用于组织分类的反射式多光谱时间分辨光学成像方法和装备技术

某些方面涉及用于非侵入性光学成像的装备和技术，其需要多个对应于不同时间和不同频率两者的图像。此外，本文所述的替代方案用于多种组织分类应用，包括评估组织状态例如烧伤和其它创伤的存在和严重程度。

Reflective multispectral time resolved optical imaging method and apparatus for tissue classification

Some aspects involve equipment and techniques for non-invasive optical imaging, which require multiple images corresponding to different times and frequencies. In addition, the alternatives described in this article are useful for a variety of tissue classification applications, including assessing the status of an organization, such as the presence and severity of burns and other trauma.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于组织分类的反射式多光谱时间分辨光学成像方法和装备相关申请的交叉引用本申请依照35U.S.C§119(e)要求以下专利申请的权益：2014年10月29日提交的美国临时专利申请号62/072,177，名称为“用于组织分类的反射式多光谱时间分辨光学成像方法和装备(REFLECTIVEMODEMULTI-SPECTRALTIME-RESOLVEDOPTICALIMAGINGMETHODSANDAPPARATUSESFORTISSUECLASSIFICATION)”；2015年2月5日提交的美国临时专利申请号62/112,348，名称为“用于组织分类的反射式多光谱时间分辨光学成像方法和装备(REFLECTIVEMODEMULTI-SPECTRALTIME-RESOLVEDOPTICALIMAGINGMETHODSANDAPPARATUSESFORTISSUECLASSIFICATION”；2015年2月9日提交的美国临时专利申请号62/114,027，名称为“用于组织分类的反射式多光谱时间分辨光学成像方法和装备(REFLECTIVEMODEMULTI-SPECTRALTIME-RESOLVEDOPTICALIMAGINGMETHODSANDAPPARATUSESFORTISSUECLASSIFICATION”；2015年2月12日提交的美国临时专利申请号62/115,536，名称为“用于组织分类的反射式多光谱时间分辨光学成像方法和装备(REFLECTIVEMODEMULTI-SPECTRALTIME-RESOLVEDOPTICALIMAGINGMETHODSANDAPPARATUSESFORTISSUECLASSIFICATION”；2015年3月20日提交的美国临时专利申请号62/136,398，名称为“用于组织分类的反射式多光谱时间分辨光学成像方法和设备(REFLECTIVEMODEMULTI-SPECTRALTIME-RESOLVEDOPTICALIMAGINGMETHODSANDAPPARATUSESFORTISSUECLASSIFICATION”；和2015年9月4日提交的美国临时专利申请号62/214,885，名称为“用于组织分类的反射式多光谱时间分辨光学成像方法和装备(REFLECTIVEMODEMULTI-SPECTRALTIME-RESOLVEDOPTICALIMAGINGMETHODSANDAPPARATUSESFORTISSUECLASSIFICATION”，由此将其各自的内容通过引用并入本文。关于联邦资助研发的声明本公开中描述的一些工作是在合同编号为HHSO100201300022C的美国政府资助下完成的，该合同是在美国卫生与人类服务部(U.S.DepartmentofHealthandHumanServices)中的筹备与应对助理秘书长办公室(theOfficeoftheAssistantSecretaryforPreparednessandResponse)内由生物医学高级研究与发展管理局(BARDA)授予的。美国政府在本专利技术中可以具有一定的权利。
