用于淋巴结和血管成像的系统和方法与流程

本申请基于2019年5月15日提交的美国临时申请第62/848,178号和2019年2月4日提交的美国临时申请第62/800,674号、要求其权益，并要求其优先权，其内容出于所有目的通过引用整体并入本文。

关于联邦资助研究的说明

本发明是在美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予P30 CA014051下由政府支持完成的。政府具有本发明中的某些权利。

背景技术

淋巴结，也称为淋巴腺，是广泛存在于人体和动物体内的椭圆形器官。淋巴结是淋巴系统不可分割的一部分，淋巴系统负责免疫反应以保护身体免受疾病和感染。淋巴结的状况可以直接指示一个人的健康状况。肿大的淋巴结可能是细菌感染、病毒感染、癌症等的迹象。通过对淋巴结成像检查淋巴结的状况对疾病诊断、预防和治疗非常有用。

目前，有许多成像模式用于对淋巴结进行可视化和检查。传统上，标准方法是淋巴造影。淋巴造影包括对患者注射放射性造影剂，并利用X射线对淋巴结和淋巴管可视化。这种程序是侵入性的，会引起严重的不适并且涉及使用放射性药剂。

近年来，在淋巴结可视化中，包括计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)的横截面成像模式取代淋巴造影变得越来越流行。超声波和正电子发射断层扫描(PET)也被证明是有用的。尽管有了上述技术，医生能够识别淋巴结并对其状况做出合理准确的判断，但它们是通用的成像模式，因此其工作机制不是被设计为为淋巴结提供最佳对比度而设计的，除非注射了特定的造影剂。结果，其他器官和组织以与淋巴结相比相同或有时甚至更好的对比度出现在这些图像中，导致干扰发现和检查淋巴结的任务。这些通用成像模式不仅不针对淋巴结，而且也有其自身的严重缺陷。CT涉及X射线暴露并且PET涉及放射性药，在预防健康危害时需要小心控制。MRI需要昂贵的仪器并且与具有金属植入物的患者不兼容。超声提供低成像对比度和低分辨率，主要因为超声波长长。

淋巴结成像的另一个常见实践涉及注射染料，该染料是蓝色染料或荧光染料。用于淋巴结可视化的最常见染料是亚甲基蓝，它实际上是有毒的。这种染料的剂量必须小心管理。吲哚菁绿(一种荧光染料)也被用于淋巴结成像。利用荧光染料(如吲哚菁绿和亚甲基蓝)的系统包括FLARE^TM系统、fluobeam系统、SPY、FDPM和光动力眼系统(Photodynamic Eye system)。其中大多数都使用单个图像传感器(通常是CCD)顺序地捕获可见图像(参考图像)和荧光图像，或者使用多个相机同时或顺序地对不同光谱进行成像。

基于染料的方法有许多缺点。一个缺点是染料可能刺激一些患者的负面反应，尤其是具有肾脏并发症的患者。另一个缺点是，由于淋巴系统的泄漏性质，染料注射法可能不可靠。附加地，某些基于染料的方法需要染料的侵入性施加。

对于使用多个相机和/或顺序图像采集产生多个图像的成像系统，需要后续的图像配准。为了正确地协调多个图像的空间参数差异，此类图像处理必须考虑角坐标的变化、系统和受试者之间的潜在相对运动、或两者。其他类型的成像器包括专门的CMOS传感器，其可以经由(多个)红-绿-蓝通道(RGB)以及NIR-1中的单个通道收集光。

学术论文中还有一些关于使用新颖的光学技术对淋巴结进行成像的报告，这些新颖的光学技术包括光学散斑成像、光学相干断层扫描等。然而，光学散斑成像非常容易受到运动伪影的影响，光学相干断层扫描涉及复杂的仪器并且成像对比度较差。

综上所述，鉴于淋巴结对人类健康至关重要，目前还没有方便、高效的淋巴结可视化方法。除非注射造影剂，否则横截面成像方法用于淋巴结可视化不方便，也不针对淋巴结可视化。基于染料的成像技术通常具有高度侵入性并且与如常规检查的临床设置不兼容。一种新的成像模式能够方便地对淋巴结进行高专用性、高对比度成像，而无需注射任何成像造影剂，该新的成像模式将成为执业医生检查患者健康、评估某项治疗的有效性、确定一个人的癌症状况的阶段以及其他许多医学应用的有力工具。

技术实现要素：

以下内容旨在对本公开内容进行简要总结，并不旨在限制本公开的范围。

在一个方面，本公开提供了一种用于对淋巴组成部分成像的系统。该系统包括光源，该光源被配置为向具有至少一个淋巴组成部分的受试者的区域提供具有偏振的红外照明；传感器，该传感器被配置为感测具有与从该区域直接反射的照明的该偏振相反的偏振该红外照明的反射部分；以及控制器，该控制器与该传感器通信。该控制器被配置为从该传感器接收与该红外照明的该反射部分相对应的信息；使用该信息生成指示该受试者中的该至少一个淋巴组成部分的至少一个图像；并且将该至少一个图像输出到显示器和/或存储器中的至少一者。

在另一个方面中，本公开提供了一种在无造影剂的情况下对淋巴结或淋巴管进行成像的方法。该方法包括使用光源向具有不含造影剂的淋巴结或淋巴管的受试者的体内区域提供具有偏振的红外照明；使用被定位为接收从该区域直接反射的照明的传感器检测从该区域直接反射并且具有与该偏振相反的偏振该红外照明的反射部分，该反射部分；以及使用该红外照明的该反射部分生成指示该受试者中不含造影剂的淋巴结或淋巴管的至少一个图像。

在又另一个方面中，本公开提供了一种在无镜的情况下对淋巴结和淋巴管进行成像的方法。该方法包括使用光源向具有淋巴结或淋巴管的受试者的区域提供红外照明；使用被定位为接收从该区域直接反射的照明的传感器检测该红外照明的反射部分；以及使用该红外照明的该反射部分生成指示该受试者中的淋巴结或淋巴管的至少一个图像。

在进一步的方面中，提供了一种用于对淋巴组成部分进行成像的系统。该系统包括光源，该光源被配置为向具有至少一个淋巴组成部分的受试者的区域提供具有偏振的红外照明；传感器，该传感器被配置为：感测具有与从该区域直接反射的该偏振相反的偏振的该红外照明的反射部分；基于该红外照明的该反射部分生成指示该受试者中的至少一个淋巴组成部分的至少一个图像；以及将该至少一个图像输出到外部显示器或外部存储器中的至少一者。

