基于Matlab軟件的先天性外耳道狹窄CT影像特點分析

尹東明 楊琳 張天宇 戴培東

?

·基礎研究·

基于Matlab軟件的先天性外耳道狹窄CT影像特點分析

尹東明 楊琳＊張天宇 戴培東＊

目的 探討外耳道發育不良的特征(形態、位置、長度)，比較正常與狹窄外耳道相關解剖參數的差異，為優化外耳道重建術提供依據。方法 狹窄組包括外耳道狹窄患者27例(30耳)；正常組包括健康者2例、9例單側外耳道狹窄和25例單側外耳道閉鎖患者的正常側(共38耳)。將所有CT圖像文件導入Mimics軟件，讀取外耳道相關標志點的三維坐標，基于Matlab軟件編制程序，計算鼓環、骨性外耳道口、軟骨性外耳道內口和軟骨性外耳道外口的前后徑、上下徑、近似面積，它們的中心點到水平面、冠狀面和正中矢狀面的距離；骨性外耳道內、外側曲和軟骨性外耳道內、外側曲的半徑、曲率、開角、弧長；外耳道各段的長度。結果 鼓環、骨性外耳道口、軟骨性外耳道內口、軟骨性外耳道外口的中心點(均在法蘭克福平面的下方)到法蘭克福平面的距離，均是狹窄組小于正常組(P<0.05)。狹窄組外耳道軟骨段曲線長軟骨性外耳道外口(10.64±2.31) mm，小于正常組的(13.05±1.66) mm(P<0.05)。狹窄組外耳道軟骨段直線長軟骨段曲線長軟骨性外耳道外口(10.13±2.16) mm，小于正常組的(12.05±1.43) mm(P<0.05)。狹窄組外耳道總曲線長和總直線長均小于正常組(P<0.05)。骨性外耳道有2個彎曲的比例：狹窄組為46.67%，正常組為31.58%，2組之間差異無統計學意義(P>0.05)；而狹窄組中軟骨性外耳道有2個彎曲的比例(53.33%)明顯低于正常組(97.34%)(P<0.05)。結論 除了口徑較小之外，先天性外耳道狹窄患者的外耳道與正常人相比，骨性段位置較高，形態與正常外耳道相似，軟骨段的形態變得單一(只有1個彎曲)，軟骨段有更大向下的傾斜度。外耳道軟骨段和外耳道總長度都較短，但是骨性段的長度與正常外耳道相近。(中國眼耳鼻喉科雜志，2017，17：157-161)

外耳道；先天性外耳道狹窄；電子計算機斷層掃描；Matlab軟件

先天性外中耳畸形是耳鼻喉科常見的出生缺陷之一，其發病率為0.05‰～0.1‰[1]。典型表現為耳廓畸形；不同程度外耳道畸形，如外耳道狹窄或者閉鎖；中耳畸形。據文獻[2]報道，有11%～47%外中耳畸形合并內耳畸形。目前，先天性外中耳畸形的診斷主要依賴于臨床表現和影像學輔助檢查，如CT和磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)[3]。對于外耳道發育畸形的分類，國內外大多采用Altmann[4]和Weerda[5]的分類方法，即根據外耳道畸形的程度大致分為3類：外耳道狹窄(有鼓膜)、外耳道狹窄(無鼓膜，外耳道內側為盲端)和外耳道閉鎖。但是這2種分類方法都沒有對狹窄外耳道的具體形態加以描述。先天性外耳道狹窄患者，由于聽骨鏈畸形程度輕，且具有小鼓膜及部分外耳道上皮結構，通過外耳道重建術可以獲得較好的遠期聽力效果[6]。因此，了解狹窄外耳道的相關解剖參數有重要的臨床意義。本研究擬對狹窄外耳道的相關解剖參數進行研究，旨在探討外耳道發育不良的特征(形態、位置、方位)，并比較正常與狹窄外耳道相關解剖參數的差異，為優化外耳道重建術提供依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧分析2009年3月～2015年2月就診的27例先天性外耳道狹窄患者的顳骨CT影像資料。采用完全隨機抽取樣本資料進行研究。入選標準：臨床診斷為先天性外耳道狹窄；顳骨高分辨率CT檢查資料完備；無中耳炎病史或者其他中耳乳突病變；無外中耳手術史。外耳道狹窄的定義：骨性外耳道前后徑及上下徑均<4 mm，患者可伴外耳道膽脂瘤，但是膽脂瘤若涉及鼓室，或因外傷、膽脂瘤破壞外耳道壁，其他原因致外耳道缺損等應排除在外。狹窄組共27例(30耳)，其中單側24例、雙側3例；男性11例、女性16例；年齡4～20歲。對照組為健康者2例，9例單側外耳道狹窄和25例單側外耳道閉鎖患者的正常側，共36例(38耳)，排除耳科、顱腦疾病和頜面發育不良，其中男性22例、女性14例；年齡6～24歲。根據年齡再分別將正常組和狹窄組分為2組，正常組0～12歲為第1組(19耳)，13～25歲為第2組(19耳)；狹窄組0～12歲為第3組(15耳)，13～25歲為第4組(15耳)。

