耳蜗形态测量学手册：高分辨率同步辐射测量结果及标准参考值

《Journal of Anatomy》：The cochlear morphometry compendium: High-resolution synchrotron measurements and normative reference values

摘要

耳蜗解剖结构的自然变异对耳科学、神经耳科学和听力学领域的临床护理和研究具有重大意义。虽然精确的解剖特征描述对于许多应用至关重要，但目前尚缺乏来自大量形态异质样本集的骨性和膜性耳蜗结构的全面参考尺寸。在这项研究中，一百个健康的尸体颞骨样本（无历史或可见的病理学特征）接受了高分辨率的三维同步辐射相位对比成像（SR-PCI），以建立人类耳蜗的形态测量手册。这些样本包括耳蜗中的骨骼和软组织的测量数据，如基底转弯直径和宽度、耳蜗高度以及沿多个解剖路径（侧壁、基底膜和螺旋膜壁）的耳蜗长度。钩状区域、标量几何形状（直径、面积、倾斜度、宽度和体积）以及圆窗的尺寸也得到了全面表征。利用耳蜗长度测量数据和Greenwood的频率-位置函数，得出了基底膜和螺旋神经节的规范频率分布。这些解剖基准数据为基于解剖学的精准医疗方法提供了宝贵的参考，包括患者特定的手术计划、耳蜗内药物输送优化、自动化图像分析算法的开发，以及病理条件下耳蜗结构-功能关系的研究。

1 引言

人类耳蜗的形态表现出显著的自然变异，这可以通过多种测量方法观察到（Alexiades等人，2015；Avci等人，2014；Erixon等人，2009；Escudé等人，2006；Hardy，1938；Micuda等人，2024；Pietsch等人，2017；Schurzig, Pietsch等人，2021）。这种健康耳蜗解剖结构的变异对耳科学、神经耳科学、听力学等领域的学术和临床应用都有影响。因此，对耳蜗结构的更好理解在许多耳科病理的研究和临床管理中具有巨大价值。规范化的形态测量数据对于诊断先天性内耳畸形、评估患者预后和治疗可行性至关重要（Feraco等人，2021；Sennaro?lu & Bajin，2017）。准确的耳蜗尺寸和体积数据有助于改进耳蜗内药物分布的药代动力学建模，以研究鼓室内类固醇的扩散现象或新型干细胞疗法治疗耳蜗内病变的可行性（Li等人，2024；Lye等人，2023；Pasdelou等人，2024；Quan等人，2023；Tao等人，2022）。在人工耳蜗植入术中，耳蜗的大小和标量解剖结构影响手术计划和电极选择，以优化耳蜗覆盖范围，减少频率-位置不匹配，并降低移位风险（Canfarotta等人，2022；Li等人，2021；Micuda等人，2024）。此外，了解患者特定的耳蜗解剖结构可以显著改善术后结果，特别是通过基于解剖学的个性化频率映射技术减少音高感知错误并改善对音乐等复杂声音的感知（Canfarotta等人，2020；Creff等人，2024；Kurz等人，2023, 2025；Limb & Roy，2014）。因此，迫切需要通过耳蜗和标量尺寸准确量化耳蜗形状的变异。频率-位置映射需要准确测量耳蜗导管长度，特别是沿着基底膜的长度。然而，由于测量位置和终点的不同，历史上报告的耳蜗长度值存在不确定性（Greenwood，1990；Helpard, Li, Rohani, Rask-Andersen等人，2021；Li等人，2021；Stakhovskaya等人，2007）。耳蜗基底转弯直径、宽度和高度受到了广泛关注，因为它们可以从临床质量成像数据中估计出来，许多研究试图开发复杂的模型将这些参数与耳蜗长度相关联（Alexiades等人，2015；Gersdorff等人，2025；Helpard, Rohani等人，2020；Khurayzi等人，2021；Pietsch等人，2017；Schurzig等人，2018；Schurzig, Pietsch等人，2021）。最近，人们越来越关注通过横截面和体积测量来定义耳蜗鳞片的形态（Avci等人，2014；Micuda等人，2024）。由于无创耳蜗植入和鼓室内药物输送的外科意义，对圆窗的详细测量也越来越重要。越来越多的人认识到耳蜗内测量是预测手术结果的重要指标，这突显了需要扩展的解剖学参考数据。然而，历史上准确可视化耳蜗解剖结构一直具有挑战性。组织学成像是用于耳蜗解剖结构细胞水平分析的标准技术，以前用于获取耳蜗长度测量和检查耳蜗的频率分布（Guild，1921；Hardy，1938；Koch, Ladak等人，2017；Stakhovskaya等人，2007）。然而，组织学样本制备过程繁琐，会破坏三维（3D）结构，并引入限制测量精度和阻碍获取高级尺寸的伪影（Pichat等人，2018）。内耳的腐蚀铸造是另一种历史方法，它不能保留耳蜗内的解剖结构，从而无法测量膜性耳蜗结构（Erixon等人，2009；Erixon & Rask-Andersen，2013）。有大量文献报道了通过计算机断层扫描（CT）成像获得的耳蜗测量数据。然而，由于临床CT的分辨率能力有限且无法可视化耳蜗内的软组织，这些数据通常具有较大的误差范围（Breitsprecher等人，2022；Escudé等人，2006；Jiam等人，2021；Johnston等人，2016；Lexow等人，2018；Vu等人，2019；Würfel等人，2014）。锥形束、平板体积和光子计数CT的最新发展提高了该技术的质量，但仍无法充分可视化关键的耳蜗内结构以进行精确的形态测量（Layer等人，2025；Müller-Graff等人，2026；Zhou等人，2018；Zou等人，2015）。微CT提供了比临床成像模式更高的分辨率，但在没有组织染色的情况下，软组织细节有限，这限制了如基底膜等结构的辨别（Elfarnawany等人，2017；Noble等人，2011；Schurzig等人，2018；Spedaliere等人，2025；van den Boogert等人，2018）。因此，尚未发布利用大量形态多样样本的统一和全面的耳蜗测量参考数据。同步辐射相位对比成像（SR-PCI）是一种革命性的技术，可以可视化完整标本中的骨性和软组织结构的细胞水平分辨率（Giese等人，2024；Iyer等人，2018；Koch, Elfarnawany等人，2017；Li等人，2019, 2021, 2022；Nordstr?m等人，2020）。SR-PCI能够实现耳蜗内结构（如基底膜、Reissner膜和Rosenthal管）的三维、非破坏性可视化。SR-PCI已被用于在完整尸体耳蜗中获得高细节的耳蜗骨骼和软组织图像，空间分辨率达到10 μm或更细（Elfarnawany等人，2017）。此外，SR-PCI还允许在有限的数据集中直接测量耳蜗长度、钩状区域长度（HRL）和横截面标量几何形状（Elfarnawany等人，2017；Helpard, Li等人，2020；Helpard, Li, Rohani, Rask-Andersen等人，2021；Helpard, Rohani等人，2020；Li等人，2019；Micuda等人，2024），并用于进行基底膜和螺旋神经节的频率分析（Helpard, Li, Rohani, Zhu等人，2021；Li等人，2019, 2021）。本工作的目标是利用100个尸体人类样本的SR-PCI扫描数据提供前所未有的耳蜗形态测量报告。为各种耳蜗测量建立了关键的规范数据。这里呈现的数据可以作为许多学科的研究人员和临床医生的基础资源，推动耳蜗植入、耳蜗内药物输送、自动化测量工具的发展，以及理解耳科疾病中的结构-功能关系。

