用於基於螢光的成像和監測的裝置和方法

2023-05-09 03:03:31

專利名稱：用於基於螢光的成像和監測的裝置和方法
技術領域：
本發明披露了一種用於基於螢光的成像和監測的裝置和方法。尤其是，所述裝置 和方法可以適於監測如傷口護理中的生物化學和/或生物和非生物物質，用於人類和動物應用。
背景技術：
傷口護理是一項主要的臨床挑戰。癒合和慢性未癒合傷口與許多生物組織改變相 關，包括炎症、增生、結締組織的重塑和一個常見問題，細菌感染。傷口感染的部分是臨床上 不明顯的，並且加劇與傷口護理相關的增長的經濟負擔，尤其在老年人群中。目前，金標準 傷口評估包括在白光下傷口部位的直接肉眼檢查，結合不加區別的細菌拭子和組織活組織 檢查的收集，導致延遲的、昂貴的和經常是不敏感的細菌學結果。這會影響處理的定時和有 效性。定性和主觀視覺評估僅提供了傷口部位的總體觀察，但並不提供關於存在於組織和 細胞水平上的潛在的生物和分子改變的信息。在臨床傷口管理中，探尋「生物和分子」信息 以改善這樣的隱性改變的早期鑑定的相對簡單和補充的方法是期望的。高風險傷口的早期 識別可以指導治療介入並提供隨時間的反應監測，由此極大地減少特別是由於慢性傷口造 成的發病率和死亡率。傷口護理和管理是主要的臨床挑戰，其代表對於全球健康護理的重要的負擔和挑 戰[Bowler et al. ,Clin Microbiol Rev. 2001,14 :244-269 ；Cutting et al. ,Journal of Wound Care. 1994,3 :198-201 ；Dow et al.，Ostomy/Wound Management. 1999,45 :23-40]。 傷口通常被分為沒有組織損失的傷口(例如，在手術中)，和具有組織損失的傷口，如燒傷 傷口，作為外傷、擦傷或作為慢性疾病中的二次事件(如，靜脈淤滯、糖尿病潰瘍或褥瘡(壓 力性潰瘍，pressure sores)和醫源性傷口，如皮膚移植供體部位和皮膚磨削術、藏毛竇、未 癒合手術傷口和慢性腔洞傷口)造成的傷口。傷口也通過所涉及的層被分類，表面傷口僅 涉及表皮，部分厚度的傷口僅涉及表皮和真皮，而全厚傷口涉及皮下脂肪或更深組織。雖然 損傷後組織連續性的恢復是一種自然現象，但是感染、癒合質量、癒合速度、液體損失和其 他增加癒合時間的併發症代表主要的臨床挑戰。多數傷口癒合而沒有任何併發症。然而， 涉及日益增加的更多的組織損失的慢性未癒合傷口導致對於傷口護理實施者和研究者的 較大的挑戰。不像其中存在相對較少的組織損失，並且傷口通常癒合而沒有顯著的併發症 的手術切口，慢性傷口擾亂癒合的正常過程，其通常本身不足以實現修復。延遲的癒合通常 是折衷的傷口生理學的結果[Winter (1962) Nature. 193 =293-294]並通常在免疫抑制的和 行動不便的老年個體中，與靜脈淤滯和糖尿病潰瘍，或長期的局部壓力一起發生。這些慢性 情況(病症)增加了護理的成本並降低了患者的生活質量。隨著這些群體在數量上增長， 對於先進的傷口護理產品的需求將增加。急性和慢性傷口的常規的臨床評估方法持續是未達最佳的。它們通常基於完全 的患者史，利用環境白光和「肉眼」的簡單視覺評定的定性和主觀臨床評估，並且有時可 以涉及在白光照明下利用彩色攝影以捕獲傷口的一般表觀[Perednia(1991)J Am AcadDermatol. 25 :89-108]。朝向癒合的進展的規則重新評估和介入的適當修改也是必要的。 傷口評估術語是不統一的，圍繞傷口評估的許多問題仍是未解答的，對於臨床實踐中要測 量的關鍵傷口參數仍未達成一致，並且可獲得的傷口評估技術的準確性和可靠性變化。視 覺評估通常與用於診斷的細菌學培養的拭取(swabbing)和/或組織活組織檢查組合。細 菌拭子在傷口檢查時被收集並具有提供特定的細菌/微生物種類(物種)的鑑定的著名優 點[Bowler,2001 ；Cutting,1994 ；Dow,1999 ；Dow G. In Krasner et al.eds. Chronic Wound Care :A Clinical Source Book for Healthcare Professionals,3rd ed. Wayne Pa. :HMP Communications. 2001 :343-356]。然而，通常，多個拭子和/或活組織檢查物(biopsies) 從傷口部位被隨機收集，並且一些拭取技術實際上可以在收集過程中在傷口周圍散布微生 物，由此影響患者癒合時間和發病率[Dow，1999]。這可能尤其是與較大的慢性(未癒合) 傷口有關的問題，其中儘管許多拭子被收集，但是利用目前的拭取和活組織檢查方案的用 於細菌存在的檢測產率不是最佳的(診斷學上不敏感的)。因此，用於從傷口部位獲得拭 子或組織活組織檢查物用於隨後的細菌學培養的目前的方法是基於非靶向的或「盲性」拭 取或鑽孔活組織檢查方法，並且未被最優化以最小化對傷口的創傷或最大化細菌學測試的 診斷產率。此外，獲得用於細菌學的拭子和活組織檢查樣品可能是費力的、侵入性的、痛苦 的、昂貴的，並且更重要地，細菌學培養結果通常需要約2-3天以從實驗室返回並且可能是 沒有結果的[Serena et al. (2008) Int J Low Extrem Wounds. 7(1) :32-5. ；Gardner et al.，(2007) WOUNDS. 19(2) :31-38]，由此延遲準確的診斷和處理[Dow, 1999] 因此，細菌拭 子不提供傷口的感染狀態的實時檢測。雖然傷口拭取似乎是直接了當的，但如果不正確地 進行，它可以導致不適當的處理，患者發病率和增加的住院[Bowler，2001 ；Cutting, 1994 ； Dow, 1999 ；Dow，2001]。在生物學水平客觀和迅速地評價創傷修復(其可能比基於簡單的外 觀或形態更詳細)，並輔助用於細菌學的拭子和組織活組織檢查樣品的收集的靶向的非侵 入性成像方法的缺乏是臨床傷口評估和處理中的主要障礙。可替換的方法是高度期望的。隨著傷口(慢性和急性)癒合，在傷口部位處在組織和細胞水平上發生許多關鍵 生物改變[Cutting，1994]。傷口癒合涉及生物過程的複雜和動態的相互作用，所述過程被 分成四個交疊的階段-止血、炎症(發炎)、細胞增生、和結締組織的成熟或重塑-其影響 傷Π癒合的病理生理學[Physiological basis of wound healing, in Developments in wound care, PJB Publications Ltd.，5-17，1994]。在傷口癒合過程期間發生的常見主要 併發症(其可以在幾天到幾個月的範圍內)是由細菌和其他微生物造成的感染[Cutting， 1994 ；Dow，1999]。這可以導致對於癒合過程的嚴重的障礙並導致重大的併發症。所有的傷 口包含在從汙染，通過菌落形成(colonization)，關鍵的菌落形成到感染的水平的細菌，並 且細菌感染的診斷是基於臨床症狀和跡象(如，視覺和嗅覺提示)。最常使用的用於傷口感染的術語包括傷口汙染、傷口菌落形成、傷口感染和最近 的臨界菌落形成。傷口汙染是指傷口內細菌的存在而沒有任何宿主反應[Ayton M. Nurs Times 1985,81(46) :suppl 16-19]，傷口菌落形成是指傷口內細菌的存在，其增加或引發 宿主反應[Ayton，1985]，臨界菌落形成是指造成傷口癒合的延遲的細菌的增殖，通常與先 前未報到的疼痛的惡化相關，但是仍然沒有明顯的宿主反應[Falanga et al. , J Invest Dermatol 1994,102(1) :125-27 ；Kingsley A, Nurs Stand 2001,15(30) :50-54,56,58] 傷口感染是指組織中細菌的沉積和增殖，伴隨相關的宿主反應[Ayton，1985]。實踐中，術語「臨界菌落形成」可以用於描述被認為從菌落形成移動到局部感染的傷口。然而，臨 床環境內的挑戰是確保該情況被有把握地快速識別，並且細菌生物負擔被儘早減少，也許 通過局部抗菌劑的使用。取決於它們的結構和代謝能力，潛在的傷口病原體可以被分為 不同的組，如細菌、真菌、孢子、原生動物和病毒[Cooper et al.，Wound Infection and Microbiology. :Medical Communications(UK)Ltd for Johnson & Johnson Medical, 2003]。雖然病毒通常並不造成傷口感染，但細菌可以影響在一些病毒疾病的期間形成的皮 膚損傷。這樣的感染可以發生在許多環境中，包括健康護理環境(醫院，診所)和家庭或慢 性護理設施中。傷口感染的控制被日益複雜化，然而處理不總是由微生物診斷指導。微生 物的多樣性和多數慢性和急性傷口中多微生物菌群的高發生率確信了鑑定來自傷口培養 物的一個或多個細菌病原體的價值。傷口感染的病因的早期識別可以幫助傷口護理實施者 採取適當的措施。此外，錯誤的膠原蛋白形成起因於增加的細菌負擔並導致通常導致傷口 損害的過度血管化的脆的鬆散的肉芽組織[Sapico et al. (1986)Diagn Microbiol Infect Dis. 5 :31-38]。準確和臨床相關的傷口評估是重要的臨床工具，但是該過程目前仍然是重要的挑 戰。臨床實踐中目前的視覺評估僅提供了傷口部位的總體觀察(例如，膿物質和結痂(痂皮 形成，crusting)的存在)。目前最佳的臨床實踐不能充分地使用關於發生於組織和細胞水 平的潛在的關鍵生物學改變的關鍵的重要的客觀信息(如，汙染、菌落形成、感染、基質重 塑、炎症、細菌/微生物感染、和壞死)，原因是這樣的指徵i)在傷口檢查時不容易獲得，以 及ii)它們目前沒有整合到常規傷口管理過程中。利用白光的傷口健康狀態的直接視覺評 估依賴於傷口中和傷口周圍的顏色和局部解剖/結構變化的檢測，因此在檢測組織重塑中 的細微變化時可能是無能力和不可靠的。更重要地，傷口的直接視覺評估通常不能檢測細 菌感染的存在，因為細菌在白光照明下是隱蔽的。使用用於鑑定有機體和它們的抗生素易 感性的微生物學測試來臨床上診斷感染。雖然，細菌感染的身體指徵在大多數傷口中利用 白光可以容易地觀察到(如，膿性滲出物、結痂、腫脹、紅斑)，但是這通常是顯著延遲的，並 且患者已經處於發病率(和其他與感染相關的併發症)和死亡率的增加的風險中。因此， 標準白光直接視覺檢查不能檢測傷口內細菌本身的早期存在或鑑定細菌的類型。幹細胞的植入和移植目前變得感興趣，如用於傷口護理和處理。然而，目前有挑戰 性的是在植入或移植後追蹤幹細胞的增殖。追蹤和鑑定癌細胞也已經是挑戰性的。如果這 樣的細胞能夠以最小侵入或非侵入的方式被監測，則將會是期望的。還有用的是提供一種用於檢測其它靶表面(包括非生物學靶)的汙染的方式。

發明內容
披露了一種用於基於螢光的監測的裝置和方法，在一些方面中，所述裝置包括用 於生物化學和/或有機物質，例如傷口的實時、非侵入性成像的光學(例如，螢光和/或反 射)裝置。該裝置可以是緊湊的、便攜的、和/或手持的，並且可以提供高解析度和/或高 對比度圖像。這樣的裝置可以容易地整合到目前的傷口護理實踐中。該成像裝置可以迅速 和方便地為臨床醫生/健康護理工作者提供傷口的有價值的生物學信息包括結締組織改 變的成像，細菌汙染/感染的早期檢測。該裝置還可以方便傷口邊緣勾畫、細菌拭子/活組 織檢查樣品的圖像指導的收集、外源性分子生物標記物-靶向的和活化的光學(如，吸收、散射、螢光、反射)對比劑的成像，並且可以允許傷口管理中對於適應性介入的治療反應的 縱向監測。通過開發具有專用的圖像分析和診斷算法的無線能力，所述裝置可以被無縫地 整合到遠程醫療(如E-健康)基礎結構中，用於遠程訪問傷口護理方面的專家。除了其它 應用外，這樣的裝置還可以具有傷口護理之外的應用，包括癌症的早期檢測，新興的光動力 學療法的監測，幹細胞的檢測和監測，以及作為皮膚病和整容術診所(臨床)中的儀器。在一些方面中，提供了一種用於靶的基於螢光的成像和監測的裝置，包括發射用 於照亮靶的光的光源；包括至少一個波長或波長帶的發射的光，其使與靶相關的至少一個 生物標記物發螢光；以及用於檢測螢光的光檢測器。在一些方面中，提供了一種用於靶的基於螢光的成像和監測的試劑盒，包括如上 所述的裝置；以及具有可由所述裝置檢測的螢光波長或波長帶的用於標記靶處的生物標記 物的螢光對比劑。在一些方面中，提供了一種用於基於螢光的成像和監測靶的方法，包括用光源照 亮所述靶，所述光源發射使至少一個生物標記物發螢光的至少一個波長或波長帶的光；以 及用圖像檢測器檢測至少一個生物標記物的螢光。


圖1為用於基於螢光的監測的裝置的示意圖；圖Ib示出了利用用於基於螢光的監測的裝置的臨床傷口護理設施的實例；圖2示出了用於基於螢光的監測的裝置的手持的實施方式的圖像；圖3示出了利用用於基於螢光的監測的裝置捕獲的活細菌培養物的圖像；圖3J示出了利用用於基於螢光的監測的裝置監測的細菌的實例；圖4示出了模擬的動物傷口模型的圖像，其示出了利用用於基於螢光的監測的裝 置的細菌的非侵入性自發螢光檢測；圖5示出了豬肉樣品的皮膚表面的圖像，其示出了利用用於基於螢光的監測的裝 置的膠原蛋白和多種細菌種類的非侵入性自發螢光檢測；圖6示出了豬肉樣品的肌肉表面的圖像，其示出了用於基於螢光的監測的裝置在 結締組織和細菌的自發螢光檢測中的應用；圖7示出了顯示利用用於基於螢光的監測的裝置來檢測來自生長在瓊脂板中的 細菌和豬肉上的模擬傷口的表面上的細菌的螢光的圖像和光譜圖；圖8示出了細菌培養物的圖像，其示出了用於基於螢光的監測的裝置，有和沒有 對比劑；圖9示出了顯示裝置用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於豬肉樣品 的皮膚表面上的結締組織和多種細菌種類的自發螢光檢測；圖10示出了顯示裝置用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於豬肉樣 品中細菌感染的螢光對比-增強的檢測；圖IOG示出了裝置用於基於螢光的監測的應用的實施例，所述裝置用於監測光動 力處理的有效性；圖11示出了顯示裝置用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於血液和 微脈管系統的成像；
圖12示出了裝置顯示用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於口腔和 皮膚表面的成像；圖12J示出了裝置用於基於螢光的監測的應用的實施例，所述裝置用於使皮膚表 面成像；圖13示出了顯示裝置用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於檢測體 內外源性螢光對比劑；圖14示出了顯示裝置用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於利用成 像對比劑的螢光-圖像指導的手術；圖15示出了顯示裝置用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於螢光-圖 像指導的手術的錄像記錄；圖16示出了顯示裝置用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於在小鼠 心臟梗塞模型中組織的自發螢光-圖像指導的手術切除；圖17示出了顯示裝置用於基於螢光的監測的應用的圖像，所述裝置用於小鼠腦 的自發螢光-圖像指導的手術；圖18示出了顯示用於基於螢光的監測的裝置用於在小鼠中使癌症幹細胞成像的 圖像；圖19示出了顯示用於基於螢光的監測的裝置用於使肝臟和肺中的癌症幹細胞成 像中的圖像；圖19H和圖191示出了用於基於螢光的監測的裝置在使腫瘤成像的應用中的實施 例；圖20示出了顯示用於基於螢光的監測的裝置在使小鼠模型成像中的應用的圖 像；圖20B示出了用於基於螢光的監測的裝置的應用的實施例，所述裝置用於使小動 物模型成像；圖21示出了隨時間的傷口癒合的階段；圖22是示出了已知與傷口癒合相關的組織、細胞和分子生物標記物的實例的表；圖23是比較健康傷口與慢性傷口的圖；圖M示出了慢性傷口的監測的實施例；圖24B-24P示出了用於基於螢光的監測的裝置在使臨床患者體內的傷口和情況 (病症)成像中的應用的實施例；圖24Q示出了用於基於螢光的監測的裝置在使對光動力學治療的細菌反應成像 中的應用的實施例；圖24R示出了用於基於螢光的監測的裝置的應用的實施例，所述裝置用於使組織 成像；圖25是示出利用用於基於螢光的監測的裝置管理慢性傷口的流程圖；圖沈和圖27示出了用於基於螢光的監測的裝置的應用的實施例，所述裝置用於 檢測食品中的汙染；圖觀_28(示出了用於基於螢光的監測的裝置的應用的實施例，所述裝置用於檢 測表面汙染；
圖四-31示出了用於基於螢光的監測的裝置的應用的實施例，所述裝置用於法醫 應用；圖32示出了用於基於螢光的監測的裝置的應用的實施例，所述裝置用於分類動 物；圖33示出了包括用於基於螢光的監測的裝置的試劑盒的實施例；以及圖34示出了用於基於螢光的監測的裝置的應用的實施例，所述裝置用於使美容 或皮膚病學物質成像。
具體實施例方式傷口進展目前被手動監測。NationalPressure Ulcer Advisory Panel (NPUAP) 開發了 I^ressure Ulcer Scale for Healing (PUSH)工具，其概述了表徵褥瘡(壓力性潰瘍， pressure ulcers)的五步方法。該工具利用三個參數來確定定量分數，然後所述定量分數 被用於監測隨時間的褥瘡。定性參數包括傷口尺寸、組織類型、和滲出物或排出物的量，並 且在敷料後存在的熱讀數被去除。傷口可以通過其氣味和顏色進一步被表徵。傷口這樣的 評估目前並不包括關於傷口的關鍵的生物和分子信息。因此，傷口的所有描述是有點主觀 的，並由主治醫師或護士通過手工記錄。期望的是穩固的、成本有效的非侵入性和快速的基於成像的方法或裝置，用於客 觀地評估傷口在生物學、生物化學和細胞水平上的改變，並用於快速地、靈敏地和非侵入地 檢測傷口內細菌/微生物的最早的存在。這樣的用於檢測傷口中關鍵的生物組織改變的 方法或裝置可以連同常規臨床傷口管理方法用作輔助角色，以便指導患者護理中關鍵的臨 床-病理決定。這樣的裝置可以是緊湊的、便攜的且能夠以安全和方便的方式實時的非侵 入的和/或非接觸的探尋傷口，其可以允許它無縫地介入(適於)例行的傷口管理實踐，並 對於臨床醫生、護士和傷口專家是用戶友好的。這還可以包括該裝置在家庭-護理環境(包 括由患者自己-使用)，以及在軍事戰場環境中的使用。此外，這樣的基於成像的裝置可以 通過將有價值的「生物學-告知的」圖像-指導併入臨床傷口評估過程而提供實時監測傷口 處理反應和癒合的能力。這可能會最終導致潛在的新的診斷、處理計劃、處理反應監測和由 此的「適應性」介入策略，其可以允許在個體患者水平上傷口 -癒合反應的增強。個體患者 中在傷口癒合問題下全身的、局部的、和分子因素的精確的鑑定可以允許更好的適合(設 計)的處理。許多成像技術已經變得可用，其提供滿足用於疾病的改進的臨床診斷和處理的需 求的潛力。其中，螢光成像似乎對於改進臨床傷口評估和管理是有希望的。當被短波長光 (如，紫外或短可見波長)激發時，組織(如，結締組織如膠原蛋白和彈性蛋白、代謝輔酶、蛋 白質等)的大多數內源性生物成分產生在紫外、可見、近紅外和紅外波長範圍內的較長波 長的螢光[DaCosta et al. ,Photochem Photobiol. 20030ct, 78 (4) :384-92]。出現基於光 的成像技術的最臨床成熟的方式，組織自發螢光成像已經被用於以最小侵入的方式改善胃 腸道[Dacosta(2002) J Gastroenterol H印atol. Suppl :S85_104]、口腔[Poh et al. ,Head Neck. 2007Jan，29(1) :71-6]、和肺[Hanibuchi et al. , (2007) J Med Invest. 54 :261-6]和 膀胱[D' Hallewin et al. (2002)Eur Urol. 42 (5) :417-25]中的早期癌症和其它疾病的 內窺鏡檢測。
