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In diesem Artikel wird eine zuverlässige Methode zur Extraktion der menschlichen Cochlea aus dem Schläfenbein des Leichnams durch Drill-out vorgestellt, wobei unterschiedliche anatomische Orientierungspunkte verfolgt werden.
Die Extraktion der Cochlea aus einem menschlichen Schläfenbein kann für verschiedene Untersuchungen des Innenohrs erforderlich sein. Für histologische Untersuchungen muss das Innenohr aus dem Schläfenbein extrahiert werden, um die histologische Verarbeitung zu erleichtern. Ebenso sind einige Mikro-Computertomographie-Geräte zu klein, um das gesamte Schläfenbein aufzunehmen; Zusätzlich kann die Bildqualität verbessert werden, wenn die Cochlea isoliert ist.
Das Innenohr befindet sich innerhalb des Felsenbeins des Schläfenbeins. Das Innenohr kann in das knöcherne Labyrinth oder die otische Kapsel und das membranöse Labyrinth innerhalb der otischen Kapsel unterteilt werden. Des Weiteren kann das Innenohr in das vestibuläre System (die Bogengänge und das Vestibulum) und die Cochlea unterteilt werden. Die Lokalisation und Orientierung der Cochlea innerhalb des Schläfenbeins ist schwierig, da sie in knöcherne Strukturen eingebettet ist und somit nicht direkt sichtbar gemacht werden kann. Nichtsdestotrotz gibt es unterschiedliche anatomische Strukturen, die den Prozess steuern können, um ein zuverlässiges Ausbohren der Cochlea zu ermöglichen. Die Orientierungspunkte in den hinteren Teilen der Cochlea sind der Gesichtsnerv, die Bogengänge und das Vestibulum. In der Mitte sind die unteren Ränder der Cochlea durch das runde Fenster und die basale Drehung der Cochlea gekennzeichnet. Am vorderen Rand trifft man auf die Halsschlagader; der Orientierungspunkt für den oberen Rand ist das Ganglion genicularis (GG) des Nervus facialis. Die medialen Strukturen werden durch die Lage des inneren Gehörgangs, des oberen Bogengangs und des Kanals der Arteria carotis interna bestimmt.
In diesem Artikel stellen wir eine Methode vor, mit der die Cochlea zuverlässig durch Drill-Out aus dem Schläfenbein extrahiert werden kann, wobei mehrere anatomische Orientierungspunkte zu beachten sind.
Das Innenohr ist ein empfindliches Organ, das uns den Hörsinn und das Gleichgewicht verleiht. Das Innenohr befindet sich an der Schädelbasis im Felsenbein des Schläfenbeins (TB). Die TB umhüllt mehrere wichtige anatomische Strukturen, die sich im Knochen drehen und wenden. Somit bildet die TB eine schwierige anatomische Einheit, die es zu verstehen gilt1. Rask-Andersen et al. diskutieren in ihrer Übersichtsarbeit2 die Geschichte der Cochlea-Forschung und das Verständnis ihrer Mikrostrukturen.
Zum Innenohr gehören die Bogengänge, das Vestibulum und die Cochlea. Die drei Bogengänge und das Vestibulum bilden das vestibuläre System, in dem sich die Gleichgewichtsrezeptoren befinden 3,4. Die Cochlea ist eine schalenartige Struktur, die mit dem Vestibulum verbunden ist. Die Hörschnecke wandelt die mechanischen Schallwellen in neuronale Signale um. Die normale Cochlea macht zweieinhalb Umdrehungen und endet an der Spitze der Cochlea. Die durchschnittliche Länge des Cochlea-Gangs beträgt 37,6 mm; Es gibt jedoch erhebliche Unterschiede zwischen den Individuen5. Darüber hinaus kann das Innenohr in das knöcherne Labyrinth (otische Kapsel), das von den knöchernen Rändern des Innenohrs gebildet wird, und das membranöse Labyrinth innerhalb der otischen Kapsel unterteilt werden. Der Nerv aus dem Innenohr verläuft durch den inneren Schallkanal (IAC) und teilt sich in die Fasern des Nervus vestibuläris und den Nervus cochlearis. Der Cochlea-Nerv wird aus den Axonen der Neuronen der Spiralganglien gebildet, die im Modiolus der Cochlea liegen3. Der Nervus