專利名稱：：在全身生理學和休克的判定、評估和監(jiān)測中的超光譜/多光譜成像的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及用于執(zhí)行對一個或者多個生理參數(shù)的實時和/或接近實時的評估和監(jiān)測的超光譜或多光譜成像系統(tǒng)和設備。本發(fā)明還涉及分析超光譜和多光譜數(shù)據(jù)以在例如休克和瀕臨休克、血容量過低、血液動力學功能障礙、生理功能紊亂、脫水和體溫過低中提供具體的診斷和治療選項。
背景技術：
：對不管何種病源學的新陳代謝休克的早期檢測對于各種民事和軍事醫(yī)療環(huán)境是至關重要的。急性出血和隨后的循環(huán)衰竭(休克)占戰(zhàn)場上和前線手術臺(forwardoperatingtable)的死亡人數(shù)的約50%，該統(tǒng)計數(shù)字自從第一次世界大戰(zhàn)以來一直相對保持不變。此外，出血在死于受傷的受傷士兵的約30%中是主要的死亡原因。類似地，在民事領域，無控制出血占外傷引起的早期手術死亡的高達82%。但是，如果通過外科手術穩(wěn)定外傷病人，則在戰(zhàn)爭人員傷亡中的死亡率下降到2%到4%。因此顯然，提供對于休克的早期診斷的能力顯著降低了民事和軍事環(huán)境中與休克相關的死亡率和發(fā)病率。出血性休克一般由血壓過低的程度、非特異性征候和主觀癥狀(諸如由于失血而發(fā)展的皮膚濕冷、臉色蒼白、脈搏弱且淺、不穩(wěn)定的生命跡象以及精神消退)來確定。對于其它類型的休克可以觀察到類似的癥狀。休克的影響為供給和需求之間的不匹配，導致各種組織中的細胞代謝改變。所有這些是循環(huán)不足以滿足代謝需求所導致的。大家清楚的是，在過了某一點之后，休克變?yōu)椴豢赡娴?。對于軍事應用，特別是在戰(zhàn)場中，識別那些期待自然復原的士兵以及那些應該被治療的士兵是極其有用的。對于在各種人體和動物模型中預測瀕臨血液動力學代償失調(diào)和判定休克的不可逆性的標準的描繪己經(jīng)作出了重大的努力。類似地，能夠用于評估其它損傷、受到化學或生物試劑的作用、虛脫、脫水、營養(yǎng)狀態(tài)、精神或情感緊張水平、藥劑、受到諸如一氧化碳的毒性劑的作用的信息在戰(zhàn)場和民事環(huán)境中都將是有用的。適當?shù)闹委燁愡x法和診斷對于潛在的生命救助治療對策的適當應用是十分關鍵的。在受到化學或者生物作用方面，快速和準確地評估受傷或者受影響的個體的血液動力學狀態(tài)將是至關重要的又是困難的。笨重的化學生物毒劑(CBW)個人防護裝備可能阻礙醫(yī)療人員或者急救者(firstresponder)對于同樣可能穿著CBW裝備的傷員進行標準評估所需的接觸。獲取脈搏或者測量血壓可能是不可能的。與可能受污染的個體接觸的任何裝置也可能被污染，并且在沒有繁重的清潔措施或者一次性遮蓋物的情況下可能不能被再利用。因此，發(fā)展和使用遠程感測技術以在這樣的環(huán)境中提供生理和血液動力學評估，將是非常有利的。為了最大化的實用性，這樣的技術將提供能給出接近實時的信息的手持、耐用并且可隨時使用的系統(tǒng)。其將要求最小的操作者技能，并且將可由穿著CBW服裝的終端使用者操作。深度酸毒癥、堿缺乏或者堿缺乏的變化率已經(jīng)都被與不可存活性相關聯(lián)，但是已經(jīng)公知的是，這些發(fā)生在休克進展的后期。此外，到目前為止，對這些參數(shù)的評估需要血液樣品和實驗設備，這限制了這類測試對于急救者的使用。其它參數(shù)，諸如深度血壓過低或者嚴重心搏徐緩的開始或者其它節(jié)律障礙，通常在緊接末期征兆之前的休克中可以被觀察到，但是不能可靠地提供足夠預先的通知以允許成功的介入。更輕度的血壓過低或者節(jié)律紊亂可能與存活或者死亡相關，不能提供預兆信息。因此，一直存在對于如下監(jiān)測設備的需要，該監(jiān)測設備提供關于病人對于休克的反應的可能后果的更早信息。因為血壓過低和氧氣傳輸減小的表現(xiàn)反應了出血性休克的過程中的晚期征兆，因此至關重要的是，確定在血量損失的最早時間段期間改變的生理信號，以提供對于休克嚴重性的準確評估。在休克發(fā)展中的共同特性是與血液流量(心輸出量)減小相關的到組織的氧傳輸不足(D02)或者代謝改變(減小的pH值或者堿過量)。增大的心輸出量和D02與存活密切相關，而無法穩(wěn)定心輸出量和D02與死亡高度相關。因此，包括某些氧傳輸?shù)闹笜?例如，心搏量，心輸出量)的手段代表了較之目前用于此目的的測量手段更好的用于循環(huán)性休克的早期預測的工具。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明克服了與現(xiàn)有方案和設計相關的問題和缺點，并且提供了新的工具和方法，所述工具和方法用于評估休克受害者或者其它需要實時或者接近實時的生理評估的病人的組織氧飽和度、氧輸送和氧提取以及組織水合水平。該技術利用了通過超光譜成像的局部組織評估，以提供關于全身生理和疾病狀態(tài)的信息。因此，本發(fā)明涉及超光譜和多光譜成像系統(tǒng)、設備和方法，其用于一個或者多個生理參數(shù)的實時或者接近實時的評估和監(jiān)測，所述生理參數(shù)包括氧合血紅素、脫氧血紅素、水含量、總血紅素和氧飽和度，其按照本文所述地被分析時，提供代謝和生理狀況，諸如休克的出現(xiàn)或者評價、復生的充分性或者生存的可能性。從HSI數(shù)據(jù)得到的具體診斷包括休克，血容量過低，血液動力學障礙，生理紊亂，休克或瀕臨休克狀態(tài)(包括括出血性休克、血容量過低休克、敗血性休克、心原性休克、神經(jīng)性休克、燒傷休克的休克或者瀕臨休克)、脫水和體溫下降。微循環(huán)變化類似地可以見于諸如糖尿病或者充血性心力衰竭的慢性疾病狀態(tài)中。例如，在患有神經(jīng)病的糖尿病受試者的前臂中，組織氧合血紅素和氧飽和度(sHSIo2)的超光譜測量結(jié)果較低，盡管該區(qū)域通常不受臨床體神經(jīng)病的影響(Greenmanetal.,Lancet2005;366:1711)。該觀察涉及了得自通常以足部為目標的疾病的全身微血管變化的超光譜成像。由超光譜測量提供的類似信息可以支持休克或者其它生理變化的關于其的額外信息的早期檢測，并且還提供關于可能的后果的信息。利用豬的出血性休克和人的低體負壓(LBNP)模型(仿效血損失的人休克模型)的超光譜成像表明了可以用于監(jiān)測和預測休克的開始和恢復的衡量標準。本設備的實施例可以用于如下環(huán)境，包括但不限于，手術、臨床過程、健康監(jiān)測、急救室或者戰(zhàn)場護理、急救情形和野外醫(yī)療評估、醫(yī)院、以及臨床或者醫(yī)師辦公室。此技術通過超光譜成像在空間、光譜和時域維度上評估(在第一時間)局部組織，以提供關于全身生理和疾病狀態(tài)的信息。本發(fā)明的一個實施例涉及傳遞MHSI圖像以診斷和評價休克的設備，包括檢測器(例如攝像機)；可控光源；光譜分離器；功率源；圖像獲取和顯示硬件，以及由足以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用信息的硬件和軟件組成的集成分析系統(tǒng)。