雙利合譜高光譜技術(shù)在生物醫(yī)學上的應(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目標物體在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條譜線進行連續(xù)掃描成像，在獲得目標物體外部特征圖像信息的同時，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、電控移動臺、色散元件、面陣探測器等幾部分組成。

圖為 推掃式高光譜成像系統(tǒng)

2. 高光譜成像在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用原理

在生物醫(yī)學應(yīng)用領(lǐng)域，高光譜成像(HSI) 仍然是一項比較新的技術(shù)，但它作為一種診斷和評估治療的非侵入性方法卻具有廣泛的潛在用途。這是因為在測量不同波長的光的反射和吸收時， HSI具有從高光譜圖像中提取每個像素的光譜特征同時提供關(guān)于不同組織成分及其空間分布的信息的能力。在特定波長下，不同病理狀態(tài)組織的化學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可以實現(xiàn)組織狀態(tài)信息的定性或定量檢測，并根據(jù)高光譜圖像提供的空間分布信息，實現(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)用于疾病檢測和手術(shù)指導中。近十年來的文獻表明，作為一種新型的、非接觸式的光學診斷技術(shù)，HSI通過光譜圖像信息為臨床醫(yī)學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)學領(lǐng)域的應(yīng)用方向

a）癌癥檢測，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、外周動脈疾病、冠狀動脈疾病

c）糖尿病足

d）檢測齲齒、舌苔和人喉黏膜變化

e）手術(shù)指導

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

4. 高光譜成像在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用案例