CN116157057A - 确定血液氧合和组织灌注水平的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

公开了改进的组织灌注监测方法。一种方法包括从图像传感器收集高光谱图像数据，所述图像传感器被放置成从组织区收集由组织样品在可见光、近红外或短波红外区域中的多个波长下的照射产生的相互作用的光子。在所述收集的高光谱图像数据的基础上产生超立方体。分析所述超立方体以鉴定在所述高光谱图像中产生对比的多个波长中的一者或多者。在所述高光谱图像中的对比的基础上鉴定所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。还公开了一种组织灌注监测计算装置和非暂时性介质。

Description

确定血液氧合和组织灌注水平的方法及其装置

与相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月23日提交的申请号63/042,897美国临时专利的利益，所述临时申请的全部内容通过参考并入本文。

技术领域

本公开总的来说涉及用于改进血液氧合和组织灌注水平的检测的系统和方法。具体来说，本公开涉及使用光学装置检测血液氧合和组织灌注的系统和方法。

背景技术

血液氧合和组织灌注是在临床或手术场景中可以为患者监测的重要指标。患者的血液氧合水平是所述患者的氧饱和血红蛋白与全部可结合的血红蛋白之比。血液氧合目前通过动脉血气分析或使用脉搏血氧仪来监测。动脉血气分析需要有创动脉抽血来收集样品，然后处理所述样品以进行准确诊断。脉搏血氧仪与患者接触，最常见是在手指上，但也在脚趾或耳上，以便测量血液氧合水平。脉搏血氧仪只能精确到抽血测量值的正负2％以内，并且不可用于在手术期间测量组织灌注。

组织灌注是指血液经包括静脉、动脉和毛细血管在内的血管通过组织。低灌注是组织灌注降低的状态，并且对手术患者来说是重大风险。成功的血流动力学方案能够在手术期间维持足够组织灌注，降低高危患者的死亡率和术后器官衰竭。因此，需要一种用于在手术期间监测组织灌注，以便提高血流动力学方案的有效性的实时、无试剂且非接触性方法。

本公开针对血液氧合和组织灌注检测的这种和其他有利改进。

发明内容

在一个实施方式中，提供了一种检测组织灌注的方法，所述方法包括：通过组织灌注监测计算装置从图像传感器收集图像数据，所述图像传感器被放置成从组织区收集由组织样品在多个波长下的照射产生的相互作用的光子；通过所述组织灌注监测计算装置分析所述图像数据，以鉴定在所述图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者；和在所述图像数据中的对比的基础上，通过所述组织灌注监测计算装置鉴定所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

在另一个实施方式中，所述多个波长在可见-近红外(VIS-NIR)或短波红外(SWIR)区域中。

在另一个实施方式中，所述图像数据是高光谱图像数据。

在另一个实施方式中，分析所述图像数据还包括：在所述收集的高光谱图像数据的基础上通过所述组织灌注监测计算装置产生超立方体；和通过所述组织灌注监测计算装置分析所述超立方体，以鉴定在所述高光谱图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者。

在另一个实施方式中，所述方法还包括：通过所述组织灌注监测计算装置产生评分视频，以随时间监测所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

在另一个实施方式中，所述方法还包括：在所述产生的评分视频的基础上通过所述组织灌注监测计算装置鉴定低灌注状态。

在另一个实施方式中，所述图像数据使用双极化结构来收集。

在另一个实施方式中，所述高光谱图像数据被实时收集。

在一个实施方式中，提供了一种组织灌注监测计算装置，其包含：非暂时性存储器，其包含存储在其上的用于检测组织灌注的程序指令；和一个或多个处理器，其与所述存储器偶联并被配置成执行所述存储的程序指令，以：从图像传感器收集图像数据，所述图像传感器被放置成从组织区收集由组织样品在多个波长下的照射产生的相互作用的光子；分析所述图像数据，以鉴定在所述图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者；和在所述图像数据中的对比的基础上，鉴定所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

在另一个实施方式中，所述多个波长在可见-近红外(VIS-NIR)或短波红外(SWIR)区域中。

在另一个实施方式中，所述图像数据是高光谱图像数据。

在另一个实施方式中，分析所述图像数据还包括：在所述收集的高光谱图像数据的基础上产生超立方体；和分析所述超立方体，以鉴定在所述高光谱图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者。

在另一个实施方式中，所述处理器还在所述存储的程序指令的基础上产生评分视频，以随时间监测所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

