腦膠質瘤是一種極具侵襲性的原發性惡性腦腫瘤。其侵襲性生長致使腫瘤邊界與正常腦組織界限模糊，手術難以完全切除，復發率高，患者中位生存期短（如高級別膠質母細胞瘤患者中位生存期約14個月，5年生存率僅5.5%），在切除腫瘤同時保護腦神經功能完整性也極具挑戰，故術中精準定位檢測腫瘤極為關鍵。

PS-OCT作為OCT功能拓展，通過檢測光偏振態變化獲取偏振特性，為復雜各向異性組織檢測增添對比度，在提升組織檢測特異性與定量分析精準度方面潛力巨大。此前已有研究利用其對神經纖維束成像及評估腦膠質瘤細胞遷移動力學，為本研究奠定基礎。

南開大學現代光學研究所王瑋珂團隊發表綜述文章，使用自行開發的高分辨PS-OCT系統對離體鼠腦和人源腦膠質的小鼠模型進行成像，并通過比對PS-OCT圖像、熒光圖像和病理學切片，研究了鼠腦中正常和腫組織的振特性：基于鼠腦各組織的偏振特性，研究了光軸標準差對正常和腫瘤組織的區分效果。結果表明,高分辨PSOCT技術具有區分腦膠質瘤和腦正常組織的臨床應用潛力，光軸標準差可以更直觀有效地區分腦腫和腦組織。

研究方法
一、PS-OCT系統構建
精心自行搭建的譜域PS-OCT系統，其核心寬譜光源采用中心波長840nm、3dB帶寬約100nm的超發光二極管（SLD），經優化設計，在空氣中達成4μm的橫向分辨率以及3.4μm的縱向分辨率。該系統運行原理精妙復雜，寬譜光源發射的低相干光束率先穿過線偏振片POL后轉變為沿豎直方向的線偏光，接著經非偏振敏感的分束器BS精準分割為振幅均等的參考光與樣品光。

參考光依次穿越快軸方向與豎直方向夾角為22.5°的1/4波片QWP1和色散補償器DC抵達參考鏡，反射后偏振方向巧妙轉變為45°；樣品光則先經過快軸方向與豎直方向夾角為45°的1/4波片QWP2轉換為圓偏振光，再經掃描振鏡和物鏡精準聚焦于樣品之上，反射后的背向散射光原路折返至分束器。于檢測臂內，參考光以45°偏振方向進入，樣品光攜帶豐富的樣品偏振信息以任意偏振態進入，二者發生干涉，隨后干涉光由偏振分束器PBS精確分離為兩種正交偏振態，并分別由兩個高靈敏度光譜儀完成檢測與記錄流程，確保獲取全面準確的光學信息。

二、實驗樣本準備
鑒于小鼠基因組與人類基因組高度同源（超過80%的基因具有直系同源物關系），本研究明智地選用小鼠構建腦膠質瘤模型。通過向小鼠腦內精準注射U87-GFP人膠質瘤細胞，歷經5周精心培育后，對小鼠實施安樂死并妥善固定，從而獲取實驗樣本。針對樣本，依次開展綠色熒光蛋白（GFP）熒光成像、PS-OCT成像以及組織切片處理等一系列嚴謹操作。其中，PS-OCT成像系統構建的三維視野精確設定為6mm×3mm×2.3mm，此視野內的三維圖像由1000幀B掃描圖像有序組合而成，每幀B掃描圖像以2000 pixel×2000 pixel（x-z方向）的高分辨率清晰呈現，為后續從三維圖像中精確截取x-y方向圖像、獲取樣品橫截面精準 “正面” 圖像奠定堅實基礎。

實驗結果
一、正常鼠腦成像
結構特征清晰：
PS-OCT成像技術在呈現正常鼠腦冠狀面結構時表現卓越，能夠清晰可辨地展示出不同方向的纖維束及其精確走向。在皮層區域，呈現出顯著的保偏特性，雙折射現象無跡可尋；內囊結構作為皮層與內部腦區的關鍵連接部分，雙折射特性明顯，致使相位延遲產生顯著變化，為精準識別提供關鍵線索；海馬體結構則保持保偏特質，相位延遲值較低，這些特性在強度、相位延遲以及光軸圖像中協同呈現，相互印證，為深入了解鼠腦微觀結構提供多維度視角。

