基于图像确定发荧光物质的性质

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本申请要求2020年7月20日提交的美国临时专利申请第63/054,093号的优先权，其内容在此通过引用全部并入。

背景技术

一些医学成像系统被配置成在身体经历医疗程序的同时生成身体内的场景的荧光图像。荧光图像允许医务人员(例如，外科医生)在医疗程序期间容易地识别场景内的细胞活动或结构(例如，血管系统)。

为了便于荧光成像，可以将被配置成当暴露于荧光激发照明时发荧光的荧光成像剂(例如，染料、蛋白质或其他物质)引入到血流或身体的其他解剖特征中。医学成像系统可以捕获由荧光成像剂发射的荧光，并基于捕获的荧光照明来显现荧光图像。

发明内容

以下描述呈现了本文描述的系统和方法的一个或多个方面的简要概述。该概述不是对所有预期方面的广泛综述，并且既不旨在识别所有方面的关键或重要要素，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其唯一目的是呈现本文描述的系统和方法的一个或多个方面，作为下面呈现的具体实施方式的前序。

示例性系统可以包括成像装置和图像处理系统。成像装置可以被配置成输出对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带的第一图像信息，并且输出对应于不同于第一波长带并与由物质发射的荧光相关联的第二波长带的第二图像信息。图像处理系统可以被配置成从成像装置接收第一图像信息和第二图像信息，并基于第一图像信息与第二图像信息的比较来确定物质的性质。

示例性设备可以包括一个或多个处理器和存储可执行指令的存储器，当由一个或更多个处理器执行时，该可执行指令可以使设备获得对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带的第一图像信息，获得对应于不同于第一波长带并与由物质发射的荧光相关联的第二波长带的第二图像信息，并且基于第一图像信息与第二图像信息的比较来确定物质的性质。

示例性非暂时性计算机可读介质可以存储指令，当执行时，该指令可以使计算装置的处理器从成像装置接收对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带的第一图像信息；从成像装置接收对应于不同于第一波长带并与由物质发射的荧光相关联的第二波长带的第二图像信息；并且基于第一图像信息和第二图像信息来确定物质的性质。

示例性方法可以包括：通过图像处理系统，从成像装置接收多组图像信息，每组图像信息对应于与由物质发射的荧光相关联的多个波长带中所包括的不同波长带；以及通过图像处理系统并基于多组图像信息的比较来确定物质的性质。

附图说明

附图说明了各种实施例，并且是说明书的一部分。所说明的实施例仅仅是示例，并不限制本公开的范围。在整个附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。

图1示出了示例性医学成像系统。

图2示出了针对发荧光物质生成的光谱强度曲线的曲线图。

图3示出了示例性配置，其中图像处理系统被配置成获得与由成像装置捕获的荧光图像相关联的第一图像信息和第二图像信息并且基于第一图像信息和第二图像信息来生成发荧光物质性质数据。

图4示出了可以通过图像处理系统获得图像信息以确定发荧光物质的性质的波长带。

图5示出了示例性配置，其中图像处理系统被配置成访问关系数据，该关系数据指定不同比率与发荧光物质的性质的可能值之间的关系。

图6示出了可以由图像处理系统访问以确定发荧光物质的浓度的关系数据的示例性实施方案。

图7示出了一种配置，其中图像处理系统被配置成确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的斜率。

图8示出了示例性配置，其中图像处理系统被配置成向显示装置提供发荧光物质性质数据和荧光图像数据。

图9示出了示例性用户界面。

图10示出了示例性成像配置，其中成像装置被配置成输出成像处理系统用于生成发荧光物质性质数据的第一图像信息和第二图像信息。

图11-图14示出了图10所示的成像配置的示例性实施方案。

图15-图16示出了示例性方法。

图17示出了示例性计算机辅助医疗系统。

图18示出了示例性计算装置。

具体实施方式

本文描述了用于基于图像确定发荧光物质的性质的设备、系统和方法。出于各种原因，在医学成像系统正在显示场景的荧光图像时，外科医生或其他用户在任何给定时间了解场景内发荧光物质的性质(例如，荧光成像剂的浓度水平)可能是有益的。然而，荧光图像通常基于信号强度，并且因此受到许多因素的影响，诸如照明、组织深度和相机/成像器位置。因而，很难或不可能使用荧光图像来提供荧光成像剂量(例如，浓度水平和/或总量)或荧光成像剂的其他性质的定量且准确的测量。

本文描述的设备、系统和方法可以有益地提供准确、客观和/或基本上实时的信息，该信息代表医疗程序期间身体内的发荧光物质的量(例如，浓度水平和/或总量)、身份和/或其他性质。与其中没有提供这类性质的准确表示的常规情形相比，这可以允许用户(例如，外科医生)和/或系统(例如，计算机辅助医疗系统)更准确且有效地确定物质在医疗程序期间将发荧光的时间量，从而允许用户和/或系统在医疗程序期间做出更明智的决定。本文描述的设备、系统和方法可以另外或替代地促进关于不同荧光成像剂的准确且有效的临床试验和研究，和/或提供如本文所述的附加或替代的优点和益处。

图1示出了被配置成在医疗程序期间生成场景图像的示例性医学成像系统100。在一些示例中，场景可以包括与正在其上或其内执行医疗程序的身体(例如，有生命的动物的身体、人或动物尸体、人或动物解剖结构的一部分、从人或动物解剖结构中取出的组织、非组织工件、训练模型等)相关联的手术区域。

如所示，医学成像系统100包括与图像处理系统104通信的成像装置102。医学成像系统100可以包括可用于特定实施方式的附加或替代部件。在一些示例中，医学成像系统100或医学成像系统100的某些部件可以通过计算机辅助的医疗系统来实施。

成像装置102可以通过内窥镜或被配置成捕获场景的一个或多个荧光图像的其他合适的装置来实施。在一些示例中，成像装置102还可以被配置成捕获场景的一个或多个可见光图像和/或不同波长带中的一个或多个其他图像。可以同时、交替和/或以任何其他合适的方式捕获一个或多个荧光图像和其他波长带中的一个或多个图像。本文描述了成像装置102的示例性实施方式。

