近年來高光譜顯微成像在病理學檢測中得到了廣泛的應用。由于組織細胞的病理變化常常隨著內(nèi)部成分的變化而變化，當入射光作用于病變組織并產(chǎn)生效應時，所探測到的光譜就會與正常組織細胞的光譜有所不同。因此可以實現(xiàn)無損、快速檢測病灶的目標。

1. 癌細胞識別與探測

高光譜顯微成像技術可以幫助快速識別生物組織中癌細胞同時查看癌細胞在體內(nèi)的分布情況,其依據(jù)原理是對組織切片中的正常細胞和癌細胞進行光譜采集，得到光譜和空間數(shù)據(jù)，并依此建立數(shù)學模型，對細胞種類進行鑒別，進而實現(xiàn)對癌細胞分布的可視化并且精準快速檢測癌細胞。利用高光譜成像技術對前列腺癌進行檢測，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對其進行分類，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獲得的光譜信息對頭頸部腫瘤進行腫瘤邊緣分類，在鱗狀細胞癌與正?？谇唤M織中，其準確性、靈敏性和特異性分別為81%、84%和77%;在甲狀腺癌中，其準確性、靈敏性和特異性分別為90%、91%和88%。

2. 皮膚疾病的檢測與診斷

2006年，研究人員用高光譜顯微成像系統(tǒng)對用常規(guī)蘇木伊紅染色的良性和惡性皮膚組織標本進行成像，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，同時采用波形交叉相關分析方法對不同光譜進行分類，正確率超過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測糖尿病足潰瘍愈合的臨床研究中，HT指數(shù)預測愈合的靈感度、特異性、陽性和陰性預測值分別為93%、86%、93%和86%。在此基礎上，使用光譜范圍為450~700 nm的高光譜成像系統(tǒng)來評估糖尿病足潰瘍發(fā)展的風險和預測其愈合可能性。結(jié)合人體皮膚的整個可見光譜圖像對皮膚表皮厚度、黑色素體積分數(shù)、血液體積分數(shù)、血氧飽和度、膽紅素體積分數(shù)等五個參數(shù)進行了定量測量，并灰度標定這些參數(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(實線)的光譜特征平均值

圖2

圖2 來自三種不同組織的(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、腎以及動脈等體內(nèi)組織和器官的疾病診斷。研究團隊采集了手術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進行訓練，最終分類靈敏度與特異性達到了93%和91%。對高光譜圖像中胃組織切片的光譜信息進行分析以找到正常細胞和癌細胞光譜特征的不同，進行鑒別。應用高光譜成像系統(tǒng)對胃組織進行檢測，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，利用腫瘤目標識別算法對光譜信號進行評價和分類，分別獲得了78.8%、92.5%、85.6%的靈敏度、特異性和檢測準確率。等對胃組織進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及其在病理學檢測中的應用，此外還介紹了一種新型的可編程高光譜顯微成像技術及其所實現(xiàn)的光學染色功能。目前，受制于化學染色的局限性，難以實現(xiàn)高效的病理學檢查，利用高光譜顯微成像技術，可對病理組織切片進行無損和快速成像，同時獲得光譜信息，在對高光譜顯微圖像進一步數(shù)據(jù)處理后，可獲取關于病理組織切片的生理、生化信息，進而實現(xiàn)快速、準確的病理診斷。