附图说明

图1示出了根据本公开的某些方面的成像系统的示例的示意图。

图2图示了根据本公开的某些方面的成像系统的另一个示例。

图3示出了根据本公开的某些方面的成像系统的又一个示例性实施例的示意图。

图4示出了根据所公开的主题的一些实施例的可以用于实现图3所示的计算设备和接口平台的硬件的示例。

图5示出了被包括在图像生成和分析应用中的过程的示例性流程图。

图6示出了被包括在图像生成和分析应用中的另一个过程的示例性流程图。

图7A示出了在不使用偏振器的情况下所成像的区域的成像结果。

图7B示出了在使用偏振器的情况下所成像的与图7A相同的区域的成像结果。

图8A示出了利用标准相机拍摄的小鼠的区域的图像。

图8B示出了注射佐剂前使用成像系统拍摄的图8A的小鼠的区域的图像。

图8C示出了注射佐剂后48小时使用成像系统拍摄的图8A的小鼠的区域的图像。

图9A示出了利用标准相机拍摄的小鼠区域的图像。

图9B示出了注射佐剂前使用成像系统拍摄的图9A的小鼠的区域的图像。

图9C示出了注射佐剂后48小时使用成像系统拍摄的图9A的小鼠的区域的图像。

图10A示出了当使用1000nm的照明波长时利用InGaAs相机拍摄的示例性图像。

图10B示出了当使用1175nm的照明波长时利用InGaAs相机拍摄的示例性图像。

图10C示出了当使用1250nm的照明波长时利用InGaAs相机拍摄的示例性图像。

图10D示出了当使用1375nm的照明波长时利用InGaAs相机拍摄的示例性图像。

图10E示出了当使用1550nm的照明波长时利用InGaAs相机拍摄的示例性图像。

图11A示出了包括使用690nm波长照明生成的淋巴结的图像。

图11B示出了包括使用730nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11C示出了包括使用810nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11D示出了包括使用900-950nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11E示出了包括使用1000nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11F示出了包括使用1125nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11G示出了包括使用1175nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11H示出了包括使用1250nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11I示出了包括使用1300nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11J示出了包括使用1375nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11K示出了包括使用1550nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11L示出了包括使用1575nm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图11M示出了包括使用8-10μm波长照明生成的图11A的淋巴结的图像。

图12A示出了使用常规相机和环境可见光生成的组织的图像。

图12B示出了使用图3的成像系统的实施例生成的图12A的组织的图像。

具体实施方式

在一个示例性实施例中，如图1所描绘的，提供了用于对淋巴组成部分进行成像的成像系统100。如本文所使用的，淋巴组成部分可以包括淋巴结或淋巴管中的至少一种。成像系统100可以包括用作光源的发射900至1300nm之间的LED光源101。LED光源101也可以被称为光源101。成像系统100可以包括安装在旋转安装件上并放置在LED光源101前面以产生线偏振光107(即，照明)的线偏振器102。线偏振器102可以包括线偏振膜。将线偏振照明107照射到感兴趣的受试者105上，该受试者可以是人(如图1所描绘的)或动物。

光源101可以朝向感兴趣的受试者105的体内靶向区域106定向。体内靶向区域106在本文中也可称为体内区域或靶向区域。在一些实施例中，靶向区域106可以是离体区域(诸如组织区域)。离体组织部分可以包括可以像组织部分在体内一样成像的脂肪、淋巴结和/或淋巴管。

一些光源(诸如某些激光器)固有地线偏振。对于这些固有地线偏振的光源，创建线偏振光照明不需要使用线偏振器。因此，当光源101固有地线偏振时，可以不需要线偏振器102。换句话说，一些成像系统可以不包括线偏振器102。偏振照明有助于提高该技术的成像对比度，但不是必需的。如图7A-B所示，即使没有任何偏振器，也可以形成淋巴结的清晰对比度。

仍然参考图1，成像系统100可以包括传感器104，传感器104可以是相机。传感器104用于将人或动物上的照明区域可视化。光源可以朝向感兴趣的受试者105的靶向区域106定向。成像系统100可以包括另一个线偏振器103，其可以被称为传感器线偏振器103。传感器线偏振器104可以包括线偏振膜。传感器线偏振器103可以放置在传感器104的前面和/或位于传感器104和靶向区域106之间。

当传感器104之前的入射光108的偏振和传感器104前面的偏振器103与传感器104前面的偏振器103正交时，可以形成理想的成像对比度。入射光可以包括已与体内区域106中的组织相互作用的线偏振照明107的一部分。原则上，当从人类或动物皮肤表面反射时，线偏振照明大部分保持线偏振。当直接从皮肤的表面反弹时，线偏振光的偏振不会改变。只有一小部分光变得随机偏振，因为它相对深入地进入生物组织，而生物组织是随机散射介质。通过将传感器线偏振器103放置在与入射光108的方向正交的传感器104前面，传感器线偏振器103过滤由人类或动物皮肤表面反射的光，并且仅允许从光源101发射的与较深组织相互作用的光107的部分通过。当从皮肤表面反射的光(即，表面眩光)减少到最小水平时，成像系统100实现最佳对比度和最深穿透深度。在实践中，可以通过旋转偏振器中的一者(传感器线偏振片103或在光源101前面的线偏振片102)直到达到传感器104检测到的最低总强度，来形成该理想对比度。最低总强度可以与阈值对比度水平相关联。阈值对比度水平可以在最低总强度的预定范围内(诸如在最低总强度的10％内)，并且可以调整偏振器(例如，传感器线偏振器103或光源101前面的线偏振器102)和/或光源101直到在传感器104处达到阈值对比度水平。

在线偏振光子与靶向区域106中的组织相互作用并通过散射之后，线偏振光子缓慢地失去其线偏振。例如，在大约十次散射事件之后，线偏振光子变成完全去极化光子。这些完全去极化的光子随后到达传感器104前面的传感器线偏振器103。由于传感器104前面的传感器线偏振器103与光源101前面的线性偏振器102近似正交，因此仅允许传感器104检测现在完全去极化且具有相反偏振的光子。因此，只有在更深水平上与靶向区域106中的组织相互作用的光子被“选择”以进行分析，并且表面眩光和不必要的表面特征被移除。

当从光源101发射的光的波长远长于可见光(例如，1550nm)时，可以进一步改善成像质量。较长的波长与较小的散射效应相关联。因此，与波长较短的线偏振光相比，需要更厚的组织来使波长较长的线偏振光完全去极化。因此，成像系统(诸如成像系统100)可以向受试者(例如，受试者105)提供具有较长波长的光，以便与较短波长(例如，可见光谱中的波长)相比对更深的组织更好地成像。

在光源101是已经线性偏振的激光器而不使用偏振器的情况下，通过旋转传感器线偏振器103或激光器本身来满足阈值对比度水平。相对正交关系很重要，而极化的绝对方向则不重要。只要满足正交偏振关系，就可通过旋转偏振器、光源或传感器实现最佳对比度。注意，图1的成像系统100不需要镜，并且不需要在某些成像技术中常见的镜或其他反射面，这与其他成像技术相比可以降低构建图1的成像系统100的成本。

本公开认识到淋巴结是双折射的，即对偏振光敏感。淋巴结和/或淋巴管可以包含双折射的胶原。此外，淋巴结周围的组织(诸如脂肪层(即脂质))通常不具有双折射性。因此，本公开认识到交叉极化(即上述正交极化关系)可以用于利用淋巴结和/或淋巴管与周围组织之间的双折射差异，以便生成淋巴结和/或淋巴管的图像。在一些实施例中，光源101可以提供具有1200-1600nm波长的照明，其可以对应于被包括在靶向区域106中的淋巴结和/或淋巴管中的胶原的一个或多个吸收峰。因此，使用1200-1600nm的照明波长可以提高淋巴结和/或淋巴管与周围组织之间的成像对比度。如上所述，由于散射效应减小，较长波长可以提高淋巴结和/或淋巴管的成像分辨率。

附加地，包括较长波长的光(尤其是1550nm波长的光)的照明可以提高靶向区域106中淋巴组成部分的对比度。通常，淋巴组成部分被脂肪包围。淋巴结和淋巴管含水量很高，而脂肪含水量很低。在水中光子的吸收发生在1550nm处，这可能是为什么使用1550nm波长的光照亮靶向区域106可以提高使用成像系统100生成的图像中淋巴结和/或淋巴管的对比度(以及因此的可见性)。当使用1550nm照明波长的光生成图像时，淋巴结和淋巴管显示为暗，而脂肪显示为亮。