1.2 CT掃描 顳骨高分辨率CT(16排，西門子，德國)，按聽眶下線行顱底水平位螺旋掃描，層厚0.75 mm，層間距0.5 mm，電壓120 kV，電流180 mAs，矩陣512×512，掃描時間為13～17 s。窗位700 HU，窗寬4 000 HU。掃描所得連續斷層數據圖像以DICOM格式輸出刻存于光盤中，每側耳80～100幅圖像。

1.3 讀取標志點坐標 CT的DICOM圖像文件包含很多信息，每個體素都有相應的空間坐標值(X，Y，Z)，這些數據即為計算對象。將圖像文件導入Mimics 10.0軟件(Materialise公司，比利時)，對顱底軸位、冠狀位和矢狀位圖像逐層仔細讀片，獲取關鍵結構標志點的三維坐標。主要有眶下緣最低點、耳門最上點、雞冠頂點和棘孔后緣中點。鼓環、骨性外耳道口、軟骨性外耳道內口和軟骨性外耳道外口前、后、上、下各標志點。在水平位和冠狀位圖像上尋找外耳道明顯彎曲處，結合矢狀位圖像獲得各彎曲處前、后、上、下點的三維坐標，外耳道彎曲處由內向外依次記作骨性外耳道曲A、骨性外耳道曲B、軟骨性外耳道曲A、軟骨性外耳道曲B。若骨性段只有一個彎曲記為骨性外耳道曲A，軟骨段只有一個彎曲則記為軟骨性外耳道曲B(圖1)；因為骨性外耳道曲A和軟骨性外耳道曲B的位置相對固定。

圖1. 正常外耳道示意圖(左側，上面觀)外耳道彎曲從內向外依次定義為骨性外耳道曲 A.骨性外耳道曲;B.軟骨性外耳道曲A和軟骨性外耳道曲B

1.4 Matlab編程和計算 根據空間解析幾何原理在Matlab平臺上編制外耳道形態計算程序(ear canal calculation)。首先設定標準空間坐標系，法蘭克福平面(過左右耳門的最上點與左側眶下緣最低點)為水平面；過顱前窩雞冠和左右棘孔之中點且與法蘭克福平面垂直的平面為正中矢狀面；過左右棘孔之中點且與法蘭克福平面和正中矢狀面垂直的平面為冠狀面。坐標系方向：X軸為內外方向；Y軸為前后方向；Z軸為上下方向。

利用鼓環前、后、上、下4點的三維坐標可以計算出鼓環的前后徑(鼓環前后點的距離)、上下徑(鼓環上下點距離)、近似面積(按橢圓面積計算)，鼓環的中心點(鼓環的前后徑與上下徑的交點)到水平面、冠狀面和正中矢狀面的距離。同理可以計算出骨性外耳道口，軟骨性外耳道內口和軟骨性外耳道外口的前后徑、上下徑、近似面積，它們的中心點到水平面、冠狀面和正中矢狀面的距離。

