用于听骨链振动无损测量的OCT及其在传导性耳聋诊断中的应用研究

Conductive hearing loss is a widespread health problem, affecting estimated 2%people. Unlike sensorineural hearing loss, which is rarely reversible, conductive hearing loss can be treated successfully, which makes it imperative to identify the causes of conductive hearing loss and to apply the appropriate treatment. Some causes of conductive hearing loss, such as otosclerosis, malleus fixation, and ossicular discontinuity can’t be differentiated with current methods due to the lack of the vibration status on the ossicles. The lack of vibration information on the middle ear prevents physicians from making accurate operation plan, and results in less efficient operation and sometimes extra pain for patients. To meet this clinical need, this proposal plans to: 1) Establish models for two typical conductive hearing loss on animal and human cadavers, measure the vibration at different locations along the middle ear osscicle chain and extract spectral features from the vibration measurement for diagnosis; 2) Develops a fiber-based hand-held otoscope that uses optical coherence tomography (OCT) to noninvasively image the tymphanic membrane and ossicles behind it, and to measure the vibration of the middle ear; 3) Apply the novel optical system to clinics, combined with other clinical diagnosis methods, to create procedures on diagnosis of certain conductive hearing loss. This study will improve our understanding on the vibrational features of the middle ear and the difference between normal, diseased and reconstructed ones. The OCT system will, for the first time, provide a noninvasive approach in clinics to measure the vibration of the middle ear ossicles, and help improve the precision of the diagnosis.

传导性耳聋是一个普遍的健康问题，影响大约2%的人群。不像感音性耳聋几乎无药可救，传导性耳聋可以有效治愈，因此确诊它的病因和疾病发生位置非常重要。很多传导性耳聋，比如耳硬化症，锤骨固定和听骨链断裂等，由于没法检测听骨链的振动情况，目前无法确诊。这限制了医生在术前做精确的手术计划，有时会导致病人额外的痛苦。因此，本项目计划：1）通过在动物和人尸头上建立中耳疾病的模型，并通过测量疾病模型的听骨链振动，提取某些中耳疾病的振动频谱特征；2）研制一台基于光学相干成像(OCT)技术的手持式耳内窥系统，用于对鼓膜和透过鼓膜对听骨链进行无损成像和振动测量；3）将系统应用于临床，与其他现有的中耳诊断方法结合，以研究如何利用这种新的检测手段对某些传导性耳聋进行确诊。本研究将改善我们对正常、疾病和重建的中耳听骨链各部分振动的理解；研发的OCT系统将让临床医生首次能够无损地对中耳听骨链进行振动测量，提高诊断精度。

在本项目执行期间，我们自主研发了一套光学相干断层成像（OCT）系统在外加声音刺激条件下对哺乳动物中耳的响应振动情况进行测量，继而将测量结果应用于传导性听力损失的临床诊断及病理研究。并且，采用不同于现有OCT系统设计，研发了双模式OCT振动测量系统。在完成对该双模式OCT系统的性能检验后，我们基于该系统在外加声音刺激条件下对豚鼠的中耳振动进行了高精度（精度 <&nbsp;1 nm）测量，并获得了豚鼠中耳鼓膜在声音刺激条件下所产生的响应振动的频谱（即频响曲线）。该研究成果为传导性听力损失的临床诊断提供了全新的技术手段，并奠定了数据基础，文章发表于Applied Optisc（Guo et. al.,2019）。应用其中的频域OCT系统，我们还搭建了一套厚度编码的生物样本多分子同步检测系统，文章发表于IEEE Photonics Technology Letters&nbsp;（Guo et. al.,2020）。在中耳病理研究方面，利用双光子荧光显微成像（TPF）和二次谐波成像（SHG），我们第一次对鼓膜纤维层进行了三维显微结构成像及分析，文章发表于Front Cell Dev Biol （Wu et. al.,2021）。.在本项目经费的支持下，我们测量了柯蒂氏器振动在基底膜长度方向的分布，验证了振动反向传导的机制（Chen 2018）。我们还针对目前前庭研究缺乏有效的功能测试手段的现状，研制了一套用于评估小鼠前庭功能的视频眼动分析系统（Yang et. al., 2019）（Yang et. al., 2020），以及光刺激下的前庭诱发电位的测试系统（Jiang 2022），为研究小鼠前庭不同部位功能测试提供了精确的测试手段。.基于本项目研究工作，我们申请了中国发明专利1项，目前已被授权。另外，在本项目执行期间，我们培养了1名硕士生，1名博士生，并有1名博士后完成出站。