Badacze z powodzeniem zintegrowali system optycznej tomografii koherentnej o prędkości megahercowej (MHz-OCT) z dostępnym na rynku mikroskopem neurochirurgicznym i wykazali jego przydatność kliniczną. Postęp ten stanowi ważny krok w kierunku opracowania instrumentu OCT, który można wykorzystać do identyfikacji marginesów guza podczas operacji mózgu.
OCT to nieinwazyjna technika obrazowania zapewniająca obrazy przekrojowe tkanki o wysokiej rozdzielczości, umożliwiające wizualizację struktur pod powierzchnią. Chociaż ta metoda obrazowania jest szeroko stosowana w okulistyce i kardiologii, większość komercyjnych systemów OCT może uzyskać tylko około 30 obrazów 2D na sekundę.
„Opracowany przez nas system MHz-OCT jest bardzo szybki, około 20 razy szybszy niż większość innych systemów OCT” – powiedział Wolfgang Draxinger z Universität zu Lübeck. „Dzięki temu może tworzyć obrazy 3D sięgające pod powierzchnię mózgu. Można je przetwarzać, na przykład za pomocą sztucznej inteligencji, w celu znalezienia i pokazania części, które nie są zdrowe i wymagają dalszego leczenia, a które pozostałyby ukryte innymi metodami obrazowania”.
W czasopiśmie Optica Publishing Group Ekspres Optyki Biomedycznejbadacze pod kierownictwem Roberta Hubera opisują wyniki badań klinicznych zintegrowanego z mikroskopem systemu MHz-OCT. Wykazali, że systemu można używać podczas zabiegu chirurgicznego do uzyskania wysokiej jakości wolumetrycznych skanów przekrojów OCT w ciągu kilku sekund, a obrazy są natychmiast dostępne do przetwarzania końcowego.
„Widzimy, że nasz zintegrowany z mikroskopem system MHz-OCT jest stosowany nie tylko w operacjach guzów mózgu, ale jako narzędzie w każdej sytuacji neurochirurgicznej, ponieważ może uzyskać obrazy anatomii o wysokim kontraście, np. naczyń krwionośnych, przez grubą błonę otaczającą mózg, ” powiedział Draxinger, pierwszy autor nowego artykułu. „Mogłoby to znacznie poprawić wyniki procedur wymagających szczegółowych informacji o strukturach anatomicznych pod powierzchnią mózgu, takich jak głęboka stymulacja mózgu w chorobie Parkinsona”.
Przyspieszenie października
Naukowcy od jakiegoś czasu pracują nad przyspieszeniem technologii OCT poprzez udoskonalenie stosowanych źródeł światła i czujników oraz opracowanie oprogramowania do przetwarzania dużej ilości generowanych danych. Doprowadziło to do opracowania systemu MHz-OCT, który może wykonać ponad milion skanów głębokości na sekundę.
Prędkość megahercowa umożliwia wykonanie ponad miliona skanów głębokości w ciągu zaledwie jednej sekundy. Taka prędkość obrazowania jest możliwa dzięki zastosowaniu w systemie lasera blokującego w trybie domeny Fouriera, opracowanego po raz pierwszy w 2005 roku przez Hubera podczas jego badań nad pracą doktorską na MIT pod kierunkiem Jamesa G. Fujimoto, który wraz z Erikiem Swansonem i Davidem Huangiem wynalazł OCT. Ponadto rozwój technologii procesorów graficznych (GPU) w ciągu ostatnich 15 lat doprowadził do uzyskania możliwości obliczeniowych wymaganych do przetwarzania surowego sygnału OCT na czytelny obraz bez konieczności stosowania nieporęcznego komputera.
Aby dowiedzieć się, czy opracowany przez nich instrument MHz-OCT można wykorzystać do oglądania marginesów guza mózgu, naukowcy zintegrowali go ze specjalnym rodzajem mikroskopu, którego chirurdzy używają, aby uzyskać lepszy obraz mózgu.
Zabieram go na salę operacyjną
Po zbudowaniu zintegrowanego systemu przetestowali go z celami kalibracyjnymi i fantomami analogowymi tkanek. Po usatysfakcjonowaniu wynikami przystąpiono do testów bezpieczeństwa pacjentów, a następnie rozpoczęto badanie kliniczne sprawdzające jego zastosowanie w neurochirurgii resekcji guza mózgu u 30 pacjentów.
„Odkryliśmy, że nasz system dobrze integruje się z normalnym przebiegiem pracy na sali operacyjnej i nie powoduje żadnych większych problemów technologicznych” – powiedział Draxinger. „Jakość uzyskanych obrazów przekroczyła nasze oczekiwania, które zostały ocenione jako niskie ze względu na modernizację systemu”.
Podczas badania klinicznego naukowcy uzyskali około 10 TB danych obrazowych OCT wraz z dopasowanymi informacjami histologicznymi. Zauważają, że wciąż znajdują się na bardzo wczesnym etapie zrozumienia danych i obrazów generowanych przez nowy system oraz opracowania metod sztucznej inteligencji do klasyfikacji tkanki. Zatem minie prawdopodobnie wiele lat, zanim technologia ta będzie mogła być szeroko stosowana w neurochirurgii resekcji guza mózgu.
Przygotowują także badania, w których nowy system posłuży do wykazania dokładnego miejsca aktywności mózgu w reakcji np. na bodziec zewnętrzny podczas operacji neurochirurgicznej. Może to okazać się obiecujące w zakresie zwiększenia precyzji wszczepiania elektrod neuroprotetycznych, umożliwiając dokładniejszą kontrolę urządzeń protetycznych poprzez wykorzystanie sygnałów elektrycznych mózgu.
