近年來(lái)高光譜顯微成像在病理學(xué)檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于組織細(xì)胞的病理變化常常隨著內(nèi)部成分的變化而變化，當(dāng)入射光作用于病變組織并產(chǎn)生效應(yīng)時(shí)，所探測(cè)到的光譜就會(huì)與正常組織細(xì)胞的光譜有所不同。因此可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損、快速檢測(cè)病灶的目標(biāo)。

1. 癌細(xì)胞識(shí)別與探測(cè)

高光譜顯微成像技術(shù)可以幫助快速識(shí)別生物組織中癌細(xì)胞同時(shí)查看癌細(xì)胞在體內(nèi)的分布情況,其依據(jù)原理是對(duì)組織切片中的正常細(xì)胞和癌細(xì)胞進(jìn)行光譜采集，得到光譜和空間數(shù)據(jù)，并依此建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)細(xì)胞種類進(jìn)行鑒別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)癌細(xì)胞分布的可視化并且精準(zhǔn)快速檢測(cè)癌細(xì)胞。利用高光譜成像技術(shù)對(duì)前列腺癌進(jìn)行檢測(cè)，提取癌組織和正常組織的光譜特征，如圖1所示，使用最小二乘支持向量機(jī)對(duì)其進(jìn)行分類，使高光譜圖像分類方法的靈敏性和特異性分別為92.8% ± 2.0%和96.9% ± 1.3%。利用高光譜成像技術(shù)獲得的光譜信息對(duì)頭頸部腫瘤進(jìn)行腫瘤邊緣分類，在鱗狀細(xì)胞癌與正?？谇唤M織中，其準(zhǔn)確性、靈敏性和特異性分別為81%、84%和77%;在甲狀腺癌中，其準(zhǔn)確性、靈敏性和特異性分別為90%、91%和88%。

2. 皮膚疾病的檢測(cè)與診斷

2006年，研究人員用高光譜顯微成像系統(tǒng)對(duì)用常規(guī)蘇木伊紅染色的良性和惡性皮膚組織標(biāo)本進(jìn)行成像，發(fā)現(xiàn)正常皮膚、良性病變和惡性黑色素瘤病變的光譜特征不同，同時(shí)采用波形交叉相關(guān)分析方法對(duì)不同光譜進(jìn)行分類，正確率超過(guò)85% 。研究人員使用高光譜成像系統(tǒng)研究糖尿病患者以及正常人體前臂和腳的血紅蛋白飽和度，發(fā)現(xiàn)糖尿病人皮膚的血紅蛋白飽和度與正常人相比，略有減少。 將高光譜成像用于預(yù)測(cè)糖尿病足潰瘍愈合的臨床研究中，HT指數(shù)預(yù)測(cè)愈合的靈感度、特異性、陽(yáng)性和陰性預(yù)測(cè)值分別為93%、86%、93%和86%。在此基礎(chǔ)上，使用光譜范圍為450~700 nm的高光譜成像系統(tǒng)來(lái)評(píng)估糖尿病足潰瘍發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)測(cè)其愈合可能性。結(jié)合人體皮膚的整個(gè)可見光譜圖像對(duì)皮膚表皮厚度、黑色素體積分?jǐn)?shù)、血液體積分?jǐn)?shù)、血氧飽和度、膽紅素體積分?jǐn)?shù)等五個(gè)參數(shù)進(jìn)行了定量測(cè)量，并灰度標(biāo)定這些參數(shù)，觀察皮膚的各種區(qū)域。

圖1

圖1 典型小鼠中癌癥組織(虛線)和正常組織(實(shí)線)的光譜特征平均值

圖2

圖2 來(lái)自三種不同組織的(左)病變區(qū)域和(右)正常區(qū)域的光譜特征的比較

3. 體內(nèi)組織和器官疾病診斷

高光譜顯微成像廣泛地用于胃、腎以及動(dòng)脈等體內(nèi)組織和器官的疾病診斷。研究團(tuán)隊(duì)采集了手術(shù)切除胃組織的高光譜圖像，比較正常組織與癌變組織的光譜，發(fā)現(xiàn)了癌變組織與正常組織的光譜特征的不同，找到癌變組織的特征光譜，并將此波段數(shù)據(jù)輸入LS-SVM進(jìn)行訓(xùn)練，最終分類靈敏度與特異性達(dá)到了93%和91%。對(duì)高光譜圖像中胃組織切片的光譜信息進(jìn)行分析以找到正常細(xì)胞和癌細(xì)胞光譜特征的不同，進(jìn)行鑒別。應(yīng)用高光譜成像系統(tǒng)對(duì)胃組織進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在600~800 nm范圍內(nèi)腫瘤粘膜的平均光譜吸收率高于正常粘膜組織，利用腫瘤目標(biāo)識(shí)別算法對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià)和分類，分別獲得了78.8%、92.5%、85.6%的靈敏度、特異性和檢測(cè)準(zhǔn)確率。等對(duì)胃組織進(jìn)行高光譜成像并獲取組織的光譜信息用于區(qū)分腫瘤與正常粘膜。

高光譜顯微成像技術(shù)及其在病理學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用，此外還介紹了一種新型的可編程高光譜顯微成像技術(shù)及其所實(shí)現(xiàn)的光學(xué)染色功能。目前，受制于化學(xué)染色的局限性，難以實(shí)現(xiàn)高效的病理學(xué)檢查，利用高光譜顯微成像技術(shù)，可對(duì)病理組織切片進(jìn)行無(wú)損和快速成像，同時(shí)獲得光譜信息，在對(duì)高光譜顯微圖像進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理后，可獲取關(guān)于病理組織切片的生理、生化信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的病理診斷。