Forscher haben eine bahnbrechende Anwendung der Terahertz-Bildgebung (THz) zur Visualisierung von Cochlea-Strukturen in Mäusen entdeckt, die eine nicht-invasive, hochauflösende Diagnose ermöglicht. Durch die Erstellung von 3D-Rekonstruktionen eröffnet diese Technologie neue Möglichkeiten für die Diagnose von Hörverlust und anderen Erkrankungen. Die THz-Bildgebung könnte zu miniaturisierten Geräten wie THz-Endoskopen und Otoskopen führen, die die Diagnose von Hörverlust, Krebs und mehr revolutionieren. Mit dem Potenzial, die Diagnosegeschwindigkeit, die Genauigkeit und die Ergebnisse für den Patienten zu verbessern, könnte die THz-Bildgebung die medizinische Praxis verändern.
Um das Potenzial der Terahertz-Bildgebung (THz) für die Visualisierung von Cochlea-Strukturen zu untersuchen, haben Forscher um Associate Professor Kazunori Serita von der Waseda University, zusammen mit den Professoren Takeshi Fujita und Akinobu Kakigi von der Universität Kobe sowie den Professoren Masayoshi Tonouchi und Luwei Zheng von der Universität Osaka eine mikrometergroße THz-Punktquelle, um die innere Struktur der Cochlea der Maus sichtbar zu machen. Die Studie, die am 27. März 2025 in Optica veröffentlicht wurde, untersucht die THz-Bildgebung als nicht-invasive, hochauflösende Technik für die biologische Gewebeanalyse. „Durch die Nutzung von THz-Wellen können wir ein tieferes Eindringen in das Gewebe erreichen und gleichzeitig die strukturelle Klarheit erhalten, erklärt Serita.
Um eine hochauflösende THz-Bildgebung zu erreichen, wurde eine mikrometergroße THz-Punktquelle mit einem Femtosekundenlaser bei einer Wellenlänge von 1,5 μm erzeugt, die ein GaAs-Substrat bestrahlte. Die Cochlea wurde direkt auf dem Substrat platziert, um die Nahfeldabbildung zu erleichtern. Das System nahm 2D-THz-Zeitbereichsbilder über eine breite Zeitskala auf und ermöglichte die Visualisierung von Strukturen in unterschiedlichen Tiefen. Durch Anwendung des Flugzeitprinzips wurde die Zeitskala eines jeden THz-Bildes in eine Tiefenskala umgewandelt. Darüber hinaus wurde k-means clustering, eine nicht überwachte maschinelle Lerntechnik, verwendet, um strukturelle Merkmale zu extrahieren und eine 3D-Rekonstruktion der Cochlea zu ermöglichen, was zu einer 3D-Punktwolke und einem Oberflächennetzmodell führte.
Die Studie demonstrierte erfolgreich die erste THz-Bildgebung der inneren Struktur der Maus-Cochlea. Das bildgebende Verfahren lieferte klare strukturelle Informationen in unterschiedlichen Tiefen und ermöglichte die Visualisierung komplexer Merkmale der Cochlea. Der 3D-Rekonstruktionsprozess lieferte qualitativ hochwertige räumliche Darstellungen der Cochlea und verbesserte das Verständnis ihrer inneren Architektur. Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der THz-Bildgebung als praktikable Alternative zu herkömmlichen Methoden für die Innenohrdiagnostik.
Die Ergebnisse dieser Studie öffnen die Tür zu bedeutenden Fortschritten in der medizinischen Bildgebung. Die vorgeschlagene THz-Bildgebungstechnik könnte zu miniaturisierten Geräten wie THz-Endoskopen und Otoskopen weiterentwickelt werden, die nicht-invasive In-vivo-Bildgebung für die Cochlea-Diagnostik, Dermatologie und Krebsfrüherkennung ermöglichen. „Die Integration der THz-Technologie in bestehende medizinische Geräte, wie z. B. Endoskope, birgt ein großes Potenzial, die Art und Weise der Diagnose von Krankheiten zu revolutionieren, insbesondere in der Onkologie und Pathologie“, so Serita. Darüber hinaus „könnte die THz-Technologie die Geschwindigkeit und Genauigkeit pathologischer Diagnosen erheblich verbessern, die Zeit zwischen Test und Ergebnis verkürzen und letztlich die Ergebnisse für die Patienten verbessern“, fügt er hinzu.
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