CN111433589B - 成像方法和系统以及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

一种系统可以包含：发射器，被配置成向生物组织发射第一波长的电磁(EM)辐射和第二波长的EM辐射的辐射；以及接收器，被配置成在所述波长的EM辐射与所述生物组织相互作用之后接收对所述第一波长的EM辐射和所述第二波长的EM辐射的响应。所述系统还可以包含信号混合器单元，被配置成执行操作，所述操作包含：复制并混合表示所述接收器接收到的对所述第一波长的EM辐射的所述响应的第一信号以及表示所述接收器接收到的对所述第二波长的EM辐射的所述响应的第二信号，以生成一组光谱空间响应；复制并混合所述光谱空间响应以生成标记；以及复制并混合所述标记和用户选择的标记以输出与所述生物组织的表征相关联的序列。

Description

成像方法和系统以及计算机可读介质
技术领域
本公开总体上涉及成像生物组织或其他受试者的领域，例如通过多种方法中的任一种对生物组织进行测序和/或表征，这些方法可以包含使用电磁(electromagnetic，EM)频带基于生物组织来表征人的物理状态。
背景技术
人眼能够观察EM光谱的可见光波长范围，其是整个EM光谱的很小一部分。如果例如太阳的宽带“白色”光源照明对象，则该对象除了可见光波长之外，还会传送其它波长。通过测量对象所传送的光谱的某些特性可以提供有关对象固有特性的线索。例如，这些性质可以包含观察到的对象的物理状态或分子组成，以及其它衍生的性质。
本公开中要求保护的主题不限于解决任何缺点或仅在例如上述那些环境中操作的实施例。相反，提供该背景仅仅是为了说明一个示例技术领域，其中可以实践本公开中描述的一些实施例。
发明内容
一个或多个实施例可以包含一种方法，该方法包含：向生物组织发射第一波长的电磁(electromagnetic，EM)辐射；并且在第一波长的EM辐射与生物组织相互作用之后，在以空间图案布置的多个接收器处接收对第一波长的EM辐射的响应。该方法还可以包含：向该生物组织发射第二波长的EM辐射；并且在第二波长的EM辐射与生物组织相互作用之后，在接收器处接收对第二波长的EM辐射的响应。该方法还可以包含对表示接收到的对该第一波长的EM辐射的响应的第一信号和表示接收到的对该第二波长的EM辐射的响应的第二信号执行处理。该处理可以包含；复制并混合第一信号和第二信号以生成一组光谱空间响应；复制并混合光谱空间响应以生成多个标记；以及复制并混合标记和用户选择的标记以输出与生物组织的表征相关联的序列。
一个或多个实施例可以包含一种系统，该系统包含：多个发射器，该发射器被配置成向生物组织发射第一波长的电磁(electromagnetic，EM)辐射和第二波长的EM辐射的辐射；多个接收器，该接收器以空间图案布置，并且被配置成在第一波长的EM辐射与生物组织相互作用之后接收对第一波长的EM辐射的响应，以及在第二波长的EM辐射与生物组织相互作用之后接收对第二波长的EM辐射的响应。该系统还可以包含信号混合器单元，该信号混合器单元被配置成执行操作，该操作包含：复制并混合表示接收器接收到的对第一波长的EM辐射的响应的第一信号以及表示接收器接收到的对第二波长的EM辐射的响应的第二信号，以生成一组光谱空间响应；复制并混合光谱空间响应以生成标记；以及复制并混合标记和用户选择的标记以输出与生物组织的表征相关联的序列。
一个或多个实施例可以包含非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质含有指令，该指令在由处理器执行时被配置成使系统执行一个或多个操作。该操作可以包含指示第一组发射器向生物组织发射第一波长的电磁(EM)辐射并且从以空间图案布置的多个接收器接收第一信号，该第一信号表示在第一波长的EM辐射与生物组织相互作用之后对第一波长的EM辐射的响应。该操作还可以包含指示第二组发射器向生物组织发射第二波长的EM辐射并且从接收器接收第二信号，该第二信号表示在第二波长的EM辐射与生物组织相互作用之后对第二波长的EM辐射的响应的。该操作还可以包含对第一信号和第二信号执行处理，其中该处理包含：复制并混合第一信号和第二信号以生成一组光谱空间响应；复制并混合光谱空间响应以生成标记；以及复制并混合标记和用户选择的标记以输出与生物组织的表征相关联的序列。
将至少通过在权利要求中特别指出的元素、特征和组合来实现和达到实施例的目的和优点。
应理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例和说明性的，而不是对要求保护的本发明的限制。
附图说明
将通过使用附图以附加的具体性和细节来描述和解释示例实施例，其中：
图1示出了用于成像和/或分析生物组织或其他受试者的示例系统；
图2示出了用于使用透射照射来成像和/或分析生物组织或其他受试者的示例系统；
图3示出了用于使用反射来成像和/或分析生物组织或其他受试者的示例系统；
图4示出了有助于成像和/或分析生物组织或其他受试者的发射器和接收器的一种示例布置；
图5示出了信号混合器装置的第一部分的示例；
图6示出了信号混合器装置的第二部分的示例；
图7示出了信号混合器装置的第三部分的示例；
图8示出了成像和/或分析生物组织或其他受试者的示例方法的示例流程图；以及
图9示出了示例计算系统。
具体实施方式
为了适当地分级生物物质状态，需要识别和监视某些可以可靠和稳健地表示该状态的指纹。在许多情况下，由于生物物质中固有的自然变化，这些标识符被接收到的信号中的噪声覆盖，人类无法推断出与生物组织状态的直接相关性。