2 材料与方法

2.1 图像采集与处理

从加拿大安大略省伦敦市的西安大略大学解剖学与细胞生物学系获得了100个固定的尸体颞骨，符合安大略省解剖法和西安大略大学尸体研究使用委员会的规定。已获得西安大略大学遗体捐赠计划的伦理批准（批准号#122611）。可用的 demographic 数据仅限于捐赠者的性别和死亡年龄。研究包括38名男性捐赠者、54名女性捐赠者和8名性别不明的捐赠者。捐赠者的年龄范围从50岁到97岁不等。捐赠者的种族和民族信息未知。解剖学与细胞生物学系为所有样本提供了简要的医疗历史记录，未发现任何颞骨病理或创伤的证据。随后对颞骨进行了放射学检查，未观察到任何内耳畸形或创伤。从所有尸体样本中分离出颞骨，并在Canadian Light Source Inc. Biomedical Imaging and Therapy（BMIT）光束线上进行了SR-PCI处理。在180度旋转范围内获得了3000个投影，并重建为具有9 μm等距体素的CT体积。SR-PCI采集过程的详细描述已先前发表（Elfarnawany等人，2017；Koch, Elfarnawany等人，2017）。在每次SR-PCI扫描中，对圆窗膜、基底膜、鼓阶（ST）和前庭阶与中间阶（SVM）进行了分割（即勾勒和标记），作为测量的预处理步骤。首先使用定制的软件工具从扫描中自动分割感兴趣的结构。然后由另一位研究人员在3D Slicer中手动审查和修改每个图像分割，通过阈值绘制和种子生长技术确保解剖学准确性。图像分割后，每个SR-PCI扫描被转换到标准化的耳蜗坐标系（Verbist等人，2011）。在标准化坐标系中，X-Y平面与基底转弯平面平行（与圆窗和对侧基底膜相交），z轴与中间阶轴重合。正x轴方向指向圆窗，正y轴方向指向基底转弯处90°角深度的侧壁，正z轴方向指向耳蜗顶端。坐标系的原点位于基底转弯处的中间阶轴（X-Y）平面。为了在所有样本中保持一致的方向和坐标系，数据集中的所有左耳都在矢状面上进行了镜像处理。

2.2 耳蜗尺寸

用于耳蜗样本几何特征描述的测量数据是通过样本分割和SR-PCI扫描获得的，并由专家审查员检查以确保解剖学准确性。图1展示了用于测量耳蜗基底直径、基底转弯宽度和高度的技术。图1展示了测量标准骨性迷路尺寸的右耳蜗同步辐射相位对比图像。(a) 在基底转弯平面测量耳蜗基底直径（A值）和宽度（B值）。(b) 在中间阶切片中测量总耳蜗高度（H值）。耳蜗基底转弯直径通常称为A值，定义为从圆窗中心到对侧壁通过中间阶轴的耳蜗基底转弯直径。耳蜗基底转弯宽度通常称为B值，定义为在90°角深度和180°角深度之间、通过中间阶轴的耳蜗基底转弯直径，垂直于耳蜗A值。耳蜗高度H定义为沿标准化耳蜗坐标系的z轴（中间阶轴）的耳蜗迷路跨度。这些尺寸遵循先前在多份报告中定义的约定（Erixon等人，2009；Escudé等人，2006；Schurzig, Timm等人，2021；Spedaliere等人，2025）。