檢測器優(yōu)選是數(shù)字攝像機(例如具有電荷耦合器件(CCD)或者互補金屬氧化物半導體(CMOS)檢測器的攝像機)和透鏡。優(yōu)選地，光源是圍繞光進入?yún)^(qū)域布置的發(fā)光器件(例如發(fā)光二極管(LED))陣列，以提供接近同軸的照明，其每一個的強度和持續(xù)時間由軟件程序控制。優(yōu)選地，光譜分離器是可見或者近紅外波長液晶可調(diào)諧濾波器(LCTF)，并且被裝配到攝像機透鏡的前方。優(yōu)選地，功率源和軟件程序被用于供電和控制圖像獲取硬件。優(yōu)選地，該設備是便攜式的并且數(shù)據(jù)的獲取被實時地或者接近實時地執(zhí)行。優(yōu)選地，被檢查的組織可以是皮膚，諸如手掌(內(nèi))前臂的皮膚。兩個這樣的透鏡、濾波器和檢測器子系統(tǒng)(一個用于可見波長的收集，另一個用于NIR波長的收集)可以被組合和集成為一個功能系統(tǒng)。在本發(fā)明的另一個實施例中，聲光可調(diào)諧濾波器(AOFT)被裝配在透鏡和攝像機之間，或者裝配在透鏡的前方。通過經(jīng)由計算機控制的驅(qū)動器改變聲波的頻率，進行波長選擇。取決于所期望的光學設計，可以在攝像機和AOTF之間使用附加的透鏡。在本發(fā)明的另一個實施例中，紅外溫度計被與HSI系統(tǒng)匹配(或匹配在HIS系統(tǒng)內(nèi))，來測量ROI表面的溫度。該溫度計可以被擴展為熱敏感器件陣列，其提供被觀察表面上的溫度分布的數(shù)字圖像。后者被包括在HSI數(shù)據(jù)分析中，以確定休克進程的開始。本發(fā)明的另一個實施例涉及一種用于從病人獲取MHSI數(shù)據(jù)的方法，包括照明所述病人的組織上的目標區(qū)域；用檢測器收集所述目標區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像；利用算法將所述數(shù)據(jù)圖像轉(zhuǎn)化為光學密度單位；生成所述數(shù)據(jù)圖像的超立方體；對于所述超立方體中的每一個光譜計算如下中的任何一項或者全部氧合血紅素、脫氧血紅素和水系數(shù)，并且利用這些計算結(jié)果得到如下生理相關的參數(shù)中的任何一項或者全部氧輸送、氧提取、總血紅素、組織超光譜氧飽和度(SHSI02)、以及水合水平。這些參數(shù)中的任何一項或者全部被用于得到超光譜休克指標。對于所收集的數(shù)據(jù)，執(zhí)行計算以提供關于ROI的化學組成的信息。優(yōu)選地，根據(jù)數(shù)據(jù)來計算代表物質(zhì)存在濃度的如下系數(shù)中的任何一項或者全部氧合血紅素、脫氧血紅素和水。更優(yōu)選地，對于圖像的每一個像素或者對于代表性像素、像素組、ROI的一個區(qū)域或者整個ROI，計算氧合血紅素和脫氧血紅素以及水系數(shù)。更優(yōu)選地，僅僅計算氧合血紅素和脫氧血紅素系數(shù)。系統(tǒng)或者系統(tǒng)的診斷模塊使用一個或者多個計算出的系數(shù)，以得到關于生理學或者生理狀態(tài)或者生理紊亂或者病原學的信息。優(yōu)選地，這較之被成像的特定一片組織反映了更寬范圍的生理學。更優(yōu)選地，此信息反映了或者與至少區(qū)域生理學相關。最優(yōu)選地，此信息反映了或者與全身生理學或者代謝狀態(tài)相關。由系統(tǒng)或者系統(tǒng)的診斷模塊開發(fā)的算法來簡化和提供信息。優(yōu)選地，這些算法被設計來生成標量指標值或者標量值，其可以與在研究下的生理狀態(tài)的變化相關或者相關聯(lián)。優(yōu)選地，這是休克指標。優(yōu)選地，此指標可以被認為是生命征候，并且充當獲取生命征候的代理或者非侵入非接觸或者遠程方法。其可以被或者可以不被設計成與目前的標準生命征候(諸如心率或者血壓)中的一種緊密相關。更優(yōu)選地，休克指標將與血動力學狀態(tài)的更先進的量度(諸如心輸出量、心搏量或者D02)相關。最優(yōu)選地，休克指標將與后果相關。優(yōu)選地，休克指標將先于其它的衡量標準提供關于病人狀況的經(jīng)改進或者更早的信息。在另一個實施例中，可以由系統(tǒng)或者系統(tǒng)的診斷模塊得到用于其它的疾病或者生理狀態(tài)的其它指標。這樣的指標的實例包括對于糖尿病、充血性心力衰竭、腎衰竭、液體潴留、脫水、高血壓、出血、敗血癥、肺衰竭、組織缺氧等。這些可以類似地與目前的與各種生理或者病原狀態(tài)相關聯(lián)的測量相關，或者與后果數(shù)據(jù)相關，以提供經(jīng)改進的衡量標準。在可選實施例中，一組反映其本身系數(shù)的數(shù)字將連同標尺被提供，以允許解釋。在另一個可選實施例中，相關的信息作為單個或者一系列的黑白或者偽彩色圖像被提供，所述圖像反映了空間和光譜組織特性兩者。優(yōu)選地，該圖像將與標尺相關聯(lián)地報告，以允許容易的解釋。在另一個實施例中，提供代謝狀態(tài)的單一指示。優(yōu)選地，這是提供給操作者關于病人的狀態(tài)的信號的一個或者一系列光的形式。在另一個實施例中，在屏幕上提供語言或者書面指令。圖像可以以多種方法中的任何一種來提供，包括MHSI成像儀本身、在遠程屏幕上、通過投影儀或者經(jīng)由前導顯示器。使用預定的光照，或者光照被測量或被估計或被記錄。優(yōu)選地，系統(tǒng)被校準，以考慮環(huán)境光照以及由儀器提供的任何光。確定為必要的校準步驟被自動或者手動或者兩者的組合來確認，并且手動或者自動或者以兩者的組合來進行實施此校準的步驟。優(yōu)選地，校準步驟被用于評估和使用或者校正環(huán)境光。在一個優(yōu)選實施例中，可調(diào)諧光源、可調(diào)諧濾波器或者這兩者被用作光譜分離器，以提供用于分析的特定光譜數(shù)據(jù)。在另一個優(yōu)選實施例中，特定波長光源，優(yōu)選LED，被用于提供數(shù)據(jù)輸入，并且消除了對于光譜分離器或者濾波器中的一些或者全部的需要。優(yōu)選地，在數(shù)據(jù)收集過程中的全程或者一部分中，為設備提供光照。更優(yōu)選地，儀器提供預定的光照。優(yōu)選地，儀器至少收集一組僅用環(huán)境光的數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)組可以是單波長帶收集或者由設備所測量的整個波長帶的的全部或者部分。在另一個實施例中，環(huán)境光被用作光源，并且設備進行測量以用于校準。優(yōu)選地，如果環(huán)境光不足，操作者將被告知。最優(yōu)選地，如果環(huán)境光不足，其將手動地或者自動地或者以兩者的組合的方式被來自儀器的光照補充。在隨后的說明書中部分地闡述了本發(fā)明的其它實施例和優(yōu)點，其部分地將通過該說明書而變得清楚，或者可以通過對本發(fā)明的實施而被教導。圖1是具有光分離器的HSI系統(tǒng)。圖2是具有預定波長的光的HSI系統(tǒng)?？梢允褂谜瓗ED，使得不再需要光譜分離器。圖3是皮膚中的主要發(fā)色團的可見和近紅外(NIR)吸收光譜水(藍色)、氧合血紅素(紅色)、以及脫氧血紅素(綠色)。