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为探究人类耳蜗微结构，研究人员利用同步辐射 X 射线相衬断层扫描（XPCT）及实验室 μ-CT，对人类颞骨和耳蜗进行 3D 成像，结合染色等技术，清晰呈现结构，为人工耳蜗（CI）研发等提供关键数据，助力听觉疾病研究。
听觉是人类感知世界的重要途径，然而全球约 5% 人口受致残性听力损失困扰。深入理解内耳微解剖结构对解析感音神经性耳聋机制、研发人工耳蜗（Cochlear Implants, CIs）等听觉修复技术至关重要。人类耳蜗深藏于颞骨内，其精细复杂的三维结构宛如精密仪器，传统二维成像技术如组织学切片和透射电镜虽能提供高分辨率细节，却面临切片伪影、染色偏差及大范围覆盖困难等挑战；光片荧光显微镜（LSFM）虽可实现三维成像，但组织透明化过程耗时且易导致组织收缩变形；磁共振成像（MRI）虽无损却难以分辨细胞结构。在此背景下，兼具无损特性与多尺度分辨率的 X 射线相衬断层扫描（X-ray Phase-Contrast Tomography, XPCT）技术成为破局关键。
德国哥廷根大学（University of G?ttingen）等机构的研究人员在《npj Imaging》发表研究，针对人类死后颞骨及离体耳蜗，综合运用高亮度同步辐射光源（如欧洲同步辐射设施 ESRF 的 BM18 光束线、PETRA III 的 GINIX 仪器）及实验室 μ-CT，结合不同样本制备技术（如渗透压四氧化锇（Osmium Tetroxide, OTO）染色、乙醇脱水、脱钙处理等），实现了对耳蜗及颞骨的高分辨率三维成像，并探索了其在人工耳蜗技术研发中的应用潜力。
研究主要采用以下关键技术方法：
- 同步辐射 XPCT：利用 ESRF 的 BM18 光束线（高能量多色光束，有效能量 50-280 keV）和 GINIX 仪器（单色光束，20 keV），通过调节传播距离、放大倍数等参数，实现不同视野和分辨率的三维扫描，分辨率可达亚微米级（如 GINIX 的 650 nm）。
- 实验室 μ-CT：使用 EasyTOM 仪器，搭配微焦点源和平面探测器，通过优化曝光时间和放大倍数，对样本进行补充扫描，分辨率约 7-30 μm。
- 样本制备：包括 4% 多聚甲醛（PFA）固定、OTO 染色（增强神经组织对比度）、乙醇梯度脱水、乙二胺四乙酸（EDTA）脱钙处理，以及琼脂糖包埋固定以减少样本移动和气泡形成。
研究结果
人类颞骨及耳蜗的多模态成像
- 未染色颞骨（H09）：在 BM18 光束线以 6.2 μm 有效体素分辨率进行全景扫描，随后对耳蜗区域进行 1.8 μm 分辨率的感兴趣区扫描。结果显示，颞骨内骨性结构（如耳蜗周围骨质）清晰可辨，但柯蒂氏器（Organ of Corti, OoC）等软组织结构对比度低，需结合染色或脱钙技术增强显示。
- 植入光学人工耳蜗（oCI）的颞骨（H11）：同步辐射与 μ-CT 联合扫描显示，oCI 植入后在耳蜗基底转的位置清晰可见，虽存在轻微光束硬化伪影，但高对比度的同步辐射数据可快速实现结构分割，清晰呈现听小骨（锤骨、砧骨、镫骨）及植入物的三维位置关系。
- OTO 染色耳蜗（H02）：OTO 染色显著增强富含脂质的神经组织对比度，同步辐射扫描（2.3 μm 分辨率）清晰显示蜗轴内神经干及柯蒂氏器神经支配，μ-CT 数据虽分辨率较低但仍可分辨耳蜗三维形态。值得注意的是，同步辐射扫描中观察到 Reissner 膜破裂，推测可能与样本处理过程中气泡形成相关。
- 脱钙耳蜗（H01）：经 EDTA 脱钙后，在 BM18 以 1.8 μm 分辨率扫描，耳蜗内隔膜（如前庭膜、基底膜）等软组织结构显示更清晰；进一步在 GINIX 仪器以 650 nm 分辨率扫描，可识别柯蒂氏器等细胞结构，为细胞级显微解剖提供可能。
研究结论与讨论
本研究通过同步辐射 XPCT 与实验室 μ-CT 的协同应用，成功实现了人类颞骨及耳蜗的多尺度三维成像，揭示了不同样本处理技术（染色、脱钙）对结构可视化的影响。同步辐射光源凭借高亮度和相干性，在整体器官尺度提供亚微米级分辨率，而实验室 μ-CT 以其便捷性在临床前研究中展现实用价值。OTO 染色和脱钙处理分别为神经组织和软组织结构的成像提供了有效解决方案，为后续听觉病理研究（如耳硬化症骨密度量化、植入后新骨形成分析）及人工耳蜗优化奠定了基础。
研究数据公开共享（GRO.data 及 ESRF 数据库），为开发三维图像处理工具（如机器学习算法）、建立听觉系统力学模型及推动转化医学研究提供了重要基准。未来，随着 BM18 光束线斩波器等设备的升级，有望进一步降低光子能量、提升软组织结构对比度，实现 hair cells、螺旋神经节神经元等精细结构的精准定位与计数，为听力损失机制解析和个性化治疗开辟新路径。该研究不仅突破了传统成像技术的瓶颈，更构建了从宏观器官到微观细胞的跨尺度研究桥梁，在听觉医学、生物力学及医疗器械研发领域具有里程碑意义。