2.3 耳蜗长度

2.3.1 侧壁长度

侧壁长度（LengthLW）定义为沿侧壁的耳蜗长度，从0°平面通过圆窗中心测量到骨性迷路的顶端。部分侧壁长度（LengthLW (θ) 定义为从0°平面到特定角深度（θ）的测量值。使用侧壁标志点，在所有样本中获得了LengthLW的测量值。此外，在每个角深度也确定了LengthLW (θ)，以提供角深度和长度之间的关系。还测量了侧壁的完整角长度或转弯次数（NTLW）。

2.3.2 基底膜和钩状区域长度

基底膜长度（LengthBM）定义为沿基底膜中心的耳蜗长度，从钩状区域的基底膜基底尖端测量到螺旋膜顶端的基底膜顶端。部分基底膜长度（LengthBM (θ) 定义为从基底膜基底尖端到特定角深度（θ）的测量值。使用基底膜标志点测量LengthBM。此外，在每个角深度也评估了LengthBM (θ)，以提供角深度和长度之间的关系。还测量了基底膜的角长度或转弯次数（NTBM）。基底膜的中心线被选为测量耳蜗导管长度的标志点，因为它为柯蒂器官（OC）沿耳蜗导管的轨迹提供了一个一致且具有解剖学意义的几何近似值。柯蒂器官位于基底膜的上表面，靠近其中线，介于其向骨螺旋层和螺旋韧带的放射状连接之间（Iyer等人，2018年；Lim，1986年）。这一中点位置使得基底膜的中心线成为形态测量分析和频率-位置映射模型中柯蒂器官的有效替代指标（Greenwood，1990年；Stakhovskaya等人，2007年）。这种方法基于实际和方法学考虑是合理的。在高分辨率成像的解剖学研究中，基底膜中心与柯蒂器官之间的空间偏移相对于整个耳蜗长度来说很小——通常小于20-30微米，这远低于与听力频率映射或电极位置分析相关的空间尺度（Helpard、Li、Rohani、Zhu等人，2021年；Koch、Ladak等人，2017年）。此外，柯蒂器官的精确微观结构特征并非在所有成像模式下都清晰可见，特别是在完整或尸体标本中。因此，基底膜的中心线既具有可重复性，又具有解剖学上的有效性，同时能够紧密反映柯蒂器官的生理螺旋路径。大多数耳蜗测量研究都使用了这里描述的标准耳蜗坐标系统，该系统通过圆窗中心定义了0°测量平面。因此，这些研究通常不包括对圆窗中心以下的基底膜部分的测量，这部分通常被称为耳蜗钩区。此外，基底膜在钩区的形态非常复杂，在切片组织学样本中难以描述，并且在大多数临床CT或微CT扫描中也不可见。尽管钩区对耳蜗的音调分布有直接影响，但关于其长度的研究仍然有限（Helpard、Li、Rohani、Zhu等人，2021年；Horii等人，2024年）。由于SR-PCI的增强可视化，本样本集中能够测量到HRL（钩区长度）。HRL被定义为基底膜上从最基部的尖端到通过圆窗中心的0°平面的距离。

2.3.3 模形壁长度
沿着模形壁的耳蜗长度（LengthMW）被定义为从0°平面到720°角深度的ST模形壁长度的测量值。部分模形壁长度（LengthMW (θ)）被定义为从0°平面到特定角深度（θ）的长度。在每个角深度处都获得了LengthMW的测量值，并确定了LengthMW (θ)，以获得角深度与模形壁长度之间的关系。由于螺旋膜之间的模糊性，ST模形壁的测量没有超过720°。图2展示了用于测量耳蜗侧壁、基底膜、钩区和模形壁长度的追踪线。图2展示了耳蜗侧壁（灰色）、基底膜（绿色）、模形壁（黄色）和钩区（品红色）的追踪线。圆窗膜（蓝色）和基底膜（绿色阴影）的分割也可见。

2.3.4 结构之间的距离
使用定义侧壁、基底膜和模形壁的标志点，计算了每个结构与模形轴中点之间的距离。利用这些测量值，还额外计算了各结构之间的距离。在每个角深度处，计算了以下距离：侧壁与基底膜中心之间的距离（dLW-BM (θ)）；侧壁与模形壁之间的距离（dLW-MW (θ)；以及基底膜中心与模形壁之间的距离（dBM-MW (θ)）。