組織自發螢光成像提供了實時獲得正常和疾病組織的生物相關信息的獨特 方式，由此允許區分正常和患病的組織狀態[DaCosta，2003 ;DaCosta et al. J Clin Pathol. 2005,58(7) :766-74]。這是部分基於在塊狀(bulk)組織和細胞水平上存在的內在 不同的光-組織相互作用(如，光的吸收和散射)、組織形態學的改變和組織的血液含量的 變化。在組織中，血液是主要的光吸收組織成分(即，發色團)。這種類型的技術適於對中 空器官(如，GI道、口腔、肺、膀胱)或暴露的組織表面(如，皮膚)中的疾病成像。儘管該 指徵，但目前的內窺鏡螢光成像系統較大，涉及複雜的診斷算術並是昂貴的，並且至今，這 樣的儀器主要在較大的臨床中心被發現並且非常少的系統是商業上可獲得的。目前，對於 傷口成像，不存在這樣的光學或基於螢光的成像裝置。然而，由於傷口易於接近，因此自發 螢光成像裝置可用於傷口的快速、非侵入性和非接觸性實時成像，以檢測和探查傷口的豐 富的生物信息，從而克服目前的限制並改善臨床護理和管理。本發明披露了 一種用於基於螢光的成像和監測的方法和裝置。所述裝置的一個實 施方式是便攜的光學數字成像裝置。所述裝置可以利用白光、組織螢光和反射成像的組合， 並可以提供實時傷口成像、評估、記錄/記載、監測和/或護理管理。所述裝置可以為手持 的、緊湊的、和/或輕量的。該裝置和方法可以適於監測人類和動物中的傷口。用於所述裝置的其它應用可以包括·小和大(如，獸醫)動物的基於臨床和基於研究的成像。·檢測和監測肉類、家禽、乳品、魚類、農業工業中食物/動物產品製備中的汙染 (如，細菌汙染)。·公共(如健康護理)和私人設置中的「表面汙染」(如，細菌或生物汙染)的檢 測。·人類和/或獸醫患者中癌症的多光譜成像和檢測。 作為研究工具用於人類疾病(如，傷口和癌症)的實驗動物模型中的癌症的多光 譜成像和監測。·非生物表面上例如潛在指紋和生物液體的法醫檢測。· 口腔中牙菌斑、載體和癌的成像和監測。·臨床微生物學實驗室中的成像和監測裝置。·測試抗菌(如抗生素)、殺菌劑。所述裝置可以通常包括i) 一個或多個激發/照明光源和ii)檢測裝置(如，數字 成像檢測裝置)，其可以組合有一個或多個光發射濾波器、或光譜濾波機構，並且其可以具 有觀察/控制屏(如，觸敏屏)、圖像捕獲和縮放控制器。所述裝置還可以具有iii)有線 和/或無線數據傳送埠 /模塊，iv)電功率源和電源/控制開關，和/或ν)外殼，其可以 為緊湊的和/或輕量的，並且其可以具有用於檢測裝置和/或手柄球頭的連接的機構。激 發/照明光源可以為在約405nm(如，+/-5nm)處發光的LED陣列，並且可以連接有中心在約 405nm處的另外的帶通濾波器以從LED陣列輸出去除/最小化鄰近(side)光譜帶的光，使 得並不造成光洩露到具有其自身的光濾波器(濾光器)的成像檢測器。所述數字成像檢測 裝置可以為數位相機，例如具有至少IS0800的靈敏度(感光度)，但是更優選IS03200的靈 敏度，並且可以組合有一個或多個光發射濾波器，或其他同等有效的(如，小型化的)機械 化的光譜過濾機構(如，聲-光可調諧濾光器或液晶可調諧濾光器)。所述數字成像檢測裝置可以具有觸敏的觀察和/或控制屏、圖像捕獲和縮放控制器。外殼可以為外部硬塑料或 聚合物殼，封裝數字成像檢測裝置，具有按鈕以便所有必需的裝置控制器可以由使用者容 易地接近和操作。小型散熱器或小的機械風扇、或其他散熱裝置可以被埋置到裝置中，從而 當需要時使過量的熱從激發光源中被去除。完整的裝置，包括所有其埋置的附件和連接物， 可以利用標準AC/DC電源和/或通過可再充電電池組被供電。完整的裝置還可以被連接或 安裝至外部機械設備(如，三腳架、或可移動的具有旋轉臂的支架)，允許所述裝置在具有 所述裝置的自動(hands-free)操作的臨床室內的移動性。可替換地，所述裝置可以被設置 有移動框架使得它是便攜的。所述裝置可以利用用水溼潤的潮溼絲網(紗布)清潔，同時手 柄可以利用用酒精溼潤的潮溼絲網清潔。所述裝置可以包括允許使用者控制裝置的軟體， 包括成像參數的控制、圖像的可視化、圖形數據和使用者信息的存儲、圖像和/或相關數據 的傳送、和/或相關圖像分析(如，診斷運算)。所述裝置的實例的示意圖在圖1中示出。所示出的裝置定位成對靶物體10或靶 表面成像。在所示的實例中，所述裝置具有數字圖像獲取裝置1，如數位相機、錄像機、攝像 機、具有內置式數位相機的行動電話、具有數位相機的「智能」手機、個人數字助理(PDA)、 具有數位相機的膝上型電腦/PC、或網絡攝像機。數字圖像獲取裝置1具有透鏡2，其可以 被排列成對準(指向)靶物體10並可以檢測從物體10或表面發射的光學信號。所述裝置 具有光濾波器架3，其可以容納一個或多個光濾波器4。每個光濾波器4可以具有不同的離 散光譜帶寬並可以為帶通濾波器。這些光濾波器4可以被選擇並在數位相機透鏡前移動以 選擇性地檢測基於光的波長的特定光學信號。所述裝置可以包括光源5，其產生激發光以 照亮物體10以便引出待被成像的光學信號(如，螢光)，例如，藍光(如400-450nm)，或單 一或多個波長的任何其他組合(如，在紫外/可見/近紅外/紅外範圍內的波長)。光源5 可以包括LED陣列、雷射二極體和/或以多種幾何形狀排列的過濾的光。所述裝置可以包 括方法或設備6 (如，散熱器或冷卻風扇)以使熱消散和冷卻照明光源5。所述裝置可以包 括方法或設備7 (如，光學帶通濾波器)以從用於照亮被成像的物體10的光源5去除任何 不期望的波長的光。所述裝置可以包括方法或設備8，以使用光學方式(如，使用發射準直 光束的緊湊小型雷射二極體)來測量和測定成像裝置與物體10之間的距離。例如，所述裝 置可以利用兩個光源，如兩個雷射二極體，作為三角測量設備的部分以維持所述裝置與物 體10之間的恆定距離。其他光源可以是可能的。所述裝置還可以使用超聲、或物理測量， 如尺子，以測定用於維持的恆定距離。所述裝置還可以包括方法或設備9 (如，樞軸)，以允 許激發光源5、8的操作和定向，以便操縱這些源5、8，從而改變對於變化的距離的照在物體 10上的光的照明角度。靶物體10可以被標記11標記，以允許物體的多個圖像被採集並隨後被共登記用 於分析。標記11可以涉及，例如，使用不同顏色的外源性螢光染料，其在被光源5照亮時可 以產生多個不同的光學信號並在物體10的圖像內是可以被檢測的，由此可以允許通過共 登記它們之間的不同顏色與距離定向感興趣的同一區域的多個圖像(如，隨時間採集的)。 數字圖像獲取裝置1可以包括一個或多個界面12，用於頭部-安裝的顯示器；界面13，用 於外部印表機；界面14，用於平板計算機、膝上型計算機、臺式計算機或其它計算機裝置； 界面15，用於允許成像數據有線或無線傳送到遠處位點或另一裝置的裝置；界面16，用於 全球定位系統(GPS)裝置；界面17，用於允許額外存儲器的使用的裝置；以及界面18，用於麥克風。所述裝置可以包括電源19，如AC/DC電源，小型電池組、或可再充電電池組。可替 換地，所述裝置可以適於連接至外部電源。所述裝置可以具有外殼(housing) 20，其容納作 為一個整體的所有部件。所述外殼20可以裝配有將任何數字成像裝置固定在其內的裝置 (方式)。外殼20可以被設計成手持的、緊湊的、和/或便攜的。外殼20可以為一個或多 個罩(夕卜殼，enclosure)。仍參照圖1，b)示出了典型的傷口護理設施中所述裝置的實例，a)示出了典型的 臨床傷口護理設施，示出了檢查椅和輔助桌，b_c)所述裝置的實例在其硬殼容器中示出。所 述裝置可以被整合到例行傷口護理實踐，允許患者的實時成像，d)所述裝置的實例(箭頭) 被示出置於「傷口護理車」上，以顯示所述裝置的大小，e)所述裝置可以被用於在白光照明 下成像，而f)示出了被用於在暗淡的室內燈下採集傷口的螢光圖像的裝置。g)所述裝置可 以用於遠程醫學/遠程健康基礎結構中，例如患者的傷口的螢光圖像可以通過電子郵件經 由無線通信裝置被發送至傷口護理專家，如利用無線/WiFi網際網路連接的在另一醫院的智 能手機。利用該裝置，高解析度螢光圖像可以作為電子郵件附件被發送到來自遙遠的傷口 護理位置的傷口護理專家用於與在專門的臨床傷口護理和管理中心處的臨床專家、微生物 學家等進行立即的磋商。實施例下面描述用於基於螢光的監測的裝置的實施例。提供了所有的實施例僅用於說明 的目的，並且不旨在是限制性的。實施例中描述的參數如波長、尺寸、和孵育時間可以是近 似的，並且僅作為實施例被提供。在該實施例中，所述裝置利用兩個紫外/藍光(如，405nm+/-10nm發射、窄發射光 譜)LED 陣列(Opto Diode Corporation, Newbury Park，California)，每個作為激發或照明 光源位於成像檢測組件的任一側上。這些陣列具有每個約1瓦的輸出功率，從2. 5X2. 5em2 發射，具有70度的照明束角。所述LED陣列可以被用於從約IOcm的距離照亮組織表面，這 意味著皮膚表面上的總光學功率密度是約0. 08W/cm2。在這樣的低功率處，對於靶傷口或皮 膚表面，或眼睛，沒有來自激發光的已知的潛在損害。然而，在成像過程期間，將光直接對著 任何個體的眼睛可能是不可取的。還應當注意，根據由hternational Electrotechnical Commission(IEC)制定的國際標準，405nm光對健康並不造成風險，如在以下網址上進一步 詳述的http://www. iec. ch/online—news/etech/arch—2006/etech—0906/focus·htm—個或多個光源可以例如通過使用內置式樞軸被(如，手動地)鉸接以改變成像 的表面上的照明角度和光斑尺寸，並且例如通過電連接至壁裝電源插座(wall outlet)和 /或獨立的可攜式可再充電電池組被供電。激發/照明光可以通過光源來產生，所述光源 包括，但不限於，包括環狀或陣列形式的任何布置中的單獨的或多個發光二極體(LED)、波 長-過濾的燈泡、或雷射。也可以使用在紫外(UV)、可見(VIS)、遠紅、近紅外(NIR)和紅外 (IR)範圍內具有特定波長特徵的所選擇的單一和多個激發/照明光源，並且可以由LED陣 列、有機LED、雷射二極體、或以多個幾何形狀排列的過濾的光構成。激發/照明光源可以被 「調諧」以允許成像時從所述裝置發出的光強度被調節。光強度可以是可變的。LED陣列可以 被連接至單獨的冷卻風扇或散熱片以消散在它們的操作期間產生的熱。LED陣列可以發出狹窄的405nm的光，其可以利用商購的帶通濾波器(Chroma Technology Corp，Rockingham， VT,USA)被光譜過濾以減少發出的光潛在地「洩露」到檢測光學裝置中。當所述裝置被維持 在待成像的組織表面(如傷口)之上時，照明光源可以將窄帶寬或寬帶寬紫外/藍色波長 或其他波長或波長帶的光照射到組織/傷口表面上，由此在感興趣的區域內產生平坦和均 勻的區域。光還可以照亮或激發組織到某一淺深度之下。該激發/照明光與正常和患病的 組織相互作用並且可以造成在組織內產生的光學信號(如，吸收、螢光和/或反射)。通過相應地改變激發和發射波長，成像裝置可以在組織內(如傷口 )的表面處和 某一深度處探尋組織成分(如，傷口內的結締組織和細菌)。例如，通過從紫外/藍色(約 400-500nm)改變到綠色(約500-M0nm)波長的光，可以實現較深組織/細菌螢光源的激 發，例如在傷口中。類似地，通過檢測較長的波長，來自組織中的較深的組織和/或細菌源 的螢光發射可以在組織表面處被檢測。對於傷口評估，探尋表面和/或表面下螢光的能力 可以是有用的，例如，在細菌汙染、菌落形成、臨界菌落形成和/或感染的檢測和潛在鑑定 中，其可以發生在表面處和通常發生在傷口內的深處(如，在慢性未癒合傷口中)。在一個 實施例中，參照圖6，c)示出了傷口清理後皮膚表面下(即，深處)的細菌的檢測。所述裝 置用於檢測傷口內和周圍組織的表面處和深處的細菌的這種應用可以在傷口護理中心常 規使用的其他臨床跡象和症狀的背景中被評估。所述裝置的示例性實施方式在圖2中示出。所述裝置可以與作為圖像獲取裝置的 任何標準的緊湊數字成像裝置(如，電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS) 傳感器)一起使用。a)中示出的示例性裝置具有外部電源、用於照亮待成像的目標/表面的 兩個LED陣列、以及商購的數位相機，其牢固地固定至裝配有用於成像的方便手柄的輕質 金屬框架。多帶通濾波器被保持在所述數位相機前方以允許從被成像的目標/表面發射的 監測的光學信號的波長過濾。照相機的錄像/USB輸出電纜允許將成像數據轉移到用於存 儲和隨後的分析的計算機。該實施例使用商購的8. 1兆像素索尼數位相機(Sony Cybershot DSC-T200Digital Camera, Sony Corporation, North America)。該照相機可能是合適的， 因為i)其可以被容易地整合到封裝框(enclosure frame)中的修長的豎向設計，ii)其較 大的3. 5英寸寬屏觸摸板IXD，用於容易地控制，iii)其Carl Zeiss切光學變焦透鏡，以 及iv)其在低光中的應用(如ISO 3200)。所述裝置可以具有內置式閃光燈，其允許標準白 光成像(如，高清晰度靜止畫面或具有錄音輸出的錄像)。照相機接口(界面)埠可以 支持有線(如USB)或無線(如，藍牙、WiFi、和類似模式)數據傳送或第三方附加模塊到多 種外部裝置上，如頭固定式顯示器、外部印表機、平板計算機、膝上型計算機、個人臺式計 算機、無線裝置以允許成像數據傳送到遠處位置/其他裝置，全球定位系統(GPQ裝置，允 許使用額外存儲器的裝置、和麥克風。數位相機通過可再充電電池、或AC/DC電源供電。數 字成像裝置可以包括，但不限於數位照相機、網絡攝像機、數碼SLR照相機、攝像機/錄像 機、具有內嵌的數位相機的行動電話、Smartphones 、個人數字助理(PDA)、和膝上型計算機 /平板PC、或個人臺式計算機，其全部包含/或被連接至數字成像檢測器/傳感器。通過激發/照明光源產生的該光信號可以利用濾光片(如，可從Chroma Technology Corp, Rockingham, VT,USA獲得的那些)通過成像裝置來檢測，其拒絕激發光， 但是允許來自待檢測的組織的發射光的選擇的波長，由此在顯示器上形成圖像。在數碼相 機透鏡前存在連接至封裝框的濾光片支架，其可以容納具有不同的離散光譜帶寬的一個或更多個濾光片，如圖2的b)和c)中所示。b)示出了具有LED陣列的裝置，其打開以發射明 亮的紫外/藍光，具有在適當位置處的單一發射濾波器，c)示出了利用多濾光片支架的裝 置，用於選擇用於期望的波長-特異性成像的適當的濾波器，d)示出了被握在一隻手中同 時對腳的皮膚表面成像的裝置。這些帶通濾波器可以被選擇和排列在數位相機透鏡前以基於期望的光的波長選 擇性地檢測來自組織/傷口表面的特定光學信號。也可以實現檢測的光學信號的光譜過 濾(如，吸收、螢光、反射)，例如，利用液晶可調諧濾波器(LCTF)，或聲光可調諧濾波器 (AOTF)，其是固態電可調的光譜帶通濾波器。光譜過濾還可以涉及連續可變的濾波器，和/ 或手動帶通濾光片的使用。這些裝置可以被置於成像檢測器之前，以產生組織的多譜的、高 譜的、和/或波長選擇性成像。所述裝置可以通過利用以合理的方式連接至激發/照明光源和成像檢測裝置的 光學或可變定向的偏振濾波器(如，與光學波片的使用結合的線性或環形)而修改。以這 種方式，所述裝置可以被用於用偏振光照明和非偏振光檢測，或反之亦然，或者偏振光照明 和偏振光檢測，用白光反射和/或螢光成像來使組織表面成像。這可以允許具有最小的鏡 面反射(如，來自白光成像的眩光)的傷口的成像，以及能夠使傷口和周圍正常組織內的結 締組織(如，膠原蛋白和彈性蛋白)中的螢光偏振成像和/或各向異性-依賴性改變。這 可以產生關於與癒合期間傷口重塑相關的結締組織纖維的空間定向和組織的有用的信息 [Yasui et al.，(2004)Appl. Opt. 43 :2861-2867]。成像裝置的所有部件可以被整合到單一結構中，如具有手柄的人機工程學設計的 封閉結構，允許它被一隻或兩隻手舒適地握住。所述裝置還可以沒有任何手柄地被提供。 所述裝置可以為輕質的、便攜的，並且可以使得能夠利用白光、螢光和/或反射成像模式對 任何靶表面(例如，皮膚和/或口腔，其也是可接近的)的實時數字成像(如，靜止畫面和 /或錄像)。所述裝置可以經過身體表面被掃描用於通過從表面的不同距離處握住它而成 像，並且可以在明亮的環境/房間中使用以使白光反射/螢光成像。所述裝置可以用於昏 暗或黑暗環境/房間中以最佳化組織螢光信號，並使來自房間光線的背景信號最小化。所 述裝置可以用於傷口和周圍正常組織的直接(如，用肉眼)或間接(如，經由數字成像裝置 的觀察屏)可視化。所述裝置還可以被體現為不是手持或便攜的，例如被連接至安裝機構(如，三角 架或支架)用於用作用於物體、材料、和表面(如身體)的白光、螢光和反射成像的相對固 定的光學成像裝置。這可以允許所述裝置被用在桌或臺上或用於物體、材料和表面的「裝配 線」成像。在一些實施方式中，安裝機構可以是移動的。該裝置的其他特徵可以包括數字圖像和錄像記錄，可能用聲音記錄的能力，用於 記錄(文件編制)的方法(如，用圖像存儲和分析軟體)，以及有線或無線數據傳送用於遠 處的遠程醫療/E-健康需要。例如，圖2的e)和f)示出了所述裝置的實施方式，其中所述 圖像獲取裝置是移動通信裝置，如行動電話。該實施例中使用的行動電話是Samsung Mode 1 A-900，其裝備有1.3兆像素數位相機。電話被安裝到用於方便成像的支持框架中。e)示出 了所述裝置使具有螢光油墨的一片紙成像的應用，示出了字「Wound」。f)示出了螢光油墨 著染色的手指的成像，和常見皮膚細菌P. Acnes的檢測。來自行動電話的圖像可以被無線 地發送至另一行動電話，或無線地(如經由藍牙連接)發送到用於圖像存儲和分析的個人計算機。這證明裝置進行實時手持螢光成像和無線傳送到遠處位置/個人(作為遠程醫療 /E-健康傷口護理基礎結構的部分)的能力。為了證明成像裝置在傷口護理和其他相關應用中的能力，利用描述的特定實施 例進行了許多可行性實驗。應當注意，在所有的螢光成像實驗期間，Sony照相機(Sony Cybershot DSC-T200 Digital Camera, Sony Corporation, North America)設置被設定成 使得在沒有閃光的情況下，並且用「Macro」成像模式設置來捕獲圖像。圖像以8兆像素捕 獲。閃光被用於捕獲白光反射圖像。所有的圖像均被存儲在xD存儲卡上用於隨後傳送到 個人電腦用於長期存儲和圖像分析。用所述裝置捕獲的所有白光反射和螢光圖像/影片被輸入到Adobe Photoshop中 用於圖像分析。然而，圖像分析軟體利用MatLab^^Mattworks)被設計以允許多種基於圖像 的光譜算法(如，紅與綠螢光比等)被用來提取用於定量檢測/診斷價值的相關圖像數據 (如，空間和光譜數據)。圖像後處理也包括圖像的數學變換(運算)。細菌學樣品的成像所述成像裝置可以用於臨床微生物實驗室中的成像和/或監測。所述裝置可以用 於細菌菌落的定量成像和在常見微生物學實驗中量化菌落生長。細菌菌落的螢光成像可以 用於確定生長動力學。軟體可以用於提供細菌菌落的自動計數。為了證明所述裝置在細菌學/培養實驗室中的效用，活細菌培養物在綿羊血瓊脂 板上生長。細菌種類包括釀膿鏈球菌、粘質沙雷氏菌、金黃色葡萄球菌、麥皮葡萄球菌、大腸 桿菌、和銅綠假單胞菌(綠膿桿菌)(American Type Culture Collection，ATCC)。它們在 標準孵育條件下在37°C下生長和維持並在「指數生長期」用於實驗。一旦菌落在板中被檢 測到(孵育後約Mh)，所述裝置被用於在暗室內使包含各個細菌種類的瓊脂板成像。利用 紫外/藍色(約405nm)激發光，所述裝置被用於使每個瓊脂板的組合的綠和紅色自發螢光 (約490-550nm和約610_640nm發射)和僅紅色自發螢光(約635+/_10nm，對於發螢光的 內源性卟啉的峰值發射波長)成像。每個細菌種類的螢光圖像被隨時間採集用於比較和監 測菌落生長。現在參考圖3。a)示出了被用於使在綿羊血瓊脂板上生長的活細菌培養物成像以 檢測細菌的自發螢光的裝置。b)示出了由銅綠假單胞菌發射的自發螢光的圖像。所述裝 置還可以用於利用螢光檢測、定量和/或監測隨時間的細菌菌落生長，如c)中顯示的，具 有在瓊脂板上孵育M小時後自發螢光的金黃色葡萄球菌的生長的螢光圖像。注意在下面 的圖像中清晰的單一細菌菌落的存在。利用紫外/藍(如405nm)激發光，所述裝置被用 於檢測來自幾個活細菌種類的結合的綠和紅(如，490-550nm+610-640nm)和僅紅色(如， 635+/-10nm，對於發螢光的內源性卟啉的峰值發射波長)發射自發螢光，所述活細菌種類 包括在d)中示出的釀膿鏈球菌；在e)中示出的粘質沙雷氏菌；在f)中示出的金黃色葡萄 球菌；在g)中示出的麥皮葡萄球菌；在h)中示出色大腸桿菌；以及在i)中示出色銅綠假 單胞菌。作為實例，注意通過細菌菌落的裝置獲得的自發螢光圖像可以提供有用的圖像對 比，用於簡單的細菌菌落形成的縱向定量測量和生長動力學，以及潛在監測對治療介入、用 抗生素、光動力學療法(PDT)、低水平光療法、高壓氧療法(Η0Τ)，或先進的傷口護理產品的 反應的方式。結合使用所述裝置的顯著地細菌自發螢光信噪比成像的高空間解析度的照相機檢測儀允許非常小(如 600nm發射(紅色))。除了提供細菌菌株的檢測外，所述裝置還可以用於區別例如傷口和周圍組織中不 同細菌菌株(如，金黃色葡萄球菌或銅綠假單胞菌)的存在和/或位置。這可以基於不同 細菌菌株的不同自發螢光發射信號標誌(signatures)，包括當通過紫外/藍光如約405nm 的光激發時在490-550nm和610-640nm發射波長帶內的那些。波長的其它組合可以用於區 別圖像上的其他種類(species)。該信息可以用於選擇適當的處理，如抗生素的選擇。細菌學樣品的這樣的成像可以適用於傷口護理的監測。在傷口癒合的監測中的應用所述裝置可以在上述任何傷口上(如，在體表上)掃描，使得激發光可以照亮傷口 區域。然後可以利用所述裝置來檢查傷口，使得操作者例如可以經由成像裝置上的觀察儀 (viewer)或經由外部顯示裝置(如，平視顯示器(前導顯示器)、電視顯示器、計算機監視 器、LCD投影儀或頭固定式顯示器)來實時觀察傷口。還可以將實時從所述裝置獲得的圖 像傳到(如，經由無線通信)遠處的觀察位置，例如用於遠程醫療目的，或直接將圖像發送 至印表機或計算機存儲裝置(computer memory storage) 0成像可以在具有傷口的患者的 例行臨床評估內進行。在成像前，可以將可靠標記物(如，利用永久螢光墨水筆)置於接近傷口邊緣或周 邊的皮膚的表面上。例如，四個點，來自單獨的永久螢光墨水筆的不同螢光的墨水顏色的每 個，其可以作為試劑盒被提供給臨床操作者，可以置於接近傷口邊緣或邊界的正常皮膚表 面上。這些顏色可以通過所述裝置，利用激發光和匹配四個墨水點的發射波長的多光譜帶 通濾波器被成像。圖像分析可以隨後通過共-記錄(共顯示)可靠標記物用於圖像內排列 來進行。因此，使用者可能不需要排列不同成像段(imaging sessions)之間的成像裝置。 這種技術可以促進傷口的縱向(即，隨時間)成像，並且臨床操作者因此能夠隨時間使傷口 成像而不需要在每個圖像獲取期間排列成像裝置。此外，為了輔助螢光圖像的強度校正，一次性簡單的螢光標準「帶」在傷口成像期 間可以被放入視野中(如，通過利用將所述帶暫時粘附至皮膚的溫和粘合劑)。所述帶可 以用一種或幾種不同濃度的不同的螢光染料浸漬，其當通過激發光源照明時，可以產生預 定和校正的螢光強度，其可以具有單一(如405nm)或多個螢光發射波長或波長帶，用於圖 像強度校正。