此外，包括较长波长的光(尤其是1550nm波长的光)的照明可以提高淋巴组成部分与靶向区域106中周围血液的对比度。尽管血液中含有大量水分，但血液中也含有大量的细胞。细胞高度散射，并且压倒了水吸收效应。在测试中，成像系统100已经被示出为生成靶向区域106中的血液和/或出血不可见的图像，即使与脂肪相比也是如此。与生成具有可见血液和/或出血的图像的其他成像模式相比，抑制血液和/或出血的可见性是成像系统100的优势。出血可能被误认为是淋巴结，然后被采集进行分析。抑制和/或消除图像中的出血可以减少病理学家在诊断患者时识别的假阳性的数量。

虽然已经将成像系统100描述为应用于受试者的体内区域，但应当理解，成像系统也可以应用于离体组织样本。例如，靶向区域106可以包括组织包，该组织包可以包括淋巴结和脂肪。在识别肿瘤和相关淋巴结后进行的淋巴结切除术期间，组织包可能已从受试者105体内移除。然后，在大体解剖(grossing)步骤期间，淋巴结可能需要与组织包中包含的脂肪和任何其他周围组织分离。通常，病理学家经由手动触诊和目视检查来去除淋巴结，这很容易出错，因为淋巴结通常是半透明的，看起来像脂肪，淋巴结的直径可能小到1毫米，而且淋巴结的位置往往不可预测。成像系统100可以用于将淋巴结可视化并向病理学家显示淋巴结，病理学家随后可以有效且准确地从靶向区域106去除淋巴结。对于特定类型的癌症，癌症组织可能需要检查一定数量的淋巴结。所需的淋巴结数量可以在12个到38个的范围内。因此，成像系统100可以通过潜在地减少靶向区域106中遗漏的淋巴结的数量来帮助病理学家获得所需数量的淋巴结。

在图2中，示出了成像系统200的另一个示例性实施例的图示。在该示例性成像系统200中，具有连续光照明的卤素灯用作光源201。为了减少来自900-1300nm范围外的波长处的直接反射的背景，使用截止波长为900nm或1000nm的长通滤波器滤除波长较短的光。成像系统200可以包括主长通滤波器203和次长通滤波器205。主长通滤波器203和次长通滤波器205中的每一个都可以具有选自从900nm到1000nm(包括900nm和1000nm)的截止波长。成像系统200可以包括螺纹安装件上的线偏振器202。线偏振器202可以包括线偏振膜。线偏振器202可以放置在光源201的前面，以使来自光源201(例如，卤素灯)的照明光线性偏振。主长通滤波器203可以放置在光源201的前面，以便滤除尽可能多的从光源201发射的低于截止波长的光。

常规商用硅相机用作被包括在成像系统200中的传感器204。在一些实施例中，黑色硅相机和/或InGaAs相机可以用作传感器204。传感器线偏振器206放置在螺纹安装件上的传感器204的前面。传感器线偏振器206可以包括线偏振膜。可以是远心透镜的透镜(未示出)也被放置在传感器204的前面以形成图像。远心透镜可以通过帮助将使用传感器204生成的图像中的淋巴结的大小归一化来提高成像系统200的测量精度，而不管淋巴结离传感器204有多远。主长通滤波器203也放置在传感器204的前面，以从环境光或光源201(例如卤素灯)中滤除不需要的背景。在一些实施例中，可以不需要针对不同的环境和/或背景光量校准传感器204，因为次长通滤波器205可以消除背景光，背景光可以包括低于次长通滤波器205截止频率的可见频率。消除校准传感器204的需要可以节省检测淋巴组成部分的时间，并且使得成像系统200与需要校准一个或多个传感器的成像系统相比更稳健。光源201和传感器204都应当指向被研究的受试者(无论是人或动物(如图2所示的人207))的相同感兴趣区域。注意，图2的成像系统200不包括镜，并且不需要像某些成像技术中常见的那样的镜或其他反射面。与其他成像系统和/或技术相比，这可以降低构建图2的成像系统200的成本。

在一些实施例中，控制器(未示出)可以被包括在成像系统200中。控制器可以耦合到光源(诸如激光器或LED)以及传感器(诸如相机)。控制器可以耦合到光源和传感器并与光源和传感器通信。控制器可以被配置为通过控制供应给光源的功率，使光源向区域提供红外照明。控制器还可以从传感器接收与从受试者反射的红外照明相对应的信息。反射的红外照明可以称为最初由光源提供的红外照明的反射部分。控制器还可以使用接收到的信息生成指示受试者内的淋巴结的至少一个图像。

现在参考图1和图2以及图3，示出了成像系统300的又一个示例性实施例的示意图。在一些实施例中，成像系统300可以近似于鞋盒大小，因此可以是台式成像设备。成像系统300可以包括接口平台302。接口平台302可以包括至少一个存储器、至少一个处理器以及能够与传感器和光源(未示出)通信的任意数量的连接接口。接口平台302还可以存储(例如，在至少一个存储器中)和执行(例如，使用至少一个处理器)图像生成和分析应用304的至少一部分。如下文所述，接口平台302可以耦合到被包括在成像系统300中的计算设备334并与计算设备334通信，该计算设备334还可以存储和/或执行图像生成和分析应用304的至少一部分。接口平台302可以是控制器、膝上型计算机、台式计算机或能够从传感器接收信号并向光源输出控制信号的另一个设备。控制器可以是微控制器，诸如Raspberry Pi 4型号B。在一些实施例中，控制器可以是被配置为使用Windows操作系统操作的NUC计算机。

接口平台302可以耦合到被包括在成像系统300中的照明生成系统306并与照明生成系统306通信。照明生成系统306可以包括光源308。接口平台302可以耦合到光源308并与光源308通信。接口平台302可以向光源308输出控制信号，以便使光源308提供照明。在一些实施例中，光源308可以向接口平台302输出合适的数据(例如，操作的总存在时间)。照明生成系统306，更具体地，光源308可以定向为向靶向区域318提供照明314，该靶向区域318可以是体内的(例如，被包括在受试者316(诸如患者)中)或离体的，如下文进一步描述。由照明生成系统306输出的照明314可以称为所提供的照明314。照明314可以是红外照明。红外照明可以包括近红外范围内(800-1400nm波长)的光和/或短波红外范围内(1400-3000nm波长)的光。

光源308可以包括LED(诸如单个LED)、多个LED(诸如LED阵列)、卤素灯(诸如卤钨灯、石英卤素灯或石英碘灯)、激光器或能够以一个或多个预定波长输出光的另一个合适光源中的至少一种。在一些实施例中，光源308可以输出一个或多个离散波长的光，诸如1550nm、1375nm、1300nm和/或选自800nm到1700nm波长的其他波长。例如，光源308可以仅输出1550nm波长的光。在一些实施例中，光源可以输出800nm到2000nm范围内的波长的子范围(诸如1200-1600nm波长的子范围)内的一个或多个离散频率。在一些实施例中，光源308可以输出连续波长范围的光，诸如900-1300nm、1500-1600nm、1200-1600nm、1000-1700nm(即，近红外)和/或800-2000nm内的其他波长范围。在一些实施例中，光源308可以是图1的光源101或图2的光源201。具体地，光源308可以输出较长波长的光，尤其是1550nm波长的光，以便如上所述将淋巴组成部分与周围的脂肪、血液和/或出血更好地对比。为了使成像系统300正常工作，光源308不需要发射波长范围的光。在测试中，仅使用1550nm波长的光已经获得出色的成像。然而，成像系统300可以使用多个波长的光来执行合适的成像。可以构想，波长高达2600nm的光可以被使用，因为某些传感器(诸如某些InGaAs相机)在超过2600nm时停止响应。因此，波长范围为800-2600nm的光可以在成像系统300中使用。在测试中，波长低于800nm的光表现得不如波长更高的光(诸如800-1700nm)。