在另一个实施方式中，所述处理器还在所述存储的程序指令的基础上，在所述产生的评分视频的基础上鉴定低灌注状态。

在另一个实施方式中，所述处理器使用双极化结构收集所述图像数据。

在另一个实施方式中，所述处理器实时收集所述图像数据。

在一个实施方式中，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有用于检测组织灌注的指令，所述指令当被一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：从图像传感器收集图像数据，所述图像传感器被放置成从组织区收集由组织样品在多个波长下的照射产生的相互作用的光子；分析所述图像数据，以鉴定在所述图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者；和在所述图像数据中的对比的基础上，鉴定所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

在另一个实施方式中，所述多个波长在可见-近红外(VIS-NIR)或短波红外(SWIR)区域中。

在另一个实施方式中，所述图像数据是高光谱图像数据。

在另一个实施方式中，所述指令当被所述一个或多个处理器执行时，在所述分析步骤中进一步使所述一个或多个处理器：在所述收集的高光谱图像数据的基础上产生超立方体；和分析所述超立方体，以鉴定在所述高光谱图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者。

在另一个实施方式中，所述指令当被所述一个或多个处理器执行时，还使所述一个或多个处理器产生评分视频，以随时间监测所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

在另一个实施方式中，所述指令当被所述一个或多个处理器执行时，还使所述一个或多个处理器在所述产生的评分视频的基础上鉴定低灌注状态。

在另一个实施方式中，所述图像数据使用双极化结构来收集。

在另一个实施方式中，所述高光谱图像数据被实时收集。

附图说明

并入到本说明书中并形成本说明书的一部分的附图说明了本发明的实施方式，并与书面描述一起用于解释本发明的原理、特征和特点。在所述附图中：

图1描绘了带有示例性组织灌注监测计算装置的说明性环境的框图。

图2描绘了图1所述的示例性组织灌注监测计算装置的框图。

图3描绘了用于改进组织灌注监测的说明性方法的流程图；

图4描绘了使用VIS-NIR成像获得的，在脱氧合之前、脱氧合期间和再灌注之后用于监测血液氧合的一组说明性评分图像。

图5描绘了使用SWIR成像获得的，在脱氧合之前、脱氧合期间和再灌注之后用于监测血液氧合的一组说明性评分图像。

图6描绘了使用双极化VIS-NIR平台获得的，在脱氧合之前、脱氧合1分钟后和脱氧合5分钟后用于监测血液氧合的一组说明性评分图像。

图7示出了灌注的猪肠道模型的体内成像结果。图7示出了从缺血肠组织中检测灌注肠组织。

图8示出了被限制以诱导缺血的猪肠道模型的体内成像结果。图8示出了从灌注肠组织中检测缺血肠组织。

图9示出了图8的灌注肠区相比于图8的缺血肠区的灌注评分随时间变化的图。由于使用评分图像来检测缺血肠组织，因此所述缺血肠区与灌注肠区相比具有更高评分。

详细描述

本公开不限于所描述的特定系统、装置和方法，因为它们可能有所不同。本描述中使用的术语仅仅是出于描述特定版本或实施方式的目的，不打算限制范围。

当在本文中使用时，没有具体数目的指称包括复数指称物，除非上下文明确叙述不是如此。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。本公开中的任何内容都不应被解释为承认本公开中描述的实施方式无权凭借先有发明而在时间上早于此公开。当在本文中使用时，术语“包含”意味着“包括但不限于”。

下文描述的本发明的教导的实施方式并不意味是穷举性的或将所述教导限制到下面详细描述中所公开的具体形式。相反，实施方式被选择和描述成使得本领域其他技术人员可以认识和理解本发明教导的原理和实践。

参考图1，描绘了带有示例性组织灌注监测计算装置的说明性环境。所述环境包括：至少一个光源110，其被配置用于产生光子以照射组织120；图像传感器130，其被放置成收集相互作用的光子135；和组织灌注监测计算装置150，其通过一个或多个通信网络140偶联到所述图像传感器，尽管所述环境可以包括以其他方式偶联的其他类型和/或数量的装置或系统，例如另外的服务器装置。这种技术提供了许多优点，包括提供了提供改进的组织灌注监测的方法、非暂时性计算机可读介质和组织灌注监测计算装置。具体来说，这些技术的某些实施方案提供了一种用于在手术期间监测组织灌注，以便提高血流动力学方案的有效性的实时、无试剂且非接触性方法。

