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OCT在腫瘤疾病中的應用：基于新型光學技術監測組織與細胞形態
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。雖然醫務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異常，一旦患者出現腹脹，黃疸等消化系或者全身癥狀時，往往肝癌已經進入中晚期，相應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、精確的發現病灶，在疾病初期及時對腫瘤級別，分化程度進行評估，在接受手術或者化學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防與治療意義重大。
光學相干斷層掃描技術（Optical Coherence Tomography，簡稱OCT）是一種基于光學原理的非侵入性、無接觸的顯微成像技術。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、高對比度的斷層結構圖像，OCT 技術可以在不影響組織結構的情況下，對人體組織進行成像，該技術的優勢在于既減少了傳統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生的恐懼心理。目前OCT已經作為一項成熟的技術被應用黃斑區病變，青光眼，視網膜血管病變等眼科疾病的診療中。在癌癥領域，同樣有很多科研團隊在不斷探索OCT的應用前景，并且在諸多期刊中展示了學術成果。
由于OCT能夠產生高分辨率的組織斷層影像，越來越多的醫學科研人員開始關注OCT技術在疾病診斷中的應用價值，尤以腫瘤疾病更為突出。2009年紐約石溪大學生物工程系團隊對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染色結果對比發現，OCT掃描結果能夠清晰的區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鏡下組織光學活檢的重要手段。
同樣，在腫瘤與健康組織鑒別方面，2021年伊利諾伊大學團隊對手術切除狗乳腺組織進行了OCT掃描，并同時將掃描結果與HE 染色切片進行對比。與膀胱不同的是，乳腺組織構成更為復雜，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分更多的組織層次和類型。該團隊沒有對OCT成像數據進行高分辨處理，在常規參數水平下，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構，小葉組織結構和高細胞密度清晰可見（圖B.E)。相比之下，乳腺腫瘤表現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除應用于觀察組織形態外，2022年阿德萊德大學醫學科學學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記，該課題以OCT影像技術能夠區分經特異標記后的ER(+)與ER(-)乳腺癌細胞為假設，通過將共聚焦顯微鏡技術與OCT融合，得出結論OCT可以準確區分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)特異性結合這一特性，針對ER設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表現出更顯著的抑制效應，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記的ER細胞相對應。
OCT直接觀察器官形態改變
除泌尿系腫瘤與乳腺癌外，許多學者應用OCT在其他腫瘤疾病中也進行諸多研究，包括腫瘤體積測量，手術邊緣評估，甚至OCT技術可以在良惡性腫瘤的鑒別方便提供數據支持。作為一種正在應用于新領域的成熟成像方法，OCT的優勢。首先，OCT可以提供非侵入性，高質量的詳細圖像。通過光學、電學和圖像處理，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可以在解剖結構方面對軟組織進行對比，便于對軟組織結構進行詳細分析，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管中，使其適合進入內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，腫瘤學家很難從小面積組織的圖像中進行判斷。此外，在評估術中腫瘤邊緣時成像深度有限，通常在2mm以內，這極大地限制了其在手術中的應用。而且，使用小探頭和導管成像時，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未來發展的第一步是提高成像深度，并結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勢下，未來OCT有望采用多幀合成技術來提高采樣的穩定性;最后，OCT技術應進一步與其他學科和技術融合，如人工智能、醫學圖像分析、智能機械制造、安全環保的新材料工藝等。它不僅可以用于疾病早期診斷和促進科學研究，為成像測量提供更客觀、精確的依據，還可以為疾病的常規檢測提供更安全、更快捷、更便宜的技術解決方案。
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