如所示，成像装置102可以被配置成生成并输出图像信息集。图像信息集可以以任何合适的方式生成，其示例在本文中描述。

图像信息集可以各自代表由物质发射的荧光的不同光谱分量，并且可以一起构成可以用于生成和显示代表荧光的荧光图像的信息。这样，每个图像信息集可以对应于与由物质发射的荧光相关联的不同波长带。

例如，图像信息集可以包括对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带的第一图像信息集(或简称“第一图像信息”)和对应于不同于第一波长带并与由物质发射的荧光相关联的第二波长带的第二图像信息集(或简称“第二图像信息”)。第一图像信息可以代表荧光的第一光谱分量并且可以包括第一波长带中的波长，并且第二图像信息可以代表荧光的第二光谱分量并且可以包括第二波长带中的波长。在一些示例中，第一波长带和第二波长带不重叠(例如，通过不共享任何公共波长)。在其他示例中，第一波长带和第二波长带可以部分地重叠(例如，通过都包括一些公共波长)。虽然在本文描述的一些示例中提到了两个图像信息集，但将认识到，成像装置102可以输出可用于特定实施方式的任何数量的图像信息集。

图像处理系统104可以被配置成从成像装置102接收图像信息集，并且基于图像信息集的比较来确定发荧光物质的性质。图像处理系统104可以输出代表性质的发荧光物质性质数据，该发荧光物质性质数据可以用于呈现代表性质的信息和/或执行如本文所述的一个或多个其他操作。

由图像处理系统104确定的性质可以包括发荧光物质的量(例如，发荧光物质的浓度(本文中也称为“浓度水平”)或发荧光物质的总量)、发荧光物质的身份(例如，名称、分类和/或类型)、发荧光物质的峰值波长(例如，发荧光物质的光谱强度曲线的光谱峰值出现的波长)和/或可用于特定实施方式的发荧光物质的任何其他性质。在一些示例中，该性质可以是时间相关的(例如，性质的值随时间变化)。为了说明，随着物质在血流内消散，发荧光物质的量可随时间变化。

出于说明的目的，本文提供的示例示出了可以通过图像处理系统104确定发荧光物质的浓度的各种方式。然而，本文提供的示例可以另外或替代地用于确定可用于特定实施方式的本文描述的任何其他发荧光物质性质。例如，本文描述的实施例可以用于确定由成像装置成像的组织表面上的发荧光物质的总量。为了说明，图像处理系统104可以确定由成像装置成像的组织表面的表面积(例如，通过使用代表组织距成像装置的距离的深度数据)并结合本文描述的图像信息集使用所确定的表面积，以确定组织表面上的发荧光物质的总量。图像处理系统104可以另外或替代地通过使用组织的各种尺寸和/或体积估计试探法来确定组织内的发荧光物质的总量，如可用于特定实施方式的。

图像处理系统104可以通过一个或多个计算装置和/或计算机资源(例如，处理器、存储器装置、存储装置等)来实施，如可用于特定实施方式的。如所示，图像处理系统104可以包括但不限于选择性地且以通信方式彼此耦合的存储器106和处理器108。存储器106和处理器108可以各自包括计算机硬件或通过计算机硬件来实施，该计算机硬件被配置成存储和/或处理计算机软件。图1中未明确示出的计算机硬件和/或软件的各种其他部件也可以包括在图像处理系统104内。在一些示例中，存储器106和处理器108可以分布在多个装置和/或多个位置之间，如可用于特定实施方式的。

存储器106可以存储和/或以其他方式维持处理器108用于执行本文描述的任何功能的可执行数据。例如，存储器106可以存储可以由处理器108执行的指令110。存储器106可以通过一个或多个存储器或存储装置来实施，包括本文描述的任何存储器或存储装置，其被配置成以暂时性或非暂时性方式存储数据。指令110可以由处理器108执行以使图像处理系统104执行本文描述的任何功能。指令110可以通过任何合适的应用程序、软件、代码和/或其他可执行数据实例来实施。另外，在特定实施方式中，存储器106还可以维持由处理器108访问、管理、使用和/或传输的任何其他数据。

处理器108可以通过一个或多个计算机处理装置实施，该一个或多个计算机处理装置包括通用处理器(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微处理器等)、专用处理器(例如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)、图像信号处理器等。使用处理器108(例如，当处理器108被指示执行由存储在存储器106中的指令110表示的操作时)，图像处理系统104可以执行如本文所述的各种操作。

被配置成发射由成像装置102以一个或多个荧光图像的形式捕获的荧光的物质可以是任何合适的类型。例如，该物质可以包括引入到身体内的外源性物质。为了说明，该物质可以包括被配置成被注射或以其他方式引入到血流或身体的其他解剖特征中的荧光成像剂(例如，吲哚菁绿(ICG)或任何其他合适的染料、蛋白质或其他物质)。另外或替代地，该物质可以包括天然位于身体内的内源性物质(例如，内源性荧光团)。术语“物质”和“发荧光物质”在本文中可互换使用。

图2示出了在发荧光物质具有第一浓度时针对发荧光物质生成的第一光谱强度曲线202-1和在发荧光物质具有高于第一浓度的第二浓度时针对同一发荧光物质生成的第二光谱强度曲线202-2的曲线图200。

如所示，光谱强度曲线202-1和202-2的光谱形状不同。例如，光谱强度曲线202-1具有比光谱强度曲线202-2更急剧的上升和下降时间。

此外，如图2所示的虚线竖线所示，光谱强度曲线202-1和202-2的光谱峰位于不同的光谱位置(例如，就波长而言)。例如，光谱强度曲线202-2的光谱峰位于比光谱强度曲线202-1的光谱峰更高的波长处。