取鼓環和骨性外耳道曲A中心點連線的中點，骨性外耳道曲A中心點，骨性外耳道曲A和曲B(若無曲B，用軟骨性外耳道內口代替)中心點連線的中點，三點作一圓弧，此圓弧的半徑、曲率、開角、弧長記為骨性外耳道曲A的半徑、曲率、開角、弧長。同樣，可以計算出骨性外耳道曲B、軟骨性外耳道曲A、軟骨性外耳道曲B的半徑、曲率、開角、弧長。

外耳道骨性段曲線長是將骨性段各曲的弧長相加，按相同的方法可以計算出外耳道軟骨段曲線長和外耳道總曲線長。鼓環的中心點到軟骨性外耳道內口中心點的距離代表外耳道骨性段直線長，軟骨性外耳道內口中心點到軟骨性外耳道外口中心點的距離為外耳道軟骨段直線長，兩者相加就是外耳道總直線長。

1.5 統計學處理 應用SPSS 20 (IBM公司, 美國)進行統計分析，計量資料2組之間比較采用t檢驗，多組之間比較采用單因素方差分析或秩和檢驗，分類資料2組之間比較采用卡方檢驗。P<0.05表示差異具有統計學意義。

圖2. 正常與狹窄外耳道的CT圖像 A. 正常左側外耳道(冠狀位)及骨性外耳道曲A；B. 正常左側外耳道(水平位)及骨性外耳道曲B，軟骨性外耳道曲A和軟骨性外耳道曲B；C. 狹窄外耳道(左側，冠狀位)；D. 狹窄外耳道(左側，水平位)，可以明顯看到其軟骨段較短且比正常的彎曲度小

2 結果

鼓環、骨性外耳道口、軟骨性外耳道內口和軟骨性外耳道外口的前后徑、上下徑、近似面積，均是狹窄組小于正常組(P<0.05)。鼓環、骨性外耳道口、軟骨性外耳道內口的中心點到法蘭克福平面的距離，均是狹窄組小于正常組(P<0.05)。軟骨性外耳道外口中心點到法蘭克福平面的距離，2組間沒有差別(P>0.05)(表1)。同樣，鼓環、骨性外耳道口、軟骨性外耳道內口的中心點到法蘭克福平面的距離，第3組小于第1組，第4組小于第2組(P<0.05)。而軟骨性外耳道外口中心點到法蘭克福平面的距離在正常組和狹窄組、第1組和第3組、第2組和第4組間都沒有明顯差別(P>0.05)(表1)。

狹窄組軟骨性外耳道外口中心點到正中矢狀面的距離為(62.27±4.07) mm，小于正常組的(64.40±4.27)mm(P<0.05)(表2)。

表1 外耳道4個口到法蘭克福平面的距離

注：a,b,c,d示該組與第1、2、3、4組比較差異有統計學意義(P<0.05)；e示正常組與狹窄組之間差異有統計學意義(P<0.05)

表2 外耳道4個口到正中矢狀面的距離

注：a,b,c,d示該組與第1、2、3、4組比較差異有統計學意義(P<0.05)；e示正常組與狹窄組之間差異有統計學意義(P<0.05)

狹窄組外耳道軟骨段曲線長小于正常組，第3組小于第1組，第4組小于第2組(P<0.05)。狹窄組外耳道軟骨段直線長小于正常組，第3組小于第1組，第4組小于第2組(P<0.05)。相似的，狹窄組外耳道總曲線長和總直線長都小于正常組，第3組小于第1組(P<0.05)。但是外耳道骨性段曲線長和直線長在正常組和狹窄組、第1組和第3組、第2組和第4組間都沒有明顯區別(P>0.05)(表3)。

有骨性外耳道曲B的比例：狹窄組為46.67%(14/30)，正常組為31.58%(12/38)，差異無統計學意義(P>0.05)。而狹窄組(53.33%，16/30)中有軟骨性外耳道曲A的比例明顯低于正常組(97.34%，37/38)，差異有統計學意義(P<0.05)。

