脑胶质瘤切除术断层扫描 |
为胶质瘤患者的复发和存活益处可以通过更有效的肿瘤切除术被增加。诊断神经胶质瘤的金标准是组织学和免疫组织化学分析。在日常实践中,术前MRI用于对患者的大脑成像,作为外科医生的视觉指南。但是,由于MRI的分辨率有限,因此需要高分辨率的术中成像方式,这导致了各种外科导航成像技术的开发和研究,例如:术中CT和MRI,荧光成像,拉曼光谱和超声。光学相干断层扫描可以对组织进行非接触式无标签体积可视化,分辨率约为10至20微米,景深为1至2mm,这是市售临床OCT系统的典型特征。OCT先前已应用于图像离体和在各种人体器官,包括视网膜,冠状动脉,胃道,泌尿道癌,前列腺癌,乳腺癌体内组织并且还人脑。标签和无实时成像能力使OCT中。术中采用合适的工具。除了组织可视化之外,还提议从OCT信号中提取定量参数作为区分健康组织和患病组织的工具。组织的微观结构和组织由于疾病而改变,并反映在其光学性质中,可通过定量OCT参数访问这些光学性质。经常使用的定量OCT参数是光衰减系数。在大多数生物组织中吸收率远低于散射的常用OCT波长下,uoct估计组织的散射特性。在单次散射近似值内,uoct通过对系统相关参数进行校正之后,将单个指数模型拟合到OCT数据即可确定。多项研究表明使用u可喜的成果,以提高健康和患病组织之间的对比度,提供视觉指导临床医生。除了uoct,OCT图像的斑点分布已被证明含有上次分辨率散射粒子信息和被研究作为组织表征的定量参数。在对大鼠肝脏和脑组织的研究中,OCT图像的散斑分布分析表明,基于组织异质性可以提供更多的对比度。通常,OCT散斑预计后续静态均匀组织瑞利分布。因此,可以通过OCT散斑分析检测亚分辨率的组织不均匀性。
使用OCT人脑组织的影像已在多个研究中调查了。大多数这些研究已经检查离体脑样品中的癌组织和正常组织之间的区别,在人脑离体新鲜样品中,使用全视野OCT具有1um的高横向分辨率可以清楚地识别出大脑组织的微结构。在OCT图像中可以区分出高级别的神经胶质瘤,而不能区分出低级别的神经胶质瘤。高分辨率OCT的一个缺点是成像深度有限以及采集时间和数据量增加。常规分辨率OCT图像的定量分析可通过根据组织光学特性的差异将正常人与神经胶质瘤脑组织区分开来提供替代的实时视觉指导。皮层下脑组织含有有髓神经纤维,使皮层下组织呈白色。有髓的神经纤维在OCT显微中强烈散射并显示为亮白线。由于其在皮层下脑组织中的强烈散射和丰度,髓磷脂有望成为皮层下脑组织散射的主要贡献者。皮质的脑组织包含最小量的髓磷脂,因此较低的uoct预计正常皮质脑组织相对于正常皮质下脑组织。该假设通过定量OCT研究其中发现较低u证实oct相比,在皮层下迷恋组织,用于皮层组织和人脑组织的新鲜离体样品。预期由神经胶质瘤引起的组织变化会改变患脑组织的散射特性,因此可以通过定量OCT进行测量。低级别胶质瘤预期显示的增加间隙水含量和潜在的细胞密度略有增加相对于正常脑组织。与正常组织相比,高级神经胶质瘤显示细胞密度,血管生成和坏死增加。此外,高级别胶质瘤降解皮质下组织中的髓磷脂含量。这些变化在组织成分对组织的光学特性,这使得它很难预测预期的趋势在u相反效果oct。实验的增加u的oct相比正常皮质脑组织两者的低级别和高级别胶质瘤是基于对32例患者收集的离体样本研究报告上。对于皮层下组织中u的减小oct两个低级别和高级别胶质瘤组织与正常组织相比进行了报道。据海外医疗网研究人员所知,使用TD-OCT系统在9例脑肿瘤切除过程中对9例患者的OCT图像进行的关于人类脑组织中神经胶质瘤检测的唯一一项OCT研究。经过半定量分析后,OCT图像中的可见微观结构和光衰减分析可区分正常脑组织,浸润区,实体癌和坏死。这些研究的有希望的结果表明,uoct可用于区分神经胶质瘤与正常脑组织,因此可作为继续研究的动力,尤其是在体内和术中。术中体内测量由于时间压力和运动伪像而给数据收集带来了挑战。这些数据集的定量数据分析并非无关紧要。需要解决的挑战包括组织边缘不均,血管的存在以及液体和血液的积累。此外,需要进行自动分析以对此类大型数据集进行客观,无监督和强大的分析。