在一些实施例中，照明生成系统306可以包括偏振器310(诸如线偏振器)。对于非固有偏振的某些光源(诸如卤素光源)，成像系统300可以包括偏振器310。偏振器310可以包括线偏振膜。偏振器310可以被安装并放置在光源310的前面，以产生线偏振光。偏振器310可以安装在旋转安装件或其他合适的安装件上，以允许调整偏振器310。因此，提供给靶向区域318的照明314可以是线偏振的。偏振照明可以提高由成像系统300生成的图像中的成像对比度，但这不是必需的。在一些实施例中，偏振器310可以是图1的线偏振器102或图2的线偏振器202。如果光源308是固有偏振设备(诸如某些激光器)，则偏振器310可以不被包括在成像系统300中。在一些实施例中，偏振器310可以是圆偏振器。

在一些实施例中，照明生成系统306可以包括光学滤波器312。光学滤波器312可以是长通滤波器，诸如冷镜、有色玻璃滤波器、热固性碳酸烯丙基二甘醇(ADC)滤波器、或者能够使较低波长光(例如，可见光)衰减并使较高波长光(例如，红外光)通过的另一个合适的滤波器。长通滤波器可以具有不小于800nm的截止波长。例如，截止波长可以是800nm、900nm或1000nm。光学滤波器312可以放置在光源308的前面，以便滤除尽可能多的从光源308发射的低于截止波长的光。在一些实施例中，光学滤波器312可以是图2的主长通滤波器203。在一些实施例中，光学滤波器312可以是带通滤波器，诸如硬涂层滤波器(hard coated filter)或有色玻璃滤波器。带通滤波器可以仅使800-2000nm窗口、或800-2000nm窗口的一个子范围内的波长范围通过。例如，带通滤波器可以仅使900-1700nm波长的光通过。因此，提供给靶向区域318的照明314可以是经长通滤波的或经带通滤波的。

如图1和/或图2所示，光源308、偏振器310和/或光学滤波器312可以相对于彼此物理地布置(即，定位)。例如，光源308和偏振器310可以分别以与光源101和线偏振器102类似的方式布置，如图1所示。作为另一个示例，光源308、偏振器310和光学滤波器312可以分别以与光源201、线偏振器202和长通滤波器203类似的方式布置，如图2所示。光源308可以输出照明314，照明314可以通过偏振器310并由偏振器310偏振和/或通过光学滤波器312并被光学滤波器312衰减。然后将可以被偏振和/或衰减的照明314提供给靶向区域318。

如上所述，光源308以及引申开来照明生成系统306可以被定向以向靶向区域318提供照明314。在一些实施例中，靶向区域318可以是包括在受试者316中的体内区域。在这些实施例中，靶向区域318可以被称为体内区域。受试者316可以是人类患者。在其他实施例中，靶向区域318可以是离体区域。在这些实施例中，靶向区域318可以被称为离体区域。例如，如上文所述，靶向区域318可以是从受试者上移除以用于大体解剖目的的组织部分。成像系统300可以用于通过为实践者将淋巴组成部分可视化来辅助组织部分的大体解剖。

照明314的至少一部分可以提供给靶向区域318。靶向区域318可以包括一个或多个淋巴组成部分。所提供的照明314可以与靶向区域318中的淋巴组成部分和周围组织相互作用。所提供的照明314的至少一部分可以如上所述变得随机偏振。所提供的照明314的至少一部分可以被反射为所反射的照明320。所反射的照明320可以包括已经与靶向区域318中的深组织相互作用的光。

接口平台302可以耦合到被包括在成像系统300中的感测系统322并与感测系统322通信。感测系统322可以包括传感器324。接口平台302可以耦合到传感器324并与传感器324通信。传感器324可以感测所反射的照明320并基于感测到的所反射的照明320输出与图像相关联的信号。接口平台302可以从传感器324接收指示图像的信号。信号可以包括与图像有关的信息。在一些实施例中，信息可以包括以预定图像格式(诸如PNG、JPEG、DICOM(即，包括在DICOM文件中)等)形成的图像。在一些实施例中，信息还可以包括与图像有关的元数据，诸如拍摄图像的时间或与图像相关联的患者。在一些实施例中，传感器324可以包括相机，诸如硅相机(包括硅互补金属氧化物半导体(CMOS)相机或具有磷光体涂层的硅电荷耦合器件(CCD)相机)、锗相机、硅上锗锡相机、黑硅相机、量子点短波红外(SWIR)相机和/或InGaAs相机。InGaAs相机可以是氮气冷却的InGaAs相机。传感器324可以包括碲化汞镉(HgCdTe或MCT)相机。传感器324可以响应于包括波长范围为800nm-2000nm的光的至少一部分(尤其是1550nm处或附近的波长)的光。注意，与可能需要多个传感器和/或相机的其他系统相比，成像系统300可以仅需要单个传感器(例如，硅相机)。

感测系统322可以包括位于传感器324前面的透镜326。在一些实施例中，透镜326可以与传感器324集成，诸如如果传感器324和透镜326作为单个现成部件出售。透镜326可以提高传感器324的成像能力。例如，透镜326可以是远心透镜。远心透镜可以通过帮助将使用传感器324生成的图像中的淋巴结的大小归一化来提高成像系统300的测量精度，而不管淋巴结离传感器324有多远。

在一些实施例中，传感系统300可以包括光漫射器328(light diffuser)，诸如磨砂玻璃片或绵纸(tissue paper)片。光漫射器328可以被插入到包括在感测系统322中的透镜326和偏振器332之间。光漫射器328可以在所反射的照明320中创建更均匀分布的光图案。光漫射器328可以由于更均匀分布的光图案而提高传感器324的成像能力。

在一些实施例中，感测系统322可以包括位于传感器324前面的光学滤波器330。光学滤波器330可以是长通滤波器，诸如冷镜、有色玻璃滤波器、热固性ADC滤波器、或者能够使较低波长光(例如，可见光)衰减并使较高波长光(例如，红外光)通过的另一个合适的滤波器。长通滤波器可以具有不小于800nm的截止波长。例如，截止波长可以是800nm、900nm或1000nm。在一些实施例中，可以不需要针对不同的环境和/或背景光量校准传感器324，因为光学滤波器330可以消除可以包括低于光学滤波器330截止频率的可见频率的背景光。在一些实施例中，光学滤波器330可以是如图2所示的次长通滤波器205。在一些实施例中，光学滤波器330可以是带通滤波器，诸如硬涂层滤波器或有色玻璃滤波器。带通滤波器可以仅使800-2000nm窗口、或800-2000nm窗口的一个子范围内的波长范围通过。例如，带通滤波器可以仅使900-1700nm波长的光通过。因此，提供给传感器324的所反射的照明320可以是经长通滤波的或经带通滤波的。

如上所述，感测系统可以包括偏振器332。偏振器332可以是线偏振器。在一些实施例中，偏振器332可以是圆偏振器。偏振器332可以放置在传感器324前面。偏振器332可以包括线偏振膜。与被包括在照明生成系统306中的偏振器310类似，被包括在感测系统322中的偏振器332可以安装在旋转安装件或其他合适的安装件上以允许进行调整。线偏振器310、332可以旋转或以其他方式调整以产生理想的成像对比度，如上所述。偏振器332可以从所反射的照明320移除具有与所提供的照明314相同的偏振的任何光。传感器324可以检测被包括在所反射的照明320中具有与所提供的照明314相反的偏振的光。

