Los investigadores integran un rápido sistema OCT en el microscopio neuroquirúrgico

Los investigadores han integrado con éxito un sistema de tomografía de coherencia óptica de velocidad de megahercios (MHz-OCT) en un microscopio neuroquirúrgico disponible comercialmente y han demostrado su utilidad clínica. Este avance representa un paso importante hacia el desarrollo de un instrumento OCT que pueda utilizarse para identificar los márgenes tumorales durante la cirugía cerebral.

OCT es una técnica de imagen no invasiva que proporciona imágenes de tejido transversal de alta resolución que permiten la visualización de estructuras subsuperficiales. Aunque este método de obtención de imágenes se utiliza ampliamente en oftalmología y cardiología, la mayoría de los sistemas OCT comerciales sólo pueden adquirir unas 30 imágenes 2D por segundo.

«El sistema MHz-OCT que desarrollamos es muy rápido, aproximadamente 20 veces más rápido que la mayoría de los demás sistemas OCT», afirmó Wolfgang Draxinger de la Universität zu Lübeck. «Esto le permite crear imágenes en 3D que llegan debajo de la superficie del cerebro. Estos se pueden procesar, por ejemplo con IA, para encontrar y mostrar partes que no están sanas y necesitan tratamiento adicional pero que permanecen ocultas mediante otros métodos de imagen”.

En la revista Grupo Editorial Óptica Óptica Biomédica ExpressLos investigadores dirigidos por Robert Huber describen los resultados de un estudio clínico del sistema de microscopio integrado MHz-OCT. Demostraron que el sistema se puede utilizar durante un procedimiento quirúrgico para adquirir exploraciones OCT transversales volumétricas de alta calidad en unos pocos segundos, con las imágenes disponibles inmediatamente para su posprocesamiento.

«Vemos que nuestro sistema MHz-OCT integrado en un microscopio se utiliza no sólo en cirugías de tumores cerebrales, sino también como una herramienta en cualquier entorno de neurocirugía, ya que puede adquirir imágenes de anatomía de alto contraste, como los vasos sanguíneos, a través de la gruesa membrana que rodea el cerebro», afirmó Draxinger, primer autor del nuevo artículo. «Esto podría mejorar significativamente los resultados de los procedimientos que requieren información detallada sobre las estructuras anatómicas debajo de la superficie del cerebro, como la estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson».

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Acelerar la OCT

Los investigadores llevan tiempo trabajando para acelerar la tecnología OCT mejorando las fuentes de luz y los sensores utilizados y desarrollando software para procesar la gran cantidad de datos generados. Esto resultó en el desarrollo de un sistema MHz-OCT que puede obtener más de un millón de escaneos de profundidad por segundo.

La velocidad de megahercios permite adquirir más de un millón de escaneos profundos en solo un segundo. Esta velocidad de obtención de imágenes es posible porque el sistema incorpora un láser de bloqueo de modo de dominio de Fourier, concebido por primera vez en 2005 por Huber durante su tesis doctoral en el MIT bajo la dirección de James G. Fujimoto, quien junto con Eric Swanson y David Huang inventaron la OCT. Además, el desarrollo de la tecnología de unidad de procesamiento de gráficos (GPU) durante los últimos 15 años ha llevado a que las capacidades computacionales necesarias para procesar la señal OCT sin procesar en imágenes puedan leerse sin una computadora voluminosa.

Para descubrir si el instrumento MHz-OCT que desarrollaron podría usarse para ver los márgenes de un tumor cerebral, los investigadores lo integraron con un tipo especial de microscopio que los cirujanos usan para obtener una mejor visión del cerebro.

Llévala al quirófano

Después de construir el sistema integrado, lo probaron con objetivos de calibración y fantasmas análogos de tejido. Una vez satisfechos con estos resultados, procedieron a realizar pruebas de seguridad del paciente y luego comenzaron un estudio clínico que investigaba su aplicación en neurocirugía de resección de tumores cerebrales en 30 pacientes.

«Descubrimos que nuestro sistema se integra bien con el flujo de trabajo habitual en el quirófano, sin mayores problemas tecnológicos», dijo Draxinger. «La calidad de las imágenes obtenidas superó nuestras expectativas, que eran bajas porque el sistema era una modernización».

Durante el estudio clínico, los investigadores obtuvieron aproximadamente 10 TB de datos de imágenes OCT junto con información histológica patológica coincidente. Señalan que todavía se encuentran en las primeras etapas de comprensión de los datos e imágenes que produce el nuevo sistema y de desarrollo de métodos de IA para la clasificación de tejidos. Por lo tanto, es probable que pasen años antes de que esta tecnología pueda utilizarse ampliamente para respaldar la neurocirugía de resección de tumores cerebrales.

También están preparando un estudio en el que el nuevo sistema se utilizará para mostrar la ubicación exacta de la actividad cerebral en respuesta a, por ejemplo, un estímulo externo, durante una neurocirugía. Esto puede ser prometedor para mejorar la precisión de la implantación de electrodos neuroprótesis, permitiendo un control más preciso de los dispositivos protésicos aprovechando las señales eléctricas del cerebro.

CRÉDITO DE LA IMAGEN: Universität zu Lübeck, Medizinisches Laserzentrum Lübeck GmbH y Universitätsklinikum Schleswig-Holstein