テラヘルツ波で耳の病気を見える化～内耳蝸牛内部の非破壊３Ｄ観察に成功～(JST)

ポイント

難聴の多くは、耳の奥にある器官「内耳蝸牛（かぎゅう）」の障害が原因とされています。従来の光計測では骨を透過できず、Ｘ線では被ばくのリスクがあり、内部観察が困難でした。本研究では、マウスを用いた実験により、テラへルツ波を利用して蝸牛の小さな内部構造の３次元非破壊観察に初めて成功しました。

テラへルツ波は波長が光よりも数百倍長く、小さな物を観察することは困難でした。今回、光からテラへルツ波に波長が変換する現象をうまく利用して、この問題を解決しました。この独自の技術と画像解析技術により、高解像度な３Ｄ観察を実現し、蝸牛内部を輪切りしたような断面図として可視化できるようになりました。

感音難聴などの耳の病気の診断だけでなく、生体内でのオンサイト診断への貢献や、テラへルツ波を利用した新しい内視鏡や耳鏡など医用デバイスの開発にも期待できます。

＜概要＞

早稲田大学 大学院情報生産システム研究科 芹田 和則（セリタ カズノリ） 准教授、神戸大学 大学院医学研究科 藤田 岳（フジタ タケシ） 准教授、柿木 章伸（カキギ アキノブ） 特命教授、大阪大学 レーザー科学研究所 斗内 政吉（トノウチ マサヨシ） 教授、大阪大学 大学院工学研究科 博士課程 Ｚｈｅｎｇ Ｌｕｗｅｉ（ゼン・ルーウェイ）氏らによる研究グループは、マウスを用いた実験により、テラヘルツ波を利用して、音をつかさどる耳の器官である「内耳蝸牛」のマイクロメートルスケールの小さな内部構造を３次元で非破壊観察することに世界で初めて成功しました。
蝸牛は骨に囲まれているため、光では骨を透過できず、Ｘ線では照射臓器に被ばくのリスクがあり、従来の手法では安全に内部を観察することが困難でした。また、テラへルツ波は非破壊での計測ができますが、波長が長く、いわゆる回折限界の影響で、小さな物を観察することが困難でした。本研究では、光からテラヘルツ波を発生する独自の計測法と画像解析技術によってこの問題を解決し、高解像度な３Ｄイメージングを実現しました。これにより、蝸牛内部を輪切りしたような断面図として可視化することが可能になりました。この技術は、感音難聴を始めとする耳疾患の診断や、生体内でのオンサイト診断に貢献できます。さらに、テラヘルツ波を活用した新しい内視鏡や耳鏡などの医用デバイス開発も期待できます。
本研究成果は米国の国際学術誌「Ｏｐｔｉｃａ」に２０２５年３月２７日（木）（現地時間）に掲載されます。

本研究は、
・ＪＳＴ 創発的研究支援事業「近接場テラヘルツ励起プローブ顕微鏡による１細胞・１分子分光イメージング解析とその応用（課題番号：ＪＰＭＪＦＲ２０２９、研究代表者：芹田 和則（早稲田大学・大阪大学））」
・ＪＳＴ 創発的研究支援事業「医工融合による低侵襲・高解像な感音難聴の精密診断の実現（課題番号：ＪＰＭＪＦＲ２１５Ｆ、研究代表者：藤田 岳（神戸大学））」
・科学研究費助成事業 挑戦的研究（開拓）「生理環境下での細胞測定に適した近接場テラヘルツ顕微鏡の開発とその応用（課題番号：２０Ｋ２０５３６、研究代表者：芹田 和則（早稲田大学・大阪大学））」
・科学研究費助成事業 基盤研究Ｂ「共焦点ＴＨｚ近接場分光イメージングシステムの構築とバイオメディカル応用（課題番号：２３Ｋ２２８２０、研究代表者：村上 博成（大阪大学））」
・科学研究費助成事業 基盤研究Ａ「局所場における光テラヘルツ波変換モデルリングと半導体分析応用（課題番号：２３Ｈ００１８４、研究代表者：斗内 政吉（大阪大学））」
などの支援により実施されました。

＜プレスリリース資料＞

本文PDF（926KB）

＜論文タイトル＞

“Three-dimensional terahertz near-field imaging evaluation of cochlea”
ＤＯＩ：10.1364/OPTICA.543436

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