图2所示的光谱形状和峰差异说明了对于发荧光物质的不同浓度或其他性质可能存在的光谱形状与峰的各种差异。因为这些差异可能是性质相关的(例如，浓度相关的)，所以本文描述的设备、系统和方法可以利用成像装置102生成的图像信息来检测代表发荧光物质的光谱强度曲线的一个或多个特性数据，并且从而识别发荧光物质的性质(例如，浓度)。

为了说明，图3示出了示例性配置300，其中图像处理系统104被配置成获得与由成像装置102捕获的荧光图像相关联的第一图像信息和第二图像信息并且基于第一图像信息和第二图像信息来生成发荧光物质性质数据。

在该示例中，第一图像信息可以对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带，并且第二图像信息可以相应于不同于第一波长带并与由物质发射的荧光相关联的第二波长带。例如，第一图像信息可以代表波长在第一波长带中的荧光的第一光谱分量，而第二图像信息可以代表波长在第二波长带中的荧光的第二光谱分量。

图像处理系统104可以以任何合适的方式获得第一图像信息和第二图像信息。例如，图像处理系统104可以从成像装置102接收第一图像信息和第二图像信息(例如，通过成像装置102和图像处理系统104之间的一个或多个通信接口的方式)。另外或替代地，图像处理系统104可以通过基于由成像装置102输出的数据(例如，未被完全处理并转换为图像信息的原始图像数据)生成第一图像信息和第二图像信息来获得第一图像信息和第二图像信息。

如本文所述，光谱强度曲线的光谱形状和光谱峰位置可以取决于发荧光物质的性质(例如，浓度)。这样，第一图像信息与第二图像信息之间的比率或其他比较对于发荧光物质的特定性质(例如，特定浓度)来说可能是唯一的。因此，图像处理系统104可以被配置成将第一图像信息与第二图像信息进行比较，并基于该比较来确定发荧光物质的性质。

为了说明，图4示出了与图2所示相同的光谱强度曲线202-1。图4还描绘了第一波长带402-1和第二波长带402-2(统称为“波长带402”)，图像处理系统104可以针对其获得图像信息，以确定对应于光谱强度曲线202-1的发荧光物质的性质。如所示，每个波长带402可以包括多个波长，在该示例中，这些波长处于近红外光区中，该近红外光区包括从约700纳米(nm)至约950nm的波长，并且在该近红外光区内该物质发射荧光。

波长带402被示出在宽度方面均相对窄(例如，每个均约10nm)，但可以具有任何合适的宽度，如可用于特定实施方式的。此外，尽管图4的示例中的每个波长带402位于光谱强度曲线202-1的光谱峰的相对侧上，但在替代实施方式中，两个波长带402可以位于光谱峰的同一侧上。

在图4的示例中，由图像处理系统104获得的第一图像信息对应于波长带402-1，并且代表由物质发射的荧光的第一光谱分量404-1。同样，由图像处理系统104获得的第二图像信息对应于波长带402-2，并且代表由物质发射的荧光的第二光谱分量404-2。

图像处理系统104可以比较第一图像信息和第二图像信息以确定发荧光物质的性质。这可以以任何合适的方式执行。

例如，图像处理系统104可以确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的比率。图像处理系统104可以比较第一图像信息和第二图像信息的任何合适的特性，如可用于特定实施方式的。例如，在一些实施例中，第一图像信息的特性可以包括对应于第一图像信息的强度水平，而第二图像信息的特性可以包括对应于第二图像信息的强度水平。图像处理系统104可以以任何合适的方式确定这些强度水平。

为了说明，参考图4，图像处理系统104可以被配置成通过确定光谱分量404-1的面积来确定对应于第一图像信息的强度水平。例如，图像处理系统104可以对波长带402-1上方的代表光谱强度曲线202-1的数据进行积分。同样，图像处理系统104可以被配置成通过确定光谱分量404-2的面积来确定对应于第二图像信息的强度水平。例如，图像处理系统104可以对波长带402-2上方的代表光谱强度曲线202-1的数据进行积分。

另外或替代地，图像处理系统104可以被配置成通过确定波长带402-1内第一图像信息的平均强度水平来确定对应于第一图像信息的强度水平。这可以以任何合适的方式执行。例如，图像处理系统104可以对定义波长带402-1内的光谱强度曲线202-1的每个强度水平求平均。图像处理系统104可以被配置成以类似的方式确定对应于第二图像信息的强度水平。

另外或替代地，图像处理系统104可以识别对应于波长带402-1内的中心波长的代表光谱强度曲线202-1的数据内的强度水平，并将该强度水平指定为第一图像信息的强度水平。图像处理系统104可以被配置成以类似的方式确定对应于第二图像信息的强度水平。

一旦以任何合适的方式确定了第一图像信息和第二图像信息的特性，图像处理系统104就可以确定(或以其他方式比较)特性之间的比率。基于该比率(或比较)，图像处理系统104可以确定发荧光物质的性质。

例如，图5示出了示例性配置500，其中图像处理系统104被配置成访问关系数据，该关系数据指定不同比率与发荧光物质的性质的可能值之间的关系。在配置500中，图像处理系统104可以被配置成基于比率和关系数据来确定发荧光物质的性质。

图5所示的关系数据可以保持在图像处理系统104的存储器106中和/或以其他方式由图像处理系统104访问。此外，可以以任何合适的方式生成图5所示的关系数据。例如，关系数据可以由第三方系统基于实验数据生成，并以任何合适的方式提供(例如，传输)给图像处理系统104。

图6示出了可以由图像处理系统104访问以确定发荧光物质的浓度的关系数据600的示例性实施方式。如所示，关系数据600可以被实施为可以以任何合适的格式存储和访问的表(例如，查找表)。关系数据600可以替代地以任何其他合适的格式来实施。

