用于多模态成像和分析的模块化系统的制作方法

用于多模态成像和分析的模块化系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年1月17日提交的名为“modular system for multi
‑
modal imaging and analysis”的临时申请第62/793,842号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.公开了一种用于多模态成像和分析的系统。具体地，该系统和方法可适用于收集关于生物化学、生物和/或非生物物质的数据。例如，该数据可以包括，白光数据、荧光数据、热数据、红外数据中的一个或多个，例如用于人类和动物应用的伤口护理。


背景技术：

4.伤口护理是一项重大的临床挑战。愈合和慢性不愈合的伤口与许多生物组织的变化有关，包括炎症、增生、结缔组织的重塑，以及常见的主要问题，细菌感染。一部分伤口感染在临床上并不明显，并导致与伤口护理相关的经济负担日益增加，尤其是在老年人群中。目前，金标准伤口评估包括在白光下直接目视检查伤口部位，结合不分青红皂白地收集细菌拭子和组织活检，导致延迟、昂贵和往往不敏感细菌学结果。这可能会影响治疗的时机和有效性。定性和主观的视觉评估只提供了伤口部位的大体情况，但不能提供关于组织和细胞水平上发生的潜在生物和分子变化的信息。在临床伤口管理中，需要相对简单和互补的方法，利用“生物和分子”信息来改善这种隐匿变化的早期识别。对风险伤口的早期识别可以指导治疗干预，并提供随时间变化的反应监测，从而大大降低发病率和死亡率，特别是慢性伤口的发病率和死亡率。
5.伤口护理和管理是主要的临床挑战，对全球卫生保健提出了巨大的负担和挑战[bowler等人，clin microbiol rev.2001，14：244
‑
269；cutch等人，journal of wurd care.1994，3：198
‑
201；dow等人，ostomy/wound management.1999，45：23
‑
40]。伤口通常分为：没有组织损失的伤口(例如，外科手术中)和有组织损失的伤口，例如烧伤，创伤、擦伤或慢性疾病继发事件造成的伤口(例如静脉淤滞、糖尿病溃疡或压疮和医源性伤口，例如皮肤移植供体部位和皮肤擦伤、毛窦、不愈合的手术伤口和慢性腔伤口)。伤口也按累及的层数分类，浅层伤口仅累及表皮，部分厚度伤口仅累及表皮和真皮，全厚度伤口累及皮下脂肪或更深层组织以及表皮和真皮。虽然损伤后组织连续性的恢复是一种自然现象，但感染、愈合质量、愈合速度、体液流失和其他延长愈合时间的并发症是临床面临的主要挑战。大多数伤口愈合无任何并发症。然而，慢性不愈合的伤口涉及越来越多的组织损失，这给伤口护理从业者和研究人员带来了巨大的挑战。与手术切口不同的是，在手术切口中，组织损失相对较少，伤口通常在没有明显的并发症的情况下愈合，而慢性伤口破坏了正常的愈合过程，这往往本身不足以实现修复。延迟愈合通常是伤口生理机能受损的结果[winter(1962)nature.193：293
‑
294]，通常发生于静脉淤滞和糖尿病溃疡，或在免疫抑制和行动不便的老年人中出现长时间的局部压力。这些慢性疾病增加了护理成本，并降低了患者的生活质量。
stand 2001，15(30)：50
‑
54，56，58]。伤口感染是指细菌在组织中的沉积和增殖，并伴随着宿主的反应[ayton，1985]。在实践中，术语“临界定植”可以用来描述被认为是从定植转移到局部感染的伤口。然而，在临床环境中的挑战是确保这种情况被迅速放心地认识到，并尽快减少细菌生物污染，也许通过使用局部抗菌药物。根据其结构和代谢能力，潜在的伤口病原体可分为不同组，例如细菌、真菌、孢子、原生动物和病毒[cooper et al.，wound infection and microbiology.：medical communications(uk)ltd for johnson&johnson medical，2003]。虽然病毒通常不会引起伤口感染，但细菌可以感染某些病毒性疾病过程中形成的皮肤损伤。这种感染可发生在多种环境中，包括卫生保健环境(医院、诊所)和家庭或慢性病护理机构。伤口感染的控制越来越复杂，但治疗并不总是由微生物学诊断指导。在大多数慢性和急性伤口中，微生物的多样性和多微生物菌群的高发生率使得从伤口培养物中识别一种或多种细菌病原体的价值变得可信。早期识别伤口感染的病原体可以帮助伤口护理人员采取适当的措施。此外，错误的胶原蛋白形成是由细菌负荷增加引起的，并导致过度血管化的松散肉芽组织，通常导致伤口破裂[sapico et al.(1986)diagn microbiol infect dis.5：31
‑
38]。
[0009]
精确和与临床相关的伤口评估是重要的临床工具，但这一过程目前仍然是巨大的挑战。目前在临床实践中的视觉评估仅提供伤口部位的大体视图(例如，化脓物质和结痂的存在)。目前的最佳临床实践未能充分利用关于在组织和细胞水平上发生的潜在关键生物学变化(例如污染、定植、感染、基质重塑、炎症、细菌/微生物感染和坏死)的至关重要的客观信息，因为这些指标i)在伤口检查时不易获得，以及ii)其目前没有被整合到常规的伤口管理过程中。使用白光对伤口健康状况的直接视觉评估依赖于对伤口内部和周围的颜色和地形/纹理变化的检测，因此在检测组织重塑的细微变化方面可能是不能够和不可靠的。更重要的是，由于细菌在白光照射下是隐匿的，伤口的直接视觉评估往往无法检测到细菌感染的存在。临床上通过微生物测试来诊断感染，以识别有机体及其对抗生素的敏感性。虽然使用白光可以很容易地在大多数伤口中观察到细菌感染的物理指征(例如，脓性渗出液、结痂、肿胀、红斑)，但这往往被大大推迟，并且患者已经处于发病率(和其他与感染相关的并发症)和死亡率的增加风险中。因此，标准的白光直接可视化无法检测到细菌本身的早期存在或识别伤口内的细菌类型。
[0010]
干细胞的植入和移植最近引起了人们的兴趣，例如，用于伤口护理和治疗。然而，目前追踪植入或移植后干细胞的增殖情况具有挑战性。追踪和识别癌细胞也具有挑战性。如果能够以微创或无创的方式监测这些细胞将是可取的。
[0011]
提供一种检测其他目标表面(包括非生物目标)污染的方法也很有用。


技术实现要素：

[0012]
本公开可解决一个或多个上述问题和/或可证明一个或多个上述期望的特征。根据以下描述，其他特征和/或优点将变得显而易见。
[0013]
根据本公开的一个方面，提供了一种便携式手持成像系统。该系统包括至少一个激发光源，被配置为在荧光成像期间发射激发光。第一滤波器被配置为检测并允许光学信号通过至第一图像传感器，该光学信号响应于用激发光对目标表面的照射并且具有对应于细菌荧光、细菌自体荧光、组织荧光和组织自体荧光中的一个或多个的波长。白光源被配置
为在白光成像期间发射白光。第二滤波器被配置为检测并允许光学信号通过至第二图像传感器，该光学信号响应于用白光对目标表面的照射并且具有可见光范围内的波长。并且，处理器被配置为接收所检测的荧光和白光光学信号，并基于所检测的光学信号将目标表面的表示输出到显示器。
[0014]
根据本公开的另一方面，提供了一种便携式模块化手持成像系统。模块化系统包括第一壳体部和第二壳体部。第一壳体部包括：至少一个激发光源，该激发光源被配置为在荧光成像期间发射激发光；第一滤波器，被配置为检测并允许光学信号通过至第一图像传感器，该光学信号响应于用激发光对目标表面的照射并且具有对应于细菌荧光、细菌自体荧光、组织荧光和组织自体荧光中的一个或多个的波长；白光源，被配置为在白光成像期间发射白光；以及第二滤波器，被配置为检测并允许光学信号通过至第二图像传感器，该光学信号响应于用白光对目标表面的照射并且具有可见光范围内的波长。第二壳体部被配置为可释放地接收第一壳体部，并且包括显示器和处理器，处理器被配置为接收所检测的荧光和白光光学信号，并基于所检测的光学信号将目标表面的表示输出到显示器。
[0015]
根据本公开的另一个方面，提供了一种便携式模块化手持成像系统套件。该套件包括多个光学壳体部和基座壳体部。多个光学壳体部中的每一个包括：至少一个激发光源，该激发光源被配置为在荧光成像期间发射激发光；第一滤波器，被配置为检测并允许光学信号通过至第一图像传感器，该光学信号响应于用激发光对目标表面的照射并且具有对应于细菌荧光、细菌自体荧光、组织荧光和组织自体荧光中的一个或多个的波长；白光源，被配置为在白光成像期间发射白光；以及第二滤波器，被配置为检测并允许光学信号通过至第二图像传感器，该光学信号响应于用白光对目标表面的照射并且具有可见光范围内的波长。基座壳体部被配置为可释放地可互换地接收多个光学壳体部中的每一个。基座壳体部包括：显示器；电源，该电源被配置为向至少一个激发光源和白光源供电；以及处理器，该处理器被配置为接收所检测的荧光和白光光学信号，并基于所检测的光学信号将目标表面的表示输出到显示器。
[0016]
根据本公开的又一方面，提供了一种操作模块化的手持式基于荧光的成像装置的方法。该方法包括：选择包括光学部件的光学壳体，该光学部件包括用于荧光成像的至少一个激发光源，以及将所选择的光学壳体连接到成像装置的基体壳体，以从基体壳体中的电源向光学壳体中的光学部件提供电力。该方法还包括：用至少一个激发光源照射目标，以使目标的被照射部的一部分、组分和生物标志物中的一个或多个发出荧光、反射光或吸收光；以及响应于用激发光对目标的照射对光学信号滤波，其中，对多个光学信号滤波包括防止反射激发光通过，并且允许具有对应于细菌荧光、细菌自体荧光、组织自体荧光和外源组织荧光中的一个或多个的波长的光学信号通过包含在光学壳体中的荧光滤波器。该方法还包括：用包含在光学壳体中的图像传感器检测滤波后的光学信号，以及在基体壳体的至少一个显示器上显示所检测到的滤波信号作为目标的被照射部的合成图像，该合成图像包括存在于目标的被照射部中的各种组织成分的荧光表示。