有几种方法，例如用于多带通感测的多光谱(multispectral，MS)或超光谱成像。在成像的情况下，一种方法是将使用多色照相机捕获的彩色图像分离成红色、绿色和蓝色(RGB)通道。该方法将可见光光谱细分为三个独立的光谱带。在此类方法中，光谱带高度依赖于用于成像的多色传感器的光谱响应，并且将在不同制造商的不同传感器之间会有所不同。该方法不是视场(field-of-view，FOV)内的目标的非常精确的辐射度量表示，因为多色传感器通常使用拜耳(Bayer)滤光器来获取三通道RGB信息，并且使用不一定含有类似的光谱信息的相邻像素来插值给定传感器像素中的丢失光谱信息。
多光谱成像的一种替换方法采用与单色照相机结合的一系列光谱带通滤光器。这些滤光器被设计成精确地发送感兴趣的波长范围，同时抑制所有其它波长。可以使用如电动滤光轮、液晶可调谐滤光器或声光可调谐滤光器的方法将滤光器放置在进入照相机的光的路径中。另一个替换方法使用一系列可以用特定波长范围的光照射目标的光源。在该替换方法中，在单色照相机上获取所传送的光。
一些方法使用各种光束分裂器布置执行用于多光谱成像的同时成像，使得每个光谱区域可以在其自身的各自的照相机系统上成像。一些方法使用手持式MS成像器，该手持式MS成像器限于在非常有限的光谱带中执行成像，例如可见光和近红外(near-Infrared，NIR)光谱范围。然而，这些系统仅在可见光或NIR光谱范围内操作，并且通常体积庞大。其它基于MS的成像方法限于光源或传感器滤光器的离散EM光谱，因此可以访问、处理和提取的数据点数量有限。
虽然先前的方法试图利用统计模型从摄影图像或数据中提供对生物物质状态的预测分析和诊断，但是这些方法没有效果。由于可能存在变化和状态的庞大语料库，这些先前的方法不能精确地或以高概率确定状态。
公开了一种系统和方法，其可以执行对从生物组织传送的信号的测量，以及产生对生物组织状态的此类自然变化具有稳健性的直接相关性。该系统具有以受控方式在各种选择的EM频带处辐射的适当源，并且能够以高灵敏度检测响应的EM辐射(例如，在与生物组织相互作用之后的辐射)。
本公开的实施例改进了这些先前的方法。参考附图来解释这些实施例。
图1示出了根据本公开的一个或多个实施例的与成像生物组织或其他受试者相关的示例系统100。系统100可以包含一个或多个发射器110、一个或多个接收器120以及信号混合器单元130。发射器110可以向要成像的受试者发射EM辐射，并且接收器120可以在EM辐射已经与受试者相互作用之后接收EM辐射。信号混合器单元130可以基于EM辐射相互作用对由接收器120生成的信号执行处理。信号混合器单元130可以包含第一部分132、第二部分134和第三部分136。
系统100可以被配置成执行对从生物组织传送的信号的测量，以及产生对生物组织状态的此类自然变化具有稳健性的直接相关性。系统100可以包含以受控方式在各种选择的EM频带处辐射的适当源，并且能够以高灵敏度检测此类发射的辐射。在一些实施例中，生物组织的成像可以利用透射照射来执行以用于受试者的子层探测，其示例在图2中示出。在一些实施例中，生物组织的成像可以利用镜面反射来执行，其示例在图3中示出。
发射器110可以包含被配置成发射EM辐射的任何系统、装置或组件。EM辐射可以包含任何范围的EM辐射，例如无线电波、微波、红外(infrared，IR)波、可见光、紫外(ultraviolet，UV)光、x射线、伽马射线、太赫兹波等。在一些实施例中，发射器110可以包含多个发射器，其中不同的发射器110被配置成发射不同波长的辐射，并且可以被独立地激发以发射辐射。附加地或可替换地，发射器110可以是可调谐的或以其它方式可调节的，使得单个发射器110可以被配置成在不同时间(或同时)发射多个不同波长。
在一些实施例中，发射器110可以包含时间交错的独立频带受限的EM辐射源和/或扩展的带通源。例如，如果三个发射器与三个不同的EM辐射频带一起使用，则可以依次为发射器供电以发射其各自的EM辐射频带和要由接收器120检测的目标响应。在这些和其它实施例中，发射器110的组合可以提供与受试者相互作用的预期的激发EM辐射。预期的EM辐射可以表示为：
S(f)＝S0(f0)+S1(f1)+...+Sk(fk)
其中每个发射场Si(fj)可以表示从第i个发射源以具有特定带通域的频率j发射的EM场。在一些实施例中，发射器110可以提供任何形式的空间辐射，例如顶环(tophat)、贝塞耳(Bessel)、高斯(Gaussian)等。
接收器120可以包含被配置成检测EM辐射并且生成表示检测到的EM辐射的信号的任何系统、装置或组件。在一些实施例中，接收器120可以包含多个接收器120，其中每个接收器被配置成接收不同波长的EM辐射(例如，窄带接收器)。附加地或可替换地，单个接收器可以被配置成检测多个波长的辐射(例如，宽带接收器)。在一些实施例中，接收器120中的一个或多个可以利用滤光器或其它机制，使得接收器120检测到的信号表示特定的波长带，而不是该接收器接收到的所有波长的EM辐射。此类滤光器可以是可调谐滤光器或者可以是静态滤光器。
在一些实施例中，由接收器120检测到的EM辐射可以表示为：
D(f)＝D0(f0)+D1(f1)+...Dl(fl)
其中目标位置Di(fj)可以表示由第i个接收器在频率j处检测到的EM场。
在一些实施例中，接收器120可以包含具有电荷耦合装置(charged coupleddevice，CCD)或互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)像素的成像传感器。在一个实施例中，接收器120可以利用离散滤光器在检测辐射上提供带通。除了时间交错的源之外，此类滤光器在接收器120上的组合和放置可以为信号混合器单元提供基础，以产生非稀疏相互作用响应(例如，用于估计目标状态的信号)。在一些实施例中，接收器120可以包含在特定位置和角度接收EM信号的任何形式的天线。
