導(dǎo)讀

本文介紹了光譜成像技術(shù)如何革新醫(yī)療檢測，通過捕捉組織的“光譜指紋”，實現(xiàn)無創(chuàng)、精準(zhǔn)的早期癌癥診斷與術(shù)中導(dǎo)航。以友思特Muse 9-SNS相機(jī)為例，闡述了其在皮膚癌篩查、病理分析和內(nèi)窺鏡應(yīng)用中的潛力，推動醫(yī)療影像從形態(tài)學(xué)邁向分子級量化分析的新時代。

引言：醫(yī)學(xué)影像的困境與突破

傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像，無論是RGB彩色照片還是放射影像，捕捉的大多是形態(tài)學(xué)信息。然而，很多病癥更多潛伏在表層皮膚以下，通過常規(guī)檢測難以判別異常情況。比如皮膚癌，尤其是黑色素瘤，是全球發(fā)病率持續(xù)上升的癌癥之一，其治愈的關(guān)鍵在于早期發(fā)現(xiàn)和徹底切除。早期診斷方面，常規(guī)的皮膚癌檢測大多是通過活檢切片，但這種方法是有創(chuàng)形式，且檢測流程復(fù)雜，對于大面積可疑病變或面部等敏感部位并不友好。

在治療階段，對于采用藥物治療或光動力療法的患者，傳統(tǒng)上通過測量病灶尺寸變化來評估療效，這種方法滯后且不靈敏。因此，外科醫(yī)生在切除皮膚癌時，仍然面臨一個核心難題：如何準(zhǔn)確界定腫瘤的邊界？肉眼和皮膚鏡下的觀察帶有主觀性，可能導(dǎo)致切除不凈（殘留復(fù)發(fā)）或過度切除（造成不必要的損傷和疤痕）。

因此，醫(yī)療領(lǐng)域需要一種成像技術(shù)的革新，同時獲取除了形態(tài)以外的更多信息，借助多模態(tài)信息實現(xiàn)更精準(zhǔn)、快速的檢測與診斷。

一、革新醫(yī)療檢測——光譜成像技術(shù)

現(xiàn)在，一項新的技術(shù)—高光譜成像正通過揭示人眼不可見的分子級“光譜指紋”，為早期癌癥診斷開辟了一條全新的道路。

光譜成像技術(shù)將成像與光譜技術(shù)相結(jié)合，通過獨特的分光技術(shù)，為圖像中的每一個像素點（Pixel）都記錄下一個完整而連續(xù)的光譜曲線。這意味著，它不僅在空間上“看見”目標(biāo)，更在光譜維度上“解析”目標(biāo)。每一個分子都有其獨特的光吸收、反射和散射特性，就像人類的指紋一樣，這被稱為“光譜指紋”。

友思特Muese 9-SNS相機(jī)是一款獨特的多光譜相機(jī)。其技術(shù)原理與市面上常見的光譜相機(jī)不同：相機(jī)內(nèi)部搭載多個成像傳感器，利用多色反射鏡獲取多個濾波光譜圖像，并基于光譜預(yù)測模型，進(jìn)一步還原更多波段的光譜信息。最終能夠?qū)崿F(xiàn)在400-1000nm光譜范圍以內(nèi)，同時并排展示22張640萬像素的光譜圖像，最高實時成像幀率達(dá)50Hz，是一款高分辨率、高幀率、實時成像的光譜相機(jī)。

二、光譜相機(jī)的醫(yī)療應(yīng)用——“光學(xué)活檢”

光譜相機(jī)為醫(yī)療檢測提供了一種基于光學(xué)的活檢方法

以皮膚癌檢測為例，一塊可疑的皮膚病變在RGB相機(jī)下可能只是一個顏色略深的斑塊。但在光譜相機(jī)的“眼中”，這個斑塊是由數(shù)百萬個像素點構(gòu)成的，每個像素點都攜帶著其下方組織的生化信息——膠原蛋白的含量、血紅蛋白的濃度與氧合狀態(tài)、黑色素的分布、細(xì)胞核的密度等。癌變組織由于細(xì)胞代謝異常、組織結(jié)構(gòu)紊亂，其“光譜指紋”與周圍的健康組織存在細(xì)微但可測量的差異。光譜成像的核心任務(wù)，就是精準(zhǔn)地捕獲并量化這些差異。