附图说明
[0017]
可单独地或与附图一起从下面的详细描述中理解本公开。包括附图以提供进一步的理解，并且将其并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本公开的一个或
多个示例性实施方式，并且与描述一起用于解释各种原理和操作。
[0018]
图1是根据本公开的模块化手持成像装置的第一实施方式的前视图。
[0019]
图2是图1的模块化手持成像装置的后视图。
[0020]
图3是图1的模块化手持成像装置的前透视图。
[0021]
图4是图1的模块化手持成像装置的后透视图。
[0022]
图5a是根据本公开的模块化手持成像系统的第二实施方式的从基座壳体分离的第一光学壳体的透视图。
[0023]
图5b是根据本公开的模块化手持成像系统的第三实施方式的从基座壳体分离的第二光学壳体的透视图。
[0024]
图6是根据本公开的模块化手持成像装置的第四实施方式的渲染的前视图。
[0025]
图7是根据本公开的图6的模块化手持成像装置的渲染的后视图。
[0026]
图8是根据本公开的模块化手持成像装置的示例性实施方式获取的白光(wl)、荧光(fl)和热图像的示例。
[0027]
图9是根据本公开的模块化手持成像装置的示例性实施方式进行的测量的示例。
[0028]
图10a至图10d是根据本公开的一个方面的在利用模块化手持成像装置的示例性实施方式形成目标的三维荧光图像的过程中获取和创建的图像的示例。
[0029]
图11a至图11e示出了根据本公开的单独的充电站(图11a至图11c)，并且与成像装置(图11d和图11e)一起使用。
[0030]
图12是根据本公开的一个方面的成像装置的光学壳体的示例实施方式的分解图。
[0031]
图13是根据本公开的一个方面的用于成像装置中的印刷电路板的示例实施方式。
[0032]
图14a和图14b示出了用于本公开的成像装置中的示例硬件框图。
[0033]
图15a至图15f示出了根据本公开的未连接到(图15a至图15c)和连接到(图15d至图15e)便携式手持成像装置的盖布的示例实施方式。
[0034]
图15g至图15h示出了根据本公开的连接到图15d至图15f的盖布的示例便携式手持成像装置。
[0035]
图16a至图16c示出了根据本公开的用于与成像装置(图16a至图16b)一起使用的无菌盖布的示例实施方式，以及当成像装置连接到变暗盖布/成像盖布(图16c)时在成像装置上的无菌盖布。
具体实施方式
[0036]
伤口进展目前是手动监测的。国家压疮顾问小组(npuap)开发了压疮愈合量表(push)工具，概述了表征压疮的五步方法。该工具使用三个参数来确定定量评分，然后用于监测压疮随时间的变化。定性参数包括伤口尺寸、组织类型、渗出或排出量以及敷料移除后的热读数。伤口可以通过其气味和颜色进一步表征。这种对伤口的评估目前不包括关于伤口的关键生物学和分子信息。因此，所有关于伤口的描述都是主观的，并且由主治医生或护士手工记录。
[0037]
需要一种稳健的、成本高效的基于无创和快速成像的方法或装置，用于客观地评估伤口在生物、生化和细胞水平上的变化，并用于快速、灵敏和无创地检测伤口内细菌/微生物的早期存在。这种用于检测伤口中关键生物组织变化的方法或装置可以与常规的临床
伤口管理方法一起起辅助作用，以便指导患者护理中的关键临床病理决策。这样的装置可以是紧凑的、便携的，并且能够以安全和方便的方式对伤口进行实时无创和/或非接触式询问，这可以允许手持成像装置无缝地适合于常规伤口管理实践，并且对临床医生、护士和伤口专家是用户友好的。手持成像装置还可用于家庭护理环境(包括患者自用)以及军事战场环境。此外，这种基于图像的装置可以通过将有价值的“生物信息”图像指导结合到临床伤口评估过程中来提供实时监测伤口治疗反应和愈合的能力。这可能最终导致潜在的新的诊断、治疗计划、治疗反应监测，从而“适应性”干预策略，可能允许在个体患者水平上增强伤口愈合反应。精确识别个体患者伤口愈合问题背后的全身、局部和分子因素可能允许更好的定制治疗。
[0038]
分子光i：x装置在解决上述许多问题方面取得了长足的进步。分子光i：x装置允许临床医生在护理点快速、安全和容易地观察细菌并测量伤口。分子光i：x装置的基础和使用方法描述于2009年5月20日在国际上提交的pct/ca2009/000680的国家阶段申请的美国专利no.9,042,967中，该专利要求2008年5月20日提交的美国临时申请no.61/054,780的权益，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。
[0039]
另一种公开用于癌症可视化的成像装置，公开于美国临时申请no.62/625,983(2018年2月3日提交)题为“devices，systems，and methods for tumor visualization and removal”和美国临时申请no.62/625,967(2018年2月3日提交)题为“devices，systems，and methods for tumor visualization and removal”，以及国际专利申请no.pct/ca2019/000015(2019年2月1日提交)题为“devices，systems，and methods for tumor visualization and removal”，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。尽管在可视化癌症的上下文中公开，但所公开的系统和方法涉及组织自体荧光和组织荧光的可视化和成像，并且关于其中描述的示例性装置的构造、功能和操作的细节可以与本文描述的系统的部分相似或相同。
[0040]
分子光i：x装置和本技术中公开的装置利用组织自体荧光成像，其提供了实时获得正常组织和病变组织的生物学相关信息的独特手段，从而允许区分正常组织和病变组织状态。自体荧光成像装置可用于对伤口进行快速、无创、无接触的实时成像，以检测和利用伤口丰富的生物信息，以克服现有的局限性，并改善临床护理和管理。
[0041]
在本技术中，公开了用于基于荧光的成像的系统、方法和装置。该装置的一个实施方式是便携式光学数字成像装置。该装置可以利用白光(wl)成像、荧光(fl)成像、红外(ir)成像、热成像和/或三维映射的组合，并且可以提供实时伤口成像、评估、记录/记载、监测和/或护理管理。该装置可以是手持式的、紧凑的和/或重量轻的。例如，该装置可以包括：至少一个激发光源，该激发光源被配置为在荧光成像期间发射激发光；第一滤波器，被配置为检测并允许光学信号通过至第一图像传感器，该光学信号响应于用激发光对目标表面的照射并且具有对应于细菌荧光、细菌自体荧光、组织荧光和组织自体荧光中的一个或多个的波长；白光源，被配置为在白光成像期间发射白光；第二滤波器，被配置为检测并允许光学信号通过至第二图像传感器，该光学信号响应于用白光对目标表面的照射并且具有可见光范围内的波长；以及处理器，该处理器被配置为接收检测的荧光和白光光学信号，并基于所检测的光学信号将目标表面的表示输出到显示器。该装置和方法可适用于人和动物伤口的监测。
[0042]
在另一示例性实施方式中，该装置可以是模块化手持成像装置。在这样的实施方式中，该装置包括基体部，在此也称为基座部或基座壳体，以及光学部，在此也称为光学壳体或光学壳体部。光学部可释放地由基体部接收，并且可与其他光学部互换，每个光学部被配置用于特定应用或捕获来自被成像目标的特定特征和光学信息。因此，用户将基于在给定情况下成像所需的能力来选择光学壳体。
[0043]
模块化手持成像装置可以作为套件的一部分进行包装和/或销售，其中提供了基体部和两个或更多个光学部，每个光学部的光学特性彼此不同并且任何其他光学壳体不同。可以从一个光学壳体到另一光学壳体变化的性质包括以下非限制性示例，其可以包括在每个光学壳体中的任何组合中：图像传感器的数量，配置用于白光成像的图像传感器的数量(即，与用于白光成像的滤波器组合)；配置用于荧光成像的图像传感器的数量，其中用于荧光成像的不同图像传感器可以与不同的滤波器配对，以允许不同范围的荧光发射通过，其中，每个范围被配置为捕获目标的具体特征(例如，血管或微血管、胶原、弹性蛋白、血液、骨、细菌、恶性肿瘤、淋巴管、免疫细胞、脂肪组织、软骨、肌腱、神经、胃肠组织、皮肤、恶性前或良性组织、体液、尿液、血液、唾液、眼泪、粘液、黏膜组织、真皮组织和外源性荧光剂、药物等)。
[0044]
图像传感器被配置为捕获静止图像或视频。
[0045]
激发光源的数量和类型也可以在光学壳体之间变化。激发光源被配置为发射具有波长约350nm
‑
约400nm、约400nm
‑
约450nm、约450nm
‑
约500nm、约500nm
‑
约550nm、约550nm
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约600nm、约600nm
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约650nm、约650nm