圖4是利用可視MHSI，在超立方體(hypercube)的一個像素處記錄的手掌(左側(cè)圖)的彩色圖像和譜圖(右側(cè)圖)。所記錄的譜圖(黑色實線)被分解成4個分量(偏移量、斜率、氧合血紅素和脫氧血紅素)，使得當合成復原時，它們形成以最少方差方式與真實數(shù)據(jù)擬合的線(黑色虛線)。圖5是豬受試者的SHS!02圖像中的像素強度的直方圖。這些線示出了在基線處(藍色)和在休克過程中(綠色)皮膚中的S服02值的分布。平均值的減小提供了休克的清楚提示。圖6是在血壓被降低到-90mmHg時在對人類受試者的LBNP實驗過程中的心率(紅色)和平均THb(對ROI平均的總血紅素)(藍色)。在t=0時發(fā)生昏厥并且返回到0LBNP。在虛脫之前總Hb急劇下降。圖7是在血壓被降低到-90mmHg時在對人類受試者的LBNP實驗過程中的心率(紅色)和std(在ROI內(nèi)S腦02的標準差)(藍色)。在t=0時發(fā)生昏厥并且返回到0LBNP。在虛脫之前SH^02的不均勻性增大。圖8是在血壓被降低到-90mmHg時在對人類受試者的LBNP實驗過程中的對ROI平均的皮膚水合(藍色)和LBNP(綠色)。在t二0時發(fā)生昏厥并且返回到0LBNP。在此研究中，在虛脫之前組織水合下降了幾乎腦。圖9是示出了圖像過濾如何能夠被用于提供對于皮膚色斑的自動檢測的原始圖和經(jīng)處理的圖像。圖10是在圖像中BLOBS和TEMPORALS(綠色和藍色，下方的圖)具有的特征。BLOBS定量"色斑"或者"斑點"一伴隨休克出現(xiàn)的SHSI02的大的空間變化。TEMPORAL對從一個時間點到下一個時間點的"色斑"圖案的時域變化進行定量。在許多例子中，TEMPORAL的增大先于BLOBS的增大。圖ll表明MHSI氧合血色素(OxyHb)揭示了作為病人可存活性的指示的循環(huán)模式的變化。OxyHb圖像示出了在動物休克實驗的過程中的變化左側(cè)的是基線處(在最初出血之前)，中間的是在休克期間(在最初出血之后62分鐘)，右側(cè)的是在復生后平衡態(tài)(在最初出血之后147分鐘)。其它的豬表明了在復生后基線模式的完全恢復。圖12表明MHSIS艦02揭示了作為病人可存活性的指示的循環(huán)模式的變化。S服02的基線(左側(cè)圖)與休克圖像(右側(cè)圖)的比較示出了"羽毛狀"圖案的發(fā)展。這類圖案在許多或者在此過程中死亡或者針對測試過程沒有顯現(xiàn)出強勁恢復的動物受試者中發(fā)展，并且看起來表明獲得不利后果的更大可能性。圖13示出了對于每一個時間步長的作為時間的函數(shù)的生理和超光譜參數(shù)的平均值，同時還示出了標準差。心率和血壓示于左側(cè)兩個圖中。利用平均、分布、斑點和時域偏移方法得到的結(jié)果被示于右側(cè)的圖中。對照受試者和出血受試者分別由藍色和黑色示出。圖14示出了接收工作特性(ROC)曲線，以及心率(紅色)、動脈收縮血壓(藍色)、和超光譜休克指標HSSI(黑色)在ROC曲線下的面積，同時還示出了標準差。圖15示出了通過CBW面罩的超光譜數(shù)據(jù)收集。從頂側(cè)到底側(cè)1)由目標區(qū)域的超光譜圖像重構(gòu)的彩色照片；2)示出了預期的不均勻性的通過面罩透鏡得到的譜圖；3)具有空間變化的未套準的"原始"光譜圖像，其在圖像處理算法中是有利的。注意，反射閃光不影響分析。具體實施方式光譜學已經(jīng)被用于檢測各種組織中的代謝狀態(tài)。例如，光譜分析方法被結(jié)合在脈搏血氧計中，脈搏血氧計利用不同的氧合-和脫氧血紅素的吸收帶來估算全身動脈氧飽和度。但是，由脈搏血氧計提供的測量不足以作為診斷或者監(jiān)測休克的方法。雖然脈搏血氧計可以提供動脈氧飽和度的點測量，但是其不能提供對于總血紅素或者組織氧提取或者組織水合的測量。因此，脈搏血氧計僅僅提供對與休克相關的生理狀態(tài)和血液動力學條件進行評價所必須的信息中的一部分。因為總血紅素的降低或者氧傳輸和氧提取之間的失配或者皮膚循環(huán)模式承載了重要信息并且可能是重要的警告信號，所以這是具有重要影響的。脈搏血氧計所得到的動脈氧飽和度實際上提供了更多關于肺部而不是循環(huán)功能信息，并且動脈飽和度可以被保持直到深度休克晚期，尤其是如果病人一直吸取高濃度氧的話。確定循環(huán)和/或到組織的灌注的充分性另一個重要參數(shù)是組織的氧提取。通過記錄氧合血紅素和脫氧血紅素兩者的信息并通過使用其來(分別)報告關于氧傳輸和氧提取兩者的信息，醫(yī)學超光譜成像(MHSI-在此本領域技術人員將其理解為是指醫(yī)學多光譜成像或者超光譜成像，或者醫(yī)學多光譜和超光譜成像兩者)報告組織代謝和組織灌注的充分性，以維持組織健康和生存能力。利用兩項信息，由MHSI數(shù)據(jù)計算出的組織OxyHb和DeoxyHb血紅素水平，可以傳遞關于組織氧飽和度(S腦02)和總血紅素的信息。由MHSI數(shù)據(jù)計算出的水水平可以傳遞關于組織的水合狀態(tài)的信息。在休克狀態(tài)中，超光譜成像的模式也可用于揭示人體對血液動力學障礙的反應。在人體對血容量過低的反應中，為了集中血流，血液通常在該過程的非常早期被分流遠離皮膚。因此，通過監(jiān)測皮膚及其微循環(huán)模式或水合狀態(tài)，我們可以較早地獲得關于血液動力學障礙的嚴重性的信息?？梢灶愃频卦u估涉及其它疾病(諸如糖尿病，全身感染或者心臟或肺部疾病)的微循環(huán)變化。通過類似方法可以確認、評估或者跟蹤其它急性或者慢性生理或者代謝變化(Greenmanetal，Lancet2005;366:1711)。組織圖像中的變化反映了涉及區(qū)域血流和水合的全局變化和局部變化、以及與在檢查下的微循環(huán)床的特異反應相關的更局部的變化。不同組織或者微循環(huán)床之間(例如，皮膚對頰黏膜，或者來自諸如前臂的外周位置的皮膚對來自諸如胸壁的更中心位置的皮膚)的反應的比較及其隨時間的相對變化提供了額外的信息。在醫(yī)院環(huán)境中，可以進行大量的測量來監(jiān)測休克。通過基于血壓和血液的氧攜帶能力的明顯下降，心率的升高以及脈搏特性的變化，監(jiān)測朝向循環(huán)虛脫的進程。存在幾種緩沖對抗血壓和氧攜帶能力的變化的補償機制，限制了這些測量用于休克的早期評估的用途。血壓過低和休克的其它信號和癥狀的出現(xiàn)并不標志著循環(huán)障礙的開始，而是表示代償失調(diào)的開始，即可能對于引入有效治療來說太遲的時間點。另一個標準生命信號，心率，眾所周知地是休克的非特異性指標。可能不能確切地解釋在受傷士兵或者受傷病人中升高的脈搏速率，這是因為"戰(zhàn)或逃(fight-or-flight)"反應是自然的競爭結(jié)果。在戰(zhàn)爭中或者對于更常規(guī)的救護車或者急救室環(huán)境中的最初或者早期急救者而言，更侵入或更全面的測量是不現(xiàn)實的。在這些環(huán)境中，例如可能不能實施侵入監(jiān)測，諸如肺動脈(Swan-Ganz)導管插入(其提供對于血液氣體和心輸出量的測量)。因此，在軍事和民事領域兩者中，存在對于小型、非侵入并且便攜的測量系統(tǒng)的需要?？梢岳美缃?jīng)皮氧分壓和/或二氧化碳分壓(PtC02/C02)完成對血液氣體的非侵入測量。這樣的測量的一個缺點是，其依賴于小的樣品量，該小的樣品量不能精確地反映整體的組織狀況。