如所示，关系数据600包括多个条目602(例如，条目602-1至602-4)。每个条目602指定发荧光物质的特定比率范围和特定浓度水平之间的关系。例如，条目602-1指示，如果第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的比率落在标记为“比率范围A”的范围内，则图像处理系统104可以确定发荧光物质的浓度具有“浓度A”的水平。应当认识到，关系数据600可以具有任何数量的条目，并且图像处理系统104可以以任何合适的方式使用关系数据600来确定发荧光物质的浓度。例如，图像处理系统104可以使用一种或多种内插法和/或其他数学技术以基于所确定的比率和关系数据600来确定发荧光物质的具体浓度水平。

图像处理系统104可以另外或替代地比较第一图像信息和第二图像信息，以通过确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的斜率来确定发荧光物质的性质。图像处理系统104然后可以基于斜率来确定发荧光物质的性质。

为了说明，图7示出了配置700，其中图像处理系统104被配置成确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的斜率。图7示出了图4所示相同的光谱强度曲线202-1。然而，图7还描绘了在光谱强度曲线202-1上对应于第一图像信息的强度水平704-1与在光谱强度曲线202-1上对应于第二图像信息的强度水平704-2之间绘制的线702。强度水平704-1和704-2(统称为“强度水平704”)可以以本文描述的任何方式确定。

基于强度水平704，图像处理系统104可以确定线702的斜率，其表示强度水平704之间的斜率。出于本文描述的原因，该斜率对于发荧光物质的特定性质(例如浓度)可能是唯一的。这样，图像处理系统104可以基于斜率来确定发荧光物质的性质。该确定还可以基于类似于结合图5至图6描述的关系数据，不同之处在于，在该示例中，关系数据可以是基于斜率的，而不是基于比率的。

图像处理系统104可以另外或替代地比较第一图像信息和第二图像信息，以通过基于第一图像信息与第二图像信息的比较确定与荧光的峰值强度水平相关联的波长来确定发荧光物质的性质。图像处理系统104然后可以基于所确定的波长来确定发荧光物质的性质。

为了说明，图像处理系统104可以确定强度水平704，如结合图7所述的。基于这些强度水平704，图像处理系统104可以确定与光谱强度曲线202-1的峰相关联的波长。该波长在图7中由指示符706描绘，并且可以使用任何合适的数学技术来确定。由于光谱峰位置对于发荧光物质的特定性质(例如浓度)可能是唯一的，所以处理系统104可以基于所确定的波长来确定发荧光物质的性质。该确定还可以基于类似于结合图5至图6描述的关系数据。不同之处在于，在该示例中，关系数据可以是基于光谱峰的，而不是基于比率的。

虽然本文描述的示例是基于第一图像信息和第二图像信息的比较，但应当认识到，可以将任何数量的图像信息集相互比较以确定发荧光物质的性质。例如，图像处理系统104可以被配置成将第三图像信息与第一图像信息和第二图像信息进行比较，并进一步基于该比较来确定性质。

在一些示例中，图像处理系统104可以被配置成呈现指示以本文描述的任何方式确定的发荧光物质的性质的内容。例如，图8示出了示例性配置，其中图像处理系统104被配置成向显示装置802提供(本文描述的)发荧光物质性质数据和荧光图像数据。荧光图像数据和发荧光物质性质数据可以被显示装置802使用，以同时显示描绘由物质发射的荧光的荧光图像和代表物质性质的性质信息。可替代地，显示装置802可以单独地显示荧光图像和性质信息(例如，在不同时间显示)，可以显示荧光图像而不显示性质信息，或者可以显示性质信息而不显示荧光图像。

为了说明，图9示出了可以由显示装置802按照图像处理系统104所指示地显示的示例性用户界面900。如所示，用户界面900包括荧光图像902和图形904，该图形904指示荧光图像902内所描绘的发射荧光的物质的浓度水平(例如，当前浓度水平)。图形904可以基本上实时(或以任何合适的时间间隔周期性地)更新，使得观看者(例如，外科医生或其他医务人员)可以在任何给定时间了解浓度水平。在其中针对图像内的不同像素区域确定物质性质的不同值的一些示例中，如本文所述，图形904可以包括指示图像内不同值的信息。例如，图像处理系统104可以呈现指示针对图像的第一像素区域的物质性质的第一值的第一信息，以及指示针对图像的第二像素区域的物质性质的第二值的第二信息。可以使用数值、颜色、图案和/或任何其他合适的图形内容来呈现这样的信息。

成像装置102可以被配置成以任何合适的方式生成本文描述的图像信息集(或者可以供图像处理系统104用于生成图像信息集的数据)。

例如，图10示出了示例性成像配置1000，其中成像装置102被配置成输出供成像处理系统104用于生成发荧光物质性质数据的第一图像信息和第二图像信息。

如所示，成像配置1000包括被配置成由图像处理系统104控制的照明系统1002。照明系统1002可以替代地由成像装置102控制。照明系统1002可以通过一个或多个照明源实施，并且可以被配置成发射光1004(例如，在图像处理系统104的方向上)，以照明要由成像装置102成像的场景。照明系统1002发射的光1004可以包括荧光激发照明(例如，近红外光区中的不可见光)。在一些示例中，光1004还可以包括可见光。

如所示，光1004可以通过成像装置102传播到场景(例如，通过可以通过一个或多个光纤、光导、透镜等实施的成像装置102内的照明通道的方式)。光1004可以替代地通过成像装置102外部的光学路径的方式传播到场景。

光1004的至少一部分可以穿过场景内的表面1006(例如，身体的表面或身体内的表面)，并激发场景内的物质1008。物质1008被配置成响应于被包括荧光激发照明的光1004激发而发射荧光1010。

如所示，成像装置102可以包括第一图像传感器区域1012-1和第二图像传感器区域1012-2(统称为“图像传感器区域1012”)。图像传感器区域1012-1可以被配置成检测荧光1010的第一光谱分量并生成第一图像信息。图像传感器区域1012-2可以被配置成检测荧光1010的第二光谱分量。如本文所述，图像传感器区域1012可以通过一个或多个图像传感器实施。一个或多个图像传感器中的每一个可以通过电荷耦合装置(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、高光谱相机、多光谱相机和/或任何其他合适类型的感测或相机装置来实施。