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约700nm、约700nm
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约750nm、约750nm
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约800nm、约800nm
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约850nm、约850nm
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约900nm、约900nm
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约950nm、约950nm
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约1000nm和/或其组合的激发光。根据具体的应用，光学壳体的形状也可以从一个壳体到另一壳体变化。例如，特殊形状可用于特定应用，例如，进入诸如凹槽、口腔、鼻腔、肛门区域、腹部区域、耳朵等受限解剖空间。在这种情况下，光学壳体可具有内窥镜附件的形式。形成光学壳体的材料可以从一个壳体到另一个壳体而变化。例如，壳体可以具有柔性的面向患者部分或刚性的面向患者部分，这取决于将使用成像装置的应用。在一些实施方式中，光学壳体可制成防水或耐水。在一些实施方式中，壳体可以由天生抵抗细菌生长的材料制成，或者由具有抵抗微生物生长的表面纹理或拓扑结构的材料制成，例如粗糙纳米表面。光学壳体的尺寸可以根据包含在其中的部件的尺寸和数量而变化。光学壳体的各种示例性实施方式还可以包括，在任何组合中，诸如环境光传感器、测距仪、热成像传感器、结构光发射器、用于三维成像的红外辐射源和检测器、用于进行测量的激光器等特征。附加地或可替代地，成像装置还可以并且具有嵌入壳体中的外部通道，以使得能够递送诸如活检钳、光纤光谱探针或其他需要(fl)图像引导靶向以收集组织、消融组织、烧灼组织或询问荧光组织的工具。
[0046]
基体部/基体壳体包括被配置为可释放地接收光学壳体的接口。光学壳体包括被配置为以提供光学壳体中的部件与基体部中的电池和处理器之间的电连接和电源连接的方式接收到基体部中的部分。该连接将实现光学壳体和基座之间的数据传输，基座包含被配置为从图像传感器接收数据的处理器。此外，基座可以连接到pc以存储或分析来自模块化成像装置的数据。
[0047]
在各种示例性实施方式中，基体部包括散热器。在一个示例性实施方式中，散热器围绕基体部中的开口形成唇缘，该唇缘被配置为接收光学壳体。
[0048]
在各种示例实施方式中，模块化成像装置包括以下各种配置中的元件：
[0049]
fl相机传感器
‑
被配置为检测荧光波长的相机传感器用于荧光成像模式(fl)。入射到该传感器上的光穿过双波段滤波器以允许可视化和捕获可以存在的红色和绿色荧光信号，例如响应于用激发光照射目标而产生的信号。在一些实施方式中，滤波器可以被配置为识别额外的荧光信号或更少的荧光信号。
[0050]
wl相机1
‑
当模块化成像装置处于白光(wl)成像模式时，使用第一白光(wl)相机传感器。入射到该传感器上的光穿过短通滤波器，以允许传感器对可见光波长成像。短通滤波器阻挡临床环境中可能存在的红外(ir)光。短通滤波器还阻挡由测距仪发射的ir(如果存在)。
[0051]
wl相机2
‑
第二wl图像传感器/相机传感器可用作模块化成像装置的立体或3d成像(目标深度)配置的一部分。
[0052]
入射到该传感器上的光穿过短通滤波器，以允许传感器对可见光波长成像。短通滤波器阻挡临床环境中可能存在的红外(ir)光。短通滤波器还阻挡由测距仪发射的ir(如果存在)。当存在时，第二wl相机传感器必须与第一wl相机传感器对齐。
[0053]
显示器
‑
可提供具有触摸屏功能的高分辨率、宽色域显示器。触摸屏功能允许用户操作图像，并且还允许显示器充当临床医生/装置操作员的主要用户界面(ui)，允许输入患者信息，患者信息可以与拍摄的图像以某种方式进行核对或登记，无论是在相机上，还是当信息上传到云端或其他存储时。
[0054]
电池
‑
可充电电池，例如，具有集成气体测量功能的可充电锂离子电池，可用于为模块化成像装置供电。如将理解的，可以使用其他类型的电池或使用其他电源。
[0055]
扬声器
‑
模块化成像装置上的扬声器可用于与用户通信，并且还可生成相机点击声和/或改善用户体验的其他声音。
[0056]
电池状态led
‑
指示电池状态低和充电操作期间电池的充电状态。
[0057]
系统状态led
‑
通过使用开/关或不同的颜色指示系统状态，提供系统ok/运行指示或指示存在内部系统问题。
[0058]
wi
‑
fi天线
‑
启用wifi通信。wifi通信用于图像的云存储、系统软件的现场更新和管理按次付费使用。
[0059]
fl led
‑
模块化装置的光源可包括led。在一个示例中，激发光，例如荧光激发光，可以由荧光(fl)led产生。荧光激发光可用于从细菌中引出荧光，即作为对激发光照射的响应。led电流用闭环控制来控制，其中控制回路的设定点由mcu管理。标称fl led驱动电流设定点是在装置制造过程中建立的，以满足最小的目标光学辐照度和均匀性的要求。led的光学效率取决于温度。温度传感器测量led附近的印刷电路板(pcb)温度，该温度被用作控制回路的输入，该控制回路调整标称驱动电流设定点，以补偿led温度相关的辐照效率变化。如将理解的，可以使用其他类型的荧光光源来代替fl led或除了fl led之外。
[0060]
提供环境光传感器以监测成像目标附近的成像环境中的环境光。荧光(fl)成像需要足够暗的环境才能获得有用的图像。环境光传感器用于向临床医生提供关于环境光水平的反馈。在系统进入fl成像模式之前的环境光水平可以存储在图片元数据中。在后期分析中，光水平可能是有用的。在白光成像模式期间，测量的环境光水平也可能是有用的，以启用wl手电筒或控制其强度。环境光传感器可以被配置为在成像环境足够暗以拍摄荧光图像
时向用户指示。这可以采取根据成像模式提供成像环境令人满意和/或不令人满意的指示的形式。
[0061]
测距仪
‑
测距仪可用于测量相机传感器和被成像目标之间的距离。在相机到目标距离的范围内，最小蓝光辐照度和均匀性是有效的。测距仪向临床医生/用户提供反馈，以通过提供已达到适当距离的指示来指导他们在正确距离处进行成像。目标距离可以存储在图片元数据中。目标距离可以对贴纸检测算法有用，该算法可用于测量过程中，用于确定传感器像素中的最小和最大预期贴纸尺寸，该传感器像素是贴纸和相机传感器之间距离的函数。在一些实施方式中，测量的目标距离的变化可用于启动相机传感器重新聚焦动作。
[0062]
手电筒led
‑‑
在白光成像模式期间，可以提供一个或多个白光源来照射目标。白光源可以包括一个或多个白光led。除了led之外或代替led，可以使用其他白光源。
[0063]
usb
‑
c端口
‑
可提供一个usb
‑
c端口，用于电池充电、软件的出厂装载、装置的出厂测试和校准以及图片下载。
[0064]
可提供附加或替代端口用于信息传输和/或计费。
[0065]
图1至图5b中示出了模块化手持成像装置100的示例性实施方式。如图1至图5b所示，在一些示例实施方式中，装置100的基体部110可以具有大致正方形或矩形形状。基体部110的前侧或面向用户的侧115包括用于显示由装置捕获的图像和视频的显示屏120。尽管被描绘为正方形或矩形，但是该装置可采取将合理地支撑诸如触摸屏显示器的显示屏的任何形状。除了公开由成像装置100捕获的图像之外，显示屏还用作用户界面，从而允许用户经由触摸屏输入来控制装置的功能。
[0066]
定位在装置的相对侧上，即装置的面向患者侧125上，可以是手持区域130，其被配置为便于用户在成像期间握住装置。如图4所示，手持区域可包括突起或远离基体部110延伸足以允许用户的手指抓握或环绕突起的区域。可以使用各种其他类型的手持以及手持的替代定位。在这种手持的位置中考虑的一个因素是用户在使用成像装置和经由触摸屏显示器输入命令时平衡成像装置的能力。成像装置的重量分布也将是提供用户友好和符合人体工程学的装置的考虑因素。装置的面向患者侧125还可包含用于装置无线充电的触点135。
[0067]
如图11a至图11e所示，可提供充电站136用于对装置100的无线充电。如示例实施方式所示，充电站136可包括触点，例如用于对装置100的无线充电的接触销137。接触销137可以是弹簧加载的，并且可以以防止由于在接触销137上无意放置其他物体(即，小金属物体)而短路的方式彼此分开。在一个示例中，充电站136的表面的凸起部分，例如突起，可以将接触销137分开。充电站136还可以包括指示灯138，当装置100正确放置在充电站136上充电时，指示灯138将接合/亮起。附加地或可替代地，指示灯138可以指示装置100何时充满电。
[0068]
根据本公开的一个方面，装置100的面向患者侧125还包括光学壳体140。如图5a至图5b所示，光学壳体140可以从基体部110分离。光学壳体部140被示为矩形壳体，被配置为容纳在基体部110上的矩形开口145中。然而，光学壳体部140和开口145都可以采取其他形状，例如方形、长方形、椭圆形或圆形。此外，光学壳体部140可以不具有与开口145相同的形状，而是可以使用具有与基体部110的开口145相同形状或以其他方式被配置为接收在基体部110的开口145中的连接器元件作为桥接，以将光学壳体部140连接到基体部110。开口145被配置为可释放地接收光学壳体部140。当光学壳体部140位于开口145中时，其可以被锁定