狹窄組的骨性外耳道曲A、B和軟骨性外耳道曲A、B的半徑、曲率、開角、弧長和正常組相比，差異無統計學意義(P>0.05)。

表3 外耳道的長度

注：a,b,c,d示該組與第1、2、3、4組比較差異有統計學意義(P<0.05)；e示正常組與狹窄組之間差異有統計學意義(P<0.05)

3 討論

外耳道對人類聽覺有著重要的作用，它可以分成2個部分，外側1/3為軟骨段，內側2/3為骨性段。外耳道狹窄是先天性外中耳畸形的典型體征之一。目前，有一些研究利用CT影像和三維重建技術對正常外耳道的長度、口徑、體積、傾斜角度等解剖學參數進行測量[7-9]。然而，對狹窄外耳道形態的研究卻鮮有報道。我們將通過先天性外耳道狹窄患者和正常人外耳道的CT資料和Matlab程序，對狹窄外耳道的相關解剖學參數進行研究，旨在探討外耳道發育不良的特征(形態、位置、長度)，并比較正常與狹窄外耳道相關解剖學參數的差異。

為了減少生長發育因素對結果的影響，正常組和狹窄組的年齡分布差異無統計學意義。此外，以12歲為界，將正常組和狹窄組分別分成2組，并命名為第1組(正常組0～12歲)、第2組(正常組13～25歲)、第3組(狹窄組0～12歲)、第4組(狹窄組13～25歲)。

本實驗中狹窄組鼓環、骨性外耳道口、軟骨性外耳道內口的中心點到法蘭克福平面的距離均小于正常組，第3組小于第1組，第4組小于第2組(P<0.05)。這說明先天性外耳道狹窄患者的外耳道骨性段的位置較正常人高，并且與年齡無關。Matlab程序計算結果顯示，外耳道基本都是在法蘭克福平面的下方，因此到法蘭克福平面的距離越近，意味著位置越高。然而，軟骨性外耳道外口中心點到法蘭克福平面的距離在正常組和狹窄組、第1組和第3組、第2組和第4組之間沒有明顯差別(P>0.05)，并且狹窄組的外耳道骨性段位置較高，說明狹窄組外耳道軟骨段相比正常組，有著更大向下的傾斜度。

狹窄組軟骨性外耳道外口中心點到正中矢狀面的距離小于正常組(P<0.05)，這與狹窄組外耳道長度小于正常組相符。Yu等[8]通過CT資料三維重建，對不同性別、年齡正常人的外耳形態進行測量。他們測量的外耳道長度為22.6～27.1 mm，測量方法與本研究中外耳道直線長度的計算方法相似，并且本研究中正常人外耳道直線長度也在此范圍內，但是第3組的數據超出了這一范圍。這是由于狹窄組與正常組在外耳道長度方面存在差異，并且無論是直線長度還是曲線長度，外耳道總長度均是狹窄組小于正常組。值得注意的是，外耳道軟骨段長度在正常組和狹窄組之間有差異，但外耳道骨性段的長度差異卻無統計學意義，分年齡組比較時結果相似。另外，在有骨性外耳道曲B的比例上，2組之間也無明顯差別；但是，狹窄組有軟骨性外耳道曲A的比例明顯低于正常組。再加上狹窄組骨性外耳道曲A、B和軟骨性外耳道曲A、B的半徑、曲率、開角、弧長和正常組相比，差異沒有統計學意義(P>0.05)。我們認為，先天性外耳道狹窄患者外耳道骨性段的形態與正常外耳道骨性段相似，僅在口徑和位于顱底的位置存在差異，而狹窄外耳道軟骨段與正常外耳道軟骨段相比，不僅形態變得單一(只有1個彎曲)，而且在長度和傾斜度上也有不同程度的變化，并且這些差異在不同年齡組中也是存在的。因此，在畸形程度上外耳道軟骨段是大于骨性段的。