2.4 音调分布
2.4.1 基底膜音调分布
使用LengthBM的测量值来估计每个耳蜗的音调分布。Greenwood函数是一个经过验证的方程，它将基底膜的比例长度直接与特征音调频率相关联（Greenwood，1990年）。基底膜特征频率的Greenwood函数如下：
其中fBM (θ)代表角深度θ处的基底膜特征频率。使用LengthBM (θ)与LengthBM的比率来确定从耳蜗顶端到底部测量的角深度θ处基底膜总长度的比例。Greenwood函数被用来计算每个角深度处SR-PCI样本的特征音调频率。

2.4.2 螺旋神经节音调分布
在10个SR-PCI扫描的子集中，获得了连接柯蒂器官（OC）和螺旋神经节（SC）的外周轴突通道的分割。利用OC和SC之间的外周轴突通道的分割，如之前报道和展示的那样，获得了基底膜和螺旋神经节之间的音调分布（Helpard、Li、Rohani、Zhu等人，2021年；Li等人，2021年）。使用Greenwood函数估计的频率被映射到螺旋神经节的不同位置，以提供角深度与螺旋神经节音调频率之间的关系。

2.5 标量维度
使用ST和SVM的分割，在标准化的耳蜗坐标系统中进行了标量几何分析。为了分析每个角深度的标量截面，从SR-PCI扫描中提取了以1度为增量的重新格式化的模形轴中切片。使用模形轴中切片，分析了每个角深度的ST和SVM的截面表示。测量了截面的直径、面积、方向和宽度，并由专家审稿人检查以确保解剖学准确性。此外，还测量了完整的标量体积。标量测量遵循Micuda等人（2024年）之前描述的ST的常规和方法。图3展示了所有标量维度的测量结果。图3展示了所有标量维度的测量结果。

2.5.1 标量直径
标量分割提供了整个耳蜗中各部分的精确边界。为了无论形状如何都能一致地量化耳蜗中各部分的截面尺寸，测量了每个角深度内可以包含的最大圆的直径。每个标量截面内最大内切圆的直径被定义为ST直径（DST）和SVM直径（DSV）。

2.5.2 标量截面面积
为了进一步表征耳蜗中的标量尺寸，测量了ST和SVM的截面面积。在每个截面中，评估了构成各部分的图像像素总数，并用平方毫米计算了总面积。在所有研究的样本中，每个角深度都获得了ST面积（ArST）和SVM面积（ArSV）的测量值。

2.5.3 标量方向
相对于基底转弯（X–Y）平面，观察到了各部分在整个角深度上的整体方向（或倾斜度）变化。标量方向被定义为各截面中部分长轴相对于X–Y平面的角度。在每个角深度处测量了ST方向（θST）和SVM方向（θSV）。

2.5.4 标量宽度
还测量了ST宽度（WST）和SVM宽度（WSV）。标量宽度被定义为每个角深度处ST和SVM长轴的总跨度。

2.5.5 标量体积
通过确定各个标量分割中的体素总数，并将这些计数转换为相应的立方毫米体积，获得了各部分的体积。

2.6 圆窗尺寸
圆窗尺寸之前由Atturo等人（2014年）定义。在这项工作中，获得了两个垂直的圆窗尺寸：长轴直径（DRW-LA），定义为圆窗膜在任何方向或方向上的最长边对边尺寸；以及短轴直径（DRW-SA），定义为垂直于DRW-LA的圆窗膜的最长边对边尺寸。为了获得这些尺寸，通过手动放置基准标记单独检查并测量了圆窗膜的分割。通过确定适当的基准标记之间的欧几里得距离来获得直径。图4展示了DRW-LA和DRW-SA的测量结果。表1总结了所有上述测量结果及其在主文中的缩写。

3 结果
结果报告了整个样本集（n = 100）的情况，除非另有说明。平均A值为9.17毫米（标准差SD = 0.39，95%置信区间[9.10, 9.25]），最小值和最大值分别为8.50毫米和10.50毫米。平均B值为7.02毫米（标准差SD = 0.35，95%置信区间[6.96, 7.09]，最小值和最大值分别为6.12毫米和7.73毫米）。平均耳蜗高度（H）为4.12毫米（标准差SD = 0.26，95%置信区间[4.07, 4.17]，最小值和最大值分别为3.52毫米和4.62毫米）。样本集中A值、B值和H值的分布显示在图5中。图5展示了（a）耳蜗基底直径（A值）、宽度（B值）和（b）高度（H）的直方图和模型正态分布。实线垂直线代表样本均值，虚线垂直线代表样本中位数。

3.2 耳蜗长度
3.2.1 侧壁长度
平均LengthLW为41.58毫米（标准差SD = 2.19，95%置信区间[41.15, 42.01]，最小值和最大值分别为37.20毫米和48.14毫米。平均NTLW为2.66圈（标准差SD = 0.13，95%置信区间[2.63, 2.68]，最小值和最大值分别为2.33圈和3.14圈。LengthLW和NTLW值的分布显示在图6中。图7展示了角深度与LengthLW之间的关系。表2显示了以180度为增量的LengthLW（θ）的描述性统计。图6展示了（a）沿耳蜗侧壁测量的耳蜗长度（LengthLW）和（b）由侧壁圈数（NTLW）表示的耳蜗侧壁角长度的关系。实线垂直线代表样本均值，虚线垂直线代表样本中位数。