信号混合器单元130可以包含被配置成对由接收器120检测到的信号执行处理的任何系统、装置或组件。在一些实施例中，信号混合器单元130可以包含计算装置(例如图9中所示的计算装置)。信号混合器单元130可以包含第一部分132或层、第二部分134或层和/或第三部分136或层。
在一些实施例中，信号混合器单元130可以被实现为集成电路、查找表功能或例如数字信号处理单元、现场可编程阵列、光学全息单元的各种自适应混合电路。信号混合器单元130的实现可以采用各种形式，并且不限于某个架构或硬件。
第一部分132可以被配置成复制并混合接收器120的信号，以生成由接收器120检测到的可以是时间交错的空间光谱响应。例如，空间光谱响应可以包含表示受试者对由发射器110发射并且由接收器120在EM辐射的多个光谱带上和在接收器120的布置的空间区域上检测到的EM辐射的响应的值。
在一些实施例中，第一部分132还可以利用与接收器120相关的数据或信号。例如，第一部分132可以包含复制单元层，随后是混合器单元层(可以以级联方式重复任何次数)。在这些和其它实施例中，时间交错的发射器110信号和由接收器120检测的空间和光谱交织的响应可以被复制并混合，以产生来自各个接收器120的每个或组合的空间光谱响应。换言之，第一部分132可以被配置成使用来自时分多路复用发射器110的信号和来自空间光谱接收器120的信号的组合来产生来自生物组织或其他受试者的空间光谱矩阵响应。在一些实施例中，第一部分132的操作可以由第n(l＝1,...,N)个混合接收器y(n)＝[y1(n),...,yK(n)]T的第k个发射器信号表示，其是发射器的对应的幅度向量a(n)变换为a(n)＝[a1(n),...,aM(n)]T，根据
y(n)＝g[a(n)]+e(n)，
对于n＝1,...,N，其中函数g:RM→RK(例如，基于与生物组织或样本相互作用并由接收器120检测到的EM辐射来识别发射器130的信号发生了什么)包含线性或非线性解混合器单元，并且e(n)包含信号群集中的噪声序列。
第二部分134可以被配置成复制并混合空间光谱响应以生成与受试者相关联的标记。例如，通过混合空间光谱响应，可以生成表示受试者的各种特征的一组标记。
在一些实施例中，复制器单元可以利用输入信号并且将其复制多次以产生输出信号，以馈送到一组混合器单元中。混合器单元可以利用一组输入信号并且基于混合函数执行混合以产生输出信号。在这些和其它实施例中，用第二部分134的信号混合器单元所使用的混合函数(f)可以表示为
Figure GDA0004035759250000071
其中ai和bi是对应于第i个输入信号的参数，并且x1,x2,...,xp可以表示提供目标的空间图的第i个输入信号(例如，由第一部分132生成的光谱空间响应的给定元素的复制)。
在一些实施例中，可以基于所需应用来调谐信号混合器单元130的参数。例如，如果成像皮肤和分析皮肤疾病，则标记可以包含任何生理标记、去氧血红蛋白浓度、氧合血红蛋白等，并且可以相应地调谐参数。在一些实施例中，在包含吸收、透射、反射、散射、拉曼(Raman)散射、布里渊(Brillouin)散射、瑞利(Rayleigh)散射等的线性和非线性光-物质相互作用的任何组合之后，可以基于接收到的信号来调整参数。在一些实施例中，可以基于各种标记在整个受试者中的物理位置以及在接收到的信号未被第一部分132混合之后观察到的空间变化来生成各种标记的图。例如，生物组织或其他受试者的离散空间位置处的各种标记的浓度可以用于通过生物组织或其他受试者产生这些标记的异质性图。在这些和其它实施例中，可以调谐信号混合器单元的参数以使得能够使用选择的生理标记来产生目标的异质性图。
第三部分136可以被配置成复制并混合受试者的标记和用户选择的标记以生成表示受试者的序列。用户选择的标记可以包含组织疾病、形状、大小等。该序列可以操作为指纹或条形码，通过该指纹或条形码可以确定受试者的状态。例如，可以识别序列的各个部分和/或将其与序列的其它参考部分进行比较以识别受试者的状态。该序列可以称为放射性序列，并且可以包含任何数量的参数，例如数千个参数。该序列可以为生物物质的状态提供高度特异性(或甚至唯一的)指纹，并且可以作为此类状态的密钥，类似于基因组序列。例如，就像基因组序列的各个部分可以被识别为对应于待编码的给定蛋白质一样，放射序列的序列或部分可以识别生物组织或其他受试者的特定状态。
在一些实施例中，第三部分136的操作可以由混合函数表示
Figure GDA0004035759250000081
其中cu和du是对应于第u个标记或用户选择的标记(ru)的参数，并且s(...)表示由第三部分136输出的序列。
在一些实施例中，系统100可以输出由第三部分136生成的序列，并且将该序列提供给比较代理或机器。该比较代理或机器可以将序列与一组已知的预先验证的序列进行比较，以预测生物组织或其他受试者的给定状态和/或相关联的预后。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对图1进行修改、添加或省略。例如，系统100可以包含比所示组件更多或更少的组件。
图2示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于使用透射照射成像和/或分析生物组织230或其他受试者的示例系统200。如图2中所示，一个或多个发射器210(例如，发射器210a、210b、...、210n)可以被配置成在与生物组织230(或一些其他受试者)相互作用之后发射由一个或多个接收器220(例如，接收器220a、220b、...、220c)接收的EM辐射215。