此外，在皮膚上放置探針本身改變了血流和生理學。MHSI數(shù)據(jù)還可以與由如下的測量中的一種或其組合提供的數(shù)據(jù)結(jié)合皮膚溫度、核心溫度、心率、R-R間期變化、動脈血壓、呼氣末二氧化碳、tcP02、顱多普勒、脈搏血氧測量、激光多普勒、超聲、NIR點光譜分析、神經(jīng)傳導、心輸出量、心搏量、中心靜脈壓、肺動脈壓、肺毛細血管楔壓、組織水合測量、以及諸如pH和乳酸之類的血液化學值，以便為護理者提供額外的信息，提高診斷準確性或者傳達對于生理狀態(tài)的改變的或者瀕臨休克的更早警告。皮膚是用于監(jiān)測的特別好的選擇。除了其容易適用于基于攝像機的技術(諸如MHSI)之外，皮膚微循環(huán)還對休克和其它全身疾病狀態(tài)具有被良好認識的反應。通過監(jiān)測皮膚，MHSI可以跟蹤由于包括失血、血液稀釋、組織水量的增加或者血液從皮膚分流以保護到中心器官的血流在內(nèi)的原因?qū)е碌摹⑴c血液或者紅細胞量的疾病相關的變化。還可以獲得關于植物性神經(jīng)系統(tǒng)的反應的信息，植物性神經(jīng)系統(tǒng)對于皮膚微循環(huán)具有特異性影響，并且可以提供關于身體反應以及損傷或者疾病狀態(tài)的起因和嚴重性的額外信息。對于不同的疾病狀態(tài)、不同的休克形式或者對于特定的有機體的敗血性休克的情況，這可能是不同的。用MHSI進行的皮膚測量可以用于得到關于氧傳輸、氧提取和水合水平的信息(其可以被其次地用于評價與諸如休克和糖尿病的各種疾病狀態(tài)相關的生理學)。氧合血紅素(OxyHb)、脫氧血紅素(DeoxyHb)以及水系數(shù)可以被獨立地表現(xiàn)為圖像或者反應目標區(qū)域(ROI)上的平均值的標量，或者氧合血紅素和脫氧血紅素系數(shù)可以被用于計算超光譜組織氧飽和度(SHSI02=OxyHb/(OxyHb+DeoxyHb))、總血紅素。該信息可以被表現(xiàn)為黑白色或者偽彩色圖像，或者氧合血紅素和脫氧血紅素值(或者它們的與氧提取和輸送相等價的組合)可以以諸如血壓(e.g.XX/YY)的格式被表示在一起。這樣的表示可以用來代表ROI中的任何像素的氧合血紅素和脫氧血紅素值，表示整個ROI上或者ROI的任何子部分上的平均氧合血紅素和脫氧血紅素值，或者氧合血紅素和脫氧血紅素值可以通過公式或者算法被組合成一個數(shù)值(例如，超光譜休克指數(shù))。在這些階段中的任何一個中，可以添加來自水系數(shù)的附加數(shù)據(jù)或者其它生理或生化值，以提高該技術的實用性。例如，在給定的圖像中可以選擇不同的色彩方案來表示OxyHb、DeoxyHb和水系數(shù)，或者對于一個像素或者區(qū)域的每一個系數(shù)的標量值可以被表示為XX//YY〃ZZ。例如，在目標區(qū)域從皮膚確定的OxyHb系數(shù)均值在休克開始之前下降，同時該值的標準差增大。這些趨勢在人LBNP和豬出血實驗中都觀察到了。此外，超光譜休克指數(shù)(其由OxyHb系數(shù)的均值和標準差獲得)，斑點指數(shù)以及時域指數(shù)被表明與心率和低體負壓相關，并且與心搏量和脈壓適度相關。利用糖尿病作為實例，OxyHb/DeoxyHb值通常對于對照受試者為約30/40，對于患有糖尿病性神經(jīng)病的受試者為20/50。麻醉可以改變對于皮膚血流的控制機制，導致血流振蕩(通常響應于血容量過低而發(fā)生)的抑制。超光譜圖像對于麻醉病人和蘇醒病人可以是不同的，可以隨著麻醉的深度而變化，或者可以隨著施予的特定藥物而變化。在各種藥理情況下的反應文庫可以用于改善結(jié)果。例如，F(xiàn)reeman等人的美國專利6,640,130教導了通過多變量分類算法從包括熱測量在內(nèi)的多個圖像和譜圖提取信息的用途。添加關于病人狀況、其它血液動力學或者其它參數(shù)、推定診斷或者施予的治療的信息可以改善結(jié)果。Braverman和其同事通過激光多普勒血流測定法(laserD叩plerflowmetry)描述了皮膚循環(huán)顯微解剖學和血流的區(qū)域不均勻性之間的關系。他們還描述了在身體同側(cè)和身體異側(cè)的肢上的位置之間的血流振蕩的同步性，提示這樣的振蕩主要由交感神經(jīng)系統(tǒng)控制。在低體負壓下的未麻醉人中采用MHSI的進一步研究表明，圖像的目標區(qū)域(ROI)中的區(qū)域不均勻性的增大可以由氧合血紅素和氧飽和度(SHSI02)的超光譜測量來表明，并且氧合血紅素和S服02的這樣的不均勻性的變化是對于中心血容量過低的反應的主要特征，因為在不同的時間點所收集的圖像之間不均勻性變化更大。熱調(diào)節(jié)是皮膚循環(huán)的主要功能，并且在外傷傷員中通常出現(xiàn)體溫下降。同樣現(xiàn)在對于用于幫助患有血液動力學不足和其它醫(yī)學問題的病人的早期護理的治療還處于發(fā)展階段。通過MHSI技術可以定義全身體溫下降和局部皮膚總血紅素、氧輸送、氧提取以及氧飽和度之間的關系。在出血性休克研究過程中，平均皮膚氧飽和度(SHs,02)和OxyHb值的下降不是由全身體溫下降引起的。核心和皮膚溫度被維持。在單獨的實驗研究中，中度的體溫下降(降到32°C)不會產(chǎn)生與在出血性休克中觀察到的相同的ROI上的組織氧合的平均變化。隨著更深程度的體溫下降(26°C)，觀察到更明顯的變化?？赡艿?，在體溫下降期間，減小的代謝要求抵抗了減飽和作用。這些實驗在麻醉的豬中進行，并且蘇醒或者麻醉的人可能具有非常不同的結(jié)果。在這些情況下，得到了將可用于在發(fā)生或者導致了體溫下降的情況下監(jiān)測生理狀態(tài)的不同參數(shù)和模式。MHSI可用于監(jiān)測與體溫下降的全身生理學和代謝狀態(tài)。傳統(tǒng)地，醫(yī)師已經(jīng)利用毛細血管再充盈作為全身灌注的指示。若干其它的專利描述了同樣試圖提供休克的早期檢測的方法。Shani等(美國專利申請公布No.20040249290)描述了一種休克監(jiān)測設備，其由記錄病人的皮膚變化的光學設備構(gòu)成。在該專利中，如同醫(yī)師按壓皮膚一樣，壓力被短暫地施加在病人的外周皮膚上。該設備自動檢測皮膚從白變回到粉紅色所需的時間，提供毛細血管再充盈時間的量度。如上所述，血壓測量被最常用于確定與休克相關的血壓過低。若干最近的專利描述了幾種利用血壓測量來監(jiān)測休克的額外方法。Sharrock等(美國專利申請公布No.20030040675)描述了用于監(jiān)測心血管系統(tǒng)的非侵入式方法。在該方法中，壓強傳感器被布置在血壓箍帶下方。進行"超心臟收縮(Suprasystolic)"測量，即，在箍帶壓強大于病人的心臟收縮血壓時進行壓強測量。所記錄的時間序列示出了由心跳產(chǎn)生的初始脈搏，接著是一系列來自循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的反應。該專利描述了根據(jù)血液時間序列估計血管收縮程度的方法。所描述的數(shù)據(jù)表明超心臟收縮可以有助于休克診斷。Cohen等(美國專利申請公布No.2004015816)描述了血壓測量的第二用途。