Hypothesen zur Biomechanik der Tuba Eustachii anhand eines 3D-Modells

Introduction

The Eustachian tube (ET) biomechanics ensure pneumatic equilibration and protection of the middle ear. The basic anatomical structure with its functional components has been described and various direct and indirect functional investigations are known. Nevertheless, the exact valve mechanism is not yet sufficiently understood to be able to determine the pathogenesis in individual cases of tube dysfunction.

Methods

A three-dimensional model was created from a fusion of a CBCT scan and an image dataset of 98 segmented, histological sections. The focus of this study was on biomechanical aspects of the active muscular compartments with their divergent force vectors and corresponding specific effects on the overall structure of the passive compartments of the ET.

Results

The 3D model of an ET shows that the structures of the individual compartments are more complex than is often depicted. The finer and 3D segmentation of the muscular and passive elements connected in the structure of the ET, which serve as an attachment and are also suspended from the base of the skull by connective tissue, show an opposing torsion of the lamellae of the tubal cartilage when analyzing the force vectors. In addition, a helical conformation of the tubal cartilage and also of the course of the tubal axis can be demonstrated.

Conclusions

The study points to efficient, biomechanical principles of the valve function of the ET. The relevance of diagnostic statements for the individual case requires further evaluation by imaging procedures with segmentation of the functional compartments of the above-mentioned structures and correlation to tubal dysfunctions in the next step. In addition to diagnostic information, image-guided and possibly navigated intervention of the ET would be possible.

Einleitung

Die Biomechanik der Tuba Eustachii (ET) gewährleistet eine pneumatische Äquilibrierung und die Protektion des Mittelohres. Der anatomische Aufbau mit den funktionellen Bestandteilen wurde beschrieben und verschiedene direkte sowie indirekte Funktionsuntersuchungen sind bekannt. Trotzdem ist der genaue Ventilmechanismus noch nicht hinreichend verstanden, um individuell eine Tubendysfunktion einer Pathogenese zuordnen zu können.

Methoden

Ein 3D-Modell wurde erstellt aus einer Fusion eines CBCT-Scans und einem Bilddatensatz von 98 segmentierten, histologischen Schnitten. Der Fokus dieser Studie lag auf biomechanischen Aspekten der aktiven muskulären Kompartimente mit ihren divergierenden Kraftvektoren und entsprechend spezifischer Einwirkung auf die Gesamtstruktur der passiven Kompartimente der ET.

Ergebnisse

Das erstellte 3D-Modell einer ET weist auf komplexer ausgebildete Strukturen als oft dargestellt hin. Die feinere und 3D-Segmentierung der muskulären und in der Struktur der ET verbundenen passiven Elemente, welche als Ansatz dienen und zusätzlich bindegewebig an der Schädelbasis aufgehängt sind, zeigen bei der Analyse der Kraftvektoren eine gegenläufige Torsion der Lamellen des Tubenknorpels. Zudem lässt sich eine spiralige Konformation des Tubenknorpels und auch des Verlaufes der Tubenachse nachweisen.

Schlussfolgerungen

Die Studie weist auf effiziente, biomechanische Prinzipien der Ventilfunktion der ET hin. Die Relevanz für diagnostische Aussagen für den Einzelfall erfordert im nächsten Schritt eine Evaluation bildgebender Verfahren mit Segmentierung der funktionellen Kompartimente der o.g. Strukturen und Korrelation zu Tubenfunktionsstörungen. Neben diagnostischer Aussage wäre ggf. eine bildgestützte und ggf. navigierte Intervention der ET möglich.

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht