可用于無創(chuàng)血紅蛋白傳感和成像的光學工具

隨著開發(fā)利用血紅蛋白分子與入射光之間相互作用的方法的進步，用于傳感和成像血紅蛋白的光學技術(shù)，無論是精確地繪制血管圖還是監(jiān)測血氧水平，都在迅速發(fā)展之中。

臨床進展包括將光聲成像（PAI）用作乳腺癌篩查工具的能力，這要歸功于它能夠?qū)δ[瘤的血管進行成像，以及通過智能手機使用移動健康應用程序（App）在醫(yī)院診所外實現(xiàn)血紅蛋白的監(jiān)測。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，由英國劍橋大學Sarah Bohndiek領(lǐng)導并發(fā)表在SPIE Journal of Biomedical Optics上的一項研究論文（Noninvasive hemoglobin sensing and imaging: optical tools for disease diagnosis）回顧了可用于無創(chuàng)血紅蛋白傳感和成像的光學工具，指出了當前最先進技術(shù)的主要局限性以及推進該技術(shù)臨床應用的途徑。

該研究論文涉及的技術(shù)包括脈搏血氧測定、光譜反射成像、漫反射光學成像、光譜光學相干斷層掃描、光聲成像和漫反射相關(guān)光譜。

光譜反射成像

脈搏血氧測定法是一種行之有效的臨床第一反應技術(shù)，采用分光光度法測定外周動脈血中氧飽和血紅蛋白的比例。兩種不同波長的光可以區(qū)分血液中的氧合和脫氧血紅蛋白。盡管在深色皮膚上使用時，其準確度較低。

從傳統(tǒng)的指尖脈搏血氧測定法不斷演進

然而，該技術(shù)在新冠肺炎（Covid-19）大流行期間脫穎而出，脈搏血氧測定法被用于監(jiān)測和治療影響血氧水平的呼吸系統(tǒng)疾病。該論文評論說，鑒于脈搏血氧測定法在Covid-19患者管理中長期和廣泛使用的潛力，應進一步研究該方法的固有局限性。

標準和實踐

光聲成像和漫反射光學成像（DOI）技術(shù)相對于脈搏血氧測定法的優(yōu)勢在于它們能夠提供深度分辨成像，深度可能達到甚至超過1厘米。然而，“盡管這些方法已在臨床研究環(huán)境中得到廣泛探索，但它們才剛剛開始在臨床中用于患者管理的常規(guī)應用。”研究論文中指出。

深度分辨成像原理

“光聲成像的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是生物標志物的量化。在重建過程中，會做出許多假設(shè)，包括組織中的聲速、換能器脈沖響應、檢測帶寬和連續(xù)采樣。如果這些假設(shè)失效，例如由于組織中因空氣腔而產(chǎn)生的異質(zhì)性，圖像將出現(xiàn)失真?！?br />
該研究報告稱，光聲成像的校準和臨床質(zhì)量保證方法仍在開發(fā)中，特別是通過社區(qū)主導的努力。

漫反射光學成像基于利用組織的散射特性，這是阻礙大多數(shù)其他成像操作的一個因素。該研究論文的作者評論說，盡管漫反射光學成像的空間分辨率有限，并且通常需要參考MRI或CT等其他方式進行分析。目前正在進行用于臨床轉(zhuǎn)化的漫反射光學成像系統(tǒng)標準化，特別是在乳腺癌檢測方面。

光學技術(shù)知識的新維度

“新的血紅蛋白傳感和成像技術(shù)對臨床醫(yī)生的可接受性和相關(guān)性將受到各種因素的驅(qū)動，包括系統(tǒng)的成本、復雜性和物理尺寸，以及易用性和數(shù)據(jù)解釋?！痹撗芯空撐闹赋?，“脈搏血氧測定法的接受已使臨床界充分認識到血氧作為生物標志物的重要性。”

人腦的血紅蛋白成像

光源、光學元件和相機的微型化將降低新光學技術(shù)的成本并減輕其當前的一些技術(shù)限制，而圖像處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的進步將有助于從光學數(shù)據(jù)中提取有價值的結(jié)果。

“血紅蛋白成像技術(shù)在一系列臨床環(huán)境中增加了新的知識維度。”該研究報告總結(jié)道，“新興技術(shù)可以很好地進一步加強現(xiàn)有臨床實踐的這些領(lǐng)域，但也可能有助于將醫(yī)療保健分散到三級護理中心，并通過部署可穿戴技術(shù)在家中進行自我監(jiān)測。”

論文信息：
https://doi.org/10.1117/1.JBO.27.8.080901

審核編輯 ：李倩