综述：拉曼光谱在临床医学中的进展：当前趋势与未来展望

《Advanced Photonics Research》：Advancing Clinical Medicine with Raman Spectroscopy: Current Trends and Future Perspectives

本综述系统探讨了拉曼光谱（RS）在临床医学中的诊断与治疗应用潜力，涵盖肿瘤鉴别、代谢监测、神经退行性疾病及心血管研究等多领域。文章指出RS虽面临信号干扰、标准化不足等挑战，但通过提升灵敏度、多中心验证及与监管机构合作，有望成为跨疾病诊断与患者分层的重要工具。

　　

摘要

拉曼光谱与显微技术（RS）作为一种非破坏性分析手段，通过电磁辐射与样本分子的相互作用，提供分子几何构型与振动状态信息，广泛应用于生物医学领域。其在区分健康与恶性细胞/组织、监测代谢变化、表征生物分子过程等方面展现出显著潜力，尤其在癌症检测、神经退行性疾病监测、心血管与胃肠道研究、液体活检及术中引导中具有重要价值。尽管存在信号干扰、标准化缺失与临床应用局限等挑战，未来需通过提升灵敏度、重现性及多中心临床验证推动其成为可靠临床工具。

1 引言

RS技术基于非弹性碰撞原理，通过激光照射样本（如图1所示），检测散射光波长变化（拉曼位移）以获取分子振动信息。其可与显微镜联用实现化学成像，提供样本分子空间分布细节。RS的优势包括不受水分子光谱显著干扰，支持体内测量，并可通过光纤适配内窥镜评估。表面增强拉曼散射（SERS）利用金属纳米结构增强信号，进一步提升检测灵敏度。

然而，RS面临荧光背景噪声、低散射效率（仅约10^?6–10^?8光子参与拉曼散射）及光谱复杂性等挑战。近红外（NIR）激发、SERDS技术和机器学习背景扣除等方法可部分缓解干扰。标准化协议缺失与生物样本异质性亦限制其临床转化。未来需通过多模态平台整合、大规模临床试验及标准化流程推动应用。

1.1 临床转化机遇与挑战

RS尚未广泛投入临床使用，主因缺乏监管批准设备、标准化仪器及临床适用协议。激光安全、数据解读复杂性及操作者依赖性亦是障碍。需开发用户友好界面、快速响应系统并与电子医疗记录整合，同时通过多中心试验证明其相对于金标准技术（如组织病理学、PCR）的优越性。

1.2 案例研究与临床试验

Desroches等人开发手持RS探针用于脑肿瘤术中实时区分正常组织、肿瘤与坏死，准确率达87%。Rashid团队通过拉曼微光谱识别宫颈上皮内瘤变（CIN）的生化变化，Zú?iga等人则利用便携式RS区分乳腺恶性与良性组织，支持术中边缘评估。这些研究凸显RS的临床可行性，但需扩大样本量与标准化验证。

2 血液学与免疫学应用

RS在血液成分分析中应用广泛，因其样本易得且反映全身生理病理状态。血浆/血清研究聚焦肿瘤诊断与分级，如血栓性微血管病、感染炎症区分（如细菌vs非细菌）、疟疾与登革热检测。此外，RS用于监测脑缺血、肝炎C、先兆子痫等疾病，并通过代谢物（如葡萄糖、胡萝卜素、C反应蛋白）定量辅助诊断。

血小板激活与聚集研究揭示心血管疾病机制，阿尔茨海默病模型中小鼠血小板显示蛋白质谱变化（740 cm^?1和1654 cm^?1波段）。细胞外囊泡（EVs）与血栓风险关联亦通过SERS检测。白细胞研究涵盖核质区分、亚型分类（单核细胞、粒细胞、T/B/NK细胞）及激活状态监测。RS在白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤诊断中表现优异，如区分B细胞白血病亚型（准确率>88%），并通过光谱变化追踪化疗响应。红细胞研究涉及疟疾（血色素检测）、糖尿病（膜脂变化）、遗传性贫血（地中海贫血、镰状细胞病）及氧化应激反应，血红蛋白构象与氧结合分析亦为重点。

3 肿瘤学应用

RS通过识别恶性转化中的代谢变化，在癌症诊断、治疗规划与监测中发挥作用。其可区分恶性与正常组织，适用于皮肤、脑、肺、乳腺、口腔、卵巢、胰腺及前列腺癌等。液体活检（血液、尿液、唾液）中循环肿瘤标志物（如游离DNA、循环肿瘤细胞、EVs）的检测提供无标记快速诊断。例如，尿液RS区分乳腺癌（准确率80%），血清SERS识别鼻咽癌（准确率90.2%），前列腺癌诊断灵敏度达97.5%。

组织样本中，RS分析口腔癌水含量、前列腺癌区分（灵敏度90.5%）、宫颈癌胶原与DNA变化（准确率97%）及胰腺癌小鼠模型（灵敏度>91%）。乳腺癌光谱显示蛋白质、脂肪酸与胡萝卜素振动差异，深度学习模型提升风险评估精度。皮肤癌诊断中，RS区分黑色素瘤、基底细胞癌与鳞状细胞癌（ex vivo灵敏度99%），脑肿瘤研究揭示脂质、蛋白质组成变化及手术引导价值（灵敏度93%）。肺癌meta分析显示 pooled灵敏度92%，特异性94%。

4 胃肠病学应用

RS在消化疾病诊断中潜力显著，可通过分子特征区分癌前病变（肠化生、高级别不典型增生）与肿瘤。胃组织分析显示癌症相关分子变化， pooled灵敏度与特异性分别为0.89和0.92。近期研究拓展至慢性胃炎、肠化生亚型区分及幽门螺杆菌检测，推动早期诊断与内镜整合应用。