光源

在一个实施方式中，至少一个光源110产生被导向人类或动物中的组织120的光子。所述至少一个光源110不受限制，并且可以是可用于提供照射的任何光源。在一个实施方式中，所述至少一个光源110可以与内窥镜配合使用或附连到内窥镜。其他辅助要求例如功耗、发射光谱、包装、热输出等，可以基于使用所述至少一个光源110的具体应用来确定。在某些实施方式中，所述至少一个光源110是光元件，它是发射光的单个装置。所述光元件不受限制，并且可以包括白炽灯、卤素灯、发光二极管(LED)、化学激光器、固态激光器、有机发光二极管(OLED)、电致发光器件、荧光灯、气体放电灯、金属卤化物灯、氙弧灯、感应灯或这些光源的任何组合。在其他实施方式中，所述至少一个光源110是光阵列，它是彼此近邻放置的超过一个光元件的组或组件。

在某些实施方式中，所述至少一个光源110具有所述光元件或光阵列固有的特定波长。在其他实施方式中，光源110的波长可以通过对所述光源发射的光子进行过滤或调谐来修改。在其他实施方式中，将具有不同波长的多个光源110组合。在一个实施方式中，所述至少一个光源110的所选波长在可见-近红外(VIS-NIR)或短波红外(SWIR)范围内。它们对应于约400nm至约1100nm(VIS-NIR)或约850nm至约1800nm(SWIR)的波长。上述范围可以单独使用或与任何列出的范围组合使用。此类组合包括邻近(毗连)范围、重叠范围和不重叠的范围。

在某些实施方式中，所述至少一个光源110包含调制光源。调制光源110的选择和调制所述光源的技术不受限制。在某些实施方式中，所述调制光源110是过滤白炽灯、过滤卤素灯、可调谐LED阵列、可调谐固态激光器阵列、可调谐OLED阵列、可调谐电致发光器件、过滤荧光灯、过滤气体放电灯、过滤金属卤化物灯、过滤氙弧灯、过滤感应灯中的一者或多者或这些光源的任何组合。在某些实施方式中，调谐通过提高或降低单个光元件110被供电的强度或持续时间来实现。或者，调谐通过过滤由所述单个光元件发射的光的固定或可调谐滤光器来实现。在其他实施方式中，至少一个光源110不可调谐。不可调谐的光源110不能改变其发射光谱，但是它可以通过适合的控制打开和关闭。

成像通过使用图像传感器130和相关光学元件(例如滤光器)过滤和检测从人类或动物患者120的身体反射的相互作用的光子135来进行。图像传感器130可以是用于分子化学成像(MCI)的任何适合的图像传感器。用于过滤的技术和装置不受限制，并且包括固定滤光器、多共轭滤光器和保形滤光器中的任一者。在固定滤光器中，滤光器的功能不能改变，尽管可以通过将所述滤光器机械地移进或移出光路来改变过滤效果。在某些实施方式中，实时图像检测使用双极化配置来进行，其使用多共轭滤光器或保形滤光器中的任一者。在某些实施方式中，所述滤光器是可调谐滤光器，其包括多共轭滤光器。所述多共轭滤光器是一种采取Solc滤光器配置的成像滤光器，具有沿着光路的串行级。在此类滤光器中，具有相等双折射的角分布减速器元件被堆叠在每个级中，在级之间具有偏振器。

保形滤光器可以将宽带光谱过滤成一个或多个通带。示例性的保形滤光器包括液晶可调谐滤光器、声光可调谐滤光器、Lyot液晶可调谐滤光器、Evans分离元件液晶可调谐滤光器、Solc液晶可调谐滤光器、铁电液晶可调谐滤光器、Fabry-Perot液晶可调谐滤光器及其组合。

在一个实施方式中，所述图像由作为相机芯片130的图像传感器130采集。所述相机芯片130不受限制，但在某些实施方式中，根据从人类或动物患者的皮肤、组织或器官反射的预期光谱来选择。在某些实施方式中，所述相机芯片130是电荷耦合器件(CCD)、互补型金属氧化物半导体(CMOS)、砷化铟镓(InGaAs)相机芯片、硅化铂(PtSi)相机芯片、锑化铟(InSb)相机芯片、碲化汞镉(HgCdTe)相机芯片或胶体量子点(CQD)相机芯片中的一者或多者。在某些实施方式中，上面列出的相机芯片130中的每一者或其组合是焦平面阵列(FPA)。在某些实施方式中，上述相机芯片130中的每一者包括量子点来调整它们的带隙，从而改变或扩展对不同波长的灵敏度。可视化技术不受限制，并包括VIS、NIR、SWIR、自体荧光或拉曼光谱中的一者或多者。尽管图像传感器130被图示成单独的装置，但所述图像传感器可以被并入到所述组织灌注监测计算装置150中或带有至少一个光源110的装置中。