成像装置102还可以包括滤光器级1014。滤光器级1014可以被配置成允许图像传感器区域1012-1检测荧光1010的第一光谱分量，同时防止图像传感器区域1012-1检测荧光1010的第二光谱分量。滤光器级1014还可以被配置成允许图像传感器区域1012-2检测荧光1010的第二光谱分量，同时防止图像传感器区域1012-2检测荧光1010的第一光谱分量。本文描述了滤光器级1014的各种实施方式。

图11示出了其中成像装置102包括被配置成检测荧光1010的图像传感器1102(例如，单个图像传感器)的成像配置1000的示例性实施方式1100。如所示，图像传感器1102包括实施图像传感器区域1012-1的第一组像素(例如，在图11中标记为“A”的像素)和实施图像传感器区域1012-2的第二组像素(例如，在图11中标记为“B”的像素)。每一组像素可以包括在图像传感器1102上处于任何合适排列的任何数量的像素，如可用于特定实施方式的。

在实施方式1100中，滤光器级1014可以通过第一滤光器和第二滤光器实施。第一滤光器可以被配置成覆盖第一组像素，并且在图11中由标记为“A”的每个像素顶部上的实心框(例如，框1104)表示。在该配置中，第一滤光器可以被配置成防止第一组像素检测荧光1010的第二光谱分量(同时允许第一组像素探测荧光1010的第一光谱分量)。

第二滤光器可以被配置成覆盖第二组像素并且在图11中由标记为“B”的每个像素顶部上的虚线框(例如，框1106)表示。在该配置中，第二滤光器可以被配置成防止第二组像素检测荧光1010的第一光谱分量(同时允许第二组像素检测荧光1010的第二光谱分量)。

图11所示的第一滤光器和第二滤光器可以通过任何合适类型的带通滤光器来实施，这可用于特定实施方式。例如，第一滤光器和第二滤光器可以各自通过被配置成覆盖图像传感器1102(例如，在其顶部上)或集成到图像传感器1102中的一个或多个滤光器(例如，一个或多个玻璃滤光器)来实施。

图12示出了成像配置1000的另一个示例性实施方式1200。在实施方式1200中，光1004包括同时或顺序地施加的荧光激发照明和可见光。如所示，光1004的可见光部分1202从表面1006反射并被图像传感器1102检测。

如结合图11所述的，图像传感器1102包括被第一滤光器和第二滤光器覆盖的第一组像素和第二组像素，该第一滤光器和第二滤光器被配置成允许第一组像素和第二组像素检测荧光1010的第一光谱分量和第二光谱分量，并输出第一图像信息和第二图像信息。在实施方式1200中，图像传感器1102的至少一些像素还可以被配置成检测可见光部分1202并输出代表表面1006的可见光图像的可见光图像信息。为此，图像传感器1102可以包括被配置成覆盖图像传感器1102的用于检测可见光部分1202的像素的一个或多个滤色器(例如，拜耳滤色器马赛克(Bayer filter mosaic)和/或任何其他合适的滤色器布置)。

在一些示例中，图像处理系统104可以被配置成引导成像装置102在使用图像传感器1102来检测荧光1010和使用图像传感器1102来检测可见光部分1202之间交替。以这种方式，同一像素可以用于检测荧光1010和可见光部分1202。

在替代示例中，图像处理系统104可以被配置成引导成像装置102使用图像传感器1102来同时检测荧光1010和可见光部分1202。在这些替代示例中，图像传感器1102的一些像素可以专用于仅检测荧光1010，而图像传感器1102的其他像素可以专用于仅检测可见光部分1202。

图13示出了成像配置1000的另一个示例性实施方式1300。在实施方式1300中，成像装置102包括结合图11描述的图像传感器1102和被配置成检测可见光的单独的可见光图像传感器1302。

在实施方式1300中，光1004可以包括同时或顺序地施加的荧光激发照明和可见光。如上所述，包括荧光1010和可见光部分1202的组合光1304被成像装置102接收，并可以穿过被配置成将可见光部分1202光学地引导到可见光图像传感器1302的分离器1306，该可见光图像传感器1302基于可见光部分1202输出可见光图像信息。分离器1306还可以被配置成将荧光1010光学地引导到图像传感器1102，该图像传感器1102可以输出第一图像信息和第二图像信息，如本文所述。这样，在实施方式1300中，分离器1306可以被配置成实施滤光器级1014。

分离器1306可以以任何合适的方式实施。例如，分离器1306可以通过分色镜(或任何其他合适类型的镜或分光器)来实施，该分色镜被配置并定位成将可见光部分1202光学地引导到可见光图像传感器1302(同时防止荧光1010被光学地引导到可见光图像传感器1302)并将荧光1010光学地引导到图像传感器1102(同时防止可见光部分1202被光学地引导到图像传感器1102)。

在图11至图13所示的实施方式中，第一图像信息和第二图像信息可以共同地对应于图像传感器1102的整个像素面积。以这种方式，可以针对由图像传感器1102捕获的图像表示的整个场景来确定物质的性质。

在一些替代实施例中，第一图像信息和第二图像信息可以对应于图像传感器1102的特定像素区域(例如，小于图像传感器1102的整个像素面积的区域)。例如，仅针对图11至图13所示的像素子集的图像信息可以用于确定物质的性质。例如，可以在像素逐区域(pixel region-by-region)的基础上执行这种确定，使得图像处理系统104和/或用户可以确认单个图像中描绘的组织内的物质性质差异。

举例来说，荧光成像剂的浓度水平可以根据荧光成像剂所在的组织类型而不同。为了说明，与受肿瘤影响的组织中荧光成像剂的浓度水平相比，在健康组织中荧光成像剂的浓度水平可能通常更高。通过呈现代表对应于单个图像的不同像素区域中描绘的组织的不同浓度水平的信息，图像处理系统104可以允许用户在视觉上区分健康组织和非健康组织。

