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 dispositivo OCT que pueda usarse para identificar los márgenes tumorales durante la cirugía cerebral.
La OCT es una técnica de imagen no invasiva que proporciona imágenes transversales de tejido 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 pueden adquirir alrededor de 30 imágenes 2D por segundo.
“El sistema MHz-OCT que desarrollamos es muy rápido, unas 20 veces más rápido que otros sistemas OCT”, afirma Wolfgang Draxinger de la Universität zu Lübeck. “Esto le permite crear imágenes en 3D que llegan hasta debajo de la superficie del cerebro. Estas pueden procesarse, por ejemplo, con IA, para encontrar y mostrar áreas que no están sanas y necesitan tratamiento adicional, pero que quedarían ocultas con otros métodos de imágenes”.
En Revista del Grupo Editorial Óptica Óptica Biomédica ExpressLos investigadores dirigidos por Robert Huber describen los resultados de un estudio clínico del sistema MHz-OCT integrado en el microscopio. Demostraron que el sistema se puede utilizar durante una cirugía para adquirir exploraciones transversales volumétricas de OCT de alta calidad en cuestión de segundos, con las imágenes disponibles inmediatamente para su posprocesamiento.
“Vemos que nuestro sistema MHz-OCT integrado en el microscopio se utiliza no sólo en la cirugía de tumores cerebrales, sino también como una herramienta en cualquier entorno de neurocirugía, ya que puede adquirir imágenes de alto contraste de la anatomía, como los vasos sanguíneos, a través de la gruesa membrana que rodea el cerebro. “, dijo 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 aquellos que requieren estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson”.
Acelerando la OCT
Los investigadores llevan algún tiempo trabajando para acelerar la tecnología OCT mejorando las fuentes de luz y los sensores, y desarrollando software para generar grandes cantidades de datos. Esto llevó al desarrollo de un sistema MHz-OCT que puede realizar más de un millón de escaneos de profundidad por segundo.
La velocidad de MHz permite escanear más de un millón de profundidades en tan solo un segundo. Esta velocidad de obtención de imágenes es posible porque el sistema incorpora un láser de bloqueo en modo de dominio de Fourier, imaginado por primera vez por Huber en 2005 durante su tesis doctoral en el MIT bajo la dirección de James G. Fujimoto, quien co-inventó la OCT con Eric Swanson y David Huang. Además, el desarrollo de la tecnología de unidad de procesamiento de gráficos (GPU) durante los últimos 15 años ha dado lugar a la capacidad computacional necesaria para procesar señales OCT sin procesar en imágenes legibles sin una computadora grande.
Para descubrir si el dispositivo MHz-OCT que desarrollaron podría usarse para ver los márgenes de los tumores cerebrales, los investigadores lo integraron con un tipo especial de microscopio que los cirujanos usan para obtener una mejor visión del cerebro.
Llevar 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 con los ensayos de seguridad del paciente y luego comenzaron un estudio clínico que investigaba su aplicación en la 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 problemas técnicos importantes”, afirma Draxinger. “La calidad de las imágenes adquiridas superó nuestras expectativas, que eran bajas porque el sistema era una modernización”.
Durante el estudio clínico, los investigadores adquirieron aproximadamente 10 TB de datos de imágenes OCT junto con datos de histología patológica. Señalan que todavía se encuentran en las primeras etapas de comprensión de los datos e imágenes que el nuevo sistema está creando y desarrollando métodos de IA para clasificar tejidos. Por lo tanto, pasarán 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 durante la neurocirugía, por ejemplo, para demostrar la ubicación exacta de la actividad cerebral en respuesta a un estímulo externo. Puede prometer aumentar la precisión de la implantación de electrodos neuroprotésicos, permitiendo un control más preciso de los dispositivos protésicos aprovechando las señales eléctricas del cerebro.