可用于无创血红蛋白传感和成像的光学工具

随着开发利用血红蛋白分子与入射光之间相互作用的方法的进步，用于传感和成像血红蛋白的光学技术，无论是精确地绘制血管图还是监测血氧水平，都在迅速发展之中。

临床进展包括将光声成像（PAI）用作乳腺癌筛查工具的能力，这要归功于它能够对肿瘤的血管进行成像，以及通过智能手机使用移动健康应用程序（App）在医院诊所外实现血红蛋白的监测。

据麦姆斯咨询报道，由英国剑桥大学Sarah Bohndiek领导并发表在SPIE Journal of Biomedical Optics上的一项研究论文（Noninvasive hemoglobin sensing and imaging: optical tools for disease diagnosis）回顾了可用于无创血红蛋白传感和成像的光学工具，指出了当前最先进技术的主要局限性以及推进该技术临床应用的途径。

该研究论文涉及的技术包括脉搏血氧测定、光谱反射成像、漫反射光学成像、光谱光学相干断层扫描、光声成像和漫反射相关光谱。

光谱反射成像

脉搏血氧测定法是一种行之有效的临床第一反应技术，采用分光光度法测定外周动脉血中氧饱和血红蛋白的比例。两种不同波长的光可以区分血液中的氧合和脱氧血红蛋白。尽管在深色皮肤上使用时，其准确度较低。

从传统的指尖脉搏血氧测定法不断演进

然而，该技术在新冠肺炎（Covid-19）大流行期间脱颖而出，脉搏血氧测定法被用于监测和治疗影响血氧水平的呼吸系统疾病。该论文评论说，鉴于脉搏血氧测定法在Covid-19患者管理中长期和广泛使用的潜力，应进一步研究该方法的固有局限性。

标准和实践

光声成像和漫反射光学成像（DOI）技术相对于脉搏血氧测定法的优势在于它们能够提供深度分辨成像，深度可能达到甚至超过1厘米。然而，“尽管这些方法已在临床研究环境中得到广泛探索，但它们才刚刚开始在临床中用于患者管理的常规应用。”研究论文中指出。

深度分辨成像原理

“光声成像的一个关键挑战是生物标志物的量化。在重建过程中，会做出许多假设，包括组织中的声速、换能器脉冲响应、检测带宽和连续采样。如果这些假设失效，例如由于组织中因空气腔而产生的异质性，图像将出现失真。”

该研究报告称，光声成像的校准和临床质量保证方法仍在开发中，特别是通过社区主导的努力。

漫反射光学成像基于利用组织的散射特性，这是阻碍大多数其他成像操作的一个因素。该研究论文的作者评论说，尽管漫反射光学成像的空间分辨率有限，并且通常需要参考MRI或CT等其他方式进行分析。目前正在进行用于临床转化的漫反射光学成像系统标准化，特别是在乳腺癌检测方面。

光学技术知识的新维度

“新的血红蛋白传感和成像技术对临床医生的可接受性和相关性将受到各种因素的驱动，包括系统的成本、复杂性和物理尺寸，以及易用性和数据解释。”该研究论文指出，“脉搏血氧测定法的接受已使临床界充分认识到血氧作为生物标志物的重要性。”

人脑的血红蛋白成像

光源、光学元件和相机的微型化将降低新光学技术的成本并减轻其当前的一些技术限制，而图像处理和神经网络的进步将有助于从光学数据中提取有价值的结果。

“血红蛋白成像技术在一系列临床环境中增加了新的知识维度。”该研究报告总结道，“新兴技术可以很好地进一步加强现有临床实践的这些领域，但也可能有助于将医疗保健分散到三级护理中心，并通过部署可穿戴技术在家中进行自我监测。”

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

审核编辑 ：李倩