تراهرتز پنجره‌ای جدید از ناگفته‌های شنوایی!

زهرا وجدانی: با افزایش میانگین طول عمر انسان‌ها در سراسر جهان، بیماری‌های مرتبط با سالمندی نیز در حال افزایش‌اند؛ یکی از شایع‌ترین این مشکلات، کاهش شنوایی در سنین بالا است که می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر کیفیت زندگی، ارتباطات اجتماعی و سلامت روان افراد داشته باشد. در قلب این فرآیند شنوایی، ساختاری پیچیده و حساس به نام حلزون گوش قرار دارد که تاکنون تصویربرداری دقیق از آن با چالش‌های جدی همراه بوده است. اکنون، پژوهشی پیشرفته با استفاده از فناوری نوین امواج تراهرتز (THz) دریچه‌ای تازه به دنیای درون گوش گشوده است؛ فناوری‌ای که نویدبخش تحولی بنیادین در تشخیص‌های غیرتهاجمی و دقیق پزشکی است.

پیشرفتی نوین در تصویربرداری تراهرتزی؛ گامی انقلابی در تشخیص بیماری‌های شنوایی

در مطالعه‌ای پیشگامانه که در تاریخ ۲۷ مارس ۲۰۲۵ در نشریه معتبر Optica منتشر شد، گروهی از پژوهشگران ژاپنی موفق به توسعه روشی نوین در تصویربرداری از ساختار‌های پیچیده گوش داخلی، به‌ویژه حلزون گوش (Cochlea) شدند. این روش که از فناوری پیشرفته‌ی امواج تراهرتز (THz) و یادگیری ماشین بهره می‌گیرد، می‌تواند افق‌های تازه‌ای را برای تشخیص غیرتهاجمی و دقیق کم‌شنوایی و حتی بیماری‌هایی، چون سرطان باز کند.

حلزون گوش؛ عضوی کلیدی و دشوار در تصویربرداری

گوش انسان از سه بخش اصلی تشکیل شده است: گوش بیرونی، میانی و داخلی. حلزون گوش که در بخش داخلی قرار دارد، ساختاری مارپیچ و بسیار ظریف دارد که وظیفه‌ی آن تبدیل امواج صوتی به سیگنال‌های الکتریکی برای پردازش مغز است. آسیب به این بخش می‌تواند باعث کم‌شنوایی موقت یا دائمی شود؛ معضلی که به‌ویژه با افزایش سن، درصد بالایی از افراد سالمند را درگیر می‌کند.

با وجود اهمیت حیاتی حلزون گوش در شنوایی، روش‌های فعلی تصویربرداری مانند MRI و CT اسکن در مشاهده‌ی دقیق این ساختار‌های ظریف با محدودیت‌هایی مواجه‌اند. این محدودیت‌ها ناشی از دقت پایین، رزولوشن ناکافی و عدم امکان نفوذ به اعماق بافت بدون آسیب است. از این رو، توسعه‌ی یک روش غیرتهاجمی و با وضوح بالا برای تصویربرداری از حلزون گوش همواره یکی از اهداف مهم حوزه‌ی پزشکی بوده است.

ورود امواج تراهرتز به عرصه‌ی پزشکی

امواج تراهرتز در محدوده‌ی فرکانسی بین امواج مادون قرمز و میکروویو قرار دارند (تقریباً ۰.۱ تا ۱۰ تراهرتز) و در سال‌های اخیر به دلیل توانایی نفوذ در بافت‌های زیستی بدون آسیب‌زایی، مورد توجه محققان قرار گرفته‌اند. این امواج می‌توانند اطلاعات ساختاری دقیقی از درون بافت‌ها ارائه دهند، بدون اینکه نیاز به روش‌های تهاجمی باشد.

در مطالعه‌ی اخیر، تیمی متشکل از اساتید دانشگاه واسدا، دانشگاه کوبه و دانشگاه اوساکا، به سرپرستی کازونوری سریتا (Kazunori Serita) با استفاده از یک منبع نقطه‌ای THz در مقیاس میکرومتری، موفق به تصویربرداری سه‌بعدی و با وضوح بالا از حلزون گوش موش آزمایشگاهی شدند.

نحوه عملکرد سیستم تصویربرداری THz

برای ایجاد منبع THz نقطه‌ای، محققان از لیزر فوق‌سریع فمتوثانیه با طول موج ۱.۵ میکرومتر استفاده کردند که بر روی یک زیرلایه‌ی GaAs (آرسنید گالیم) تابیده می‌شد. سپس نمونه‌ی حلزون گوش مستقیماً روی زیرلایه قرار گرفت تا تصویربرداری در فاصله نزدیک (near-field) امکان‌پذیر شود.

سیستم طراحی‌شده قادر بود تصاویر THz زمان‌دامنه‌ای دوبعدی (۲D Time-Domain) را با دقت بسیار بالا ثبت کند. با استفاده از اصل «زمان پرواز» (Time-of-Flight)، این تصاویر زمان‌محور به اطلاعات عمق‌محور تبدیل شدند. سپس با بهره‌گیری از الگوریتم خوشه‌بندی بدون‌ناظر «k-means» ویژگی‌های ساختاری استخراج و مدل سه‌بعدی حلزون گوش به صورت ابرنقاط و مش سطحی بازسازی شد.

