摘要：得益于医疗保健和科技的进步，人们的寿命比以往任何时候都更长。但随着寿命的延长，与年龄相关的疾病也随之增多，影响着生活质量。老年人最常见的疾病之一就是听力损失。这会严重影响沟通、社交和日常活动。

太赫兹成像可以实现耳蜗结构的无创可视化，为诊断听力损失及其他疾病提供了变革性的潜力。

一项前沿研究揭示了太赫兹(THz) 成像技术如何开辟出一种观察内耳复杂结构的新方法。

利用微米级精度和先进的机器学习，研究人员以惊人的 3D 细节可视化了小鼠耳蜗，为非侵入性诊断打开了大门，这可能会彻底改变听力损失治疗甚至早期癌症检测。

得益于医疗保健和科技的进步，人们的寿命比以往任何时候都更长。但随着寿命的延长，与年龄相关的疾病也随之增多，影响着生活质量。老年人最常见的疾病之一就是听力损失。这会严重影响沟通、社交和日常活动。

听力依赖于耳蜗，耳蜗是内耳中的一个螺旋状结构，它将声波转换成大脑能够理解的信号。当耳蜗受损或功能受损时，就会导致听力损失。为了更好地诊断和理解听觉障碍，清晰地观察这一复杂的结构至关重要。然而，传统的成像方法往往存在不足，难以捕捉耳蜗的精细细节。

在最近的一项研究中，研究人员探索了太赫兹 (THz) 成像作为耳蜗可视化新方法的潜力。该团队由早稻田大学副教授芹田一典 (Kazunori Serita) 领导，与神户大学藤田健 (Takeshi Fujita) 教授和柿木秋伸 (Akinobu Kakigi) 教授以及大阪大学东之内正义 (Masayoshi Tonouchi) 教授和郑录伟 (Luwei Zheng) 合作，使用微米级 THz 点源对小鼠耳蜗的内部结构进行了成像。

该研究于2025年3月27日发表在《Optica》杂志上，强调了太赫兹成像作为一种非侵入性、高分辨率的生物组织分析工具。芹田解释说：“通过利用太赫兹波，我们可以实现更深的组织穿透，同时保持结构清晰度。”

太赫兹成像技术能够以非侵入式、高分辨率的方式可视化耳蜗结构，从而促进听力障碍的早期发现。图片来源：早稻田大学芹田一典博士

为了实现高分辨率太赫兹成像，我们利用波长为1.5 μm的飞秒激光生成微米级太赫兹点源，并将其照射到GaAs基底上。耳蜗直接放置在基底上，以便于近场成像。该系统在宽广的时间尺度上捕获二维太赫兹时域图像，从而实现不同深度的结构可视化。

利用飞行时间原理，将每幅太赫兹图像的时间尺度转换为深度尺度。此外，利用无监督机器学习技术K均值聚类提取结构特征，对耳蜗进行三维重建，得到三维点云和表面网格模型。

该研究首次成功实现了小鼠耳蜗内部结构的太赫兹成像。该成像技术提供了不同深度的清晰结构信息，使复杂的耳蜗特征得以可视化。三维重建过程获得了高质量的耳蜗空间表征，增强了对其内部结构的理解。这些结果凸显了太赫兹成像作为传统内耳诊断方法可行替代方案的潜力。

这项研究的成果为医学成像领域的重大进步打开了大门。所提出的太赫兹成像技术可以开发成微型设备，例如太赫兹内窥镜和耳镜，从而实现用于耳蜗诊断、皮肤病学和早期癌症检测的非侵入性体内成像。

芹田表示：“太赫兹技术与内窥镜等现有医疗设备的结合，具有巨大潜力，有望彻底改变疾病的诊断方式，尤其是在肿瘤学和病理学领域。” 此外，他还补充道：“太赫兹技术可以显著提高病理诊断的速度和准确性，缩短检测和结果之间的时间间隔，最终改善患者的预后。”

本研究展示了太赫兹成像在近场成像和三维重建中实现耳蜗可视化的潜力，并探索了其在生物医学诊断中的潜在应用。太赫兹技术凭借其非侵入式、高分辨率的特性，有望为医学成像和分析提供一种实用方法。

进一步探索：科学家现在无需切割就能看到内耳的惊人细节

参考文献：Takeshi Fujita、Kazunori Serita、Haidong Chen、Akinobu Kakigi、Hironaru Murakami、Luwei Cheng、Masayoshi Tonouchi 和 Nicole Allen 的“耳蜗三维太赫兹近场成像评估”，2025 年 4 月 19 日，Optica。DOI：10.1364/OPTICA.543436

来源：康嘉年華一点号