多年来，由于我国实验室仪器及设备行业起步较晚，导致在研发技术、质量和规模等方面与国际大型企业存在一定差距。尤其在高端分析仪器领域，对进口产品的依赖较大。然而，近年来，在国家政策的支持和鼓励下，国产实验室仪器及设备制造商迎来了前所未有的发展机遇，整个行业呈现出快速增长的态势。
光谱仪器在临床实践中的应用潜力和价值已得到广泛认可。它不仅可以快速、准确地检测生物样本中的特定成分，还能够有效监测疾病进展和治疗效果，为医生提供决策支持，帮助制定更加精准的治疗方案。
2024年5月10日，在VBEF未来医疗生态展会的实验室仪器及设备分论坛上，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所的研究员、国家重点研发计划首席科学家宋一之进行了题为《光谱仪器的临床应用进展与挑战》的主题演讲。
拉曼光谱技术受到关注
光谱是指复色光通过色散系统（如棱镜或光栅）分光后，被色散出的单色光按波长或频率顺序排列的图案，通常称为光学频谱。我们主要关注的光谱波长范围包括紫外光、可见光和红外光区域。根据与辐射相互作用的物质成分不同，光谱可分为分子光谱和原子光谱两大类。分子光谱包括吸收光谱、发射光谱、荧光光谱和散射光谱。近年来，光谱技术在临床领域的研究迅猛发展，相关研究文章数量呈指数级增长。其中，拉曼光谱和近红外光谱尤为引人关注。
近些年，红外光谱在临床诊断中的应用发展迅速。中科院田捷团队开发的集成可见光和近红外I/II多光谱成像仪器，首次实现了肝癌在体近红外II区成像。近红外II区成像在成像清晰度、操作简便性及肿瘤检测率等方面具有显著优势。
拉曼光谱作为一种散射光谱技术，能够反映细胞中的糖、脂肪、蛋白质和核酸等多种化学指纹信息，结合同位素标记技术，能显示细胞的代谢状态和功能。同时，拉曼光谱适用于无损或低损检测，能够实现原位和实时检测，在临床诊断中具有重要价值。
我们团队研发的显微共聚焦拉曼光谱仪，结合CT结构的单色仪和共聚焦系统，能够实现高光谱分辨率的荧光谱采集及层扫空间分辨率的检测。这项技术在肿瘤组织检测和无创血糖监测方面展现出巨大潜力，我们也高度关注其在病原微生物检测中的应用。
微生物耐药性是目前全球公共健康领域面临的重大挑战。根据世界卫生组织的预测，抗生素耐药相关死亡已成为仅次于缺血性心脏病和中风的全球第三大死亡原因。抗生素耐药对预防和治疗日益严重的感染构成了巨大威胁，“超级细菌”将不再是科幻情节。
目前，病原微生物的临床检验金标准流程仍大量依赖于病原微生物的培养和增殖，这个过程通常需要三到七天，而重症患者可能一天都等不了。通过病原菌免培养拉曼鉴定药敏分析技术，我们从鉴定和药敏两个环节入手，建立了拉曼光谱数据库，并应用机器学习或深度学习的识别算法，实现快速鉴定病原体和判断抗生素有效性，希望能够大幅缩短临床检测时间。
光谱技术的临床应用仍有挑战
尽管光谱技术在临床研究中已经取得了显著进展，但其实际应用于临床的产品仍然有限。科学仪器在临床应用中面临诸多挑战。
首先是仪器的重复性和可靠性问题。在科研环境中，对重复性和可靠性的要求通常不如临床环境严格。然而，在临床环境中，这些指标至关重要。许多企业在面对临床需求时，可能还没有充分准备好，因此需要进一步提高仪器的可靠性。
其次是自动化程度的问题。科研仪器的自动化程度往往未达到临床使用的标准。例如，我过去使用某个仪器时，需要操作三个不同的软件来分别控制光源、探测器和计时器。对于科研人员来说，这或许可以接受，但对于临床人员来说则不可行。我们的光谱仪器必须能够自动识别细胞位置、自动采集光谱并进行自动分析，这对于临床应用至关重要。
最后是数据标准化的问题。光谱类仪器的灵敏度非常高，分辨率可能达到零点几纳米甚至更高，任何微小的波动都可能导致错误的判断结果。目前，我们正在致力于解决如何将不同实验室、不同厂家的设备数据进行标准化的问题，以确保在临床上能够得出可靠的结果。
为了克服这些挑战，我们需要进一步提高仪器的可靠性，实现高度自动化，并解决数据标准化问题。未来，期待光谱仪器能够在临床上取得更大突破，为医疗诊断提供更准确的工具，造福更多患者。
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