所述一次性帶還可能具有來自單獨的永久螢光墨水筆的如上所述的四個點 (如，不同直徑或尺寸的每個和不同螢光墨水顏色的每個，具有鄰近於它放置的獨特的黑 點)。在所述帶放置在接近傷口邊緣或邊界的正常皮膚表面上的情況下，所述裝置可以用於採集白光和螢光圖像。所述帶可以提供方便的方式以隨時間採集給定傷口的多個圖像，然 後利用圖像分析排列圖像。並且，螢光「強度校正」帶還可以包含添加的線性測量設備，如 固定長度的尺子以輔助傷口的空間距離測量。這樣的帶可以為校正靶的實例，所述校正靶 可以與所述裝置一起使用以輔助圖像參數(如傷口尺寸、螢光強度等)的校正或測量，並且 可以使用其他類似的校正靶。可以期望的是增加成像結果的一致性並複製所述裝置與傷口表面之間的距離，這 是因為如果在多個成像段期間距離改變，則組織螢光強度會輕微改變。因此，在一個實施方 式中，所述裝置可以具有兩個光源，如低功率雷射束，其可以用於三角形化(triangulate) 單獨的束到皮膚的表面上，以便確定所述裝置與傷口表面之間的固定或可變的距離。這可 以利用雷射光源之間的簡單的幾何布置來進行，並且可以允許臨床操作者在多成像段期間 容易地可視化皮膚表面上的雷射靶向點並調節所述裝置與傷口的距離。維持恆定距離的其 他方法可以包括使用超聲，或使用物理測量，如尺子。在白光成像中的應用所述裝置可以被用於利用放置在成像視野內的測量設備(如，尺子)來採集具有 正常周圍正常組織的總的傷口的白光圖像。這可以允許傷口的視覺評估和定量參數如傷口 面積、周長、直徑、和形態分布的計算/確定。傷口癒合可以通過直到傷口癒合的多個時間 點(如在臨床訪問時)傷口面積的平面測量來評估。可以將傷口癒合的時程與通過利用方 程R=標(R，半徑;A，平面傷口面積；π，常數3. 14)的傷口半徑減小的多個時間點測 量值計算的預期癒合時間進行比較。關於傷口的該定量信息可以用於追蹤和監測隨時間傷 口外觀的變化，以便評估和確定由天然方式或由任何治療介入造成的傷口癒合的程度。該 數據可以電子地存儲在患者的健康記錄中用於將來參考。白光成像可以在患者的最初的臨 床評估期間由操作員進行。在自發螢光成像中的應用所述裝置可以被設計成檢測所有或大部分組織自發螢光(AF)。例如，使用多譜帶 帶通濾波器，所述裝置可以使從下面的組織生物分子發出的組織自發螢光以及血液-相關 的光學吸收成像，例如，在405nm激發下顯示綠色的膠原蛋白(I型、II型、III型、IV型、 V型及其他)，顯示淡綠-黃色-橙色的彈性蛋白，還原的煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)， 黃素腺嘌呤二核苷酸(flavin adenine dinucleotide) (FAD)，其發射藍-綠色自發螢光信 號，以及細菌/微生物，其大部分表現出具有寬的(如，綠和紅色)自發螢光發射。圖像分析可以包括計算圖像中紅-與-綠AF的比率。強度計算可以從傷口圖像 內感興趣的區域獲得。假-著色圖像可以繪製(映射，mapped)到傷口的白光圖像上。傷口癒合中的實施例現在參照圖4。以用細菌汙染的傷口模型來測試所述裝置。為此，從肉販 (butcher)處購買帶有皮的豬肉。為了模擬傷口，手術刀(scalpel)被用於在皮膚中製作尺 寸為1. 5cm2至km2並且足夠深以看到肌肉層的切口。所述裝置被用於使一些肉樣品成像 而沒有將細菌添加至模擬的傷口。為此，將肉樣品在室溫下放置M小時，以便細菌在肉上 生長，然後為了比較，利用所述裝置，使用白光反射和自發螢光兩者進行成像。為了測試所述裝置檢測典型的傷口中存在的結締組織和幾種常見細菌的能力，通 過將六個細菌種類施加至皮膚表面上六個小的1. 5cm2傷口切口部位的每一個來製備具有模擬傷口的豬肉樣品釀膿鏈球菌、粘質沙雷氏菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、大腸杆 菌、和銅綠假單胞菌。另外的小的切口在肉皮上製作，其中沒有加入細菌，以用作對照。然 而，預期來自其他六個切口部位的細菌將也許遲早汙染該部位。所述裝置被用於利用白光 反射和紫外/藍光-誘導的組織自發螢光發射對細菌-負載(laden)的肉樣品成像，成像 利用雙發射頻帶G50-505nm和590-650nm)發射濾波器和單一頻帶(635+/-10nm)發射濾 波器，在左側和單一帶通濾波器持續三天，以Mh的時間間隔，其間肉樣品被維持在37°C。 成像還在泡沫聚苯乙烯容器上進行，肉樣品在該容器上儲存三天。圖4示出了被用於在模擬動物傷口模型中細菌的非侵入性自發螢光檢測的裝置 的結果。在標準白光成像下，細菌在傷口部位內是隱藏的，如a)中所示，並且在b)中放大。 然而，在紫外/藍色激發光下，所述裝置能夠允許傷口部位內細菌的存在的鑑定，這是基於 針對來自結締組織(如，膠原和彈性蛋白)的明亮綠色螢光背景的來自細菌卟啉的紅色熒 光的顯著增加，如c)中所看到的並且在d)中放大。b)和d)的比較表明針對來自結締組 織(如膠原和彈性蛋白)的明亮綠色螢光背景的來自細菌卟啉的紅色螢光的顯著增加。注 意到利用自發螢光，細菌菌落也在皮膚表面上被檢測到，這是基於它們的使單獨的菌落作 為皮膚上的斷續(punctuate)的綠色斑點出現的綠色螢光發射。這些在白光檢查下沒有看 到。結締組織的螢光成像輔助確定傷口邊緣，如e)和f)中所示，並且一些區域的皮膚(在 c中標記「*」)顯示比其他區域更多的紅色螢光，潛在地表明產生卟啉的細菌的皮下感染。 e)和f)也顯示所述裝置檢測手術傷口內的紅色螢光細菌，其在白光成像下是隱藏的。所述裝置繪製傷口部位內和周圍皮膚上的細菌的生物分布，並且由此可以輔助靶 向需要用於微生物學測試的拭取或活組織檢查的特定組織區域。此外，利用所述成像裝置 可以允許監測細菌感染的組織對多種醫療處理的反應，所述醫療處理包括抗生素和其他療 法，如光動力學療法(PDT)、高壓氧療法(HOT)、低水平光療法、或抗-基質金屬蛋白酶(MMP) 的使用。所述裝置可以用於傷口的表面處以及組織深度內，以及周圍正常組織的細菌生物 分布的可視化。所述裝置由此可以用於表明感染的空間分布。具有對比劑的裝置在監測傷口中的應用所述裝置可以與外源性對比劑一起使用，如低劑量的前藥氨基乙醯丙酸(ALA)。 ALA可以局部地給予傷口，並且成像可以在1-3小時後進行，用於傷口細菌的增強的紅色熒 光。前藥氨基乙醯丙酸(ALA)誘導幾乎所有的活細胞中的卟啉形成。暴露於ALA的許 多細菌種類能夠誘導原卟啉IX(PpIX)螢光。超低劑量ALA的使用可以在細菌中誘導PpIX 形成，並因此可以增加紅色螢光發射，其可以增強用所述裝置成像的細菌的紅-與-綠色熒 光對比度。ALA本身是非發螢光的，但是PpIX在約630nm、680和710nm處是發螢光的，其中 630nm發射最強。所述成像裝置隨後可以被用於對來自傷口和周圍組織的綠色和紅色螢光 進行成像。在ALA(約20yg/mL)應用於傷口後，利用所述成像裝置獲得紅色(如，在630nm 處的峰值)螢光顯著/可觀的增加所需的時間在10-30分鐘的範圍內，但是該時間可以被 最優化，並且也取決於也可以被最優化的ALA劑量。因此，臨床操作員可以預先混合ALA，其通常以給定劑量，以與生理鹽水的凍幹形 式或商購的乳膏/軟膏/水凝膠/敷料等的其他類型商業上被提供，並且通過在成像前，噴 霧它，灌注它，或仔細地將藥劑施加至傷口區域來局部給予所述藥劑。其後約10-30分鐘，雖然該時間可以變化，螢光成像可以在昏暗燈光或暗室中進行。細菌在白光下隱藏，並且在 傷口中和傷口周圍可能微弱的自發螢光可以作為明亮的紅色螢光區出現。基於獨特的細菌 螢光信號，螢光成像可以用於直接靶向的傷口的拭取、活組織檢查和/或細針抽吸，用於細 菌培養，並且對於淺和深傷口，這可以在不同的深度進行。所述裝置也可以與外源性「前藥」藥劑一起使用，所述藥劑包括，但不限於ALA，其 是FDA批准用於臨床治療性指徵的，以提高細菌/微生物中卟啉的內源性生產，並從而增加 從這些細菌發出的獨特「卟啉」螢光信號的強度，以改善所述裝置的檢測靈敏度和特異性。 因此，所述裝置可以被用於使在培養物中或患者的傷口中生長的細菌中的光敏劑-誘導的 螢光(如，PpIX)方便地成像，用於隨後的圖像-指導的靶向的拭取/活組織檢查或處理， 例如利用光動力學療法(PDT)或高壓氧療法(HOT)。當與例如可消耗的、商購的螢光對比劑 一起使用時，所述裝置具有增加用於傷口中和傷口周圍的細菌的靈敏的檢測的信號背景比 的能力。應當注意，ALA是商業上可獲得的。在一個實施例中，所述裝置被用於利用紫外/藍色激發光使活細菌培養物(金黃 色葡萄球菌，成像前在瓊脂板上生長Mh)成像。在金黃色葡萄球菌與約20 μ g/mL的ALA 在37°C下孵育30分鐘後，與沒有接受任何ALA的那些菌落相比，檢測到來自細菌的紅色熒 光的顯著增加。因此，所述裝置可以開發對比劑策略的用途，以增加用於例如傷口中細菌的 靈敏的檢測的信號背景比。ALS將培養物中細菌的PpIX螢光增加到顯著的水平所需的時間 為約0. 5h，這提示該方法可以臨床實施。對模擬的細菌汙染的肉樣品的測試揭示了與從細 菌培養物獲得的那些類似的結果。通過噴霧到豬皮上的傷口上，0. 2μ g/mLALA的局部施加 導致在ALA給予後約2h，細菌卟啉紅色螢光對比度的顯著增加。這表明所述裝置可以允許 傷口部位和皮膚表面上的其他位置內具有螢光成像的細菌汙染的檢測，其先前在白光成像 下是隱藏的。與外源件分子-靶向和活化的成像劑的使用商購的螢光分子細菌學檢測和存活力試劑盒的可用性可以為傷口護理中的裝置 提供另一應用。這樣的試劑盒可以用於快速定量地區分活細菌和死細菌，甚至在包含一系 列的細菌類型的混合群中。常規的細菌存活力的直接計數測定(分析)通常基於代謝特徵 或膜完整性。然而，依賴於代謝特徵的方法經常僅對細菌群的有限的亞類起作用，並且用於 評估細菌膜完整性的方法通常具有高水平的背景螢光。兩種類型的測定還對生長和染色條 件非常敏感。合適的外源性光學分子靶向探針可以利用商購的螢光標記試劑盒來製備，如 Alexa Fluor 活性酯和試劑盒(如，Zenon Antibody Labeling Kits 和 / 或 EnzChek Protease Assay Kits, hvitrogen)，用於標記蛋白質、單克隆抗體、核酸和寡核苷酸 (Invitrogen)。例如，這些螢光染料生物結合物覆蓋下面的波長範圍Alexa Fluor 350、 Alexa Fluor 405、Alexa Fluor 430、Alexa Fluor 488、Alexa Fluor 500、Alexa Fluor 514、Alexa Fluor 532、Alexa Fluor 546、Alexa Fluor 555、Alexa Fluor 568、Alexa Fluor 594、Alexa Fluor 610、Alexa Fluor 633、Alexa Fluor 635、Alexa Fluor 647、 Alexa Fluor 660,Alexa Fluor680、Alexa Fluor 700 和 Alexa Fluor 750 染料，其中陳述 的數目是指染料的激發波長。這些試劑盒可以提供良好區分的螢光發射光譜，提供許多選 擇用於多色螢光檢測和螢光共振能量轉移，其基於用(具有)成像裝置適當選擇螢光發射濾波器。螢光染料提供了在常見激發源的最大輸出的波長處的高吸光度，它們是它們的生 物結合物的明亮的且不常見的光穩定的螢光，並提供活性染料的良好的水溶性，用於便於 臨床檢查室內的結合和結合物對沉澱和聚集的抗性。染料的螢光光譜在寬的範圍內對PH 是不敏感的，這使得它們特別可用於傷口成像，這是因為傷口 PH可以變化。此外，存在其他 商業或非商業的螢光劑，其可以適於傷口的生物成像並可以與所描述的裝置結合，包括例 如來自 VisEn Medical (Boston，Mass. ，USA)的焚光血池劑(fluorescent blood pooling agents)和多種傷口 -酶或蛋白酶活化的探針。這些靶向螢光生物結合物可以在利用成像裝置以螢光模式的傷口的臨床檢 查前，利用這樣的標記試劑盒製備，並且可以被存儲在不透光的容器中以避免光漂白 (photobleaching)。這樣的螢光生物結合物可以在利用所述裝置的傷口的螢光成像前，在 溶液中以已知和適當的濃度製備，然後被局部地給予/直接施加至傷口和周圍正常組織 (如，經由氣溶膠/噴霧、灌洗(lavage)技術)，或在飲液中口服給予或經由靜脈注射全身 給予。這樣的染料可以依賴於靶向部分而靶向特定生物成分，並且可以包括細菌、真菌、 酵母、孢子、病毒、微生物、寄生蟲、滲出物、PH、血管、還原的煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、 黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、微生物、特定類型的結締組織(如膠原，彈性蛋白)、組織成分、 血管內皮生長因子(VEGF)、內皮生長因子(EGF)、上皮生長因子、上皮細胞膜抗原(ECMA)、 缺氧誘導因子(HIF-I)、碳酸酐酶IX((CAIX)、層粘連蛋白、纖維蛋白、纖連蛋白(纖維粘連 蛋)、成纖維細胞生長因子、轉化生長因子(TGF)、成纖維細胞活化蛋白(FAP)、酶(如半胱氨 酸蛋白酶(caspases)、基質金屬蛋白酶(MMP)等)、金屬蛋白酶的組織抑制劑(如TIMP)、 氧化氮合酶(N0Q、可誘導的和內皮N0S、細胞中的溶酶體、巨噬細胞、嗜中性粒細胞、淋巴 細胞、肝細胞生長因子(HGF)、抗神經肽、中性內肽酶(NEP)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因 子(GM-CSF)、嗜中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶、精氨酸酶、成纖維細胞、內皮細胞和角 質形成細胞、角質形成細胞生長因子(KGF)、巨噬細胞炎性蛋白-2(MIP-2)、巨噬細胞炎性 蛋白-2(MIP-2)、和巨噬細胞化學引誘物蛋白-1 (MCP-I)、多形核嗜中性粒細胞(PMN)和巨 噬細胞、成肌纖維細胞、白介素-I(IL-I)和腫瘤壞死因子(TNF)、一氧化氮(NO)(試劑盒， 來自Calbiochem，Model DAF-2DA)、和c_myc和β -連環蛋白、來自骨髓的循環內皮祖細胞 (EPC)。外源性光學試劑可以包括，但不限於，下面中的任何一種活化的分子信標(如，靶 向的)、具有螢光劑的納米顆粒(如，在表面上標記的和/或包含或攜帶螢光劑)，以及散射 或吸收納米顆粒(如，金、銀)。LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kits (來自 Invitrogen，Molecular Probes)分析利用SYTO 9綠色螢光核酸染色劑和紅色螢光核酸染色劑、碘化丙啶的混 合物，雖然這些螢光染料可以被交換為其他現存或出現的螢光劑。這些染色劑在他們的光 譜特徵和他們穿透健康細菌細胞的能力方面不同。當單獨使用時，SYTO 9染色劑標記具有 完整和損傷的膜的細菌。相反，碘化丙啶僅穿透具有損傷的膜的細菌，當兩種染料均存在 時，與SYTO 9染色劑競爭核酸結合位點。當以推薦的比例混合時，SYT09染色劑和碘化丙 啶產生具有完整細胞膜的細菌的綠色螢光染色和具有損傷的膜的細菌的紅色螢光染色。因 此，具有完整的膜的活細菌發綠色螢光，而具有損傷的膜的死細菌發紅色螢光。背景仍然是 實際上不發螢光的。因此，綠色與紅色螢光強度的比率可以提供細菌存活力的定量指數。活細菌和死細菌可以通過具有合適的濾光片設置的成像裝置來單獨地觀察或同時觀察。並且，類似的螢光分析試劑盒可用於細菌的革蘭氏標記(即，陽性/陰性)鑑定， 其在傷口處理計劃中是有用的參數，並且可以與成像裝置聯合使用。這樣的螢光劑是一般 的並可適用於大多數細菌類型，並且可以用於確定細菌存活力和/或革蘭氏標記(直接在 傷口上/內或從傷口部位獲得的體外拭取或組織活組織檢查來源的培養物樣品上(如淺處 或深處))用於利用成像裝置的實時定量評估。這樣的螢光性螢光劑可以在利用所述裝置 的傷口的螢光成像前，以已知和適當的濃度預先在溶液中製備，然後局部(如，經由氣溶膠 /噴霧、灌洗技術)給予/直接施加至傷口和周圍正常組織，或者也許經由靜脈注射全身給 予。成像可以隨後在用於試劑與靶反應的限定時間後相應地進行。在用所述裝置成像前可 能需要未標記的試劑的衝洗。為此，可以使用生理鹽水。靶-結合的螢光劑可以停留在傷 口和周圍組織內用於螢光成像。因此，當與螢光報告系統一起使用時，成像裝置可以提供暴露於抗微生物劑後評 估細菌存活力的相對快速的方式。重複地測量相同的患者或動物的能力可以減少處理實驗 內的變異性(variability)並允許在確定處理效力方面相等或較大的置信度。這種非侵入 的和便攜的成像技術可以減少在這樣的研究期間使用的動物的數量並對於在藥物研發期 間測試化合物的評估具有應用。許多商購的有機螢光團具有依賴於氫離子濃度的性能，使它們可用作用於測量PH 的探針，並且它們通常具有PH敏感的UV/可見光吸收性能。在細胞內研究中採用的多數商 購的PH敏感的螢光染料在酸性介質中提供減少的螢光信號，或可替換地，所述染料的PKa 在5-8pH單位的臨界細胞內pH窗口之外。然而，其他pH敏感的螢光劑通過增加它們的熒 光強度而響應。例如，hvitrogen/Molecular ftObes提供了各種螢光pH指示劑、它們的 結合物和用於生物系統中PH測量的其他試劑。其中，幾個探針具有獨特的光學反應和專門 的定位特徵例如，可見光-可激發的SNARF pH指示劑能夠使研究者利用雙發射或雙激發 比例技術來確定生理範圍內的細胞內PH，由此提供用於共聚焦雷射掃描顯微鏡和流式細胞 儀的有用工具。Lysc^ensor探針以及基於Oregon Green螢光團的指示劑可以用於估計細 胞的酸性細胞器中的pH。還存在結合於可以使用的葡聚糖的螢光pH指示劑。在加載到細 胞內後，指示劑葡聚糖可以被充分的停留，可以不結合於細胞的蛋白質並且可以具有減少 的區室化的傾向。再次，這樣的螢光劑可以在利用所述裝置的傷口螢光成像前，以已知和適 當的濃度在溶液中預先製備，然後局部(如，經由氣溶膠/噴霧、灌洗技術)給予/直接施 加至傷口和周圍正常組織，或例如經由靜脈內注射或口服全身給予。實施例現在參照圖M。作為一個實例，所述成像裝置可以被臨床用於確定慢性傷口的愈 合狀態和傷口清創術的成功。例如，在圖中示出了患有糖尿病的個人中的典型的腳部潰瘍， 其中(i)未癒合邊緣(即，結痂)，包含具有指示癒合損傷的分子標記物的致潰瘍細胞和 (ii)表型正常但是生理上受損的細胞，其可以被刺激以癒合。不管清創術後傷口的外觀，它 可能不是正在癒合的，並可能需要被評估抑制和/或角化過度組織的特定分子標記物(如， c-myc和β-連環蛋白)的存在。利用所述成像裝置結合針對這樣的分子靶的外源性螢光 標記的分子探針，臨床醫生能夠確定分子生物標記物的原位表達。利用所述裝置，一旦傷口 被清創，傷口區域的螢光成像和圖像分析可以允許活組織檢查靶向用於隨後的免疫組織化 學，並且這可以確定清創術的程度是否是足夠的。如果清創術的程度不足，則如下面的左圖所示，對於c-myc (其顯示綠色)和核連環蛋白(其顯示紫色)陽性的細胞可以基於它 們的螢光被發現，表明致潰瘍細胞的存在，其可以防止傷口正確地癒合並表明另外的清創 術是必須的。癒合的缺乏還可以通過較厚的表皮、較厚的角質化層、和角質層中細胞核的存 在來區分。如果清創術是成功的，則如在下面的右下圖中，沒有發現c-myc或β-連環蛋白 的著色，表明致潰瘍細胞的缺乏和成功的清創術。這些抑制的標記物可以是有用的，但是目 的是如由新上皮的出現、傷口的減少的面積、和沒有引流液限定的實際的癒合。該信息可以 利用螢光成像裝置來收集並電子存儲在患者的病歷卡中，其可以提供結合病理學和微生物 學報告的客觀分析。通過利用所述成像裝置比較預期的癒合時間與實際的癒合(即，癒合 進展)時間，可以在每個患者的基礎上實施適應性的處理策略。圖24Β示出了用於對褥瘡的傷口癒合成像的裝置的使用實例。a)示出了用所述裝 置採集的具有褥瘡的糖尿病患者的右腳的白光圖像。b)相應的螢光圖像顯示細菌的明亮紅 色螢光(細菌學結果確認金黃色葡萄球菌的大量生長的存在)，其在標準白光檢查下是不 可見的(黃色箭頭)。注意到圍繞未癒合傷口周圍的金黃色葡萄球菌細菌的大量生長(長的 黃色箭頭)。c-d)示出了 b)中原始螢光圖像的光譜-分離的(未混合的)紅-綠-藍色圖 像，其被用於產生利用數學算法計算的綠色(如膠原蛋白)和紅色(如細菌)螢光強度的光 譜-編碼的圖像地圖，並以具有色標的假彩色顯示。f_g)示出了通過計算紅色/綠色螢光 強度比增強內源性細菌自發螢光信號的對比度以揭示開放傷口內和周圍細菌(紅-橙-黃 色)的存在和生物分布而使用的圖像處理方法的實例。這些數據說明使用慣常或商購的圖 像分析軟體以算術地分析通過所述裝置獲得的螢光圖像並以對於臨床應用有意義的方式 顯示它們的能力，並且這可以實時進行。(標度條lcm)。圖24C示出了用於使慢性未癒合傷口成像的裝置的使用實例。a)用所述裝置採集 的具有壞疽性膿皮病(Pyoderma gangrenosum)的女性患者的左乳房的白光圖像，表明慢性 未癒合傷口(藍色箭頭)和癒合的傷口(紅色箭頭)。細菌通常不能通過在傷口的常規臨 床檢查中使用的標準白光顯影而被可視化。b)示出了相同傷口的相應螢光圖像(在該實 施例中，利用405nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。注意到未愈 合的傷口在螢光下顯示暗色(主要是由於激發和螢光發射光的血液吸收)，而細菌在癒合 的傷口中顯示為不連續的明亮紅色斑點(紅色箭頭)。在螢光下，由於內源性膠原蛋白熒 光G05nm激發)，正常的周圍皮膚顯示青綠色。