在該方法中，通過估計循環(huán)樹(circularytree)的總機械阻力，可以由血壓測量來計算出與心臟輸出量成比例的量。如上所述，心臟輸出量顯然是確認休克開始的重要參數(shù)。但是，因為該設備估計與心臟輸出量成比例的量(而不是直接估計心臟輸出量)，所以在該設備可以被用于檢測休克開始之前，其將需要對于每個病人進行基線測量。此外，由心臟輸出量測量產(chǎn)生的數(shù)值本身不總是與不可逆的血壓動力學紊亂相關，即，給定個體的反應或者適應性存在不同一這用由MHSI可獲得的多參數(shù)更容易定量和監(jiān)測。類似地，在諸如糖尿病或者充血性心力衰竭的更慢性的病癥中，可以監(jiān)測氧輸送和提取的微循環(huán)改變和變化，并且可以提供疾病狀態(tài)或者疾病進程的有用信息。并且，可以將給定個體的與休克相關的數(shù)據(jù)與反映糖尿病、充血性衰竭或者影響微循環(huán)或者皮膚的其它疾病狀態(tài)的給定基線相關。隨著糖尿病的影響范圍增大，對于急性休克在慢性糖尿病的基線上的表現(xiàn)形式的理解是在必要的。類似地，充血性心力衰竭是一種慢性病癥，但是是其中對心原性的、出血性的、敗血性或者其它休克的評估可能是特別重要的病癥。同樣，利用充血性心力衰竭參數(shù)庫的基線，可以更容易地解釋在休克中在這樣的病人中觀察到的特征的重要性。該方法基于超光譜成像應用，在Freeman等的更早的專利——美國專利號20040236229中有描述，該專利通過引用被全文包含在本文中。對于上述方法的評價是其在許多情況下可以與MHSI測量互補。例如，由血壓得到的估計可以提供關于整個循環(huán)系統(tǒng)的信息，而MHSI測量提供示出了皮膚中的循環(huán)模式的局部變化的高分辨率圖像。MHSI是一種"成像光譜法"的方法。光譜法被廣泛用于監(jiān)測各種組織的代謝狀況。例如，光譜法被結(jié)合在上述的脈搏血壓計中，其利用不同的氧合血紅素和脫氧血紅素吸收帶來估計動脈氧飽和度。在近紅外區(qū)域中的點光譜法提供關于皮下組織、肌肉和/或腦中的氧的組織飽和度以及組織水合的情況，并且已經(jīng)被用于出血性休克、手足筋膜間室綜合征的疾病監(jiān)測，以及用于跟蹤頭外傷。近紅外測量已經(jīng)被用于提供對血氧合的測量，其有可能用于檢測休克。Ward等的最近的專利(美國專利申請公布No.20040039269)描述了使用紫外、近紫外和近紅外共振Raman光譜和熒光光譜來用于組織檢查的休克監(jiān)測方法。除了別的內(nèi)容之外，該發(fā)明還教導了可見和NIR漫射光譜法用于休克檢測的用途，其不需要如Ward等中所述收集弱的熒光和共振Raman信號所需的靈敏檢測器。對于近紅外(NIR)和相關的點光譜測量，這些光譜方法不會得到圖像，因此不會傳遞對于預測身體對于休克的反應很重要的關于血流的空間分布或者微循環(huán)變化的任何信息。此外，血紅素吸收信息在可見光區(qū)域要比在NIR強得多。假定常見的生物學和光學信號，由于更高的信噪比，更容易在可見光區(qū)域來定量與血紅素相關的過程(如同在所提出的MHSI方法中所采用的)。NIR光譜法已經(jīng)被首先發(fā)展來監(jiān)測更深的組織，諸如肌肉和腦。雖然皮膚和皮下測量結(jié)果可以被收集并且已經(jīng)被報導，但是因為光極間距離和其它技術問題(可能包括與皮膚不均勻性相關的問題)，這些結(jié)果是多變的，使得這些技術還沒有被廣泛用于臨床實踐。在機載系統(tǒng)(airbornesystem)中用于地質(zhì)特征的分析數(shù)十年之后，HSI最近已經(jīng)被應用于生物醫(yī)學。對于某一區(qū)域的每一個像素獲取反射光的光譜，并且對每一個這樣的光譜進行標準光譜分析。這可以基于目標區(qū)域(ROI)的化學組成創(chuàng)建圖像。這已經(jīng)被用于組織學切片的顯微研究。在體內(nèi)，MHSI已經(jīng)被局部地使用來顯示在一氧化氮吸入和抑制后的缺血-再灌注模型中以及患有鐮刀形紅細胞疾病的病人中的皮膚氧飽和度的宏觀分布。MHSI的一個應用已經(jīng)用于在整形手術之后的組織可存活性的早期預測容易從在手術之后立即獲取的近紅外光譜圖像所計算得到的氧飽和度映射圖中明顯顯現(xiàn)出具有不足以維持存活的氧合的組織。相反，在手術后6—12小時，瀕臨壞死的臨床信號對于肉眼來說不明顯。燒傷后的組織可存活性的評估也已經(jīng)被進行。關于微循環(huán)的MHSI信息己經(jīng)被用于評估患有糖尿病的人中的區(qū)域和全身微循環(huán)變化，并且在反映區(qū)域(例如足背)和全身(例如前臂)組織氧合和Shs!02的MHSI數(shù)據(jù)與糖尿病足部疾病和發(fā)展?jié)兊娘L險之間的相關性已經(jīng)被找到。在對照受試者、糖尿病受試者以及具有神經(jīng)病的糖尿病受試者中的SHs!02典型值為42%、32%禾B28%(Greenmanetal.Lancet2005;366:1711)?；加猩窠?jīng)病的受試者發(fā)展足部潰瘍的風險更高。神經(jīng)功能對于控制微循環(huán)是重要的，這通過神經(jīng)病性糖尿病患者中的血管舒張缺乏(這常見于在其它方面是健康的個體的受傷皮膚附近)得到證明。本文描述了MHSI的如下應用評估全身性疾病，以滿足對于在超光譜成像提供的深度水平在軍事和民事領域執(zhí)行對休克的實時或者接近實時評估和監(jiān)測的設備和方法的迫切需求。如本文所實施和廣泛描述的，本發(fā)明涉及如下的方法和設備，所述方法和設備用于通過超光譜或者多光譜成像實時地或者接近實時地評估一系列生理參數(shù)，包括到組織(包括皮膚、各種器官的黏膜或者絨膜)的氧輸送和提取以及水輸送，以及局部組織對于該輸送的充分性的反應。本文描述的發(fā)明使用超光譜成像或者多光譜成像作為監(jiān)測組織和微循環(huán)中(在此針對從皮膚獲取圖像進行了描述，但是不限于皮膚)的變化的非侵入式的并且(通常但不是必須的)非接觸式的裝置，其中，所述組織和微循環(huán)中的變化指示全身生理狀態(tài)，包括在休克之前的狀態(tài)或者在休克過程中出現(xiàn)的狀態(tài)(不管是出血性的、血量減少性、心原性的、神經(jīng)性的、敗血性的還是其它休克狀態(tài))。微循環(huán)的變化還可以指示本文所述的其它生理狀態(tài)或者紊亂，并且作為用于提供監(jiān)測治療或者再生和病人可存活性的充足性的指標的手段。與傳統(tǒng)的方法不同，MHSI方法使用成像系統(tǒng)，并且能夠顯示和使人注意皮膚中的循環(huán)模式的變化以及這些變化中的變化。變化中的一種具體類型，色斑，已知是休克的癥狀。當對生理狀態(tài)的評估，或者對于治療的反應或者潛在反應的評估是有利的時，本發(fā)明可適用于軍事、危重病護理以及慢性疾病處理領域，在這些領域中，存在與休克、糖尿病、感染、敗血癥、脫水、體溫下降、組織缺氧、低重力環(huán)境、充血性心力衰竭、高血壓、血壓過低或者其它生理紊亂相關的微循環(huán)或者組織氧合變化。休克作為急性微循環(huán)病理學的實例代表了光譜的一端。糖尿病代表光譜的另一端，并且與更慢的更長期的變化相關，但是，這樣的變化也被反映在微循環(huán)變化中。