到位，使得光学壳体部140被锁定到基体部110。在该配置中，在基体部110和包含在光学壳体部140中的光学部件之间进行电接触，并且光学壳体部中的部件由包含在基体部110中的电源(例如电池)供电。
[0069]
在各种示例性实施方式中，基体部110包括散热器150。在一个示例性实施方式中，散热器150围绕基体部110中的开口145形成唇缘，该唇缘被配置为接收光学壳体部140。
[0070]
如图5a和图5b所示，光学壳体140可以采取不同的形状或配置。例如，如图5a所示，光学壳体部140具有大致平坦的长方形形状。光学部件以大体上线性的方式布置在光学壳体的宽度上。图5b示出了第二光学壳体185，其包括内窥镜部分190。与光学壳体部140不同，包含在第二光学壳体185中的光学部件包含在第二光学壳体185的内窥镜部分190的远尖端195中，并且不以线性方式布置。基于光学壳体的尺寸和形状以及包含在给定壳体中的光学部件的数量和类型，在每个光学壳体中光学部件的布置将发生变化。
[0071]
光学壳体部140可以包括各种光学部件，这些光学部件被配置为促进来自正在被成像的目标的光学信号的收集。可以从一个光学壳体到另一个光学壳体变化的性质包括以下非限制性示例，其可以包括在每个光学壳体中的任何组合中：图像传感器的总数量，配置用于白光成像的图像传感器的数量(即，与用于白光成像的滤波器组合)；配置用于荧光成像的图像传感器的数量，其中用于荧光成像的不同图像传感器可以与不同的滤波器配对，以允许不同范围的荧光发射通过，其中，每个范围被配置为捕获目标的具体特征(例如，血管或微血管、胶原、弹性蛋白、血液、骨、细菌、恶性肿瘤、健康或病变软骨、韧带、肌腱、结缔组织、淋巴管、神经、肌肉等)。
[0072]
光学壳体部140可以包括一个或多个激发光源。激发光源可以提供单个波长的激发光，激发光被选择用于激发组织自体荧光发射以及肿瘤/癌细胞中诱导卟啉的荧光发射。附加地或可替代地，激发光源可以提供被选择用于激发伤口中组织和细菌中的一个或多个的细菌自体荧光发射和/或外源荧光发射的激发光的波长。在一个示例中，激发光可以具有在约350nm
‑
约600nm、或350nm
‑
约450nm和550nm
‑
约600nm、或例如405nm、或例如572nm范围内的波长。
[0073]
可替代地，激发光源可以被配置为提供两个或更多波长的激发光。如本领域技术人员将理解的，可以为不同的目的选择激发光的波长。例如，通过改变激发光的波长，可以改变激发光穿透诸如手术床或伤口的目标表面的深度。随着穿透深度随着波长的相应增加而增加，可以使用不同波长的光来激发目标表面的表面以下的组织。在一个示例中，具有波长在350nm
‑
450nm范围内(例如405nm)的激发光，和具有波长在550nm
‑
600nm范围内(例如572nm)的激发光，可以分别穿透目标组织到不同的深度，例如约500pm
‑
约1mm和约2.5mm。这将允许装置的用户，例如医生、外科医生或病理学家，可视化目标表面和目标下表面处的组织细胞。附加地或可替代地，可以使用波长在近红外/红外范围内的激发光，例如，可以使用波长在约750nm和约800nm之间的激发光，例如760nm或780nm。此外，为了穿透组织到更深的水平，这种类型的光源的使用可以与第二类型的成像/造影剂结合使用，例如红外染料(例如，irdye800，icg)。例如，这将能够使目标组织中的血管化、血管灌注和血液汇集可视化。此外，可视化血管灌注的作用是改善重建过程中的吻合或观察伤口的愈合。
[0074]
成像装置100可以包括附加光源，例如，用于对目标表面进行白光(wl)成像的白光源。白光的使用为其他图像(例如荧光图像)提供解剖学背景。白光源可以包括一个或多个
白光led。可酌情使用其他白光源。如本领域普通技术人员将理解的，白光源应该是稳定可靠的，并且在长时间使用期间不会产生过热。
[0075]
成像装置100的基体部110可以包括允许在白光成像和荧光成像之间切换/转换的控制。该控制还可以使各种激发光源能够一起或单独地、以各种组合和/或顺序地使用。该控制可以通过各种不同的光源组合循环，可以顺序地控制光源，可以频闪光源或以其他方式控制光源使用的时间和持续时间。如本领域普通技术人员将理解的，该控制可以是自动的、手动的或其组合。如上所述，基体部110的触摸屏显示器120可以用作用户界面以允许对成像装置100的控制。可替代地，可以设想，可以使用单独的控制，例如手动控制(例如按钮)，来代替触摸屏控制或除了触摸屏控制之外。例如，这样的手动控制可以位于把手130上，以允许用户在保持和使用成像装置时容易地致动控制。
[0076]
成像装置100的光学壳体部140还可以包含一个或多个光学成像滤波器，该光学成像滤波器被配置为防止反射的激发光通过相机传感器。在一个示例中，光学成像滤波器还可以被配置为允许具有对应于组织细胞的自体荧光发射和组织细胞中诱导的卟啉的荧光发射的波长的发射通过。在另一示例中，装置100可以包含一个或多个光学成像滤波器，该光学成像滤波器被配置为允许对应于目标中包含的细菌的自体荧光发射以及由于在目标表面上使用造影剂而产生的细菌的外源性荧光发射的发射通过。成像装置100还可以包括滤波器，该滤波器被配置为捕获细菌和组织两者的荧光和自体荧光。
[0077]
可以选择这些光学滤波器以基于所需的光波长来检测来自目标/组织/伤口表面的特定光学信号。例如，也可以使用液晶可调谐滤波器(lctf)或声光可调谐滤波器(aotf)，其是固态电子可调谐光谱带通滤波器，来实现检测的光学信号的光谱滤波(例如，吸收、荧光、反射率)。光谱滤波还可以涉及使用连续可变滤波器，和/或手动带通光学滤波器。这些滤波器/滤波机构可以放置在成像传感器的前面，以产生组织的多光谱、高光谱和/或波长选择性成像。
[0078]
可以通过使用光学或可变取向偏振滤波器(例如，线性或圆形，结合使用光波片)以合理的方式附接到激发/照射光源和成像传感器来修改成像装置100。以这种方式，成像装置100可用于通过偏振光照射和非偏振光检测，或反之亦然，或通过偏振光照射和偏振光检测，利用白光反射和/或荧光成像对目标表面进行成像。这可允许以最小化镜面反射(例如，来自白光成像的眩光)对伤口进行成像，以及能够对伤口内和周围的正常组织中的结缔组织(例如，胶原和弹性蛋白)中的荧光偏振和/或各向异性相关变化进行成像。这可能会产生关于愈合过程中与伤口重塑相关的结缔组织纤维的空间取向和组织的有用信息[yasui et al.，(2004)appl.opt.43：2861
‑
2867]。
[0079]
在图12所示的一个示例实施方式中，成像装置200包括三个相机传感器260、265、270，并且每个传感器包括固定滤波器261、266、271。例如，可以提供第一和第二白光传感器，每个白光传感器被配置为经由固定到相应传感器的专用滤波器接收可见光学信号。另外，用于荧光成像的传感器可以被配置为允许各种期望的发射波长穿过到荧光相机传感器。如前所述，不同的光学壳体部可以包含传感器、滤波器和光源的不同配置，这些传感器、滤波器和光源一起被配置为创建目标的特定特征的图像。
[0080]
图12示出了成像装置200的光学壳体240的分解图。如图12所示，基体部210可以包括位于光学壳体240的散热器250后面的散热器212。光学壳体240可进一步包括三个相机传
感器260、265、270、印刷电路板(pcb)273、外部散热器垫片252、相机罩244、三个滤波器261、266、271、用于白光源的光扩散器253、内部垫片/滤波器保持器274、窗口275a、275b、275c、胶带276(或用于固定窗口的其他装置)和透镜组件尖端280，其可以包括允许附件附接的特征。
[0081]
如本领域技术人员将理解的，成像装置的光学壳体中的部件的布置可以采取多种配置。这种配置可能受装置的尺寸、装置的占地面积和所使用的部件的数量的影响。然而，在布置部件时，还应考虑功能因素。例如，诸如来自装置的光源的光泄漏和/或进入光学壳体的环境光的问题可能干扰装置的正确或最佳操作，并且例如可能导致不太期望的输出，例如图像伪影。图12中所示的布置是其中相机传感器被隔离以防止来自光源和环境光的光泄漏的布置。
[0082]
图13中示出了示例pcb 273。如图所示，pcb可包括激发光源302，例如两个荧光led，例如，波长在约400nm
‑
约450nm之间的紫/蓝led，并且在一个示例中，波长约405nm。可以提供具有相同波长的附加led，或者可以仅使用一个led。另外，设想可以提供具有不同波长的附加激发光源。pcb 273还可以包括两个温度传感器304、为白光成像提供白光的白光或手电筒led306、环境光传感器308和测距仪312，例如，测距仪312可以是基于激光的测距仪。
[0083]
当装置100或200保持在待成像的目标组织表面(例如，伤口)上方时，照射光源可以将窄带或宽带紫/蓝波长或其他波长或波长带的光照射到组织/伤口表面上，从而在感兴趣区域内产生平坦并且均匀的光场。光也照射或激发组织下降到一定的浅深度。该激发/照射光与正常组织和病变组织相互作用，并可导致在目标组织内产生光学信号(例如，吸收、荧光和/或反射)，该光学信号随后由相机传感器中的一个捕获。
[0084]
