爆発衝撃に対する聴覚保護をテストするための 3D プリントされたバイオニック耳モデル

2022年6月10日、アンタークティックベアは、オクラホマ大学の研究チームが爆発性環境にさらされた聴覚保護装置（HPD）の標準的な保護効果をテストするために、3Dプリントされた人間の耳のモデルを開発したことを知りました。
研究者らによると、3D プリント技術を利用することで、パーソナライゼーション、コスト効率、時間効率が向上し、HPD の評価が大幅に改善される可能性があるとのことです。
△3Dプリントされた耳模型のCADモデル。画像はOtology & Neurology誌より。
3D プリントモデルの利点<br /> 解剖学の指導、外科手術の準備やトレーニングでは、人体に本当にフィットする正確なモデルを作成することが重要であり、ここで 3D プリント技術が重要な役割を果たすことができます。
近年、3D プリントは、色忠実度の高い正確な患者固有の 3D プリント解剖モデルを作成するために使用され、手術計画にかかる時間を何時間も節約できます。 3D プリント技術が成熟するにつれて、3D プリントモデルの ISO 認証と FDA 承認を申請する 3D プリント企業が増えています。
ポイントオブケア 3D プリント解剖モデルサービスも人気が高まっており、Stratasys や Ricoh USA などの企業が提携して医療機関に 3D プリントモデルを提供したり、Fast Radius や Axial3D が米国全土の病院に新しい「DICOM プリント」サービスを提供したりしています。
△ 3Dプリントされた耳の模型に爆発実験装置と爆風の伝達を測定する圧力センサーを配置。画像出典: Otology & Neurotology Open.
改良されたHPD
軍隊の場合、戦闘中に発生する大きな爆風によって耳が損傷し（鼓膜破裂など）、聴力が低下する可能性があります。危険な状況で作業する場合、聴覚障害を防ぐために HPD が必要になることがよくあります。今日ではさまざまな HPD が広く使用されていますが、一部の部隊は HPD によって戦場の状況を認識する能力が低下すると考えています。
現在では、HPD を装着したまま戦場の状況を適切に認識できる、さまざまな高度な HPD が設計されています。しかし、現在の研究では、HPD にはさらなる改善が必要であり、より信頼性が高く有効なテスト手順が必要であることが示唆されています。
これまで、試験官らは人間の死体の側頭骨 (TB) とさまざまな計算および実験方法を使用して、さまざまな HPD 耳栓が騒音パルスや爆風から保護する能力を研究してきました。オクラホマ州の研究チームは、HPD をさらに改良するために、TM、外耳道、中耳の懸垂靭帯と腱、耳小骨連鎖、中耳腔を含む、柔軟ポリマーと硬質ポリマーで構築された 3D プリントされた TB モデルを開発しました。
このモデルは中耳と外耳の機械的かつ解剖学的レプリカであり、爆発性環境にさらされた状況下での HPD の測定と評価を可能にします。研究チームは、3Dプリントされた耳の模型をHPDの有無にかかわらず爆風にさらす実験を行った。外耳道入口付近と外耳道内部の圧力を記録し、その結果を死体結核と比較し検証しました。研究チームはまた、音響伝達モデルとしてのモデルの可能性も評価しました。
HPD を使用すると、TM 付近の減衰ピーク圧力は 0.92 psi と低く、外耳道入口でのバーストピーク圧力は 5.62 psi でした。一方、HPD を使用しない場合、TM 付近の圧力は 9.79 psi で、外耳道入口でのバーストピークも同様でした。その結果、この研究では爆発時の受動衝撃装置の防護機能を正確に評価し、爆発防護装置の標準化されたテストにおける 3D プリントモデルの有効性を実証しました。
△3Dプリント造形物の中耳部分未組み立て完成写真。画像はOtology & Neurology誌より。
この研究に関する詳細は、Otology & Neurotology Open誌に掲載された「爆風暴露に対する聴覚保護装置の標準テストのための3Dプリント人間の耳モデル」という論文で確認できる。この研究の共著者は、M. Brown、S. Jiang、R. Gan です。

関連論文リンク: 健康状態の標準化検査のための 3D プリント人間の耳モデル: Otology & Neurotology Open (lww.com)
3D プリントによるカスタマイズされた補聴器<br /> 補聴器は、パーソナライズされた医療機器が 3D プリント技術の開発からどのような恩恵を受けることができるかを示す最も重要な例の 1 つです。
実際、米国陸軍航空医学研究所の研究者は、これまでにも 3D プリントを使用して、米国軍人向けにカスタマイズ可能な耳栓を製造し、テストしてきました。この新しい耳の保護具製造技術は、将来、軍隊の隊員の難聴を防ぐために導入される可能性があります。
他にも、Materialise、EnvisionTEC、Formlabs、Sonovaなどの企業が何年も前から補聴器やカスタム耳栓を3Dプリントしており、現在では世界中の補聴器の99%が積層造形法を使ってカスタムメイドされていると推定されています。

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