此篇文章想讓你知道的是
關鍵字│元素分析 ‧ 空間分佈 ‧ 高光譜成像 ‧ 快速分析 ‧ 快速監測
在生物醫學的研究中，需要透過分析生物組織的化學成分和元素分佈來理解組織的功能和疾病狀態。而傳統的元素分析技術需要進行取樣、前處理等複雜步驟之餘，也難以獲得空間分佈資訊。
而 LIBS 雷射剝蝕分析在生物醫學領域中是一個新興的技術，除了能夠直接分析原始樣品，也能在設定上調整取樣面積及雷射功率，進行細小區塊的定點剝蝕取樣。
快速取樣分析的優勢，讓 LIBS 在短時間內就能產出元素分析數據，並進一步轉換成為圖像化資訊，讓生物組織的元素含量與分佈狀況更加直觀及可視化。對癌症診斷、藥物研發以及生物醫學研究等領域都具有重要的應用價值。
肝組織中顯影劑與元素分佈
具有高空間解析度的元素組成與分佈資訊
在MRI對肝組織掃描分析中，需仰賴Gadoxetate顯影劑來增強影像清晰度。LIBS不僅提供S、Cu、Fe、Mn、Zn在肝臟組織的空間分佈資訊，也進一步提供不同劑量的Gadoxetate(以Gd表示)於肝臟中不同組織的累積顯影程度。
上圖所示，Gadoxetate顯影劑的劑量與觀測元素S、Cu、Fe、Mn、Zn成正相關。而在20µm空間分辨率下，精確分辨出 S、Cu、Fe、Mn、Zn 在肝臟組織的分佈。有助於確認及識別組織中是否出現異常反應，提高病理診斷準確性。
牙齒中氟化鈣分佈資訊
固態樣品中的輕元素分析
F在傳統元素分析中是難以測定的輕元素之一。然而LIBS除了能夠克服輕元素檢測瓶頸之外，直接固體剝蝕的特色，也讓元素分析過程快速簡潔。
此研究是以含不同比例的F，主要基底為氫氧磷灰石(Hydroxyapatite, HA)的標準品作為定量依據，進行牙齒中 CaF 的檢測與空間分佈資訊分析。
牙齒中的CaF含量可以反映人體對氟化物的暴露水平。此研究主要目的是以牙齒 CaF 作為早期發育過程中氟化物暴露的生物標誌物進行實驗及追蹤。 上圖a和b是來自含氟化自來水系統地區之還未斷奶的嬰兒，7-9歲孩童的牙齒樣本分析結果，而圖c為無氟化自來水系統地區的10-14歲青少年牙齒樣本。分析結果清楚顯示，圖a和b的牙齒樣本CaF含量明顯高於圖c。
高光譜成像在生物醫學領域中是個嶄新又快速發展的技術。最大的貢獻之一，就是將癌症組織中的組成圖像化，在不需要切除組織樣本的前提下進行快速病理診斷，讓患者無需承擔額外的不適。
上圖為實際腫瘤組織與高光譜模擬示意圖。其中腫瘤區域被黃色包圍，而綠色、紅色、藍色和黑色像素分別代表正常、腫瘤、高血管化和背景標記樣本。
英國癌症研究慈善基金會(Cancer Research UK)所資助的HELICOID (HypErspectraL Imaging Cancer Outcomes Database) 計劃，主要目標是開發和使用高光譜成像技術來改善癌症診斷和治療。
該計劃旨在建立一個大型的高光譜癌症成像數據庫。通過收集多個研究中心的高光譜成像數據並將這些數據與臨床結果進行整合分析，幫助未來癌症診斷及治療更加快速進步。
高光譜成像的高分辨率特性，能夠分辨癌症組織與正常組織之間細微的差異，對於像是腦癌而言，其所在位置通常會環繞著更多其他組織，讓一般解析癌症的影像技術(MRI或斷層掃描)難以辨別。
如今高光譜成像多與機器學習，AI人工智能等技術相結合，能夠幫助醫生更加準確診斷病症，也可以對治療進度進行監測，進而選擇最有效的治療方案。
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