本發(fā)明的儀器和方法還可以被應用于許多形式的休克和其它急性和慢性病癥，其中，用于篩査、評估、診斷、早期警告、治療的監(jiān)測或者可存活性評估的生理學監(jiān)測是有用的。除了或者替代作為與對氧輸送和氧提取的失配的局部反應相關的微循環(huán)變化和我們可以在出血性休克中觀察到的水合變化，我們預期了其它與還可以通過超光譜成像確認、評估和定量的與其它形式的休克相關的具體發(fā)現(xiàn)結(jié)果。例如，在敗血癥休克中，多種炎性介導劑的存在影響微循環(huán)。這些微循環(huán)變化回過頭來利用我們的MHSI技術被確認并且監(jiān)測。這允許關于感染或者休克的開始或者進展的具體信息，或者監(jiān)測抗生劑、靜脈內(nèi)流體給藥、用于治療血壓過低或者急性心臟代償失調(diào)的血壓增高劑(諸如多巴胺或者neosynepherine)或者其它治療形式的功效。所觀察到的微循環(huán)變化還可用于確定一種或多種致病生物，這可能與異質(zhì)組織信號相關。在其它慢性病癥中，MHSI可以用于從組織獲得空間和光譜數(shù)據(jù)，以提供與用于特定治療的施予和監(jiān)測這樣的治療的指示相關的信息。這包括使用MHSI測量來幫助醫(yī)師治療患有諸如高血壓或者充血性心力衰竭的病癥的病人，并且提供可以有助于與特定的抗高血壓藥的使用或者在減負劑之后相關的決定的有用信息。在此，可以針對特定的治療方案來選擇病人，或者可以利用MHSI來監(jiān)測治療。另外的用途包括在類固醇治療方面監(jiān)測天然組織或者受傷組織。另一個用途包括對于神經(jīng)學缺陷的全身效應進行監(jiān)測。另一個重申的應用是用于ICU和危重病護理目的的先進代謝監(jiān)測器，其用于定義代謝支持和組織氧輸送和提取的充足性。這對于確定充氧和循環(huán)支持的組合充足性以優(yōu)化護理和調(diào)節(jié)治療是特別有用的。另一個用途是用于評估充氧的充足性。在患有肺損傷的病人中，有時過充氧或者過氧合可能導致組織損傷并且延長住院時間，或者甚至導致差的長期后果或者死亡，確定維持充足的組織氧合和吸氧所真正需要的呼吸器支持的最小量將是有用的。這可以通過如下方式來確定監(jiān)測從對組織氧合血紅素、組織脫氧血紅素的測量獲得的氧輸送和氧提取水平，和/或利用由這兩種測量提供的信息，同時添加或者不添加關于被監(jiān)測組織(例如，皮膚、黏膜或者其它組織)的水含量的信息。這還可用于確定對肺部藥物(包括氣管擴張劑、表面活性劑等)的需要。受到生物或者化學劑的作用的病人的超光譜成像允許由非專業(yè)人員簡單實施，用于野外、診所和醫(yī)院環(huán)境下的快速使用，而不必進行事先的病人準備或者隨后的實驗室工作。在一個實施例中，利用生物相關化合物的光譜和空間數(shù)據(jù)，使用MHSI確定生理變化，以估計與零星感染或者流行性感染相關的個體或者人群的感染。在這些環(huán)境中，MHSI為治療類選法、篩查、診斷、確定療法、治療監(jiān)測、監(jiān)測疾病進程或者分辨提供了有用的工具。對于可能受到生化戰(zhàn)(CBW)藥劑的作用的情況，MHSI確定可能的起作用的病原體/種類，并且估計作用程度，疾病進程和治療的有效性。在病原體種類之間的進行區(qū)分的快速、低成本、非侵入性篩查工具允許評估在流行病期間人群的關鍵部分。具體地，MHSI可以利用氧合血紅素和脫氧血紅素以及水數(shù)據(jù)圖像的組合估計各種免疫法(例如天花)的"反應"，以便于診斷。在某種程度上，所有病原體導致微循環(huán)變化，并且身體本身充當"生物放大器"，因為其產(chǎn)生包括局部化或者擴散化的皮膚表現(xiàn)的免疫反應。這些檢查這些反應本身，以檢測指示受到生物劑作用的細微變化。生物劑對于作為整體的有機體的特性影響可以是較顯著的，并且產(chǎn)生較大的檢測"信號"，這與現(xiàn)場確定少量小的細菌或者病毒的更困難的任務不同。通過放大此自然反應，在一個實施例中，MHSI可用作評估在自然流行病中或者生物戰(zhàn)爭場景中有感染危險的人的篩査工具。除了CBW應用，超光譜技術更廣泛地提供了在感染環(huán)境下將局部信息與全身病原生理學相關聯(lián)的能力。對于感染的快速和準確的判定和分類將有利于從由于HIV或者化療而免疫受損的病人到敗血性休克的老年或者非常年輕的病人的范圍內(nèi)的廣大病人。通過區(qū)分傳染性有機體的種類，MHSI可以有助于確定抗生治療方案的最初選擇，或者有助于在病毒性腸胃炎和闌尾炎之間進行診斷。在另一個重申的應用中，MHSI被設計來評估不那么顯著的代謝變化，以及諸如糖尿病之類的慢性病的后遺癥。糖尿病人具有動脈粥樣硬化的外周脈管疾病或者糖尿病性足部潰瘍繼發(fā)的肢體喪失的高風險性，并且將大大地受益于從能夠在早期階段檢測感染的擴散或者全身性后遺癥的設備。在受化學或者生物作用方面，MHSI可以用于快速和準確地評估受傷或者受影響的個體的血液動力學狀態(tài)。OxyHb、DeoxyHb和H20或者這些參數(shù)的任何組合的局部變化可以用于評估可能受到化學或者生物劑作用的受害人的生理狀態(tài)。給定具體的與免疫或者炎癥相關的變化，心血管或者神經(jīng)或者其它反應、作用的嚴重程度、毒劑的確認、作用的持續(xù)時間、反應的嚴重性和對于護理者有用的其它參數(shù)可以被評估并且隨時間來跟蹤。MHSI可以提供獲取可用于評估病人狀況的"生命征候(vitalsign)"的非接觸式手段，無需接觸病人或者去除任何防護裝備。笨重的生化戰(zhàn)(CBW)個人防護裝備可能妨礙醫(yī)務人員或者急救者進行對同樣也可能穿著CBW裝備的傷員的標準評估所需的接觸。獲取脈搏或者測量血壓經(jīng)常是不可能的。與可能受污染的個體接觸的任何裝置也可能被污染，并且在沒有繁重的清潔措施或者一次性遮蓋物的情況下可能不能被再利用。因此，作為遠程感測技術以在這樣的環(huán)境中提供生理和血液動力學評估的MHSI的使用是非常有利的。并且，優(yōu)選的是如下的感測技術，其將透過CBW裝備的若干部分(諸如透明塑料面板或者其它這樣的裝備中的窗口)，或者直接透過不透明的織物或者其它這樣的材料進行觀察。在一個實施例中，所提出的發(fā)明可以通過向受到生化防護服的戰(zhàn)地醫(yī)務人員提供報告危重傷員信息的"生命征候"，來提供外傷治療類選法。所得到的用于傳送可以被解釋為新的"生命征候"測量的信息的MHSI算法將固有地確定為了提供最有效的傷員護理和遠程治療類選法所需的測量。本發(fā)明還為醫(yī)務人員提供更大的作出決定的能力，以基于否則的話是不可得的關于生存/死亡狀態(tài)、受傷的嚴重程度和進程以及哪些傷員需要生命救護介入的信息，對傷員護理進行優(yōu)先次序排列。在一個實施例中，由戰(zhàn)地醫(yī)務人員攜帶的個人數(shù)字助理(PDA)之類的設備可以具有單個按鈕，該按鈕甚至可以在戴有防護手套的情況下被按壓，以獲取HSI圖像并且提供數(shù)字讀數(shù)或者甚至更簡單提供倒下的士兵的醫(yī)療狀態(tài)的簡單可視碼(綠、黃、紅)。MHSI通過允許穿著CBW裝備的戰(zhàn)地醫(yī)務人員能夠1)在士兵受傷后的短時間內(nèi)開始治療類選法；2)接收更準確的關于受傷嚴重程度和朝向休克的進程的信息；以及3)優(yōu)化可用的治療和疏散，來減小戰(zhàn)爭的傷亡。