facialis (FN) nimmt auch seinen Weg durch das IAC; Er verläuft nach oben entlang der Cochlea und macht eine enge Drehung von etwa 110° zurück und nach unten durch das Mittelohr, bis er die TB durch die Warzenhöhle vom Foramen stylomastoideus an der Schädelbasis verlässt 1,4. In der Nähe der Cochlea gibt es mehrere andere signifikante Strukturen, z. B. die Gehörknöchelchen (Malleus, Incus und Steigbügel) im Mittelohr, die Halsschlagader (ICA) (die unterhalb der Cochlea entspringt und dann medial auf Höhe der basalen Drehung der Cochlea eine Kurve macht), die mittlere Fossa-Platte (Tegmen) und der Bulbus jugulare, der dem Mittelohr untergeordnet ist. Der Zugang zur Cochlea während der Operation erfolgt in der Regel über die Luftzellen des Warzenfortsatzes. Die größte Luftzelle in der Warzenhöhle wird als Antrum bezeichnet, die über den Aditus mit dem Mittelohr kommuniziert. Die Größe und Organisation dieser mastoiden Luftzellen variiert erheblich, auch in Bezug auf die "normale Anatomie". Die Prominenz des lateralen Bogengangs ist normalerweise am Boden des Antrums vorhanden. Die Anatomie des Schläfenbeins mit den vielen Orientierungspunkten ist in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt. Die radiologische Anatomie der TB aus der Sicht der mittleren Fossa ist in Abbildung 3 dargestellt.
Die Extraktion der Cochlea aus einem menschlichen Schläfenbein kann für verschiedene Untersuchungen des Innenohrs erforderlich sein. Bei histologischen Untersuchungen wird das Innenohr in der Regel aus dem Schläfenbein entnommen, um seine histologische Verarbeitung zu erleichtern; Ebenso haben einige Mikro-Computertomographie-Geräte (Mikro-CT) einen relativ begrenzten Platz, um die Probe aufzunehmen, und können möglicherweise nicht mit den vollständigen Schläfenknochen umgehen; Darüber hinaus kann die Bildqualität verbessert werden, wenn die Cochlea isoliert wurde 6,7,8,9. Speziell bei der Entwicklung und Erprobung neuer Cochlea-Implantat-Elektrodenarrays werden histologische Aufbereitungen und/oder Mikro-CT durchgeführt, um die intracochleäre Position der Elektrode 9,10,11,12 zu bestimmen. Darüber hinaus kann die Histologie mit reduziertem Verbrauch von Verarbeitungslösungen durchgeführt werden, wenn die Probe klein ist.
Nichtsdestotrotz erfordert die Extraktion der Cochlea ein tiefes Verständnis der umgebenden Strukturen, insbesondere wenn es darum geht, überschüssigen Knochen in der Probe zu vermeiden. Auf den ersten Blick mag die Anatomie der Tuberkulose schwer zu verstehen sein. Letztendlich dienen die anatomischen Strukturen im Inneren der TB jedoch als Grenzen um die Cochlea, die bei der Extraktion ausgenutzt werden können. Das versehentliche Öffnen der Cochlea kann zu einer traumatischen Schädigung der empfindlichen Strukturen in diesem Gewebe und damit zu einer fehlerhaften Probe führen, die dazu führen kann, dass die Cochlea entsorgt werden muss.
In diesem Artikel wird eine Methode vorgestellt, mit der die gesamte Cochlea zuverlässig aus dem Schläfenbein extrahiert werden kann, indem man unter Ausbohren auf die folgenden anatomischen Orientierungspunkte achtet.
In dieser Studie wurden Schläfenknochen (TB) verwendet, die von einem menschlichen Leichensubjekt post mortem entnommen wurden. Die Studie erhielt die institutionelle Anerkennung und erfüllte die Deklaration von Helsinki für den ethischen Umgang mit menschlichem Material. Die finnische Nationale Aufsichtsbehörde für Wohlfahrt und Gesundheit (NRO: 9202/06.01.03.01/2013) erteilte dem Universitätskrankenhaus Kuopio die Zulassung für Schläfenknochen von Leichen, und die Studie wurde gemäß den finnischen Vorschriften und Gesetzen durchgeführt. Alle Knochen wurden anonym bei der medizinischen Autopsie entnommen.
