隨著開發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，無論是精確地繪制血管圖還是監測血氧水平，都在迅速發展之中。

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

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

該研究論文涉及的技術包括脈搏血氧測定、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，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。

從傳統的指尖脈搏血氧測定法不斷演進

然而，該技術在新冠肺炎（Covid-19）大流行期間脫穎而出，脈搏血氧測定法被用于監測和治療影響血氧水平的呼吸系統疾病。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）技術相對于脈搏血氧測定法的優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

“光聲成像的一個關鍵挑戰是生物標志物的量化。在重建過程中，會做出許多假設，包括組織中的聲速、換能器脈沖響應、檢測帶寬和連續采樣。如果這些假設失效，例如由于組織中因空氣腔而產生的異質性，圖像將出現失真。”

該研究報告稱，光聲成像的校準和臨床質量保證方法仍在開發中，特別是通過社區主導的努力。

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化的漫反射光學成像系統標準化，特別是在乳腺癌檢測方面。

光學技術知識的新維度

“新的血紅蛋白傳感和成像技術對臨床醫生的可接受性和相關性將受到各種因素的驅動，包括系統的成本、復雜性和物理尺寸，以及易用性和數據解釋。”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的成本并減輕其當前的一些技術限制，而圖像處理和神經網絡的進步將有助于從光學數據中提取有價值的結果。

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

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

審核編輯 ：李倩