通过相应地改变激发和发射波长，成像装置100、200可以询问目标组织(例如，伤口)内表面和特定深度处的目标组织成分(例如，伤口中的结缔组织和细菌)。例如，通过将紫/蓝(约400
‑
500nm)波长的光改变为绿(约500
‑
540nm)波长的光，可以例如在伤口中实现更深层的组织/细菌荧光源的激发。类似地，通过检测更长的波长，可以在组织表面检测来自组织和/或组织深处的细菌源的荧光发射。对于伤口评估，询问表面和/或次表面荧光的能力可能是有用的，例如用于检测和潜在识别细菌污染、定植、临界定植和/或感染，这些细菌污染、定植和/或感染可能发生在伤口内的表面和深度(例如，在慢性非愈合伤口中)。
[0085]
手持成像装置100、200还包括在装置的光学壳体部140、240中的成像透镜和图像传感器。成像透镜或透镜组件可被配置为将经滤波的自体荧光发射和荧光发射聚焦在图像传感器上。广角成像透镜或鱼眼成像透镜是合适的透镜的示例。广角透镜可以提供180度的视野。该透镜还可以提供光学放大倍数。成像装置需要非常高的分辨率，从而可以在非常小的细胞群之间进行区分。图像传感器被配置为检测组织细胞的滤波自体荧光发射和组织细胞中诱导的卟啉的荧光发射。图像传感器可以具有4k视频能力以及自动聚焦和光学或数字变焦能力。可以使用ccd或cmos成像传感器。在一个示例中，可以使用与滤波器组合的cmos传感器，即高光谱图像传感器，例如由ximea公司销售的那些传感器。
[0086]
示例滤波器包括可见光滤波器(https：//www.ximea.com/en/products/hyperspectral
‑
cameras
‑
based
‑
on
‑
usb3
‑
xispec/m q022hq
‑
im
‑
sm4x4
‑
vis)和红外滤波器(https：//www.ximea.com/en/products/hyperspectral
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cameras
‑
based
‑
on
‑
usb3
‑
xispec/m q022hg
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im
‑
sm5x5
‑
nir)。手持装置100、200还可以包括处理器，该处理器被配置为接收检测到的发射并输出关于检测到的经滤波的自体荧光和/或外源荧光发射的数据。处理器可以具有无缝地运行同步程序的能力(包括但不限于，无线信号监测、电池监测和控制、温度监测、图像接受/压缩和按钮按下监测)。处理器与内部存储器、物理控制(例如，按钮、光学器件和无线模块)接口。处理器还具有读取模拟信号的能力。
[0087]
成像装置100、200还可以包括无线模块并且被配置为完全无线操作。其可以利用高吞吐量无线信号并具有以最小延迟传输高清晰度视频的能力。该装置可以同时启用wi
‑
fi和蓝牙
‑‑
wi
‑
fi用于数据传输，蓝牙用于快速连接。该装置可以利用5ghz无线传输频带操作以与其他装置隔离。此外，该装置能够作为软接入点运行，这消除了对连接到因特网的需要，并保持该装置和模块与其他与患者数据安全相关的装置隔离地连接。该装置可以被配置为用于无线充电并且包括感应充电线圈。附加地或可替代地，该装置可以包括被配置为接收充电连接的端口。
[0088]
图14a和图14b示出了装置100、200的硬件框图的替代实施方式。图14a和图14b示出了示出根据本公开的示例实施方式的手持成像装置100、200的各种部件的示例框图。
[0089]
手持成像装置100、200的部件可以分组在光学pcb和电子系统中。在图14b的实施方式中，光学pcb包括4个荧光波长led、2个红外led、以及2个白光led。该光学pcb进一步包括环境光传感器、激光测距仪和温度传感器。
[0090]
光学pcb与电子系统302可操作地耦合。该电子系统可以包括，例如但不限于，电子控制部件，例如应用处理器模块、实时微控制器单元(mcu)和电源管理子系统。该电子系统可以进一步包括与手持成像装置的其它电子部件接口的部件和系统。例如，电子系统可以包括用于光学滤波器系统的cmos相机接口和电机驱动电子设备。该电子系统还可以包括分别用于荧光和白光相机的连接器，以促进在本文讨论的荧光和白光成像模式之间的切换。尽管在图14b中仅示出了两个相机，白光相机和荧光相机，但本公开考虑使用附加相机，具体是白光相机。例如，图14a的示例框图公开了三个相机、两个白光相机和一个荧光相机的存在。另外的相机的添加在本公开的范围内。
[0091]
其它支持电子系统和电子系统的部件可以包括存储器(例如，闪存装置)、可充电电池(例如，锂离子电池)和感应电池充电系统。电子系统的一些部件可以包括通信部件(例如，wi
‑
fi和/或蓝牙无线电子系统)，以及空间定向部件，例如，磁强计、加速度计和陀螺仪中的一个或多个。
[0092]
电子系统可以包括各种用户控制，例如，电源开关、系统状态led、充电状态led、图片捕获开关、视频捕获开关和成像模式开关。各种用户控制可以通过用户接口模块与电子系统的其他部件接口，用户接口模块向用户控制提供信号和从用户控制提供信号。
[0093]
电子系统中的其他部件可以包括用于荧光、红外和白光led的驱动器、用于上行链路或下行链路数据信号的usb集线器和/或来自外部计算机系统的电源，电子系统可以通过usb集线器连接到外部计算机系统，例如工作站或其他计算机。电子系统还可以包括向用户提供反馈的一个或多个装置，例如但不限于，扬声器。其他反馈装置可以包括各种听觉和视觉指示器、触觉反馈装置、显示器和其他装置。
[0094]
本技术的模块化手持成像装置100、200可与各种附件一起使用。例如，装置100、200可以与盖布一起使用，该盖布被配置为通过阻挡或减少目标周围的环境光来使正在被
成像的目标周围的区域变暗。盖布可以包括适配器，该适配器被配置为安装在光学壳体的面向患者的侧上，并且被配置为通过在光学壳体的光学器件之间形成屏障来隔离和/或分离光学壳体的光学器件与环境光。可以找到与该装置一起使用的盖布类型的示例，例如，在2018年5月9日提交的美国临时专利申请no.62/669,009中，题为“darkening drape，packaging for darape，method of use and method for deploying same”，2019年5月9日提交的国际专利申请pct/ca2019/000061，题为“imaging drapes，packaging for drapes，methods of use of imaging drapes，and methods for deploying drape”，2018年5月9日提交的美国外观设计专利申请no.29/647,110，题为“darkening drape”，和2019年1月15日提交的设计申请no.29/676,893，题为“adaptor for supporting a darkening drape”，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。
[0095]
根据一个示例实施方式，公开了一种变暗盖布500。图15a至图15c示出了成像盖布500的示例实施方式。成像盖布500被示为连接到成像装置，例如先前在图15d至图15f中讨论的成像装置100、200。盖布500可以与这里公开的任何成像装置结合使用。盖布500包括连接元件501。在实例实施方式中，连接元件501包括脊510，该脊510用于与成像装置100、200形成压配合或卡扣配合连接。成像装置100、200上的突出物(如下所述)可与脊510接合以提供压配合或卡扣配合连接。另外，一个或多个突起520可被配置为与成像装置100、200上的突出物接合以抓握成像装置100、200并将其更好地固定到盖布上。在一些实施方式中，突起520是与成像装置上的突出物接合的齿状构件。当成像装置被适当地对准并向下压入连接元件中时，突起520夹入成像装置上的突出物中以提供卡扣配合连接。
[0096]
连接元件501还可包括端杯构件550，以帮助促进连接元件501与成像装置之间的卡扣连接。如图15a所示，端杯构件550可以是设置在开口533的任一端上的光滑构件，该开口形成在连接元件501内。端杯构件550可提供引导以使卡入配合在连接元件501中的成像装置的成像头/光学头居中/定位。
[0097]
图15a示出了具有矩形形状的开口533，其中在矩形的长边上设置有突起520，并且在矩形的短边上设置有端杯构件550。但是，还可想到，突起520可设置在矩形的短边上，并且端杯构件550可设置在矩形的长边上。尽管图15a示出了两个端杯构件550，但是在开口533的一侧上仅可使用一个端杯构件550。此外，在一些实施方式中，连接元件501可不包括端杯构件550。在该实施方式中，突起520可围绕连接元件501上的开口533的大部分或整个周界设置。如上所述，连接元件501可由注模塑料形成。
[0098]
图15a示出了固定到盖布的连接元件501的顶部透视图。图15b示出了连接元件501的顶视图和盖布的外部视图，图15c示出了连接元件500的底视图和由盖布的内部形成的便携式成像环境的视图。
[0099]
连接元件501还可包括顶部平坦表面503，诸如瓣阀555的单向阀和突出物554。如图所示，突出物554布置在连接元件501的顶表面上。因此，突出物554从图15b的俯视图可见，但是在图15c的视图中从盖布的内部看不见。突出物554帮助将盖布材料保持在成像视野之外。