在一些实施例中，传感器324可以耦接到外部显示器372并与外部显示器372通信。替代地或另外，传感器324可以耦合到存储器374并与存储器374通信，存储器374可以被包括在成像系统300中或在成像系统300外部。例如，存储器374可以是被包括在存储卡中的闪存。在传感器324耦合到外部显示器372和/或存储器374并与外部显示器372和/或存储器374通信的实施例中，传感器324可以被配置为感测所提供照明314的反射部分，并基于所提供的照明314的反射部分(即，所反射的照明320)生成指示靶向区域318中的任何淋巴组成部分的至少一个图像。传感器324还可以被配置为将至少一个图像输出到外部显示器372或存储器374中的至少一者。

在一些实施例中，光源308可以不耦合到控制器或其他设备，并且可以只需要耦合到电源。在这些实施例中，光源308可以持续或半持续地向靶向区域318提供照明314。在一些实施例中，接口平台304可以向光源308供电(即，充当电源)。在其他实施例中，光源308可从墙壁电源、一个或多个电池或另一个合适电源接收功率。

在一些实施例中，传感器324可以耦合到外部显示器372和/或存储器374，并且光源可以在不耦合到接口平台304和/或其他合适的设备的情况下耦合到电源。因此，可以在不使用控制器或计算设备的情况下实现成像系统300。

在一些实施例中，成像系统300可以是1级、510(k)豁免和/或良好制造规范(GMP)豁免。

成像系统300还可以包括外部显示器372和/或计算设备334。如上所述，接口平台302可以耦合到计算设备334并与计算设备334通信。成像系统300可以包括通信网络336。通信网络336可以促进接口平台302和计算设备334之间的通信。接口平台302可以耦合到外部显示器372并与外部显示器372通信。

在一些实施例中，通信网络336可以是任何合适的通信网络或通信网络的组合。例如，通信网络336可以包括Wi-Fi网络(Wi-Fi网络可以包括一个或多个无线路由器、一个或多个交换机等)、对等网络(例如，蓝牙网络)、蜂窝网络(例如，符合任何合适的标准(诸如CDMA、GSM、LTE、高级LTE、WiMAX等)的3G网络、4G网络等)、有线网络等。在一些实施例中，通信网络336可以是局域网、广域网、公共网络(例如，互联网)、专用或半专用网络(例如，公司或大学内联网)、任何其他合适类型的网络、或任何合适的网络的组合。图3所示的通信链路可以各自是任何合适的通信链路或通信链路的组合，诸如有线链路、光纤链路、Wi-Fi链路、蓝牙链路、蜂窝链路等。在一些实施例中，计算设备可以实现图像生成和分析应用304的部分。

现在参考图3以及图4，示出了根据所公开的主题的一些实施例的可以用于实现图3所示的计算设备334和接口平台302的硬件的示例。如图4所示，计算设备334可以包括处理器350、显示器352、输入354、通信系统356和存储器358。处理器350可以实现图像生成和分析应用304的至少一部分，这可以例如从程序执行(例如，从存储器358保存和检索)。处理器350可以是任何合适的硬件处理器或处理器组合(诸如中央处理单元(“CPU”)、图形处理单元(“GPU”)等)，其可以执行程序，该程序可以包括下文描述的过程。

在一些实施例中，显示器352可以呈现图形用户界面。在一些实施例中，显示器352可以使用任何合适的显示设备(诸如计算机监视器、触摸屏、电视机等)来实现。在一些实施例中，计算设备334的输入354可以包括指示器、传感器、可致动按钮、键盘、鼠标、图形用户界面、触摸屏显示器等。在一些实施例中，输入354可以允许用户(例如，医生，诸如放射科医生)与计算设备334交互，从而与接口平台302交互(例如，经由通信网络336)。

在一些实施例中，通信系统356可以包括用于通过任何合适的通信网络与其他系统通信的任何合适的硬件、固件和/或软件。例如，通信系统356可以包括一个或多个收发器、一个或多个通信芯片和/或芯片组等。在更具体的示例中，通信系统356可以包括可以用于建立同轴连接、光纤连接、以太网连接、USB连接、Wi-Fi连接、蓝牙连接、蜂窝连接等的硬件、固件和/或软件。在一些实施例中，通信系统356允许计算设备334与接口平台302通信(例如，直接或间接地，诸如经由通信网络336)。

在一些实施例中，存储器358可以包括可以用于存储指令、值等的任何合适的一个或多个存储设备，这些指令、值等例如可以由处理器350使用以使用显示器352来呈现内容、以经由(多个)通信系统356与接口平台302通信等。存储器358可以包括任何合适的易失性存储器、非易失性存储器、存储或其任何合适的组合。例如，存储器358可以包括RAM、ROM、EEPROM、一个或多个闪存驱动器、一个或多个硬盘、一个或多个固态驱动器、一个或多个光驱等。在一些实施例中，存储器358可以具有编码在其上以用于控制计算设备334(或接口平台302)的操作的计算机程序。在此类实施例中，处理器350可以执行计算机程序的至少一部分以呈现内容(例如，图像、用户界面、图形、表格、报告等)、从接口平台302接收内容、向接口平台302发送信息等。

如图4所示，接口平台302可以包括处理器360、显示器362、输入364、通信系统366、存储器368和连接器370。在一些实施例中，处理器360可以实现图像生成和分析应用304的至少一部分，这例如可以从程序执行(例如，从存储器368保存和检索)。处理器360可以是任何合适的硬件处理器或处理器的组合(诸如中央处理单元(“CPU”)、图形处理单元(“GPU”)等)，其可以执行程序，该程序可以包括下文描述的过程。

在一些实施例中，显示器362可以呈现图形用户界面。在一些实施例中，显示器362可以包括任何合适的显示设备，诸如计算机监视器、触摸屏、电视机等。在一些实施例中，接口平台302的输入364可以包括指示器、传感器、可致动按钮、键盘、鼠标、图形用户界面、触摸屏显示器等。在一些实施例中，输入364允许用户(例如，第一响应者)与接口平台302交互，从而与计算设备334交互(例如，经由通信网络336)。计算设备334还可以耦合到外部显示器372并与外部显示器372通信，外部显示器372可以提供显示器352的至少一些功能。

如图4所示，接口平台302可以包括通信系统366。通信系统366可以包括用于通过任何合适的通信网络与其他系统通信的任何合适的硬件、固件和/或软件。例如，通信系统366可以包括一个或多个收发器、一个或多个通信芯片和/或芯片组等。在更具体的示例中，通信系统366可以包括可以用于建立同轴连接、光纤连接、以太网连接、USB连接、Wi-Fi连接、蓝牙连接、蜂窝连接等的硬件、固件和/或软件。在一些实施例中，通信系统366允许接口平台302与计算设备334通信(例如，直接或间接地，诸如经由通信网络336)。设想了通信系统366可以与光源和/或传感器324通信，并因此提供连接器370的至少一些功能，这将在下文中描述。