3.2.1 侧壁长度
平均LengthLW为41.58毫米（标准差SD = 2.19，95%置信区间[41.15, 42.01]，最小值和最大值分别为37.20毫米和48.14毫米。平均NTLW为2.66圈（标准差SD = 0.13，95%置信区间[2.63, 2.68]，最小值和最大值分别为2.33圈和3.14圈。LengthLW和NTLW值的分布显示在图6中。图7展示了角深度与LengthLW之间的关系。表2显示了以180度为增量的LengthLW（θ）的描述性统计。阴影区域表示平均值上下一个和两个标准差的范围。虚线垂直线分别代表1（360°）、1.5（540°）和2（720°）次侧壁旋转。表2总结了真实侧壁长度和百分比侧壁长度的描述性统计信息，包括平均值、标准差、95%置信区间和样本集内的测量范围。

表2. 真实侧壁长度和百分比侧壁长度的描述性统计摘要，包括平均值、标准差、95%置信区间和测量范围。

角度深度
侧壁长度 [毫米]
侧壁长度 [%]

平均值 ± 标准差
95%置信区间
范围
平均值 ± 标准差
95%置信区间
范围

180°
13.76 ± 0.73
[13.62, 13.91]
[12.24, 16.91]
33.13 ± 1.47
[32.84, 33.42]
[30.18, 36.74]

360°
22.80 ± 1.07
[22.59, 23.01]
[19.99, 26.43]
54.86 ± 1.65
[54.54, 55.19]
[51.49, 59.34]

540°
29.43 ± 1.33
[29.17, 29.69]
[26.22, 33.31]
70.82 ± 2.05
[70.42, 71.22]
[67.02, 75.43]

720°
35.08 ± 1.59
[34.77, 35.40]
[31.68, 40.04]
84.43 ± 2.04
[84.03, 84.83]
[80.71, 90.13]

总计
41.58 ± 2.19
[41.15, 42.01]
[37.20, 48.14]

注：描述性统计数据显示了180°、360°、540°和720°角度深度下的部分侧壁长度。

3.2.2 基底膜和钩状区域长度
基底膜的平均长度（LengthBM）为35.04毫米（标准差SD = 2.14，95%置信区间CI = [34.62, 35.46]），最小值和最大值分别为30.08毫米和40.44毫米。基底膜转弯次数（NTBM）的平均值为2.58次（标准差SD = 0.11，95%置信区间CI = [2.56, 2.60]），最小值和最大值分别为2.30次和3.04次。基底膜钩状区域长度（HRL）的平均值为2.38毫米（标准差SD = 0.20，95%置信区间CI = [2.34, 2.42]），最小值和最大值分别为1.86毫米和2.92毫米。LengthBM、NTBM和HRL值的分布如图8所示。角度深度与LengthBM之间的关系如图9所示。表3列出了180°间隔下LengthBM的描述性统计信息。有趣的是，男性和女性样本在LengthBM上显示出统计学上的显著差异（p < 0.001），男性样本的平均值为36.12毫米（标准差SD = 1.90，范围[31.93, 39.60]），女性样本的平均值为34.41毫米（标准差SD = 2.03，范围[30.08, 40.44]）。左侧（平均值 = 35.04毫米，标准差SD = 2.07，范围[30.52, 39.60]）和右侧（平均值 = 35.03毫米，标准差SD = 2.20，范围[30.08, 40.44]）样本子集之间没有显示出统计学上的显著差异（p > 0.1）。

图8：基底膜中心测量的耳蜗长度（LengthBM）、基底膜转弯次数（NTBM）以及基底膜钩状区域长度（HRL）的直方图和模型正态分布。实线垂直线代表样本平均值，虚线垂直线代表样本中位数。

图9：基底膜长度（LengthBM）与耳蜗角度深度之间的平均关系。基底膜总长度与角度深度之间的平均关系。阴影区域表示平均值上下一个和两个标准差的范围。虚线垂直线分别代表1（360°）、1.5（540°）和2（720°）次基底膜旋转。

表3：真实基底膜长度和百分比基底膜长度的描述性统计摘要，包括平均值、标准差、95%置信区间和测量范围。

注意：描述性统计数据显示了180°、360°、540°和720°角度深度下的部分基底膜长度。

3.2.3 模状壁长度
模状壁的平均长度（LengthMW）为17.64毫米（标准差SD = 1.10，95%置信区间CI = [17.43, 17.86]），最小值和最大值分别为14.42毫米和21.23毫米。LengthMW值的分布如图10所示。角度深度与LengthMW之间的关系在图11中可视化。表4报告了180°间隔下LengthMW的描述性统计信息。

图10：沿模状壁测量的耳蜗长度的直方图和模型正态分布。实线垂直线代表样本平均值，虚线垂直线代表样本中位数。

图11：模状壁长度（LengthMW）与耳蜗角度深度之间的平均关系。基底膜总长度与角度深度之间的平均关系。阴影区域表示平均值上下一个和两个标准差的范围。虚线垂直线分别代表1（360°）、1.5（540°）和2（720°）次模状壁旋转。

