科與神經(jīng)病學》（Otology & Neurotology Open）雜志上的題為："用于標準化測試聽力保護裝置在爆炸沖擊下的3D打印人耳模型/A 3D printed human ear model for standardized testing of hearing protection devices to blast exposure"的論文中找到。該研究的共同作者是M. Brown, S. Jiang, 和R. Gan。

相關論文鏈接：A 3D Printed Human Ear Model for Standardized Testing of Hea... : Otology & Neurotology Open (lww.com)

3D打印定制的聽力設備

助聽器是個性化醫(yī)療設備如何受益于3D打印技術發(fā)展的最重要的例子之一。

事實上，美國陸軍航空醫(yī)學研究實驗室的研究人員之前已經(jīng)使用3D打印技術為美國武裝部隊成員生產(chǎn)和測試可定制的耳塞。這種生產(chǎn)護耳裝置的新技術可以在未來部署，以防止武裝部隊成員的聽力損失。

在其他地方，Materialise、EnvisionTEC、Formlabs和Sonova等公司多年來一直在進行3D打印助聽器和定制耳塞，估計現(xiàn)在世界上99%的助聽器是使用增材制造定制的。