مشاهده‌ی بی‌سابقه از درون حلزون گوش

نتایج به‌دست‌آمده از این مطالعه، نخستین تصویربرداری موفق THz از ساختار داخلی حلزون گوش را به نمایش گذاشت. این فناوری توانست اطلاعات دقیق و لایه‌به‌لایه‌ای از ساختار‌های ظریف درون گوش ارائه دهد که تاکنون با روش‌های موجود امکان‌پذیر نبوده است. بازسازی سه‌بعدی حاصل از داده‌های تصویری، نمایی واقع‌گرایانه و دقیق از چیدمان داخلی حلزون ارائه داد.

پژوهشگران معتقدند که این دستاورد، نقطه‌ی عطفی در مسیر توسعه‌ی روش‌های نوین تشخیصی برای اختلالات شنوایی است. همچنین می‌تواند به درک بهتر مکانیسم‌های زیستی درون گوش داخلی و طراحی درمان‌های هدفمند کمک کند.

گسترش کاربرد‌های فناوری THz در پزشکی

یکی از مزایای قابل توجه فناوری THz، قابلیت توسعه‌ی آن در قالب دستگاه‌های کوچک و قابل‌حمل است. محققان پیشنهاد داده‌اند که می‌توان از این فناوری در ساخت اندوسکوپ‌ها و اتوسکوپ‌های تراهرتزی بهره برد که قابلیت تصویربرداری غیرتهاجمی و در لحظه از ساختار‌های بدن را فراهم می‌کنند.

سریتا در این زمینه می‌گوید: «ادغام فناوری THz با دستگاه‌های پزشکی موجود می‌تواند شیوه‌ی تشخیص بیماری‌ها، به‌ویژه در حوزه‌های پاتولوژی و سرطان‌شناسی را دگرگون کند. این روش می‌تواند با دقت و سرعت بالا، نتایج قابل اتکایی ارائه دهد و مدت زمان انتظار برای نتایج آزمایشگاهی را به‌طور قابل توجهی کاهش دهد.»

از تشخیص کم‌شنوایی تا کشف زودهنگام سرطان

از جمله کاربرد‌های بالقوه‌ی این فناوری، تشخیص زودهنگام سرطان‌های پوست، دهان، گلو و حتی سرطان‌های گوش داخلی است. از آنجا که امواج THz قادرند به لایه‌های سطحی و میانی بافت نفوذ کنند، بدون آنکه آسیبی به سلول‌ها وارد نمایند، می‌توانند گزینه‌ی مناسبی برای تصویربرداری از نواحی حساس بدن باشند.

همچنین در حوزه‌ی نورولوژی، این فناوری می‌تواند برای بررسی ساختار‌های مغزی ظریف، تشخیص زوال عصبی، آلزایمر و پارکینسون مورد استفاده قرار گیرد. ترکیب قابلیت‌های تصویربرداری THz با الگوریتم‌های پیشرفته‌ی یادگیری ماشین، امکان تشخیص الگو‌های غیرعادی در بافت را نیز فراهم می‌کند.

آینده‌ای روشن برای تصویربرداری زیستی

پژوهش انجام‌شده نشان می‌دهد که تصویربرداری THz با قابلیت نفوذ بالا، دقت ساختاری و امکان بازسازی سه‌بعدی، می‌تواند به عنوان ابزاری نوظهور در حوزه‌ی تصویربرداری زیستی (Biomedical Imaging) مطرح شود. این فناوری نه تنها دقت تشخیص را افزایش می‌دهد، بلکه می‌تواند جایگزینی ایمن و قابل‌اطمینان برای روش‌های تهاجمی فعلی باشد.

از سوی دیگر، توسعه‌ی منابع THz فشرده و قابل‌حمل، مسیر را برای ورود این فناوری به اتاق‌های معاینه و کلینیک‌ها هموار می‌سازد. بدین ترتیب، پزشکان قادر خواهند بود بدون نیاز به تجهیزات سنگین و گران‌قیمت، به تصویربرداری دقیق و بلادرنگ از بیماران بپردازند.

در مجموع، پیشرفت حاصل از مطالعه‌ی اخیر در استفاده از تصویربرداری تراهرتزی برای مشاهده‌ی حلزون گوش، نمونه‌ای از هم‌افزایی علوم فیزیک، مهندسی، زیست‌شناسی و علوم اعصاب است. این فناوری می‌تواند نقش مهمی در تشخیص زودهنگام و درمان مؤثر بیماری‌های شنوایی و سایر بیماری‌های مرتبط ایفا کند.

با ورود این فناوری به عرصه‌ی بالینی، امید می‌رود کیفیت زندگی میلیون‌ها انسان که با مشکلات شنوایی یا بیماری‌های صعب‌العلاج مواجه‌اند، بهبود یابد. سرمایه‌گذاری بیشتر در تحقیق و توسعه‌ی فناوری‌های مبتنی بر THz می‌تواند مسیر را برای تحقق تصویربرداری زیستی دقیق، سریع و غیرتهاجمی در آینده‌ای نزدیک هموار سازد.

این روش نه‌تنها امکان تصویربرداری با وضوح بالا و بدون نیاز به روش‌های تهاجمی را فراهم می‌کند، بلکه با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، دریچه‌ای نوین به درک ساختار‌های زیستی می‌گشاید. اگر این فناوری با موفقیت به ابزار‌های پزشکی قابل‌حمل و بالینی تبدیل شود، می‌تواند نقش بزرگی در ارتقای دقت تشخیص، کاهش زمان درمان و بهبود کیفیت زندگی بیماران ایفا کند. آینده‌ی تصویربرداری پزشکی، با حضور امواج تراهرتز، روشن‌تر از همیشه به نظر می‌رسد.

انتهای پیام/