在一些实施例中，存储器368可以包括可以用于存储指令、值等的任何合适的一个或多个存储设备，这些指令、值等例如可以由处理器360使用以使用显示器362来呈现内容、以经由(多个)通信系统366与计算设备334通信等。存储器368可以包括任何合适的易失性存储器、非易失性存储器、存储或其任何合适的组合。例如，存储器368可以包括RAM、ROM、EEPROM、一个或多个闪存驱动器、一个或多个硬盘驱动器、一个或多个固态驱动器、一个或多个光驱等。在一些实施例中，存储器368可以具有编码在其上以用于控制接口平台302(或计算设备334)的操作的计算机程序。在此类实施例中，处理器360可以执行计算机程序的至少一部分以呈现内容(例如，图像、用户界面、图形、表格、报告等)、从计算设备334接收内容、向计算设备334发送信息等。

在一些实施例中，连接器370可以是有线连接，使得光源308和传感器324可以与接口平台302通信，并且因此可以与计算设备334通信(例如，经由通信系统366，并且直接或间接地，诸如经由通信网络336)。附加地或替代地，光源308和/或传感器324可以向接口平台302发送信息和/或从接口平台302接收信息(例如，使用连接器370和/或通信系统366)。

现在参考图3-4以及图5，示出了被包括在图像生成和分析应用304中的过程400的示例性流程图。在一些实施例中，接口平台302和计算设备334可以各自执行过程400的一部分，以便生成靶向区域318的图像，靶向区域318可以包含淋巴组成部分，诸如淋巴结和/或淋巴管。如上所述，靶向区域318可以是体内(例如，被包括在受试者316中)的或离体(例如，从受试者移除的组织包)的。在一些实施例中，接口平台302可以执行整个过程400。

在402处，过程400可以使光源308向靶向区域318提供照明314。靶向区域318可以包括淋巴组成部分。所提供的照明314可以通过偏振器310和/或光学滤波器312。然后将所提供的照明314提供给靶向区域318。所提供的照明314的至少一部分随后可作为所反射的照明320反射朝向传感系统322，如上所述。所反射的照明320可以在到达传感器324之前通过偏振器332、光学滤波器330、光漫射器328和/或透镜326。在一些实施例中，如果光源308连续或半连续地向目标区域318提供照明314，则过程400可以不需要使光源308提供照明。换句话说，在一些实施例中，过程400可以不实现步骤402。

在404处，过程400可以检测照明314的反射部分。反射部分可以是所反射的照明320。反射部分可以直接从靶向区域318反射。因为反射部分直接从靶向区域318反射，所以系统300不需要使用镜或其他反射器来将反射部分重定向朝向传感器324。过程404可以使用传感器324来检测反射部分。检测照明314的反射部分可以包括响应于反射部分从传感器324接收信号。

在406处，过程400可以使用照明314的反射部分生成指示一个或多个淋巴组成部分(诸如淋巴结和淋巴管，如果存在于靶向区域318中)的至少一个图像。过程400可以基于在404处从传感器324接收到的信号生成至少一个图像。过程400可以基于来自传感器324的信号生成图像。在一些实施例中，由传感器324输出的信号可以包括指示淋巴组成部分的至少一个图像。过程400可以对从传感器接收的至少一个图像重新定格式和/或压缩。替代地，过程400可以存储从传感器324接收的至少一个图像(即，在存储器358和/或存储器368中)。

在408处，过程400可以将至少一个图像输出到显示器和/或存储器中的至少一个。显示器可以是可以被包括在接口平台302中的显示器362、可以被包括在计算设备334中的显示器352、或外部显示器372。存储器可以是被包括在接口平台302中的存储器368或被包括在计算设备334中的存储器358。存储器可以是成像系统300外部的存储器，诸如被包括在远程服务器中的存储器。

现在参考图3-4以及图6，示出了被包括在图像生成和分析应用304中的过程450的示例性流程图。在一些实施例中，接口平台302和计算设备334可以各自执行过程450的一部分，以训练分段机器学习模型和/或分类机器学习模型，以及在(多个)模型已经被训练后，使用分段机器学习模型和/或分类机器学习模型分析由成像系统(例如，图3和图4中的成像系统300)产生的图像。

在452处，过程450可以接收用于分割模型的训练数据。分割模型可以是机器学习模型，诸如卷积神经网络。卷积神经网络可以包括U网络架构。用于分割模型的训练数据可以包括原始图像和相关分段。可以使用成像系统(诸如图1中的成像系统100、图1中的成像系统200或图3中的成像系统300)来生成原始图像。分段可以是图像中对应于淋巴结或不存在淋巴结的区域。在一些实施例中，分段还可以包括对应于淋巴管的区域。因此，可以训练分割模型来分割图像中的淋巴结和淋巴管。分段可以由有资质的实践者(诸如肿瘤学家)事先确定。在一些实施例中，分割模型可以是可能不需要训练的被配置为识别淋巴结的预定算法。

在454处，过程450可以接收用于分类模型的训练数据。分类模型可以是机器学习模型，诸如递归神经网络。可以训练分类模型以对整个图像进行分类。用于分类模型的训练数据可以包括使用成像系统(诸如图1中的成像系统100、图1中的成像系统200或图3中的成像系统300)生成的多个原始图像。训练数据还可以包括与多个原始图像相对应的多个分割图像。通过将原始图像提供给经训练的分割模型，可以产生分割图像。在一些实施例中，训练数据可以包括每个分割的淋巴结和/或淋巴管的分类。分类可以是恶性的或健康的，并且可以由合适的医疗实践者提供。在一些实施例中，每个分类可以与被包括在训练数据中的整个原始图像相关联。

在456处，过程450可以使用用于分割模型的训练数据来训练分割模型。在456处对分割模型进行训练后，分割模型可以被称为经训练的分割模型。

在458处，过程450可以使用用于分类模型的训练数据来训练分类模型。依据训练数据，分类模型可以被训练为将各个淋巴组成部分(即淋巴结和/或淋巴管)识别为恶性或健康，或者被训练为将整个图像识别为健康或恶性。在456处对分类模型进行训练后，分类模型可以被称为经训练的分类模型。

在460处，过程450可以向经训练的分割模型提供图像。在一些实施例中，过程450可以在460处向经训练的分割模型顺序地提供任何数量的图像。

在462处，过程450可以接收与提供给经训练的分割模型的图像相关联的多个分段。在一些实施例中，过程450可以在460处接收提供给经训练的分割模型的每个图像的多个分段。

在464处，过程450可以向经训练的分类模型提供图像。在一些实施例中，过程450可以在464处向经训练的分类模型顺序地提供任何数量的图像。

在466处，过程450可以接收提供给经训练的分类模型的图像的分类。在一些实施例中，过程450可以接收与在464处提供给经训练的模型的多个图像相关联的多个分类。

在468处，过程450可以将任何接收到的(多个)分段和/或(多个)分类输出到显示器和/或存储器中的至少一者。显示器可以是可以被包括在接口平台302中的显示器362、可以被包括在计算设备334中的显示器352、或外部显示器372。存储器可以是被包括在接口平台302中的存储器368或被包括在计算设备334中的存储器358。存储器可以是成像系统300外部的存储器，诸如被包括在远程服务器中的存储器。外部过程可以对接收到的分段执行进一步的分析。例如，分段可以用于确定每个分割的淋巴组成部分的特征，包括淋巴结大小、淋巴结纵横比、淋巴结对称性、淋巴结边界清晰度、淋巴结曲率和/或淋巴管图案。可以对每个淋巴组成部分的特征进行进一步分析。在一些实施例中，过程450可以为每个图像输出热图，该热图识别每个原始图像(以及，引申开来，淋巴组成部分)中的区别特征，从而导致对每个淋巴组成部分和/或原始图像进行分类。