第1組和第2組在某些解剖參數上存在差異，這是個體生長發育的結果，并且這些差異同樣存在于第3組和第4組之間。例如，無論是正常人還是先天性外耳道狹窄患者，0～12歲組的外耳道骨性段曲線長都是小于13～25歲組的(P<0.05)。這說明狹窄組外耳道形態在某些方面的生長發育趨勢與正常組是相同的。

先天性外耳道狹窄患者可以通過外耳道重建術獲得較好的遠期聽力效果。手術中為了擴大外耳道需要磨除部分外耳道骨性段的骨質[10]，由于先天性外耳道狹窄患者的外耳道骨性段位置較高，在磨除外耳道上方的骨質時要格外小心，以免進入乳突氣房。

先天性外耳道狹窄被Cole等[11]定義為外耳道直徑<4 mm。之所以選擇4 mm作為外耳道狹窄判定的一個標準，是因為當>4 mm時，患者很少繼發膽脂瘤[11]。若外耳道上皮不能正常排出，并不斷堆積會形成外耳道膽脂瘤。其中外耳道的口徑是一個至關重要的因素。但是根據我們的研究結果，狹窄與正常的外耳道之間不僅僅是口徑上的區別，在形態、長度、位置、傾斜度等方面都存在不同程度的差異；這種差異是否也影響到外耳道上皮向外移行，導致先天性外耳道狹窄患者易患外耳道膽脂瘤，需要進一步的研究。

除了口徑較小之外，先天性外耳道狹窄患者的外耳道與正常人相比，其骨性段位置較高，骨性段的形態與正常外耳道相似，軟骨段的形態變得單一(只有1個彎曲)，軟骨段有更大向下的傾斜度。外耳道軟骨段和外耳道總長度都較短，但是骨性段的長度與正常外耳道相近。這些狹窄外耳道的解剖參數可以為優化外耳道重建術提供依據。

[ 1 ] Kosling S, Omenzetter M, Bartel-Friedrich S. Congenital malformations of the external and middle ear[J]. Eur J Radiol,2009,69(2):269-279.

[ 2 ] Ishimoto S, Ito K, Karino S, et al. Hearing levels in patients with microtia: correlation with temporal bone malformation[J]. Laryngoscope,2007,117(3):461-465.

[ 3 ] Barillari M, Cerini R, Carner M, et al. Congenital aural atresia treated with floating mass transducer on the round window: 5 years of imaging experience[J]. La Radiologia Medica,2012,117(3):488-499.

[ 4 ] Altmann F. Congenital atresia of the ear in man and animals[J]. Ann Otol Rhinol Laryngol,1955,64(3):824-858.

[ 5 ] Weerda H. Chirurgie der ohrmuschel: verletzungen, defekte und anomalien[M]. Georg Thieme Verlag,2003：105-226，253-256.

[ 6 ] Li C, Zhang T, Fu Y, et al. Congenital aural atresia and stenosis: surgery strategies and long-term results[J]. Int J Audiol,2014,53(7):476-481.

[ 7 ] Mahboubi H, Wu EC, Jahanbakhshi R, et al. A novel method to determine standardized anatomic dimensions of the osseous external auditory canal[J]. Otol Neurotol,2012,33(5):715-720.

[ 8 ] Yu JF, Lee KC, Wang RH, et al. Anthropometry of external auditory canal by non-contactable measurement.[J]. Appl Ergon,2015,50:50-55.

[ 9 ] Grewe J, Thiele C, Mojallal H, et al. New HRCT-based measurement of the human outer ear canal as a basis for acoustical methods[J]. Am J Audiol,2013,22(1):65-73.

[10] Chen Y, Zhang T. Modified meatoplasty for external auditory canal stenosis with endoaural-conchalincision[J]. Otol Neurotol,2015,36(1):1-3.

[11] Cole RR, Jahrsdoerfer RA. The risk of cholesteatoma in congenital aural stenosis[J]. Laryngoscope,1990,100(6):576-578.

