頭的示例中，上面的實施方式可以對應于:將光敏檢測器的焦點從固定 焦平面移位至位于超出剛性成像頭的遠端的第二距離處的第二焦平面，以使得能夠在離體 模式下使用設備以用于對位置上超出醫(yī)學成像設備的端的組織進行成像。該第二焦平面可 以位于固定距離處，或者其可以使用適當?shù)木劢乖砜勺兊卦O置。此外，醫(yī)學成像設備的 焦點可以自動被控制或者其可以手動被控制，本公開內容不限于這種方式。
[0067] 如上面提到的，可以期望提高醫(yī)學成像設備的分辨率并且降低醫(yī)學成像設備對外 科手術過程中的患者的自然運動的敏感度。這在外科手術如患者的自然運動可能干擾成像 的乳房腫瘤切除術和肺癌外科手術中可能特別有益。在不希望受到理論約束的情況下，提 高分辨率并且降低對患者的自然運動的敏感度的一個方法是固定正被檢查的組織與正被 用來捕獲來自組織的信號的光敏檢測器之間的距離。因此，在實施方式中，醫(yī)學成像設備可 以適于并且被布置成提供正被檢查的組織與光敏檢測器之間的固定距離。這可以通過任何 數(shù)目的方式來提供，包括例如，通過構造剛性成像頭使得其可以與正被檢查的組織相接觸 地放置。成像頭可以足夠地剛性使得它可以壓向并抵靠在組織上同時保持其形狀。因此，剛 性成像頭可以用作間隔物來提供組織與光敏檢測器之間的固定距離。此外，由于剛性成像 頭可以壓向并抵靠在正被檢查的組織上，因此其可以抵抗因患者運動而產生的組織的橫向 運動和偏離平面的運動。
[0068] 在一個實施方式中，剛性成像頭可對應于閉合的成像頭。在這樣的實施方式中，剛 性成像頭的遠端可以是基本上平坦的窗，使得其限定了相關聯(lián)的光敏檢測器的焦平面。在 不希望受到理論約束的情況下，當遠端的平坦表面被壓向并抵靠在正被成像的組織上時， 組織可被壓縮成符合閉合的成像頭的形狀。這又可以定位相鄰于光敏檢測器的焦平面的組 織以提供正被檢查的組織與光敏檢測器之間的固定距離。在一個【具體實施方式】中，平坦的 遠端可以對應于布置在剛性成像頭的遠端上或集成到剛性成像頭的遠端中的平坦的窗。窗 對一個或更多個預先選擇的波長或波長的譜比如期望的顯像劑的激發(fā)波長和發(fā)射波長可 以是透明的。因此，組織可以被定位在期望的焦平面中或緊鄰期望的焦平面，同時使得包括 顯像劑的激發(fā)波長和/或發(fā)射波長的光能夠進出成像設備。在另一實施方式中，成像頭的遠 端可以是限定了圓形開口和焦平面的環(huán)形物，然而也可以使用其他形狀。
[0069] 為了便利于將剛性成像頭插入外科手術腔，在一些實施方式中，可以期望剛性成 像頭包括相對于剛性成像頭的近部分或者相對于手持式設備的本體成角度的遠部分。設備 的光學路徑可以從剛性成像頭的遠端通過剛性成像頭的遠部分和近部分二者傳遞至在光 學上相關聯(lián)的光敏檢測器。為了圍繞成角度的遠部分和近部分而彎曲光學路徑，剛性成像 頭可以包括位于剛性成像頭的近部分和遠部分之間的、適于圍繞剛性成像頭的成角度的部 分而彎曲光學路徑的適當?shù)墓鈱W部件如反射鏡或棱鏡。在一個【具體實施方式】中，剛性成像 頭可以具有限定了具有以下橫向尺度的焦點區(qū)域的遠端：約IOmm至50mm并且包括IOmm和 50mm;約15mm至35mm并且包括約15mm和35mm;約25mm至35mm并且包括約25mm和35mm;或任何 其他適當?shù)某叨确秶?。剛性成像頭的遠部分還相對于近部分成以下角度：約25°至65°之間 并且包括約25°和65° ;約35°至55°之間并且包括約35°和55° ;或任何其他適當?shù)慕嵌取４?外，剛性成像頭的遠部分可以具有沿著光學路徑的以下長度：約IOmm至65mm并且包括約 IOmm和65mm;約25mm至65mm并且包括約25mm和65mm;或任何其他適當?shù)拈L度。這樣的實施方 式尤其適用于乳腺外科手術，因為能夠用手來旋轉該設備以相對于外科手術床來容易地定 位焦平面。
