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高光谱成像仪在医学诊断领域有哪些应用?

发布时间:2024-05-11
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高光谱成像​作为一种特殊的光学诊断技术最初应用于遥感测量,然后应用于农产品品质评价与食品安全检测,考古研究与艺术保存领域回,最近开始应用于生物医学领域,特别是疾病诊断和健康监测,表现出极大的潜力,临床应用情景十分广阔。

高光谱成像作为一种特殊的光学诊断技术最初应用于遥感测量,然后应用于农产品品质评价与食品安全检测,考古研究与艺术保存领域回,最近开始应用于生物医学领域,特别是疾病诊断和健康监测,表现出极大的潜力,临床应用情景十分广阔。下文做了介绍:

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1.体表组织和器官的原位医学高光谱成像诊断

体表组织和器官,主要包括乳腺、嘴唇、舌头、喉、眼睛等,可以直接反射光源辐照,原位获取其高光谱图像。例如,有研究者利用高光谱成像系统,获取正常志愿者及恶性肿瘤患者嘴唇和舌头的原位高光谱图像。发现正常志愿者不同解剖部位的光谱在强度和线型不同,同样解剖部位的不同测量点的光谱强度和线型相似;病患的正常部位与损伤部位光谱在强度、线型及峰强位置不同,利用这些差别能够诊断嘴唇和舌头恶性肿瘤。高光谱成像能够原位诊断体表组织和器官的病变,为快速无损检测提供技术支持。


2.体内组织和器官的离体医学高光谱成像诊断

对于人体内部组织及脏器,往往是手术切除后进行离体高光谱成像,主要包括胃、肺、淋巴结、动脉等。例如有研究者应用高光谱成像系统研究人体大动脉离体组织,以组织病理学结果作为参考标准,鉴别动脉粥样硬化斑。获取白光及紫外光激发的组织高光谱图像,采用监督分类和非监督分类算法,评估反射光谱和荧光光谱。结果表明高光谱图像能够鉴别动脉粥样硬化损伤及对高级损伤进行分类,监督分类效果好于非监督分类。高光谱成像能够诊断离体体表组织和器官的病变,为快速诊断提供新的途径和方法。


3.病理学切片及细胞显微高光谱成像医学诊断

对于病理学切片及细胞等微小尺度对象,常规高光谱成像一般在空间分辨率上无法满足要求,通常需将高光谱成像与显微镜整合,获得高空间分辨率和光谱分辨率。例如研究者将高光谱成像系统与显微镜整合,获得高分辨显微高光谱成像系统,波长范围365nm~800nm,光谱分辨率约1nm,空间分辨率约0.6nm。他们利用该系统获取常规H&E 染色皮肤组织切片的高光谱图像,采用光谱波形交叉相关分析方法,对正常、良性病变及恶性病变皮肤组织光谱进行分类,正确率超过 85%。结果表明高光谱成像系统整合显微镜,能够检测皮肤组织切片,鉴别正常、良性病变及恶性病变皮肤组织。通过将高光谱成像仪与显微镜整合形成可显微镜的高光谱成像系统,具有高空间分辨率和光谱分辨率,能够诊断病理学切片及细胞等微小尺度病变。

综上所述,高光谱成像实现了光谱和图像的合二为一,具有独特的双重功能,能够应用于医学诊断。表现出如下特征:

(1)成像系统多样化,视场范围从大到小兼备;

(2)研究对象广泛化,从易于接触的人体器官和组织,例如,皮肤、舌头、乳房、眼睛等,到难以接触的内部脏器;

(3)临床诊断实用化,高光谱成像系统与光纤、内窥镜等整合,使得系统具有更强的原位活体研究能力,能够研究人体内部脏器;

(4)分析方法功能化,多种化学计量学方法都适用于高光谱数据立方体,并且实现自动识别和检测及诊断。

总之,高光谱成像在医学领域有巨大的应用前景。

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