成像多維度呈現：
通過對鼠腦冠狀面的邊緣與中央區域進行全方位掃描成像，巧妙結合正面圖像與B掃描圖像，多維度、多層次地完整呈現腦區微觀結構及光學特性差異。這種成像策略如同搭建起一座信息橋梁，將不同區域、不同深度的結構信息緊密相連，為深入剖析正常鼠腦內部結構提供豐富、立體、精準的影像資料，使研究者得以從微觀層面深入探究各區域結構與功能的緊密聯系。

二、膠質瘤鼠腦成像
腫瘤區域特性：
在對膠質瘤鼠腦成像研究中，以熒光成像精準定位腫瘤區域為對照基石，深入探究OCT圖像特性。結果清晰顯示，腫瘤組織區域內雙折射變化微乎其微，偏振圖像色彩趨于均勻一致。究其根源，在于癌細胞的肆意浸潤致使纖維結構遭受嚴重破壞，在光軸圖像中線性結構難覓蹤影，與正常組織形成鮮明對比，為腫瘤組織的精準識別提供關鍵診斷依據。

光軸信息區分有效：
光軸直方圖作為揭示組織結構差異的有力工具，清晰呈現出正常腦組織與膠質瘤組織截然不同的分布特征。正常腦組織的光軸在-π/2rad至π/2rad區間均勻分布，宛如均勻排列的精密陣列；而膠質瘤區域的光軸則高度聚集于0rad附近，呈現出獨特的集中趨勢。通過嚴謹計算空間窗內光軸值的標準差，成功構建起光軸標準差這一精準評估參數，其結果令人矚目：正常腦組織的光軸標準差在范圍與均值上遠超膠質瘤組織，以量化數據有力證明兩者偏振信息存在本質差異，為臨床鑒別診斷開辟全新途徑。

臨床應用策略與優化：
基于上述特性，在臨床實踐中針對不同腫瘤發展階段制定差異化成像策略意義深遠。在腫瘤發生早期微小病變階段，宜選用較小空間窗進行成像檢測，憑借其高靈敏度精準捕捉細微病變信號；當腫瘤大規模侵襲時，較大空間窗則成為理想選擇，有助于全面統計相關指標，宏觀把握腫瘤整體態勢。

展望未來研究方向，為進一步提升光軸標準差計算的準確性與可靠性，擬引入復數運算優化算法，全力攻克數值跳變誤差難題，為腦膠質瘤精準診斷注入強大技術動力。

研究結論
基于自行開發的高分辨率PS-OCT系統對離體正常鼠腦和人源腦膠質瘤的小鼠模型進行了成像，結果表明，從正面圖像能觀察到鼠腦的大腦皮層、內囊、海馬體及海馬傘等結構信息，在由偏振參數計算出的累積相位延遲、累積光軸圖像中，大腦內部內囊、神經纖維束等雙折射組織的位置和取向清晰可見。

膠質瘤鼠腦原本的對稱型結構被破壞，邊緣的腦皮質被侵蝕，內部的纖維結構也僅部分區域可見。利用光軸標準差參數可以直觀有效地區分正常與膠質瘤鼠腦。在腦膠質瘤識別臨床應用前景廣闊，有望變革現有腦膠質瘤診斷模式，提升診斷效率與精準度。

研究證明了高分辨PS-OCT技術有望通過神經纖維束等雙折射組織的變化來監測膠質瘤的浸潤過程。雖取得階段性突破，但征程未竟。后續研究將從擴充樣本數量與豐富度、拓展研究對象范疇、深化臨床應用探索三大維度持續發力。

廣泛納入更多數量及不同發展階段的膠質瘤組織樣本，全面覆蓋腫瘤演變全周期；穩步拓展至體內動物樣本及離體人體標本研究，模擬真實生理病理環境；深度挖掘PS-OCT技術在腦膠質瘤識別、切除邊界精準界定、手術導航輔助等多場景應用潛力，矢志不渝地推動該技術在腦膠質瘤綜合診療領域從前沿探索邁向臨床普及應用，為全球腦膠質瘤患者點亮生命新希望。

聲明：本文僅用作學術目的。文章來源于：王瑋珂, 胡慕蕓, 楊迪, 袁卓群, 賈曉花, 楊建凱, 梁艷梅. 基于偏振敏感光學相干層析術的腦膠質瘤成像[J]. 中國激光, 2024, 51(9): 0907020.