参考图1-2，在这个实例中所述组织灌注监测计算装置150包括一个或多个处理器210、存储器220和/或通讯接口230，它们通过总线240或其他通信连接偶联在一起，尽管所述组织灌注监测计算装置150可以包括采取其他配置的其他类型和/或数量的元件。所述组织灌注监测计算装置150的一个或多个处理器210可以执行存储在存储器220中的程序指令，以发挥本文中描述和说明的任何数量的功能。所述组织灌注监测计算装置150的一个或多个处理器210可以包括例如一个或多个CPU或具有一个或多个处理核心的通用处理器，尽管也可以使用其他类型的处理器。

所述组织灌注监测计算装置150的存储器220存储这些程序指令用于本文描述和说明的本发明的技术的一个或多个方面，尽管一些或所有所述程序指令可以存储在别处。所述存储器可以使用各种不同类型的存储器存储设备220，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、固态驱动器、闪存或通过偶联到所述一个或多个处理器的磁、光或其他读写系统读写的其他计算机可读介质。

因此，所述组织灌注监测计算装置150的存储器220可以存储一个或多个应用程序，它们可以包括可执行指令，所述指令当被一个或多个处理器210执行时，使所述组织灌注监测计算装置执行行动，例如执行下文参考图3描述和说明的行动。在某些实施方式中，所述一个或多个应用程序可以作为一个或多个其他应用程序的模块或组分实施。在某些实施方式中，所述一个或多个应用程序可以作为操作系统扩展、模块、插件等实施。

在某些实施方式中，所述一个或多个应用程序可以在基于云的计算环境中操作。在某些实施方式中，所述一个或多个应用程序可以在一个或多个虚拟机或一个或多个虚拟服务器中或作为所述虚拟机或虚拟服务器执行，它们可以在基于云的计算环境中管理。在某些实施方式中，所述一个或多个应用程序和/或所述组织灌注监测计算装置150可以位于一个或多个虚拟服务器中，所述虚拟服务器在基于云的计算环境中运行，而不是绑定到一个或多个具体的物理网络计算装置。在某些实施方式中，所述一个或多个应用程序可以在所述组织灌注监测计算装置150上执行的一个或多个虚拟机(VM)中运行。另外，在这种技术的一个或多个实施方式中，在所述组织灌注监测计算装置150上运行的一个或多个虚拟机可以由管理程序管理或监督。

在特定实施方式中，所述组织灌注监测计算装置150的存储器220包括图像处理模块225，尽管所述存储器可以例如包括其他策略、模块、数据库或应用程序。图像处理模块225可以被配置成分析来自于图像传感器130的图像数据，以在所述图像数据的基础上确定被照射组织120的组织灌注值，尽管所述图像处理模块可以执行其他功能。仅仅作为实例，图像处理模块225可以应用一种或多种机器学习技术例如图像加权贝叶斯函数、逻辑回归、线性回归、正则化回归、偏最小二乘回归(PLSR)、偏最小二乘判别分析(PLSDA)、朴素贝叶斯、分类和回归树(CART)、支持向量机或神经网络来处理所述图像数据。

所述组织灌注监测计算装置150的通信接口230在所述组织灌注监测计算装置、图像传感器130、其他传感器、客户端设备和/或服务器设备之间可操作的偶联和通信，所述设备全都被所述一个或多个示出的通信网络140偶联在一起。也可以使用其他类型和/或数量的通信网络140或具有与其他装置和/或元件的其他类型和/或数量的连接和/或配置的系统。

仅仅作为实例，图1中示出的通信网络140可以包括一个或多个局域网(LAN)和/或一个或多个广域网(WAN)，并且可以使用以太网上的TCP/IP和行业标准协议，尽管也可以使用其他类型和/或数量的协议和/或通信网络。在这个实例中，所述一个或多个通信网络140可以使用任何适合的接口机制和网络通信技术，包括例如采取任何适合形式的远程通信(例如语音、调制解调器等)、公共交换电话网络(PSTN)、基于以太网的分组数据网络(PDN)及其组合等。

所述组织灌注监测计算装置150可以是独立装置，或者集成有一个或多个其他装置或设备，例如图像传感器130、一个或多个服务器设备或一个或多个客户端设备。在特定实施方式中，所述组织灌注监测计算装置150可以包括所述服务器设备之一或所述客户端设备之一或由所述设备托管。其他安排也是可能的。