相反，在傷口邊界周圍，未癒合的傷口(藍 色箭頭)顯示具有非常明亮的紅色螢光帶，用拭子培養物(細菌學)確認包含金黃色葡萄 球菌的大量生長(具有少量革蘭氏陽性桿菌和稀少的革蘭氏陽性球菌，通過顯微鏡確認)。 c)a、b)中的癒合的傷口的白光圖像，以及d)顯示來自在白光下隱藏的細菌的明亮的紅色 螢光的相應的螢光圖像(粉色箭頭)。未癒合乳房傷口的e)白光和f)相應螢光圖像。注 意細菌(金黃色葡萄球菌)顯示主要位於傷口的邊緣/邊界周圍(黃色箭頭)，而較少的細 菌位於傷口內(X)，通過利用螢光成像直接可視化的細菌的生物分布確定，但是在白光下是 不可見的(黑色箭頭，e)。(標度條(cm))。圖24D進一步示出了利用成像裝置的實例的慢性未癒合傷口的成像。a)具有壞疽 性膿皮病的女性患者的左乳房的用所述裝置採集的白光圖像，示出了慢性未癒合傷口(藍 色箭頭)和癒合傷口(藍色箭頭)。細菌不能通過傷口的臨床檢查中使用的標準白光顯像 被可視化，b)相同傷口的相應的螢光圖像G05nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。雖然乳頭在白光下看起來是正常的，沒有明顯的細菌汙染，但是螢光成像表 明從乳頭導管發源的細菌的存在。乳頭的拭子顯示細菌為表皮葡萄球菌(在培養物中發現 的臨時生長)。(標度條(cm))。圖24E示出了利用成像裝置成像的慢性未癒合傷口的中心區和邊界。a)用所述裝 置採集的具有壞疽性膿皮病的女性患者的左乳房的白光圖像，示出了慢性未癒合傷口的中 心區和邊界。a)白光和b)未癒合乳房傷口的相應螢光圖像G05nm激發，500-550nm發射 (綠色)，> 600nm發射(紅色))。注意細菌(金黃色葡萄球菌；通過細菌拭取顯示)顯示 主要定位於傷口的邊緣/邊界周圍，而較少的細菌定位在傷口內(X)，通過利用螢光成像直 接可視化的細菌的生物分布確定，但是在白光下是不可見的。(以cm為單位的標度條)。圖24F示出了利用所述成像裝置的慢性未癒合傷口的另外的圖像。a)用所述裝置 採集的具有壞疽性膿皮病的女性患者的左乳房的白光圖像，示出了慢性未癒合傷口。細菌 不能通過在傷口的臨床檢查中使用的標準白光顯示而被可視化。b)相同傷口的相應螢光 圖像^)5nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。螢光成像顯示在清 潔前(b)和清潔後(c)傷口邊緣/邊界周圍的細菌的存在。在該實施例中，清潔涉及標準 紗網(紗布)和磷酸緩衝鹽水的使用以擦拭傷口的表面(內部和外部)5分鐘。在清潔後， 細菌的紅色螢光略微減少，表明一些紅色螢光細菌可以停留在傷口的邊緣周圍的組織表面 之下。少量的細菌(紅色螢光)在清潔後保留在傷口中心內。這表明成像裝置用來實時監 測傷口清潔的效果。作為另外的實例，d)示出了位於左腓的同一患者中的慢性未癒合傷口 的白光圖像。e)示出了清潔前(e)和清潔後(f)的相應螢光圖像。傷口的中心區的拭取 揭示金黃色葡萄球菌的偶爾生長，在邊緣(黃色箭頭)處具有金黃色葡萄球菌的重度生長。 清潔導致傷口表面上發螢光的細菌(金黃色葡萄球菌)的減少，如利用手持式光學成像裝 置所測定的。成像裝置的使用導致白光隱藏的細菌的實時檢測，並且這允許患者被處理方 式的改變，使得在螢光成像後，傷口和周圍(細菌汙染的)被徹底地重新清潔或首次清潔， 因為細菌的重新檢測。並且，注意用於輔助成像-聚焦的一次性粘合測量-校正「帶」的使 用，並且該「帶」可以被粘合至體表的任何部分(如，接近傷口)以允許傷口空間測量。校 正帶還可以是清楚地發螢光的並可以用於將患者特異性信息添加到圖像，包括用於「條碼」 目的的多種外源性螢光染料的使用-其信息可以被直接整合到傷口的螢光圖像中。(以cm 為單位的標度條)。圖24G示出了用於隨時間監測傷口癒合的成像裝置的使用。所述成像裝置被用於 追蹤來自具有壞疽性膿皮病的女性患者的左乳房的未癒合慢性傷口的癒合狀態和細菌生 物分布(如汙染)的變化。在六周的時間期間，示出了利用所述成像裝置在白光和螢光模 式下採集的，(b-n)癒合的傷口和(c-o)慢性未癒合傷口的白光圖像(a-m)和相應的螢光圖 像。G05nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm激發(紅色))。在b-η)中，檢測到小的 明亮紅色螢光細菌菌落的存在(黃色箭頭)，並且在癒合的傷口內它們的定位隨時間改變。 細菌拭子確認在顯微鏡上沒有檢測到細菌，並且在培養物中沒有觀察到細菌生長。相反，在 c-o)中，未癒合的傷口在傷口邊界周圍具有非常明亮的紅色螢光帶，用拭子培養物(細菌 學)確認包含金黃色葡萄球菌的重度生長(通過顯微鏡確認的具有少量革蘭氏陽性桿菌和 稀少的革蘭氏陽性球菌)，其生物分布隨時間改變(即，c-o)。這些數據表明所述成像裝置 可以產生實時的生物學和分子信息以及被用於監測傷口中隨時間的形態和分子改變。
圖24H示出 了所述裝置在隨時間監測傷口狀態中的應用的另一實施例。所述成像 裝置被用於追蹤來自具有壞疽性膿皮病的21歲女性患者的左腓的傷口的癒合狀態和細菌 生物分布(例如，汙染)的變化。示出了在六周期間，利用高壓氧療法(HOT)處理的(b-j) 傷口的白光圖像(a-i)和相應的螢光圖像。(螢光參數405nm激發，5OO-55Onm發射(綠 色)，> 600nm發射(紅色))。a_i)白光圖像顯示傷口中在其癒合時清晰地肉眼可見的改 變，其通過從第一周(約2cm長直徑)到第六周(約0. 75cm長軸直徑)隨時間的尺寸(如 閉合)的減小表明。在b-j)中，傷口中和傷口周圍的內源性細菌螢光(自發螢光)的實 時螢光成像可以隨時間被追蹤，並與白光圖像和傷口閉合測量關聯(a-i)。b)示出了在傷 口的緊鄰邊界處的清晰的螢光的綠色帶(黃色箭頭；顯示被金黃色葡萄球菌的重度生長汙 染)，並且該帶隨著傷口癒合隨時間改變。紅色螢光細菌也可以在進一步從遠離傷口處看到 (橙色箭頭)，並且它們的生物分布隨時間變化(b-j)。傷口-與-傷口周圍-與-正常組 織的邊界可以通過圖像j)中的螢光清楚地看到。正常皮膚中的結締組織(在該實施例中， 膠原)顯示為淺綠色螢光(j)，並且在多種傷口處理(包括如這裡的情況，慢性傷口的高壓 氧療法)期間，傷口癒合期間的結締組織重塑可以隨時間被監測。圖241示出了成像裝置在診所中例行傷口評估期間靶向細菌拭子中的應用。在熒 光成像下，利用實時螢光圖像-指導，拭子可以被指向或靶向細菌汙染/感染的特定區域。 這可以通過在例行拭取過程期間減少細菌的擴散來降低未感染的組織的汙染的潛力，其可 能是常規傷口拭取方法中的問題。來自該樣品的拭子結果被確定為金黃色葡萄球菌(具有 少的革蘭氏陽性桿菌和稀少的革蘭氏陽性球菌，通過顯微鏡確認)。圖24J示出了在患有糖尿病相關的未癒合腳部潰瘍的患者中的a)白光和b)用所 述成像裝置製備的相應螢光圖像的共_記錄的實施例。利用具有交叉_雷射觀測的非接觸 性溫度測量探針(a中的插圖)，在正常皮膚上(黃色「3和4」)和腳部潰瘍內(黃色「1和 2」)(感染有銅綠假單胞菌，如通過細菌學培養確認的)進行直接溫度測量，表明在臨床檢 查期間將基於溫度的信息添加到傷口評估的能力。感染的傷口具有升高的溫度，如通過與 正常皮膚表面上的30. 75°C比較，感染傷口中的平均34. 45°C所看到的，並且這些數據表明 用於實時的傷口健康/感染評估的包括白光、螢光和熱信息的多形態測量的可能性。注意 該患者的右腳上的兩個未癒合傷口均包含銅綠假單胞菌(除了革蘭氏陽性球菌和革蘭氏 陰性桿菌)的重度生長，其在該實施例中顯示為傷口內的明亮綠色螢光區(b)。圖24K示出了用於監測褥瘡的成像裝置的使用的實施例。a)示出了用所述成像裝 置採集的具有褥瘡的高加索人糖尿病患者的右腳的白光圖像。b)相應的螢光圖像示出細菌 的明亮的紅色螢光(細菌學結果確認金黃色葡萄球菌的重度生長的存在)，其在標準白光 檢查下是不可見的(黃色箭頭)。死皮膚顯示為白色/蒼白的淺綠色(白色箭頭)。注意 未癒合的開放傷口的外緣周圍金黃色葡萄球菌細菌的重度生長(黃色箭頭)。c)示出了局 部應施加的銀抗微生物敷料的螢光成像。所述成像裝置可以用於檢測來自先進的傷口護理 產品(如水凝膠，傷口敷料等)的內源性螢光信號或來自這樣的產品的螢光信號，其用具有 在所述裝置上的成像檢測器的檢測靈敏度內的發射波長的螢光染料製備。所述裝置可以用 於先進的傷口護理處理產品的圖像指導的遞送/應用(施加)和隨後隨時間監測它們的分 布和清除。圖24L示出了用於監測褥瘡的裝置的使用的實施例。a)用所述裝置採集的具有褥瘡的高加索人糖尿病 患者的右腳的白光圖像。b)相應的螢光圖像顯示傷口邊緣處的細菌的 明亮的紅色螢光區(細菌學結果確認金黃色葡萄球菌，SA重度生長的存在)，以及明亮的綠 色螢光細菌(細菌學結果確認銅綠假單胞菌，PA的重度生長的存在)，其在標準白光檢查下 均是不可見的。c)對傷口採取的螢光光譜揭示這兩種細菌種類之間的獨特的光譜差異SA 具有特徵性紅色(約630nm)自發螢光發射峰，而PA缺乏紅色螢光但是具有在約480nm處 的強綠色自發螢光峰。圖24M示出了用於監測慢性未癒合傷口的所述裝置的應用的實施例。a)示出了用 所述成像裝置採集的患有II型糖尿病的44歲黑人男性患者中的慢性未癒合傷口的白光圖 像。細菌不能通過在傷口的常規臨床檢查中使用的標準白光可視化(顯影)(a-g)被可視 化。b-h)相同的傷口的相應螢光圖像(405nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射 (紅色))。該患者呈現有多個開放的未癒合傷口。利用螢光圖像-指導從每個傷口區採集 的拭子培養物揭示顯示明亮綠色螢光的銅綠假單胞菌(黃色箭頭)，以及顯示紅色螢光的 粘質沙雷氏菌(圓圈)的重度生長。(以cm為單位的標度條)。圖24N為示出了「校正」靶的使用的實施例的示意圖，其可以是用於在用所述成像 裝置的傷口成像期間使用的顧客定製設計的、多用途的、和/或可丟棄的。所述帶(其在該 實施例中是粘性的)可以包含以下中的一個或多個的組合空間測量工具(如長度規)、用 於整合患者特異性醫療信息的信息條形碼、以及用於在成像其間實時螢光圖像校正的螢光 染料的浸漬的濃度梯度。對於後者，多濃度的各種外源性螢光染料或其他螢光劑(如，量子 點)可以被用於多路螢光強度校正，例如當多於一個外源性螢光標記的探針被體內用於傷 口的組織/細胞/分子靶向的分子成像時。圖240示出了所述成像裝置用於檢測細菌，例如用於監測處理(治療)反應的實 施方式的應用的實施例。a)由Invitrogen Corp.(即，BacLight產品)出售的活/死細菌 染色(染色劑)的螢光顯微鏡圖像。b)由Invitrogen Corp出售的革蘭氏染色細菌標記染 色的螢光顯微鏡圖像。利用具有這樣的產品的成像裝置(c)，在傷口或其他體表的細菌拭取 後，例如在口頰的拭取中，活(綠色)和死(紅色)細菌(e)可以離體被實時區分(如在拭 子或組織活組織檢查物上)，如在d)中。該實時細菌革蘭氏染色或基於活/死圖像的評估 可以用於實時或相對較快的細菌學結果，其可以用於精細處理，如抗生素或其他消毒處理， 或用於監測處理反應。圖24P示出了用於趾甲感染的成像的所述裝置的應用的實施例。受試者的右趾的 a)白光和b)相應的自發螢光展示了螢光成像提供的與白光可視化相比增強的感染的對比 度(405nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。圖24Q示出了利用所述裝置成像以用於檢測感染有細菌的肉對消毒劑(如過氧 化氫(Virox5TM))的反應的實施例。a)在皮氏培養皿中製備離體豬組織樣品，並在b) Virox5TM的局部施加和螢光成像(用手持式裝置)c)之前，用金黃色葡萄球菌汙染。組織 的破壞開始迅速發生，由消毒劑造成，同時細菌的螢光特徵的改變變得明顯(如，紅色螢光 顏色開始變成橙色螢光顏色，如在d)中所看到的)，尤其是在樣品的溫和攪拌和隨時間過 去後，這裡與Virox5TM溶液孵育約5分鐘。這些數據表明所述裝置在監測細菌消毒中的應 用，例如在臨床和非臨床環境中(405nm激發；490_550ηπ^Π> 600nm發射)。除了螢光-增強前藥外，在藥物方面的發展能夠使螢光生物標記物廣泛用於在分子水平上診斷疾病。生物組織中螢光生物標記物信號的精確測量可以為朝向獲得關於疾病 進展和處理反應的生物分子信心的關鍵參數，但是在歷史上提出了重大的挑戰。至今，這種 類型的先進的分子成像還沒有被報導用於傷口護理。這裡描述的裝置還可以與發螢光的、光散射的、或光吸收的外源性螢光對比劑結 合使用，其可以被動地使用和/或靶向傷口內的獨特和特異性分子靶，以改善傷口感染的 檢測和診斷。這些靶可以為傷口或正常周圍組織中具有已知的檢測和/或診斷價值的任何 生物和/或分子成分(如正常組織和傷口生物標記物)。所有外源性藥劑可以被局部和/ 或全身地遞送至傷口，並且可以包括，但不限於，可以與選擇的適當的波長的螢光/散射部 分(如，有機螢光染料、量子點和其他螢光半導體納米顆粒、膠態金屬(如金、銀等))偶聯/ 結合的任何外源性藥劑/藥物(如，膠囊化的脂質體、珠或其他生物相容性載體藥劑)。熒 光和/或光散射藥劑/探針，和/或發色(即，吸收)藥劑/染料可以利用標準生物結合技 術製備以包括用於靶向特異性生物標記物的部分。這樣的部分可以包括單克隆抗體(如， 整體和/或片段)，以及其他組織_特異性部分(包括，但不限於，肽、寡聚物、適配子、受 體_結合分子、酶抑制劑、毒素等)。所述裝置還可以用於臨床前傷口模型中光產生蛋白的 原位可活化的啟動子_受控的表達的成像。此外，傷口感染也可以利用所述成像裝置被檢 測並隨後利用光熱療法處理，如與特異性靶向細菌的特異性抗體結合的光_吸收金納米顆 粒。圖24R示出了用於生物組織上螢光染料/探針/藥劑的成像的成像裝置的應用的 實例。a) —塊肉的白光成像(離體)沒有揭示螢光染料的存在，而在b)中，所述裝置允許 準確的螢光檢測和螢光染料的生物分布的監測。雖然顯示用於離體組織，但這些能力可以 被轉移到體內應用，包括但不限於，例如，使組織內的螢光光敏劑的生物分布成像，用於傷 口、癌症、感染、或其他疾病的光動力學療法(PDT)。白光成像可以提供用於螢光成像的結 構環境(解剖背景)。這些能力還可以被用於監測螢光劑(包括光敏劑)的光漂白以及用 於多個PDT處理的圖像-指導的遞送(405nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射 (紅色))。可以提供所述裝置用於在PDT中檢測藥物動力學、生物分布、和/或光漂白。類 似地，所述裝置可以用於監測低水平的光療法。 所述裝置還可以與其他分子_感測劑如「分子信標」或「智能探針」 一起使用，其 僅在獨特和特異性生物靶(如，與傷口健康相關的酶)存在的情況下產生螢光。這樣的探 針可以用於鑑定例如特異性細菌種類或GRAM信號。例如，皮膚傷口癒合是高度複雜的過 程，涉及與多個遷移和重塑事件相關的五個重疊階段(發炎、肉芽組織形成、上皮形成、基 質產生、和重塑)，所述事件被認為需要基質金屬蛋白酶(MMP)和它們的抑制劑TIMP的作 用。人類急性和慢性傷口以及多種不同的傷口癒合模式的體內分析已經涉及在正常傷口修 復期間MMP和TIMP的功能性作用，而它們的活性的反調節被認為有助於受損的傷口癒合。 需要細胞外基質的降解以去除損傷的組織和臨時的基質並允許血管形成和表皮細胞再生。 相反，在慢性或未癒合的傷口中，蛋白酶以它們的非活性形式的過度表達被認為有助於潛 在的病理並抑制正常組織修復過程。分子信標是可活化的螢光報導物，其利用螢光共振能 量轉移(FRET)原理以控制應答特異性生物刺激的螢光發射。它們通常包括疾病特異性連 接物，其使得猝滅劑接近螢光團以沉默其螢光。在特異性連接物-靶相互作用(如，核酸雜 交、蛋白酶特異性肽裂解、磷酸酶特異性磷脂裂解)後，猝滅劑從螢光團附近被去除以恢復其螢光。這些智能探針可以提供比靶向探針大幾個數量級的靈敏度，因為從無螢光的到高 度螢光的內建的高程度的信號放大。依賴於它們的特異性連接物-靶相互作用，它們還能 夠在蛋白或基因表達水平探尋特異性分子異常。因為這些優點，智能探針最近已經被承認 是超越傳統探針的「巨大突破」用於早期癌症檢測。這樣的外源性藥劑可以被用於，例如， 傷口感染的相對快速的、非侵入的、靈敏的和特異性的光學檢測，以鑑定存在的特異性細菌 /微生物種類和原位微生物診斷，從而監測傷口的健康狀態，並且實時報告處理和護理的效果。此外，當與外源性光學試劑組合使用時，所述裝置可以用於鑑定患者對各種已確 立的和實驗性處理的最小限度的反應，能夠進行快速非侵入性或非接觸性的處理的視覺定 量評估，已進行治療的及時改變，以便最優化處理結果。此外，利用成像裝置的體外和動物模型測試系統內的抗菌效果的實時監測可以增 強抗生素的作用的基本理解並且方便體內疾病的獨特研究。實施例圖5示出了被用於豬肉樣品的皮膚表面上的膠原和不同細菌種類的非侵入性自 發螢光檢測的裝置的實施例。與白光成像相比，自發螢光成像能夠在它們被局部施加至在 皮膚上製作的小切口後24h檢測幾個細菌種類的存在(即，釀膿鏈球菌，粘質沙雷氏菌，金 黃色葡萄球菌，表皮葡萄球菌，大腸桿菌，和銅綠假單胞菌)。a)示出了用於測試的豬肉的 白光圖像。幾個細菌種類在第0天被施加至在皮膚上製作的小切口，並被標記如下1)釀 膿鏈球菌，2)粘質沙雷氏菌，3)金黃色葡萄球菌，4)表皮葡萄球菌，5)大腸桿菌，以及6)銅 綠假單胞菌。所述成像裝置被用於隨時間檢測膠原和細菌的自發螢光。結締組織螢光是強 烈的，並且也是容易檢測的。一些細菌種類(如銅綠假單胞菌)產生飽和裝置的照相機的 顯著的綠色自發螢光(450-505nm)。b)示出了在第0天的自發螢光圖像，在c)中放大。所述裝置能夠檢測細菌在肉的表面上隨時間的擴散。d)示出了在第1天的圖像， 並且f)示出了第3天的圖像，當肉樣品被維持在37°C下。紅色螢光可以在c)中的一些傷 口部位(5，6)中被看到。如d)中所示和e)中放大的，在24h後，所述裝置檢測來自傷口 部位5)大腸桿菌和6)銅綠假單胞菌的細菌自發螢光的顯著增加，其中後者產生顯著的綠 色和紅色自發螢光。c)和e)示出了所述裝置利用雙頻帶(450-505nm綠色和590-650nm) (左側)和單一帶通濾波器(635+/-10nm)(右側)監測傷口表面的螢光。如f)中所示，到 第3天，所述裝置檢測來自其他傷口部位的細菌自發螢光(綠色和紅色)的顯著增加，以及 在其中保存肉樣品的泡沫聚苯乙烯容器上的細菌汙染(通過f中的箭頭示出)。所述裝置 還能夠檢測細菌在肉的表面上的擴散。這表明在模擬的傷口上的細菌種類的實時檢測，那 些細菌隨時間的生長，以及所述裝置提供傷口中細菌生長的縱向監測的能力。所述裝置可 以提供傷口表面上細菌的生物分布的關鍵信息，其可以用於靶向細菌拭取和組織活組織檢 查。注意，在d)和f)中，來自豬肉樣品的邊緣處的內源性膠原的強烈綠色螢光信號。該實施例表明所述裝置在僅基於自發螢光實時檢測結締組織和細菌生長的生物 學變化中的應用，表明所述裝置提供傷口中的細菌生長的縱向監測的實際能力。現在參照圖6，其示出了用於豬肉樣品的肌肉表面上的結締組織(如，膠原，彈性 蛋白)和細菌的自發螢光檢測的所述裝置的實施例。a)表明用於測試的豬肉的白光圖像沒 有顯示細菌/微生物汙染或酸敗的明顯跡象。然而，如b)中所看到的，在藍色/紫外光激發下用所述裝置對相同區域的成像揭示肌肉的明亮紅色螢光區，表明與肌肉的相鄰側相比細 菌汙染的潛力。膠原的極其明亮的綠色自發螢光也可以在皮膚的邊緣處被看到。在C)中， 所述裝置被用於手術探尋可疑的紅色螢光，進一步提供用於隨後的病理學或細菌學的靶向 的活組織檢查。也注意所述裝置通過螢光檢測手術期間手術儀器(如，鉗子)的汙染(箭 頭)的能力。在d)中，所述裝置被用於靶向懷疑被細菌感染的區域的利用纖維光學探針的 螢光光譜的收集(插圖顯示所述裝置被用於靶向b，c)中的紅色螢光肌肉的相同區域中的 光譜 探針)。e)示出了所述裝置被用於檢測其上保存有肉樣品的泡沫聚苯乙烯容器的表面 上被不同細菌的薄膜汙染的實施例。細菌的自發螢光顯示為在紫外/藍色激發光下來自預 先被施加於肉的不同細菌種類的綠色和紅色螢光的條紋。因此，所述裝置能夠檢測非生物 學表面上的細菌，其中它們在標準白光觀察下是隱藏的(如a中)。除了傷口中和皮膚表面上細菌的檢測外，所述裝置還能夠鑑定肌肉組織的可疑區 域，其然後可以通過用於病理學驗證的手術或靶向的活組織檢查，或通過利用纖維光學探 針的其他光學方式如螢光光譜，進一步探查。並且，它檢測其上保存了肉樣品的泡沫聚苯乙 烯容器的表面上的通過不同細菌的汙染。細菌的自發螢光在紫外/藍色激發光下顯示為來 自預先施加於肉的不同細菌種類的綠色和紅色螢光的條紋。為了確定在培養物中和模擬的皮膚傷口中生長的細菌的自發螢光特徵，超光譜/ 多光譜螢光成像被用於定量測量在紫外/藍光激發下來自細菌的螢光強度光譜。現在參照 圖7。在圖7中，所述裝置被用於檢測來自在瓊脂板中和豬肉的模擬傷口的表面上生長的 細菌的螢光，如上面對於圖4和圖5討論的。細菌自發螢光利用所述裝置在培養物(a)和 肉樣品(d)中在綠色和紅色波長範圍內被檢測。超光譜/多光譜成像被用於培養物中(b) 細菌(大腸桿菌)成像和測量來自細菌的定量螢光強度光譜(紅線-卟啉，綠色-細胞質， 藍色-瓊脂背景)(c)。紅色箭頭顯示在細菌中檢測的卟啉螢光的635nm峰。超光譜/多 光譜成像還確認與大腸桿菌(d中的左方塊)相比(其中檢測到顯著的卟啉紅色螢光)，來 自銅綠假單胞菌((具有很少的卟啉螢光，f中的黃線)的強綠色螢光(*，d中的右方塊)。 e)和g)顯示分別對應於銅綠假單胞菌(和大腸桿菌的顏色_編碼的超光譜/多光譜圖像， 來自生長(在37°C下孵育)2天後的肉表面；以及f)和h)示出了相應的顏色-編碼的熒 光光譜。在i)中，還測量了溶液中的不同細菌種類的激發-發射矩陣(matrices) (EEM)，表 明選擇用於成像裝置中的濾光片的最佳激發和發射波長帶寬的能力。對於大腸桿菌的EEM 顯示強的綠色螢光以及來自內源性細菌卟啉的顯著的紅色螢光(箭頭)。該實施例表明細菌發出綠色和紅色自發螢光，其中一些種類(如銅綠假單胞菌) 產生更多的前者。大腸桿菌產生來自內源性卟啉的顯著的紅色自發螢光。這樣的細菌種類 之間的內在的光譜差異是有意義的，這是因為它可以提供僅利用自發螢光區分不同的細菌 種類的方式。還測量了在這些試驗性研究中使用的細菌種類中的每一種的激發-發射矩陣 (EEM)，其確認在紫外/藍色光激發下，所有的種類產生顯著的綠色和/或紅色螢光，後者由 卟啉產生。源自激發-發射矩陣的光譜信息可以輔助最優化成像裝置中用於濾光片的激發 和發射波長帶寬的選擇，以允許離體和體內細菌種類間的差異化。以這種方式，所述裝置可 以用於基於這些生物成分的獨特的自發螢光標記來檢測傷口和周圍正常組織內的內源性 結締組織(如膠原和彈性蛋白)以及細菌和/或其他微生物，如酵母、真菌和黴菌的存在和 量的細微變化。
