Un modello di computer campione derivato dalle immagini a contrasto di fase della radiazione di sincrotrone (SR-PC) dell'orecchio medio umano. (a) Illustra il modello 3D dell'orecchio medio inclusa la membrana timpanica (TM), ossicini dell'orecchio medio (malleo, incudine e staffa) e strutture dei tessuti molli [muscolo tensore del timpano (TTM), articolazione incudostapediale (ISJ), legamento anulare stapediale (SAL), muscolo stapedio (SM), legamento incudale posteriore (PIL), articolazione incudomalleolare (IMJ), legamento malleolare laterale (LML) e legamento malleare anteriore (LMA)]. (b) Un piano campione attraverso il modello che mostra la corrispondente fetta di immagine SR-PC con i confini del modello sovrapposti. Notare la caratteristica nitidezza dei tessuti molli e delle ossa adiacenti. La posizione spaziale di questo piano è indicata nell'angolo in alto a destra. Immagini per gentile concessione di Hanif Ladak. Credito:sorgente luminosa canadese
Ottenere buone immagini dell'orecchio medio e di tutte le sue parti è difficile. Ma è necessario per gli scienziati che vogliono fare cose come riparare i danni o creare dispositivi per aiutare l'invecchiamento dell'orecchio medio a funzionare meglio.
Secondo il Canadian Health Measures Survey, circa il 20% degli adulti di età compresa tra 19 e 79 anni ha almeno una lieve perdita dell'udito in una o entrambe le orecchie, mentre quasi il 47% degli adulti di età compresa tra 60 e 79 anni ha un certo livello di perdita dell'udito. Il danno all'orecchio medio è un contributore comune alla perdita dell'udito.
Ci sono diverse sfide per ottenere buone immagini dell'orecchio medio, soprattutto immagini 3D, secondo Hanif Ladak, professore di ingegneria biomedica alla Western University.
Per uno, le tre ossa che compongono l'orecchio medio sono piccole, misurando solo pochi millimetri di diametro. Ma ci sono strutture dei tessuti molli ancora più piccole che collegano le ossa e consentono loro di funzionare. Questo include legamenti, muscoli e nervi che a loro volta vengono misurati in micrometri, circa 100 volte più piccoli della larghezza di un capello.
Sono necessarie immagini 3D dettagliate di tutte le parti insieme per progettare protesi o impianti, Egli ha detto. Ad oggi, molti luoghi hanno dispositivi in grado di generare immagini 3D dell'osso, ma non catturare i tessuti molli.
È qui che è entrata in gioco la Canadian Light Source. I ricercatori hanno preso le orecchie medie complete dai cadaveri e le hanno collocate in camere nel sincrotrone. Sono stati quindi bombardati con raggi X che sostanzialmente rimbalzavano sulle diverse parti dei campioni a velocità diverse. I dati relativi al comportamento dei raggi X sono stati utilizzati per costruire immagini digitali 3D.
Lo scienziato BMIT Ning Zhu, Professore associato della Western University Hanif Ladak, e ricercatore post dottorato Mai Elfarnawany. Credito:sorgente luminosa canadese
"Il CLS ci ha permesso di visualizzare con successo sia l'osso che i tessuti molli, " Egli ha detto.
Ora, il lavoro può iniziare a progettare e costruire impianti e protesi migliori per aiutare con i problemi di udito legati all'orecchio medio.
Infatti, Le immagini 3D del lavoro al CLS erano così impressionanti, sono stati collocati sulla copertina della rivista scientifica peer-reviewed Hearing Research che viene letta da persone nella comunità di ricerca sull'udito.
Ladak osserva che l'acquisizione di tessuti molli nell'imaging aiuta a chiarire come le diverse parti dell'orecchio medio si muovono in relazione l'una con l'altra e consentono alle persone di ascoltare. Avere queste informazioni nei modelli informatici consentirà l'eventuale sviluppo di nuovi tipi di dispositivi e approcci che possono aiutare con i problemi di udito.
A questo punto ci sono stati incontri con alcune persone del settore che hanno espresso interesse per l'utilizzo di questo lavoro, ma è troppo presto per dire che tipo di innovazioni possono derivare.
Nei lavori precedenti, il suo team ha utilizzato il CLS per ottenere immagini più dettagliate di un'altra parte dell'orecchio:la coclea. In quella ricerca, scienziati sono stati in grado di creare una serie di mappe dettagliate, o atlante, della coclea che può essere utilizzata dai chirurghi che eseguono interventi di impianto cocleare – l'impianto di un piccolo apparecchio acustico elettronico che aiuta i pazienti con sordità profonda. L'atlante aiuta a migliorare l'accuratezza del posizionamento degli impianti, e può essere utilizzato per aiutare a selezionare la giusta dimensione o lunghezza dell'impianto.