最后，因為戰(zhàn)地醫(yī)務人員(即使不存在CBW的擔心)的戰(zhàn)爭期間死亡率高達步兵的兩倍，所以HSI可以通過提供對于死亡或者不可搶救的士兵的早期確認，尤其是在生化戰(zhàn)爭情況下通過允許非接觸并且更遠程的測量，有助于減小戰(zhàn)地醫(yī)務人員的風險。在一個優(yōu)選實施例中，MHSI被用于提供手持、耐用并且可隨時使用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于基于空間和光譜數(shù)據(jù)的組合提供接近實時的信息。在被設計為用作外延工具的情況下，此實施例只要求最小的操作者技能，并且該設備可由穿著CBW服裝的終端用戶操作。優(yōu)化地，戰(zhàn)場或者CBW毒劑檢測設備將提供來自具有遠程或者本地光源的遠距離的信息，但是至少，較之需要個體接觸的評估，甚至數(shù)英寸的操作距離也將具有明顯的優(yōu)勢。對于暴露的手或者透過標準氣體面罩的對于眼/頰區(qū)域的監(jiān)測可以提供生理評估所需的表面。超光譜成像可被用作外延工具，作為非接觸式生命征候監(jiān)測器(例如，非接觸式診斷或者生命征候)，由穿著CBW防護服的供給者在各種距離和在由于CBW防護服而難以接觸受害者的情況下預測代謝阻礙和瀕臨的血液動力學虛脫。在一個優(yōu)選實施例中，MHSI提供如所述局部化的空間和光譜數(shù)據(jù)，用于判斷伴隨麻醉的血管舒張，以及血管收縮劑(諸如neosynepherine)的可能使用(以抵消全身麻醉或者區(qū)域麻醉(例如脊柱)對于全身或者下部身體脈管系統(tǒng)的影響)。在另一優(yōu)選實施例中，所提出的發(fā)明的一部分通過非收縮性的臂帶或者其它固定設備附接到身體上，以使其穩(wěn)定并且便于隨時間獲得多個讀數(shù)。圖像數(shù)據(jù)或者計算結(jié)果可以通過電線或者以電子方式發(fā)送到遠距離的監(jiān)視器。另一個實施例可以提供將成像儀靠近或者輕微接觸組織地固定，以從皮膚或者從口腔、直腸或者膀胱黏膜或者其它組織獲得圖像數(shù)據(jù)的方法。在一個實施例中，優(yōu)選地，利用具體的診斷方案，所提出的發(fā)明可以評估在肺栓塞之后肺和循環(huán)功能的充足性。在另一個實施例中，優(yōu)選地，利用具體的診斷方案，所提出的發(fā)明可以在幫助確定低血球密度為滿足終端器官組織(諸如皮膚)的代謝需要的充足性過程中，幫助評價和管理慢性貧血癥、白血病或者其它癌癥。在另一個實施例中，優(yōu)選地，利用具體的診斷方案，所提出的發(fā)明可以幫助評價和管理化療劑和其副作用。在另一個實施例中，優(yōu)選地，利用具體的診斷方案，所提出的發(fā)明可以幫助管理或評價在心臟或者腎臟移植之后器官排異的全身性表現(xiàn)。在一個實施例中，在給定一氧化碳的獨特光譜信號的情況下，MHSI被設計來評估和報告一氧化碳水平，以用于診斷和監(jiān)測可能受到或者真正受到一氧化碳作用之后的病人，并且?guī)椭_定一氧化碳的組織水平并且監(jiān)測和調(diào)節(jié)治療。所提出的發(fā)明的一個實施例被設計用于具有循環(huán)或者呼吸障礙之一或兩者的外傷或者燒傷病人的篩査、診斷、評價和監(jiān)測。所提出的發(fā)明的一個實施例被設計用于監(jiān)測患有發(fā)燒或者感染的病人。在給定具有微循環(huán)后果的發(fā)炎和影響血管的反應的情況下，MHSI被用于監(jiān)測對于各種有機體的普通反應或者由于化療或者內(nèi)在疾病(例如AIDS)而被抑制免疫的病人的反應。所提出的發(fā)明的一個實施例被設計用于確認對輸血的需要以及紅細胞量或者血液體積已經(jīng)被充分地補償?shù)臅r間。因為其能夠測量血紅素和血紅素分解產(chǎn)物，所以所提出的發(fā)明可用于評價新的血液替代產(chǎn)品并且用于監(jiān)測其在臨床環(huán)境中的用途。這可以涉及如下范圍從確定循環(huán)血液中氧攜帶能力的充足性到利用MHSI光譜和空間特征對替代品從毛吸血管或者小脈管的潛在溢出進行跟蹤。所提出的發(fā)明的一個實施例被設計用于確定是否向低血壓病人提供并且提供何種(例如血液或者類晶體)對抗血壓增高藥，諸如腎上腺素。所提出的發(fā)明的一個實施例被設計用于在急性或者慢性高血壓的情況下選擇抗高血壓治療并且監(jiān)測功效。所提出的本發(fā)明的一個實施例被設計用于藥物研發(fā)或者作為研究工具針對臨床試驗選擇或者評估病人，或者進行對組織微循環(huán)或者水合具有影響的任何藥物或者備選藥物的病人選擇或監(jiān)測。雖然我們主要關注了來自皮膚的讀數(shù)，但是使用類似的儀器(具有特異于進行評價的組織和位置的不同前端光學器件和數(shù)據(jù)預處理)，并且可以根據(jù)從其它位置，諸如頰、膀胱、直腸、食道、鼻咽或者其它黏膜、指甲床、耳垂、手掌或者腳底皮膚、或者內(nèi)部器官的絨膜表面，獲得的數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。獲取合適的圖像的成像系統(tǒng)和探針可以針對每一個位置進行特別地設計。這些測量可以間隔進行或連續(xù)進行，并且可以被記錄用于靜態(tài)測量或者用于趨勢信息。通過揭示與不利的后果相關的組織水合、總血紅素、氧輸送、氧提取、S皿02或者循環(huán)模式的變化，MHSI方法還能夠提供關于病人的可存活性、休克狀態(tài)、生理、水合狀況、補償體積損耗的能力、休克類型、引起感染或者敗血性休克的有機體或者有機體種類、以及治療的功效或者充分性的信息。組織中的水含量也可用于這樣的判定，并且被與總血紅素、氧輸送、氧提取、S皿02或者循環(huán)模式或時域偏移數(shù)據(jù)相結(jié)合，或者被獨立使用來傳遞關于休克的早期信息或者與其它有用的血液動力學參數(shù)相關的指標。數(shù)據(jù)和算法可以圍繞如下三種類型的數(shù)據(jù)的每一個來建立1)可見MHSI結(jié)合a)氧合和空間信息或b)氧合和脫氧以及空間信息或c)S服02與空間信息，d)對于氧合的平均變化，e)對S服02的平均變化；2)紅外MHSI數(shù)據(jù)結(jié)合作為ROI上的均值的大部分水和一些脫氧信息，以及3)l和2的任意組合。一般來說，本發(fā)明使用成像系統(tǒng)來獲取描述皮膚或者其它組織的一個區(qū)域的多維"超立方體"。這可以由幫助提供ROI上的光譜信息的許多波段或者至少2個波段組成。超立方體包含關于作為空間維度、波長和時間的函數(shù)的吸光度的信息。這些數(shù)據(jù)可以被處理，以產(chǎn)生對作為空間位置和時間的函數(shù)的化學物質(zhì)的豐度的估計。出于休克監(jiān)測的目的，血液氧合血紅素和脫氧血紅素的豐度圖像是尤其有用的。這些豐度圖像可以用于估計組織血液體積。在健康的年輕個體和在實驗動物中，在不存在休克的情況下，在給定的ROI上皮膚氧合呈現(xiàn)為較均勻。在各種休克期間，可以單獨或者同時發(fā)生數(shù)種反應，在本文中將更詳細描述其中4種。第一種，可以觀察到在組織中諸如OxyHb、DeoxyHb和水的量的范圍和總體水平的偏移。第二種，可以觀察到皮膚色斑。