高光譜成像儀是一個(gè)新興的，非破壞性的，先進(jìn)的光學(xué)檢測儀器，它具有光譜和成像的雙重功能，這種雙重功能使得高光譜成像能夠同時(shí)提供實(shí)驗(yàn)對(duì)象的化學(xué)和物理特征，并具有良好的空間分辨率。本文對(duì)高光譜成像以前的原理及其在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的應(yīng)用作了介紹，感興趣的朋友可以了解一下！
高光譜成像儀的原理：
高光譜成像不同于傳統(tǒng)成像與光譜，它綜合了兩者特點(diǎn)能夠同時(shí)獲得目標(biāo)對(duì)象的圖像和光譜信息。傳統(tǒng)成像是以特定波長記錄每個(gè)像素的強(qiáng)度，主要提供研究對(duì)象的空間信息，即物理信息；傳統(tǒng)光譜是以多個(gè)波長范圍記錄某個(gè)像素的強(qiáng)度，主要提供研究對(duì)象的光譜信息，即化學(xué)信息；而高光譜成像是以多個(gè)波長記錄每個(gè)像素的強(qiáng)度，能夠同時(shí)提供研究對(duì)象的空間和光譜信息，即物理信息和化學(xué)信息。
也就是說，高光譜成像上每個(gè)像素能夠提供幾十到幾百個(gè)連續(xù)狹窄波段的光譜信息，同時(shí)，任何一個(gè)波長的光譜數(shù)據(jù)都能生成一幅圖像，從而實(shí)現(xiàn)了“圖譜合一”。因此，高光譜圖像包含三維數(shù)據(jù)信息，也稱為數(shù)據(jù)立方體（Data Cube），或超立方體（Hypercubes）。
高光譜成像儀在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的應(yīng)用：
高光譜成像作為一種特殊的光學(xué)診斷技術(shù)最初應(yīng)用于遙感測量，然后應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)與食品安全檢測，考古研究與藝術(shù)保存領(lǐng)域回，最近開始應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是疾病診斷和健康監(jiān)測，表現(xiàn)出極大的潛力，臨床應(yīng)用情景十分廣闊。
1.體表組織和器官的原位醫(yī)學(xué)高光譜成像診斷
體表組織和器官，主要包括乳腺、嘴唇、舌頭、喉、眼睛等，可以直接反射光源輻照，原位獲取其高光譜圖像。例如，有研究者利用高光譜成像系統(tǒng)，獲取正常志愿者及惡性腫瘤患者嘴唇和舌頭的原位高光譜圖像。發(fā)現(xiàn)正常志愿者不同解剖部位的光譜在強(qiáng)度和線型不同，同樣解剖部位的不同測量點(diǎn)的光譜強(qiáng)度和線型相似；病患的正常部位與損傷部位光譜在強(qiáng)度、線型及峰強(qiáng)位置不同，利用這些差別能夠診斷嘴唇和舌頭惡性腫瘤。高光譜成像能夠原位診斷體表組織和器官的病變，為快速無損檢測提供技術(shù)支持。
2.體內(nèi)組織和器官的離體醫(yī)學(xué)高光譜成像診斷
對(duì)于人體內(nèi)部組織及臟器，往往是手術(shù)切除后進(jìn)行離體高光譜成像，主要包括胃、肺、淋巴結(jié)、動(dòng)脈等。例如有研究者應(yīng)用高光譜成像系統(tǒng)研究人體大動(dòng)脈離體組織，以組織病理學(xué)結(jié)果作為參考標(biāo)準(zhǔn)，鑒別動(dòng)脈粥樣硬化斑。獲取白光及紫外光激發(fā)的組織高光譜圖像，采用監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類算法，評(píng)估反射光譜和熒光光譜。結(jié)果表明高光譜圖像能夠鑒別動(dòng)脈粥樣硬化損傷及對(duì)高級(jí)損傷進(jìn)行分類，監(jiān)督分類效果好于非監(jiān)督分類。高光譜成像能夠診斷離體體表組織和器官的病變，為快速診斷提供新的途徑和方法。
3.病理學(xué)切片及細(xì)胞顯微高光譜成像醫(yī)學(xué)診斷
對(duì)于病理學(xué)切片及細(xì)胞等微小尺度對(duì)象，常規(guī)高光譜成像一般在空間分辨率上無法滿足要求，通常需將高光譜成像與顯微鏡整合，獲得高空間分辨率和光譜分辨率。例如研究者將高光譜成像系統(tǒng)與顯微鏡整合，獲得高分辨顯微高光譜成像系統(tǒng)，波長范圍365nm～800nm，光譜分辨率約1nm，空間分辨率約0.6nm。他們利用該系統(tǒng)獲取常規(guī)H&E 染色皮膚組織切片的高光譜圖像，采用光譜波形交叉相關(guān)分析方法，對(duì)正常、良性病變及惡性病變皮膚組織光譜進(jìn)行分類，正確率超過 85%。結(jié)果表明高光譜成像系統(tǒng)整合顯微鏡，能夠檢測皮膚組織切片，鑒別正常、良性病變及惡性病變皮膚組織。通過將高光譜成像儀與顯微鏡整合形成可顯微鏡的高光譜成像系統(tǒng)，具有高空間分辨率和光譜分辨率，能夠診斷病理學(xué)切片及細(xì)胞等微小尺度病變。
綜上所述，高光譜成像實(shí)現(xiàn)了光譜和圖像的合二為一，具有獨(dú)特的雙重功能，能夠應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷。表現(xiàn)出如下特征：
（1）成像系統(tǒng)多樣化，視場范圍從大到小兼?zhèn)洌?/p>
（2）研究對(duì)象廣泛化，從易于接觸的人體器官和組織，例如，皮膚、舌頭、乳房、眼睛等，到難以接觸的內(nèi)部臟器；
（3）臨床診斷實(shí)用化，高光譜成像系統(tǒng)與光纖、內(nèi)窺鏡等整合，使得系統(tǒng)具有更強(qiáng)的原位活體研究能力，能夠研究人體內(nèi)部臟器；
（4）分析方法功能化，多種化學(xué)計(jì)量學(xué)方法都適用于高光譜數(shù)據(jù)立方體，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和檢測及診斷。
總之，高光譜成像在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。