如图2中所示，发射器210可以被定位和布置成使得EM辐射可以在接收器220接收到生物组织230的响应之前穿过生物组织230。当EM辐射215穿过生物组织230时，对其的响应可以通过与生物组织230的相互作用而被修改、反射、折射、散射等。在这些和其他实施例中并且如本文中描述，利用由发射器210输出的EM辐射215和由接收器220检测的EM辐射215，可以生成与生物组织230相关联的序列。
在一些实施例中，与组织的相互作用可以包含线性或非线性光-物质相互作用的任何组合。例如，相互作用可以包含吸收、透射、反射、散射、拉曼散射、布里渊散射、瑞利散射等中的任何一种。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对图2进行修改、添加或省略。
图3示出了根据本公开的一个或多个实施例的用于使用反射成像和/或分析生物组织300或其他受试者的示例系统300。如图3中所示，一个或多个发射器310(例如，发射器310a、310b、...、310n)可以配置成发射EM辐射315，该EM辐射315与生物组织330相互作用并且作为反射EM响应317被生物组织330反射回来并且被一个或多个接收器320接收。
如图3中所示，发射器310可以被定位和布置成使得EM辐射315在被接收器320接收之前可以大致沿着与发射器310离开生物组织330的位置相似的方向被反射回来。当EM辐射315被生物组织330反射时，反射的EM辐射317可以基于生物组织330的特性与初始EM辐射315进行比较，从而被修改。在这些和其它实施例中并且如本文中描述，利用由发射器310输出的EM辐射315和由接收器320检测的EM辐射317，可以生成与生物组织330相关联的空间光谱响应。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对图3进行修改、添加或省略。
图4示出了根据本公开的一个或多个实施例的有助于成像和/或分析生物组织或其他受试者的发射器410和接收器420的一种布置的示例系统400。
如图4中所示，在一些实施例中，发射器410可以包含被配置成发射第一波长的辐射的第一发射器410a、被配置成发射第二波长的辐射的第二发射器410b等。在这些和其它实施例中，接收器420可以包含被配置成检测第一波长带的EM响应的第一接收器420a、被配置成检测第二波长带的辐射的第二接收器420b等。各种哈希标记(hashmark)示出了各种发射器410和/或接收器420可以被配置成以特定光谱、时间和/或极化序列，或前述中的任何一个的某个部分或任何组合来操作。
在一些实施例中，接收器420可以定位在通常对应于生物组织或其他受试者的中心区域430中。例如，该生物组织可以相对于接收器420定位，使得当EM响应被反射离开该生物组织时，该EM响应被引导朝向接收器420。
在一些实施例中，发射器410可以定位在围绕中心区域430的外部区域440中。
虽然在图4中示出了一个实施例，但是应理解，在本公开内设想发射器410和接收器420的任何布置。例如，发射器410和接收器420可以彼此散置。作为另一个示例，发射器410可以在中心区域430中，接收器420可以在外部区域440中。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对系统400进行修改、添加或省略。例如，可以设想发射器410和接收器420的任何数量的布置。
图5示出了根据本公开的一个或多个实施例的信号混合器装置的第一部分500的示例。如图5中所示，第一部分500可以接收由接收器检测到的和/或由发射器发射并与目标相互作用的一个或多个接收信号510(例如，接收信号510a、510b、...、510n)作为输入。第一部分500包含多次复制输入信号并将这些信号传递到一个或多个混合器单元530a的第一组复制器520a。混合器单元530a的输出可以用作复制器520b的下一个级联的输入信号。复制器530b的输出可以用作混合器单元530b的输入。虽然示出了复制器520和混合器530的级联的三次迭代，但是在本公开内设想了复制器520和混合器530的任何数量的迭代(例如，直到复制器520n和混合器530n)。
在复制器520和混合器530的级联之后，第一部分500可以输出一系列光谱空间响应540a-n。在一些实施例中，光谱空间响应540的数量可以基于发射的频带的数量、由接收器选择的频带的数量、接收的不同空间信号的数量、接收器的数量、发射器的数量、同时在频带的子集处发射的发射器的组合组等。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对第一部分500进行修改、添加或省略。例如，可以包含复制器520和混合器530的级联的任何数量的迭代。
图6示出了根据本公开的一个或多个实施例的信号混合器装置600的第二部分的示例。如图6中所示，第二部分600可以接收空间光谱响应610(例如，空间光谱响应610作为图5的第一部分500的输出)作为输入。第二部分600包含多次复制输入信号并将这些信号传递到一个或多个混合器单元630a的第一组复制器620a。混合器单元630a的输出可以用作复制器620b的下一个级联的输入信号。复制器630b的输出可以用作混合器单元630b的输入。虽然示出了复制器620和混合器630的级联的三次迭代，但是在本公开内设想了复制器620和混合器630的任何数量的迭代(例如，直到复制器620n和混合器630n)。
在复制器620和混合器630的级联之后，第二部分600可以输出一组标记640a-n。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对第二部分600进行修改、添加或省略。例如，可以包含复制器620和混合器630的级联的任何数量的迭代。