本文公开的系统和方法涉及非侵入性临床成像，更具体地涉及皮下血流的非侵入性成像、漫反射分光光谱法和计算机辅助诊断。
技术介绍
以下所列的参考文献包括可以被认为有助于理解本公开的各个方面的
技术介绍
：1.US6,353,7532.US6,352,5173.US6,889,0754.“Burns:TheNeglectedbutSolvableHealthCrisis.(烧伤：不可忽视但可以解决的健康危机)”ReSurgeInternational.<http://www.resurge.org/transforming_lives/story_burns.cfm>AccessedFeb9th,2015(2015年2月9日获得).5.2011NationalBurnRepository:ReportofDatafrom2001-2010(2011年全国烧伤档案：2001-2010年的数据报告).AmericanBurnAssociation(美国烧伤协会)2011.A.A.AlianandK.H.Shelley,“Photoplethysmography(光电容积描记法)”BestPract.Res.Clin.Anaesthesiol(最佳实践与研究的临床麻醉学),28(4),395–406,(2014).F.F.H.Goetz,“MultispectralandHyperspectralimagingtechnologiesinconservation:currentresearchandpotentialapplications(自然保护中的多光谱和超光谱成像技术：当前研究和潜在应用)”Stud.Conserv.(保护研究)7.3-16(2006).A.Reisner,P.A.Shaltis,D.McCombie,andH.H.Asada,“Utilityofthephotoplethysmogramincirculatorymonitoring(光电容积描记在循环监测中的用途)”Anesthesiology(麻醉学),108,950–958,(2008).6.AfromowitzMA,CallisJB,HeimbachDM,etal.“Multispectralimagingofburnwounds:anewclinicalinstrumentforevaluatingburndepth(烧伤创伤的多光谱成像：一种新的用于评估烧伤深度的临床仪器)”.IEEEtransactionsonbio-medicalengineering(IEEE生物医学工程汇刊).1988.35:842-850.7.AfromowitzMA,VanLiewGS,HeimbackDM.Clinicalevaluationofburninjuriesusinganopticalreflectancetechnique(使用光反射技术临床评估烧伤损伤).IEEETransactionsonBiomedicalEngineering(IEEE生物医学工程汇刊).1987；34(2):114-27.8.AnselmoVJ,ZawackiBE.“Multispectralphotographicanalysis.Anewquantitativetooltoassistintheearlydiagnosisofthermalburndepth(一种用于辅助热烧伤深度的早期诊断的新的定量工具)”Annalsofbiomedicalengineering(生物医学工程年鉴).1977.5:179-193.9.ArsenaultKA,Al-OtaibiA,DevereauxDJ,ThorlundK,TittleyJG,WhitlockRP.Theuseoftranscutaneousoximetrytopredicthealingcomplicationsoflowerlimbamputations:asystematicreviewandmeta-a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像系统，包括：一个或多个光源，所述一个或多个光源被配置为照射第一组织区域；一个或多个图像获取设备，所述一个或多个图像获取设备被配置为接收从第二组织区域反射的光；一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置为控制该一个或多个光源和该一个或多个图像获取设备以获取对应于不同时间和不同频率带两者的多个图像；和处理器，所述处理器被配置为至少部分根据该多个图像依照一种或多种临床状态分析该第二组织区域的面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.29 US 62/072,177;2015.02.05 US 62/112,348;1.一种成像系统，包括：一个或多个光源，所述一个或多个光源被配置为照射第一组织区域；一个或多个图像获取设备，所述一个或多个图像获取设备被配置为接收从第二组织区域反射的光；一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置为控制该一个或多个光源和该一个或多个图像获取设备以获取对应于不同时间和不同频率带两者的多个图像；和处理器，所述处理器被配置为至少部分根据该多个图像依照一种或多种临床状态分析该第二组织区域的面积。2.权利要求1所述的系统，其中所述第二组织区域是所述第一组织区域的一部分。3.权利要求1-2中任一项所述的系统，进一步包括：显示器，所述显示器被配置为以第二组织区域的图像的形式显示所述处理器分析所述区的结果。4.权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述一个或多个光源被配置为以近似均匀的强度照射所述第一组织区域。5.权利要求1-4中任一项所述的系统，进一步包括滤光器。6.权利要求1-5中任一项所述的系统，其中所述系统是可移动的。7.权利要求1-6中任一项所述的系统，其中所述处理器被进一步配置为确定根据选择的临床状态分类的表面积的百分比。8.权利要求1-7中任一项所述的系统，其中所述分类是创伤分类。9.权利要求8所述的系统，其中所述创伤是对皮肤的创伤，例如烧伤、擦伤、撕裂伤、破裂损伤、刺伤、穿透伤、溃疡或由病理过程例如癌症导致的改变、或者色素沉着过度或由静脉功能不全导致的瘀滞性皮炎。10.权利要求1-7中任一项所述的系统，其中依照一种或多种临床状态的分析包括分类成创伤的或健康的、或者临床可操作的或临床不可操作的区域。11.权利要求9所述的系统，其中所述创伤的严重程度是对烧伤组织或健康组织的分类，例如健康组织、一度烧伤、二度烧伤或三度烧伤；或者对于创伤或烧伤相关或并列的皮肤区域的解剖学方面的分类，例如健康皮肤、充血、适于植皮的皮肤区域、皮肤区域的厚度、或者该皮肤是否包括肉芽组织及其量。12.一种方法，包括：用一个或多个光源照射第一组织区域；用一个或多个图像获取设备接收从第二组织区域反射的光；获取对应于不同时间和不同频率带的第二组织区域的多个图像；和至少部分根据该多个图像，对该第二组织区域的面积进行分类。13.权利要求12所述的方法，其中所述第二组织区域是所述第一组织区域的一部分。14.权利要求12-13中任一项所述的方法，进一步包括以第二组织区域的图像的形式显示所述分类。15.权利要求12-14中任一项所述的方法，其中所述一个或多个光源被配置为以近似均匀的强度照射所述第一组织区域。16.权利要求12-15中任一项所述的方法，进一步包括过滤所接受的光。17.权利要求12-16中任一项所述的方法，进一步包括过滤所述一个或多个光源。18.权利要求12-17中任一项所述的方法，进一步包括测定依照选择的临床状态分类的表面积的百分比。19.权利要求12-18中任一项所述的方法，其中所述分类是创伤分类。20.权利要求19所述的方法，其中所述创伤是对皮肤的创伤，例如烧伤、擦伤、撕裂伤、破裂损伤、刺伤、穿透伤、或慢性创伤，例如溃疡。21.权利要求12-18中任一项所述的方法，其中依照一种或多种临床状态的分类包括分类成创伤的或健康的。22.