从“模糊成像”到“精准追踪”:自适应光学技术破解脊髓手术心跳干扰难题

光明网讯（记者张梦凡）脊髓，作为中枢神经系统的关键构成部分，肩负着协调运动、感觉与自主反应等功能的重任。然而，脊髓肿瘤的出现，犹如一颗 “不定时炸弹”，极有可能引发严重的神经损伤，对患者的生存质量产生极大的负面影响。

手术，作为应对脊髓肿瘤的主要治疗手段，却因脊髓所处空间狭小、功能高度密集，面临着巨大的挑战——如何在全力保护正常组织的同时，精准无误地切除肿瘤，始终是神经外科领域亟待攻克的难题。当下现有的术中影像技术，如 MRI、CT、超声等，虽然在一定程度上为手术提供了助力，但在分辨率、实时性以及功能成像能力等方面，依旧存在着较为明显的短板。

为了突破这一困境，北京清华长庚医院神经中心主任王贵怀教授团队，携手清华大学物理系薛平课题组，历经不懈努力，成功研发出术中快速自适应焦点追踪机器人光学相干层析成像系统（FACT-ROCT）。

图 1. FACT-ROCT系统在脊髓肿瘤术中的成像示意图及应用。A) FACT-ROCT系统示意图，插图显示MRI扫描中的脊髓肿瘤及感兴趣区域。B) 术中使用FACT-ROCT系统的照片。C) FACT-ROCT系统的大规模自动扫描机制示意图。RC: 反射准直器; ETL: 电调焦镜头。D) 快速横截面扫描及运动校正过程示意图。E)脊髓肿瘤的OCTA图像，颜色表示不同深度。F) 快速自适应聚焦追踪方法示意图。G) FACT-ROCT在适应弯曲及倾斜表面和轴向移动方面的能力示意图。

这一系统巧妙融合了光学相干层析（OCT）、机器人智能控制与自适应聚焦技术，堪称医学与科技结合的典范，首次在人体脊髓肿瘤手术中实现了高分辨率的实时成像。FACT - ROCT的“本领”十分强大，它不仅能够精准识别神经根、束和灰质等脊髓的关键结构，还具备术中原位微血管成像的能力，为肿瘤分级判断以及减少术中出血提供了极为重要的支持。

光学相干层析（OCT）技术，基于光学相干原理，能够实现高分辨率的三维快速层析成像，目前已经在眼科、心血管等多个领域广泛应用，发挥着重要作用。

近些年来，OCT在神经肿瘤手术中的应用逐渐成为科研人员关注的热点，不过截至目前，尚未有OCT在脊髓肿瘤手术中应用的相关研究报道。在术中进行OCT成像，需要更为广泛的成像范围，以便能够覆盖整个肿瘤区域。而且，为了达成多功能的体内OCT成像，成像系统必须具备高度的稳定性，同时还要克服由心跳等活体组织运动所引发的伪影干扰。

有鉴于此，合作团队另辟蹊径，提出了一种基于OCT图像深度信息的闭路反馈自适应变焦系统。该系统如同拥有“智慧大脑”，能够依据前一个位置的信息，自适应地驱动下一个位置进行快速变焦，焦点追踪速度达到了10ms量级，出色地解决了术中人体心跳抖动这一棘手问题。

除此之外，基于目标驱动的机械臂自动扫描、交叉运动补偿等一系列先进技术，该系统得以稳定地实现高速大范围的OCT结构和微血管成像。在开展了大量动物胶质瘤实验后，其可行性和安全性得到了充分验证。又因其具备非接触、快速成像的优势，顺利迈入临床试验阶段，截至目前，历经了近两年多的临床探索实践。

图2. FACT-ROCT脊髓肿瘤不同分级及正常组织的血管成像结果。A)正常小脑半球OCTA图像显示显著的引流静脉和较小血管分布。B)正常胸段脊髓OCTA图像展示沿长轴排列的有序血管网络。C、D)WHO I级与II级脊髓胶质瘤OCTA图像显示血管分布较规则、密度中等。E、F)WHO III级脊髓胶质瘤OCTA图像显示血管密度增高、异质性增强，提示血管新生活跃。G)WHO IV级脊髓胶质瘤OCTA图像显示高度致密且异质性显著的血管网络，伴随广泛微血管增生及不规则血管分布。H)低级别胶质瘤（I、II级）放大图揭示血管排列规则、密度中等、异质性较低。I)高级别胶质瘤（III、IV级）放大图显示血管致密、不规则且异质性显著。J–L)量化分析显示高低级别胶质瘤在血管曲度、轨迹变异性及节点密度上存在显著差异。

研究团队运用FACT-ROCT，对22例脊髓肿瘤患者进行了术中成像，首次向世人展示了OCT在脊髓肿瘤手术中的巨大应用潜力。研究结果显示，借助光学衰减系数标准差这一实时物理生物标志物，该系统能够以90.2%的准确率，实时区分不同级别的脊髓胶质瘤。并且，能够在短时间内提供详尽的血管成像，清晰地揭示出不同级别脊髓胶质瘤在微血管结构方面存在的巨大差异。这一成果，对于医生在手术中更准确地判断肿瘤情况、制定合理的手术方案，无疑具有至关重要的意义。

FACT- ROCT作为一种无接触、无标记、高分辨率、实时成像的先进技术，不仅极大地提升了脊髓肿瘤手术的安全性，更为该领域的临床应用开拓了全新的方向。它有望在未来成为神经外科术中导航的重要组成部分，在临床精准治疗以及术后功能恢复评估等方面，发挥出愈发关键的作用。

文章链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503566

来源： 光明网