尽管在这里描述和说明了具有组织灌注监测计算装置150、光源110、图像传感器130和一个或多个通信网络140的示例性环境，但可以使用采取其他拓扑结构的其他类型和/或数量的系统、设备、组件和/或元件。应该理解，本文描述的实例的系统仅仅出于示例目的，因为正如相关领域技术人员将会认识到的，用于实施所述实例的具体硬件和软件的许多变化是可能的。

在所述环境中描绘的一个或多个装置例如所述组织灌注监测计算装置150，可以被配置成作为虚拟实例在同一物理机器上操作。换句话说，所述组织灌注监测计算装置150、客户端设备或服务器设备中的一者或多者可以在同一物理设备上操作，而不是作为通过一个或多个通信网络140通信的独立设备。另外，可能存在比图1中所示更多或更少的组织灌注监测计算装置150。

在某些实施方式中，多个计算系统或装置可以替代任何实例中的任一系统或装置。因此，分布式处理的原理和优点例如冗余和复制也可以根据需要来实现，以提高所述实例的装置和系统的鲁棒性和性能。所述实例也可以在一个或多个计算机系统上实现，所述计算机系统使用任何适合的接口机制和流量技术跨过任何适合的网络扩展，包括仅作为实例的无线网络、蜂窝网络、PDN、因特网、内联网及其组合。

所述实例也可以体现为一个或多个非暂时性计算机可读介质(例如存储器220)，其上存储有用于由本文中的实例所描述和说明的本发明技术的一个或多个方面的指令。在某些实例中，所述指令包括可执行代码，其在被一个或多个处理器(例如一个或多个处理器210)执行时，使所述一个或多个处理器执行实施本文描述和说明的这种技术的实例的方法所必需的步骤。

现在将参考图3描述组织灌注监测的一种示例性方法。如图3中所示，所述组织灌注监测计算装置可以从所述图像传感器收集310图像数据。所述图像数据可以例如是高光谱图像数据。在某些实施方式中，所述图像传感器被放置成从组织区收集310由使用所述光源在多个波长下照射组织样品而产生的相互作用的光子。在某些实施方式中，所述光源位于内窥镜装置上。在某些实施方式中，所述光源使用可见-近红外(VIS-NIR)和/或短波红外(SWIR)区域中的波长照射所述组织区。

所述组织灌注监测计算装置可以分析320所述图像数据，以鉴定在所述图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者。在某些实施方式中，在所述收集的高光谱图像数据的基础上，所述组织灌注监测计算装置产生超立方体。所述超立方体可以进行分析320，以鉴定在所述高光谱图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者。

在所述图像数据中的对比的基础上，所述组织灌注监测计算装置可以鉴定330所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。在某些实施方式中，所述组织灌注监测计算装置可以随时间监测改变的灌注状态。在某些实施方式中，所述组织灌注监测计算装置可以例如在手术期间监测灌注问题。例如，所述组织灌注监测计算装置可以监测灌注以鉴定是否发生低灌注状态。如果鉴定到低灌注状态340，可以发出警报信号350，以便可以改变一个或多个血流动力学方案。在某些实施方式中，所述组织灌注监测计算装置可用于区分经历缺血的组织和正常灌注的组织。在某些实施方式中，所述组织灌注监测计算装置可用于区分组织氧合饱和水平。在另一个实施方式中，所述组织灌注监测计算装置可用于使用所述图像数据以非接触方式监测脉搏血氧测定。在一个实施方式中，所述组织灌注监测计算装置产生评分图像和/或评分视频，以随时间监测所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

使用这种技术，可以以非接触、无试剂方式监测组织灌注和血液氧合。例如，所述技术可以在手术期间以无创方式有利地使用，以允许在患者灌注状态变化的基础上调整血流动力学方案。在某些实施方式中，所述技术可用于改进上述手术程序的计划。

在可选实施方式中，所述技术可用于鉴定创伤受害者例如受伤的士兵，他们在被运送到医疗设施之前在战场上出血。出血已被鉴定为战斗伤害的主要死亡原因，如果在到达医疗设施之前进行治疗是可能存活的。使用多模式设备增强医疗能力可以导致伤口创伤的存活能力提高。

在某些实施方式中，组织/创伤/伤员鉴别归类传感器(“3TS”)系统可能包含分子化学成像、术中成像、组织鉴定和先进可视化原理，以在野外手术(即非医院)环境中提供创伤受害者的实时或近实时评估。在某些实施方式中，3TS系统可用于对皮下血管系统成像以改进外周静脉通路，特别是在血容量耗尽的患者中。在此类实施方式中，所述3TS系统可以使野外医务人员或现场急救员能够确定适合的静脉通路，而不是放置止血带和进行视觉心悸。