[0070] 在其他實施方式中，可以期望便利于外科手術床的成像和同時的外科手術接近 (surgical access)。在一個這樣的實施方式中，剛性成像頭可以包括包含限定了焦平面的 開口的、適于在使用過程中被定位成相鄰于組織的遠端。成像頭還可以包括位于剛性成像 頭的一側的一個或更多個開口以提供對剛性成像頭的遠端中的開口的接近。成像頭的一側 的一個或更多個開口可以形成在剛性成像頭的側壁中或者形成在從剛性成像頭的近部分 延伸至剛性成像頭的遠端的接合組織的部分的一個或更多個支撐件之間。在一個實施方式 中，限定了焦平面的遠端環(huán)形物由單個支桿來支撐，并且由該環(huán)形物限定的開口是從任一 側可接近的，僅受到單個支桿的阻擋。在這種情況下，外科醫(yī)師可以能夠對位于剛性成像頭 的視場內的異常組織進行成像，以及同時能夠通過剛性成像頭的開放遠端和一個或更多個 側開口對被識別出的異常組織進行外科手術。
[0071] 在實施方式中，醫(yī)學成像設備可以相關聯(lián)于和/或耦接至一個或更多個照明源。例 如，第一照明源可以適于并且被布置成將包括第一波長的光提供給反射低于閾值波長的光 使其朝向剛性成像頭的遠端并且透射高于閾值波長的光的光引導元件。然而，也可以使用 引導來自一個或更多個照明源的光朝向剛性成像頭的遠端的其他方式，包括光纖光學器件 和布置在設備或剛性成像頭內的LED。不考慮引導光的方式，或者如何引導光，都可以選擇 第一波長使得其是低于閾值波長的并且從而反射第一波長使其朝向剛性成像頭的遠端以 對設備的視場進行照明。取決于【具體實施方式】，照明源可以是恒定的照明源或者以脈沖方 式工作的照明源。此外，可以選擇第一波長使得它對應于期望的顯像劑的激發(fā)波長。應當理 解，具體波長要取決于正被使用的具體的顯像劑、光學器件和光敏檢測器的敏感度。然而， 在一個實施方式中，第一波長可以是約300nm至I，000nm、590nm至680nm、600nm至650nm、 620nm至640nm、或任何其他適當?shù)牟ㄩL范圍，這取決于正被使用的具體的顯像劑。此外，第 一照明源可以適于給期望的焦平面處提供在約lOmW/cm 2至200mW/cm2之間的照明強度以用 于對外科手術床內的組織進行成像，然而也可以使用其他照明強度。例如，還可以使用 5011#/〇11 2至200111?/〇112、100111?/〇112至200111?/〇11 2、1501]#/〇112至200111?/〇112的光強度。根據正被 使用的具體的顯像劑，醫(yī)學成像設備的各種部件還可以被構造并且布置成收集來自約 300nm至 1，00〇11111、59〇111]1至68〇11111、60〇111]1至65〇11111、62〇111]1至64〇11111、或任何其他適當?shù)牟ㄩL范 圍的顯像劑的發(fā)射波長。
[0072] 為了有助于減少球面像差并且提高圖像的景深，醫(yī)學成像設備可以包括被適當?shù)?設定尺寸的孔徑。但是，較小的孔徑尺寸導致到達相關聯(lián)的光敏檢測器的相應地較小的信 號。因此，根據顯像劑的信號強度與周圍的正常組織的自體熒光信號以及光敏檢測器的大 地噪聲和暗噪聲相比的程度，有必要增加由相關聯(lián)的照明源提供的照明。在一個實施方式 中，孔徑尺寸和照明源的適當組合包括如上面提到的照明源和位于光敏檢測器與剛性成像 頭之間的、直徑為約5mm至15mm之間并且包括約5mm和15mm的孔徑，以提供在約1 · 5至4 · 5之 間并且包括約1.5和4.5的圖像側光圈數(shù)。在相關實施方式中，孔徑可以被設定尺寸以提供 在約3至3.5之間并且包括約3和3.5的光圈數(shù)。
[0073] 在一個【具體實施方式】中，成像設備包括對應于約3.4的圖像側光圈數(shù)的寬度為約 10.6mm的孔徑。成像設備還包括包含適于發(fā)射630nm的約5W的光的50W紅色LED的光源。在該 實施方式中，入射到外科手術床上的光是約60mW/cm 2。相關聯(lián)的光引導元件是截止波長閾 值為約660nm的、反射波長小于該截止閾值的光使其朝向成像設備的遠端的二向色鏡。雖然 上面描述了具體的孔徑、截止閾值和照明源，應當理解，如先前所討論的，也可以設想其他 范圍的孔徑尺寸、光圈數(shù)、波長和截止閾值。
