反射式高光谱人体组织检测技术研究进展
时间：2021-04-28 00:17:05 来源：星星阅读网 本文已影响 人 
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摘要： 高光谱成像（HSI）检测技术在农业生产检测、地质勘探以及城市规划等方面已经得到了广泛的应用。随着高光谱技术的不断发展，基于反射式高光谱成像效应，在可见光到近红外波段（400～1 100 nm），对人体组织的实时、快速和精准的非损伤检测技术也已经成为医学领域的一个重点研究方向。简要回顾了高光谱技术在医学方面的发展现状以及不同的高光谱技术在人体组织检测方面的对比，综述了反射式高光谱技术在不同人体组织检测方面的应用和成果，包括皮肤水肿、舌肿瘤以及肺癌等方面的研究进展，并提出了高光谱技术在医学领域亟待解决的问题。
关键词：
反射式高光谱； 可见光； 近红外光； 人体组织检测
中图分类号： R 32933文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2017.01.013
Research progress in human tissue detection technologies
based on reflection hyperspectra
YUAN Xupeng1， ZHANG Dawei1， WANG Cheng2， DAI Bo1， ZHAO Mantong1
（1.School of OpticalElectrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China；
2.School of Medical Instrument and Food Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）
Abstract：
Hyperspectral imaging（HSI）detection technology has been widely used in agricultural detection，geological exploration and urban planning and so on.With the development of HSI technology，the technology of human tissue detection based on reflection HSI effect in the visibletonearinfrared band（4001 100 nm） has become a key research direction due to its various advantages like realtime，fast and accurate noninvasive characteristics.We review the current situation of HSI on the way of medical science and the contrast of different HSI technologies applied in human tissue detection，and summarize the research applications and achievements of human tissue detection based on reflection HSI，including cutaneous edema，tongue tumor and lung cancer and so on.The urgent problems of HSI in the medical field are also presented.
Keywords： reflection hyperspectra； visible light； near infrared light； human tissue detection
引言
目前，基于光譜成像（SI）的遥感技术（RST）已经在农业生产监测、煤矿挖掘、目标识别和检测、灾难预警、军事勘测以及城市规划等方面得到了广泛的应用[1]。高光谱成像（HSI）技术的出现和快速发展是遥感技术又一个新的重要应用。
在医学应用领域，高光谱成像仍是一项比较新的技术。到目前为止，组织病理学仍然是各种癌症诊断的黄金标准，但是，这种方法对人体有很大的损伤且成本比较高，最终的诊断结果仍取决于病理学专家的主观判断[2]，诊断的结果难免会具有一定的片面性。最重要的是，检查一个疑似肿瘤的病理学组织切片通常需要花费几天的时间[3]。核磁共振成像（MRI）、X射线断层摄影术（CT）以及超声波检查法等技术虽然已经发展成为现代生物医学的主流成像技术，但其最大的困难之一是成像时器官和周围的组织区分得不是特别明显，当需要检测的物体在不断运动的时候，整个检测过程将会变得更具有挑战性[4]。高光谱成像技术的出现将会为各种疾病的诊断以及外科手术的指导提供参考[5]。
基于生物组织光学特性的不同，高光谱成像技术按照测量模式的不同可以分为三大类：反射式高光谱[6]、透射式高光谱[7]以及与荧光技术结合的反射式高光谱[8]。荧光和反射模式相结合的技术[89]一般用于鉴定生物分子或者诊断各种组织的表面形态。透射模式通常和显微镜相结合[7，10]，用来测量入射光透过生物组织后的光强。在高光谱的实际应用中，反射模式应用最为广泛[11]。例如，Akbari等[12]利用近红外（1 000～2 500 nm）高光谱成像技术并结合支持向量机（SVM）算法来检测10个人体的胃组织，最终确定1 226～1 251 nm和1 288～1 370 nm波段的光谱作为测量正常组织和癌变组织的光谱，能为医生在手术时提供安全边距，也能检测手术之后癌变组织是否被完全切除干净。Nouri等[13]利用高光谱成像系统结合波段转换与选择的方法在实验中检测猪的输尿管，实验证明波段选择法比波段转换法提供的信息更多，但是波段转换法中波段与波段之间的相关性更低。
