临床研究表明，显微镜集成系统为采用光学相干断层扫描（OCT）勾勒肿瘤边界和揭示隐藏的大脑结构铺平了道路。
研究人员有效地将高频光学相干断层扫描（MHz-OCT）系统与现有的神经外科显微镜相结合，展示了其在临床环境中的实际应用。这一突破标志着朝着创建一个OCT工具的重要进展，该工具可以帮助在脑外科手术中划定肿瘤边界。
OCT是一种非侵入性成像方法，提供组织的详细横截面视图，允许可视化更深层的结构。尽管这一技术广泛应用于眼科和心脏病学等领域，但大多数现有的商业OCT系统每秒只能捕捉约30个二维图像。
“我们的MHz-OCT系统以异常快速的速度运行，约为典型OCT系统的20倍，”路贝克大学的沃尔夫冈·德拉克辛格（Wolfgang Draxinger）表示。“这种速度使其能够生成可穿透大脑表面的三维图像，可能与人工智能处理结合，以识别一些在其他成像技术中可能被隐藏的不健康区域。”
在Optica Publishing Group期刊Biomedical Optics Express的一篇出版物中，由罗伯特·霍伯（Robert Huber）领导的团队讨论了将MHz-OCT系统集成到显微镜中的临床试验结果。他们证明该系统可以在手术过程中在几秒钟内产生高质量的体积OCT扫描，图像可立即进行分析。
“我们设想我们的集成MHz-OCT系统不仅用于脑肿瘤手术，而是广泛应用于所有神经外科手术，因为它可以捕捉到穿透大脑保护膜的血管等解剖特征的高对比度图像，”此次研究的首席作者德拉克辛格指出。“这可能大大提高对需要精确信息的手术的结果，例如帕金森病的深脑刺激。”
提升OCT速度
研究人员致力于通过优化所用光源和传感器以及创建能够处理产生的大量数据的软件来加速OCT技术。这导致创建了一个能够每秒进行超过一百万次深度扫描的MHz-OCT系统。
这种快速扫描能力得益于傅里叶域模式锁定激光的集成，该激光最初由霍伯在2005年于麻省理工学院攻读博士学位期间构思，得到了他的导师詹姆斯·G·藤本、埃里克·斯旺森和大卫·黄的帮助，他们都是OCT的先驱。此外，近年来图形处理单元（GPU）技术的进步提供了必要的计算能力，以便在不需要笨重计算设备的情况下将原始OCT信号转化为可管理的图像。
为了评估 MHz-OCT 系统是否能有效可视化脑肿瘤边缘，研究人员将其与外科医生已经使用的专用显微镜结合，以便更好地观察大脑。
手术室测试
在组装集成系统后，他们开始使用标定目标和类组织幻影进行测试。一旦对这些初步结果感到满意，他们便进行了患者安全试验，并随后开展了一项涉及30位接受脑肿瘤切除手术的患者的临床研究。
“我们发现我们的系统无缝融入了标准手术室的工作流程，没有遇到重大技术障碍，”德拉克辛格表示。“图像质量超出了我们最初的期望，考虑到我们在修改现有系统，因此我们的期望是保守的。”
在整个临床研究过程中，研究人员积累了约10 TB的OCT成像数据以及相应的病理组织学信息。他们表明，目前仍在解析新系统生成的数据并制定分类组织的人工智能技术的初步阶段。因此，这项技术在脑肿瘤切除手术中的广泛应用可能需要数年时间。
此外，他们还计划进行一项新研究，利用该系统识别在神经外科手术中对外部刺激作出的脑活动的精确位置。这可能显著提高神经假体电极的安放准确性，从而改善通过大脑的电信号控制假肢设备。