图7示出了根据本公开的一个或多个实施例的信号混合器装置的第三部分700的示例。如图7中所示，第三部分700可以接收所产生的标记710(例如，标记640作为图6的第二部分600的输出)作为输入。附加地或可替换地，第三部分700可以接收一组用户限定的标记750作为输入。在一些实施例中，第三部分700包含多次复制输入信号并将这些信号传递到一个或多个混合器单元730a的第一组复制器720a。混合器单元730a的输出可以用作复制器720b的下一个级联的输入信号。复制器730b的输出可以用作混合器单元730b的输入。虽然示出了复制器720和混合器730的级联的三次迭代，但是在本公开内设想了复制器720和混合器730的任何数量的迭代(例如，直到复制器720n和混合器730n)。
在复制器720和混合器730的级联之后，第二部分700可以输出值740a-n的阵列作为对应于正被成像的生物样本或其他受试者的序列。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对第三部分700进行修改、添加或省略。例如，可以包含复制器720和混合器730的级联的任何数量的迭代。
图8示出了根据本公开的一个或多个实施例的成像生物组织或其他受试者的示例方法800的流程图。
在框805处，方法800可以开始。例如，可以初始化一个或多个计数变量，例如变量i。
在框810处，可以确定是否i＜n，或者换句话说，确定方法800是否已经执行到为每个不同的发射器组捕获数据。当i继续小于n时，方法800前进到框815。
在框815处，第i个发射器系列可以被激活。例如，可以激活所有发射器的子集，其中该子集以一个或多个EM频率的给定带宽发射。作为另一个示例，一个或多个发射器可以被调谐到某个频率并且可以被激活。
在框820处，可以从接收器捕获数据。例如，在框815处被配置成检测发射器正在发射的EM频带的接收器可以将接收到的信号转换成可以被捕获以在处理中使用的可读信号。
在框825处，可以确定是否i＜n，或者换句话说，确定方法800是否已经执行为每个不同发射器捕获数据。如果确定i小于n，则方法800可以递增i并返回到框810，使得可以激活另一系列发射器(在框815)，并且可以捕获对应的数据(在框820)。如果确定i不小于n(例如，所有系列的发射器都已被激活)，则方法800可以前进到框830。
在框830处，可以生成空间光谱响应。例如，在框830处的操作可以执行与本公开中描述的信号混合器单元的第一部分相关联的操作。
在框835处，可以生成一组标记。例如，在框840处的操作可以执行与本公开中描述的信号混合器单元的第二部分相关联的操作。
在框840处，可以生成序列。例如，在框850处的操作可以执行与本公开中描述的信号混合器单元的第三部分相关联的操作。
在框845处，可以将该序列与各种已知序列进行比较。例如，已知序列可以对应于各种疾病状况、健康状况、生理状态等，使得框840的序列可以与其它已知序列进行比较。
在框850处，基于框845的比较，可以基于与已知序列的相似性指数提供关于生物组织或其他受试者的当前状态的估计。例如，如果所讨论的序列包含与对应于某个状态的已知序列几乎相同的部分，则可以提供关于对应于该已知状态的生物组织的状态的高置信度估计。在这些和其它实施例中，被分析的序列与已知序列之间的相似性可以通过数字、统计或任何其它数学比较来确定。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对方法800进行修改、添加或省略。例如，可以以不同的顺序执行这些操作。作为另一个示例，可以将附加的操作添加到方法800的操作或与方法800的操作结合执行。作为附加的示例，可以添加、省略和/或同时执行操作。作为另一个示例，可以将各种操作组合成单个操作，或可以将单个操作分成多个操作。
图9示出了根据本公开中描述的至少一个实施例的示例计算系统900。系统900可以包含被配置成通过网络进行通信的任何合适的系统、设备或装置。计算系统900可以包含处理器910、存储器920、数据存储930和通信单元940，它们都可以通信地耦合。数据存储930可以包含各种类型的数据，例如软件项目、API文档、计算机源代码等。
通常，处理器910可以包含任何合适的专用计算机或通用计算机、计算实体或包含各种计算机硬件或软件模块的处理装置，并且可以被配置成执行存储在任何适用的计算机可读存储介质上的指令。例如，处理器910可以包含微处理器、微控制器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、专用集成电路(application-specific integratedcircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或被配置成解释和/或执行程序指令和/或处理数据的任何其它数字、模拟或光学电路。
尽管在图9中被示为单个处理器，但是应理解，处理器910可以包含分布在任何数量的网络或物理位置上的任何数量的处理器，这些处理器被配置成单独地或共同地执行在本公开中描述的任何数量的操作。在一些实施例中，处理器910可以解释和/或执行存储在存储器920、数据存储930或存储器920和数据存储930中的程序指令和/或处理数据。在一些实施例中，处理器910可以从数据存储930取出程序指令，并且将程序指令加载到存储器920中。
在将程序指令加载到存储器920中之后，处理器910可以执行程序指令，例如执行图8的方法800的一个或多个操作的指令。例如，处理器910可以获得关于以下各项的指令：引导发射器以某些频率发射EM辐射；在与生物组织或其他受试者相互作用之后从接收器接收表示接收到的EM辐射的信号；并且对该信号执行处理以提供例如将该信号的各个方面或特征进行再现并混合以导出可以从中确定生物组织或样本的状态的序列。
