友思特方案 | 窥见生命光谱：光谱相机如何革新医疗检测

导读

本文介绍了光谱成像技术如何革新医疗检测，通过捕捉组织的“光谱指纹”，实现无创、精准的早期癌症诊断与术中导航。以友思特Muse 9-SNS相机为例，阐述了其在皮肤癌筛查、病理分析和内窥镜应用中的潜力，推动医疗影像从形态学迈向分子级量化分析的新时代。

引言：医学影像的困境与突破

传统的医学影像，无论是RGB彩色照片还是放射影像，捕捉的大多是形态学信息。然而，很多病症更多潜伏在表层皮肤以下，通过常规检测难以判别异常情况。比如皮肤癌，尤其是黑色素瘤，是全球发病率持续上升的癌症之一，其治愈的关键在于早期发现和彻底切除。早期诊断方面，常规的皮肤癌检测大多是通过活检切片，但这种方法是有创形式，且检测流程复杂，对于大面积可疑病变或面部等敏感部位并不友好。

在治疗阶段，对于采用药物治疗或光动力疗法的患者，传统上通过测量病灶尺寸变化来评估疗效，这种方法滞后且不灵敏。因此，外科医生在切除皮肤癌时，仍然面临一个核心难题：如何准确界定肿瘤的边界？肉眼和皮肤镜下的观察带有主观性，可能导致切除不净（残留复发）或过度切除（造成不必要的损伤和疤痕）。

因此，医疗领域需要一种成像技术的革新，同时获取除了形态以外的更多信息，借助多模态信息实现更精准、快速的检测与诊断。

一、革新医疗检测——光谱成像技术

现在，一项新的技术—高光谱成像正通过揭示人眼不可见的分子级“光谱指纹”，为早期癌症诊断开辟了一条全新的道路。

光谱成像技术将成像与光谱技术相结合，通过独特的分光技术，为图像中的每一个像素点（Pixel）都记录下一个完整而连续的光谱曲线。这意味着，它不仅在空间上“看见”目标，更在光谱维度上“解析”目标。每一个分子都有其独特的光吸收、反射和散射特性，就像人类的指纹一样，这被称为“光谱指纹”。

友思特Muese 9-SNS相机是一款独特的多光谱相机。其技术原理与市面上常见的光谱相机不同：相机内部搭载多个成像传感器，利用多色反射镜获取多个滤波光谱图像，并基于光谱预测模型，进一步还原更多波段的光谱信息。最终能够实现在400-1000nm光谱范围以内，同时并排展示22张640万像素的光谱图像，最高实时成像帧率达50Hz，是一款高分辨率、高帧率、实时成像的光谱相机。

二、光谱相机的医疗应用——“光学活检”

光谱相机为医疗检测提供了一种基于光学的活检方法

以皮肤癌检测为例，一块可疑的皮肤病变在RGB相机下可能只是一个颜色略深的斑块。但在光谱相机的“眼中”，这个斑块是由数百万个像素点构成的，每个像素点都携带着其下方组织的生化信息——胶原蛋白的含量、血红蛋白的浓度与氧合状态、黑色素的分布、细胞核的密度等。癌变组织由于细胞代谢异常、组织结构紊乱，其“光谱指纹”与周围的健康组织存在细微但可测量的差异。光谱成像的核心任务，就是精准地捕获并量化这些差异。

得益于Muses9-SNS 的实时成像与手持操作，医生只可以对病变部位进行无接触拍摄，即可在实时获得其深层的光谱数据，特别是异常光谱信号区域。通过预先设置的机器学习模型对癌变“光谱指纹”数据库进行比对分析，系统能够以极高的准确率对病变进行良恶性分类，甚至区分黑色素瘤、基底细胞癌和鳞状细胞癌等不同类型。这为患者提供了无痛、快速且高效的初步筛查和诊断工具，特别适用于高危人群的定期随访。

另外，Muses9-SNS是标准的C接口，可以与有C接口的显微镜相连接。与推扫式光谱相机不同，SNS光谱相机直接面阵实时成像，无需机械运动装置，非常适合拍摄显微镜镜头下的病理切片样本。通过对离体的组织切片进行高光谱成像，可以超越传统H&E染色的局限，提供更丰富的生化信息，辅助病理医生进行更复杂病例的诊断和分型。

光谱相机的潜力远不止于以上应用。其技术原理具有普适性，在多种医疗检测中展现出巨大潜力

内窥镜检测

集成到胃肠内窥镜或支气管镜中，在检查过程中实时提供食管癌、胃癌、结直肠癌、肺癌等黏膜组织的光谱信息，辅助医生发现平坦型、早期癌变，提高活检的命中率。

术中导航

在皮肤科、乳腺外科等手术中，利用光谱相机对手术区域进行拍摄扫描，通过特定的算法分析黑色素、血红蛋白等的光谱特征，可以生成一张伪彩色的“肿瘤边界图”。这张图能清晰地显示出即使在正常外观皮肤下浸润的癌细胞，为医生提供了一张精确的“导航地图”，帮助医生实时区分肿瘤组织与正常的脑组织或腺体组织，确保肿瘤的彻底清除，同时最大程度保护关键功能区域。

三、挑战与未来：迈向超视觉的医疗时代

尽管前景广阔，光谱成像技术在临床普及仍面临挑战。数据的海量性对处理算法和计算能力提出了高要求；建立标准化、大规模的光谱数据库是推动AI诊断模型发展的关键；此外，设备的成本控制和临床工作流的无缝集成也需要持续优化。

未来，随着多种类成像技术的发展，以及人工智能算法的深度融合，我们正迈向一个超视觉的时代。届时，癌症诊断将不再仅仅依赖于医生的经验和有限的形态学信息，而是基于更多客观、量化的分子光谱数据，以及更丰富的多模态信息。

友思特 Muses9 光谱相机系列

友思特快照多光谱相机 Muses-SnS 世界上第一台 4K 视频速率快照光谱相机和实时光谱映射仪，用于实时采集、捕获、可视化和分析。UHD/4K图像分辨率，基于AI的光谱模拟技术，先进的超快光谱分类与视频速率采集并行，实时显示监督/无监督分类图 。370-1000nm光谱范围，90%光通量，适用透射、反射、荧光三种操作模式。

友思特高光谱相机 MUSES9-HS 是一款基于全帧可调滤光片的高光谱相机，提供卓越的光通量 (94%) 和调谐范围 (370-1000nm)。在几十秒内，MUSE9-HS 会自动采集一个超立方体图像堆栈，其中包含多达 126 张（可扩展至 315 张）清晰聚焦的 640 万像素光谱图像，总共包含 640 万个光谱。

审核编辑 黄宇