表4：真实模状壁长度和百分比模状壁长度的描述性统计摘要，包括平均值、标准差、95%置信区间和测量范围。

注意：描述性统计数据显示了180°、360°、540°和720°角度深度下的部分模状壁长度。

3.2.4 耳蜗内结构之间的距离
图12展示了不同角度深度下侧壁、基底膜和模状壁到中模状轴的平均距离。表5列出了dLW-BM（θ）、dLW-MW（θ）和dBM-MW（θ）的描述性统计信息。

图12：不同角度深度下侧壁（LW）到基底膜（BM）、侧壁（LW）到模状壁（MW）以及基底膜（BM）到模状壁（MW）的距离的平均关系。

3.3 音调频率
图13展示了基底膜（n = 100）和螺旋神经节（n = 10）的角度深度与长度和音调频率之间的平均关系。表6报告了达到不同频率目标所需的平均基底膜（n = 100）和螺旋神经节（n = 10）长度和角度深度。

表6：达到125至8000 Hz频率目标所需的基底膜（n = 100）和螺旋神经节（n = 10）长度和角度深度。

图14：展示了ST和SVM的角深度与标量横截面积、面积、宽度和方向之间的关系。图15展示了ST和SVM体积的分布。表7报告了所有标量横截面积和体积的描述性统计信息。

表7：ST和SVM体积的描述性统计摘要，包括平均值、标准差、95%置信区间和测量范围。

图15：展示了鼓阶（ST）（紫色）和前庭阶及中阶（SV）（粉色）横截面积和角度深度的平均关系。

表8：不同角度深度下鼓阶（ST）（D(θ)）和前庭阶及中阶（SV）（D(θ)）的描述性统计摘要。

图16：展示了圆形窗口（DRW-LA和DRW-SA）直径的直方图和模型正态分布。这里报告的测量结果具有重要的学术和临床意义。

4.1 耳蜗尺寸

报告了耳蜗骨迷路的三个标准尺寸的规范数据——A值、B值和高度——显示出耳蜗几何形状在个体间的显著差异，最大样本在所有尺寸上均超过最小样本的1.25倍。这些发现与使用多种成像技术获得的现有文献报告一致，同时通过SR-PCI（Ahmadi等人，2021年；Altamimi等人，2024年；Curtis等人，2023年；Dhanasingh等人，2021年；Shin等人，2013年）增强的空间和对比度分辨率能力提供了更高的精度。在样本集中观察到的基底转弯尺寸和高度的变化超过20%，这对耳蜗植入电极的选择和手术计划具有重大意义。先前的研究表明，耳蜗尺寸的微小差异与360°角深度处侧壁长度超过5毫米的变化相关（Escudé等人，2006年；Pietsch等人，2017年）。此外，已经开发并使用临床CT成像验证了多种预测算法，这些算法利用骨迷路的尺寸（A值、B值和H值）组合来估计耳蜗长度（Alexiades等人，2015年；Breitsprecher等人，2022年；Escudé等人，2006年；Pietsch等人，2017年；Schurzig等人，2018年；Schurzig, Pietsch等人，2021年）。目前报告的高分辨率数据集提供了非常准确的测量结果，可以用来改进临床工具并验证在整个耳蜗变异范围内的自动测量模型。在临床上，这些数据还适用于诊断内耳畸形，如耳蜗发育不良，如果测量结果低于既定的规范范围，就可以诊断出来（Bhagat等人，2020年；Feraco等人，2021年；Sennaro?lu & Bajin，2017年）。这个数据集可能使临床医生能够区分正常的解剖变异和病理性的发育不全，从而直接为诊断先天性畸形制定新的指南。

4.2 耳蜗长度

除了提供几何学见解外，耳蜗长度的测量还有助于分析耳蜗的结构-功能关系。SR-PCI是首个用于耳蜗研究的成像模式，它允许准确地进行耳蜗内部结构（如基底膜、螺旋神经节和螺旋韧带）的3D测量，而无需额外的处理，如样本切片、染色或化学脱水。SR-PCI之前已被用于测量有限数据集中的基底膜长度，以及钩状区域和螺旋孔的长度（Helpard, Li等人，2020年；Helpard, Li, Rohani, Rask-Andersen等人，2021年；Helpard, Rohani等人，2020年；Koch, Elfarnawany等人，2017年）。在这项工作中，耳蜗长度的测量是在三个关键解剖位置进行的：侧壁、基底膜和模状壁。平均LengthLW和LengthBM分别为41.58±2.19毫米和35.04±2.14毫米，平均每个结构分别为2.66±0.13圈和2.58±0.11圈。LengthLW和LengthBM的范围都超过了10毫米，最大的样本比最小的样本大30%。这些值与之前的测量结果一致（Erixon等人，2009年），尽管SR-PCI的体素分辨率和软组织可视化不需要破坏性样本制备，这使得报告的数据成为一个新的标准参考。两圈（720°）的LengthMW平均为17.64±1.10毫米。这些结构之间的距离随角深度而变化，正如预期的那样，随着耳蜗腔室向顶端逐渐变细，三个感兴趣结构之间的平均距离减小。这些测量对于理解耳蜗容纳耳蜗植入电极阵列的能力以及预测植入过程中的创伤风险至关重要。虽然男性和女性样本之间的LengthBM存在统计学上的显著差异，但关于人类耳蜗和内耳大小和结构的性别差异的现有文献并不一致。先前的研究报告了没有差异以及基于性别的各种耳蜗和内耳尺寸和体积的统计学上显著的差异（Hiller等人，2020年；Hussain等人，2023年；Inui等人，2021年；Shin等人，2013年）。Ahmadi等人（2021年）表明，在控制颅内体积的情况下，男性和女性之间的耳蜗尺寸差异消失了。由于本研究中包含的任何尸体样本都没有头围或颅内体积等总体尺寸数据，因此不能排除总体身体或头部大小对男性和女性LengthBM的混淆。在耳蜗长度测量中，基底膜长度是独特的，因为它代表了耳蜗的功能长度，定义了耳蜗感觉器官的位置和大小（Casale等人，2023年；Hawkins，2025年）。基底膜长度的10.36毫米（29.3%）范围表明了个体间的显著差异，这直接影响音调频率分布（Aljazeeri等人，2022年；Canfarotta等人，2020年；Li等人，2021年）。3D重建历来被证明是分析基底膜最准确的方法；本研究表明SR-PCI能够直接可视化基底膜的整个过程，包括之前描述不佳的钩状区域。最近的研究表明，钩状区域包含关键的高频音调，并对基底膜的总体音调分布有显著贡献（Helpard, Li, Rohani, Rask-Andersen等人，2021年；Horii等人，2024年；Li等人，2007年）。然而，由于钩状区域的复杂形态和之前用于耳蜗可视化的技术的局限性，该区域在文献中经常被忽视。本研究中的HRL是从基底膜的基底尖端测量到通过圆窗中心的0°平面的距离。平均HRL确定为2.38±0.20毫米，大约占平均LengthBM的6.8%。

