由國際光電工程學會（SPIE）舉辦的美西光電展（Photonics West）於本周展開，比利時微電子研究中心（imec）在生醫光學與生醫光電（BiOS）展區提出了活體偵測低級神經膠質細胞（LGG）的醫療影像分析解決方案，有望早期發現生長速度較慢的腦瘤。

這項創新技術整合了imec開發的SNAPSCAN VNIR 150高光譜相機與標準的手術顯微鏡，並在魯汶大學醫院（UZ Leuven）的神經外科進行了術中前導測試。imec研究團隊發現一套可用來協助醫療診斷的精簡配套，包含建立正確的臨床資料、饋入神經網路到導出可供決策參考的分析結果。未來可望協助外科醫師在手術中偵測腦瘤的明確分界，且無須標記，開啟醫療照護的全新道路。

低級神經膠質瘤（low-grade glioma）包含好幾種生長速度較慢的腦瘤細胞，患者通常是年輕或健康良好的族群。雖然這種腫瘤細胞屬於良性，不少研究卻顯示仍有可能以每年4-5mm的速度增殖，潛藏惡化的風險。因此，早期腫瘤切除成為首選的治療方案。但問題是，就算使用手術顯微鏡，偵測這類活體細胞並劃定切除分界還是相當困難。

imec應用工程師Poeland Vandebriel表示：「開發合適工具給外科偵測活體腫瘤細胞是一大進展。高光譜影像技術就是極具潛力的解決方案。」 他指出：「透過高光譜成像技術，腦細胞在經過照射後反射出不同的光譜特徵，呈現在多個窄波段上，如此一來就能分別出健康細胞與異常細胞。」

然而，這項技術伴隨著繁複的硬體建置與整合的多重挑戰，醫療院所難以導入手術。所幸，今年BiOS展區的兩場發表指明了未來的發展道路。

Vandebriel解釋：「我們將imec開發的SNAPSCAN VNIR 150高光譜相機設置在標準的手術顯微鏡上，取得了此次成果。研究團隊利用這項精簡配套來建立正確的臨床資料、饋入神經網路，並導出可供決策參考的分析結果，協助外科醫生區別健康細胞與異常細胞。這些深度學習的結果是重要的開端，未來可望用來協助偵測腦腫活體細胞，像是低級神經膠質瘤。」

imec開發的SNAPSCAN VNIR高光譜相機採用輕巧機身設計，尺寸10 x 7 x 6.5cm，重量645g，適用於業界標準的C型鏡頭接環，方便安裝在手術顯微鏡上。這些特性使其成為適合醫療院所導入的精簡配套，納入嚴謹的臨床作業，和先前研究所用的大型器械恰恰相反。

研究計畫主管Siri Luthman認為：「imec的成果也聚焦如何在手術的（無菌）環境下取得兼具準確性與相關性的臨床資料。這促使我們重新考量現有的高光譜成像技術所用的空間與光譜校正方法，也是SNAPSCAN高光譜相機必須與手術顯微鏡的光源與鏡頭直接連接的原因。因此，我們建立了初步的可行性資料集，進而用來評估這項技術在低級腫瘤活體細胞偵測應用的潛能，盡可能減少變動我們目前使用的系統與資料前處理方法。」

她進一步說明：「光源也是我們研究的另個重點。為了避免過多干擾，我們配合顯微鏡的內部光源，調整了相機所用的光譜範圍。我們也測試了系統在不同的積分時間設定下的分析結果，在飽和與雜訊之間取得最佳平衡。最後，我們定義出顯微鏡的最佳縮放比例與工作距離，優化觀察視野。」

Vandebriel總結：「此次的研究成果指出，透過先進的手術顯微鏡來進行活體腫瘤細胞分類時，有哪些關鍵的高光譜波段。雖然這套解決方案在術中情境的開發未臻成熟，但目前已透過比利時魯汶大學醫院6位受試者的資料，取得臨床驗證。展望未來，我們希望這項研究能進一步整合SNAPSHOT高光譜快速成像技術。藉此開發術中即時偵測低級神經膠質瘤的應用。」

此項計畫與蔡司（Carl Zeiss Meditec AG）合作進行。相關研究成果將在2023年國際光電工程學會（SPIE）BiOS展覽上發表。