利用光学相干断层扫描技术对人类半规管进行高分辨率可视化显示

《International Journal of Imaging Systems and Technology》：High-Resolution Visualization of the Human Semicircular Canals Using Optical Coherence Tomography

本研究通过高分辨率光学相干断层扫描（OCT）技术，成功可视化人类半规管膜迷路及壶腹嵴等关键微结构，并构建首个经微CT验证的人类前庭器官OCT解剖图谱，为临床诊断和外科手术提供参考。

　　本研究聚焦于人体前庭系统中半规管（Semicircular Canals, SCCs）的微结构可视化，探讨了光学相干断层扫描（Optical Coherence Tomography, OCT）技术在该领域的应用潜力。前庭系统是人体维持平衡和视觉稳定的重要组成部分，其结构复杂且微小，传统影像学手段如计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）在活体中难以清晰地展现这些结构。OCT作为一种非侵入性成像技术，以其高分辨率和实时成像能力，成为研究前庭微结构的有力工具。

半规管是内耳中负责检测头部角加速度的器官，其内部结构包括膜迷路和位于半规管末端的壶腹（ampulla）。壶腹内含有称为壶腹嵴（crista ampullaris）的神经上皮结构，这些结构在头部运动时会因内淋巴液的流动而发生形变，从而触发神经信号传递至大脑，帮助维持身体平衡。然而，由于半规管被骨迷路包围，直接观察其内部结构极为困难。为了实现更清晰的成像，研究者在实验中对骨迷路进行了适当的处理，如蓝线处理（blue-lining），以减少骨组织对光的散射和吸收，从而提高OCT对膜迷路和壶腹嵴的可视化效果。

在样本准备过程中，研究人员使用了来自匿名捐赠者或临床脑尸解的七块人类颞骨。这些样本未经冷冻、固定、脱水或脱钙处理，以保持其原始解剖结构和前庭功能的完整性。通过钻孔和骨迷路的薄化处理，研究团队成功地对半规管及其周围结构进行了OCT扫描，并结合微CT（Micro-CT）成像进行验证。微CT成像使用了一种名为Hf-WD POM的对比剂，对样本进行了7至15天的染色处理，以增强软组织的可视化能力。通过将OCT图像与微CT图像进行融合，研究人员确认了OCT在识别前庭系统关键结构方面的准确性。

OCT的成像结果显示，半规管的膜迷路在所有七块样本中都能被清晰地观察到。在扫描过程中，研究人员采用了不同的物镜（LSM03和LSM04），以适应不同深度和角度的成像需求。其中，LSM03具有更高的横向分辨率（13 μm），而LSM04则适用于更远距离的扫描（20 μm）。在OCT图像中，膜迷路表现为高反射性的管状结构，而内淋巴液则呈现为低反射性的区域。通过使用水环境进行扫描，研究人员避免了因固定失败导致的膜迷路塌陷，从而提高了图像的清晰度。

壶腹的结构在OCT图像中也得到了清晰的展示。壶腹是半规管末端的扩大区域，内部的壶腹嵴在OCT图像中表现为高反射性区域。研究团队发现，在未完全移除骨迷路的情况下，OCT只能观察到壶腹嵴的表层结构；而当骨迷路被打开后，壶腹嵴的全貌得以呈现。这一发现表明，OCT在观察半规管内部结构时，需要适当的骨组织处理以减少对光的干扰。此外，OCT还能清晰地显示壶腹神经的分布情况，这对于理解前庭系统的神经传导路径具有重要意义。

为了进一步验证OCT成像的准确性，研究团队将OCT图像与微CT图像进行融合，并通过人工对比确认了关键结构的识别。结果表明，OCT在识别膜迷路、壶腹和壶腹嵴方面具有较高的可靠性。这些结构的可视化不仅为未来前庭疾病的诊断提供了新的思路，也为手术导航提供了重要的参考依据。例如，在前庭植入手术中，OCT能够帮助外科医生更精确地定位电极，从而提高手术的成功率和患者的功能恢复效果。此外，OCT的非侵入性和实时成像特性，使其在手术过程中能够提供即时反馈，减少对内耳结构的损伤风险。

尽管OCT在前庭系统成像方面展现出巨大的潜力，但该技术在临床应用中仍面临一些挑战。首先，OCT对骨组织的穿透能力有限，通常需要将骨迷路减薄至0.3 mm以下才能清晰观察内部结构。然而，这种减薄过程可能带来一定的风险，例如误伤内淋巴腔或导致结构损伤。因此，研究团队强调，未来需要开发更小型、更适用于活体环境的OCT探头，以减少对关键结构的干扰。此外，OCT与微CT的融合过程虽然有助于结构确认，但两者在分辨率、成像原理和对比机制上的差异也限制了其在临床中的直接应用。

本研究的成果不仅为前庭系统的解剖学研究提供了新的影像资料，还为临床前庭疾病的诊断和治疗提供了重要的技术支持。OCT作为一种高分辨率、非侵入性的成像手段，能够提供更详细的前庭结构信息，从而帮助医生更好地理解疾病的病理变化。例如，在梅尼埃病或良性阵发性位置性眩晕等前庭疾病的研究中，OCT能够实时监测内淋巴液的分布和流动情况，为疾病的机制研究和治疗策略优化提供依据。

在手术应用方面，OCT的可视化能力可以帮助外科医生在操作过程中避免对内耳结构的意外损伤。特别是在涉及半规管闭塞或前庭植入的复杂手术中，OCT能够提供即时的影像反馈，帮助医生判断骨迷路的厚度和内部结构的分布情况。这种实时成像能力不仅提高了手术的安全性，还可能改善手术的精确度和患者预后。此外，OCT还可以用于指导遗传治疗的注射过程，使治疗药物更精准地作用于目标区域，从而提高治疗效果。

总体而言，本研究展示了OCT在前庭系统成像中的可行性，并为未来的研究和临床应用奠定了基础。通过建立首个基于OCT的人体前庭系统影像图谱，研究人员为前庭疾病的诊断和治疗提供了新的工具。然而，OCT在临床中的应用仍需进一步的技术改进，以克服其在活体成像中的局限性。未来的研究可以探索更先进的OCT设备，如使用不同波长的光源或改进探头设计，以提高对深部结构的成像能力。同时，结合其他影像技术，如微CT或MRI，可能会进一步提升前庭系统的可视化水平，为临床前庭疾病的研究和治疗提供更全面的支持。