双利合谱高光谱技术在生物医学上的应用分析

1. 高光谱成像的基本原理

    高光谱成像技术是利用成像光谱仪对目标物体在光谱覆盖范围内的数十或数百条谱线进行连续扫描成像，在获得目标物体外部特征图像信息的同时，也能获得反应其内部成分的光谱信息。典型推扫式高光谱成像系统的结构如图 1 所示，主要由光源、电控移动台、色散元件、面阵探测器等几部分组成。

图为 推扫式高光谱成像系统

2. 高光谱成像在生物医学领域的应用原理

在生物医学应用领域，高光谱成像(HSI) 仍然是一项比较新的技术，但它作为一种诊断和评估治疗的非侵入性方法却具有广泛的潜在用途。这是因为在测量不同波长的光的反射和吸收时， HSI具有从高光谱图像中提取每个像素的光谱特征同时提供关于不同组织成分及其空间分布的信息的能力。在特定波长下，不同病理状态组织的化学组成和物理特征有着不同的反射率、吸收度以及电磁能量，表现为特征光谱峰存在差异，通过分析这些光谱信号可以实现组织状态信息的定性或定量检测，并根据高光谱图像提供的空间分布信息，实现组织不同病态的可视化，从而诊断组织疾病状态。在医疗领域， HSI的这种能力越来越多地应用于疾病检测和手术指导中。近十年来的文献表明，作为一种新型的、非接触式的光学诊断技术，HSI通过光谱图像信息为临床医学提供了一种有效的辅助诊断手段，具有巨大的发展潜力。

图1 三维HSI图像及光谱

3. 高光谱成像在生物医学领域的应用方向

a）癌症检测，如胃癌、宫颈癌、皮肤癌、前列腺癌、乳腺癌、结肠癌和卵巢肿瘤

b）心脏病、外周动脉疾病、冠状动脉疾病

c）糖尿病足

d）检测龋齿、舌苔和人喉黏膜变化

e）手术指导

图2 在生物医学领域应用的高光谱设备

4. 高光谱成像在生物医学领域的应用案例