存储器920和数据存储930可以包含用于承载或具有存储在其上的计算机可执行指令或数据结构的计算机可读存储介质或一个或多个计算机可读存储介质。此类计算机可读存储介质可以是可以由例如处理器910的通用计算机或专用计算机访问的任何可用介质。在一些实施例中，计算系统900可以包含或不包含存储器920和数据存储930中的任何一个。
作为示例而非限制，此类计算机可读存储介质可以包含非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读存储介质包含随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、光盘只读存储器(Compact DiscRead-Only Memory，CD-ROM)或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置、快闪存储器装置(例如，固态存储器装置)或可以用于以计算机可执行指令或数据结构的形式承载或存储所需程序代码并且可以由通用计算机或专用计算机访问的任何其它存储介质。上述组合也可以包含在计算机可读存储介质的范围内。计算机可执行指令可以包含，例如，被配置成使处理器910执行某一操作或一组操作的指令和数据。
通信单元940可以包含被配置成通过网络发送或接收信息的任何组件、装置、系统或其组合。在一些实施例中，通信单元940可以与同一系统内的其它位置、同一位置或甚至其它组件处的其它装置通信。例如，通信单元940可以包含调制解调器、网卡(无线或有线)、光通信装置、红外通信装置、无线通信装置(例如天线)和/或芯片组(例如蓝牙装置、802.6装置(例如，城域网(Metropolitan Area Network，MAN))、WiFi装置、WiMax装置、蜂窝通信设施或其它装置)等。通信单元940可以允许与本公开中描述的网络和/或任何其它装置或系统交换数据。例如，通信单元940可以允许系统900与例如计算装置和/或其它网络的其它系统通信。作为另一个示例，通信单元940可以与发射器和/或接收器通信。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对系统900进行修改、添加或省略。例如，数据存储930可以是位于多个位置并由处理器910通过网络访问的多个不同的存储介质。
如上所述，本公开中描述的实施例可以包含使用包含各种计算机硬件或软件模块的专用计算机或通用计算机(例如，图9的处理器910)，如以下更详细讨论的。此外，如上所述，可以使用计算机可读介质(例如，图9的存储器920或数据存储930)来实现本公开中描述的实施例，所述计算机可读介质用于承载或具有存储在其上的计算机可执行指令或数据结构。
如本公开中所使用，术语“模块”或“组件”可以指被配置成执行模块或组件的动作的特定硬件实现和/或可以存储在计算系统的通用硬件(例如，计算机可读介质、处理装置或某些其它硬件)上和/或由计算系统的通用硬件执行的软件对象或软件例程。在某些实施例中，本公开中描述的不同组件、模块、引擎和服务可以被实现为在计算系统上执行的对象或过程(例如，作为单独的线程)。虽然本公开中描述的一些系统和方法通常被描述为以软件实现(存储在通用硬件上和/或由通用硬件执行)，但是特定硬件实现或软件和特定硬件实现的组合也是可能的和可以设想的。在本说明书中，“计算实体”可以是如先前在本公开中限定的任何计算系统，或在计算系统上运行的任何模块或模块组合。
根据惯例，附图中所示的各种特征可能不按比例绘制。本文中呈现的图示并不意味着是任何特定设备(例如，装置、系统等)或方法的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的各种实施例的理想化表示。因此，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以任意扩大或缩小。另外，为了清楚起见，可以简化一些附图。因此，附图可能没有描述给定设备(例如，装置)的所有组件或特定方法的所有操作。
本公开中使用的术语，特别是在所附权利要求中使用的术语(例如，所附权利要求的主体)通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包含”应被解释为“包含但不限于”；术语“具有”应被解释为“至少具有”；术语“包含”应解释为“包含但不限于”)。
附加地，如果想要特定数量的所引入的权利要求叙述，那么将在权利要求中明确叙述此类意图，并且在没有此类叙述的情况下，不存在此类意图。例如，为了帮助理解，以下所附权利要求可以含有介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求叙述。
另外，即使明确地叙述了具体数量的所引入的权利要求叙述，本领域技术人员将认识到此类叙述应被解释为意指至少所叙述的数量(例如，在没有其它修饰语的情况下，“两个叙述”的纯粹叙述意指至少两个叙述，或两个或多个叙述)。此外，在那些使用类似于“A、B和C等中的至少一个”或“A、B和C等中的一个或多个”的惯例的情况下，通常，此类结构旨在包含单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A、B和C一起等。
此外，无论在说明书、权利要求书或附图中，呈现两个或多个替换术语的任何析取性词语或短语均应理解为设想了包含术语中的一个、两个术语中的任何一个或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应理解为包含“A”或“B”或“A和B”的可能性。
