Международная команда исследователей использовала терагерцовую визуализацию, чтобы получить изображение внутренних структур улитки уха мыши с микронным разрешением.
Этот неинвазивный метод может открыть новые возможности в диагностике нарушений слуха и других заболеваний уха. Работа опубликована в журнале Optica.
«Слух зависит от улитки – спирального органа во внутреннем ухе, который преобразует звуковые волны в нервные сигналы», — объяснил ведущий автор исследования Кадзунори Серита из Университета Васэда. — «Обычные методы визуализации с трудом отображают мелкие детали этого органа, но наша 3D терагерцовая ближнепольная визуализация позволяет видеть внутренние структуры без повреждения тканей».
Терагерцовое излучение, находящееся между микроволнами и инфракрасным диапазоном, идеально подходит для биологической визуализации. Оно обладает низкой энергией, безопасно для тканей, меньше рассеивается, чем видимый свет, и способно проникать через кости, реагируя на изменения в структуре клеток.
Ученые разработали методику 3D терагерцовой визуализации, позволяющую получать детализированные изображения и строить точные трехмерные реконструкции.
«Дальнейшее развитие этого метода может привести к созданию новых диагностических инструментов для заболеваний уха, которые ранее было трудно выявить», — отметил Серита. — «Это может открыть путь к раннему обнаружению нарушений слуха и улучшению лечения».
Ключевой инновацией стало использование нелинейного оптического кристалла для генерации терагерцового излучения из инфракрасного света с длиной волны 1560 нм. Это позволило создать точечный источник терагерцового излучения диаметром всего 20 микрон, что существенно улучшило детализацию изображений.
Для проверки метода исследователи использовали два образца извлеченной и высушенной улитки уха мыши: один с пустой внутренней полостью, другой с заполненной металлом, отражающим терагерцовые волны. Они увидели четкие различия, подтвердив, что излучение действительно проникает внутрь улитки.
Далее команда применила алгоритмы машинного обучения для анализа 2D изображений и успешно реконструировала трехмерную структуру улитки, включая спиральный улитковый проток.
Следующим шагом ученые планируют адаптировать метод для исследования улитки уха в живых организмах. Для этого необходимо уменьшить размер системы, чтобы она могла быть введена через слуховой проход. Также ведется работа над усилением мощности терагерцового источника для проникновения в более глубокие структуры.