用于磁性人工耳蜗植入手术的人体耳蜗三维热模型

在传统人工耳蜗植入手术中，电极阵列插入过程中可能发生物理创伤。已有研究提出利用磁导向来减轻这一医学并发症。插入后，必须经由加热过程将附着在电极阵列尖端的导向磁体 detach 并移除。然而，该加热过程可能在耳蜗内造成热创伤。本研究应用一个经过验证的人体耳蜗三维有限元传热模型，开展耳蜗内热力学分析，以确保磁体移除阶段的安全性。具体而言，确定了用于 detach 磁体的最大安全输入功率密度，其为边界条件、加热时长、耳蜗尺寸、植入电极阵列半径与插入深度、磁体尺寸以及耳蜗液体的函数。量纲分析与数值模拟表明，最大安全输入功率密度随耳蜗尺寸和电极阵列半径的增大而增大，而随电极阵列插入深度和磁体尺寸的增大而减小。从热学角度看，最佳的耳蜗液体为外淋巴液和皂液。即使在除圆窗外耳蜗壁均假设为绝热的极端情形下，最大安全输入功率密度仍大于熔化将磁体粘合至植入电极阵列的 1 $\rm{mm^3}$ 石蜡所需的值。将本工作成果与磁性插入过程设计的其他方面（即磁导向程序与医学要求）相结合，有望实现一种热学安全的个性化手术方案。