据中国激光杂志社网，于2025年08月12日报道，胃肠道癌是人类最高发的恶性肿瘤之一。近二十年来，内窥镜技术已成为筛查与诊断胃肠道癌的核心手段；但由于视野受限，仍有8%~11%的肿瘤在检查中被遗漏。为了解决这一难题，研究人员近期开发出一种新型成像系统原型，能够显著增强医生在内窥镜检查过程中识别癌变组织的能力。该方法巧妙地将LED光源与高光谱成像技术融为一体，可以精确绘制出常规内窥镜无法看见的组织深层特性。传统的内窥镜依赖于红、绿、蓝三色宽波段成像，而高光谱成像则可以跨越众多精细的窄波段、甚至超越可见光范围来采集数据。得益于此，该系统能够敏锐地捕捉到癌变组织因生物化学成分改变而发出的独特“光谱信号”。相关研究成果发表在Journal of Medical Imaging 期刊上。

LED阵列概念的测

该研究团队由德克萨斯大学达拉斯分校（UT Dallas）定量生物成像实验室教授Baowei Fei领导。团队设计并测试了一套原型系统，其核心是一个包含18个LED的阵列，每个LED可发出不同波长的光，范围覆盖405nm~910nm。该系统工作时，每个LED会依次序贯地照亮目标组织，并由一个单色摄像头负责捕捉图像，从而构建起一套完整的高光谱数据集。

研究人员通过对术中切除的正常与癌变组织样本进行成像，以评估这套基于LED的系统性能。他们深入研究了不同成像条件对高光谱数据质量的影响，并将所获数据与作为“金标准”的参考级高光谱相机系统数据进行了对比。

医疗应用前景广阔

基于LED的原型机成功捕捉到了不同组织类型的高光谱特征，其生成的数据质量可与参考级系统相媲美。研究人员发现，他们的方法能够实现每秒超过10个高光谱数据集的成像速率，这已接近临床内窥镜检查所需的实时处理速度。

论文第一作者、德克萨斯大学达拉斯分校的博士生Naeeme Modir表示：“我们的研究证实，采用光谱LED阵列作为光源来实现高速、高质量的高光谱成像是完全可行的。研究结果表明，基于LED的系统有望为高光谱成像技术的应用提供新的可能性。”

与现有的高光谱内窥镜系统相比，这种基于LED的方案展现出多项潜在优势。传统的高光谱内窥镜需要将光纤束置入其工作通道以传输光线，这种方式限制了其他医疗器械的使用。而新设计将LED直接置于内窥镜的顶端，从而完全释放了工作通道，使其可用于手术工具或其他操作。

该系统还允许医生根据与目标组织的距离，独立调节每个LED的强度。这种实时控制有助于避免因光线过强导致的传感器饱和，或因照明不足造成的图像噪点等问题。此外，由于组织仅在极短的时间内暴露于单一波长的光下，与使用广谱白光的系统相比，这种方法有望减少因长时间光照可能造成的潜在组织损伤。

研究人员采用“波长扫描”的方式设计了这套系统，即通过LED阵列按顺序以不同波长逐一照射组织。该方法在追求成像速度与确保高光谱分辨率之间取得了理想的平衡，这与其他为了速度而牺牲分辨率、或为了分辨率而牺牲速度的高光谱成像方法形成了鲜明对比。

微型LED技术的应用，是该系统能够真正用于临床的关键。这些显微尺寸的LED（面积小于400 μm2）可被直接安装在内窥镜顶端、围绕着摄像头的电路板上。这种紧凑的设计使得在不显著增加内窥镜尺寸的前提下，集成数十个LED成为可能。

该系统的另一大优势在于能够自定义成像所用的光谱波段。未来，医生有望根据具体需求，选择针对特定癌种或组织异常优化的波长组合，从而在保持高速成像的同时，进一步提升诊断的精准度。

未来展望

Naeeme Modi指出：“尽管我们的原型机已经证实了基于LED的高光谱内窥镜技术在技术上的可行性，但在真正进入临床应用之前，仍需进行更多的研发工作。我们已经证明，这种方法能够以实用的成像速度生成高质量的高光谱数据，希望能为未来的医疗应用奠定坚实的基础。”

这项研究是迈向更高效内窥镜癌症筛查的重要一步。通过有望减少肿瘤漏诊率，并实现对更大组织区域的实时评估，基于LED的高光谱成像技术可以帮助医生做出更快、更准确的诊断，同时减少不必要的组织切除和病理学检测。

这项杰出的研究成果，是先进成像技术改变未来的生动缩影。中国激光杂志社长期致力于在全球范围内传播光学与成像领域的前沿突破，Advanced Imaging (AI)由中国科学院上海光学精密机械研究所主办，西安电子科技大学杭州研究院共同主办，中国激光杂志社出版。法国索邦大学Sylvain Gigan教授、中国科学院西安光学精密机械研究所邵晓鹏教授和中国科学技术大学徐飞虎教授担任共主编，致力于发表成像及相关领域内的高水平基础和应用研究进展，推动先进成像技术的快速发展，增强该领域国内外的学术交流合作，促进科研成果的转化。