一張熱成像照片背后的技術(shù)思考

最近，英國(guó)一名孕婦在愛(ài)丁堡旅游時(shí)，意外通過(guò)景區(qū)的熱像儀意外記錄下一名孕婦與胎兒的“同框影像”——模糊的紅色輪廓中，胎兒蜷縮的姿態(tài)引發(fā)全網(wǎng)熱議。盡管畫(huà)面充滿溫情，但熱成像技術(shù)的局限也暴露無(wú)遺：它只能顯示體表溫度分布，卻無(wú)法解析深層組織的結(jié)構(gòu)與功能信息。

但你知道嗎？醫(yī)療界早有一種更強(qiáng)大的技術(shù)，不僅能“看輪廓”，還能透視器官、預(yù)測(cè)癌癥、指導(dǎo)手術(shù)……今天帶你揭秘真正的“未來(lái)醫(yī)療影像”——高光譜成像！本文將解析這項(xiàng)技術(shù)的科學(xué)原理，并揭示其在癌癥篩查、外科手術(shù)、慢性病管理等領(lǐng)域的真實(shí)應(yīng)用。

技術(shù)破局：萊森光學(xué)iSpecHyper?系列——從“看輪廓”到“讀生命”

熱像儀與高光譜成像的本質(zhì)差異，在于信息維度的指數(shù)級(jí)拓展。

熱像儀：僅捕獲長(zhǎng)波紅外輻射（8-14μm波段），生成溫度分布圖，空間分辨率低且無(wú)法穿透深層組織。

萊森iSpecHyper?系列高光譜相機(jī)：覆蓋可見(jiàn)光-近紅外（400-1700nm）數(shù)百個(gè)連續(xù)波段，每秒捕獲千兆級(jí)光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合獨(dú)有算法解析生物組織的成分、代謝與功能狀態(tài)。

熱成像VS高光譜成像對(duì)比圖

高光譜成像：超越人眼的“物質(zhì)解碼器”

技術(shù)原理與核心優(yōu)勢(shì)：高光譜成像通過(guò)連續(xù)捕獲數(shù)百個(gè)窄波段的光譜信息，生成兼具空間與光譜維度的“數(shù)據(jù)立方體”。其核心價(jià)值在于：

1. 物質(zhì)識(shí)別：不同組織（如腫瘤與正常細(xì)胞）具有獨(dú)特的光譜特征，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)區(qū)分（精度達(dá)90%以上）

2. 無(wú)創(chuàng)檢測(cè)：無(wú)需造影劑或切片，即可分析組織成分（如血紅蛋白、膠原蛋白）

3. 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)追蹤藥物代謝、炎癥反應(yīng)等生理過(guò)程

高光譜在醫(yī)學(xué)中的真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景

腫瘤早期篩查：從“形態(tài)診斷”到“分子診斷”

（1）皮膚癌檢測(cè)：

通過(guò)分析黑色素瘤與良性痣的光譜差異（尤其在900-1000nm波段），德國(guó)海德堡大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確率達(dá)96%，較傳統(tǒng)皮膚鏡提升20%。

白種人皮膚類(lèi)型 （a） 表皮厚度 （b） 黑色素含量 （c） 重建值

手指咬合前后和相關(guān)血容量分?jǐn)?shù)和皮膚血飽和度

（2）消化道早癌篩查：

上海瑞金醫(yī)院利用高光譜內(nèi)鏡，在胃癌前病變區(qū)域識(shí)別出特異性脂質(zhì)光譜峰，使活檢陽(yáng)性率從42%提升至79%。

患者說(shuō)：“原本要活檢3次，現(xiàn)在一次定位！”

（a）紅線標(biāo)記區(qū)域?yàn)槲赴┙M織區(qū)域（b）綠線標(biāo)記區(qū)域?yàn)閱蝹€(gè)細(xì)胞癌

胃癌組織輪廓和癌細(xì)胞的偽彩色圖像

外科手術(shù)導(dǎo)航：看得見(jiàn)“不可見(jiàn)”的病灶

（1）腦腫瘤邊界界定：

在美國(guó)某手術(shù)中高光譜系統(tǒng)可區(qū)分膠質(zhì)瘤浸潤(rùn)區(qū)（特征性NADH熒光光譜），幫助醫(yī)生切除范圍精確至0.5mm，術(shù)后復(fù)發(fā)率降低34%。