图14示出了成像配置1000的另一个示例性实施方式1400。在实施方式1400中，成像装置102包括实施图像传感器区域1012-1的第一图像传感器1402-1和实施图像传感器区域1012-2的第二图像传感器1402-2。在一些示例中，图像传感器1402-2可以在物理上与图像传感器1402-1分开。

如所示，任一图像传感器1402都没有被滤光器覆盖。相反，成像装置102可以包括分离器1404，该分离器1404被配置成将荧光1010的第一光谱分量光学地引导到图像传感器1402-1并且将荧光1010的第二光谱分量光学地引导到图像传感器1402-2。图像检测器1402-1和1402-2可以相应地分别生成第一图像信息和第二图像信息。

分离器1404可以以任何合适的方式实施。例如，分离器1404可以通过分色镜(或任何其他合适类型的镜或分光器)来实施，该分色镜被配置并定位成将第一光谱分量光学地引导到图像传感器1402-1(同时防止第二光谱分量被光学地引导到图像传感器1402-1)并将第二光谱分量光学地引导到图像传感器1402-2(同时防止第一光谱分量被光学地引导到图像传感器1402-2)。

成像配置1000的其他实施方式是可能的。例如，在替代实施方式中，成像装置102可以包括实施图像传感器区域1012-1和图像传感器区域1012-2两者的单个图像传感器。在该实施方式中，单个图像传感器可以不包括与其相关联的任何滤光器。相反，单个图像传感器可以被配置成顺序地输出第一图像信息，随后输出第二图像信息。例如，单个图像传感器可以被配置成在不同波长的荧光激发照明信号施加到发荧光物质时，顺序地输出第一图像信息，随后输出第二图像信息。

图15示出了可以由图像处理系统104和/或其任何实施方式来执行的示例性方法1500。虽然图15描述了根据一个实施例的示例性操作，但其他实施例可以省略、添加、重新排序和/或修改图15所示的任何操作。图15所示的每个操作可以以本文描述的任何方式执行。

在操作1502，图像处理系统可以从成像装置接收多组图像信息，每组图像信息对应于与由物质发射的荧光相关联的多个波长带中所包括的不同波长带。例如，图像处理系统可以接收对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带的第一图像信息和对应于不同于第一波长带并与由物质发射荧光相关联的第二波长带的第二图像信息。图像处理系统可以另外接收对应于与荧光相关联的其他波长带的任何其他数量的图像信息，如可用于特定实施方式的。

在操作1504，成像系统可以可选地比较多组图像信息。比较可以以本文描述的任何方式执行。

在操作1506，图像处理系统可以基于多组图像信息的比较来确定物质的性质。这可以以本文描述的任何方式执行。

例如，基于在操作1502接收到的第一图像信息和第二图像信息，图像处理系统可以确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的比率，并基于该比率来确定物质的性质。另外或可替代地，图像处理系统可以访问指定不同比率与物质的性质之间的关系的关系数据，并基于该比率和关系数据来确定物质的性质。

另外或可替代地，基于在操作1502接收到的第一图像信息和第二图像信息，图像处理系统可以确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的斜率并基于斜率来确定物质的性质。

另外或可替代地，基于在操作1502接收到的第一图像信息和第二图像信息，图像处理系统可以基于第一图像信息与第二图像信息的比较来确定与荧光的峰值强度水平相关联的波长。在这些示例中，图像处理系统可以基于与荧光的峰值强度水平相关联的波长来确定物质的性质。

在操作1508，图像处理系统可以可选地呈现指示物质性质的内容(例如，物质的浓度、物质的总量、物质的身份、与物质的荧光的峰值强度水平相关联的波长等)。例如，图像处理系统可以指导显示装置显示指示物质的性质的图形以及描绘荧光的图像。

图16示出了可以由图像处理系统104和/或其任何实施方式来执行的另一个示例性方法1600。虽然图16描绘了根据一个实施例的示例性操作，但其他实施例可以省略、添加、重新排序和/或修改图16所示的任何操作。图16所示的每个操作可以以本文描述的任何方式执行。

在操作1602，图像处理系统可以获得对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带的第一图像信息。

在操作1604，图像处理系统可以获得对应于不同于第一波长带并与由物质发射的荧光相关联的第二波长带的第二图像信息。

在一些示例中，成像处理系统可以可选地获得对应于不同于第一波长带和第二波长带并与由物质发射的荧光相关联的第三波长带的第三图像信息，并且基于第一图像信息、第二图像信息和第三图像信息来执行结合图16描述的其他操作。然而，出于说明的目的，就第一图像信息和第二图像信息而言描述以下操作。

操作1602和1604可以以本文描述的任何方式执行。例如，图像处理系统可以通过从被配置成捕获荧光的一个或多个图像的一个或多个成像装置接收第一图像信息和第二图像信息来获得第一图像信息和第二图像信息。另外或可替代地，图像处理系统可以通过基于由一个或多个成像装置传输到图像处理系统的成像数据生成第一图像信息和第二图像信息来获得第一图像信息和第二图像信息。

在操作1606，图像处理系统可以可选地将第一图像信息与第二图像信息进行比较。该比较可以以本文描述的任何方式执行。

在操作1608，图像处理系统可以基于第一图像信息与第二图像信息的比较来确定物质的性质。这可以以本文描述的任何方式执行。

例如，图像处理系统可以确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的比率，并基于该比率来确定物质的性质。另外或可替代地，图像处理系统可以访问指定不同比率与物质的性质之间的关系的关系数据，并基于该比率和关系数据来确定物质的性质。

另外或可替代地，图像处理系统可以确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的斜率，并基于该斜率来确定物质的性质。

另外或可替代地，图像处理系统可以基于第一图像信息与第二图像信息的比较来确定与荧光的峰值强度水平相关联的波长。在这些示例中，图像处理系统可以基于与荧光的峰值强度水平相关联的波长来确定物质的性质。