然而，此类短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”引入的权利要求叙述将含有此类所引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限制为仅含有一个此类叙述的实施例，即使当同一权利要求包含介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及例如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”应解释为意指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词时；使用用于引入权利要求叙述的定冠词也是如此。
附加地，术语“第一”、“第二”、“第三”等的使用在本文中不一定用于暗示元素的特定顺序或数量。通常，术语“第一”、“第二”、“第三”等用于区分作为通用标识符的不同元素。在没有示出术语“第一”、“第二”、“第三”等暗示特定顺序的情况下，这些术语不应被理解为暗示特定顺序。此外，没有示出术语“第一”、“第二”、“第三”等暗示特定数量的元素，这些术语不应被理解为暗示特定数量的元素。例如，第一小部件可以被描述为具有第一侧面，而第二小部件可以被描述为具有第二侧面。相对于第二小部件使用术语“第二侧面”可以是将第二小部件的此类侧面与第一小部件的“第一侧面”区分开，并不意味着第二小部件具有两个侧面。
本公开中叙述的所有示例和条件语言旨在用于教学目的，以帮助读者理解发明人为进一步发展本领域所贡献的发明和概念，并且应被解释为不限于此类具体叙述的示例和条件。尽管已经详细描述了本公开的实施例，但是应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变更。

Claims (14)

1.一种成像方法，其特征在于，包括：
向生物组织发射第一波长的电磁辐射；
在以空间图案布置的多个接收器处接收在所述第一波长的电磁辐射与所述生物组织相互作用之后对所述第一波长的电磁辐射的响应；
向所述生物组织发射第二波长的电磁辐射；
在所述多个接收器处接收在所述第二波长的电磁辐射与所述生物组织相互作用之后对所述第二波长的电磁辐射的响应；
对表示接收到的对所述第一波长的电磁辐射的响应的第一信号和表示所述接收到的对所述第二波长的电磁辐射的响应的第二信号执行处理，所述处理包含：
复制并混合所述第一信号和所述第二信号以生成一组光谱空间响应；
复制并混合所述光谱空间响应以生成表示所述生物组织的各种特征的多个标记；以及
复制并混合所述多个标记和多个用户选择的标记以输出与所述生物组织的表征相关联的序列，
所述复制并混合所述第一信号和所述第二信号以生成一组光谱空间响应包含：利用所述多个接收器的非线性函数和映射来导出光谱空间矩阵作为所述一组光谱空间响应，其中对于n＝1,...,N，第n＝(l＝1,...,N)个混合像素y(n)＝[y1(n),...,yK(n)]T的第k个发射器信号是根据y(n)＝g[a(n)]+e(n)的其对应的幅度向量的变换a(n)＝[a1(n),...,aM(n)]T，其中g:RM→RK包含线性或非线性混合器单元，并且e(n)包含所述第一信号和所述第二信号中的噪声序列，
所述复制并混合所述光谱空间响应以生成多个标记包含：
多次复制所述一组光谱空间响应中的每个元素；以及
对于所述一组光谱空间响应中的每个元素，利用复制信号作为用于所述混合的输入信号，其中所述混合利用混合函数f：
Figure FDA0004035759240000021
其中ai和bi是对应于第i个输入信号的参数，并且x1,x2,...,xp表示所述光谱空间响应的给定元素的多次复制，
所述复制并混合所述多个标记和所述多个用户选择的标记以输出与所述生物组织相关联的序列包含：
多次复制所述多个标记中的每个；以及
将所述多个标记中的每个与所述用户选择的标记相混合，以基于以下产生所述序列(s)：
Figure FDA0004035759240000022
其中cu和du是对应于第u个标记或用户选择的标记(ru)的参数。
2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述第一波长的电磁辐射由第一电磁发射器发射，并且所述第二波长的电磁辐射由与所述第一电磁发射器不同的第二电磁发射器发射。
3.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述多个接收器的第一组接收器中的每个都包含第一滤光器以排除所述第二波长的电磁辐射，并且所述多个接收器的第二组接收器中的每个包含第二滤光器以排除所述第二波长的电磁辐射。
4.根据权利要求3所述的成像方法，其特征在于，对于所述多个接收器的所述第一组接收器中的至少给定接收器，在所述多个接收器处的接收包含：生成表示对所述第一波长的电磁辐射的所述响应的信号；以及使用所述第一滤光器排除对所述第二波长的电磁辐射的所述响应。
5.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述多个接收器被定位成在反射离开所述生物组织之后接收对所述第一波长的电磁辐射的所述响应和对所述第二波长的电磁辐射的所述响应。
6.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述多个接收器被定位成在透射穿过所述生物组织之后接收对所述第一波长的电磁辐射的所述响应和对所述第二波长的电磁辐射的所述响应。
7.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，基于所述生物组织调谐所述参数。