除了螢光增強性前藥外，藥物方面的進展使得能夠廣泛地使用螢光生物標記物以 在分子水平上診斷疾病。生物組織中螢光生物標記物信號的精確測量可以是朝向獲得關於 疾病進展和處理反應的生物分子信息的關鍵參數，但是歷史上顯示是重大的挑戰。至今，這 種類型的先進的分子成像還沒有被報導用於傷口護理。通過使用這裡描述的裝置，用於診 斷目的的這樣的生物標記物的成像和監測可以是可能的。利用外源件對比劑的傷口樽型的成像當用於評估傷口時，組織自發螢光成像可以檢測傷口癒合期間結締組織重塑中的 相對變化以及細菌汙染、菌落形成和/或感染傷口的早期存在(包括，但不限於，細菌誘導 的傷口滲出物和炎症的產生)。當大多數傷口通過紫外/藍光照明時，結締組織基質中的內 源性組織(如，膠原和彈性蛋白)發出特徵性強綠色螢光信號，而內源性細菌由於內源性卟 啉的產生而發出獨特的紅色螢光信號。這些細菌包括，但不限於，在傷口部位處通常發現的 常見種類(如，葡萄球菌、鏈球菌、大腸桿菌、和假單胞菌種類)。通過利用自發螢光，關鍵的 傷口信息被實時獲得以提供傷口健康狀態的關鍵的生物學決定因素的早期檢測的方式，其 可以輔助分層患者用於最佳的傷口護理和處理。前藥氨基乙醯丙酸(ALA)在幾乎所有的活細胞中誘導卟啉形成。暴露於ALA 的許多細菌種類 能夠誘導原卟啉IX(PpIX)螢光[Dietel et al.，(2007). Journal of Photochemistry and Photobiology B :Biology. 86 :77_86]。研究了 超低齊[J量 ALA 用於 誘導細菌中PpIX形成並因此增加紅色螢光發射，以便增強採用所述成像裝置的細菌的紅 色-與-綠色螢光對比度。所述裝置被用於利用紫外/藍色激發光對活細菌培養物(金黃 色葡萄球菌，成像前在瓊脂板上生長24h)成像，如圖8中所看到的，其顯示被用在細菌學/ 培養實驗室中的所述裝置。在a)中，所述裝置被用於在白光下(圓圈)使活細菌培養物(金黃色葡萄球菌， 在成像前在瓊脂板上生長24h)成像。在b)中，紫外/藍色激發光顯示細菌的紅色自發熒 光，其可以從來自瓊脂生長培養基的背景弱綠色自發螢光辨別。在c)中，為了增加金黃色 葡萄球菌針對背景瓊脂的紅色-與-綠色螢光對比度，通常在光動力學療法(PDT)中使用 的超低劑量(約20yg/mL)的光敏劑氨基乙醯丙酸(ALA，在磷酸緩衝鹽水中)被局部地加 入到瓊脂板中的一些菌落中(標註為圓圈中的「ALA+」)，而其餘的瓊脂板為ALA-陰性的。 在37°C下孵育30分鐘後，所述裝置被再次用於在紫外/藍色光激發下使瓊脂板成像，因此 顯示與沒有接受任何ALA的那些菌落(方形)相比，來自金黃色葡萄球菌細菌的紅色螢光 的顯著增加(來自ALA-誘導的原卟啉IX，PpIX)。比較b)與c)表明ALA的添加對於增加 的細菌螢光可以是有利的。d)顯示來自c)的RBG圖像，其中來自瓊脂板的綠色螢光被去 除，因此揭示了用ALA處理的金黃色葡萄球菌(s. aureus)菌落中的增加的紅色細菌螢光。 這表明所述裝置開發對比劑策略的用途以增加用於例如傷口中細菌的靈敏檢測的信號背 景比的能力。ALA將PpIX螢光增加到可檢測的水平所需的時間為30分鐘，這表明該技術方 法也可以是臨床實施的。此外，這還說明所述裝置可以用於方便地對細菌中的光敏劑螢光 (如PpIX)成像，所述細菌生長在培養物中或患者的傷口中用於隨後的利用PDT的處理。金黃色葡萄球菌與約20 μ g/mL的ALA在37°C下孵育30分鐘後，與那些沒有接受 任何ALA的菌落(方形)相比，檢測到來自細菌的紅色螢光的顯著增加。這表明所述裝置 開發對比劑策略的用途以增加用於例如傷口中細菌的靈敏檢測的信號背景比的能力。ALA將培養物中細菌的PpIX螢光增加到顯著水平所需的時間為大約0. 5h，其表明該技術方法也可以是臨床實施的。對模擬的細菌汙染的肉樣品的測試揭示與由細菌培養物獲得的那些 類似的結果。通過噴霧到豬皮膚的傷口上的0. 2μ g/mLALA的局部施加導致在ALA給予後 約2h細菌卟啉紅色螢光對比度的顯著增加。這可以允許在傷口部位內和皮膚表面上的其 他位置用螢光成像檢測細菌汙染，其先前在白光成像下是隱藏的，如參照圖9和圖10所示 出的。圖9示出了所述裝置在豬肉樣品的皮膚表面上的結締組織和不同細菌種類的自 發螢光檢測中的應用的實施例。為了確定對於用所述裝置成像，細菌螢光的強度是否被增 強，通過利用常規噴霧瓶噴霧，將非毒性前藥氨基乙醯丙酸(ALA)(約0. 2mg/mL PBS)局部 施加於皮膚表面。所述肉樣品然後被置於37°C的不透光培養箱中約3-4h，直到利用所述成 像裝置進行白光和螢光成像。參照圖9，a)示出了用於測試的豬肉的白光圖像。在b)中，幾個細菌種類被施加 於在皮膚上製作的小切口 [(1)釀膿鏈球菌，2)粘質沙雷氏菌，3)金黃色葡萄球菌，4)表皮 葡萄球菌，5)大腸桿菌，和6)銅綠假單胞菌)]。在紫外/藍色激發光下，所述裝置顯示細 菌自發螢光(在傷口部位的綠色和紅色螢光)。內源性卟啉紅色螢光的存在也可以在皮膚 表面的其他區域中看到(紅色箭頭)。明亮的膠原螢光也可以在樣品的邊緣處被看到(藍 色箭頭)。支持肉樣品的泡沫聚苯乙烯容器的表面上的細菌也可以通過用所述裝置的自發 螢光檢測，但是在白光下是隱藏的(左板)。這表明所述裝置可以用於醫院、長期護理設施、 老年人家庭、和其他健康護理設置(其中汙染可以為感染的首要來源)中各種表面、材料、 儀器(如，手術儀器)上細菌或微生物和其他病原體的存在的檢測和成像。所述裝置可以 與指示生物和病原體策略的標準檢測、鑑定和計數一起使用。在c)中，非毒性前藥氨基乙醯丙酸(ALA) (0. 2mg/mL)被局部施加於皮膚表面以便 確定細菌螢光是否可以被增強。結果是，ALA給予後約lh，皮膚組織和傷口部位上，以及其 中保存肉樣品的泡沫聚苯乙烯容器的表面上(箭頭)，細菌卟啉螢光(明亮的紅色螢光)的 顯著增強。這表明通過螢光圖像指導的活組織檢查靶向的可能性，以及所述裝置在檢測和 利用例如PDT的感染區的隨後的處理中的應用。圖10示出了所述裝置在豬肉樣品的細菌感染的螢光對比增強的檢測中的應用的 實施例。a)示出了豬肉的白光圖像。幾個細菌種類被施加於在皮膚上製作的小切口(箭 頭)。在b)中，非毒性前藥氨基乙醯丙酸(ALA)(0.2yg/mL)通過利用常規噴霧瓶噴霧而 被局部施加至皮膚表面，並且成像裝置被用於使所得到的ALA-誘導的原卟啉IX(PpIX)紅 色螢光成像。利用紫外/藍色光(405nm)的皮膚表面的成像(ALA給予後約2h)，導致細菌 卟啉紅色螢光對比度的顯著增加，表明在模擬的手術傷口切口(箭頭)和皮膚表面的其他 地方內具有螢光成像的細菌汙染的存在的檢測，其先前在白光成像下是隱藏的(a和b中的 圓圈)。注意皮膚表面的一些區域(其沒有暴露於氧，因為樣品被「皮膚朝下」放置在容器 中)並不發射明亮的紅色螢光，可能由於對用於PpIX的細菌產生的氧的可疑的依賴性。一 些細菌產生明亮的綠色自發螢光信號，其也可以通過所述裝置檢測。在c)中，在另一豬肉 樣品中，在白光成像下隱藏的細菌(圓圈)僅利用自發螢光成像被容易地檢測(插圖)。然 而，如d)中所示，低劑量ALA的局部施加在2h後造成細菌螢光的顯著增加，表明作為螢光 成像對比增強劑的外源性前藥在細菌汙染的提高的檢測方面的效用。注意樣品中結締組織中內源性膠原和彈性蛋白的明亮的綠色自發螢光。在e)和f)中，ALA-誘導的螢光允許提 供圖像-指導的活組織檢查-靶向的可能性的皮膚表面上隱藏的細菌的檢測(圓圈)，以及 所述裝置在檢測和隨後利用例如PDT的感染區域的處理中的應用。所述裝置還可以與外源性「前藥」藥劑聯合使用，所述藥劑包括，但不限於，ALA, 其是FDA批准用於臨床治療指徵的，以增加細菌/微生物中的卟啉的內源性生產，並由此 增加從這些細菌發射的獨特的「嚇啉」螢光信號的強度，以改善所述裝置的檢測靈敏度和特 異性。因此，所述裝置可以用於使培養物中或患者的傷口中生長的細菌中的光敏劑-誘導 的螢光(如PpIX)方便地成像，用於隨後的圖像-指導的靶向的拭取或活組織檢查，或利 用光動力學療法(PDT)的處理[Jori et al. Lasers Surg Med. 2006 Jun ；38 (5) 468-81 ； Dougherty et al. (1998)J. Natl. Cancer Inst. 90,889-905 ；Carruth(1998)Int. J. Clin. Pract. 52,39-42 ；Bissonnette et al. (1997) Dermatol. Clin. 15，507-519]。PDT 可以提供 對目前抗生素處理的輔助或其中抗生素不再起作用(如耐藥的菌株)的替換方式。可獲得 的證據表明多_抗生素耐性的菌株作為天然菌株容易通過PDT被殺死，並且細菌不容易對 PDT發展抗性。這對於處理經歷癌症治療的患者、顯示對抗生素的抗性的HIV患者和具有持 續口腔感染的老年人中 的傷口是至關重要的[Hamblin et al. (2004) Photochem Photobiol Sci. 3 436-50]。所述裝置可以用於利用低功率激發/照明藍色/紫外光來檢測傷口和周圍正常組 織中的細菌或微生物，但是還可以其後直接用於消滅它們，例如，利用PDT或其他療法。通 過利用高功率紅色激發/照明光，在傷口部位內通過PDT，細菌或微生物中的內源性卟啉可 以被消滅。因此，該裝置可以具有用作用於臨床傷口護理的一體化非侵入性或非接觸性「發 現和處理」儀器的能力。此外，一旦細菌或微生物被檢測到，所述裝置可以用於利用PDT處理 和/或消毒傷口部位，然後所述部位可以在其後不久被重新成像，以確定PDT處理的效果。 在一些實施方式中，所述裝置可以僅用於檢測/僅診斷目的，並且可以不進行任何治療性 處理本身。所述裝置可以持續地被使用直到整個傷口和周圍正常組織已經被消毒，並且傷 口可以其後作為標準臨床跟蹤的部分以縱向方式被監測。來自所述裝置的螢光圖像可以被 用於確定PDT光敏劑或光產品的生物分布[Gudgin et al. (1995) J. Photochem. Photobiol. B =Biol. 29,91-93 ；Konig et al. (1993)J. Photochem. Photobiol. B :Biol.18，287—290]，因 為這些中的多數是內在地發螢光的，並且因此所述裝置可以用作靶向PDT處理光的方式。 所述裝置可以因此經由成像，指導PDT處理的完成(完整性)。類似地，所述裝置可以被用 於指導其他治療。由於一些光敏劑已知是可光漂白的[Jongen et al. (1997)Phys. Med. Biol. 42， 1701-1716 ；Georgakoudi et al. (1997)Photochem. Photobiol. 65, 135-144 ；Rhodes et al. (1997)J.Investig. Dermatol. 108,87-91 ；Grossweiner(1986)Lasers Surg. Med. 6,462-466 ；Robinson et al. (1998)Photochem. Photobiol. 67. 140-149 ；Rotomskis et al. (1996) J. Photochem. Photobiol. B :Biol. 33，61-67]，所述裝置的螢光成像能力 可以用於確定光敏劑的光漂白的程度或速率。該信息可以用於最優化PDT劑量測定 [Grossweiner (1997) J. Photochem. Photobiol. B =Biol. 38,258-268]，以便確保疾病的足夠 的處理，同時最小化對周圍正常組織的損傷。所述裝置(在一個實施方式中，具有這樣的激 發光源，其可以被選擇用於特定的激發波長和強度)也可以被用於遞送光用於與任何商購的和/或實驗性PDT光敏劑結合的PDT。因此，它可以在現有的臨床PDT指徵(如，用於皮 膚表面或中空器官)和/或商業/學術研究和未來PDT光敏劑的開發的場所內(臨床前和 臨床的)具有應用。 圖IOG示出了所述裝置在監測細菌對光動力學療法(PDT)的反應中的應用的實施 例。在皮氏培養皿中製備離體豬組織，並且在利用所述裝置進行樣品的BL和螢光成像前 24h用生物發光(BL)金黃色葡萄球菌汙染。生物發光和相應的螢光成像在PDT前和後，在 a，d)未汙染的，和b，e)SA-汙染的肌肉組織上進行。注意，金黃色葡萄球菌產生紅色螢光顏 色(e中的白色箭頭)。PDT通過以下方式在細菌-汙染的肉樣品上(通過黃色圓圈標記) 進行所述樣品與稱為亞甲藍(MB)的常見光敏劑孵育約30分鐘，隨後去除過量的MB (以及 用PBS衝洗)，並且隨後以約lOJ/cm2暴露於約670nm光源(這裡LED陣列)約10分鐘，以 便造成光動力學處理。比較b)和c)中的BL強度標度顯示了在PDT之後處理的肉樣品中 BL強度的顯著降低(如，PDT已經殺死了可測量比例的生物發光細菌，由此降低BL信號強 度)，並且金黃色葡萄球菌細菌(紅色)的螢光特徵(如，強度和生物分布)的改變可以利 用手持式成像裝置在PDT之後被看到。注意到肉樣品上的強烈綠色螢光(e中的粉色箭頭) 是通過非-BL銅綠假單胞菌在實驗期間的肉樣品的無意識的交叉汙染造成的(通過細菌學 確認)，並且所述裝置檢測到此。這些數據表明所述裝置在監測PDT用於處理生物(和非生 物)樣品中的細菌汙染的應用中的用途。(405nm激發；；490-550nm和> 600nm發射)。該裝置可以在臨床微生物學實驗室中被用作成像和/或監測裝置。例如，所述裝 置可以在常見微生物學分析中用於細菌菌落的定量成像和量化菌落生長。細菌菌落的螢光 成像可以被用於確定生長動力學。傷口中血液的成像血管生成，新血管的生長是在損傷或創傷後癒合傷口和恢復血流到組織所需的重 要天然過程。被設計成「打開」新的毛細管生長的血管生成療法是通過提供用於處理極有 害的和威脅生命的情況的統一的方法的變革性醫療。血管生成是傷口癒合所需的生理過 程。損傷後立即地，血管生成被多個分子信號引發，包括止血因子、炎症、細胞因子生長因 子、和細胞-基質相互作用。新的毛細管經由生物事件的級聯增生以在傷口床中形成肉芽 組織。該過程可以持續直到癒合的最終階段，當血管生成通過以下被停止生長因子的減少 的水平，炎症的消退，穩定的組織基質，以及血管生成的內源性抑制劑。血管生成途徑的缺 陷損害肉芽形成並延遲癒合，並且這些在慢性傷口中是明顯的[Tormesen et al. (2000)J Investig Dermatol Symp Proc. 5(1) :40_6]。通過用選擇的窄波長帶(如藍色、綠色和紅 色部分)的光照亮組織表面或檢測幾個窄帶寬的可見光譜內的白光的反射(如，來自白光 的血液吸收光譜的峰吸收的選擇的波長)，所述裝置也可以用於對傷口內和周圍(包括周 圍正常組織)的血液和微脈管網絡的存在成像，由此也揭示紅斑和炎症的區域。現在參照圖11。所述裝置可以使用單獨的濾光片(如405nm、546nm、600nm，每個 +/-25nm)，以便顯示對傷口中的血液和微脈管系統成像的可能性。傷口的白光圖像可以用 所述裝置收集，然後裝備有被置於成像檢測器前的三帶通濾波器(如405nm、546nm、600nm， 每個+/-25nm)的所述裝置可以對來自傷口的藍色(B)、綠色(G)、和紅色(R)反射的光成分 的分離的窄帶寬進行成像。這些波長帶可以基於血液(包含氧化和去氧血紅蛋白)的峰吸 收波長，在可見光波長範圍內被選擇。所得的圖像可以產生視野中通過血液的可見光的相對吸收，和因此產生的反射。所得的「血液吸收」圖像產生傷口和周圍正常組織中血液和/ 或微脈管網絡的存在的高對比圖像。臨床醫生可以選擇與所述裝置一起使用的適當的濾光 片設置，以獲得傷口內血液和/或微脈管分布的圖像，並結合該信息與自發螢光成像和用 外源性對比劑的成像中的一個或兩個。這可以提供在形態學、形狀學、解剖學、生理學、生物 學和分子水平上的傷口和周圍正常組織的綜合的信息集，其目前可能在常規傷口護理實踐 中是不可能的。圖11示出了所述裝置用於對傷口中的血液和微脈管系統成像的的應用的實施 例。所述裝置被用於對一片染有血液的濾紙(a)和手術期間小鼠的耳朵(b)成像。利用成 像裝置，以非螢光模式，收集每個試樣的白光圖像，然後所述裝置被裝備有置於成像檢測器 (405nm、546nm、600nm，每個+/-25nm)之前的三帶通濾波器，以對來自試樣的藍色(B)、綠色 (G)、和紅色(R)反射的光成分的分離的窄帶寬成像。基於可見光波長範圍中(a中的插圖) 的血液的峰吸收波長來選擇這些波長帶，示出了對於血液中氧-和去氧的血紅蛋白的吸收 光譜分布。這表明利用簡單的多頻帶透射濾波器，可以將三個B、G、R圖像結合成單一的「白 光等效」圖像，其測量視野中通過血液的光的相對吸收。所得的「血液吸收」圖像產生包含 氧-和去氧血紅蛋白的血液的存在的高對比圖像。所述裝置可以與較窄的帶寬濾波器一起 使用，以產生例如傷口中血液吸收的較高對比圖像。由於觀察血管內事件的困難，體內傷口修復期間隨時間的血管生成的調節很大程 度上是未開發的。雖然成像裝置的最初測試是探索性的，但是現存的原型裝置的簡單修改 可以允許體內傷口癒合過程期間血液供應和微脈管網絡中的動態變化的縱向成像。皮膚和口腔的成像 該裝置可以適合於對皮膚、嘴和口腔成像。所述裝置可以允許檢測由於小的皮膚 損傷(如切口、磨損)造成的結締組織改變和經常在正常皮膚上發現的內源性細菌(如，瘡 皰丙酸桿菌，或P. acnes)所述裝置還可以適合於口腔中的牙菌斑、齲齒(carries)和/或癌症的多光譜成 像和/或監測。所述裝置可以用於基於異常或癌性組織中獨特的自發螢光信號的存在來檢 測菌斑、牙周病、齲齒和癌症以及局部口腔感染的存在。所述裝置可以使用白光、螢光，有 或沒有自發螢光或外源性螢光劑，以及反射成像以提供口腔中牙周病、菌斑、以及齲齒和癌 症的實時檢測和診斷。所述裝置可以記錄用於醫療記錄分類的圖像。不同於通過現存的 產品如 VELscope System(由 Vancouver-based company LED Medical Diagnostics Inc. (LED-MD)製造)使用的直接(即，裸眼)觀察方法，本裝置可以提供組織白光、螢光和反射 信息的數字成像和記錄。在皮膚病學中，所述裝置可以用於檢測正常皮膚上的細菌。例如，圖12示出了患 者面部的正常皮膚的高解析度自發螢光成像，其中檢測到來自常見細菌瘡皰丙酸桿菌的清 晰的紅色螢光。圖12示出了所述裝置用於患者的口腔和皮膚表面的非侵入性高解析度數字靜止 或視頻成像的應用的實施例。如a)中所示，所述裝置可以用於嘴和口腔的成像。紫外/藍 色光激發激發了來自牙齒的自發螢光，與富含血液的齒齦相比，其顯示為強綠色螢光。利用 該裝置，基於牙齒和齒齦組織的自發螢光，牙周病和齲齒可以容易地被檢測。從通常在皮膚 毛孔內發現的瘡皰丙酸桿菌(P. acnes)可以檢測到嘴唇邊緣的紅色螢光。紅色螢光通過內源性細菌卟 啉產生。注意嘴唇上個體的毛孔(紅色箭頭)中P. acnes的檢測。類似地，在 b)中，來自舌頭的正常菌群中的內源性卟啉的紅色螢光作為舌頭表面上的明亮的紅色螢光 「毯」被容易地檢測。所述裝置還可以用於基於正常與前_和瘤性組織之間的光學性能(如， 吸收、散射、自發螢光)方面的差異，檢測口腔中的早期癌症。所述裝置可以用於「掃描」粘 膜癌症的口腔，或測定抗癌治療如PDT或其他技術的作用。所述裝置還可以用於對皮膚表 面成像。在c)_e)中，所述裝置通過檢測由皮膚表面的紫外/藍色光激發產生的自發螢光 對患者面部上的皮膚成像。來自P. acnes的紅色螢光可以在面部的區域(e)中被容易地檢 測。所述裝置可以用於成像和/或監測皮膚病學介入(如局部乳膏，藥物和其他抗生素等) 對患者皮膚的潛在作用。在f)和g)中，所述裝置還被用於對患者皮膚上的小切口(箭頭， h)、擦痕和磨損，以及手指上的牛皮癬(箭頭，i)成像。在紫外/藍光下，所述裝置檢測來 自傷口部位和周圍正常皮膚的結締組織成分(如膠原和彈性蛋白)的組織自發螢光，以產 生細微皮膚損傷的高解析度圖像。P. acnes是尋常痤瘡(即，丘疹)的病因，並且是人類皮 膚的毛皮脂腺的常見駐留物，並在白光可視化下是隱藏的。在不需要外源性藥劑/藥物的 情況下，可以獲得這些自發螢光圖像，並顯示了所述裝置檢測單一皮膚毛孔中的細菌卟啉 螢光的能力。圖12J示出了所述成像裝置用於實時螢光檢測皮膚上的常見細菌群的應用的實 施例。a)檢測到鼻子上和鼻子周圍的紅色螢光，來自常在皮膚毛孔內發現的瘡皰丙酸桿菌 (P. acnes) 0 b)螢光成像還可以用於同時檢測和監測皮膚上的多於一個的細菌種類，例如， 瘡皰丙酸桿菌顯示為紅色螢光(紅色箭頭)而銅綠假單胞菌顯示為明亮的綠色(綠色箭 頭)。這些數據表明所述裝置在區別不同細菌種類的相對濃度/水平，測定它們在體表的生 物分布，和監測對皮膚病學和美容學應用中的抗菌處理的反應中的應用。c)示出了在來自 從健康志願者的鼻子上的正常皮膚採集的拭子的瓊脂板上生長的培養物的螢光圖像的實 例。細菌學結果顯示銅綠假單胞菌的存在。這樣的成像和記錄皮膚表面上的細菌的存在和生物分布的能力使得所述裝置可 潛在地用於皮膚病學和美容學領域中。