在操作1610，图像处理系统可以可选地呈现指示物质的性质的内容(例如，物质的浓度、物质的总量、物质的身份、与物质的荧光的峰值强度水平相关联的波长等)。例如，图像处理系统可以指导显示装置显示指示物质的性质的图形以及描绘荧光的图像。

成像装置102和/或图像处理系统104可以通过用于对身体执行医疗程序(例如，荧光引导的医疗程序)的计算机辅助医疗系统实施、包括在该计算机辅助医疗系统中和/或以其他方式与该计算机辅助医疗系统相关联。图17示出了可以用于执行包括手术和/或非手术程序在内的各种类型的医疗程序的示例性计算机辅助医疗系统1700。

如所示，计算机辅助医疗系统1700可以包括操纵器组件1702(操纵器推车在图17中示出)、用户控制设备1704和辅助设备1706，所有这些都以通信方式彼此耦合。医疗团队可以使用计算机辅助医疗系统1700来对患者1708的身体或对如可用于特定实施方式的任何其他身体执行计算机辅助医疗程序或其他类似操作。如所示，医疗团队可以包括第一用户1710-1(诸如外科手术的外科医生)、第二用户1710-2(诸如患者侧助理)、第三用户1710-3(诸如另一助理、护士、受训者等)和第四用户1710-4(诸如手术程序的麻醉师)，所有这些用户可以统称为“用户1710”，并且每个用户可以控制计算机辅助医疗系统1700、与计算机辅助医疗系统1700交互或以其他方式成为计算机辅助医疗系统1700的用户。在医疗程序期间，可以出现更多、更少或替代用户，如可用于特定实施方式。例如，不同医疗程序或非医疗程序的团队组成可能不同并包括不同角色的用户。

虽然图17示出了正在进行的微创医疗程序，诸如微创外科手术，但应当理解，计算机辅助医疗系统1700可以类似地用于执行开放式医疗程序或其他类型的操作。例如，还可以执行诸如探索性成像操作、用于训练目的的模拟医疗程序和/或其他操作的操作。

如图17所示，操纵器组件1702可以包括一个或多个操纵器臂1712(例如，操纵臂1712-1至1712-4)，一个或多个器械可以耦接到该一个或多个操纵器臂1712。器械可以用于针对患者1708的计算机辅助医疗程序(例如，在外科示例中，通过至少部分地插入到患者1708体内并在患者1708内进行操纵)。虽然操纵器组件1702在本文中被描绘和描述为包括四个操纵器臂1712，但应当认识到，操纵器组件1702可以包括单个操纵器臂1712或如可用于特定实施方式的任何其他数量的操纵器臂。虽然图17的示例将操纵器臂1712示为机器人操纵器臂，但应当理解，在一些示例中，一个或多个器械可以部分或完全手动控制，诸如通过由人员手持和手动控制。例如，这些部分或完全手动控制的器械可以与耦接到图17所示的操纵器臂1712的计算机辅助仪器结合使用，或作为计算机辅助仪器的替代方案。

在医疗操作期间，用户控制设备1704可以被配置成便于用户1710-1对操纵器臂1712和附接到操纵器臂1712的器械的远程操作控制。为此，用户控制设备1704可以向用户1710-1提供由成像装置捕获的与患者1708相关联的操作区域的图像。为了便于控制器械，用户控制设备1704可以包括一组主控制件。这些主控制件可以由用户1710-1操纵以控制操纵器臂1712或耦接到操纵器臂1712的任何器械的移动。

辅助设备1706可以包括一个或多个计算装置，该一个或多个计算装置被配置成执行辅助功能以支持医疗程序，诸如为计算机辅助医疗系统1700的成像装置、图像处理或协调部件提供吹气、电烙能量、照明或其他能量。在一些示例中，辅助设备1706可以配置有显示监视器1714，该显示监视器1714被配置成显示一个或多个用户界面或支持医疗程序的图形或文本信息。在一些情况下，显示监视器1714可以通过触摸屏显示器实施，并提供用户输入功能。由基于区域的增强系统提供的增强内容可以类似于或不同于与操作区域(未示出)中的显示监视器1714或一个或多个显示装置相关联的内容。

操纵器组件1702、用户控制设备1704和辅助设备1706可以以任何合适的方式以通信方式彼此耦合。例如，如图17所示，操纵器组件1702、用户控制设备1704和辅助设备1706可以通过控制线1716的方式被通信地耦合，该控制线1716可以表示如可用于特定实施方式的任何有线或无线通信链路。为此，操纵器组件1702、用户控制设备1704和辅助设备1706可以各自包括一个或多个有线或无线通信接口，诸如一个或多个局域网接口、Wi-Fi网络接口、蜂窝接口等。

在某些实施例中，本文描述的一个或多个过程可以至少部分地实施为体现在非暂时性计算机可读介质中并可由一个或多个计算装置执行的指令。一般来说，处理器(例如，微处理器)从非暂时性计算机可读介质(例如，存储器等)接收指令，并执行这些指令，从而执行一个或多个过程，包括本文描述的一个或多个过程。这样的指令可以使用各种已知的计算机可读介质中的任何一种来存储和/或传输。

计算机可读介质(也称为处理器可读介质)包括参与提供可以由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非暂时性介质。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质可以包括，例如，光盘或磁盘以及其他永久性存储器。易失性介质可以包括，例如，通常构成主存储器的动态随机存取存储器(“DRAM”)。计算机可读介质的常见形式包括，例如，磁盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、光盘只读存储器(“CD-ROM”)、数字视频光盘(“DVD”)、任何其他光学介质、随机存取存储器(“RAM”)、可编程只读存储器(“PROM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EPROM”)、闪存-EEPROM、任何其他存储器芯片或卡盒、或者计算机可以从中读取的任何其他有形介质。

