Tyrėjai sėkmingai integravo megahercų greičio optinės koherentinės tomografijos (MHz-OCT) sistemą į komerciškai prieinamą neurochirurginį mikroskopą ir įrodė jos klinikinį naudingumą. Ši pažanga yra svarbus žingsnis kuriant UŠT instrumentą, kuris galėtų būti naudojamas naviko riboms nustatyti smegenų operacijos metu.
UŠT yra neinvazinis vaizdo gavimo metodas, suteikiantis didelės skiriamosios gebos skerspjūvio audinio vaizdus, leidžiančius vizualizuoti struktūras po paviršiumi. Nors šis vaizdo gavimo metodas plačiai naudojamas oftalmologijoje ir kardiologijoje, dauguma komercinių UŠT sistemų per sekundę gali gauti tik apie 30 2D vaizdų.
„Mūsų sukurta MHz-OCT sistema yra labai greita, maždaug 20 kartų greitesnė nei dauguma kitų UŠT sistemų“, – sakė Wolfgangas Draxinger iš Universität zu Lübeck. „Tai leidžia sukurti 3D vaizdus, kurie pasiekia žemiau smegenų paviršiaus. Jie gali būti apdoroti, pavyzdžiui, naudojant dirbtinį intelektą, kad būtų galima rasti ir parodyti dalis, kurios nėra sveikos ir kurias reikia gydyti, tačiau jos liktų paslėptos naudojant kitus vaizdo gavimo metodus.”
Žurnale Biomedicininės optikos ekspresasmokslininkai, vadovaujami Roberto Huberio, aprašo mikroskopu integruotos MHz-OCT sistemos klinikinio tyrimo rezultatus. Straipsnis pavadintas „Mikroskopu integruota MHz optinės koherencijos tomografijos sistema neurochirurgijai: kūrimas ir klinikinis in vivo vaizdavimas”.
Jie rodo, kad sistema gali būti naudojama chirurginės procedūros metu, norint per kelias sekundes gauti aukštos kokybės tūrinius UŠT skerspjūvio nuskaitymus, o vaizdus galima nedelsiant apdoroti.
„Mes matome, kad mūsų mikroskopu integruota MHz-OCT sistema naudojama ne tik smegenų auglių operacijoms, bet ir kaip įrankis kiekvienoje neurochirurginėje aplinkoje, nes per storą smegenis supančią membraną ji gali gauti labai kontrastingus anatomijos vaizdus, pvz., kraujagysles. “, – sakė Draxinger, pirmasis naujojo dokumento autorius.
„Tai galėtų žymiai pagerinti procedūrų, kurioms reikalinga išsami informacija apie anatomines struktūras po smegenų paviršiumi, rezultatus, pavyzdžiui, giliąją smegenų stimuliaciją Parkinsono ligai gydyti.
Paspartinti UŠT
Mokslininkai jau kurį laiką stengėsi paspartinti UŠT technologijas, tobulindami naudojamus šviesos šaltinius ir jutiklius bei kurdami programinę įrangą, skirtą dideliam sugeneruotų duomenų kiekiui apdoroti. Dėl to buvo sukurta MHz-OCT sistema, galinti pasiekti daugiau nei milijoną gylio nuskaitymų per sekundę.
Megahercų greitis leidžia atlikti daugiau nei milijoną gylio nuskaitymų vos per vieną sekundę. Toks vaizdo gavimo greitis įmanomas, nes sistemoje yra Furjė domeno režimo fiksavimo lazeris, kurį pirmą kartą 2005 m. sukūrė Huberis, tyrinėdamas daktaro disertaciją MIT vadovaujant Jamesui G. Fujimoto, kuris kartu su Ericu Swansonu ir Davidu Huang išrado UŠT.
Be to, per pastaruosius 15 metų plėtojant grafikos apdorojimo bloko (GPU) technologiją, atsirado skaičiavimo galimybių, reikalingų neapdorotam UŠT signalui apdoroti į skaitomus vaizdus be didelio kompiuterio.
Siekdami išsiaiškinti, ar jų sukurtas MHz-OCT instrumentas gali būti naudojamas smegenų auglio riboms apžiūrėti, mokslininkai sujungė jį su specialiu mikroskopu, kurį chirurgai naudoja, kad geriau matytų smegenis.
Nuneša į operacinę
Sukūrę integruotą sistemą, jie išbandė ją su kalibravimo taikiniais ir audinių analoginiais fantomais. Kai buvo patenkinti šiais rezultatais, jie atliko pacientų saugos tyrimus ir pradėjo klinikinį tyrimą, kuriame buvo tiriamas jo taikymas smegenų naviko rezekcijos neurochirurgijoje 30 pacientų.
„Mes nustatėme, kad mūsų sistema puikiai integruojasi į įprastą darbo eigą operacinėje, be didelių technologinių problemų“, – sakė Draxinger. „Įgytų vaizdų kokybė pranoko mūsų lūkesčius, kurie buvo žemi, nes sistema buvo modifikuota.
Klinikinio tyrimo metu mokslininkai gavo apie 10 TB UŠT vaizdo duomenų kartu su suderinta patologinės histologijos informacija. Jie pažymi, kad jie vis dar tik pradeda suprasti duomenis ir vaizdus, kuriuos naujoji sistema gamina ir kuria AI metodus audinių klasifikavimui. Taigi greičiausiai praeis metai, kol ši technologija bus plačiai naudojama smegenų auglio rezekcijos neurochirurgijai palaikyti.
Jie taip pat rengia tyrimą, kurio metu naujoji sistema bus naudojama tikslioms smegenų veiklos vietoms parodyti reaguojant į, pavyzdžiui, išorinį dirgiklį neurochirurgijos metu. Tai gali duoti pažadą padidinti neuroprotezavimo elektrodų implantavimo tikslumą, leidžiantį tiksliau valdyti protezavimo prietaisus, naudojant smegenų elektrinius signalus.