8.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述第一波长的电磁辐射和所述第二波长的电磁辐射同时发射。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第一波长的电磁辐射的所述响应是基于吸收、透射、反射、散射、拉曼散射、布里渊散射和瑞利散射中的至少一者。
10.一种成像系统，其特征在于，包括：
多个发射器，所述多个发射器被配置成向生物组织发射第一波长的电磁辐射和第二波长的电磁辐射的辐射；
多个接收器，所述多个接收器以空间图案布置，并且被配置成在所述第一波长的电磁辐射与所述生物组织相互作用之后接收对所述第一波长的电磁辐射的响应，以及在所述第二波长的电磁辐射与所述生物组织相互作用之后对所述第二波长的电磁辐射的响应；
被配置成执行操作的信号混合器单元，所述操作包含：
复制并混合表示所述多个接收器接收到的对所述第一波长的电磁辐射的所述响应的第一信号以及表示所述多个接收器接收到的对所述第二波长的电磁辐射的所述响应的第二信号，以生成一组光谱空间响应；
复制并混合所述光谱空间响应以生成表示所述生物组织的各种特征的多个标记；以及
复制并混合所述多个标记和多个用户选择的标记以输出与所述生物组织的表征相关联的序列，
所述复制并混合所述第一信号和所述第二信号以生成一组光谱空间响应包含：利用所述多个接收器的非线性函数和映射来导出光谱空间矩阵作为所述一组光谱空间响应，其中对于n＝1,...,N，第n＝(l＝1,...,N)个混合像素y(n)＝[y1(n),...,yK(n)]T的第k个发射器信号是根据y(n)＝g[a(n)]+e(n)的其对应的幅度向量的变换a(n)＝[a1(n),...,aM(n)]T，其中g:RM→RK包含线性或非线性混合器单元，并且e(n)包含所述第一信号和所述第二信号中的噪声序列，
所述复制并混合所述光谱空间响应以生成多个标记包含：
多次复制所述一组光谱空间响应中的每个元素；以及
对于所述一组光谱空间响应中的每个元素，利用复制信号作为用于所述混合的输入信号，其中所述混合利用混合函数f：
Figure FDA0004035759240000041
其中ai和bi是对应于第i个输入信号的参数，并且x1,x2,...,xp表示所述光谱空间响应的给定元素的多次复制，
所述复制并混合所述多个标记和所述多个用户选择的标记以输出与所述生物组织相关联的序列包含：
多次复制所述多个标记中的每个；以及
将所述多个标记中的每个与所述用户选择的标记相混合，以基于以下产生所述序列(s)：
Figure FDA0004035759240000042
其中cu和du是对应于第u个标记或用户选择的标记(ru)的参数。
11.根据权利要求10所述的成像系统，其特征在于，所述信号混合器单元包含通过电子、光学、或化学子系统实现的模拟或数字处理装置中的一者。
12.根据权利要求10所述的成像系统，其特征在于，所述多个发射器布置在围绕所述多个接收器所在的外部区域中。
13.根据权利要求10所述的成像系统，其特征在于，所述多个发射器包含被配置成发射所述第一波长的电磁辐射的第一组发射器和被配置成发射所述第二波长的电磁辐射的第二组发射器。
14.一种非暂时性计算机可读介质，其特征在于，所述非暂时性计算机可读介质含有指令，所述指令在由处理器执行时被配置成使系统执行一个或多个操作，所述操作包括：
指示第一多个发射器向生物组织发射第一波长的电磁辐射；
从以空间图案布置的多个接收器接收第一信号，所述第一信号表示在所述第一波长的电磁辐射与生物组织相互作用之后对所述第一波长的电磁辐射的响应；
指示第二多个发射器向所述生物组织发射第二波长的电磁辐射；
从所述多个接收器接收第二信号，所述第二信号表示在所述第二波长的电磁辐射与所述生物组织相互作用之后对所述第二波长的电磁辐射的响应；
对所述第一信号和所述第二信号执行处理，所述处理包含：
复制并混合所述第一信号和所述第二信号以生成一组光谱空间响应；
复制并混合所述光谱空间响应以生成表示所述生物组织的各种特征的多个标记；以及
复制并混合所述多个标记和多个用户选择的标记以输出与所述生物组织的表征相关联的序列，
所述复制并混合所述第一信号和所述第二信号以生成一组光谱空间响应包含：利用所述多个接收器的非线性函数和映射来导出光谱空间矩阵作为所述一组光谱空间响应，其中对于n＝1,...,N，第n＝(l＝1,...,N)个混合像素y(n)＝[y1(n),...,yK(n)]T的第k个发射器信号是根据y(n)＝g[a(n)]+e(n)的其对应的幅度向量的变换a(n)＝[a1(n),...,aM(n)]T，其中g:RM→RK包含线性或非线性混合器单元，并且e(n)包含所述第一信号和所述第二信号中的噪声序列，
所述复制并混合所述光谱空间响应以生成多个标记包含：
多次复制所述一组光谱空间响应中的每个元素；以及
对于所述一组光谱空间响应中的每个元素，利用复制信号作为用于所述混合的输入信号，其中所述混合利用混合函数f：
Figure FDA0004035759240000051
其中ai和bi是对应于第i个输入信号的参数，并且x1,x2,...,xp表示所述光谱空间响应的给定元素的多次复制，
所述复制并混合所述多个标记和所述多个用户选择的标记以输出与所述生物组织相关联的序列包含：
多次复制所述多个标记中的每个；以及
将所述多个标记中的每个与所述用户选择的标记相混合，以基于以下产生所述序列(s)：
Figure FDA0004035759240000061
其中cu和du是对应于第u个标记或用户选择的标记(ru)的参数。
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