例如，螢光成像可以在皮膚病學處理和/或藥物/ 美容製劑(如，局部軟膏，藥物和其他抗生素，皮膚消毒劑，痤瘡處理等)施加至正常和異常 皮膚狀況之前，期間和之後進行，所述狀況包括，但不限於，疤痕、過度著色、痤瘡、牛皮癬、 溼疹、皮疹等。螢光/反射圖像-指導的紋身去除(如利用手術或可利用的雷射處理)也 可以為採用所述裝置的選項。所述裝置還可以用於對患者皮膚上的微小切口、擦痕和磨損 成像，並且在紫外/藍光下，來自傷口部位和周圍正常皮膚的結締組織成分(如膠原和彈 性蛋白)的組織自發螢光輔助檢測微小皮膚傷口癒合期間結締組織中的白光隱藏的變化 (如在圖12h，12i中看到的)。此外，所述裝置還可以用作實際的、成本有效的和敏感的基 於圖像的工具，用於以非侵入性的方式早期檢測隱藏的皮膚癌症和非癌性(即，良性)損傷 [Chwirot et al. (1998)Eur J Cancer. 34(11) :1730_4]。所述裝置於是可以用於為損傷的 手術切除或PDT提供圖像指導。對於後者，螢光成像可以監測PDT反應並藉助受影響的區域 的多個縱向圖像掃描來確定隨時間的處理的完整性。所述裝置可以實時用於確定PDT光敏 劑定位和生物分布和光漂白，並且這可以被繪製到待處理的區域的白光圖像上用於解剖比 較。然後可以利用所述裝置的白光和螢光成像能力來檢測正常和疾病或燒傷組織之間的光 學性能的變化。所述裝置還可以用於成像、評估和縱向監測燒傷中的癒合過程或測定燒傷患者的處理中皮膚移植物或暫時的皮膚替代物的反應[Bishop (2004) Crit Care Nurs Clin North Am. 200416(1) :145_77]。所述裝置還可以用於在具有電離輻射的患者的處理期間檢 測和監測晚期輻射引起的皮膚損傷[Charles (2007) J Radiol Prot. 27(3) :253_74]。此 外，所述裝置可以用於對嘴和口腔成像，尤其在其中所述裝置是小型和緊湊 的實施方式中。試驗性成像研究表明所述裝置可以檢測口腔中的內源性細菌(如，舌頭 表面上和齒齦線上的牙齒之間)，表明在齲齒(caries)和牙周病的臨床檢測中的應用 [Pretty (2006) J Dent. 34(10) :727_39]。此外，組織自發螢光已經顯示在檢測口癌中是有 用的[Kois et al. (2006)Dent Today. 25(10) :94，96_7]。所述裝置可以用於基於正常、瘤 形成前的口腔組織和瘤形成口腔組織之間的光學性能(如吸收、散射、自發螢光)的差異來 檢測口腔中的早期癌症。此外，所述裝置可以用於「掃描」 口腔用於黏膜癌，並監測對治療 的反應。總之，所述裝置可以用於成像和/或監測靶，如皮膚靶、口腔靶、耳鼻喉靶、眼睛 靶、生殖器靶、肛門靶、和患者上的任何其他合適的靶。在惡件傷口中的應用惡性傷口還已知為腫瘤壞死、黴菌樣生長傷口、潰瘍形成癌性傷口、或惡性皮膚傷 口。惡性傷口對於患者、家庭，甚至對於有經驗的臨床醫生都可能是情感和身體的挑戰。黴 菌樣生長和潰瘍形成傷口可能是難看、惡臭和痛苦的。這些傷口可以為疾病進展的指徵， 並且可以變得感染，導致延遲的/阻礙的癒合和相關的病態，因此，導致患者降低的生命質量。許多癌症患者具有這樣的知識，它們的疾病是進展的和不能治癒的。對於非 常少數的這些人，這種現實以惡臭、滲出、壞死的皮膚損傷的形式存在，其可能是疾病進 展的持續性的身體提醒物(Mortimer PS. In =Doyle et al. editors. Oxford Textbook of Palliative Medicine(2nd ed) · Oxford :Oxford University Press,1998,617-27 ； Englund F. RCN Contact 1993 ；Winter 2-3) 這些損傷通常被稱為「黴菌樣生長傷口」， 術語「黴菌樣生長」指的是潰瘍形成和增生性生長的惡性過程(Grocott P. J Wound Care 1995 ；4(5) :240-2)。具有佔主導的增生性生長模式的損傷可以發展為小結「真菌」或「花 椰菜」狀損傷，而潰瘍形成的損傷將產生具有火山口(crater)樣外觀的傷口(Grocott P. J Wound Care 1999,8(5) 232~4 ；Collier Μ. Nurs Times 1997 ；93 (44) :suppl 1-4) 這樣 的損傷還可以以增生性和潰瘍形成的區域的混合的外觀存在(Young Τ. Community Nurse 1997 ；3 (9) 41-4)。惡性傷口可以以以下方式之一發展·作為原發皮膚腫瘤的結果，如鱗狀細胞癌或黑色素瘤。·通過潛在的腫瘤，如乳腺癌，或血液惡性腫瘤如皮膚T細胞淋巴瘤(蕈樣肉芽腫 病)，通過皮膚的結構的直接侵入。 來自遠距離腫瘤的轉移性擴散。轉移可以沿著組織平面、毛細管或淋巴管發生。惡性傷口通常難以管理，與它們的位置、氣味、過量滲出物、和出血傾向有關。每個 惡性傷口在其外觀和呈現的症狀方面可以是獨特的。與惡性傷口相關的常見症狀包括惡 臭、過量滲出物、感染、出血、傷口周圍皮膚的浸軟和剝落、瘙癢、疼痛、敷料的不良美學和美 容作用。目前，護理方法主要是整體的並主要是緩和的，目的是控制傷口部位處的症狀並減少傷口對患者的日常生活的影響，主要是通過鑑定細菌/微生物感染和監測癒合的跡象。 除非病變被控制，否則這些傷口不被預期癒合。所述裝置可 以用於進行這樣的傷口的臨床評估(如，物理和生物檢查)。所述裝 置可以提供在整個處理中以基線和規律的間隔進行全面的基於圖像的傷口評估的方式 (即，縱向監測)，傷口評估包括慢性惡性傷口的位置，傷口大小，顏色，任何排出物或引流 物的類型和數量，系列白光(如，用於顏色改變)和螢光(如，用於組織結構，細胞，生物，和 分子改變)圖像，並且可以提供實時的感染的任何跡象和症狀的評估，這將影響處理計劃 和效果。所述裝置可以被整合到目前的臨床實踐中用於這樣的惡性傷口的評估和護理。外源件螢光對比劑的成像能夠在系統水平探測生物系統的高度有效的分析方法的開發是重要的任務，其被 需要以便滿足系統生物學的新興領域的需求。光學分子成像是用於體內實時研究特定生物 分子的時間和空間動力學以及它們的相互作用的非常有力的工具。光學分子成像中幾個最 近的發展已經出現，如分子探針的發展(其使得成像更明亮、更穩定和生物學上信息更多) (如FP和半導體納米晶體，也稱為量子點)，成像方法的發展(其提供更高的解析度和更大 的組織穿透性)，以及用於從分子到有機體水平測量生物學事件的應用。這些進展也可以應 用於疾病診斷(如傷口護理)和藥物篩查。然而，目前的螢光成像裝置是較大、複雜的，並 涉及昂貴的光學部件和非常敏感的照相機檢測器，其使得這樣的系統極其昂貴。這裡開發 的所述裝置提供了對於這些成本_限制的系統的備選方案，用於臨床前或研究探討以及可 能的這樣的方法的臨床平移。現在參照圖13。所述裝置還用於在螢光下對動物成像以用於總體觀察，從而確定 整個皮膚表面來自BPD光敏劑的螢光的程度。圖13顯示了所述裝置在體內用於外源性螢光 對比劑(如，量子點，QDot)的實時成像和靈敏檢測的用途。在a)中，所述裝置被用於對具 有轉移到骨的人類乳腺腫瘤細胞的殺死的大鼠中後腿中的外源性螢光對比劑成像。所述大 鼠被預先注射有用於不相關的光動力學治療實驗的稱為苯並卟啉衍生物(BPD)的螢光光 敏劑。所述大鼠經由左後腿中的皮下注射被給予兩種不同的螢光半導體納米顆粒溶液(這 裡，QDot)，每個發射在540 (+/-15) nm和600 (+/-15) nm溶液處的螢光。注射間隔約1cm。所 述裝置隨後被用於利用紫外/藍色激發光對大鼠的整個身體成像。大鼠皮膚出現紅色，並 且這可能是由於來自實驗前給予大鼠的苯並卟啉衍生物(BPD)光敏劑(其用於隨後的PDT) 以及灰塵和食物汙染(來自其中容納大鼠的籠子)的螢光的組合。仍參照圖13，在b)中，來自綠色和紅色QDot (插圖)的螢光在注射部位處的皮膚 之下被容易地檢測到，其中由於紅光的較大組織穿透性，紅色Qdot發射較明亮的信號。c) 示出了 b)中所示的後腿的放大圖像。所述裝置能夠以足夠的信噪比同時檢測與背景組織 自發螢光一起的多個螢光對比劑(綠色和紅色箭頭)，以便允許其在體內在多路分子靶向 的螢光對比劑的臨床前和預期的臨床螢光成像中的應用。注意綠色螢光弱於紅色，這是因 為紫外/藍色激發光和隨後的綠色Qdot螢光優先被血液吸收，並且紅色Qdot螢光具有較 大的通過組織的穿透深度。在d)中，所述裝置還用於在螢光下對動物成像以用於總體觀 察，從而確定整個皮膚表面來自BPD光敏劑的螢光的程度。所述裝置還可以用於通過檢測 皮膚下的表面血管來指導利用針的靜脈注射。所述裝置由此可以用於檢測發螢光腫瘤，如 被螢光蛋白轉染並以異種移植物或原位模式皮下生長的那些。因此，所述裝置可以用於利用多個外源性螢光分子靶向劑可視化多個傷口癒合和/或感染的生物標記物(如，用於基 於原位圖像的細菌學)。為了提高螢光對比劑在臨床前研究中的應用以及最終用於光學分子成像技術的 臨床平移，期望能夠相對快速的區分和鑑定不同螢光劑。在e)和f)中，所述裝置還被用 作相對快速的鑑定哪個螢光對比劑在注射前在注射器中的方式，其在標準白光下是不可能 的，展示了所述裝置作為成本有效的螢光圖像指導的技術在螢光圖像指導的手術和/或 PDT過程期間快速地提供有用的信息中的應用，其中螢光化合物被常規使用，可能甚至在新 興的傷口護理技術中。螢光-圖像指導的手術 新興領域是螢光成像在診斷性篩查和圖像指導的手術中的應用。克服利用白光的 標準手術的限制，螢光圖像可以在體內基於螢光(如自發螢光或來自外源性靶向的/非靶 向的對比劑的螢光)輔助腫瘤的手術切除以及檢查腫瘤去除的完全性(如，清楚的邊緣)。 螢光圖像指導的手術已經在臨床前和臨床展現出存活率的提高[Bogaards et al. (2004) Lasers Surg Med. 35 :181_90]。例如，在對大鼠的探索性手術期間，所述裝置可以提供手術 域的標準白光成像。現在參照圖14。進行幾個測試以顯示所述裝置用於小動物中螢光圖像指導的手 術的應用。探索性手術在安樂死的雌性大鼠上利用成像裝置進行。圖14示出了所述裝置 利用成像對比劑用於螢光圖像指導的手術的用途的實施例。在探索性手術期間，所述裝置 提供手術域(這裡是指雌性大鼠上的腹部)的標準白光成像(a)。外科醫生使用所述裝置 的觀察屏以指導所述過程，容易且快速地在白光與螢光模式之間切換。在b)中，利用紫外 /藍色激發光，所述裝置提供不同類型的組織之間增加的對比，這在白光成像期間是不可能 的。例如，結締組織顯示為明亮的綠色螢光(綠色箭頭)，而皮膚表面(具有紅色螢光光敏 劑BPD)顯示為紅色(紅色箭頭)，並且被預先注射到後腿中的Qdot顯示為明亮的紅色(藍 色箭頭)。螢光成像被用於檢測手術過程中手術儀器和設備(如，紗布、帶、毯等)的汙染。 在c)中，所述裝置還顯示通過在所述過程中檢測汙損的/汙染的手術紗布的應用。與標準 白光相比(在其下所有的紗布顯示為乾淨的)，與乾淨的紗布(右)相比，用於在手術期間 清潔皮膚和手術域的紗布顯示為紅色螢光(左)。所述裝置還被用於動物模型中外源性螢光對比劑的實時檢測(如，用於體內試驗 中的標記的細胞追蹤和命運，用於在再生醫學的組織工程化研究等)。為此，在手術期間，所 述裝置以螢光模式被使用以對注入大鼠的心肌和肺內的紅色螢光QDot的存在成像(d)。在 紫外/藍色激發光下，紅色Qdot可以容易地在心(e)和肺(f)內被檢測到，由於在這些器官 中的血液的高濃度，其顯示為深色，表明所述裝置在指導和靶向活組織檢查或顯微手術過 程中的應用，尤其是那些針對癌症的檢測和去除的(如，利用自發螢光或螢光對比增強)。 注意通過所述裝置檢測的明亮的紅色自發螢光來自結腸中消化的食物材料。在g)中，所述 裝置顯示了其在對小動物成像研究中常用的螢光腫瘤模型成像中的效用。摻雜有螢光染料 的固體球形聚合物腫瘤模型以各種尺寸製備並被置於手術域內，以顯示所述裝置在小動物 癌症模型中提供快速「高對比」螢光成像的能力。這些結果表明所述裝置在藉助螢光指導檢測亞mm大小的損傷中是有用的，其可 以用於靶向活組織檢查或顯微手術過程，尤其是那些針對癌症的檢測和去除的(如，利用自發螢光或螢光對比增強)。所述裝置還可以在對常規用在小動物成像研究中的螢光腫瘤 模型(phantoms)成像中具有作用。圖15示出了用於圖9中大鼠的高解析度螢光圖像指導的手術的顯像記錄的裝置 的實施例。所述裝置能夠提供用標準白光(WL) (a)和螢光(FL) (b)採集的靜止數字圖像和 電影，其可以在之間容易地切換。這裡，所述裝置被用於利用白光和螢光成像捕獲大鼠上的 手術過程的數字電影。外科醫生使用所述裝置的數字顯示屏以利用螢光指導完整的手術過 程，其中白光不能提供足夠的信息。在c)_e)中，例如，在紫外/藍色光激發下，螢光成像為 外科醫生提供不同類型的組織之間重要的圖像對比。血管可以在螢光下被清楚地看到，並 且結締組織可以從胃腸道被辨別。消化的食物材料也可以被辨別。所述裝置可以提供用於 圖像指導的手術介入或活組織檢查的實時成像方案，允許外科醫生在手術期間進行關鍵判 斷。手術的數字靜止和/或電影捕獲可以允許所述過程的回顧分析用於患者健康記錄和醫 療員工未來的技能訓練。所述裝置還可以在手術過程期間記錄聲音，由此允許每個手術過 程的要被收集的完整記錄。所述裝置的效用還作為高度有用的工具被顯示，用於動物中，以 及潛在的人類手術中，圖像指導的最小侵入的顯微手術。圖16示出了所述裝置被用於小鼠心肌梗死模型中(a)組織的自發螢光圖像指導 的手術切除的實施例。在探索性手術期間，所述裝置提供開放手術域，這裡，小鼠的腹部(b) 的標準白光(WL)成像。外科醫生使用所述裝置的觀察屏以指導所述過程，在白光和螢光模 式之間容易和快速地切換。利用紫外/藍色激發光，所述裝置提供不同類型的組織之間的 高對比度，其在白光成像期間(c)是不可能的。例如，多個內臟器官利用高解析度自發螢光 成像被可視化。在d)中，在手術前和手術期間，所述完整的動物可以用螢光成像(e)。圖17示出了所述裝置被用於小鼠腦的非侵入性實時自發螢光圖像指導的手術的 實施例。在探索性手 術期間，所述裝置提供開放的手術域的標準白光(WL)成像(a)，這裡， 可以看到小鼠的頭骨。外科醫生利用所述裝置的觀察屏以指導手術過程，在WL和螢光(FL) 模式之間容易且快速地切換。b)示出了在組織自發螢光下，通過所述成像裝置提供的手術 域(這裡，完整的頭骨)的示圖。注意手術區是黑暗的，主要是由於由血液造成的紫外/藍 色激發光和所得的自發螢光的吸收。與來自毛皮的明亮綠色螢光相比，口鼻和眼睛顯示明 亮的紅色螢光。c)示出了在WL下具有去除的頭骨蓋的手術域，而d)示出了利用所述成像 裝置用紫外/藍色激發光的腦表面的自發螢光圖像。外源性對比劑(這裡，紅色螢光量子 點)直接注射到腦的右半球中產生明亮的紅色螢光(箭頭)(e)。這表明所述裝置用於對熒 光對比劑，特別是對高解析度螢光圖像指導的手術成像的效用。在臨床護理中的應用雖然目前的傷口管理實踐旨在降低患者傷口的發病率和死亡率，但限制是健康護 理資源的可利用性。將遠程醫療技術併入到傷口護理需求的潛力目前正被開發。傷口護理 是需要長期專門護理的慢性和非常虛弱情況的護理的表達。全球改進的生活條件和健康護 理的發展的主要影響已經導致人們生活得更長。因此，世界的老年人和具有將需要醫療注 意的慢性醫療情況的那些的百分比正在上升。隨著健康護理的逐步增加的成本，以及朝向 門診患者護理的工業的推動，這是需要立即的關注的健康護理危機的一部分。本裝置可以提供關於傷口的生物學相關的信息並可以開發新興遠程醫療(如， E-健康)基礎結構以提供用於移動傷口護理技術的解決方案並可以極大地影響傷口健康護理處理。傷口護理佔由護士和健康護理工人進行的家庭訪問的較大的百分比。儘管有最 佳實踐，但是一些傷口並不如預期的癒合並需要臨床專家的服務。這裡所述的裝置可以使 得能夠獲得專門的臨床資源以幫助從患者家裡或慢性護理設施的方便處理傷口，其降低客 戶的行程時間，增加對臨床傷口專家的可利用性，並可以減少健康護理系統的成本。所述成像裝置的不同應用已經被討論，用於傷口評估、監測和護理管理。所述裝置 可以用於檢測和監測傷口癒合過程中結締組織(如膠原，彈性蛋白)和血液/脈管供應的 改變，基於螢光監測傷口中的組織壞死和滲出物，檢測和診斷傷口感染，包括潛在地表明傷 口的表面和深處細菌或微生物的存在的臨界「臨床有意義」的分類(如，用於檢測汙染、菌 落形成、臨界菌落形成和感染)[Kingsley ，Ostomy Wound Manage. 2003Jul ；49(7ASuppl) 1-7]，提供傷口的形態學信息，並鑑定傷口邊緣和周圍正常組織。組織螢光和反射成像數據 可以被「繪製」到傷口的白光圖像上，由此允許傷口和周圍正常組織內必要的傷口生物化學 和光生物學(如螢光)信息的可視化，其至今還不是可能的。傷口的實時成像可以隨時間 進行以監測傷口癒合的變化，並通過提供關於在組織/細胞水平上存在的潛在的生物改變 的有用信息(如基質重塑、炎症、感染和壞死)來潛在地監測處理的有效性。這可以提供用 於患者中的檢測、診斷和處理監測的定量和客觀的傷口信息。尤其是，所述裝置可以用於在 生物水平上(如細菌水平上)監測和/或追蹤治療的有效性，其可以提供比僅利用白光監 測宏觀/形態學外觀更多的信息。所述裝置可以提供實時非侵入性圖像指導的活組織檢查靶向，臨床操作指導，組 織表徵，並能夠利用常規和新興模式(如PDT)進行圖像指導的處理。此外，所述成像裝置的 使用可以用於使通過螢光(如，內源性組織自發螢光和/或給予外源性分子_生物標記物 靶向的螢光對比劑)獲得的關鍵的生物學和分子傷口信息與現存的和新興的臨床傷口護 理評估和處理指導相關聯，如由Sibbald et al.提出的NERDS和STONES指導方針(Sibbald et al. Increased Bacterial Burden and Infection :The Story of NERDS and STONES. ADV SKIN WOUND CARE 2006;19:447-61)。用所述裝置獲得的螢光成像數據可以被用於空 間和光譜地表徵傷口的表面和深水平處的細菌平衡和負載。所述裝置可以提供實時非侵入 性圖像指導的活組織檢查靶向，臨床過程指導，組織表徵，並且使得能夠利用常規和新興模 式(如，光動力學療法，PDT)進行圖像指導的處理。所述裝置可以在臨床環境中被使用並 被整合到常規臨床傷口護理方案中，並可以在感染性疾病的領域具有明顯的作用。還應當 注意，該裝置也可以被用於經由常規獸醫護理，用於動物和寵物中慢性和急性傷口的實時 分析，監測和護理。該裝置可以允許用於較大的患者群(同齡組)基礎的實時傷口癒合評估。尤其 是，老年人，糖尿病、免疫抑制和行動不便的個體具有慢性傷口和其他皮膚痛苦的增加的發 生率，其是產生自不良的循環和行動不便，如褥瘡如褥瘡性潰瘍(bed sores)，靜脈淤滯潰 瘍，和糖尿病潰瘍。這些慢性狀況(病症)極大地增加護理成本並降低患者的生命質量。隨 著這些群體數量的增加，對於先進的傷口護理產品的需求將增加。該裝置可以通過允許在 許多環境中(包括醫院、門診部、慢性護理設施、家庭內訪問健康護理、急診室和健康護理 設施中的其他關鍵區域)監測慢性和急性傷口的成本有效的方式來影響患者護理。此外， 這樣的「手持」和可攜式成像裝置可以被護理和救護車員工容易地攜帶和使用。疤痕形成 的早期鑑定(其涉及傷口的結締組織產生和重塑)，以及細菌感染可以被檢測和適當地處理目前困難的一些事情。此外，包括多個敷料類型(如，膜、水狀膠體、泡沫、抗菌劑、藻酸鹽、非粘合的，浸漬的)、水凝膠、傷口清潔劑和清除劑、組織工程化的產品(如，皮膚置換， 替換，和組織工程化的產品如基於合成的聚合物的生物組織和生長因子)，傷口清潔劑，藥 物產品，和物理治療的先進的傷口護理產品的最近的開發也可以受益於這裡開發的所述裝 置，因為它可以允許基於圖像縱向監測這樣的處理的有效性。物理療法可以包括水療法，、 電刺激、電磁刺激裝置、紫外線療法、高壓氧療法、超聲裝置，雷射/發光二極體(LED)器件， 和傷口成像/記錄。傷口組織分析通常對於皮膚傷口的癒合的評估是必須的。傷口中肉芽組織、纖維 和壞死的百分比，以及處理期間它們的變化可以提供可以指導傷口處理的有用信息。圖像 分析可以包括先進的統計模式識別和分類算法，以基於傷口和周圍正常組織的光學信息來 鑑定用所述裝置收集的螢光傷口圖像內的單獨像素。因此，圖像分析可以允許傷口圖像被 繪製到傷口的各個成分，包括總傷口面積、上皮形成、肉芽形成、脫皮、壞死、超肉芽形成、感 染、逐漸損害和包圍組織邊緣。這具有提供傷口癒合率的相對快速的測定、以及告知指導患 者管理決定的增加的優點。圖25示出了用於在臨床傷口護理環境中成像裝置的項目管理工作流程。所述裝 置可以被容易地整合到例行傷口評估、診斷、處理和反應的縱向監測，並可以實時提供傷口 的關鍵生物學和分子信息用於適應性介入期間快速的決策。該裝置可以容易地被整合到現存的健康護理計算機基礎結構(如，由增加數量的 內科醫生或其他健康護理專業人士使用的臺式和可攜式PC)用於常規臨床環境中患者傷 口管理的縱向圖像分類。所述裝置的無線接收和傳輸數據能力可以允許通過現存和未來的 無線遠程醫療基礎結構來遠程監測傷口護理和癒合。所述裝置可以用於經由網際網路或通過 無線服務，如行動電話，PDA或智慧型電話服務，將必須的醫療數據(如傷口健康狀態)傳輸 到遠處位置，其可以允許遠程醫療介入，在軍事醫療應用中對於戰場傷口管理具有進一步 的效用。所述裝置可以允許傷口位置的實時表面成像並可以在臨床環境中由護理點員工容 易地攜帶。使用成本有效的高度靈敏的商購數字成像裝置，如數位相機、可攜式電話、PDA、 膝上型計算機、平板PC、網絡攝像機、和智慧型電話等作為圖像捕獲或記錄部件，所述裝置可 以提供基於圖像的傷口癒合的記錄和處理效果的追蹤。並且，該技術可以通過潛在地使其 適合用於在商購可攜式電話中埋置的高解析度數位相機而還可以適於「無線」模式中的功 能，以允許遠程醫療介入。通過利用基於網絡的遠程醫療和遠程醫療監測基礎結構，所述成像裝置可以被整 合到傷口評估系統的「保存並轉發」概念中。除了提供數字圖像外，這樣的系統可以提供滿 足臨床實踐指導方針的推薦的臨床數據的廣泛的集合。目前披露的裝置可以整合到待被健 康護理設施使用的基於計算機的傷口評估系統(如，具有圖像分析軟體)以增強現存的臨 床資料庫並支持基於證據的實踐指導方針的實施。這樣的整合的遠程醫療基礎結構可以 用於在家中或在長期護理設施中監測患者，其可以受益於通過有資格的臨床醫生的例行監 測，但是目前沒有獲得該護理。該裝置可以進一步發展為便攜的手持式護理點診斷系統，其 可以代表檢測、監測、處理、和防止在發達和發展中世界中散布的感染性疾病的主要進展。 這種知識可以顯著地改進對於實施者可利用的診斷工具，所述實施者在其中定量培養物不 可獲得的環境中處理慢性傷口。