权利要求21所述的方法，其中所述创伤的严重程度是对烧伤组织或健康组织的分类，例如健康组织、一度烧伤、二度烧伤或三度烧伤；或者对于创伤或烧伤相关或并列的皮肤区域的解剖学方面的分类，例如健康皮肤、充血、适于植皮的皮肤区域、皮肤区域的厚度、或者该皮肤是否包括肉芽组织及其量。23.一种成像系统，包括：一个或多个光源，所述一个或多个光源被配置为照射第一组织区域；一个或多个图像获取设备，所述一个或多个图像获取设备被配置为接收从第二组织区域反射的光；用于获取对应于不同时间和不同频率带的第二组织区域的多个图像的装置；和用于根据该多个图像对该第二组织区域的面积进行分类的装置。24.权利要求23所述的系统，其中所述第二组织区域是所述第一组织区域的一部分。25.权利要求23-24中任一项所述的系统，进一步包括：显示器，所述显示器被配置为以第二组织区域的图像的形式显示该分类。26.权利要求23-25中任一项所述的系统，其中所述一个或多个光源被配置为以近似均匀的强度照射所述第一组织区域。27.权利要求23-26中任一项所述的系统，进一步包括滤光器。28.权利要求23-27中任一项所述的系统，其中所述系统是可移动的。29.权利要求23-28中任一项所述的系统，进一步包括用于测定根据选择的临床状态分类的表面积的百分比的装置。30.权利要求23-29中任一项所述的系统，其中所述分类是创伤分类。31.权利要求30所述的系统，其中所述创伤是对皮肤的创伤，例如烧伤、擦伤、撕裂伤、破裂损伤、刺伤、穿透伤、或慢性创伤，例如溃疡。32.权利要求23-29中任一项所述的系统，其中所述分类是烧伤组织或健康组织的创伤分类，例如健康组织、一度烧伤、二度烧伤或三度烧伤；或者对于创伤或烧伤相关或并列的皮肤区域的解剖学方面的分类，例如健康皮肤、充血、适于植皮的皮肤区域、皮肤区域的厚度、或者该皮肤是否包括肉芽组织及其量。33.一种诱导创伤愈合或改善创伤修复的方法，包括：(a)获取对应于不同时间和不同频率带的第一组织区域和第二组织区域的多个图像，例如通过使用权利要求1-11或23-32中任一项所述的系统，其中所述第二组织区域包括创伤的至少一部分，所述第一组织区域包括健康组织；(b)根据(a)中获取的多个图像分类第二组织区域的面积；和(c)为该创伤的至少一部分提供治疗剂和治疗技术中的一种或两种以诱导创伤愈合。34.权利要求33所述的方法，其中所述创伤是对皮肤的创伤，例如烧伤、擦伤、撕裂伤、破裂损伤、刺伤、穿透伤、或慢性创伤，例如溃疡。35.权利要求34所述的方法，其中所述分类是烧伤组织或健康组织的创伤分类，例如健康组织、一度烧伤、二度烧伤或三度烧伤；或者对于创伤或烧伤相关或并列的皮肤区域的解剖学方面的分类，例如健康皮肤、充血、适于植皮的皮肤区域、皮肤区域的厚度、或者该皮肤是否包括肉芽组织及其量。36.权利要求33-35中任一项所述的方法，其中所述治疗剂是生长因子，例如FGF或HGF、类固醇、抗生素、分离或浓缩的包括干细胞和/或内皮细胞的细胞群体或组织移植物，或者这些治疗剂的任何组合。37.一种监测创伤愈合或创伤修复的方法，包括：(a)获取对应于不同时间和不同频率带的第一组织区域和第二组织区域的多个图像，例如通过使用权利要求1-11或23-32中任一项所述的系统，其中所述第二组织区域包括创伤的至少一部分，所述第一组织区域包括健康组织；(b)根据(a)中获取的多个图像分类所述第二组织区域的面积；(c)为该创伤的至少一部分提供治疗剂以诱导创伤愈合；和(d)在进行(c)之后至少重复(a)和(b)。38.权利要求37所述的方法，其中所述创伤是对皮肤的创伤，例如烧伤、擦伤、撕裂伤、破裂损伤、刺伤、穿透伤、或慢性创伤，例如溃疡。39.权利要求38所述的方法，其中所述分类是烧伤组织或健康组织的创伤分类，例如健康组织、一度烧伤、二度烧伤或三度烧伤；或者对于创伤或烧伤相关或并列的皮肤区域的解剖学方面的分类，例如健康皮肤、充血、适于植皮的皮肤区域、皮肤区域的厚度、或者该皮肤是否包括肉芽组织及其量。40.权利要求37-39中任一项所述的方法，其中所述治疗剂是生长因子，例如FGF或HGF、类固醇、抗生素、分离或浓缩的包括干细胞和/或内皮细胞的细胞群体或组织移植物，或者这些治疗剂的任何组合。41.