Ett exempel på datormodell härledd från synkrotronstrålningsfaskontrastbilder (SR-PC) av det mänskliga mellanörat. (a) Illustrerar 3D-modell av mellanörat inklusive trumhinnan (TM), mellanörat ossiklar (malleus, incus och stapes) och mjukvävnadsstrukturer [tensor tympani muscle (TTM), inkudostapedisk led (ISJ), stapedialt ringformigt ligament (SAL), stapedius muskel (SM), bakre inkudala ligament (PIL), incudomalleolär led (IMJ), laterala malleolära ligament (LML) och främre mallearligament (AML)]. (b) Ett provplan genom modellen som visar motsvarande SR-PC-bildsnitt med modellgränser överlagrade. Notera den distinkta skärpan hos mjukvävnaderna och de intilliggande benen. Den rumsliga platsen för detta plan anges i det övre högra hörnet. Bilder med tillstånd av Hanif Ladak. Kredit:Canadian Light Source
Att få bra bilder av mellanörat och alla dess delar är knepigt. Men det behövs för forskare som vill göra saker som att reparera skador eller göra enheter för att hjälpa åldrande mellanöron att fungera bättre.
Enligt Canadian Health Measures Survey, cirka 20 procent av vuxna i åldrarna 19 till 79 år har minst mild hörselnedsättning i ett eller båda öronen, medan nära 47 procent av vuxna i åldern 60 till 79 år har en viss grad av hörselnedsättning. Skador på mellanörat är en vanlig orsak till hörselnedsättning.
Det finns flera utmaningar med att få bra bilder av mellanörat, speciellt 3D-bilder, enligt Hanif Ladak, professor i biomedicinsk teknik vid Western University.
För en, de tre benen som utgör mellanörat är små, mäter bara några millimeter i diameter. Men det finns ännu mindre mjukdelsstrukturer som förbinder benen och låter dem fungera. Detta inkluderar ligament, muskler och nerver som i sin tur mäts i mikrometer – cirka 100 gånger mindre än bredden på ett hårstrå.
Detaljerade 3D-bilder av alla delar tillsammans behövs för att designa proteser eller implantat, han sa. Hittills, många platser har enheter som kan generera 3D-bilder av benet, men fånga inte de mjuka vävnaderna.
Det var här den kanadensiska ljuskällan kom in. Forskarna tog kompletta mellanöron från kadaver och placerade dem i kammare i synkrotronen. De bombarderades sedan med röntgenstrålar som i princip studsade av de olika delarna av proverna i olika takt. Data relaterade till röntgenstrålningens beteende användes för att bygga digitala 3D-bilder.
BMIT-forskaren Ning Zhu, Western University docent Hanif Ladak, och postdoktorand Mai Elfarnawany. Kredit:Canadian Light Source
"CLS låter oss framgångsrikt avbilda både benet och mjukvävnaden, " han sa.
Nu, arbetet kan börja med att designa och bygga bättre implantat och proteser för att hjälpa till med hörselproblem relaterade till mellanörat.
Faktiskt, 3D-bilder från arbetet på CLS var så imponerande, de placerades på omslaget till den peer-reviewade vetenskapliga tidskriften Hearing Research som läses av människor inom hörselforskaren.
Ladak noterar att att ha mjuka vävnader som fångas i bildbehandlingen hjälper till att belysa hur olika delar av mellanörat rör sig i förhållande till varandra och låter människor höra. Att ha den informationen i datormodeller kommer att möjliggöra utvecklingen av nya typer av enheter och metoder som kan hjälpa till med hörselproblem.
Vid det här laget har det varit möten med några personer från industrin som uttryckt intresse för att använda detta arbete, men det är för tidigt att säga vilka slags innovationer som kan bli resultatet.
I tidigare arbeten, hans team använde CLS för att få mer detaljerade bilder av en annan del av örat:snäckan. I den forskningen, forskare kunde skapa en serie detaljerade kartor, eller atlas, av cochlea som kan användas av kirurger som gör cochleaimplantatkirurgi – implantation av en liten elektronisk hörapparat som hjälper djupt döva patienter. Atlasen hjälper till att förbättra noggrannheten vid placeringen av implantat, och kan användas för att välja rätt storlek eller längd på implantatet.