在前期研究中,调查了六名患者在脑外科手术期间体内定量OCT的可行性。介绍从皮质和皮质下大脑区域的正常和神经胶质瘤组织在标准外科神经胶质瘤切除过程中收集的OCT数据。开发经过验证的自动定制软件来进行数据分析。使用此软件,可以提取uoct和斑点对比度,可以用作区分正常和神经胶质瘤组织的潜在工具。另外,使用获得的斑点对比度作为边缘检测方法的质量检查,以提供对包含错误边缘检测的数据的鲁棒且无偏见的排除。证明获得的uoct值与文献报道的范围相同,从而证实方法的有效性和可行性。根据结果,研究人员建议进行进一步的研究,以评估定量OCT区分神经胶质瘤与正常脑组织的能力。这是胶质瘤切除术中使用定量OCT的首次术中体内研究。
在六名患者中研究了在胶质瘤切除手术中使用OCT成像,然后对收集的数据进行定量分析的可行性。这六名患者的术前MRI扫描断言,肿瘤的位置很可能能够成功进行测量。开颅手术和硬脑膜打开后,在标准手术方案中收集了OCT数据。在切除肿瘤之前对皮质神经胶质瘤和正常脑组织进行皮质扫描,对部分切除后进行皮质皮质扫描。根据脑组织的目视检查以及神经外科医生基于MRI的神经导航,将组织区域标记为神经胶质瘤和正常区域。在大约1300nm的中心波长下工作,轴向和横向分辨率,通过实验确定分别为大约13和25umFWHM。OCT系统的信噪比确定为118dB。贯穿本文的所有OCT图像上的所有深度距离均以物理长度给出,对大脑组织的折射率为1.4。根据标准手术程序,收集肿瘤样品用于组织病理学分析。根据组织病理学结果,将患者分为低等级和高等级。然后,通过从OCT数据集中提取uoct和散斑对比度来分析收集的OCT数据集。
在五位患者中总共记录了19个皮质3DOCT数据集,在三位患者中总共记录了八个皮质下3DOCT数据集。由于手术环境和时间限制,无法记录两名患者的皮层下扫描。目视检查后,从每个OCT数据集中选择适合定量分析的约2.4x2.4mm区域。进行此选择是为了从定量分析中排除那些包含因散焦,镜像,大血管以及组织表面上的血液和液体积聚而引起的图像伪影的部分。由于质量低和图像伪影,总共排除了9个皮质和3个皮质下OCT数据集。从五名患者的皮质脑组织和三名患者的皮质下脑组织成功收集了3DOCT数据集。正常大脑和皮层及皮层下组织的神经胶质瘤区域的横截面。在皮层扫描中,在蛛网膜空间的结构旁可以清楚地看到浅层血管。没有视觉特征可识别以区分神经胶质瘤和正常脑组织。使用定制编写的自动化软件对选择进行定量分析的区域进行分析,以从OCT数据中提取uoct和斑点对比度。对于皮层和皮层下的数据集,每次扫描获得的uoct和斑点对比分别显示。在患者的高级别胶质瘤,研究人员发现了一个均值和标准偏差uOCT的3.7±1.5毫米为正常的皮质组织和3.9±1.4毫米胶质瘤组织。在低度神经胶质瘤患者中,研究人员发现正常皮质组织的uoct为4.0±1.1mm,而3.1±0.5mm为对于神经胶质瘤组织。对于皮层下的数据集一个uOCT的5.7±2.1毫米对正常组织和4.5±1.6毫米胶质瘤组织被发现。
在这项研究中已经证明在脑胶质瘤切除手术中对人脑组织进行体内定量OCT的可行性。分别在五名和三名患者的皮质和皮质下脑区域成功收集了胶质瘤和正常组织的OCT数据集。这些OCT数据集中的27个中的15个质量足以进行自动化定量分析。被排除在外的数据集的质量受到运动伪影和组织表面液体积聚引起的镜面反射的影响。由于与OCT探针的大小相比,切除部位的大小有限,因此皮层下区域的数据收集尤其具有挑战性。在未来的研究中,OCT数据集的质量将大大受益于专门的探针设计。这是第二项收集正常人和神经胶质瘤人脑组织的体内OCT图像的研究。此外,使用经过验证的可靠方法,使用自动编写的自动化软件对OCT数据集进行了分析,以提取uoct和斑点对比。9例脑胶质瘤切除术切除过程中记录的OCT图像,并得出结论,对OCT图像的微观结构和光学衰减的定性分析可区分正常脑组织,浸润性脑组织,固体癌症和坏死。虽然在研究人员的OCT图像中清晰可见蛛网膜空间和血管,但描述的神经胶质瘤组织的病理显微结构并不明显。
