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(jìn)步，用于傳感和成像血紅蛋白的光學(xué)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(jìn)展包括將光聲成像（PAI）用作乳腺癌篩查工具的能力，這要?dú)w功于它能夠?qū)δ[瘤的血管進(jìn)行成像，以及通過智能手機(jī)使用移動健康應(yīng)用程序（App）在醫(yī)院診所外實(shí)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(xué)Sarah Bohndiek領(lǐng)導(dǎo)并發(fā)表在SPIE Journal of Biomedical Optics上的一項(xiàng)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(xué)工具，指出了當(dāng)前最先進(jìn)技術(shù)的主要局限性以及推進(jìn)該技術(shù)臨床應(yīng)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(xué)成像、光譜光學(xué)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(yīng)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(zhǔn)確度較低。

從傳統(tǒng)的指尖脈搏血氧測定法不斷演進(jìn)

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(yīng)進(jìn)一步研究該方法的固有局限性。

標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐

光聲成像和漫反射光學(xué)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(dá)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(yīng)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(biāo)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(yīng)、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。”

該研究報告稱，光聲成像的校準(zhǔn)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(dǎo)的努力。

漫反射光學(xué)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(xué)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(jìn)行分析。目前正在進(jìn)行用于臨床轉(zhuǎn)化的漫反射光學(xué)成像系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，特別是在乳腺癌檢測方面。

光學(xué)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(fù)雜性和物理尺寸，以及易用性和數(shù)據(jù)解釋。”該研究論文指出，“脈搏血氧測定法的接受已使臨床界充分認(rèn)識到血氧作為生物標(biāo)志物的重要性。”

人腦的血紅蛋白成像

光源、光學(xué)元件和相機(jī)的微型化將降低新光學(xué)技術(shù)的成本并減輕其當(dāng)前的一些技術(shù)限制，而圖像處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步將有助于從光學(xué)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(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)有臨床實(shí)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(hù)理中心，并通過部署可穿戴技術(shù)在家中進(jìn)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