图18示出了可以被具体配置成执行本文描述的一个或多个过程的示例性计算装置1800。本文描述的任何系统、计算装置和/或其他部件可以通过计算装置1800实施。

如图18所示，计算装置1800可以包括通信接口1802、处理器1804、存储装置1806和输入/输出(“I/O”)模块1808，这些部件经由通信基础设施1810彼此通信地连接。虽然图18中示出了示例性计算装置1800，但图18所示的部件并非旨在是限制性的。在其他实施例中可以使用附加或替代的部件。现在将进一步详细描述图18所示的计算装置1800的部件。

通信接口1802可以被配置成与一个或多个计算装置通信。通信接口1802的示例包括但不限于有线网络接口(诸如网络接口卡)、无线网络接口(诸如无线网络接口卡)、调制解调器、音频/视频连接件以及任何其他合适的接口。

处理器1804通常表示能够处理数据和/或解释、执行和/或指导本文描述的指令、过程和/或操作中的一个或多个的执行的任何类型或形式的处理单元。处理器1804可以通过执行存储在存储装置1806中的计算机可执行指令1812(例如，应用程序、软件、代码和/或其他可执行数据实例)来执行操作。

存储装置1806可以包括一个或多个数据存储介质、装置或配置，并且可以采用任何类型、形式和组合的数据存储介质和/或装置。例如，存储装置1806可以包括但不限于本文描述的非易失性介质和/或易失性介质的任何组合。包括本文描述的数据在内的电子数据可以暂时和/或永久地存储在存储装置1806中。例如，代表被配置成指导处理器1804执行本文描述的任何操作的计算机可执行指令1812的数据可以存储在存储装置1806内。在一些示例中，数据可以被布置在驻留在存储装置1806内的一个或多个数据库中。

I/O模块1808可以包括被配置成接收用户输入并提供用户输出的一个或多个I/O模块。I/O模块1808可以包括支持输入能力和输出能力的任何硬件、固件、软件或其组合。例如，I/O模块1808可以包括用于捕获用户输入的硬件和/或软件，包括但不限于键盘或小键盘、触摸屏部件(例如，触摸屏显示器)、接收器(例如，RF接收器或红外接收器)、运动传感器和/或一个或多个输入按钮。

I/O模块1808可以包括用于向用户呈现输出的一个或多个装置，包括但不限于图形引擎、显示器(例如，显示屏)、一个或多个输出驱动器(例如，显示器驱动器)、一个或多个音频扬声器以及一个或多个音频驱动器。在某些实施例中，I/O模块1808被配置成向显示器提供图形数据以向用户呈现。图形数据可以代表一个或多个图形用户界面和/或可用于特定实施方式的任何其他图形内容。

本公开的优点和特征可以通过以下陈述进一步描述。

1.一种非暂时性计算机可读介质，其存储指令，当执行时，该指令使计算装置的处理器：从成像装置接收对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带的第一图像信息；从成像装置接收对应于不同于第一波长带并与由物质发射的荧光相关联的第二波长带的第二图像信息；并且基于第一图像信息和第二图像信息来确定物质的性质。

2.根据前述陈述所述的非暂时性计算机可读介质，其中确定物质的特性包含：确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的比率；以及基于该比率来确定物质的性质。

3.根据前述陈述中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中：当被执行时，该指令使计算装置的处理器访问指定不同比率与物质的性质之间的关系的关系数据；并且确定物质的性质包含基于比率和关系数据来确定物质的性质。

4.根据前述陈述中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中确定物质的性质包含：确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的斜率；以及基于斜率来确定物质的性质。

5.根据前述陈述中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中物质的性质包含物质的量。

6.根据前述陈述中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述量包含物质的浓度或物质的总量中的一种或多种。

7.根据前述陈述中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中物质的性质包含物质的身份。

8.根据前述陈述中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中物质的性质包含与荧光的峰值强度水平相关联的波长。

9.根据前述陈述中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中当被执行时，该指令使计算装置的处理器呈现指示物质的性质的内容。

10.根据前述陈述中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中呈现内容包含指导显示装置显示指示物质的性质的图形以及描绘荧光的图像。

11.一种方法，其包含：通过图像处理系统并从成像装置接收多组图像信息，每组图像信息对应于与由物质发射的荧光相关联的多个波长带中包括的不同波长带；以及通过图像处理系统并基于多组图像信息的比较来确定物质的性质。

12.根据前述方法陈述中任一项所述的方法，其中接收多组图像信息包含：接收对应于与由物质发射的荧光相关联的第一波长带的第一图像信息；以及接收第二图像信息，第二图像信息对应于不同于第一波长带并与由物质发射的荧光相关联的第二波长带。

13.根据前述方法陈述中任一项所述的方法，其中确定物质的性质包含：确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的比率；以及基于所述比率来确定物质的性质。

14.根据前述方法陈述中任一项所述的方法，其还包含：通过图像处理系统访问指定不同比率与物质的性质之间的关系的关系数据；并且确定物质的性质包含基于所述比率和关系数据来确定物质的性质。

15.根据前述方法陈述中任一项所述的方法，其中确定物质的性质包含：确定第一图像信息的特性与第二图像信息的特性之间的斜率；以及基于斜率来确定物质的性质。

16.根据前述方法陈述中任一项所述的方法，其中确定物质的性质包含：基于第一图像信息与第二图像信息的比较，确定与荧光的峰值强度水平相关联的波长；以及基于与荧光的峰值强度水平相关联的波长来确定物质的性质。

17.根据前述方法陈述中任一项所述的方法，其还包含通过图像处理系统呈现指示物质的性质的内容。

18.根据前述方法陈述中任一项所述的方法，其中呈现内容包含指导显示装置显示指示物质的性质的图形以及描绘荧光的图像。

在前面的描述中，已经参考附图描述了各种示例性实施例。然而，显而易见的是，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变，并且可以实施附加的实施例。例如，本文描述的一个实施例的某些特征可以与本文描述的另一个实施例的特征组合或代替另一个实施例的特征。因此，说明书和图式应被视为说明性的而非限制性的。