[发明专利]用于从扩散反射数据估计生物物理学模型的生物学参数向量的基于对照的反演

说明书

技术领域

本发明涉及从利用基于反射的光谱测量系统由暴露的皮肤区域表面离体获得的光谱测量结果来估计生物物理学模型生物学参数向量的系统和方法。

公开从获自基于反射的光谱测量系统的测量光谱来估计生物物理学模型生物学参数向量(生物学参数向量)的系统和方法。

图1显示人皮肤的基本结构。

图2显示一双人手，左手上有单个损害(在201)，右手皮肤上有两个损害(在202和203)。

图3显示获自IMEC的高光谱照相机，其是完全集成的CMOS兼容的高光谱传感器——由一组滤光片组成，该滤光片在商业上可获得的CMOSISCMV4000图像传感器的顶部以晶片水平被直接后处理。

图4显示用于从人手表面捕获反射测量结果用于根据此估计生物学参数向量的示例基于反射的光谱测量系统的一个实施方式。

图5显示K-M模型与蒙特卡罗模型对于来自具有n=1的屈光指数的半无限介质扩散反射数据的比较。

图6显示半经验K-M模型与蒙特卡罗的比较。

图7显示对由薄的(有限的)顶层和半无限底层组成的两层几何图形导出的半经验K-M模型。

图8显示半经验K-M与蒙特卡罗的图7两层结构的比较。

图9显示两层皮肤模型的基于对照的反演的系统框图的一个实施方式。

图10是显示估计生物物理学模型生物学参数向量的本方法的一个实施方式的流程图；

图11是图10流程图的继续，继续关于结点A或结点B的流程处理；

图12显示实现本方法多个方面的一个示例的图像处理系统的框图。

“生物学实体”指具有暴露皮肤区域的任何感兴趣对象，测量的光谱可从其获得并根据本文公开的教导来处理。虽然术语“人(human)”、“人(person)”或“患者”可遍及本公开的各点使用，但是应当理解本发明涉及的生物学实体可以是除人外的某事物。因此，“人”、“患者”或“人”的使用不被视为将所附权利要求的范围严格限制到人。

“皮肤”保护下面的组织、内脏和其它解剖结构抵抗撞击、磨损、紫外线辐射、化学暴露，仅举几个例子。图1显示人皮肤——显示其基本结构——的横断面。皮肤占总体重的大约16％。皮肤富含神经，神经提供给脑关于与外部世界物理接触的感觉数据。如图1所示，皮肤包括三层，即，表皮、真皮和皮下组织层。表皮无血，上皮细胞占优势，和依赖营养物和氧从真皮层内毛细血管的扩散。皮肤呈色中涉及的原始色素是胡萝卜素和黑色素。这两种色素均存在于表皮中。表皮层中的黑素细胞产生多种称作黑色素的色素阴暗部分，其保护下面的组织抵抗紫外线辐射。真皮层位于表皮和皮下组织层之间并由具有血管网络、淋巴结构、神经纤维和附属器官如毛囊和汗腺的多层组成。皮下组织层中脂肪组织占优势。皮下组织层充当皮肤结构和身体其余部分之间的界限。

“皮肤癌”指呈癌性的皮肤上的生长或损害。虽然一些癌症出现在更深的结构中，大多数皮肤癌发生在外(表皮)层。存在三种常见的皮肤癌，即，基底细胞癌、鳞状细胞癌和黑素瘤。通常，皮肤上随着时间增加的任何生长(肿瘤)或异常脱色(损害)都怀疑是皮肤癌。本文中的实施方式特别涉及促进皮肤癌的检测和诊断。

“目标区域(感兴趣的区域)”是暴露的皮肤区域。图2显示一双用作说明的的手，左手具有单个标记201，右手具有两个标记202和203。在那些实行中——其中本文中的教导用于皮肤癌诊断，标记自身是感兴趣的。目标区域可以是感兴趣的标记周围的区域。一个这样的区域显示在标记203周围的204。皮肤上的损害可被分段以确定将损害与周围正常的皮肤分开的边界，因此将本文中的计算复杂性只限制在取自利用光谱反射传感装置在不同的波长捕获的连续图像的区域内的那些像素。

“光谱反射传感装置”是具有光谱图像捕获能力的成像系统。这样的成像系统产生针对图像中每个像素获得的光谱测量结果。光谱反射传感装置可以是分光计、分光光度计、多光谱照相机和高光谱照相机，其在本领域已知。在另一个实施方式中，光谱反射传感装置是能够捕获颜色和光谱数据的混合成像系统。分光光度计是可测量作为光源波长函数的强度的光度计。分光光度计的重要特征是光谱带宽和吸收或反射测量结果的线性范围。分光光度计只提供点测量结果。分光计是根据光学信号的波长分离光学信号的光学仪器。这些专门的仪器配有不同的光谱响应和获自多种商业流的卖主。分光计可定制有探针和不同光源(例如，钨卤素光)以测量来自表面的反射光。