對(duì)5個(gè)不同的患者進(jìn)行優(yōu)化的空間光譜監(jiān)督分類(lèi)結(jié)果

（2）微創(chuàng)手術(shù)引導(dǎo)：

北京協(xié)和醫(yī)院在腹腔鏡集成高光譜模塊，利用腫瘤細(xì)胞的特殊熒光光譜，實(shí)時(shí)顯示膽囊動(dòng)脈與膽管的光譜差異，將膽道損傷風(fēng)險(xiǎn)從7.2%降至0.9%。

慢性病管理：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)組織微環(huán)境

（1）糖尿病足預(yù)警：

通過(guò)足部皮膚血紅蛋白氧飽和度（StO2）光譜成像，可提前3-6個(gè)月預(yù)測(cè)潰瘍風(fēng)險(xiǎn)（靈敏度91%），較傳統(tǒng)觸診提早發(fā)現(xiàn)病變。

對(duì)照組和糖尿病組之間的血容量分?jǐn)?shù)、皮膚血氧合和極化指數(shù)值

（2）器官移植評(píng)估：

高光譜可量化移植肝的缺血再灌注損傷程度（基于細(xì)胞色素C氧化酶光譜變化），指導(dǎo)免疫抑制劑精準(zhǔn)用藥。

挑戰(zhàn)與前景：技術(shù)落地的現(xiàn)實(shí)路徑

當(dāng)前技術(shù)瓶頸

1) 數(shù)據(jù)采集速度：?jiǎn)未稳頀呙栊?-10分鐘，難以滿足急診需求

2) 成本限制：醫(yī)療級(jí)設(shè)備海外市場(chǎng)價(jià)格高，基層醫(yī)院普及困難

3) 標(biāo)準(zhǔn)化缺失：不同廠商的光譜數(shù)據(jù)庫(kù)尚未統(tǒng)一，需要建中國(guó)人自己的“光譜數(shù)據(jù)庫(kù)”

但好消息是——

1) 國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)已突破快照式技術(shù)

2) 國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品性?xún)r(jià)比更高，萊森光學(xué)iSpecHyper?系列高光譜相機(jī)可比擬海外品牌，但成本更低！

3) 結(jié)合國(guó)家在醫(yī)療大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略（如健康中國(guó)2030），醫(yī)院可能通過(guò)整合多專(zhuān)科的臨床光譜數(shù)據(jù)（如代謝物光譜、組織病理光譜等），推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化中文光譜庫(kù)的建設(shè)。

有專(zhuān)家預(yù)言：“10年內(nèi)，光譜診斷或?qū)⑷〈?0%的傳統(tǒng)檢測(cè)！”

未來(lái)醫(yī)院會(huì)變成怎樣，我們可以敬請(qǐng)期待！

技術(shù)回歸醫(yī)療本質(zhì)

從一張偶然的熱成像照片，到高光譜技術(shù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)醫(yī)療革命，我們看到的不僅是成像技術(shù)的進(jìn)步，更是醫(yī)學(xué)從“經(jīng)驗(yàn)判斷”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的范式轉(zhuǎn)變。這項(xiàng)技術(shù)或許不會(huì)產(chǎn)生社交媒體上的“爆款親子照”，但它正在默默改寫(xiě)無(wú)數(shù)患者的命運(yùn)——

讓癌癥早篩更可及、讓手術(shù)更精準(zhǔn)、讓慢性病管理更主動(dòng)。

在科技與人文的交叉點(diǎn)上，這才是真正值得期待的“未來(lái)影像”。

推薦：

便攜式高光譜成像系統(tǒng)iSpecHyper-VS1000

專(zhuān)門(mén)用于公安刑偵、物證鑒定、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、礦物地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的最新產(chǎn)品，主要優(yōu)勢(shì)具有體積小、幀率高、高光譜分辨率高、高像質(zhì)等性?xún)r(jià)比特點(diǎn)采用了透射光柵內(nèi)推掃原理高光譜成像，系統(tǒng)集成高性能數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，高速USB3.0接口傳輸，全靶面高成像質(zhì)量光學(xué)設(shè)計(jì)，物鏡接口為標(biāo)準(zhǔn)C-Mount，可根據(jù)用戶(hù)需求更換物鏡。

審核編輯 黃宇