[0100]
在图15a至图15f的实施方式中，连接元件501可由诸如聚乙烯的注模塑料形成。因此，连接元件501可以是相对刚性的构件。在一些实施方式中，连接元件501具有约1.8mm的厚度。突出物554可由与连接元件501的其余部分相同的材料形成，但是可比连接元件501的
其余部分的刚度小。因此，突出物554可比连接元件501的其余部分的要薄。盖布主体的材料可由与连接元件501相同的材料形成，但是可不被喷射模制，使得盖布主体的材料不如连接元件501(包括突出物554)那样硬。在一些实施方式中，盖布主体的材料也比连接元件501(包括突出物554)薄。盖布主体可由焊接到连接元件501的相对较硬的材料上的软材料形成。这可通过允许瓣阀555通过由盖布主体的材料形成而被整合到盖布中来降低制造成本。
[0101]
连接元件501还包括开口533，以便从成像装置100、200提供在盖布的内部环境内的fl和/或白光成像。在图15a至图15c的实施方式中，开口133的形状为大致矩形。然而，进一步考虑可使用其他形状。
[0102]
图15d至图15f示出了固定至图15a至图15c中所示的盖布的连接元件501的成像装置600的实例。成像装置600可以如关于上面讨论的装置100、200所描述的那样配置。成像装置600通过卡扣配合连接牢固地紧固到连接元件501，该卡扣配合连接防止/减少任何环境光通过盖布的顶部进入盖布的内部。如上所述，成像装置600上的突出物670可与连接元件501上的突起520和脊510接合以提供卡扣配合连接。
[0103]
模块化手持成像装置600的实例实施方式在图15g和图15h中示出。成像装置600包括具有大致正方形或矩形形状的基体部610。基体部610的前侧或面向用户的侧615包括用于显示由装置捕获的图像和视频的显示屏620。突出物670从光学头/光学壳体640向外突出，尽管可替代地，它可定位在基体部610上。尽管图15g示出了突出物670设置在基体部610的顶部上，但是也可想到，取决于连接元件501上的突起520的位置，可将突出物670布置在基体部610的另一侧。
[0104]
尽管被描绘为正方形或矩形，但是成像装置600可采取将合理地支撑诸如触摸屏之类的显示屏的任何形状。除了公开由成像装置600捕获的图像之外，显示屏还用作用户界面，从而允许用户经由触摸屏输入来控制装置的功能。
[0105]
定位在装置的相对侧上，即装置的面向患者侧625，可以是手持区域630，其被配置为便于用户在成像期间握住装置。装置的面向患者侧还可包含用于装置无线充电的触点635。
[0106]
根据本公开的一个方面，装置600的面向患者侧还包括光学壳体640。光学壳体640可与基体部610分离。光学壳体部640被示为矩形壳体，配置成容纳在盖布上的连接元件的开口中。
[0107]
光学壳体640可采用不同的配置。例如，如图15h所示，光学壳体部640具有大致平坦的长方形形状。用于fl和/或白光成像的光学组件以大体上线性的方式布置在光学壳体的宽度上。光学组件在下面更详细地描述。
[0108]
根据本公开的另一方面，本公开的成像装置100、200、600可与无菌盖布一起使用。无菌盖布被配置为在成像装置100、200、600和其中使用成像装置的环境之间形成无菌屏障。图16a至图16c示出了与本公开的成像装置一起使用的无菌盖布的示例实施方式。如图16a所示，无菌盖布700可被配置为接收成像装置800的主体。当无菌盖布被定位在成像装置800上时，成像装置可以与变暗盖布500接合，如上面关于图15a至图15h所讨论的以及如图16b和图16c所示。
[0109]
光学壳体可以被配置为使得单个适配器将适合所有光学壳体以附接变暗盖布。可替代地，可以提供单独的适配器以接合每个光学壳体。
[0110]
根据本公开的一个方面，模块化手持装置可用于获得目标的三维荧光图像。用于获得这种三维图像的系统和方法在2019年1月17日提交的美国临时申请no.62/793,837中公开，该申请题为“systems methods，and devices for three
‑
dimensional imaging，measurement，and display of wounds and tissue specimens”，其全部内容通过引用并入本文。
[0111]
该装置的其他用途可包括：
[0112]
·
基于临床和研究的小型和大型动物(例如，兽医)成像。
[0113]
·
检测和监测肉类、家禽、乳制品、鱼类和农业中食品/动物产品制备过程中的污染(例如，细菌污染)。
[0114]
·
在公共(例如，保健)和私人环境中检测“表面污染”(例如，细菌或生物污染)。
[0115]
·
对人类和/或兽医患者的癌症进行多光谱成像和检测。
[0116]
·
作为多光谱成像和监测人类疾病实验动物模型(例如，伤口和癌症)中癌症的研究工具。
[0117]
·
法医检测，例如，非生物表面上的潜在指纹和生物体液。
[0118]
·
对口腔内的牙菌斑、携带物和癌症进行成像和监测。
[0119]
·
临床微生物学实验室的成像和监测装置。
[0120]
·
测试抗菌剂(例如，抗生素)、消毒剂。
[0121]
该装置通常可包括：i)一个或多个激发/照射光源和ii)一个或多个图像传感器，该图像传感器可与一个或多个光学发射滤波器或光谱滤波机构组合。该装置可以具有查看/控制屏幕(例如，触摸屏)、图像捕获和缩放控制。该装置还可以具有：iii)有线和/或无线数据传输端口/模块，iv)电源和功率/控制开关。
[0122]
该装置可以包括允许用户控制该装置的软件，包括成像参数的控制、图像的可视化、图像数据和用户信息的存储、图像和/或相关数据的传输、和/或相关图像分析(例如，诊断算法)。该装置还可以包括用于测量成像目标、计算在成像目标中发现的各种项目的数量的软件。例如，如果目标是伤口，该装置可以包括软件，该软件被配置为计算伤口大小、伤口深度、伤口周长、伤口面积、伤口体积，识别伤口内的各种类型的组织(胶原、弹性、血管)以及每种组织在伤口内的百分比。此外，该装置可以确定伤口中细菌的量或数量、细菌负荷、区分负荷内各种类型的细菌并识别相对百分比。例如，在2019年2月2日提交的题为“wound imaging and analysis”的美国临时专利申请no.62/625,611和2019年1月15日提交的题为“wound imaging and analysis”的国际专利申请no.pct/ca2019/000002中描述了合适的软件和方法的示例，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。
[0123]
该装置可以被配置为共同配准目标的白光图像、荧光图像、热图像和其他图像。该装置可以被配置为创建目标的三维图。该装置可以被配置为增强在图像中识别的不同组织类型之间的颜色区分。该装置可以被配置为基于荧光图像中捕获的不同颜色或图像特征来确定目标的组织分类。该装置可以被配置为在其中的病变组织和健康组织之间划定界线，提供图供用户选择性地移除病变组织，同时保留周围的健康组织是一种有针对性的方式。
[0124]
各种类型的滤波器、电源、光源、激发光源、图像传感器和充电配置可以存在于当前公开的装置中。此类部件的示例描述于2009年5月20日在国际上提交的pct/ca2009/000680的国家阶段申请的美国专利no.9,042,967中，该专利要求2008年5月20日提交的美
国临时申请no.61/054,780的权益，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。附加部件公开于2018年2月3日提交的题为“devices，systems，and methods for tumor visualization and removal”的美国临时申请no.62/625,983和2018年2月2日提交的题为“devices，systems，and methods for tumor visualization and removal”的美国临时申请no.62/625,967中，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。附加部件公开于2019年1月17日提交的题为“multimodal system for visualization of disease”的美国临时专利申请no.62/793，764和2019年6月4日提交的题为“devices，systems，and methods for tumor visualization”的美国临时专利申请no.62/857,155，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。
[0125]