一种分类创伤的方法，包括：(a)获取对应于不同时间和不同频率带的第一组织区域和第二组织区域的多个图像，例如通过使用权利要求1-11或23-32中任一项所述的系统，其中所述第二组织区域包括创伤的至少一部分，所述第一组织区域包括健康组织；和(b)根据(a)中获取的多个图像分类第二组织区域的面积。42.权利要求41所述的方法，其中所述创伤是对皮肤的创伤，例如烧伤、擦伤、撕裂伤、破裂损伤、刺伤、穿透伤、或慢性创伤，例如溃疡。43.权利要求41所述的方法，其中所述分类是烧伤组织或健康组织的创伤分类，例如健康组织、一度烧伤、二度烧伤或三度烧伤；或者对于创伤或烧伤相关或并列的皮肤区域的解剖学方面的分类，例如健康皮肤、充血、适于植皮的皮肤区域、皮肤区域的厚度、或者该皮肤是否包括肉芽组织及其量。44.权利要求41-43中任一项所述的方法，进一步包括在(b)之后对该创伤选择治疗方案。45.一种对创伤清创的方法，包括：(a)获取对应于不同时间和不同频率带的第一组织区域和第二组织区域的多个图像，例如通过使用权利要求1-11或23-32中任一项所述的系统，其中所述第二组织区域包括创伤的至少一部分，所述第一组织区域包括健康组织；(b)根据(a)中获取的多个图像确定清创的边界，例如与该创伤的健康组织和坏死组织的分界面邻近的区域；和(c)在该清创边界内对该创伤清创。46.权利要求45所述的方法，其中所述创伤是对皮肤的创伤，例如烧伤、擦伤、撕裂伤、破裂损伤、刺伤、穿透伤、或慢性创伤，例如溃疡。47.权利要求45-46中任一项所述的方法，进一步包括在(c)之后为所述创伤选择治疗方案。48.权利要求45-47中任一项所述的方法，进一步包括在(c)之后提供治疗剂，例如生长因子，例如FGF或HGF、类固醇、抗生素、分离或浓缩的包括干细胞和/或内皮细胞的细胞群体或组织移植物，或者这些治疗剂的任何组合。49.一种识别慢性创伤的方法，包括：(a)获取对应于不同时间和不同频率带的第一组织区域和第二组织区域的多个图像，例如通过使用权利要求1-11或23-32中任一项所述的系统，其中所述第二组织区域包括创伤的至少一部分，所述第一组织区域包括健康组织；和(b)根据(a)中获取的多个图像将第二组织区域的面积分类为代表慢性创伤的面积。50.权利要求49所述的方法，进一步包括为所述慢性创伤选择治疗方案。51.权利要求49或50所述的方法，进一步包括提供治疗剂，例如生长因子，例如FGF或HGF、类固醇、抗生素、分离或浓缩的包括干细胞和/或内皮细胞的细胞群体或组织移植物，或者这些治疗剂的任何组合。52.一种评估烧伤严重程度的方法，包括：将受试者定位在光源和图像获取设备的附近；使用所述光源照射所述受试者的第一组织区域；使用所述图像获取设备获取第二组织区域的多个图像；至少部分根据用该图像获取设备获取的所述多个图像分类所述第二组织区域的面积的烧伤状态；和至少部分根据该分类计算所述受试者的总烧伤体表面积的百分比估算值。53.权利要求52所述的方法，其中所述第二组织区域是所述第一组织区域的一部分。54.权利要求52-53中任一项所述的方法，其中照射受试者的所述第一组织区域包括由一个或多个光源用近似均匀的强度照射该第一组织区域。55.权利要求52-54中任一项所述的方法，进一步包括以第二组织区域的图像的形式显示所述分类。56.权利要求52-55中任一项所述的方法，进一步包括计算所述第二组织区域的至少一个区的烧伤程度的估算值。57.权利要求52-56中任一项所述的方法，进一步包括为总烧伤身体表面区域的至少一部分提供治疗剂以诱导烧伤的愈合。58.权利要求52-57中任一项所述的方法，进一步包括为总烧伤身体表面区域的至少一部分选择治疗方案。59.权利要求52-58中任一项所述的方法，进一步包括根据所述多个图像确定清创的边界，例如与该烧伤的至少一部分的健康组织和坏死组织的分界面邻近的区域。60.权利要求59所述的方法，进一步包括对清创边界内的烧伤进行清创。61.权利要求52-60中任一项所述的方法，其中所述第一组织区域包括所述受试者的近似全部的表面。62.权利要求52-61中任一项所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·迈克尔·迪马约，范文胜，杰弗里·E·撒切尔，李伟志，莫伟荣，
申请(专利权)人：光谱MD公司，
类型：发明
国别省市：美国,US