(本文編輯 楊美琴)

試題1.答案：C。據文獻報道，角膜內皮滴狀贅疣(guttata)不僅見于Fuchs角膜營養不良，還可見于斑狀角膜營養不良、后部多形性角膜營養不良和梅毒性基質炎等。

試題2.答案：B。 T4型是引起棘阿米巴角膜炎的最常見基因型。

試題3.答案：D。 格子樣角膜營養不良在共聚焦顯微鏡下表現為角膜前彈力層及淺基質不規則高反光點片狀沉積物，部分患者可見粗大、不均勻條索狀高反光沉積物，對應于格子樣病灶區。不規則排列的松針樣高反光沉積物是施奈德角膜營養不良的典型表現。

試題4.答案：C。 淋球菌性結膜炎表現為大量膿性分泌物，12～24 h內超急性發作，可及耳前淋巴結腫大，瞼結膜乳頭增生。此為與病毒性結膜炎的鑒別要點。

試題5.答案：A。 垂體瘤是常見的后部壓迫性視神經病變，后部病灶位于球后視神經遠端，不會導致視盤水腫；而視神經膠質瘤、眼眶非特異性炎癥和甲狀腺相關眼病均是導致前部壓迫性視神經病變，可導致視盤水腫。

CT imaging features of congenital external auditory canal stenosis based on Matlab software

YINDong-ming,YANGLin＊,ZHANGTian-yu,DAIPei-dong＊.
DepartmentofOtorhinolaryngology,EyeEarNoseandThroatHospitalofFudanUniversity,Shanghai200031,China

DAI Pei-dong, Email: daipeidongent@163.com

Objective To investigate the characteristics of congenital aural stenosis (CAS) patients’ external auditory canal (EAC) (shape, position, length, orientation) and to compare them with normal EAC. Methods The study included two groups. The stenosis group covered 27 patients (30 ears) with CAS; the normal group composed of 2 healthy people and the normal sides of 9 cases with lateral CAS and 25 cases with lateral external auditory atresia (totally 38 ears). All CT images were imported into Mimics software. The coordinates of EAC-related landmarks were obtained. Then the Matlab program could calculate some anatomic parameters about EAC, including distances from central point of tympanic annulus (CA), central point of osseous EAC opening (CO), central point of cartilaginous EAC inside opening (CCi), central point of cartilaginous EAC outside opening (CCo) to the Frankfurt horizontal plane (Pfrkt), the median sagittal plane (Psag), the coronal plane (Pcor); radius, curvature, angle, arc length of EAC bendings; orientations of EAC bendings; straight and arc lengths of EAC.Results Distances from CA, CO, CCi and CCo to Pfrkt were all shorter in CAS group than in the control group (P<0.05). The arc and straight lengths of cartilaginous EAC in CAS group [(10.64±2.31) cm, (10.13±2.16) cm]were shorter than in the control group [(13.05±1.66) mm, (12.05±1.43) mm] (P<0.05). The total arc and straight lengths of EAC were shorter in CAS group than those in the control group (P<0.05). The proportion of two bendings in cartilaginous EAC in the control group was significantly lower than that in CAS group (P<0.05). Orientations of EAC bendings in CAS group differed from those in the control group (P<0.05). Conclusions Addition to smaller diameters, compared with normal EAC, the position of CAS patients′ osseous EAC was higher. There was one bending in the CAS patients′ cartilaginous EAC, but the cartilaginous EAC was more downward slanting. The total lengths of EAC and the length of cartilaginous EAC in CAS group were shorter than those in the control group, but there was no significant difference between CAS patients and normal people in osseous length of EAC. (Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2017,17:157-161)

External auditory canal; Congenital auditory canal stenosis; Computed tomography; Matlab software

復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院耳鼻喉科 耳鼻喉科研究院 衛生部聽覺醫學重點實驗室＊實驗中心 上海 200031

戴培東(Email：daipeidongent@163.com)

10.14166/j.issn.1671-2420.2017.03.003

2016-10-10)