所述裝置可以允許具有光學和數字變焦能力的數字成像(如，埋置在常規可獲得 的數字成像裝置中的那些)。靜止或視頻圖像質量可以是「高清晰度」格式，以實現組織表 面的高空間解析度成像。圖像可以被記錄為靜止/固定幀和/或視頻/電影格式，並利用 標準成像列印方案列印，其需要(如，經由USB連接)或不需要(如，PictBridge)個人計算 機。所述圖像/視頻數據可以被傳輸至個人計算機用於數據歸檔保存和/或圖像觀看和/ 或分析/處理。所述裝置還可以利用有線或無線能力(如藍牙)將數據傳送至印表機或個 人計算機。可視化可以在手持式裝置屏幕上進行和/或利用標準輸出視頻電纜在顯示屏/ 監視器(如頭固定式顯示器(head-mounted display)和眼鏡)上同時觀看。該裝置可以 結合或單獨地顯示具有成像景象的空間維度的光學波長和螢光/反射強度信息，以允許隨 時間的距離的定量測量(如，監測組織形態學/形狀的變化)。所述裝置還可以允許圖像和 相關患者醫療數據的數字圖像/視頻保存/分類，例如，利用具有成像分析能力和/或診斷 算法的專門的軟體。圖像分析圖像分析可以與所述裝置一起使用，以定量測量傷口和周圍正常組織中的外源性 光學分子靶向探針的多個螢光光譜(如，多路成像)的螢光強度和相對變化。所述螢光探針 的生物分布可以基於收集的螢光圖像被確定，並且這些可以在個別的臨床傷口成像段之間 隨時間被監測用於變化。通過利用所述裝置確定光譜_獨特的螢光探針的每個和全部的存 在和定量的豐度(abundance)的相對變化，臨床操作員可以例如，通過利用查找表(其中特 定組織，細胞和分子信號與傷口健康，癒合和反應狀態關聯顯示)，實時或接近實時確定給 定傷口的健康和/或癒合狀態和隨時間對處理的反應，其實施例在圖21中示出(從Bauer et al. , Vasc & Endovasc Surg 2005，39 :4改編的)。這可以允許臨床醫生基於生物學和 分子信息確定傷口是否在癒合，其以其它方式用現有技術可能是不可能的。此外，細菌/微 生物的存在和豐度和它們對處理的反應可以提供實時改變治療的方式，而不是用傷口培養 物的常規細菌學測試導致的反應評估的延遲。 圖像分析技術可以利用在用所述裝置成像期間置於視野內的便攜的螢光標準，用 於校正傷口的最初或最先的圖像。所述圖像分析也可以允許監測儀上的錯誤或假顏色顯 示，用於區分傷口和周圍正常組織的不同生物(如，組織、細胞、和分子)成分，包括通過自 發螢光鑑定的那些生物標記物和通過使用外源性靶向的或非靶向的螢光/吸收對比劑鑑 定的那些。這樣的生物標記物的實施例在圖22中列出(從Brem et al. Journal of Clinical Investigational 5,2007改編)並在圖23中示出。在圖23中，所述圖示出了健康人與 具有糖尿病傷口的人的傷口癒合的機制。在健康個體中(左)，通過由角質形成細胞、成纖 維細胞、內皮細胞、巨噬細胞、和血小板釋放的多個分子信號(如，以細胞因子和趨化因子 的形式)的整合，急性傷口癒合過程被指導並維持。在傷口引起的缺氧期間，由巨噬細胞、 成纖維細胞和內皮細胞釋放的血管內皮生長因子(VEGF)誘導骨髓中eNOS的磷酸化和活 化，導致NO水平的增加，其觸發骨髓EPC遷移到循環。例如，趨化因子SDF-I α促進這些 EPC歸巢到損傷部位，在那裡它們參與新生血管生成。在糖尿病的鼠模型中(右)，骨髓中 的eNOS磷酸化被損壞，其直接限制EPC從骨髓遷移到循環中。SDF-I α表達在糖尿病傷口 中的上皮細胞和成肌纖維細胞中被降低，其防止EPC歸巢到傷口並因此限制傷口癒合。已經表明在傷口組織 中建立氧過多(如經由HBO療法)活化許多NOS異構體，增加NO水平， 並增強EPC遷移到循環。然而，需要SDF-I α的局部給予以觸發這些細胞歸巢到傷口部位。 這些結果表明與SDF-I α給予結合的HBO療法可以是加速糖尿病傷口癒合的潛在治療選擇 (單獨或與現有的臨床方案結合)。預先指定的色彩圖可以用於同時顯示傷口和周圍正常組織的生物組分，包括結締 組織，血液，微脈管，細菌，微生物等，以及螢光標記的藥物/藥學藥劑。這可以允許傷口區 的健康、癒合和感染狀態的實時或接近實時(如少於1分鐘)的可視化。所述圖像分析算法可以提供下面特徵中的一個或多個患者數字圖像管理·多個圖像獲取裝置的整合·記錄所有的成像參數，包括所有的外源性螢光對比劑·多標度和校正設置·內建的光譜圖像非混合和計算算法，用於組織/細菌自發螢光和外源性藥劑熒 光信號的定量測定 方便的注釋工具·數字歸檔·網絡發布基礎圖像處理和分析·完整的一套圖像處理和定量分析功能，圖像拼接算法將允許以自動或手動模式， 將傷口的一系列全景或部分重疊的圖像拼接成單個圖像。·容易使用測量工具·處理參數的直觀設置·方便的手動編輯報告生成 具有專業模板的強大的圖像報告編制器(圖像報告生成程序)，其可以被整合到 現有的臨床報告基礎結構中，或者遠程醫療/e-健康患者醫療數據基礎結構中。報告可以 被輸出為例如PDF，、Word、Excel。自動化方案的較大的文庫·包括定量圖像分析的用於傷口的多個區域評估的定製的自動化的方案。雖然已經描述了圖像分析算法、技術、或軟體，但是該描述還延伸到用於進行該圖 像分析的計算裝置、系統、和方法。幹細胞治療和癌症監測所述裝置可以用於人類和/或動物中的癌症的成像和檢測。所述裝置可以用於基 於患者中這樣的癌症與周圍正常組織之間的螢光特徵的內在差異來檢測癌症。該裝置還可 以用於寵物中癌症的基於圖像的檢測，例如在獸醫環境中。所述裝置還可以用作研究工具用於人類疾病(如，傷口或癌症)的實驗動物模型 中癌症的多光譜成像和監測。所述裝置可以用於在癌症的動物模型中檢測和/或成像癌症 的存在並追蹤腫瘤生長，尤其是利用螢光(如，在可見和NIR波長範圍中)蛋白轉染的腫瘤 細胞系。
所述成像裝置可以與現有和新興的用於再調節慢性傷口和加速它們的癒合的細 胞療法聯合使用。為此，在用所述裝置成像前，螢光標記的幹細胞可以被給予至傷口部位。 多能幹細胞(PSC)，所有更專門的幹細胞的前體，能夠分化為多種細胞類型，包括成纖維細 胞、內皮細胞和角質形成細胞，其所有均是用於癒合的關鍵細胞成分。對不受控制的臨床試 驗的最近的報導表明自體同源骨髓和其培養的細胞的直接應用可以加速未癒合慢性傷口 的癒合(Badiavas et al. Arch Dermatol 2003 ； 139 (4) :510_16)。考慮到慢性傷口 中存在 的病理生理異常，存在這樣的潛力，即幹細胞可以重建最佳癒合所需的皮膚、脈管和其他成 分。所述裝置可以被用於隨時間在傷口部位可視化和追蹤標記的幹細胞，並確定它們的生 物分布和治療作用。利用外源性螢光分子靶向的試劑，例如如上所述的，可以確認幹細胞在 體內的分化，並且還可以輔助確定傷口對該處理的反應。例如，該裝置可以用於鑑定、追蹤和/或監測癌腫瘤幹細胞和一般的幹細胞(如， 在癌症的臨床前小動物實驗模型和其他臨床模型中)。實施例在圖中示出。所述裝置還可 以用於臨床細胞治療(包括利用幹細胞的疾病的處理)的成像。現在參照圖18。在a)中，利用白光示出小鼠模型。在b)中，利用螢光成像裝置清 楚地看到小鼠的單個器官。c)示出了用所述裝置成像的小鼠的肝臟，並且沒有看到螢光。 d)示出了白光中的小鼠的肺。e)示出了用所述裝置成像的小鼠的肺，其中癌症腫瘤幹細胞 作為明亮的螢光斑點被清楚地看到。現在參照圖19，在a)中，圖18 的小鼠模型的肝臟在螢光成像下是不可見的。b)， d)和f)示出了在白光下小鼠肺的不同視圖。c)，e)和g)示出了利用所述裝置成像的小鼠 肺的相應視圖，清楚地顯示作為明亮的螢光斑點的癌腫瘤幹細胞。圖19H示出了用於具有人類卵巢腫瘤的裸鼠的檢測的裝置的使用的實施例。a)病 毒-處理的和未處理的對照小鼠的白光圖像，示出開放的腹腔。b)處理的和對照小鼠的相 應的螢光圖像示出，與對照相比，來自腸繫膜(messentary)(黃色箭頭)中腫瘤結節中的光 學標記的病毒的橙紅色螢光。c)示出了腸繫膜的放大視圖，示出了與d)對照小鼠相比，腫 瘤結節內的病毒光學探針的生物分布，以及檢測亞毫米腫瘤結節(藍色箭頭)的能力。注 意，探針-螢光可以與背景腸組織自發螢光區別。這些數據顯示所述裝置用於成像處理反 應(包括，但不限於，例如virotherapies和細胞療法)，以及用於螢光腫瘤樣品(c ；插圖) 的圖像_指導的手術切除的潛在應用(405nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射 (紅色))。圖191示出了所述裝置用於在術後，在給予分開的外源性綠色和紅色腫瘤細 胞-靶向探針的具有小鼠結腸腫瘤的裸鼠中檢測/可視化的應用的實施例。開放腹腔的a) 白光和b)相應的多光譜螢光圖像，示出綠色(綠色箭頭)和紅色(紅色箭頭)分子探針的 同時檢測，其可以用光譜未混合軟體分析。所述裝置也可以被修改以允許內窺鏡成像。在 該實施例中，c)剛性內窺鏡探針被連接至手持式成像裝置，並且獲得從圖像a，b)中的小鼠 手術切除的組織的d)白光和e)螢光圖像。這些數據表明具有內窺鏡探針附件的所述裝置 在人類和獸醫患者體內用於便攜的內窺鏡實時螢光成像的應用，用於多種檢測、診斷或處 理監測應用(基於臨床和研究的)。f)所述裝置(如，具有內窺鏡能力)能夠對多個光譜 獨特的「探針」螢光成像，其可以在體內被使用(405nm激發；490-550ηπ^Π> 600nm發射信 道)。
該裝置可以用於人類和動物中癌症的多光譜成像和檢測。該裝置還可以用於基於 患者中這樣的癌症與周圍正常組織之間的螢光特徵的內在差異來檢測癌症。該裝置還可以 用於動物中如寵物或家畜中癌症的基於圖像的檢測，如在獸醫環境內。該裝置還 可以適合作為研究工具用於人類疾病(如，傷口或癌症)的實驗動物模 型中癌症的多光譜成像和監測。所述裝置可以用於在癌症的動物模型中檢測和/或成像癌 症的存在並可以用於追蹤腫瘤生長，尤其是利用螢光(如，在可見和NIR波長範圍中)蛋白 轉染的腫瘤細胞系。圖像_指導所述裝置還可以用於例如在手術過程中，提供螢光圖像指導，甚至無需使用染料 或標記物。當利用所述成像裝置觀察時，或在一些激發光條件下的實施例，一些組織和/或 器官可以具有不同的螢光光譜(如內源性螢光)。圖20示出了所述裝置用於螢光成像輔助的手術的應用。藉助利用所述裝置的熒 光成像，小鼠模型的不同器官比在白光下可以更清楚地區別。b，c和g示出了在白光下的 小鼠模型。a、d_f和h_j示出了如用所述裝置成像的小鼠模型。圖20B示出了所述裝置用於對小動物模型成像的應用的實施例。這裡，小鼠背部 皮褶窗室在白光(a、c)和螢光(b、d)下成像。注意通過所述裝置獲得的高解析度白光和熒 光圖像。由於來自籠草墊和食物灰塵材料的內源性自發螢光，腳和臉顯示明亮的紅色螢光。 (405nm 激發；490_550nm 和> 600nm 發射信道)。牛物工稈化的皮膚幾個生物工程化的皮膚產品或皮膚等效物已經變得商業上可用於急性和慢性傷 口以及燒傷傷口的處理。這些已經在人類傷口中被開發和測試。皮膚等效物可以包含活 細胞，如成纖維細胞或角質形成細胞，或兩者，而其他由非細胞材料或活細胞的提取物製成 (Phillips. J Dermatol Surg Oncol 1993 ； 19 (8) :794_800)。這些構建物的臨床效果比常 規「對照」治療好15-20%，但是對於什麼構成適當的對照存在爭議。生物工程化的皮膚可以 通過遞送稱為「智能材料」的活細胞起作用，因為它們能夠適應於它們的環境。存在這些活 性構建物的一些能夠釋放生長因子和細胞因子的證據(Falanga et al. J Invest Dermatol 2002； 119 (3) :653-60)。外源性螢光分子試劑可以與這樣的皮膚替代物一起使用以確定移 植物(engraftment)的完整性以及傷口對治療的生物反應。全厚皮膚缺陷的癒合可能需要 真皮和表皮成分的廣泛的合成和重塑。成纖維細胞在該過程中起重要作用並被併入最新一 代的人造皮膚替代物中。這裡描述的成像裝置可以用於確定播種在皮膚替代物中的成纖維細胞的命運和 播種的成纖維細胞對細胞移動的影響，並且可以確定移植到傷口部位後的皮膚替代物的降 解。傷口可以用播種有自體同源成纖維細胞的皮膚替代物或非細胞替代物處理。用螢光細 胞標記物標記的播種的成纖維細胞可以隨後用所述螢光成像裝置在傷口中被檢測並隨後 利用圖像分析定量評估，例如如上所述的。基於聚合物的治療劑存在許多用於傷口護理製備的商購醫用聚合物產品。例如，Rimon Therapeutics 生產Theramers (www. rimontherapeutics. com)，其是具有本身內和本身的生物活性的醫 用聚合物，而不使用藥物。Rimon Therapeutics生產以下傷口護理產品，其可以被製備為獨特地發螢光的(當通過405nm激發光激發時)Angiogenic Theramer ，其在傷口或其 他缺血組織中誘導新的血管發育(即，血管生成)；MI Theramer ，其抑制基質金屬蛋白酶 (MMP)的活性，MMP是一種普遍存在的酶組，其在組織被弱化或破壞的許多情況中被涉及； AM Theramer , 一種熱塑性塑料，其殺滅革蘭氏+ve和革蘭氏_ve細菌而不損害哺乳動物細 胞；以及ThermaGel ，一種聚合物，其在體溫附近可逆地從液體轉變為強凝膠。這些均可以 通過添加選擇的例如在405nm光處被激發的螢光染料或螢光納米顆粒而被製備成發螢光 的，具有較長波長的螢光發射。通過利用所述成像裝置，這樣的螢光聚合物藥劑的施加可以通過實時螢光成像來 指導。這可以允許Theramer藥劑被精確地遞送/施加(如局部)至傷口部位。在將所述藥劑 施加至傷口後，所述螢光成像裝置隨後可以被用於體內和非侵入地定量地確定Theramers 對傷口的治療效果以及追蹤它們在傷口中隨時間的生物分布。也可以將可能具有另一螢光 發射波長的分子信標加入到在傷口酶(如，MMP)的存在下可以發螢光的MI Theramer 中， 並且這可以實時顯示傷口對MI Ilieramer 的反應。可以使用用於圖像指導的Theramer應 用到傷口部位的一種螢光發射，和用於治療反應監測的另一不同的螢光發射，以及用於其 他測量的其它螢光發射。MMP抑制和抗微生物處理的相對效果可以隨時間被同時確定。利 用圖像分析，傷口中這些信號的螢光的變化的實時比較可以是可能的。這定量方面增加到 所述裝置，並增加其臨床效用。應當注意，其他慣常的生物安全的螢光劑可以被加入到目前用於傷口護理的以下 材料中。所述螢光材料隨後可以利用所述裝置被成像並監測。·潮溼傷口敷料這提供了導致潮溼的環境，用於與傳統輔料相比的更好的癒合 率。對於這些敷料，生產商針對的主要消費者基礎是超過65歲，患有慢性傷口如褥瘡和靜 脈淤滯潰瘍的人。那些患有糖尿病，並且因此發展了潰瘍的人形成部分的靶標人群。 水凝膠它們為乾燥傷口增加水分，形成用於較快的癒合的合適的環境。它們的 加入的特徵是它們可以被用在感染的傷口上。它們也被設計用於乾燥到輕度滲出的傷口。·水狀膠體敷料水狀膠體密封傷口床並防止水分洩漏。它們在吸收滲出物後形 成凝膠以提供潮溼的癒合環境。它們被用於輕度到中度滲出的沒有感染的傷口。·藻酸鹽敷料它們吸收傷口滲出物以形成提供用於癒合的潮溼環境的凝膠。它 們主要被用於高度滲出的傷口。 泡沫敷料它們吸收傷口排出物並維持潮溼的傷口表面，允許環境有助於傷口愈 合。它們被用在中度滲出的傷口上。 透明膜敷料這些是非吸收的，但是允許溼蒸汽透過，從而確保潮溼的傷口表面。 它們被旨在用於乾燥到輕度滲出的傷口。實例包括藻酸鹽泡沫透明膜敷料。·抗菌劑它們提供了抗菌作用以消毒傷口。其中特別感興趣的是納米晶體銀敷 料的使用。所述生物負載，特別是由細菌釋放的阻礙癒合和造成疼痛和滲出的積聚的蛋白 酶和毒素，伴隨銀的延伸的釋放被顯著減少。·活性傷口敷料它們包括高度變化的組織工程化的產品。生物材料和皮膚替代 物屬於該範圍；它們全部由生物聚合物如透明質酸和膠原組成或由生物聚合物結合合成聚 合物如尼龍組成。這些輔料通過直接或間接與傷口組織相互作用而積極地促進傷口癒合。 皮膚替代物是模擬皮膚的結構和功能的生物工程化的裝置。
·透明質酸這是細胞外基質的天然成分，並且在肉芽組織的形成、上皮再形成和 重塑中起重要作用。它為皮膚提供水合併作為吸收劑起作用。可以利用所披露的裝置成像的其他傷口護理產品包括Theramers、含銀凝膠(如 水凝膠)、人造皮膚、ADD幹細胞、抗-基質金屬蛋白酶、和透明質酸。螢光劑可以被加入到 其他產品中以允許利用所述裝置的成像。在一些情況中，所述產品可以已經為發光的並可 能不需要加入螢光劑。所述裝置也可以用於監測這樣的處理隨時間的作用。用於食物產品的應用所述成像裝置還可以用於監測汙染的食物產品(如肉製品)。這在例如，肉、禽、乳 品、魚、和農業生產中的食品/動物產品製備中可以是有用的。所述裝置可以作為整合的多 學科方法的部分用於該部門內的分析實驗室服務，其可以提供包括基於圖像的汙染檢測和 用於獲得用於測試的樣品的指導的能力。所述裝置可以用於實時檢測、鑑定和監測食物產 品的細菌和其他微生物肉類汙染/摻假的水平。它可以用於食物加工工廠環境中的細菌汙 染追蹤，並由此可以提供用於確定食物安全性和質量的基於圖像的方法。在其中所述裝置 是手持的、緊湊的和便攜的實施方式中，所述成像裝置可用於食物製備區域，以確定食物產 品由於細菌/微生物汙染的安全性。所述裝置還可以在食物產品的加工期間和最終的食物 產品中，例如作為食物安全性和質量調節檢查過程的部分，用於收集或取樣的肉類樣品中 (和製備表面上)的細菌/微生物的相對快速的檢測和分析。該裝置可以在肉類、園藝和 水產業工業中，用在實施滿足食品安全性和質量的要求的食品安全性檢查/檢測過程中。 所述裝置可以用於檢測食品汙染物，如肉類、禽類、乳品和魚類工業中存在的汙染物。該技 術可以用於作為糞便汙染物檢測系統，因為糞便細菌產生可以容易地通過該裝置檢測的卟 啉。食物樣品和加工線中，食物攜帶的病原體，如單核細胞增生利斯特氏菌(Listeria monocytogenes, LM)的檢測和精確鑑定，對於確保食物質量保證和追蹤食物供應內細菌病 原體暴發是關鍵的。食物生產和加工設備中目前採用的檢測方法通常依賴於設備的多個隨 機表面取樣(如，拭取)，和隨後的基於分子的診斷分析(如，實時聚合酶鏈反應，RT-PCR)， 其通常在對-7池內可以提供LM的存在的定量確認。然而，給定時間和成本限制，通常每次 僅給定食品生產設備的隨機選擇的區域的病原體汙染被測試，並且在設備的「第一遍掃描」 表面拭取期間的採樣之下的重大潛在問題會導致造成災難性健康和經濟後果的未檢測到 的病原體，此外，不能夠進行i)在「第一遍掃描」拭取期間快速取樣所有表面區域以鑑定具 有高感染可能性的區域，ii)視覺上記錄該初始的篩查過程(如，至今沒有成像方法可以獲 得)，iii)獲得實驗室結果的延遲，iv)與目前方法相關的高成本，以及ν)更重要地，錯失 致死病原體感染的潛力，已經促使成本有效地提高食物攜帶的病原體的早期和準確檢測的 努力。所述裝置可以用於提供相對快速和準確的檢測這樣病原體的方式。所述裝置可以 與多色螢光探針「雞尾酒(cocktail)」(如兩種或多種對比劑的組合)的分析一起使用，其 可以利用高度特異性的基因探針技術從其他李斯特菌屬種類僅明確地鑑定(並可以使其 可見)存活的單核細胞增生利斯特氏菌。這可以允許活的LM的實時特異性檢測，潛在地最 小化對標準費時的富集方法的需求。該方法還可以被擴展到包括其他感興趣的病原體的檢測，包括阪崎腸桿菌、彎曲桿菌種類(C. coli,C. jejuni和C. lari)、大腸型細菌和大腸桿菌 種的細菌(包括乳糖-和吲哚-陰性大腸桿菌菌株)、沙門氏菌屬、屬於金黃色葡萄球菌種 的所有細菌和分別屬於葡萄球菌屬的所有細菌、以及銅綠假單胞菌。通過選擇合適的探針 或探針的組合，其他細菌可以是可檢測的。例如，兩種或更多對比劑的組合可以被設計成 對某一細菌是特異性的，並且可以在利用所述成像裝置成像時導致獨特的可檢測的螢光信 號。所述成像裝置可以被用於(如，當與施加的外源性細菌特異性對比劑(包括多靶 向探針或探針的組合)結合時)相對快速的「第一遍掃描」篩查食物製備和處理表面，用於 靶向拭取和微生物測試。該裝置可以允許裝備和食物製品的任何表面的相對快速的基於圖 像的監視，並可以實時捕獲食物-攜帶的細菌/病原體的螢光信號。所述裝置可以與，例如， 多色螢光探針「雞尾酒」(及其組合)的分析結合使用，其可以利用高度特異的基因探針技 術從其他李斯特菌屬種類僅明確地鑑定(並可以使其可見)存活的單核細胞增生利斯特氏 菌，如上所述。這樣的探針「雞尾酒」可以基於已知對這樣的病原體敏感，並且已知產生信 號螢光反應的探針的特定組合，被設計成特異性靶向一些病原體。除了這樣的病原體的檢 測外，所述裝置還可以允許待被區分的不同菌株的存在和/或定位，這是基於它們不同的 信號螢光反應。圖沈示出了所述成像裝置用於食品供應中的肉製品的實時檢查的應用的實施 例。這裡，一片豬肉的a)白光和b)相應的自發螢光成像顯示包括骨和腱(白色箭頭)、脂 肪、和肌肉的各種組織之間的差異。「邊緣切割」的骨的c)白光和b)相應的自發螢光成像， 其中軟骨(藍色箭頭)由於膠原自發螢光而在螢光下顯示為明亮的綠色，而包括骨髓(紅 色箭頭)的多種類型的內部骨組織可以利用螢光來區分。