您好, 歡迎來到化工儀器網
光學相干斷層掃描的癌癥成像：臨床前進展和臨床潛力
上一篇文章中我們重點介紹了新型OCTA影像學技術，在這篇文章中我們將通過國際頂尖期刊NATURE REVIEWS CANCER（影響因子：51.848）中的一篇經典綜述來進一步了解光學相干斷層掃描成像技術（OCT）吧！
簡單的說OCT 技術以邁克爾遜干涉原理為核心，基于弱相干光信號探測，獲取樣品的背向反射和背向散射光信號，再通過橫向掃描獲得多個 A-scan信息，重建得到組織橫斷面圖像；最后再通過縱向掃描進而獲得樣品的三維立體圖像。相比于傳統的影像學技術， OCT 憑借其高時間分辨率、高空間分辨率的非接觸、快速、無創的優點，可實現高分辨活體三維無標記成像。因此，在醫學界，它成為了一種有吸引力的前沿技術。
近十年來，OCT 技術得到了的高速發展與進步，在眼科學、生物醫學、工業界等領域取得了令人矚目的成就。這些進展大大推動了眼科，心臟病學和胃腸道癌篩查的商業化和臨床應用。近年來OCTA技術與血管內OCT技術的發展，為臨床前活體內癌癥成像臨床應用開發，提供了一系列令人興奮的新功能，不僅可以實現高分辨組織內部結構成像，還可以探測和監測體內癌癥的進展和反應的功能相關信息。
OCT Endoscope (OCE) ImagingSystem 內窺系統通常包括光源，干涉儀和顯微鏡或成像導管，顯微鏡或成像導管將光傳遞到要成像的組織并從中收集反射，獲取組織高分辨信息。與熒光顯微鏡相比，具有更深的成像深度并且無需標記等優勢。OCT可以通過皮下成像用于皮下模型，或者可以應用于外科手術暴露的內部部位進行區域成像。
微結構成像
結構（解剖）成像是精準測量腫瘤體積，解剖定位腫瘤或定義腫瘤微環境的關鍵。活體超聲和微計算機斷層掃描（μCT）通常用于此目的，兩者都具有成像范圍大和穿透力強的優點，但受相對較差的軟組織成像對比度的阻礙，限制了其對解剖結構的解釋。
通過使用光學散射傳遞的光學信息，可以從OCT測量中生成微結構圖像。由于在軟組織上的光學散射比聲學散射或X射線吸收變化更大，因此微結構OCT圖像通常比超聲和CT提供更大的圖像對比度。大大提高了腫瘤邊緣的高分辨檢測能力，更能夠闡明腫瘤部位的微環境功能變化等情況。
腫瘤的微結構OCT成像。（一）使用微觀結構的對比，可以在背側皮褶腔模型中將腫瘤組織（同種異體移植的MCaIV乳腺腺癌）與周圍宿主皮下和肌肉組織區分開。通過定義腫瘤邊緣，可以計算三維腫瘤體積。（b）內窺鏡在小鼠結腸中由乙氧基甲烷誘導的大腸癌的顯微組織OCT。高軟組織對比度和接近組織學分辨率可對結腸上皮微結構進行成像。圖像顯示了在不同組織深度（垂直方向）上的對比度與沿結腸的距離（水平方向上）的對比。疾病進展-從正常組織到胃腸上皮內瘤變（GIN）到腺瘤-可以通過標志性的修改（例如組織分層的丟失）來監控。（c）通過量化OCT微結構數據集中的散射，可以在細胞毒性干預過程中監測腫瘤的生存能力。在此，在白喉毒素（下圖）或未治療（上圖）施用兩天后，展示了皮背背腔模型中的LS174T人結腸直腸腺癌異種移植物的代表性生存力圖像。在給予白喉毒素的動物中，散射的增加表明生存力的顯著降低。橫向范圍a：5毫米（x），4.4毫米（y）。c中的比例尺：500μm。
活力監測