[0074] 在一些實例中，為了便于進行外科手術同時對外科手術部位進行成像，可以期望 使得能夠對外科手術部位內除了使用顯像劑標記的異常組織以外的對象和/或健康組織進 行成像。在這樣的實施方式中，成像設備可以包括被構造并且布置成向外科手術部位提供 光的第二照明源。在一個實施方式中，第二照明源可以簡單地是由于成像設備正在其中成 像設備不與組織接觸的離體模式下操作而入射到外科手術部位上的環(huán)境光，或者簡單地是 從包括環(huán)境光通過其可以進入的開口的設備入射到外科手術部位上的環(huán)境光。在另一個實 施方式中，第二照明源可以提供大于光引導元件的截止波長和顯像劑的相關聯(lián)的激發(fā)波長 的一個或更多個波長或波長的譜光。因此，來自第二照明源的光可以對位于設備的視場內 的組織進行照明并且通過光引導元件朝向相關聯(lián)的光敏檢測器。這可以有助于在使用過程 中生成"白光"圖像。對應于顯像劑的激發(fā)波長的第一照明源可以在成像過程中以恒定模式 工作或者可以以脈沖方式工作以便于如下文更詳細的描述地隔離熒光信號。
[0075] 在不希望受到理論約束的情況下，在一些實例中，可能難以從周圍的健康組織發(fā) 射的自體熒光信號中識別出來自使用顯像劑標記的異常組織的熒光信號。例如，來自經標 記的異常組織的發(fā)射信號可能變得復雜，因此自體熒光信號使其更難以識別。已知產生可 能在術中成像過程中干擾殘余癌的識別的大熒光信號的一些類型的組織可以包括但不限 于組織如骨骼和皮膚。所以，能夠將由癌癥靶向顯像劑產生的熒光信號與由于天然熒光劑 而出現(xiàn)的背景熒光信號隔離的系統(tǒng)可以是有利的。
[0076] 在一個實施方式中，來自外科手術部位內的組織的自體熒光的干擾的減輕可以涉 及耦接至醫(yī)學成像設備的第一照明源和第二照明源的使用。第一照明源和第二照明源可以 是分立的設備或者它們可以如上面提到的被組合。醫(yī)學成像設備可以包括向遠方延伸的成 像頭，其中成像頭的遠端限定了設備的視場。第一照明源和第二照明源可以耦接至成像設 備使得它們向成像頭的遠端提供光。例如，二向色鏡可以沿著光學路徑定位使得其將來自 第一照明源和第二照明源的光引導至成像頭的遠端。替選地，如上面描述的，也可以使用引 導來自第一照明源和第二照明源的光朝向成像頭的遠端的其他方法。第一照明源可以產生 對應于期望的顯像劑的激發(fā)波長的第一波長的第一光。第二照明源可以產生對應于期望的 顯像劑的不同激發(fā)波長的第二波長的第二光。此外，第一照明源和第二照明源可以交替地 以脈沖方式工作以引起來自位于視場內的組織的不同的熒光信號。取決于實施方式，第一 照明源和第二照明源可以在光敏檢測器的每個暴露周期內交替地以脈沖方式工作，或者每 個脈沖可以在光敏檢測器的多次暴露內持續(xù)，本公開內容并不受限于此。
[0077] 在使用兩個或更多個照明源的實施方式中，照明源可以對應于單個照明源或多個 照明源，本公開內容并不受限于此。例如，單個照明源可以提供包括多個波長的光。那么可 以使用濾光器和其他適當?shù)墓鈱W部件來將單獨的期望波長的光提供至醫(yī)學成像設備上適 當?shù)奈恢谩?br>[0078]在不希望受到理論約束的情況下，分別暴露于兩個不同的激發(fā)波長的顯像劑會呈 現(xiàn)所產生的熒光信號強度的可預測的上升或下降。因此，可以將響應于來自兩個單獨的照 明源的激發(fā)而由光敏檢測器的像素捕獲到的熒光信號之間的變化與顯像劑的熒光信號的 預期變化相比較以識別使用顯像劑標記的異常組織。相反地，可以將沒有呈現(xiàn)熒光信號的 預期變化的像素識別為正常組織。例如，當使用LUM015來標記期望的組織時，可以使用約 590nm至670nm之間的第一激發(fā)波長以及約510nm至590nm之間的第二激發(fā)波長。LUM015包括 熒光染料CY5,美國專利申請公開號2011/0104071和美國申請序列號61/781,601中一般性 地描述了 LUM015,其通過引用合并至本文中。LUM033還包括熒光染料CY5,并且能夠同樣地 使用約590nm至670nm之間的相同的第一激發(fā)波長和約510nm至590nm之間的相同的第二激 發(fā)波長來標記期望的組織。Lum 33還在美國公開號2011/0104071和2012/0150164中一般性 地被描述。類似于LUM015,其具有藥動學改性劑和Cy5熒光染料，但是其不具有猝滅劑和酶 裂解部位。可替選地，其依賴于優(yōu)選地從健康組織清除顯像劑而保留癌細胞和/或與腫瘤關 聯(lián)的炎性細胞的在標記狀態(tài)的藥動學改性劑。應當理解，適當?shù)募ぐl(fā)波長隨不同顯像劑而 不同，并且本公開內容在某些方面不限于任何具體的第一激發(fā)波長和第二激發(fā)波長。