应当理解，图像生成和分析应用304可以包括图5的过程400和图6的过程450中的一者或两者。在一些实施例中，可以实现多个应用以执行图5的过程400和图6的过程450中的一者或两者。

图7A和图7B示出了根据本文所描述的成像系统构造的成像系统的成像结果。图7A示出了在不使用偏振器的情况下所成像的区域的成像结果。图7B示出了在使用偏振器的情况下相同的区域的成像结果。图7A和图7B所示的区域包括淋巴结500。偏振器提高成像对比度，但在使用或不使用偏振器的情况下均可以将淋巴结可视化。

图8A-C显示了小鼠的示例性成像结果。所使用的成像系统包括作为光源的发射1200nm左右的光的LED，以及作为传感器的液氮冷却的InGaAs相机。图8A示出了利用标准相机拍摄的小鼠区域的图像。图8B示出了注射佐剂前使用成像系统拍摄的小鼠区域的图像。淋巴结504和膀胱508可以被可视化。图8C示出了注射佐剂后48小时使用成像系统拍摄的小鼠区域的图像。淋巴结504和膀胱508可以被可视化。结果显示，在注射佐剂后48小时内，淋巴结504的大小显著增大。

图9A-C显示了小鼠的示例性成像结果。所使用的成像系统包括作为光源的具有长通滤波器以对来自灯的光滤波的卤素灯，以及作为传感器的标准硅相机，类似于图2中的成像系统200。图9A示出了利用标准相机拍摄的小鼠区域的图像。图9B示出了注射佐剂前使用成像系统拍摄的小鼠区域的图像。图9C示出了注射佐剂后48小时使用成像系统拍摄的小鼠区域的图像。结果显示，在注射佐剂后48小时内，淋巴结(诸如淋巴结512)的大小显著增大。结果在质量上与更昂贵的系统类似，诸如图1所示的成像系统100。此外，与其他成像系统相比，用于生成图9B-C的成像系统与环境光更兼容。

图10A-图10E示出了使用各种照明波长和InGaAs相机对淋巴结的成像结果。当使用1000nm的照明波长时，拍摄图10A。当使用1175nm的照明波长时，拍摄图10B。当使用1250nm的照明波长时，拍摄图10C。当使用1375nm的照明波长时，拍摄图10D。当使用1550nm的照明波长时，拍摄图10E。

图11A-M示出了离体猪肠系膜组织样本中淋巴结的成像结果。使用被包括在根据本发明实施例的成像系统中的不同照明波长和传感器对淋巴结成像。使用单波长LED光源生成690nm和730nm的照明波长。使用具有带通滤波器的连续波长灯生成810nm至1575nm范围的照明波长。使用不具有带通滤波器的连续波长灯生成8-10μm照明。由于所使用的传感器是只对8-10μm波长光敏感的热相机，因此实现了8-10μm照明。对于690nm和730nm波长的照明，使用硅相机作为传感器。对于810nm至1575nm的范围的照明波长，使用InGaAs相机作为传感器。对于所有照明波长，成像系统被包括在正交定位的偏振器。各个照明波长每一个代表波长带中最主要占支配地位的波长。

对于每个照明波长，测量信噪比以测量照明波长的性能。优选更高的信噪比，因为淋巴结会相对于周围组织更突出。

图11A示出了使用690nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11B示出了使用730nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11C示出了使用810nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11D示出了使用900-950nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11E示出了使用1000nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11F示出了使用1125nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11G示出了使用1175nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11H示出了使用1250nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11I示出了使用1300nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11J示出了使用1375nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11K示出了使用1550nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11L示出了使用1575nm波长照明生成的包括淋巴结的图像。图11M示出了使用8-10μm波长照明生成的包括淋巴结的图像。

下表1总结了每个照明波长的信噪比。表1中的结果表明，1550的照明波长表现最好，具有最高的信噪比24。从1175到1375的范围内的照明波长具有提供可用性能的可比性能。810nm或以下的照明波长比900-1575nm范围内的照明波长的性能差得多。8-10μm波长照明的性能明显低于1550nm或1575nm波长照明，这表明明显高于1575nm的照明波长可能导致性能下降。

表1

现在参考图12A和图12B，示出了使用不同成像技术生成的离体人体组织样本中淋巴结516的图像的比较。图12A示出了使用常规相机和环境可见光生成的淋巴结516的图像。图12B示出了使用图3的成像系统300的实施例生成的淋巴结516的图像。淋巴结516在图12B中更加清晰可见。

本公开提供了成像系统的各种实施例，每个实施例都提供了一组优于其他成像系统的优点。一个优点是，成像系统是完全非侵入性和非标记的。该优点使得所提供的成像系统相对于基于亚甲基蓝、吲哚菁绿和其他注射染料的常用技术脱颖而出。成像系统不需要注射或操作(例如，切割操作)来实现淋巴结的高成像对比度。还应当注意，当通过成像系统成像时淋巴结在体内，这与要求从受试者身上移除淋巴结和/或周围组织以执行淋巴结成像的其他成像系统不同。

本文提供的成像系统的另一个优点是与其他成像模式相比安全性提高。该系统只使用非常低强度的红外光。本文件所列图中示出的图像仅在1mW光功率照明下拍摄，这是规定的曝光限值数千分之一。该优点使得所公开的成像系统相对于CT、PET和其他固有地对患者造成健康危害的成像系统脱颖而出。本公开描述了一种在没有任何注射的情况下方便地将淋巴结可视化的光学方法。该方法使用800-1700nm之间的照明光和能够检测该波长范围或该波长范围的一部分的传感器。成像系统可以利用照明光，使用淋巴结的固有吸收光谱来检测淋巴结。使用波长在800-1700nm之间，尤其是波长在1550nm的照明光，成像系统生成示出了淋巴结自然地从其周围组织(包括脂肪、血液和/或出血)中突出的图像，如上文所述。通过偏振器的实现方式可以提高淋巴结的图像对比度；然而，对于该方法来说，它们不是必需的。本公开提供了无侵入性地将淋巴结可视化，并可以成为健康筛查、疾病预防、诊断和治疗的有力工具的系统和方法。

本发明提供的成像系统的某些实施例也可以被经济地构造。例如，类似于图2的成像系统200的实施例的构建成本可能低于100美元。因此，某些淋巴结成像系统的构建成本远比横截面成像模式中的任意一种更便宜。CT、MRI、超声波和PET仪器的价格从数万美元到数百万美元不等。这些提供的成像系统的经济性将有助于在临床环境中产生大得多的影响。这些成像系统可以可能地被医疗实践者甚至普通消费者用来进行常规健康检查、跟踪疾病复发等。此外，与横截面模式不同，所公开的成像系统的波长范围特定于自然淋巴结和淋巴管(即，无任何外部注射的淋巴结和淋巴管)。甚至包括相对更昂贵组件(例如，用作传感器的InGaAs相机)的成像系统仍然可以比上述至少一些横截面模式更经济地构造。

应当理解，图6的过程的上述步骤可以以不限于图中所示和描述的顺序和序列的任何顺序或序列来执行或进行。此外，图5和图6的过程的上述步骤中的一些步骤可以在适当的情况下基本同时执行或并行执行，以减少延迟和处理时间。

