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OCT在腫瘤疾病中的應(yīng)用：基于新型光學(xué)技術(shù)監(jiān)測組織與細胞形態(tài)
提起腫瘤或者癌癥，人們無不談虎色變。腫瘤疾病高度惡性，高死亡率。雖然醫(yī)務(wù)與科研工作者基于生理，病理和免疫水平不斷在腫瘤的治療手段上攻克諸多難題，但不同器官來源以及不同病因引發(fā)的腫瘤在臨床診斷與治療中依舊顯得“道高一尺，魔高一丈"。以肝癌為例，由于缺乏早期典型的臨床癥狀，患者大多在疾病初期無法察覺體內(nèi)異常，一旦患者出現(xiàn)腹脹，黃疸等消化系或者全身癥狀時，往往肝癌已經(jīng)進入中晚期，相應(yīng)的也就錯過了最佳治療時期，患者不但面臨巨大身體痛苦，同時經(jīng)濟與精神壓力也接踵而至。對于腫瘤疾病而言，早期、精確的發(fā)現(xiàn)病灶，在疾病初期及時對腫瘤級別，分化程度進行評估，在接受手術(shù)或者化學(xué)藥物治療后能夠準確的評估病灶部位消減情況對于該類疾病預(yù)防與治療意義重大。
光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)（Optical Coherence Tomography，簡稱OCT）是一種基于光學(xué)原理的非侵入性、無接觸的顯微成像技術(shù)。OCT通過測量光在樣品中反射或散射的強度和時間延遲信息，可以獲得高分辨率、高對比度的斷層結(jié)構(gòu)圖像，OCT 技術(shù)可以在不影響組織結(jié)構(gòu)的情況下，對人體組織進行成像，該技術(shù)的優(yōu)勢在于既減少了傳統(tǒng)放射性檢查對人體造成的潛在傷害，又消除了人們對侵入性檢查產(chǎn)生的恐懼心理。目前OCT已經(jīng)作為一項成熟的技術(shù)被應(yīng)用黃斑區(qū)病變，青光眼，視網(wǎng)膜血管病變等眼科疾病的診療中。在癌癥領(lǐng)域，同樣有很多科研團隊在不斷探索OCT的應(yīng)用前景，并且在諸多期刊中展示了學(xué)術(shù)成果。
由于OCT能夠產(chǎn)生高分辨率的組織斷層影像，越來越多的醫(yī)學(xué)科研人員開始關(guān)注OCT技術(shù)在疾病診斷中的應(yīng)用價值，尤以腫瘤疾病更為突出。2009年紐約石溪大學(xué)生物工程系團隊對OCT組織層次分辨能力進行了測試，他們利用高分辨率OCT分別掃描了健康小鼠膀胱和尿路移行細胞癌的組織，通過與HE染色結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，OCT掃描結(jié)果能夠清晰的區(qū)分健康膀胱尿路上皮，固有層以及肌層組織。通過增強局部細胞運動誘導(dǎo)的相位亂序，OCT成像能夠精確的甄別健康尿路上皮組織與惡變的細胞核形態(tài)差異。在OCT影像中能夠明顯的看到，惡變的尿路上皮細胞核暗區(qū)對比度更為明顯，并且細胞核體積更大。同時相較于健康組織，OCT能夠觀察到清晰的組織形態(tài)改變以及浸潤深度。該團隊認為OCT的這一功能有望成為腫瘤疾病內(nèi)鏡下組織光學(xué)活檢的重要手段。