在某些实施方式中，3TS系统可用于评估组织氧合水平以便能够确定患者的氧需求，产生组织活力的度量，并为组织清创提供指导。在此类实施方式中，3TS系统可以提供局部组织特异性氧饱和度读数(而不是脉搏血氧仪提供的总体读数)。因此，组织活力的评估和组织清创的指导可以代表与当前护理标准(即视觉观察)相比的显著进步。

在某些实施方式中，3TS系统可用于在不接触患者的情况下，通过将灌注与血压相关联来评估血压水平。使用3TS系统还具有其他显著优点，即无需手持和能够在复杂声学环境中(例如在直升飞机上)使用，在此环境中听诊器与常规血压袖带一起使用是无效的。

在某些实施方式中，3TS系统可以包括VIS-NIR多共轭成像模式和/或SWIR多共轭成像模式。可见和NIR光谱方法可用于可视化血管，以区分静脉与动脉和周围组织，和/或改善外周静脉的接入。SWIR光谱法可用于增强对发色团(例如脂质)的灵敏度，能够表征各种不同的身体状况例如瘀伤、动脉粥样硬化斑块、癌症和烧伤，并可视化血管系统和胶原结构的变化。

在某些实施方式中，3TS系统还可以包括平视显示器(HUD)，其可以被并入到一副眼镜或头盔中，以实现患者或创伤受害者的血管系统的增强现实显示。在某些实施方式中，3TS系统还可以包括用于对患者或创伤受害者的血管系统成像的手持装置。

实施例

实施例1–组织脱氧合和再灌注的VIS-NIR成像

使用分子化学成像来演示可见和近红外光谱区中组织氧合的可视化。使用橡皮筋将血流暂时限制到受试者手指顶部。然后在受试者的手上进行VIS-NIR成像，以获得如图4中所示的评分图像，图4示出了三个受试者的手。所述图像从左至右示出了脱氧合之前、脱氧合期间和再灌注之后的手。结果表明，遭受血流限制的组织区与未限制血液的区域相比显示出Hb的光谱响应特征。此外，氧合等级是可识别的。因此，所述成像提供了区分所述受试者的手指中氧合和脱氧合区域的能力。

实施例2–组织脱氧合和再灌注的SWIR成像

使用分子化学成像来演示短波红外光谱区中组织氧合的可视化。使用橡皮筋将血流暂时限制到受试者手指的顶部。然后在受试者的手上进行SWIR成像，以获得如图5中所示的评分图像。图5中的图像从左至右示出了脱氧合之前、脱氧合期间和再灌注之后的手。所述成像提供了区分所述受试者的手指中氧合和脱氧合区域的能力。

实施例3–组织脱氧合的双极化VIS-NIR成像

使用分子化学成像来演示使用双极化VIS-NIR平台的组织氧合的可视化。使用橡皮筋将血流暂时限制到受试者手指的顶部。然后在受试者的手上进行VIS-NIR成像，以获得如图6中所示的评分图像。图6中的图像从左至右示出了在限制之前、限制1分钟之后和限制5分钟之后所述受试者的手。所述成像提供了区分所述受试者的手指中氧合和脱氧合区域和随时间监测脱氧合的量的能力。

实施例4–猪肠道的双极化VIS-NIR成像

使用双极化分子化学成像在存在缺血小肠的情况下体内可视化灌注的猪小肠。图7中的基准真相图像(左上)示出了图像中缺血和灌注肠段的位置；所述RGB图像描绘了当比较这两种组织时人眼看到的情况下；所述MCI-E检测图像示出了灌注组织的检测(绿色)。这种能力将可用于例如在术中程序期间实时监测组织存活性。

在图8中，使用一组不同的波长靶向肠道血管。所述血管检测在所述MCI-E检测图像(右下)中被显示为绿色。

在图9中，将灌注肠的平均区域的所述评分与缺血肠的平均区域的所述评分一起随时间作图。由于评分图像被用于检测所述缺血肠组织，因此所述缺血肠区与所述灌注肠道区相比具有更高评分。所述灰色区域表示工具在视野中产生附加运动的时间段。傅里叶分析是一种可能有助于评估诸如呼吸或与心率相关的血流动力学(血流)特征的特点的方法。对时间系列进行的傅里叶分析可用于分析在所述缺血和灌注猪肠道区域的实时成像期间观察到的所述周期性以及其他评分。所述灌注肠道的蓝色下图中的所述周期性可能是由于来自于呼吸的运动。