1. Entfernung des Weichgewebes von der TB-Oberfläche
2. Mastoidektomie (Abbildung 4)
3. Hintere Tympanotomie, Entfernung der hinteren Teile des EEC und Freilegung des Mittelohrs
4. Entfernung des Gewebes, das sich hinter der Cochlea befindet (Abbildung 5A-C und Abbildung 6)
5. Entfernung der lateralen und unteren Anteile des Schläfenbeins (Abbildung 5E)
6. Entfernung des vorderen und unteren Teils der TB (Abbildung 5D,E)
7. Entfernung der medialen Teile der Tuberkulose (Abbildung 5F)
8. Abschluss der Extraktion
Wenn dies gelingt, wird die Cochlea aus dem Schläfenbein extrahiert, ohne dass das perilymphe Kompartiment der Cochlea geöffnet werden muss. Im negativen Fall kommt es zu einer Öffnung im Inneren der Cochlea und einer Schädigung des membranösen Labyrinths des Gewebes.
Diese Extraktionsmethode wurde bei 36 Leichentuberkulose im Rahmen unserer Cochlea-Implantat-Elektrodenuntersuchungen angewendet (Tabelle 1). Bei 33 TB war die Extraktion erfolgreich, ohne die Cochlea zu schädigen. Bei zwei von 36 TBs mussten die Proben aufgrund der offensichtlichen Bewegungen des Cochlea-Implantat-Elektrodenarrays während der Extraktion verworfen werden. Die Cochlea war jedoch intakt erhalten geblieben. Bei einer TB wurde die Cochlea während des Extraktionsverfahrens versehentlich direkt hinter dem Vestibulum geöffnet. Eine der Studien wurde veröffentlicht9; Die übrigen Ermittlungen dauern an.
Als wesentliche Einschränkung gibt es für diese Methode keine Vergleichsdaten. Darüber hinaus gibt es in diesem Artikel eine eher kleine Stichprobe aus der vorherigen Forschung, die möglicherweise nicht die wahre Wirksamkeit der Methode widerspiegelt.
Abbildung 1: Anatomie des Schläfenbeins nach Entfernung der Mastoid-Luftzellen und der Freilegung des Mittelohrs und der Arteria carotis interna. (A) Klare Ansicht ohne Namensschilder. (B) Hervorgehobene Strukturen mit Namensschildern. Gehörknöchelchen unversehrt gelassen. Abkürzungen: SS: Sinus sigmoidus, FN: Nervus facialis, VeSy: vestibuläres System, Os: Gehörknöchelchen, Tegmen: Tegmen/mittlere Duraplatte, TT: Tensor tympani, RW: rundes Fenster, BT: knöcherner Vorsprung der basalen Drehung der Cochlea, BJ: Bulbus jugulare, ICA: Kanal der Arteria carotis interna. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Blick aus der mittleren Fossa. Abkürzungen: SSC: Bogengang superior, FN: Nervus facialis, IAC: gehöriger Kanal, EEC: äußerer Gehörgang, ICA: Arteria carotis interna. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Axiale Ansicht des CB-CT-Bildes des Schläfenbeins. Abkürzungen: SSC: Bogengang superior, FN: Nervus facialis, IAC: gehöriger Kanal, EEC: äußerer Gehörgang, ICA: Arteria carotis interna. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Partielle Mastoidektomie mit posteriorer Tympanotomie. Abkürzungen: SSC: Bogengang superior, LSC: lateraler Bogengang, PSC: hinterer Bogengang, PT: hintere Tympanotomie, EEC: äußerer Gehörgang, Ch. Tymp.: Chorda tympani, FN: Nervus facialis, SS: Sinus sigmoideus. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Schnittlinien. (A) Anatomie des Schläfenbeins nach Entfernung der Mastoid-Luftzellen und Freilegung des Mittelohrs und der Arteria carotis interna ohne die Gehörknöchelchen. Strukturen, die mit Namensschildern hervorgehoben sind. (B) Hintere Schnittlinie. (C) Geöffnetes vestibuläres System während des hinteren Schnitts. (D) Vordere Schnittlinie. (E) Überlegene und minderwertige Schnittlinien. (F) Mediale Schnittlinie aus der Ansicht der mittleren Fossa (siehe Orientierungspunkte in Abbildung 2). Abkürzungen: SSC: Bogengang superior, LSC: lateraler Bogengang, PSC: hinterer Bogengang, SS: Sinus sigmoideus, FN: Nervus facialis, GG: Ganglion genicularis, BJ: Bulbus jugulare, RW: rundes Fenster, TTtend: Tensor tympani Sehne, TT: Tensor tympani, ICA: Arteria carotis interna, Ve: Vestibulum. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 6: Verschiedene Ansichten der Cochlea. (A) Cochlea mit Blick auf die Basilarmembran aufgebohrt. (B) Die Cochlea aus einer TB-Leiche, die mit einer Cone-Beam-Computertomographie (DVT) gescannt wurde. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Mittelwert (mm) | Max. (mm) | Min (mm) | |
A-Maß | 9.4 | 10.1 | 8.4 |
B-Maß | 6.8 | 7.5 | 6.2 |
Gesamtzahl | Erfolgreiche Extraktion | Erfolglose Extraktion | |
Anzahl der TBs | 36 | 33 | 3 |
Tabelle 1: Größe der Cochlea und Erfolg der Entnahme mit der beschriebenen Methode. "A-Maß" bezieht sich auf den größten Abstand vom runden Fenster zur Seitenwand, und "B-Maß" bezieht sich auf den senkrechten Abstand der Cochlea, der gemäß dem Vorschlag von Escudé et al. bestimmt wurde.13. "Max" bezieht sich auf den größten Wert und "min" auf den kleinsten Wert von Messungen.