本文公开的成像系统和方法可以依赖于组织自体荧光和细菌自体荧光，以及其他目标材料的自体荧光。附加地或可替代地，本技术考虑外源性造影剂的使用，其可以局部应用、摄入或以其他方式应用。此类试剂的示例公开于2009年5月20日在国际上提交的pct/ca2009/000680的国家阶段申请的美国专利no.9,042,967中，该专利要求2008年5月20日提交的美国临时申请no.61/054,780的权益，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。附加部件公开于2018年2月3日提交的题为“devices，systems，and methods for tumor visualization and removal”的美国临时申请no.62/625，983和2018年2月2日提交的题为“devices，systems，and methods for tumor visualization and removal”的美国临时申请no.62/625,967中，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。附加部件公开于2019年1月17日提交的题为“multimodal system for visualization of disease”的美国临时专利申请no.62/793,764和2019年6月4日提交的题为“devices，systems，and methods for tumor visualization”的美国临时专利申请no.62/857,155，其中每一个的全部内容通过引用并入本文。
[0126]
装置接口端口可以支持到各种外部装置的有线(例如，usb)或无线(例如，蓝牙、wifi和类似模式)数据传输或第三方附加模块，例如：头戴式显示器、外部打印机、平板电脑、膝上型计算机、个人台式计算机、允许将成像数据传输到远程站点/其他装置的无线装置、全球定位系统(gps)装置、允许使用额外存储器的装置和麦克风。
[0127]
该装置可用于指导伤口清创，识别细菌类型，以帮助确定适当的治疗/药物/抗生素。
[0128]
该装置还可以附接到安装机构(例如，三脚架或支架)上，以用作相对静止的光学成像装置，用于对象、材料和表面(例如，身体)的白光、荧光和反射成像。这可能允许该装置在办公桌或桌子上使用，或用于物体、材料和表面的“装配线”成像。在一些实施方式中，安装机构可以是移动的。
[0129]
该装置的其他特征可以包括数字图像和视频记录能力、音频、文档方法(例如，图像存储和分析软件)以及用于远程医疗/电子保健需要的有线或无线数据传输。
[0130]
除了提供细菌菌株的检测之外，该装置还可用于区分不同细菌菌株(例如，金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌)的存在和/或位置，例如在伤口和周围组织中。这可能是基于不同细菌菌株的不同自体荧光发射特征，包括当被紫/蓝光(例如，405nm左右的光)激发时在490
‑
550nm和610
‑
640nm发射波段内的自体荧光发射特征。波长的其他组合可用于区分图像上的其他物种。这些信息可用于选择合适的治疗方法，例如抗生素的选择。
[0131]
该装置可以在任何伤口上方(例如，在身体表面上)扫描，使得激发光可以照射伤口区域。然后可以使用该装置来检查伤口，使得操作者可以实时地查看伤口，例如，经由成像装置上的查看器或通过外部显示装置(例如，平视显示器、电视显示器、计算机监测器、lcd投影仪或头戴显示器)。还可以实时地(例如，经由无线通信)将从装置获得的图像传输到远程查看站点，例如，用于远程医疗目的，或者将图像直接发送到打印机或计算机存储器。可以在对有伤口的患者进行常规临床评估中执行成像。
[0132]
在成像之前，可以在伤口边缘或周边附近的皮肤表面放置基准标记(例如，使用不可擦除的荧光墨水笔)。例如，可以将四个点放置在接近正常皮肤表面上的伤口边缘或边界附近，每个点都来自单独的不可擦除的荧光墨水笔的不同荧光墨水颜色，该荧光墨水笔可以作为套件提供给临床操作者。这些颜色可以由装置使用激发光和匹配四个墨点发射波长的多光谱带滤波器成像。然后，可以通过共同配准用于图像间对齐的基准标记来执行图像分析。因此，用户可能不必在不同成像会话之间对齐成像装置。该技术可以促进伤口的纵向(即，随时间)成像，因此临床操作者可能能够随时间对伤口进行成像，而不需要在每次图像采集期间对齐成像装置。
[0133]
此外，为了帮助荧光图像的强度校准，在伤口成像期间，可将一次性简单荧光标准“条”放置到视野中(例如，通过使用温和的粘合剂将条暂时粘在皮肤上)。该条可以用一种或几种不同浓度的荧光染料浸渍，该荧光染料在由激发光源照射时可以产生预定的和校准的荧光强度，激发光源可以具有单个(例如，405nm)或多个荧光发射波长或用于图像强度校准的波长带。一次性条也可以具有如上所述的四个点(例如，每个不同的直径或尺寸，每个不同的荧光墨水颜色，其旁边放置唯一的黑点)，这些点来自单独的不可擦除的荧光墨水笔。将条放置在正常皮肤表面的伤口边缘或边界附近，该装置可用于拍摄白光和荧光图像。该条可以提供一种方便的方式来随着时间的推移拍摄给定伤口的多个图像，然后使用图像分析对齐图像。此外，荧光“强度校准”条还可以包含附加的线性测量装置，例如固定长度的直尺，以帮助测量伤口的空间距离。这样的条可以是校准目标的示例，该校准目标可以与装置一起使用，以帮助校准或测量图像参数(例如，伤口大小、荧光强度等)，并且可以使用其他类似的校准目标。
[0134]
可能希望增加成像结果的一致性并再现装置和伤口之间的距离，因为如果距离在多次成像期间改变，组织荧光强度可能略有变化。因此，在实施方式中，该装置可以具有测距仪，以便确定该装置与伤口表面之间的固定或可变距离。
[0135]
该装置可用于使用放置在成像视场内的测量装置(例如，尺子)拍摄具有正常周围正常组织的整个伤口的白光成像。这可能允许对伤口的视觉评估和定量参数的计算/确定，例如伤口面积、周长、直径和地形轮廓。伤口愈合可以通过在多个时间点(例如，在临床就诊时)对伤口面积进行平面测量来评估，直到伤口愈合。伤口愈合的时间进程可以与使用等式r＝√a/π(r，半径；a，平面伤口面积；π，常数3.14)的伤口半径减少的多个时间点测量计算的预期愈合时间进行比较。这种关于伤口的定量信息可用于跟踪和监测伤口外观随时间的变化，以便评估和确定由自然手段或任何治疗干预引起的伤口愈合程度。这些数据可能以电子方式存储在患者的健康记录中，以供将来参考。在操作者对患者进行初步临床评估时，可以执行白光成像。
[0136]
该装置可设计用于检测全部或大部分组织自体荧光(af)。例如，使用多光谱带滤
波器，该装置可以对从以下组织生物分子发出的组织自发荧光以及血液相关的光学吸收进行成像，例如，在405nm激发下：呈现绿色的胶原(类型i、ii、iii、iv、v和其他)，呈现绿
‑
黄
‑
橙色的弹性蛋白，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nadh)、发射蓝
‑
绿色自体荧光信号的黄素腺嘌呤二核苷酸(fad)，以及细菌/微生物，其中大多数似乎具有广泛的(例如，绿色和红色)自体荧光发射。
[0137]
图像分析可以包括计算图像中红绿af的比率。可以从伤口图像内的感兴趣区域获得强度计算。伪彩色图像可以映射到伤口的白光图像上。
[0138]
该装置绘制了伤口部位和周围皮肤上细菌的生物分布，因此可以帮助针对需要拭子或活检的特定组织区域进行微生物测试。此外，使用该成像装置可允许监测被细菌感染的组织对各种药物治疗的反应，包括使用抗生素和其他治疗，例如光动力治疗(pdt)、高压氧治疗(hot)、低水平光治疗或抗基质金属蛋白酶(mmp)。该装置可用于观察伤口表面和组织深度内的细菌生物分布，也可用于观察周围正常组织。因此，该装置可用于指示感染的空间分布。
[0139]
通常，该装置可用于成像和/或监测目标，例如皮肤目标、肿瘤目标、伤口目标、受限的解剖空间或腔、口腔目标、耳鼻喉目标、眼目标、生殖器目标、肛门目标以及受试者上的任何其他合适目标。
[0140]
图像分析算法可以提供以下特征中的一个或多个：
[0141]
患者数字图像管理
[0142]
·
多种图像采集装置的集成
[0143]
·
记录所有成像参数，包括所有外源性荧光造影剂
[0144]
·
多种比例和校准设置
[0145]
·
内置光谱图像解混和计算算法，用于定量测定组织/细菌自体荧光和外源性试剂荧光信号
[0146]
·
方便的注释工具
[0147]
·
数字存档
[0148]
·
网络出版
[0149]
基本图像处理与分析
[0150]
·
完整的图像处理和定量分析功能
[0151]
图像拼接算法将允许在自动或手动模式下将一系列全景或部分重叠的伤口图像拼接成单个图像。
[0152]
·
易于使用的测量工具
[0153]
·
处理参数的直观设置
[0154]
·
方便的手动编辑器
[0155]
报表生成
[0156]
·
功能强大的图像报告生成器，带有专业模板，可以集成到现有的临床报告基础设施或远程医疗/电子保健患者医疗数据基础设施中。例如，报告可以导出为pdf、word、excel。
[0157]
大型自动化解决方案库
[0158]
·
为伤口评估的各个领域定制自动化解决方案，包括定量图像分析。
[0159]
尽管已经描述了图像分析算法、技术或软件，但该描述还扩展到用于执行该图像分析的计算装置、系统和方法。
[0160]
图像指导
[0161]
该装置也可用于提供荧光图像指导，例如在外科手术中，甚至不使用染料或标记。当使用成像装置观察时，或例如在某些激发光条件下，某些组织和/或器官可能具有不同的荧光光谱(例如，内源性荧光)。
[0162]
食品类应用
[0163]
