高光谱成像技术在生物中的应用进展

根据应用划分, HSI经历了三个发展阶段:在20世纪80年代后期和90年代早期, HSI主要用在空间环境遥感以及方面, 如侦查和监视; 在过去十几年, HSI被商业市场采纳, 如食品检测、安全、平板制造中的质量控制和提高药品产量等; 3)由于具有采用广泛的电磁波谱[从紫外(UV)到近红外(NIR)]获取二维图像的优势, HSI已广泛应用于考古与艺术保护[2]、植被和水资源调控[3]、食品质量安全控制[4]、犯罪现场检测[5]、法医鉴定[6]等。近年来, 高光谱相机的发展, 图像分析方法和计算能力的提高, 使其在许多医疗领域得以应用。

在生物应用领域, HSI仍然是一项比较新的技术, 但它作为一种诊断和评估的非侵入性方法却具有广泛的潜在用途。这是因为在测量不同波长的光的反射和吸收时, HSI具有从高光谱图像中提取每个像素的光谱特征同时提供关于不同组织成分及其空间分布的信息的能力。在特定波长下, 不同病理状态组织的化学组成和物理特征有着不同的反射率、吸收度以及电磁能量, 表现为特征光谱峰存在差异, 通过分析这些光谱信号可以实现组织状态信息的定性或定量检测, 并根据高光谱图像提供的空间分布信息, 实现组织不同病态的可视化, 从而诊断组织疾病状态。在医疗领域, HSI的这种能力越来越多地应用于疾病检测和手术指导中[7, 8]。近十年来的文献表明, 作为一种新型的、非接触式的光学诊断技术, HSI通过光谱图像信息为临床提供了一种有效的辅助诊断手段, 具有巨大的发展潜力。