Es gibt mehrere Orientierungspunkte, die für die Entfernung der Cochlea zu beachten sind, so dass dieser Eingriff systematisch durchgeführt werden kann, wenn die Anatomie bei der TB normal ist (keine Fehlbildungen der TB). Die kritischsten Teile des Entnahmeverfahrens sind der untere Rand und das mediale Verhältnis zwischen dem IAC und dem ICA. Wir empfehlen, einen etwas größeren Spielraum beizubehalten und bei Bedarf überschüssigen Knochen nach der Extraktion des Blocks präzise zu schleifen. Es ist wichtig, das Öffnen der Cochlea zu vermeiden, da dies zu einem Trauma der empfindlichen inneren Strukturen führen und zu einer erfolglosen Probe führen kann.
Für spätere Analysen (z.B. Histologie) kann die Orientierung der Cochlea anhand des FN-Restes, des Steigbügels und des runden Fensters bestimmt werden. Zusätzliche Wege für den Eintritt der histologischen Lösung können durch Öffnen der Rundfenstermembran und Entfernen des Steigbügels geschaffen werden; Dies bedeutet, dass Fixationslösungen gleichmäßiger in die Cochlea eindringen können und bessere Proben für die histologische Analyse liefern. Darüber hinaus kann das Vestibulum, wenn das Vestibularorgan entfernt wurde, als Öffnung in die Hörschnecke dienen. Frisch gefrorene TBs können in Cochlea-Implantat-Elektrodenstudien verwendet werden, bei denen das Hauptziel in der Regel darin besteht, die atraumatischen Eigenschaften einer neuen Elektrode oder Einführtechnik zu testen 6,7. Wenn man detailliertere Forschungen durchführen möchte, z.B. auf zellulärer Ebene aus dem Innenohr, sollte die Probe so schnell wie möglich entnommen werden, um postmortale Gewebeschäden, insbesondere auf zellulärer Ebene, zu vermeiden. Mehrere Faktoren können den Zustand der Probe beeinflussen (z. B. die Todesursache, der Zustand der Cochlea vor dem Tod und mögliche Kopfverletzungen). Da jedoch die Zeit einer dieser Faktoren ist, die tatsächlich beeinflusst werden können, sollte die Probe innerhalb von 24 Stunden nach dem Tod entnommen werden14. Obwohl das Gewebe in diesem Stadium möglicherweise einen gewissen postmortalen Zerfall erfahren hat, sollte es im Allgemeinen immer noch gut genug sein, um eine weitere Analyse zu ermöglichen.
Wenn die Proben für die Cochlea-Implantat-Forschung entnommen werden, sollte während des Entnahmeprozesses darauf geachtet werden, dass das Elektrodenarray während der Extraktion nicht manipuliert wird. Unachtsames Bohren in der Nähe der Elektroden kann zu einer Veränderung ihrer Position führen oder sogar das Array vollständig verschieben.
Während die Extraktion der Cochlea praktisch immer zu Forschungszwecken durchgeführt wird, stellt sie auch eine hervorragende Möglichkeit dar, unerfahrenen Otochirurgen die chirurgische Anatomie der TB näher zu bringen und zu verstehen. Daher handelt es sich, wenn es wie beschrieben durchgeführt wird, um eine informative, praktische Übung.