该成像装置还可用于监测食品(例如，肉制品)的污染。例如，在肉类、家禽、乳制品、鱼类和农业行业的食品/动物产品制备中，这可能是有用的。该装置可用作该部门分析实验室服务的综合多学科方法的一部分，可提供包括基于图像的污染检测和获取样本用于测试的指导在内的能力。该装置可用于实时检测、识别和监测食品中细菌和其他微生物对肉类的污染/掺假水平。其可以用于食品加工厂环境中的细菌污染跟踪，从而可以提供基于图像的方法来确定食品安全和质量。在装置是手持的、紧凑的和便携式的实施方式中，成像装置可用于食品制备区域，以确定食品的安全性，防止细菌/微生物污染。在加工过程中和在成品食品中，该装置还可用于相对快速地检测和分析收集或取样的肉类样品(和制备表面)中的细菌/微生物，例如作为食品安全和质量监管检查过程的一部分。该装置可用于肉类、园艺和水产养殖行业，以实施符合食品安全和质量要求的食品安全检查/检测程序。该装置可用于检测食物污染物，例如在肉类、家禽、乳制品和鱼类行业发现的污染物。该技术可用于粪便污染物检测系统，因为粪便细菌产生卟啉，可以容易地被该装置检测到。
[0164]
检测和精确识别食品样品和加工生产线中的食源性病原体，如单核细胞增生李斯特菌(lm)可能对确保食品质量保证和追踪食品供应中的细菌病原体爆发至关重要。目前在食品生产和加工设施中使用的检测方法通常依赖于设备的多次随机表面取样(例如，拭子)和随后的基于分子的诊断分析(例如，实时聚合酶链反应，rt
‑
pcr)，这些方法通常在24
‑
72小时内提供对lm存在的定量确认。然而，由于时间和成本的限制，通常一次只对给定食品生产设施的随机选定区域进行病原体污染测试，在设备的“第一次通过”表面擦拭过程中，采样不足的巨大潜力可能导致未被发现的病原体，造成灾难性的健康和经济后果。此外，无法在i)“第一次通过”擦拭过程中迅速对所有表面区域进行取样以确定感染概率高的区域，ii)直观地记录该初始筛查过程(例如，迄今为止没有可用的成像方法)，iii)获得实验室结果的延迟，iv)与当前方法相关的高成本，以及v)更重要的是，潜在的致命病原体感染缺失促使人们努力提高对食源性病原体的早期和精确检测的成本效益。
[0165]
该装置可用于提供相对快速和精确的检测此类病原体的方法。该装置可与多色荧光探针“混合物”(例如，两种或两种以上造影剂的组合)的分析一起使用，其可使用高特异性基因探针技术明确地从其他李斯特菌物种中识别(并可使其可见)仅存活的单核细胞增生李斯特菌。这可能允许实时地对活体lm进行特定检测，潜在地最大限度地减少对标准耗时富集方法的需要。这种方法还可以扩展到包括检测其他感兴趣的病原体，包括坂崎肠杆菌、弯曲杆菌(大肠杆菌、空肠杆菌和拉里杆菌)、大肠菌和大肠杆菌(包括乳糖和吲哚阴性大肠杆菌)、沙门氏菌、所有属于金黄色葡萄球菌的细菌和所有属于葡萄球菌属的细菌和铜绿假单胞菌。其他细菌可以通过选择合适的探针或探针的组合来检测。例如，两种或更多种造影剂的组合可以设计成特定于某种细菌，并且当使用成像装置成像时可以导致独特的可
检测荧光特征。
[0166]
该成像装置可用于(例如，当与应用的外源细菌特异性造影剂组合时，包括多靶向探针或探针的组合)对食品制备和处理表面进行相对快速的“第一次通过”筛选，以进行靶向拭子和微生物测试。该装置可允许对设备和食品的任何表面进行相对快速的基于图像的监测，并且可实时捕获食源性细菌/病原体的荧光特征。如上所述，该装置可与例如多色荧光探针“混合物”(及其组合)的分析结合使用，其可使用高特异性基因探针技术明确地从其他李斯特菌物种中识别(并可使其可见)仅存活的单核细胞增生李斯特菌。这种探针“混合物”可以设计为基于已知对此类病原体敏感并已知会产生特征荧光响应的探针的特定组合来特异性靶向某些病原体。除了检测这些病原体之外，该装置还允许基于它们不同的特征荧光响应来区分不同菌株的存在和/或位置。
[0167]
表面污染
[0168]
该成像装置可用于检测表面污染，例如用于检测卫生保健环境中的“表面细菌污染”。该装置可用于检测和成像医院、慢性病护理设施和养老院中各种表面/材料/仪器(特别是与手术有关的表面/材料/仪器)上细菌/微生物和其他病原体的存在，这些地方的主要感染源是污染。该装置可与指示生物和病原体的标准检测、识别和计数策略结合使用。
[0169]
本文公开的系统和方法可以形成如下概述的系统，并且能够执行如下概述的过程：
[0170]
一种用于用校准强度的光照射对象并用于捕获特写荧光数字图像的方法|系统|装置，包括：
[0171]
‑
光学测距仪
[0172]
‑
带光学荧光滤波器的数码相机传感器
[0173]
‑
一个或多个窄波段光发射器
[0174]
‑
带内存的计算处理器
[0175]
‑
用户显示屏
[0176]
‑
用户输入控制
[0177]
由此：
[0178]
‑
光发射器已开启，
[0179]
‑
经由显示屏向用户呈现预览相机图像，
[0180]
‑
经由显示屏向用户呈现测距仪值
[0181]
‑
用户可以激活相机来捕获图像
[0182]
由此用户可以：
[0183]
根据屏幕上的测距仪值，通过调整装置离对象的高度来设置对象上的光线强度，并捕获图像。
[0184]
一种用于捕获一致放大率和透视图的特写数字图像的方法|系统|装置，包括：
[0185]
‑
光学测距仪
[0186]
‑
一个或多个类似的数码相机传感器
[0187]
‑
带内存的计算处理器
[0188]
‑
用户显示屏
[0189]
‑
用户输入控制
[0190]
由此：
[0191]
‑
经由显示屏向用户呈现预览相机图像，
[0192]
‑
经由显示屏向用户呈现测距仪值
[0193]
‑
用户可以激活一个或另一个相机来捕获图像
[0194]
由此用户可以：
[0195]
根据屏幕上的测距仪值，通过调整装置离对象的高度来设置对象的视图，并捕获图像。
[0196]
一种用于捕获对象的测量就绪的特写数字图像的方法|系统|装置，包括：
[0197]
‑
光学测距仪
[0198]
‑
数码相机传感器
[0199]
‑
带内存的计算处理器
[0200]
‑
用户显示屏
[0201]
‑
用户输入控制
[0202]
‑
图像处理软件
[0203]
由此：
[0204]
‑
对象附有2个可见的伤口贴纸，
[0205]
‑
经由显示屏向用户呈现预览相机图像，
[0206]
‑
经由显示屏向用户呈现测距仪值
[0207]
‑
如果使用图像处理检测到2个贴纸的位置，则经由显示屏持续向用户呈现
[0208]
‑
当检测到贴纸，用户可以激活相机来捕获图像。
[0209]
由此用户可以：
[0210]
‑
根据屏幕上的测距仪值，通过调整装置离对象的高度来设置对象的视图，
[0211]
‑
通过调整装置相对于对象的位置来设置对象的视图，以便检测贴纸，以及
[0212]
‑
捕获图像。
[0213]
受益于本公开的本领域普通技术人员将理解，本公开提供了用于手术和/或体外可视化手术边缘上的肿瘤和/或残留癌细胞的各种示例性装置、系统和方法。鉴于此描述，本公开的各个方面的进一步修改和替代实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的。
[0214]
此外，装置和方法可包括为了图示和/或操作的清楚而从附图中省略的附加组件或步骤。因此，该描述仅应被解释为是说明性的，并且是为了教导本领域技术人员实施本公开的一般方式。应当理解，本文所示和所述的各种实施方案将被视为示例性的。在受益于本文的描述之后对于本领域技术人员显而易见的是，元件和材料以及这些元件和材料的布置可代替本文中图示和描述的那些，可颠倒部件和过程，并且可独立地利用本公开的某些特征。在不脱离本公开和所附权利要求包括其等同物的精神和范围的情况下，可对本文所述的元件进行改变。
[0215]
应当理解，在此阐述的具体实例和实施方式是非限制性的，并且可在不脱离本公开的范围的情况下对结构、尺寸、材料和方法进行修改。
[0216]
此外，本说明书的术语并不旨在限制本公开。例如，空间上相对的术语
‑
例如“下面”、“下”、“下方”、“上”、“上面”、“底部”、“右”、“左”、“近端”、“远端”、“前面”等可以用于描述一个元素或特征与图中所示的另一个元素或特征的关系。除了附图中所示的位置和取向
之外，这些空间上相对的术语旨在涵盖使用或操作中的装置的不同位置(即，位置)和取向(即，旋转放置)。
[0217]
为了本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，否则在说明书和权利要求中使用的所有表示量、百分比或比例的数字以及其他数值，在所有情况下都应理解为由术语“约”修改(如果还没有修改)。因此，除非相反地指示，在所述说明书和所附的权利要求中阐述的数值参数是可以根据本公开所寻求获得的期望性质而变化的近似。至少，并且不试图将等同原则的应用限制于权利要求的范围，每个数字参数应至少根据所报告的有效数字的数目并通过应用普通的舍入技术来解释。
[0218]
尽管阐述本公开的广泛范围的数值范围和参数是近似的，但是尽可能精确地报告在具体示例中阐述的数值。然而，任何数值都固有地包含某些误差，这些误差必然是由它们各自测试测量中发现的标准偏差造成的。此外，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。
[0219]
应当注意，如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”以及任何词的任何单数用法包括复数指称，除非明确且毫不含糊地限于一个指称。如本文所使用的，术语“包括”及其语法变体旨在是非限制性的，使得列举列表中的项目不排除可以替换或添加到所列项目的其他类似项目。
[0220]
应该理解，尽管已经相对于本公开的各种示例性实施方式详细地描述了本公开，但是不应当认为本公开限于此，因为在不脱离包括它们包含的等同物的所附权利要求的广泛范围的情况下，可进行多种修改。