荧光照明技术升级，重塑医学和科研的应用方式 （下）

光源需求

每种光源的具体需求取决于其预期用途而有所不同，范围涵盖从简单的单波长装置到复杂的多通道照明系统。这些系统能够实现预期测量，最终产品所需满足的法规要求，以及为记录和责任追溯而需保存的参数，也都是影响因素。

【图示：不同色温校正下的示意图。不同的色温会呈现出不同色调的白光。例如，家用灯泡就可能是暖白光或冷白光。图片来源：iStock.com/Veronika Oliinyk。

什么是“白色”的颜色？

色温校正指的是光源所发出的光的颜色。它表示光的冷暖度，在手术应用中尤为关键，因为它影响组织的最佳对比度。显色指数表示光源与自然光的接近程度。这对于外科医生观察器官和组织天然色彩的细微差异，以及识别代表血液和重要器官的红色色调至关重要。】

光源的需求可通过评估以下因素来确定：

1. 成像对象: 是什么？

对于光学上不清晰的结构，需要使用白光或RGB组合光源来获取基础的明场图像。若为荧光成像，则需特定波长的LED或激光器以激发所关注的荧光团，并可能使用滤光片以进一步缩窄LED的光谱范围。将二者结合，可以在观察解剖结构的同时，叠加感兴趣的荧光信号，实现综合图像展示。

2. 光源结构：是否需要同时或依次使用多种波长？

若为顺序成像，光源需具备分别控制每个LED开关的能力，或能同时开启一个或多个LED。光源发出的光进入仪器光路的数值孔径（即光线的角度）将决定光线进入光学系统的效率。

3. 占用空间：光源放置在哪里？

如果光源嵌入于更大的扫描系统或手术室设备架中，其体积大小就是一个重要因素。

4. 控制：

切换速度、通过外部触发器和控制源进行控制的能力，以及支持高通量实验的自动化能力，都是需要重点考虑的因素。高功率意味着更短的曝光时间，从而可以更快地在不同颜色之间切换，在更短时间内检测更多样本。

5. 稳定性与均匀性：

光源的稳定性和均匀性包括输出稳定性和波长（漂移）稳定性，这两者都依赖于照明系统的热稳定性。一个热稳定的系统能够控制热量对波长、光学稳定性以及LED和激光器寿命的影响。

5. 反馈控制：

虽然LED的衰减较小，但其输出功率确实会随着时间逐渐变化。在光源中加入闭环反馈系统可以确保输出维持稳定，并能在系统中自动调整。在诊断和手术照明中，这一点尤为重要，因为光输出波动可能影响检测结果，甚至对患者造成不良影响。

尽管光源设计因应用不同而异，但系统组件及整体仪器都必须通盘考虑。照明设备可以是一个简单的LED光源配光纤输出，也可以是用于诊断或手术的复杂多波长系统。例如，一个嵌入大型诊断扫描仪中的光源系统将更为复杂，并需要更先进的LED热管理系统。通过外部源控制该光源的光谱、波长切换速度和功率输出，对于设备运行和提高扫描通量至关重要。

【图示：一个带有和不带闭环反馈的照明器示例。黑线表示温度变化，点表示在开启闭环反馈时光输出的偏差。温度变化时，LED的光输出或功率保持不变。图片来源：埃赛力达】

如前所述，在诊断中，为了保持每个样本接收到的光功率，实现反馈控制是非常关键的。在设计新的照明系统时，还应考虑其对云端、以太网、物联网或人工智能的适配性。

这些工具可用于实现实时协作诊断和自动图像识别——为外科医生提供帮助，以实现对患者最理想的手术结果。可能性是无限的，整个行业将持续适应这些复杂需求并不断发展壮大。

未来整合

荧光成像技术的进步已将其应用扩展到传统显微镜之外，彻底革新了医学诊断与治疗方式。可用波长和照明类型的不断进步，使得能够更深入地对组织进行成像，同时具备更高的特异性并减少对组织的损伤。在理想状态下，无需将外部荧光团引入样本或患者体内。持续的研究表明，通过暗场显微镜或先进的相位差成像技术可以实现无需标记的成像，从而减少外部干扰因素，使对细胞、组织或器官在自然状态下的研究更加精准。

展望未来，这一领域必将迎来更多创新。研究人员正致力于开发新技术，以实现对组织更深入的成像，具备更高特异性并将损伤降至最低。

最后，人工智能（AI）与这些成像技术的整合正在提升图像处理与分析能力，为自动化诊断开辟了全新领域。AI能够实现实时手术引导，并促成不同专业人员之间的协作。随着这些技术不断发展，它们有望为生物过程、疾病机制和治疗效果提供全新见解，最终改善患者的治疗结果。