同樣，在腫瘤與健康組織鑒別方面，2021年伊利諾伊大學(xué)團隊對手術(shù)切除狗乳腺組織進行了OCT掃描，并同時將掃描結(jié)果與HE 染色切片進行對比。與膀胱不同的是，乳腺組織構(gòu)成更為復(fù)雜，除共有的皮膚及皮下組織外，乳腺富含腺體以及一定量的脂肪組織。這便要求OCT在成像時能夠在同一水平面同時區(qū)分更多的組織層次和類型。該團隊沒有對OCT成像數(shù)據(jù)進行高分辨處理，在常規(guī)參數(shù)水平下，能夠看到脂肪組織整體呈低散射性，偶見單個脂肪細胞呈高散射（白色）輪廓，形成蜂窩狀外觀（圖A.D).乳腺組織呈中高散射，具有可辨別的組織結(jié)構(gòu)，小葉組織結(jié)構(gòu)和高細胞密度清晰可見（圖B.E)。相比之下，乳腺腫瘤表現(xiàn)出高散射和更高的組織致密性，組織外觀雜亂無章（圖C.F)。
OCT除應(yīng)用于觀察組織形態(tài)外，2022年阿德萊德大學(xué)醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的科研團隊利用它莫西芬對不同類型的乳腺癌細胞進行標(biāo)記，該課題以OCT影像技術(shù)能夠區(qū)分經(jīng)特異標(biāo)記后的ER(+)與ER(-)乳腺癌細胞為假設(shè)，通過將共聚焦顯微鏡技術(shù)與OCT融合，得出結(jié)論OCT可以準確區(qū)分ER(+/-)乳腺癌細胞群。團隊成員利用抗雌激素藥物它莫西芬與雌激素受體(ER)特異性結(jié)合這一特性，針對ER設(shè)計了一組綠色熒光探針，通過體外將探針與ER(+)細胞MCF7以及ER(-)細胞MDA-MB-231進行共孵育后，對活細胞進行了OCT以及共聚焦掃描。在細胞密度方面，OCT鏡下能夠看到它莫西芬對MCF7表現(xiàn)出更顯著的抑制效應(yīng)，并且通過共聚焦圖像合并，OCT觀察到的細胞團位置與綠色熒光標(biāo)記的ER細胞相對應(yīng)。
OCT直接觀察器官形態(tài)改變
除泌尿系腫瘤與乳腺癌外，許多學(xué)者應(yīng)用OCT在其他腫瘤疾病中也進行諸多研究，包括腫瘤體積測量，手術(shù)邊緣評估，甚至OCT技術(shù)可以在良惡性腫瘤的鑒別方便提供數(shù)據(jù)支持。作為一種正在應(yīng)用于新領(lǐng)域的成熟成像方法，OCT的優(yōu)勢。首先，OCT可以提供非侵入性，高質(zhì)量的詳細圖像。通過光學(xué)、電學(xué)和圖像處理，OCT可以提供微米級分辨率的組織圖像，以及高分辨率的3D成像，可用于疾病的早期診斷和治療。另外，OCT可以在解剖結(jié)構(gòu)方面對軟組織進行對比，便于對軟組織結(jié)構(gòu)進行詳細分析，對癌癥的早期診斷具有重要意義。此外，OCT可以集成到小探頭和導(dǎo)管中，使其適合進入內(nèi)臟進行癌癥成像和診斷。由于OCT本身的穿透深度和視野有限，腫瘤學(xué)家很難從小面積組織的圖像中進行判斷。此外，在評估術(shù)中腫瘤邊緣時成像深度有限，通常在2mm以內(nèi)，這極大地限制了其在手術(shù)中的應(yīng)用。而且，使用小探頭和導(dǎo)管成像時，很難很好地固定探頭或成像模塊，因此很難獲得清晰的圖像。因此，OCT未來發(fā)展的第一步是提高成像深度，并結(jié)合人工智能算法和多種成像方法，使其能夠在相對較大的深度和視野下進行成像。其次，在OCT本身超高采樣速度和高分辨率的優(yōu)勢下，未來OCT有望采用多幀合成技術(shù)來提高采樣的穩(wěn)定性;最后，OCT技術(shù)應(yīng)進一步與其他學(xué)科和技術(shù)融合，如人工智能、醫(yī)學(xué)圖像分析、智能機械制造、安全環(huán)保的新材料工藝等。它不僅可以用于疾病早期診斷和促進科學(xué)研究，為成像測量提供更客觀、精確的依據(jù)，還可以為疾病的常規(guī)檢測提供更安全、更快捷、更便宜的技術(shù)解決方案。
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