在上述详细描述中参考了构成其一部分的附图。在所述附图中，除非上下文另有规定，否则相似的符号通常表示相似的组件。所述详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并不意味着是限制性的。在不背离本文提出的主题内容的精神或范围的情况下，可以使用其他实施方式，并且可以做出其他改变。可以容易地理解，正如本文中一般性描述和附图中说明的，本公开的各种不同特点可以以各种不同配置排布、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本文中明确设想了。

本公开不限于本申请中描述的特定实施方式，所述实施方式旨在作为各种特点的说明。在不背离其精神和范围的情况下可以做出许多修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。除了本文列举的之外，本领域技术人员将从上述描述中清楚地看出在本公开范围之内的功能上等同的方法和装置。此类修改和变化旨在落入随附的权利要求书的范围之内。本公开仅受随附的权利要求书的条款以及此类权利要求项所享有的等同性的全部范围的限制。应当理解，本公开不限于特定的方法、试剂、化合物、组合物或生物系统，它们当然可以改变。还应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不是旨在限制。

对于本文中使用的实质上任何复数和/或单数术语而言，本领域技术人员可以在上下文和/或应用适合的情况下从复数转换成单数和/或从单数转换成复数。为清楚起见，各种不同的单数/复数排列可以在本文中明确阐述。

本领域技术人员将会理解，一般而言，在本文中、特别是随附的权利要求书(例如随附的权利要求书的主体)中使用的术语通常打算作为“开放性”术语(例如，术语“包括”应该被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应该被解释为“至少具有”，术语“包括”应该被解释为“包括但不限于”等)。尽管各种不同的组合物、方法和装置根据“包含”各种不同组分或步骤(被解释为“包括但不限于”的含义)来描述，但所述组合物、方法和装置也可以“基本上由所述各种不同组分和步骤组成”或“由它们组成”，并且此类术语应该被解释为定义基本上封闭的成员组。本领域技术人员将会进一步理解，如果打算引入特定数量的权利要求陈述，则这种意图应该在权利要求书中明确地陈述，并且在不存在此类陈述的情况下不存在这种意图。

例如，为了帮助理解，下面随附的权利要求书可能含有介绍性短语“至少一者”和“一者或者多者”的用法以介绍权利要求项陈述。然而，此类短语的使用不应被解释为暗示通过没有具体数目指称的权利要求项陈述的引入将含有此类引入的权利要求项陈述的任何特定权利要求项限制到仅含有一个此类陈述的实施方式，即使在同一权利要求项包含介绍性短语“一者或者多者”或“至少一者”和没有具体数目的指称时(例如，没有具体数目的指称应该被解释为意味着“至少一者”或“一者或者多者”)；这同样适用于用于引入权利要求项陈述的定冠词的使用。

此外，即使明确叙述了引入的权利要求项陈述的具体数目，本领域技术人员也将认识到这种叙述应该被解释为至少意味着所叙述的数字(例如，没有其他修饰语的无修饰叙述“两个叙述”，意味着至少两个叙述或两个或更多个叙述)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一者”的惯用语的情况下，一般来说这种结构打算采用本领域技术人员理解所述惯用语的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、A和B一起、A与C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。在使用类似于“A、B和C等中的至少一者”的惯用语的情况下，一般来说这种结构打算采用本领域技术人员理解所述惯用语的意义(例如，“具有A、B和C中的至少一者的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、A和B一起、A与C一起、B和C一起和/或A、B和C一起等的系统)。本领域技术人员将进一步理解，事实上，提出两个或更多个可选项的任何反意连接词和/或短语，不论是在描述、权利要求书还是附图中，均应被理解为考虑到了将其中一项、其中任一项或两项包括在内的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

此外，在本公开的特点根据马库什组来描述的情况下，本领域技术人员将会认识到，本公开因此也根据所述马库什组的任何单个成员或成员的亚组来描述。

正如本领域技术人员将会理解的，对于任何和所有目的来说，例如在提供书面描述方面，本文公开的所有范围也涵盖其任何和所有可能的子范围和子范围的组合。任何列出的范围可以被容易地认为是充分描述了同一范围并且能够将其分解成至少相等的二分之一、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性实例，本文讨论的每个范围可以被容易地分解成低三分之一、中三分之一和上三分之一等。正如本领域技术人员也将会理解的，所有诸如“至多”、“至少”等的语言包括所叙述的数字，并且是指随后可以如上所讨论的分解成子范围的范围。最后，正如本领域技术人员将会理解的，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1-3个细胞的组是指具有1、2或3个细胞的组。同样地，具有1-5个细胞的组是指具有1、2、3、4或5个细胞的组，以此类推。