得益于Muses9-SNS 的實時成像與手持操作，醫(yī)生只可以對病變部位進(jìn)行無接觸拍攝，即可在實時獲得其深層的光譜數(shù)據(jù)，特別是異常光譜信號區(qū)域。通過預(yù)先設(shè)置的機(jī)器學(xué)習(xí)模型對癌變“光譜指紋”數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對分析，系統(tǒng)能夠以極高的準(zhǔn)確率對病變進(jìn)行良惡性分類，甚至區(qū)分黑色素瘤、基底細(xì)胞癌和鱗狀細(xì)胞癌等不同類型。這為患者提供了無痛、快速且高效的初步篩查和診斷工具，特別適用于高危人群的定期隨訪。

另外，Muses9-SNS是標(biāo)準(zhǔn)的C接口，可以與有C接口的顯微鏡相連接。與推掃式光譜相機(jī)不同，SNS光譜相機(jī)直接面陣實時成像，無需機(jī)械運動裝置，非常適合拍攝顯微鏡鏡頭下的病理切片樣本。通過對離體的組織切片進(jìn)行高光譜成像，可以超越傳統(tǒng)H&E染色的局限，提供更豐富的生化信息，輔助病理醫(yī)生進(jìn)行更復(fù)雜病例的診斷和分型。

光譜相機(jī)的潛力遠(yuǎn)不止于以上應(yīng)用。其技術(shù)原理具有普適性，在多種醫(yī)療檢測中展現(xiàn)出巨大潛力

內(nèi)窺鏡檢測

集成到胃腸內(nèi)窺鏡或支氣管鏡中，在檢查過程中實時提供食管癌、胃癌、結(jié)直腸癌、肺癌等黏膜組織的光譜信息，輔助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)平坦型、早期癌變，提高活檢的命中率。

術(shù)中導(dǎo)航

在皮膚科、乳腺外科等手術(shù)中，利用光譜相機(jī)對手術(shù)區(qū)域進(jìn)行拍攝掃描，通過特定的算法分析黑色素、血紅蛋白等的光譜特征，可以生成一張偽彩色的“腫瘤邊界圖”。這張圖能清晰地顯示出即使在正常外觀皮膚下浸潤的癌細(xì)胞，為醫(yī)生提供了一張精確的“導(dǎo)航地圖”，幫助醫(yī)生實時區(qū)分腫瘤組織與正常的腦組織或腺體組織，確保腫瘤的徹底清除，同時最大程度保護(hù)關(guān)鍵功能區(qū)域。

三、挑戰(zhàn)與未來：邁向超視覺的醫(yī)療時代

盡管前景廣闊，光譜成像技術(shù)在臨床普及仍面臨挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)的海量性對處理算法和計算能力提出了高要求；建立標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模的光譜數(shù)據(jù)庫是推動AI診斷模型發(fā)展的關(guān)鍵；此外，設(shè)備的成本控制和臨床工作流的無縫集成也需要持續(xù)優(yōu)化。

未來，隨著多種類成像技術(shù)的發(fā)展，以及人工智能算法的深度融合，我們正邁向一個超視覺的時代。屆時，癌癥診斷將不再僅僅依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗和有限的形態(tài)學(xué)信息，而是基于更多客觀、量化的分子光譜數(shù)據(jù)，以及更豐富的多模態(tài)信息。

友思特 Muses9 光譜相機(jī)系列

友思特快照多光譜相機(jī) Muses-SnS世界上第一臺 4K 視頻速率快照光譜相機(jī)和實時光譜映射儀，用于實時采集、捕獲、可視化和分析。UHD/4K圖像分辨率，基于AI的光譜模擬技術(shù)，先進(jìn)的超快光譜分類與視頻速率采集并行，實時顯示監(jiān)督/無監(jiān)督分類圖 。370-1000nm光譜范圍，90%光通量，適用透射、反射、熒光三種操作模式。

友思特高光譜相機(jī) MUSES9-HS是一款基于全幀可調(diào)濾光片的高光譜相機(jī)，提供卓越的光通量 (94%) 和調(diào)諧范圍 (370-1000nm)。在幾十秒內(nèi)，MUSE9-HS 會自動采集一個超立方體圖像堆棧，其中包含多達(dá) 126 張（可擴(kuò)展至 315 張）清晰聚焦的 640 萬像素光譜圖像，總共包含 640 萬個光譜。

審核編輯 黃宇