4.3 音调频率

了解耳蜗长度的规范范围有许多重要的应用；其中一个特别重要的是在耳蜗的音调映射中。使用Greenwood的频率-位置函数和此处报告的LengthBM测量结果，估计了100个尸体样本的音调分布。表6展示了沿基底膜达到指定八度间隔频率所需的平均长度和角深度，在10个螺旋神经节分段的一个子集中。平均基底膜角深度从52°（8000 Hz）到749°（125 Hz），相应的LengthBM范围从6.80毫米到31.47毫米。此处报告的音调数据为患者特定的耳蜗植入频率映射提供了关键参考，与默认编程策略相比，这已被证明可以改善语音感知、音乐欣赏和声音质量评分（Aljazeeri等人，2022年；Canfarotta等人，2020年；Creff等人，2024年；Gersdorff等人，2025年）。对10个样本的螺旋神经节分段的分析揭示了基底膜和螺旋神经节音调之间的重要关系。在所有八度频率下，螺旋神经节的角深度等于或小于相应的基底膜位置，在650°之后差异最为明显。在这个角深度，平均基底膜和螺旋神经节的频率分别为215 Hz和152 Hz，代表了六个半音的差异。作为参考，540°和650°之间的半音差异在所呈现的数据中大约是10个半音，无论测量是在基底膜还是在螺旋神经节进行的。

4.4 标量尺寸

对本工作中获得的标量尺寸的详细分析与沿耳蜗长度的标量几何形状的预期系统变化一致（Avci等人，2014年；Biedron等人，2010年；Micuda等人，2024年）。ST直径从180°的0.92±0.11毫米逐渐减小到720°的0.60±0.08毫米。SVM在所有角深度上的直径范围都比ST更大，有趣的是，一些样本的SVM直径甚至小于ST直径。在SVM测量中观察到了更大的变异性，标准偏差为360°时平均直径的14%。在临床上，这些标量尺寸数据可以为个体化的耳蜗植入计划和手术方法提供信息。具体来说，了解整个耳蜗中的最小容纳直径可以指导选择适当的电极阵列，以最大化耳蜗覆盖范围并最小化创伤。标量横截面积的测量显示，从基底到顶端的减少比例大于直径测量，这与从基底到顶端的标量形状从更圆形变为更椭圆形或三角形的变化一致。ST面积从180°到720°减少了50%，而SVM面积在同一角深度减少了26%。平均ST和SVM体积分别为33.01±5.26毫米3和30.74±4.67毫米3，提供了代表整体耳蜗大小的重要参考值。此外，这些测量结果也适用于耳蜗内药物输送的药代动力学建模。每个标量体积都显示出显著的变异性，最大的耳蜗样本的体积是最小样本的1.9倍，这强调了在评估电极设计和药物分布动力学时应明确考虑的个体间差异。关于耳蜗内类固醇输送的研究表明，标量体积直接影响周围淋巴液中的药物浓度，较小的耳蜗在等剂量下能达到相对较高的浓度（Salt & Plontke，2018年；Sawamura等人，2021年）。最近在耳蜗内药物输送系统方面的进展，包括热敏凝胶、内耳导管和药物释放电极阵列，需要准确的解剖模型来预测药代动力学并优化缓释配方（Dong等人，2023年；Maimaitikelimu等人，2025年；Prenzler等人，2025年）。与在LengthBM中发现的基于性别的差异类似，ST和SVM体积的性别差异在没有解决可能影响结果的总体身体大小混淆的情况下也无法确定其显著性，正如Ahmadi等人（2021年）所描述的。