後者的觀察可以另外地表明手持 式光學成像裝置在人類和獸醫患者的整形外科手術期間實時螢光圖像指導中的應用，如上 討論的。G05nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。圖27示出了所述成像裝置用於食品供應中的肉製品的實時檢查的應用的實施 例。這裡，已經在37°C下被維持2天的一片豬肉的a)白光和b)相應的自發螢光成像。自 發螢光成像顯示肉表面的混合細菌汙染的存在(紅色螢光區；黃色箭頭)，包括，例如，金黃 色葡萄球菌和大腸桿菌。G05nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。表面汙染所述成像裝置可以用於檢測表面汙染，如用於檢測健康護理環境中的「表面細菌 汙染」。該裝置可以用於檢測和成像醫院、慢性護理設施、和老年家庭(其中汙染是感染的 主要來源)中的多種表面/材料/儀器(尤其是那些與手術相關的)上的細菌/微生物和 其他病原體的存在。所述裝置可以與指示生物和病原體策略的標準檢測、鑑定和計數聯合 使用。圖觀示出了在汙染物的環境取樣/檢測的實施例中，所述成像裝置用於土壤和藻 類樣品的實時檢查的應用的實施例。包含土壤和礦物樣品的皮氏培養皿的A)白光和b)相 應的自發螢光圖像。c)用於檢測螢光土壤汙染物/危險材料的成像裝置的實施例。這裡， 例如，螢光標記的液體在螢光成像前被加入到土壤中以說明所述成像裝置用於檢測和監測 環境汙物和汙染物的潛在應用。用於獲得在實驗室條件下生長的綠藻類培養物的d)白光 和e)自發螢光圖像的成像裝置的實施例，示出了所述成像裝置用於水狀況(如，飲用水淨化/安全測試，或大規模生產工廠中的藻類生長)的實時基於螢光圖像的監測的潛在效用。 作為用於檢測植物中的疾病的成像裝置的實施例，f)示出了常見室內植物的白光圖像，而 g)示出了影響植物葉子的顯示明亮綠色(黃色箭頭)的真菌感染的相應的自發螢光圖像， 其是與顯示為明亮紅棕色的健康葉組織相比。G05nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。因此，所述裝置可用於對植物材料成像。圖28B示出了所述成像裝置用於在公眾和私人環境中檢測生物液體的白光隱藏 的汙染的應用的實施例。汙染馬桶座圈和浴室梳妝檯工作檯面的生物液體的a)白光和be) 相應的自發螢光。這些數據表明所述成像裝置可以用於檢測通過潛在危險的生物/感染液 體/樣品的表面汙染，用於圖像指導的靶向取樣，清潔或監測。G05nm激發，500-550nm發 射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。圖28C示出了所述裝置利用螢光成像來檢測手術儀器(b ；綠色箭頭)的細菌汙染 的應用的實施例。G05nm激發；490-550nm和> 600nm發射信道)。法醫應用所述成像裝置對表面汙染物和靶成像的用途可用於法醫應用中。例如，所述裝 置可用於非生物表面上潛在的指紋和生物液體的法醫檢測。所述裝置可以提供數字成像 (如，藉助白光、螢光和/或反射)潛在的指紋和生物液體，以及法醫感興趣的其他物質的 相對便宜的、緊湊的和便攜的方式。前者可以利用商購的指紋螢光染料被製備為發螢光的， 而後者可以利用液體的自發螢光或外源性施加的「靶向的」螢光染料試劑(如Luminol)被 檢測。圖像可以被數字地記錄。所述裝置還可以在屍體解剖過程期間被使用以檢測瘀傷形 成。圖四示出了所述成像裝置用於利用外源性螢光洩露-示蹤染料進行液體洩漏物 的實時螢光檢測的應用的實施例。a)典型的水龍頭的白光圖像，b)相應的螢光圖像(示出 洩露的液體(具有添加的螢光染料)的存在)，以及白光和螢光的合成圖像。注意洩漏物 (在該實施例中，水)在白光下是不可見的，但是利用螢光被容易地檢測到。這些數據表明 所述成像裝置可用於液體/流體的洩漏物的相對快速的基於圖像的追蹤和檢測G05nm激 發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。圖30示出了所述成像裝置用於表面汙染物的實時螢光檢測的應用的實施例。a) 典型的實驗臺表面的白光圖像和b)利用所述成像裝置被成像的區域。c)螢光成像可以被 用於監測在白光下不容易被可視化的汙染物(a、b)。所述成像裝置還可以用於檢測潛在的指紋，例如通過利用螢光染料以增強桌面上 的指紋脊。這可以，例如，通過包括與超強力膠水(如，氰基丙烯酸鹽)結合的螢光染料進 行，以開發針對背景表面的指紋對比劑。遠紅外和近紅外螢光染料可以用於減少背景自發 螢光的潛力。這些數據表明所述成像裝置例如在法醫應用中，在非生物和生物汙染物以及 指紋的相對快速的基於圖像的檢測中的應用。G05nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。所述裝置還可以用在抗-偽造品應用中。圖31示出了所述成像裝置被用於在a) 白光和b，c)自發螢光模式下對常見貨幣(在該實施例中，加拿大$20票證)成像的實施 例。在白光(a)下是不可見的，特殊的抗-偽造措施可以在螢光下被看到即，埋置的螢光 纖維(b)和埋置的鈔票的水印(c)可以被光譜區分(箭頭)。這些數據表明所述裝置可以用於抗-偽造用途。G05nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm發射(紅色))。分類(cataloguing)所述成像裝置可以允許動物，如實驗室動物的基於螢光的分類。圖32示出了所述 成像裝置用於實驗室動物的鑑定「條形碼」標籤的實時螢光檢測的應用的實施例。所述圖示 出了 a)典型的實驗室大鼠的白光圖像和b)用螢光條形碼標記的大鼠的螢光圖像。與條形 碼圖案/條組合的多個螢光染料/顏色的使用可以用於動物的「多重分類」，例如用於縱向 研究探討。這些數據表明所述成像裝置用於實驗室動物的相對快速的高通量的基於圖像的 條形碼分類的應用，用在c)中，研究實驗室中「病原體-抑制」動物群和用於動物基因型分 型(如，轉基因動物，例如在c)中的插圖。G05nm激發，500-550nm發射(綠色)，> 600nm 發射(紅色))。所述裝置還可以用於在其他應用中(如，存貨追蹤和銷售點追蹤)基於熒 光的條形碼或其他編碼系統的成像。用於裝置的試劑念所述成像裝置可以被設置在試劑盒中，例如，包括所述裝置和螢光對比劑。所述對 比劑可以為上面描述的那些中的任何一種或多種。例如，所述對比劑可以用於標記傷口中 的生物標記物，其中所述試劑盒用於傷口監測應用。圖33示出了包括成像裝置的試劑盒的實施例。a)示出了手柄和觸敏觀察屏，而 b)示出了外部容納和激發光源。所述成像裝置可以被用於掃描人類和獸醫患者的體表用 於基於成像的傷口評估，或用於非傷口成像應用。所述裝置和任何附件(如，電力供應(電 源)/電池電源)，潛在的外源性螢光對比劑等)可以被方便地置於硬殼容器中用於在臨床 和非臨床環境(包括遠處位置、家庭護理和研究實驗室環境)內運輸。美容和皮膚病應用 所述成像裝置還可以用於對美容或皮膚病產品成像。圖34示出了所述裝置用於對美容產品成像的應用的實施例。例如，四種商購的美 容乳膏在a)白光和b)螢光成像模式下被示出，示出了乳膏與背景皮膚之間的螢光對比。 這些數據說明手持式成像裝置用在對美容(如，皮膚的再水合、膠原重塑、修復曬傷、皮膚 脫落)和/或皮膚病學藥劑或藥物的存在和潛在生物學作用成像中的潛在應用G405nm激 發；490-550ηπ^Π> 600nm 發射信道))。所述成像裝置可以以白光和螢光模式使用以改善這些處理的施用以及非侵入地 和定量地隨時間監測它們的效果。所述裝置可以與其他成像模式(例如，尤其是熱成像方 法)結合使用。該裝置還可以用於測試抗菌、抗生、或消毒試劑。通過該裝置提供的螢光成像可以 被例如與白光成像結合使用，以在例如用於傷口處理的藥物開發、優化和評估期間，定量地 檢測藥物處理對細菌培養物和其他模型系統的效用。這裡描述的所有實施例和實施方式僅是用於說明的目的，並且不旨在是限制性 的。本領域技術人員將理解，其他變化是可能的。提及的所有參考文獻的全部內容以引用 方式併入本文中。
權利要求
1.一種用於靶的基於螢光的成像和監測裝置，包括光源，發射用於照亮所述靶的光，所發射的光包括使與所述靶相關的至少一種生物標 記物發螢光的至少一個波長或波長帶；以及光檢測器，用於檢測所述螢光。
2.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括與所述光檢測器對準的濾波器支架，所述 濾波器支架具有多個可選擇的可與所述光檢測器對準的濾光片，每個濾光片用於選擇待被 檢測的各自波長或波長帶的光。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述靶選自由以下組成的組手術域、傷口、 腫瘤、器官、皮膚靶，生物學靶、非生物學靶、食品、植物材料、口腔靶，耳鼻喉靶、眼睛靶、生 殖器靶、和肛門靶。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的裝置，其中，所述裝置的所有部件被安裝在便攜 式框架上。
5.根據權利要求1-3中任一項所述的裝置，其中，所述裝置被安裝在固定式機座上。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的裝置，進一步包括用於確定所述裝置與所述靶的 距離的裝置。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，所述用於確定距離的裝置包括以固定的距離分 開的至少兩個光源，用於使所述裝置與所述靶的距離成三角形。
8.根據權利要求6所述的裝置，其中，所述用於確定距離的裝置包括用於確定所述裝 置與所述靶的距離的超聲源。
9.根據權利要求6所述的裝置，其中，所述用於確定距離的裝置包括物理量器，用於確 定所述裝置與所述靶的距離。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的裝置，進一步包括用於數據的傳輸和接收的數 據埠。
11.根據權利要求1-10中任一項所述的裝置，其中，所述至少一種生物標記物選自由 以下組成的組細菌、真菌、酵母、孢子、病毒、微生物、寄生蟲、結締組織、組織成分、滲出物、 pH、血管、還原的煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、微小動植物、 血管內皮生長因子(VEGF)、內皮生長因子(EGF)、上皮生長因子、上皮細胞膜抗原(ECMA)、 缺氧誘導因子(HIF-I)、碳酸酐酶IX(CAIX)、層粘連蛋白、纖維蛋白、纖連蛋白、成纖維細 胞生長因子、轉化生長因子(TGF)、成纖維細胞活化蛋白(FAP)、金屬蛋白酶的組織抑制劑 (TIMP)、氧化氮合酶(NOS)、可誘導的和內皮N0S、細胞中的溶酶體、巨噬細胞、嗜中性粒細 胞、淋巴細胞、肝細胞生長因子(HGF)、抗神經肽、中性內肽酶(NEP)、粒細胞-巨噬細胞集 落刺激因子(GM-CSF)、嗜中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶、精氨酸酶、成纖維細胞、內 皮細胞和角質形成細胞、角質形成細胞生長因子(KGF)、巨噬細胞炎性蛋白-2(MIP-2)、巨 噬細胞炎性蛋白-2(MIP-2)、和巨噬細胞化學引誘物蛋白-1 (MCP-I)、多形核嗜中性粒細胞 (PMN)、巨噬細胞、成肌纖維細胞、白介素-I(IL-I)、腫瘤壞死因子(TNF)、一氧化氮(NO)、 c-myc、β-連環蛋白、內皮祖細胞(EPC)、基質金屬蛋白酶(MMP)和MMP抑制劑。
12.根據權利要求1-11中任一項所述的裝置，其中，所述發射光包括約400nm至約 450nm的波長。
13.根據權利要求1-12中任一項所述的裝置，其中，所述發射光包括選自在約450nm 至約 500nm、約 500nm 至約 550nm、約 600nm 至約 650nm、約 650nm 至約 700nm、約 700nm 至約750nm、以及它們的組合的範圍內的波長帶。
14.根據權利要求1-13中任一項所述的裝置，進一步包括存儲器，用於記錄所述至少 一種生物標記物的螢光數據。
15.根據權利要求14所述的裝置，進一步包括處理器，用於比較所述至少一種生物標 記物的所述螢光光譜與生物標記物的螢光光譜的預定查找表。
16.一種用於靶的基於螢光的成像和監測的試劑盒，包括根據權利要求1至15中任一項所述的裝置；以及用於標記所述靶的所述生物標記物的螢光對比劑，具有可被所述裝置檢測的螢光波長 或波長帶。
17.根據權利要求16所述的試劑盒，其中，所述生物標記物是細菌，而所述對比劑為氨 基乙醯丙酸(ALA)或ΡρΙΧ。
18.根據權利要求16所述的試劑盒，其中，所述對比劑選自由以下組成的組螢光染 料、發色染料、量子點(QDot)、分子信標、具有螢光劑的納米顆粒、以及散射或吸收納米顆粒。
19.根據權利要求18所述的試劑盒，其中，所述對比劑包括用於靶向所述生物標記物 的至少一個部分。
20.根據權利要求19所述的試劑盒，其中，所述至少一個部分選自由以下組成的組抗 體、抗體片段、肽、適配子、siRNA、寡聚物、受體-結合分子、酶抑制劑、以及毒素。
21.根據權利要求16所述的試劑盒，其中，所述生物標記物選自由以下組成的組細 菌、真菌、酵母、孢子、病毒、微生物、寄生蟲、結締組織、組織成分、滲出物、PH、血管、還原 的煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、微小動植物、血管內皮生 長因子(VEGF)、內皮生長因子(EGF)、上皮生長因子、上皮細胞膜抗原(ECMA)、缺氧誘導 因子(HIF-I)、碳酸酐酶IX(CAIX)、層粘連蛋白、纖維蛋白、纖連蛋白、成纖維細胞生長因 子、轉化生長因子(TGF)、成纖維細胞活化蛋白(FAP)、金屬蛋白酶的組織抑制劑(TIMP)、 氧化氮合酶(N0Q、可誘導的和內皮NOS、細胞中的溶酶體、巨噬細胞、嗜中性粒細胞、淋巴 細胞、肝細胞生長因子(HGF)、抗神經肽、中性內肽酶(NEP)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激 因子(GM-CSF)、嗜中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶、精氨酸酶、成纖維細胞、內皮細胞 和角質形成細胞、角質形成細胞生長因子(KGF)、巨噬細胞炎性蛋白-2(MIP-2)、巨噬細胞 化學引誘物蛋白-1 (MCP-I)、多形核嗜中性粒細胞(PMN)、巨噬細胞、成肌纖維細胞、白介 素-l(IL-l)、腫瘤壞死因子(TNF)、一氧化氮(N0)、c-myc、β -連環蛋白、和內皮祖細胞 (EPC)、基質金屬蛋白酶(MMP)、以及MMP抑制劑。
22.根據權利要求16-21中任一項所述的試劑盒，進一步包括用於測量或校正圖像參 數的校正靶。
23.一種用於靶的基於螢光的成像和監測的方法，包括用發射使至少一種生物標記物發螢光的至少一個波長或波長帶的光的光源照射所述 靶；以及用圖像檢測器檢測所述至少一種生物標記物的螢光。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，所述靶選自由以下組成的組手術域、傷口、腫 瘤、器官、皮膚靶、生物學靶、非生物學靶、食品、植物材料、口腔靶、耳鼻喉靶、眼睛靶、生殖器靶、以及肛門靶。
25.根據權利要求23所述的方法，其中，所述檢測螢光包括檢測所述生物標記物的螢光帶。
26.根據權利要求25所述的方法，進一步包括比較所述至少一種生物標記物的所述熒 光帶與生物標記物的螢光光譜的預定查找表。
27.根據權利要求23至沈中任一項所述的方法，其中，所述至少一種生物標記物選 自由以下組成的組細菌、真菌、酵母、孢子、病毒、微生物、寄生蟲、結締組織、組織成分、滲 出物、pH、血管、還原的煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、微小 動植物、血管內皮生長因子(VEGF)、內皮生長因子(EGF)、上皮生長因子、上皮細胞膜抗原 (ECMA)、缺氧誘導因子(HIF-I)、碳酸酐酶IX(CAIX)、層粘連蛋白、纖維蛋白、纖連蛋白、成 纖維細胞生長因子、轉化生長因子(TGF)、成纖維細胞活化蛋白(FAP)、金屬蛋白酶的組織 抑制劑(TIMP)、氧化氮合酶(N0Q、可誘導的和內皮N0S、細胞中的溶酶體、巨噬細胞、嗜中 性粒細胞、淋巴細胞、肝細胞生長因子(HGF)、抗神經肽、中性內肽酶(NEP)、粒細胞-巨噬細 胞集落刺激因子(GM-CSF)、嗜中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶、精氨酸酶、成纖維細胞、 內皮細胞和角質形成細胞、角質形成細胞生長因子(KGF)、巨噬細胞炎性蛋白-2(MIP-2)、 巨噬細胞炎性蛋白-2(MIP-2)、和巨噬細胞化學引誘物蛋白-1 (MCP-I)、多形核嗜中性粒細 胞(PMN)、巨噬細胞、成肌纖維細胞、白介素-I(IL-I)、腫瘤壞死因子(TNF)、一氧化氮(NO)、 c-myc、β-連環蛋白、內皮祖細胞(EPC)、基質金屬蛋白酶(MMP)以及MMP抑制劑。
28.根據權利要求23-27中任一項所述的方法，進一步包括用至少一種螢光對比劑標 記在所述靶處的選擇的生物標記物。
29.根據權利要求觀所述的方法，其中，所述對比劑為氨基乙醯丙酸(ALA)。
30.根據權利要求觀所述的方法，其中，所述對比劑選自由以下組成的組螢光分子、 發色染料、量子點(QDot)、分子信標、具有螢光劑的納米顆粒、以及散射或吸收納米顆粒。
31.根據權利要求觀-30中任一項所述的方法，包括用兩種或更多對比劑的組合來標 記所述靶處的所述選擇的生物標記物，其中，所述組合對於所述選擇的生物標記物是特異 性的。
32.根據權利要求23-31中任一項所述的方法，進一步包括提供根據權利要求1至15 中任一項所述的裝置。
33.根據權利要求23-32中任一項所述的方法，進一步包括以分開的時間間隔對照射 的靶成像以獲得來自所述靶的螢光信號的多個圖像，以及評估來自每個圖像的所述螢光信 號以確定所述螢光信號的變化，所述變化表示所述靶處的變化。
34.根據權利要求33所述的方法，其中，將確定的變化與已知或預期的變化進行比較。
35.根據權利要求33或34所述的方法，其中，所述靶是生物的，並且所述靶被評估以隨 時間監測治療性處理的效果。
36.根據權利要求35所述的方法，其中，所述治療性處理選自由以下組成的組藥物處 理、用含藥物的生物聚合物處理、清創術、光動力學處理、高壓氧療法(HOT)、低水平的光療 法、用抗-基質金屬蛋白酶處理、以及用傷口護理產品處理。
37.根據權利要求36所述的方法，其中，所述傷口護理產品選自由以下組成的組水凝 膠、Theramers 、含銀凝膠、人造皮膚、ADD幹細胞、潮溼傷口敷料、水狀膠體傷口敷料、透明膜敷料、抗菌劑、抗-基質金屬蛋白酶、活性傷口敷料、以及透明質酸。
38.根據權利要求36-37中任一項所述的方法，其中，所述治療性處理的效果在生物水 平、和生理水平中的至少一個上進行監測。
39.根據權利要求23-38中任一項所述的方法，其中，檢測螢光包括檢測來自以下中的 至少一個的螢光所述靶的表面，以及所述靶的表面之下。
40.根據權利要求23-39中任一項所述的方法，用於在醫學或治療過程中提供圖像-指導。
41.根據權利要求40所述的方法，其中，所述醫學或治療過程選自由以下組成的組拭 取、刷洗、抽吸、活組織檢查、高壓氧療法、光動力學處理、以及低水平光療法。
42.根據權利要求23-41中任一項所述的方法，與另外的成像技術結合。
43.根據權利要求42所述的方法，其中，所述成像技術選自由以下組成的組熱成像、 超聲、白-光照相、和光學器件。
44.根據權利要求23-43中任一項所述的方法，用於在PDT中監測藥物動力學、生物分 布和光漂白中的至少一個。
45.根據權利要求23-43中任一項所述的方法，用於檢測細菌菌株的存在或位置。
46.根據權利要求45所述的方法，其中，所述細菌菌株為選自由以下組成的組中的至 少一種葡萄球菌細菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、單核細胞增生利斯特氏菌、阪崎腸 桿菌、彎曲桿菌種細菌、大腸型細菌、大腸桿菌細菌、瘡皰丙酸桿菌、和沙門氏菌屬。
47.根據權利要求45-46中任一項所述的方法，用於區分兩種或更多不同的細菌菌株 的存在或位置。
48.根據權利要求47所述的方法，其中，所述不同的細菌菌株包括金黃色葡萄球菌和 銅綠假單胞菌，並且所述不同的細菌菌株是基於它們的自發螢光發射信號來區分的。
49.根據權利要求23-43中任一項所述的方法，用於評估清潔或清創過程。
50.根據權利要求23-43中任一項所述的方法，進一步包括 存儲涉及檢測的螢光的數據；以及將所述數據傳輸至接收裝置。
51.根據權利要求50所述的方法，其中，所述接收裝置為遠程醫療系統中的組件。
52.根據權利要求50或51所述的方法，其中，所述傳輸是無線進行的。
53.根據權利要求23-43中任一項所述的方法，其中，所述靶是人或動物靶。
54.根據權利要求23-43中任一項所述的方法，用於汙染的檢測。
55.根據權利要求23-43中任一項所述的方法，用於來自傷口的拭子或拭子培養物的 直接評估。
全文摘要
本發明提供了一種用於靶的基於螢光的成像和監測裝置，包括發射用於照亮靶的光的光源，發射的光包括使與靶相關的至少一種生物標記物發螢光的至少一個波長或波長帶；以及用於檢測所述螢光的光檢測器。
文檔編號A61B5/1455GK102099671SQ200980128426
公開日2011年6月15日 申請日期2009年5月20日 優先權日2008年5月20日
發明者布賴恩·C·威爾遜, 張凱, 拉爾夫·塞巴斯蒂安·達科斯塔 申請人:大學健康網絡