Pinhasi et al. stellten eine ähnliche Methode zur Extraktion von Cochlea für die DNA-Analyse in archäologischen Proben vor15. Wie der in dieser Studie verwendete Ansatz führten auch Pinhasi et al. ihre Gewebenavigation durch, indem sie die anatomischen Orientierungspunkte im Schläfenbein während der Cochlea-Entfernung ausnutzten. Im Gegensatz zu diesem Protokoll verwendeten Pinhasi et al. Sandstrahlen, um das die Cochlea umgebende Gewebe zu beseitigen. Ein chirurgischer Hochgeschwindigkeitsbohrer ist in der Regel für medizinische Forscher leichter zugänglich, da er ein unverzichtbares chirurgisches Werkzeug ist, das in der Ausbildung und Durchführung von Ohroperationen eingesetzt wird. Eine weitere Möglichkeit zur Entnahme der Cochlea wäre die sogenannte "Plug-in"-Methode, bei der die Cochlea in einem größeren Block entnommen und dann bei Bedarf mit dem Hochgeschwindigkeitsbohrer nachgeschliffen wird. Obwohl es schneller sein könnte, den kleineren Block aus dem TB zu erhalten, könnte der verfeinernde Teil des Protokolls schwieriger sein, da es weniger erkennbare Orientierungspunkte im vergleichsweise größeren Block gibt.
Kürzlich stellten Vaisbuch et al.14 einen anderen Ansatz als die in dieser Studie verwendete Methode zur Entnahme von frischem Innenohrgewebe zu Forschungszwecken von Organspendern vor. Im Gegensatz zu unserem Ansatz zielten Vaisbuch et al. darauf ab, die Weichteile der Cochlea in drei Teilen (basale, mittlere und apikale Drehung) zu sammeln, nicht die gesamte Cochlea als einen einzigen Block. Der transkanalale Ansatz hat bestimmte Vorteile bei der Entnahme von Cochlea-Proben von Organspendern, bei denen die umgebenden Organe noch intakt sind, und dies schränkt die Annäherungswinkel ein, die im Vergleich zu denen bei der Arbeit mit Leichentuberkulose genutzt werden können. Der Vorteil von Ohren von Organspendern besteht darin, dass die Weichteile mit ihren filigranen Zellstrukturen gewonnen werden können, bevor es zu einem signifikanten Zelltod kommt. So bleiben die feinen mikroskopischen Strukturen in bestmöglichem Zustand. Der in dieser Studie beschriebene Ansatz ist bei Leichen und wenn die gesamte Cochlea für die Analyse benötigt wird, wie bei der Untersuchung der Platzierung von Cochlea-Implantat-Elektroden.
Wie oben erwähnt, gibt es keine Vergleichsdaten zu dieser hier vorgestellten Methode. Der Bedarf an einer präzisen Extraktion der Cochlea ergab sich aus den Einschränkungen bei der Probenverarbeitung während der präklinischen Cochlea-Implantat-Forschung. Bisher wurde das Extraktionsverfahren nicht als eigenständiges Forschungsvorhaben evaluiert.
Die Autoren berichten von keinem Interessenkonflikt.
Matti Iso-Mustajärvi erhält Forschungsstipendien von der finnischen Regierung für Forschung (VTR), der Instrumentarium Science Foundation, dem North Savo Regional Grant und der Finnish Society of Ear Surgery. Aarno Dietz erhält Forschungsstipendien der Akademie von Finnland (Grant No. 333525) und des North Savo Regional Grant.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Drillblades for Drill | N/A | See below. Drillblades should be suitable for your drill system | |
High speed surgical drill | Medtronic | https://www.medtronic.com/us-en/healthcare-professionals/products/neurological/powered-surgical-instruments/midas-rex-mr8.html | There are numerous providers from various different cateories for surgical drills. The one with irrigation system is recommended (e.g.,Stryker, Bbraun, Medtronic, etc.) |
Operating Microscope | Zeiss | https://www.leica-microsystems.com/products/surgical-microscopes/ | Microscope for microsurcigal preparation of the temporal bone. Higly recommended microscopes include Zeiss, Leica, etc. |
Temporal Bone holder | Stortz | N/A | Cup to fixate the temporal bone while drilling |
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