在本周的BiOS中，生物医学光学和生物光子学展览在SPIE Photonics West, imec呈现了一个有前途的道路在活的有机体内低度胶质瘤(一组生长缓慢的脑瘤)的检测。这一突破是通过将imec的snapscan VNIR 150高光谱相机安装在标准的or批准的手术显微镜上实现的。在鲁汶大学医院神经外科进行了术中试点试验。具有里程碑意义的是，imec研究人员发现，紧凑的设置可以生成准确的临床数据，准备输入神经网络，将这些数据转换为可操作的知识。随着时间的推移，这种方法可以帮助外科医生在术中和无标签的情况下检测内在脑肿瘤的精确界限，这将为提供医疗服务创造一种全新的方式。
低度胶质瘤是一种不同类型的(生长缓慢的)脑肿瘤，通常发生在年轻健康的患者身上。虽然通常被认为是良性的，但研究表明，低级别胶质瘤可以以每年4-5毫米的速度扩张，并具有恶性转化的风险。肿瘤的早期手术切除因此成为一种备受青睐的治疗选择在活的有机体内即使有手术显微镜的帮助，检测低级别胶质瘤并恢复其精确的界限也是非常困难的。
“给外科医生适当的工具来检测这些肿瘤在活的有机体内这将是一个重大突破。imec现场应用工程师Roeland Vandebriel说:“高光谱成像(HSI)技术显示出了实现这一目标的巨大潜力。“使用HSI，大脑组织被照亮，之后它的反射光被捕捉到许多狭窄的光谱带-导致健康和异常细胞的不同光谱特征。”
庞大的硬件和集成挑战阻碍了HSI技术直接应用于医院的手术室。然而，今年大会上的两份报告显示了一条充满希望的前进道路。
Roeland Vandebriel:“我们将imec公司的snapscan VNIR 150高光谱相机安装在手术显微镜上，实现了这一突破。我们发现这种紧凑的设置可以生成准确的临床数据，然后将这些数据输入深度学习神经网络，将数据转换为可操作的知识，使外科医生能够区分健康组织和异常组织。显然，这些学习是适应在活的有机体内检测内源性脑瘤，如低级别胶质瘤。”
由于其小巧的外形尺寸(10 × 7 × 6.5厘米，重645克)，并与标准c安装光学系统兼容，imec的snapscan VNIR可以轻松安装在手术显微镜上。与之前研究中使用的庞大系统相反，它形成了一个紧凑的设置，可以纳入医院严格的临床工作流程。
Imec项目负责人Siri Luthman评论说:“Imec的贡献还集中在如何在(无菌)术中环境中获得准确和相关的临床数据。”“这让我们重新思考HSI现有的空间和光谱定标方法，并需要我们将imec的snapscan直接与手术显微镜的光学和光源连接起来。因此，产生了第一个可行性数据集，使我们能够评估HSI的潜力在活的有机体内低级别胶质瘤的检测;这种方法对系统和我们的数据预处理方法进行了最小限度的调整。”
“照明是我们研究的另一个参数。为了避免过多的噪音，我们调整了snapscan相机的光谱范围，以匹配显微镜内部光源的光谱范围。我们还研究了系统的集成时间模式，以在饱和和噪声之间找到正确的平衡。最后，我们定义了显微镜的理想变焦级别和工作距离，以优化视野。”她补充道。
“今天的研究结果表明，在与高端外科显微镜连接时，哪些高光谱波段是至关重要的在活的有机体内低级别胶质瘤的分类。虽然我们的装置在术中使用还不成熟，但迄今为止，该方法已通过比利时鲁汶大学医院6名患者的临床数据集进行了验证。展望未来，我们的目标是通过集成我们的快照技术来进一步推进这个项目，该技术适应视频速率高光谱成像。这将使我们能够在手术实践中探索低级别胶质瘤的实时检测，”Roeland Vandebriel总结道。
这项研究是与Carl Zeiss Meditec AG合作进行的。研究结果在SPIE BiOS 2023上发表在两篇论文中:在现有的术中环境中集成高光谱成像检测内在脑肿瘤R. Vandebriel (imec)和基于深度学习优化的高光谱成像的术中脑肿瘤检测张欣(Carl Zeiss Meditec AG)。