[0079] 如先前提到的，理想的是提供沒有殘余癌細胞的約2mm的腫瘤切緣。因此，在一些 實施方式中，使用提供相對于外科手術床表面Imm至2mm量級的檢測深度以提供對于位于外 科手術床表面至約Imm至2mm的期望的檢測深度處的細胞的成像的顯像劑是有益的。在不希 望受到理論約束的情況下，通過選擇具有適當?shù)募ぐl(fā)波長和熒光發(fā)射波長的顯像劑，如上 面提到的，顯像劑的穿透深度可以被限制在期望的范圍內如約Imm至2mm并且包括約Imm和 2_。因此，外科醫(yī)師可以確信，所檢測到的信號對應于位于相對于外科手術床表面約Imm至 2mm內的組織。該增強的深度特異性可以使得外科醫(yī)師能夠切除較小量的組織，出于多種原 因考慮，這都是有益的。此外，在不希望受到理論約束的情況下，具有處于對應于約710nm至 850nm的波長的遠紅譜中的波長的光可以提供組織中的約Imm至2mm的穿透深度，然而也可 以使用約300nm至l，000nm之間的波長。因此，在遠紅譜中操作的顯像劑可以提供相對于外 科手術床表面約Imm至2_的期望的穿透深度。因此，在一些實施方式中，醫(yī)學成像設備可以 與在遠紅譜中操作的顯像劑一起使用。然而，應當理解，顯像劑可以提供大于或小于2mm的 檢測深度，本公開內容并不受限于此。例如，還可以使用具有能夠提供在約Inm至5nm之間的 檢測深度的激發(fā)波長和熒光發(fā)射波長的顯像劑。應當理解，由于發(fā)射的熒光信號仍會限于 期望的穿透深度，所以可以使用穿透深度大于期望的穿透深度的激發(fā)波長。因此，例如，設 備可以與具有處于一個波長處的激發(fā)波長和在約590nm與850nm之間的單獨的熒光波長的 顯像劑一起操作。
[0080] 上面提到的能夠提供期望的檢測深度的示例性顯像劑是使用熒光團CY5的LUM015 (以及在美國專利公開號2011/0104071中描述的其他這樣的劑）?？梢园陲@像劑中的其 他適當?shù)姆俟鈭F包括但不限于 Cy3、Cy3.5、Cy5、Alexa 568、Alexa 546、Alexa610、Alexa 647、R0X、TAMRA、Bodipy 576、Bodipy 581、Bodipy TR、Bodipy 630、VivoTag 645和德克薩 斯紅。當然，本領域中的普通技術人員將能夠選擇具有適用于具體應用的熒光團的顯像劑。 [0081 ]當前使用的亮度顯像劑是與本申請同一日期提交并且題為IMAGING AGENT FOR DETECTION OF DISEASED CELLS"的專利申請序列號___的主題，其公開內容通過引用 合并至本文中。
[0082] 鑒于期望的檢測深度，成像設備可以被優(yōu)化以將期望的成像深度以及外科手術過 程中患者的預期的自然運動二者都考慮在內。例如，可以預期肺癌外科手術和乳房腫瘤切 除術過程中的胸部的運動。因此，成像設備的景深可以在約0.1mm至IOmm之間并且包括約 0 · Imm和10謹;0 · 1謹至5mm之間并且包括0 · Imm至5mm;或Imm至5謹之間并且包括1謹和5mm。 然而，應當理解，還設想了大于上面提到的范圍和小于上面提到的范圍的其他景深。
[0083] 可以以任意數(shù)目的方式來使用本文中描述的醫(yī)學成像設備。然而在一個實施方式 中，可以使用醫(yī)學成像設備來識別位于外科手術床內的異常組織。這可以包括向外科手術 床提供包括期望的顯像劑的第一激發(fā)波長的第一光。第一激發(fā)波長可以導致從使用適當?shù)?顯像劑諸如例如LUM015標記的異常組織發(fā)射的熒光信號。包括多個像素的適當?shù)墓饷魴z測 器可以收集所發(fā)射的熒光信號以用于與異常組織閾值相比較。收集大于異常組織閾值的熒 光信號的像素可以被識別為對應于異常組織。
[0084] 取決于【具體實施方式】，可以通過多種方式來確定異常組織閾值。在與周圍的健康 組織和具體的經標記的異常組織相關聯(lián)