雙利合譜高光譜技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用分析

1. 高光譜成像的基本原理

    高光譜成像技術(shù)是利用成像光譜儀對(duì)目標(biāo)物體在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條譜線進(jìn)行連續(xù)掃描成像，在獲得目標(biāo)物體外部特征圖像信息的同時(shí)，也能獲得反應(yīng)其內(nèi)部成分的光譜信息。典型推掃式高光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，主要由光源、電控移動(dòng)臺(tái)、色散元件、面陣探測(cè)器等幾部分組成。

圖為 推掃式高光譜成像系統(tǒng)

2. 高光譜成像在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用原理

在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，高光譜成像(HSI) 仍然是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，但它作為一種診斷和評(píng)估治療的非侵入性方法卻具有廣泛的潛在用途。這是因?yàn)樵跍y(cè)量不同波長(zhǎng)的光的反射和吸收時(shí)， HSI具有從高光譜圖像中提取每個(gè)像素的光譜特征同時(shí)提供關(guān)于不同組織成分及其空間分布的信息的能力。在特定波長(zhǎng)下，不同病理狀態(tài)組織的化學(xué)組成和物理特征有著不同的反射率、吸收度以及電磁能量，表現(xiàn)為特征光譜峰存在差異，通過分析這些光譜信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)組織狀態(tài)信息的定性或定量檢測(cè)，并根據(jù)高光譜圖像提供的空間分布信息，實(shí)現(xiàn)組織不同病態(tài)的可視化，從而診斷組織疾病狀態(tài)。在醫(yī)療領(lǐng)域， HSI的這種能力越來越多地應(yīng)用于疾病檢測(cè)和手術(shù)指導(dǎo)中。近十年來的文獻(xiàn)表明，作為一種新型的、非接觸式的光學(xué)診斷技術(shù)，HSI通過光譜圖像信息為臨床醫(yī)學(xué)提供了一種有效的輔助診斷手段，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

圖1 三維HSI圖像及光譜

3. 高光譜成像在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用方向

a）癌癥檢測(cè)，如胃癌、宮頸癌、皮膚癌、前列腺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌和卵巢腫瘤

b）心臟病、外周動(dòng)脈疾病、冠狀動(dòng)脈疾病

c）糖尿病足

d）檢測(cè)齲齒、舌苔和人喉黏膜變化

e）手術(shù)指導(dǎo)

圖2 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的高光譜設(shè)備

4. 高光譜成像在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用案例