在一些实施例中，本公开的各方面(包括方法的计算机化实现方式)可以实现为使用标准编程或工程技术来产生软件的系统、方法、装置或制品，其可以是用于控制处理器设备、计算机(例如，操作地耦合到存储器的处理器设备)或另一个电子操作控制器的固件、硬件或其任何组合，以实现本文详细描述的各方面。相应地，例如，本发明的实施例可以被实现为在非瞬态计算机可读介质上有形地实现的指令集，使得处理器设备能够基于从计算机可读介质读取指令来实现指令。本发明的一些实施例可以包括(或利用)设备，诸如自动设备、包括各种计算机硬件、软件、固件等的专用或通用计算机，与下文的讨论一致。

如本文中所使用的，术语“制品”旨在涵盖可从任何计算机可读设备、载体(例如，非瞬态信号)或介质(例如，非瞬态介质)访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于：磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带等)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字多用盘(DVD)等)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒等)。此外，将理解的是，可以采用载波来承载计算机可读电子数据，诸如，在发送和接收电子邮件或访问诸如互联网或局域网(LAN)之类的网络中使用的那些计算机可读电子数据。本领域技术人员将认识到，在不脱离所要求保护的主题的范围和精神的情况下，可以对这些配置进行许多修改。

根据本发明的方法的某些操作或执行那些方法的系统的某些操作可以在附图中示意性地表示或在本文中另行讨论。除非另有指定或限制，特定操作在附图中以特定空间次序的表示不一定要求这些操作要以与该特定空间次序相对应的特定的顺序执行。相对应地，附图中所表示或本文另行公开的某些操作可以按照适于本公开的特定实施例的方式、以与明确解说或描述的次序不同的次序来执行。进一步地，在一些实施例中，某些操作可被并行地执行，包括由专用并行处理设备执行，或由被配置成作为大系统的一部分交互操作的分离的计算设备来执行。

如本文在计算机实现的上下文中使用的，除非另外指定或限制，否则术语“部件”、“系统”、“模块”等可以旨在涵盖包括硬件、软件、硬件和软件的组合、或执行中的软件的计算机相关系统的部分或全部。例如，部件可以是但不限于是处理器设备、正由处理器设备执行(或可由处理器设备执行)的过程、对象、可执行件、执行的线程、计算机程序，或计算机。通过图示的方式，运行在计算机上的应用和该计算机两者均可以是部件。一个或多个部件(或系统、模块等)可以驻留在执行的进程或线程内、可以定位于一个计算机上、可以分布在两个或更多个计算机或其他处理器设备之间、或可以被包括在另一个部件(或系统、模块等)内。

如本文所使用的，术语“控制器”和“处理器”包括能够执行计算机程序的任何设备，或可以包括被配置为执行所述功能的逻辑门的任何设备。例如，这可以包括处理器、微控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑控制器等。

本文的讨论是为本领域技术人员制作和使用本发明的实施例呈现的。对所示出的实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将是非常明显的，并且在不脱离本发明的实施例的情况下，本文中的一般原理可以应用于其他实施例和应用中。因此，本发明的实施例不旨在限于所示出的实施例，而是应当符合与本文公开的原则和特征一致的最大范围。参考附图阅读具体实施方式，其中不同附图中的相同要素具有相同的附图标记。可能不一定是按比例绘制的附图描绘了所选实施例并且可以不旨在限制本发明实施例的范围。本领域技术人员应认识到，本文中提供的实施例具有许多有用的替代方案并且落入本发明实施例的范围内。

因此，如上所述，提供了利用近红外(800-1400nm)和/或短波红外(1400-3000nm)将淋巴组成部分可视化的系统和方法。例如，可以使用800-1700nm之间的照明。对于一些应用，1500-1600nm(诸如1550nm)之间的照明波长对于淋巴组成部分的成像可以是有利的。在一个实施例中，仅可以使用1550nm波长的照明。

本文所描述的系统和方法提供了使用一个或多个近红外或短波红外光源和传感器的近红外和/或短红外成像技术。成像系统可以与偏振器一起工作。偏振器可以放置在(多个)光源(也可以称为(多个)光学源)的前面，并且另一个偏振器可以放置在(多个)传感器的前面。可以调整两个偏振器之间的旋转角度，以将人体或动物皮肤的直接反射最小化，并对淋巴组成部分的可视化进行优化。在一些配置中，可以不需要在(多个)光源前面使用偏振器，并且成像系统可以在没有位于(多个)光源前面的偏振器的情况下工作。一些光源在没有偏振器的情况下，由于其固有的工作机制而发射线偏振光。因此，偏振器有助于提高淋巴组成部分的对比度；然而，它们不是必需的。淋巴组成部分仍然可以在没有任何偏振器或偏振修改的情况下可视化，特别是当照明波长在800-1700nm之间，并且传感器准备好检测该波长范围内的光时。

在一个方面，本公开提供了一种淋巴组成部分成像系统。该系统包括光源，该光源被配置为向具有至少一个淋巴组成部分的受试者的区域提供红外照明；传感器，该传感器被配置为感测从该区域直接反射的红外照明的反射部分；以及控制器，该控制器与该光源和该传感器通信，并被配置成使该光源向该区域提供红外照明，从该传感器接收与该红外照明的反射部分相对应的信息，以及使用该信息生成指示该受试者中的至少一个淋巴组成部分的至少一个图像。

该系统可以被配置为在没有参考光的情况下生成指示至少一个淋巴组成部分的至少一个图像。该系统可以被配置为在没有来自传感器周围环境光的信息的情况下生成指示至少一个淋巴组成部分的至少一个图像。在该系统中，光源可以包括激光器。在该系统中，光源可以包括发光二极管。该系统可以进一步包括长通或带通滤波器，该长通或带通滤波器被布置在该区域和光源之间且具有不小于800nm的截止波长。在该系统中，传感器可以包括硅相机、InGaAs相机和黑硅相机中的至少一者。该系统可以进一步包括被布置在该区域和传感器之间的偏振器。该系统可以不包括造影剂，并且至少一个淋巴组成部分可以包括淋巴结或淋巴管。在该系统中，红外照明可以具有800-1700nm的照明波长。

在另一个方面中，本公开提供了一种在无造影剂的情况下对淋巴组成部分进行成像的方法。该方法包括使用光源向具有淋巴组成部分的受试者的体内区域提供红外照明，使用位于该区域周围的传感器检测从该区域直接反射的红外照明的反射部分，以及使用红外照明的反射部分生成指示受试者中的淋巴组成部分的至少一个图像。

在该方法中，红外照明可以具有800-2000nm的照明波长。在该方法中，可以在不使用偏振器的情况下提供红外照明。该方法可以进一步包括旋转传感器前面的偏振器，直到传感器检测到最低总强度。在该方法中，红外照明可以具有不大于1mW的光功率。该方法可以进一步包括将偏振器定位在该区域和传感器之间，并将偏振器布置成与从该区域直接反射的红外照明近似正交。该方法可以进一步包括调整偏振器和光源中的至少一者，直到在传感器处达到阈值对比度水平。

在又另一个方面中，本公开提供了一种在无镜的情况下对淋巴组成部分进行成像的方法。该方法包括使用光源向具有淋巴组成部分的受试者的区域提供红外照明，使用位于该区域周围的传感器检测从该区域直接反射的红外照明的反射部分，以及使用红外照明的反射部分生成指示受试者中的淋巴组成部分的至少一个图像。在该方法中，红外照明可以具有800-2000nm的照明波长。在该方法中，可以在不使用偏振器的情况下提供红外照明。

尽管已经参考某些实施例对本发明进行了相当详细的描述，但是本领域技术人员将理解，本发明可以通过所描述的实施例以外的实施例来实施，所描述的实施例是为了说明而不是为了限制而提出的。因此，所附权利要求的范围不应限于对本文所包含的实施例的描述。