各种上文公开的和其他特点和功能或其替代方案，可以被组合成许多其他不同的系统或应用。各种不同的目前无法预见的或意料之外的替代、修改、变化或改进随后可以由本领域技术人员做出，其中的每一者也打算被所公开的实施方式涵盖。

Claims (24)

1.一种检测组织灌注的方法，所述方法包括：

通过组织灌注监测计算装置从图像传感器收集图像数据，所述图像传感器被放置成从组织区收集由组织样品在多个波长下的照射产生的相互作用的光子；

通过所述组织灌注监测计算装置分析所述图像数据，以鉴定在所述图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者；和

在所述图像数据中的对比的基础上，通过所述组织灌注监测计算装置鉴定所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述多个波长在可见-近红外(VIS-NIR)或短波红外(SWIR)区域中。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述图像数据是高光谱图像数据。

4.如权利要求3所述的方法，其中分析所述图像数据还包括：

在所述收集的高光谱图像数据的基础上通过所述组织灌注监测计算装置产生超立方体；和

通过所述组织灌注监测计算装置分析所述超立方体，以鉴定在所述高光谱图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者。

5.如权利要求1所述的方法，其还包括：

通过所述组织灌注监测计算装置产生评分视频，以随时间监测所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

6.如权利要求5所述的方法，其还包括：

在所述产生的评分视频的基础上通过所述组织灌注监测计算装置鉴定低灌注状态。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述图像数据使用双极化结构来收集。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述高光谱图像数据被实时收集。

9.一种组织灌注监测计算装置，其包含：

非暂时性存储器，其包含存储在其上的用于检测组织灌注的程序指令；和

一个或多个处理器，其与所述存储器偶联并被配置成执行所述存储的程序指令，以：

从图像传感器收集图像数据，所述图像传感器被放置成从组织区收集由组织样品在多个波长下的照射产生的相互作用的光子；

分析所述图像数据，以鉴定在所述图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者；和

在所述图像数据中的对比的基础上，鉴定所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

10.如权利要求9所述的组织灌注监测计算装置，其中所述多个波长在可见-近红外(VIS-NIR)或短波红外(SWIR)区域中。

11.如权利要求9所述的组织灌注监测计算装置，其中所述图像数据是高光谱图像数据。

12.如权利要求11所述的组织灌注监测计算装置，其中分析所述图像数据还包括：

在所述收集的高光谱图像数据的基础上产生超立方体；和

分析所述超立方体，以鉴定在所述高光谱图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者。

13.如权利要求9所述的组织灌注监测计算装置，其中所述处理器还在所述存储的程序指令的基础上产生评分视频，以随时间监测所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

14.如权利要求13所述的组织灌注监测计算装置，其中所述处理器还在所述存储的程序指令的基础上，在所述产生的评分视频的基础上鉴定低灌注状态。

15.如权利要求9所述的组织灌注监测计算装置，其中所述处理器使用双极化结构收集所述图像数据。

16.如权利要求15所述的组织灌注监测计算装置，其中所述处理器实时收集所述图像数据。

17.一种非暂时性计算机可读介质，其上存储有用于检测组织灌注的指令，所述指令当被一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器：

从图像传感器收集图像数据，所述图像传感器被放置成从组织区收集由组织样品在多个波长下的照射产生的相互作用的光子；

分析所述图像数据，以鉴定在所述图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者；和

在所述图像数据中的对比的基础上，鉴定所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

18.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述多个波长在可见-近红外(VIS-NIR)或短波红外(SWIR)区域中。

19.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述图像数据是高光谱图像数据。

20.如权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令当被所述一个或多个处理器执行时，在所述分析步骤中进一步使所述一个或多个处理器：

在所述收集的高光谱图像数据的基础上产生超立方体；和

分析所述超立方体，以鉴定在所述高光谱图像数据中产生对比的多个波长中的一者或多者。

21.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令当被所述一个或多个处理器执行时，还使所述一个或多个处理器产生评分视频，以随时间监测所述组织区中具有改变的灌注状态的一个或多个区域。

22.如权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述指令当被所述一个或多个处理器执行时，还使所述一个或多个处理器在所述产生的评分视频的基础上鉴定低灌注状态。

23.如权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述图像数据使用双极化结构来收集。

24.如权利要求23所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述高光谱图像数据被实时收集。

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