4.5 圆窗尺寸

圆窗是无创耳蜗植入和耳蜗内药物输送的主要入口点，因此其尺寸具有明确的临床意义。本工作报告了两个垂直直径：DRW-LA和DRW-SA。每个直径的平均值分别为2.20±0.21毫米和1.64±0.18毫米。这两个尺寸的巨大范围，分别跨越1.0毫米和0.8毫米，表明了巨大的解剖多样性。这些发现对耳蜗植入电极插入和术前手术计划具有直接的临床意义，特别是在本工作中发现的圆窗直径最小的样本比最大的样本小40%的情况下（Karagoz等人，2025年；Luers等人，2018年）。这些测量结果也有助于开发和应用替代听力恢复技术，如浮动质量换能器（Shimizu等人，2011年）。此外，这些结果与之前的显微解剖和放射学研究一致，这些研究表明人类的圆窗很少是真正的圆形，而是椭圆形的、偏斜的和非平面的，具有鞍状配置（Atturo等人，2014年；Marx等人，2025年）。目前的结果表明，圆窗在前后维度上始终大于上下维度。这些规范数据作为典型解剖的参考，并强调了在临床实践中评估个体间变异性的价值。

4.6 未来步骤和研究局限性

尽管这个数据集非常全面，但它确实存在一些需要考虑的局限性。捐赠者的年龄范围为50-97岁，这可能限制了数据对年轻人群的普遍适用性，因为有人提出耳蜗形态会经历与年龄相关的退化或重塑过程，这可能会影响测量结果（Kusunoki等人，2004年；Makary等人，2011年）。由于缺乏年轻样本，无法评估整个人类生命周期的形态变化。此外，本研究中包含的样本没有提供捐赠者的种族或民族数据，这可能导致数据集中未捕捉到特定人群的变异。扩展这个数据集以包括年轻样本和有记录的种族样本将提高这些规范参考的普遍适用性。这里呈现的测量结果为阐明耳蜗内的形态关系提供了基础，包括结构-功能相关性以及解剖变异对耳蜗植入和药物输送的生物力学影响。未来研究这些解剖参数与耳蜗植入受试者的临床结果或药代动力学模型之间的相关性可能会为优化患者特定的治疗策略提供见解。

5 结论

使用100个尸体颞骨样本的SR-PCI扫描，建立了一个全面的人类耳蜗骨性和膜性形态测量数据库。这里报告的耳蜗尺寸显示出显著的个体间差异，强调了患者特定手术计划和治疗的关键重要性。这些规范数据可能帮助临床医生制定基于证据的诊断标准，以识别先天性耳蜗畸形。在多个解剖位置进行的全面耳蜗长度测量提供了关于耳蜗内部空间关系的前所未有的细节，这对于各种应用至关重要。通过Greenwood的频率-位置函数和耳蜗长度测量，创建了用于患者特定频率映射的规范音调频率分布作为参考数据。耳蜗膜性迷路显示出体积的可变性，以及从基底区域到顶端区域随着角度深度增加而发生的标量横截面尺寸的系统性变化。个体间在标量体积上的显著差异使得这些测量值成为药代动力学建模中用于评估耳蜗内药物输送方法的有用参数。此外，正常的圆窗尺寸为手术操作提供了关键的参考值。这份关于耳蜗的综合性研究资料为多个临床和研究领域推进精准医疗方法提供了重要的资源。

**作者贡献**
Sumit K. Agrawal：研究概念构思、成像方案设计、图像采集、手稿编辑。
Hao Li：图像分析、图像与数据量化。
Carmine Spedaliere：数据收集、数据分析、手稿起草、手稿编辑、图表制作与修改。
Helge Rask-Andersen：研究概念构思、图像解读、解剖学分析。
Hanif M. Ladak：研究概念构思、成像方案设计、图像采集、手稿编辑。

**致谢**
手稿的编辑和审稿工作由Lauren Siegel完成。

**资金信息**
本文描述的部分研究是在加拿大光源（Canadian Light Source）进行的，该机构是萨斯喀彻温大学的国家研究设施，得到了加拿大创新基金会（Canada Foundation for Innovation）、自然科学与工程研究委员会（NSERC）、国家研究委员会（NRC）、加拿大卫生研究院（CIHR）、萨斯喀彻温省政府以及萨斯喀彻温大学的支持。此外，作者还感谢NSERC Discovery Grant（RGPIN-2022-04184）项目对图像采集和分析工作的资助。

**利益冲突声明**
Sumit K. Agrawal是Med-El GmbH公司的外科顾问委员会成员；然而，本研究是在没有任何行业利益相关方参与的情况下完成的。本文的所有其他作者均声明没有需要报告的利益冲突。我们确认所有作者都全程参与了研究及手稿的撰写工作，并且该手稿的内容尚未提交给其他出版机构。

**伦理批准声明**
样本的获取遵循了加拿大安大略省的《解剖法》以及西安大略大学关于尸体研究使用的委员会规定（批准编号#122611）。

**数据可用性声明**
由于伦理限制和数据隐私法，人类成像数据无法公开。不过，出于学术目的，经伦理批准并签署数据共享协议后，可以联系相应作者获取数据。基于已发表数据进行的衍生测量或总结的请求也可以发送给相应作者。