腫瘤模型內部的成像能力有助于闡明空間異質性的治療反應。使用18-氟脫氧葡萄糖（FDG）標記的微型正電子發射斷層掃描（μPET）掃描儀可以在全身成像研究中繪制生存力圖，但其有限的分辨率（通常大于1毫米）不能很好地匹配小動物模型中的腫瘤大小尺度。GFP表達的腫瘤可用于監測存活率，因為熒光蛋白載體的半衰期約為36小時，但這些技術受限于成像視野和深度。
OCT技術可以通過光學散射的相關變化來區分腫瘤的可存活和不可存活的分區。雖然組織結構中調節光學散射的基本變化還沒有被確定，但高散射和生存能力的損失之間的相關性已被圖像和組織學證實。然而，在將散射變化與生存能力狀態聯系起來時必須謹慎，因為其他過程可能表現出類似的散射變化。基于OCT的生存能力成像具有無標簽的優勢，可以很容易地與其他OCT成像方式同時進行，例如，微結構成像；這兩種對比度方法都是在相同的獲取數據集上操作，僅通過后處理進行區分。在臨床前環境下安全穩妥的成像方法的匱乏使得OCT的應用引人注目。
血管造影
在過去的十年中，了解腫瘤血管生成和腫瘤對血管靶向療法的反應一直是癌癥研究的熱點之一。目前的活體血管造影方法包括多普勒超聲，微磁共振成像（μMRI），μCT，光聲層析成像和熒光顯微鏡。其中，基于超聲，μMRI和μCT的方法由于分辨率有限而無法分辨單個血管。熒光血管造影可用于研究單個血管分辨率下腫瘤模型中的血管生成，然而，該方法需要外源性染料進行血管的系統性標記，在活體成像應用研究中存在一定局限性。而OCT血管造影成像依賴于散射動力學的測量，流動的血液調節光散射，并且可以檢測到這種調節并將其用于區分腫瘤的血管內和血管外腔室，與熒光方法不同，基于OCT的血管造影術無需標記。這是其技術最大的優勢。但在過去很長一段時間里熒光顯微鏡與OCT相比，熒光顯微鏡可提供更小的視野和更高的分辨率成為了一大優勢，但是隨著OCT技術的進步OCTA技術的發展使其分辨率逐漸趕上熒光顯微鏡，這就使得OCTA技術在臨床和科研領域變得更有前景和潛力。
使用OCT對腫瘤血管生成進行成像。基于OCT的血管造影顯示出在不同解剖部位生長的MCaIV鼠乳腺癌中的血管網絡截然不同。比例尺，500μm。在這些圖像中，三維血管信號被投影到單個圖像中，色圖用于編碼血管深度。
OCT在臨床前癌癥研究中最引人注目的應用是在血管造影領域，其不僅能夠多次反復成像的能力使其非常適合研究各種部位的腫瘤血管生成和血管反應，而且 寬視野成像以*的清晰度揭示了腫瘤血管網絡的形態特征。該功能用于研究腫瘤微環境脈管相關疾病具有重要作用。使用OCT可以進行快速重復血管造影成像（由于成像時間和外滲標記物的積累，在熒光顯微鏡存在限制）。
綜上所述，我們可以相信OCT技術在科研以及臨床診斷和治療中的應用前景廣闊，可以在多種學科，多種類型的研究中都能提供巨大的能量。目前，已經可以看到OCT技術在除眼科之外的臨床應用上擁有巨大潛力。隨著OCT技術的發展，OCT技術將來來提供腫瘤內微血管系統的高分辨率可視化。
參考文獻
Vakoc,B. J., Fukumura, D., Jain, R. K., & Bouma, B. E. (2012). Cancer imaging by optical coherencetomography: preclinical progress and clinical potential. Naturereviews. Cancer, 12(5), 363–368.