高光谱成像在医学方面的应用

高光谱成像在医学方面的应用 高光谱成像技术(HIS)是对相机采集到的宽幅光谱进行分析的技术。不同于普通的 RGB 相机，高光谱成像在每一个像元上通过更多的通道来记录更多的图像在光谱纬度的信息。 高光谱成像起初是被特别利用在卫星上，用来对地球的自然环境进行监测。经过多年的探索跟使用，现如今的很多对于高光谱成像在植物，土地跟水的应用技术已经相对成熟。但是高光谱成像技术带来的技术革命远不止这些。 欧盟医学联合会近些年成功的将 Headwall 高光谱成像技术引进到外科医学平台。 利用该技术，外科医生可以更快，更准确的在原本不是很容易确定病灶的部位进行检测，从而可以为患者制定更有效的治疗方式。这其中的-个很成功的应用是在脑部肿瘤方面的应用。在以往，因为颅腔的高封闭特性，颅内组织病变是一件很难检查的事情。即便通过传统的化学跟物理检测得知了病变性质，也不会有更多的信息来帮助治疗过程。2016年，联合会利用 Headwall 高光谱成像光谱仪搭建了高光谱成像癌症检测系统。该系统可以实时提供一个高分辨率，经过像差校正的高光谱图像给神经外科医生。帮助医生去分辨出哪些是病变的组织，哪些是正常的组织。这在有高光谱成像技术帮助之前是很难实时做到的。 Surgeon's view of tumorHyperspectralview 脑部肿瘤 RGB图像 脑部肿瘤高光谱图像 由于通过可见光用肉眼很难去区分到底哪些组织是正常的，哪些是病变的，所以想要通过图像来区别这两种组织就要从非可见光的范围内对他们进行分析。在这套高光谱肿瘤检测系统中，在传感器获得到高光谱图像后，利用大脑病变组织与正常组织在非可见光的光谱特征的不同，通过利用特殊波段进行计算，生成彩色的指数图。利用醒目的颜色标记出病变的位置，提醒医生哪些可以摘除，哪些不可以。这样可以大大降低手术意外发生的概率。也可以大大提高手术对病变组织的移除效率。现在，该系统已经投放到脑外科临床进行实用并获得不小的成功。这也使得更多的机构开始着手研究高光谱成像技术在其他医学方面可以带来的技术升级。 不同于其欧盟的研究，美国国家标准技术研究所(NIST)的研究着眼于高光谱在医学试验上的应用。现如今高光谱应用在其他行业中已经趋近于成熟，所以，图像数据获取方面已经不用再花费更多的精力再去研究了。反倒是在图像处理后的结果应用更需要完善。鉴于在医学应用中没有现成的定位系统，没有办法在外科医生进行手术的时候给出做直观的病变范围的限定。所以设计一种可以直观的 划定出哪些是病变组织，哪些对于医学应用来说就不是很有必要。对此， NIST研究设计了一款点样仪。 NIST 点样仪 这种点样仪可以通过软件对高光谱成像进行初步的校正，然后经过提取出高光谱波段的不同 DN 值来计算，算出一个指数并通过理化试验设定一个阈值来区分哪些是病变的细胞或组织，哪些是正常的。在区分好了好与坏之后发送指令给孔径很小的着色针让其在不同的部分着不一样的颜色，从而以最直观的方式在样本中区别病变与正常。 高光谱成像从只应用于卫星，发展到搭载于 UAV 与室内。越来越完善的发展可以提供给医学应用以及研究更多一个维度的数据参考。这种多一个维度的参考给医学技术带来的技术革命越来越多。在不久的将来，也会有更多的应用出现在临床。 引用： *M.L. Clarke，J.Y. Lee， D.V. Samarov， D.W. Allen， M..LLitorja， R. Nossaland J. Hwang.Designing microarray phantoms for hyperspectral imagingvalidation. Biomedical Optics Express，Vol. 3(6)， pp.1291-1299，，doi：10.1364/BOE.3.001300. 高光谱成像技术（HIS）是对相机采集到的宽幅光谱进行分析的技术。不同于普通的RGB相机，高光谱成像在每一个像元上通过更多的通道来记录更多的图像在光谱纬度的信息。高光谱成像起初是被特别利用在卫星上，用来对地球的自然环境进行监测。经过多年的探索跟使用，现如今的很多对于高光谱成像在植物，土地跟水的应用技术已经相对成熟。但是高光谱成像技术带来的技术革命远不止这些。欧盟医学联合会近些年成功的将Headwall高光谱成像技术引进到外科医学平台。 利用该技术，外科医生可以更快，更准确的在原本不是很容易确定病灶的部位进行检测，从而可以为患者制定更有效的治疗方式。这其中的一个很成功的应用是在脑部肿瘤方面的应用。在以往，因为颅腔的高封闭特性，颅内组织病变是一件很难检查的事情。即便通过传统的化学跟物理检测得知了病变性质，也不会有更多的信息来帮助治疗过程。2016年，联合会利用Headwall高光谱成像光谱仪搭建了高光谱成像癌症检测系统。该系统可以实时提供一个高分辨率，经过像差校正的高光谱图像给神经外科医生。帮助医生去分辨出哪些是病变的组织，哪些是正常的组织。这在有高光谱成像技术帮助之前是很难实时做到的。由于通过可见光用肉眼很难去区分到底哪些组织是正常的，哪些是病变的，所以想要通过图像来区别这两种组织就要从非可见光的范围内对他们进行分析。在这套高光谱肿瘤检测系统中，在传感器获得到高光谱图像后，利用大脑病变组织与正常组织在非可见光的光谱特征的不同，通过利用特殊波段进行计算，生成彩色的指数图。利用醒目的颜色标记出病变的位置，提醒医生哪些可以摘除，哪些不可以。这样可以大大降低手术意外发生的概率。也可以大大提高手术对病变组织的移除效率。现在，该系统已经投放到脑外科临床进行实用并获得不小的成功。这也使得更多的机构开始着手研究高光谱成像技术在其他医学方面可以带来的技术升级。不同于其欧盟的研究，美国国家标准技术研究所（NIST）的研究着眼于高光谱在医学试验上的应用。现如今高光谱应用在其他行业中已经趋近于成熟，所以，图像数据获取方面已经不用再花费更多的精力再去研究了。反倒是在图像处理后的结果应用更需要完善。鉴于在医学应用中没有现成的定位系统，没有办法在外科医生进行手术的时候给出做直观的病变范围的限定。所以设计一种可以直观的划定出哪些是病变组织，哪些对于医学应用来说就不是很有必要。对此，NIST研究设计了一款点样仪。这种点样仪可以通过软件对高光谱成像进行初步的校正，然后经过提取出高光谱波段的不同DN值来计算，算出一个指数并通过理化试验设定一个阈值来区分哪些是病变的细胞或组织，哪些是正常的。在区分好了好与坏之后发送指令给孔径很小的着色针让其在不同的部分着不一样的颜色，从而以最直观的方式在样本中区别病变与正常。高光谱成像从只应用于卫星，发展到搭载于UAV与室内。越来越完善的发展可以提供给医学应用以及研究更多一个维度的数据参考。这种多一个维度的参考给医学技术带来的技术革命越来越多。在不久的将来，也会有更多的应用出现在临床。引用：*M.L. Clarke, J.Y. Lee, D.V. Samarov, D.W. Allen, M. Litorja, R. Nossal and J. Hwang. Designing microarray phantoms for hyperspectral imaging validation. Biomedical Optics Express, Vol. 3(6), pp. 1291-1299, doi: 10.1364/BOE.3.001300.编译：北京欧普特科技有限公司