该分析产生的平均和u的标准偏差oct的3.8±1.2毫米正常灰质和5.7±2.1毫米和白质。较高的uoct对于白质与文献一致,并在白质是由于高髓磷脂含量的。即正常皮层组织为2.8±0.9mm,正常皮层下组织为6.2±0.8mm。在皮质脑组织中u的增加oct在文献中两种低级别和高级别胶质瘤相比正常组织报告。因此,将低度和高度神经胶质瘤分组在一起是合理的,正常组织的平均平均值为3.8±1.2mm,神经胶质瘤的平均平均值为3.6±1.1mm。在皮质下脑组织中,收集了来自高级别神经胶质瘤患者的数据集,对于正常组织,其平均uoct为5.7±2.1mm,对于神经胶质瘤组织为4.5±1.6mm。在u的减小oct胶质瘤相比正常脑组织与文献一致,并通常归因于髓鞘的衰变。将所得到的uoct结果这里,在u相对于趋势oct之间的正常和神经胶质瘤组织。少数患者限制了任何有意义的统计分析。尽管如此,获得的uOCT值在离体脑样本的值范围内。这项研究之间的uoct值的任何差异都可以通过体内和离体组织光学特性之间的差异以及该研究中缺乏体内OCT数据与组织学的一种匹配来解释。
OCT斑点的分布预计将瑞利分布为散射粒子的均匀分布。对于这样的瑞利分布,预期斑点对比度为0.52。ROI内的斑点对比度受小于和大于成像分辨率的组织不均匀性的影响。出于两个目的,计算了每个ROI的斑点对比度。首先,对斑点对比进行分析,以探索其在正常和神经胶质瘤组织之间的区别。因此,在排除uoct适合的R2不满足R2的ROI之后,计算每次扫描的均值和标准差散斑对比度。海外医疗网研究人员发现皮层和皮层下脑组织中正常和神经胶质瘤组织的平均斑点对比度相等。其次,散斑对比度栅极施加到所提取uOCT值仅包括来自感兴趣区含有或多或少均匀的组织和正确的边缘检测拟合的结果。基于目视检查许多随机选择的数据集,对于均质组织,斑点门边界选择为理论值0.52的10%。这种方法允许使用更可靠的边缘检测方法。
在术前MRI扫描中使用神经导航识别肿瘤组织。识别出的区域是送去进行组织病理学检查的较大组织样本的一部分,所有区域均为神经胶质瘤阳性。但是,显然,没有将正常的脑组织送去进行组织病理学检查,因此研究人员不能排除标记为正常脑的区域中的肿瘤浸润。此外,分析的深度是有限的,这可能会阻碍皮层扫描中胶质瘤组织的检测。为了从OCT数据中提取可靠的uoct值,对数据进行了经过充分研究和验证的OCT信号模型。在此模型中,考虑了与系统有关的参数。使用拟合统计量仅包括可以很好地表示数据的NLS拟合结果。该模型假设来自组织均匀区域的单次散射。为满足此假设,有基于数据集的目测检查而无需大血管的定量分析区域。此外,将斑点门作为均质性和有效边缘检测的质量检查。
总之,文献中已经提出定量OCT作为在脑肿瘤切除术中进行术中成像的巨大潜力的工具,作为区分神经胶质瘤与正常脑组织的视觉指南。对离体人脑组织的研究已显示出令人鼓舞的结果,这激发了这项初步研究的目的,以研究在胶质瘤切除手术期间在人脑中进行OCT成像的可行性。已经提出并验证了一种用于从OCT数据中提取uoct和斑点对比度的自动定量分析方法。在神经胶质瘤切除手术中成功收集了OCT图像,其中的定量参数uoct和斑点对比被提取。从该初步研究的结果可以得出结论,在脑胶质瘤切除手术期间,所提出的定量大脑皮层体内OCT的方法是可行的。但是,由于手术的限制和当前探头的尺寸,皮下下区域的适用性受到限制,这导致了数据质量低下以及从定量分析中排除了数据。一面将所获得uoct值是在相同的范围作为一个较大基团的患者体外脑组织样本的报告值,进一步的研究连同之间一对一的匹配体内OCT扫描和黄金标准组织学需要调查的能力的oct区分神经胶质瘤和正常脑组织。为了成功转换为临床,需要实时,全自动提取定量参数。然而,由于体内收集的OCT数据中存在不规则的组织结构,这是具有挑战性的。目前,诸如ROI选择和边缘检测优化之类的分析步骤需要监督。因此,需要其他图像分析步骤来提供对体内OCT数据的完全无监督的定量分析。
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