色斑血管收縮的結(jié)果，血管收縮導致OxyHb和DeoxyHb水平在皮膚上變得不均勻。具有較高和較低組織氧合的多個區(qū)域被觀察到，得到了起色斑的外觀。第三種，響應于脈管系統(tǒng)收縮的變化，這些區(qū)域的位置可能隨時間偏移(時域偏移)。第四種，響應于休克，出現(xiàn)新的循環(huán)模式，其中一些看起來與不好的后果相關。在老年和糖尿病病人中，存在更大程度的基線不均勻性，以及更低平均水平的OxyHb和本發(fā)明通過采用圖像處理技術，利用了在上一段中所描述的反應，生成一系列衡量標準。這些在此描述的衡量標準包括圖像中各水平的平均和分布，色斑的測量，以及皮膚隨時間變化的快速程度的測量。這些衡量標準可以被單獨使用或者組合使用，以得到提供對于休克的早期指示的指標。使用圖像處理方法來突出被認為是病人可存活性的指示的循環(huán)特征。HSI系統(tǒng)使用圖像處理技術基于所得的化學濃度的分布曲線顯示在ROI中呈現(xiàn)的梯度。也可以提供與給定的生理狀態(tài)相關的所得的標量值。第一，描述了用于獲取HSI數(shù)據(jù)、套準圖像以及估計發(fā)色團的相對豐度的方法。第二，得到了用于處理圖像以檢測在超光譜方式得到的量中的總的、大范圍的變化的算法。第三，得到了用于檢測和估計皮膚的局部不均勻性(包括在可變大小的ROI內(nèi)的分布)的圖像處理算法。第四，得到了皮膚的色斑和圖案化的特征。第五，得到了色斑圖案隨時間的變化。最后，描述了用于檢測可以指示可能的病人后果或者休克反應的嚴重程度或者生理紊亂的圖像中的特征的方法。因此，在五個處理處理步驟之前，描述了合適的HSI設備的一個實施例。醫(yī)療超光譜成像系統(tǒng)在一個實施例中，通過將HSI偽彩色圖像與由相同的HSI數(shù)據(jù)合成的高質(zhì)量彩色圖片進行配對，以非常直觀的形式提供HSI數(shù)據(jù)。通過在彩色和HSI圖像之間進行翻轉(zhuǎn)或者合并這些圖像，容易實現(xiàn)對目標區(qū)域(ROI)的鑒定和估計，并且通過在ROI上進行放大以得到提高的分辨率和額外的信息，可以提高對目標區(qū)域(ROI)的鑒定和估計。圖像可見于計算機屏幕、投影儀或者前導顯示器(heads-up-display)，和/或作為任何其它的數(shù)字信息被存儲和傳輸，和/或被打印。所呈現(xiàn)的圖像反映了超光譜成像儀的高分辨率，并且可以用升級的硬件進行改進?；蛘撸瑪?shù)據(jù)可以以對于整個ROI、該ROI任意給定的像素或者選定的區(qū)域的單個標量數(shù)值的方式被提供。在此實施例中，優(yōu)選地，氧輸送和氧提取數(shù)據(jù)可以以XX/YY的形式被提供。類似于血壓并且易于理解的，這樣的測量承載了氧合血紅素和脫氧血紅素信息兩者，但是較之單一標量變量提供了更完整的圖片，因為兩個分量的每一個都承載了特定的信息。如果水也被表示的話，則其可以被表示為XX/YY/ZZ。由于生物體系的復雜性，醫(yī)療人員希望獲得關于給定情況的盡可能多的信息，以作出最可靠的診斷，但是需要將其簡化到適用于幫助作出決定的形式。MHSI向醫(yī)生提供原先不可得的額外信息，并且可以與其它的臨床評估一起使用，來作出決定。MHSI提供由人進一步分析的圖像；最初結(jié)果可以與査詢表比較。最后，可以使用計算機算法，其自動將結(jié)果與從査詢表所預期的后果進行匹配。此外，HSI將龐大的多光譜或者超光譜信息轉(zhuǎn)錄為一個圖像，該圖像通過代表梯度映射圖中的精細梯度的數(shù)百萬個彩色色調(diào)表示復雜的數(shù)據(jù)。在偽彩色圖像中的特定顏色和不同形狀的特征允許進行不同組織類型(諸如腫瘤、結(jié)締組織、肌肉、溢出血液、以及血管)之間的區(qū)分。MHSI還允許腫瘤級別的接近實時的區(qū)分，這對于作出適當?shù)尼t(yī)學決定將是有用的。MHSI的主要目的是以可容易解釋的數(shù)值、圖像或者其它的格式收集和提供生理相關數(shù)據(jù)，以便1)將人的視力能力擴展到常規(guī)之外；2)通過預分析可觀察的ROI的光譜特征擴展人腦能力；3)以實時或者接近實時的數(shù)據(jù)獲取執(zhí)行這些任務。算法的目標是幫助人類診斷和評估可觀察受試者的狀態(tài)。MHSI是成功的，因為其利用反射電磁輻射(紫外-UV、可見光、近紅外-NIR和紅外-IR)承載較之視覺影像更多的信息，并且因為不同類型的組織反射、吸收和散射光的方式不同，所以超光譜立方體包含足夠區(qū)分各種組織狀態(tài)的信息。在此，局部組織狀態(tài)被用來收集與個體或者有機體的全身狀態(tài)或者生理相關的數(shù)據(jù)。MHSI是耐用的，因為其基于光譜曲線的少數(shù)幾個一般屬性(例如，斜率、偏移量、OxyHb,、DeoxyHb、和水)；因此其就光譜覆蓋率而言相對靈活，并且不敏感于特定的光波長。MHSI是快速的，因為其使用快速圖像處理技術，該技術允許在一個偽彩色圖像中疊加吸收、散射(由斜率和偏移量得到)和氧合信息。圖像立方體一般可以在1分鐘內(nèi)被收集，但是通常是在短的時間段內(nèi)。圖像處理技術的簡單性允許以實時到接近實時的方式顯示結(jié)果。MHSI是可容易解釋的，因為其可以傳遞如下圖像，在該圖像中，顏色的不同反映了不同物質(zhì)的濃度的梯度映射圖，這反映了不同的組織類型、代謝、生理狀態(tài)或者病癥。該區(qū)分是漸變的，而不是二元的。此外，結(jié)構(gòu)的顏色和形狀描繪了ROI中的組織的不同組成、生理或者代謝或者生存能力水平。根據(jù)本發(fā)明的實施例的便攜式MHSI設備被描繪于圖1中。便攜式設備IO的重量小于IOO磅，優(yōu)選小于25磅，更優(yōu)選小于10磅。優(yōu)選地，便攜式設備可以是電池運行的，或者更優(yōu)選地，可以具有適用于連接到現(xiàn)有電源的連接器。便攜式設備IO包括光學獲取系統(tǒng)36和診斷處理器38。光學獲取系統(tǒng)36包括用于獲取寬帶數(shù)據(jù)、可見數(shù)據(jù)、紫外數(shù)據(jù)、紅外數(shù)據(jù)、超光譜數(shù)據(jù)或其任意組合的裝置。在優(yōu)選的實施例中，光譜獲取裝置包括第一級成像光學器件40，光譜分離器42，第二級光學器件44，以及成像傳感器46?？梢源嬖谝粋€或者多個子系統(tǒng)36a，例如單個子系統(tǒng)36可以圍繞可見或者NIRLCTF進行構(gòu)建?；蛘撸梢杂幸粋€子系統(tǒng)36圍繞可見光LCTF構(gòu)建，一個圍繞NIRLCTF構(gòu)建?？梢源嬖谌缦碌囊粋€子系統(tǒng)36，其具有適用可見光和NIR波長兩者的LCTF，或者可以存在一個子系統(tǒng)，現(xiàn)在我們需要用兩個標號36分別用于可見光和NIR，但是在將來可以是組合的VIS/NIRLCTF?；蛘?，光學獲取裝置可以是適于獲取寬帶數(shù)據(jù)、可見光數(shù)據(jù)、紫外數(shù)據(jù)、紅外數(shù)據(jù)、超光譜數(shù)據(jù)或其任意組合的任何獲取系統(tǒng)。優(yōu)選地，一個或者多個偏光器41、43被包括在獲取系統(tǒng)中，以在光進入到成像傳感器之前將其編入偏振平面。網(wǎng)絡執(zhí)行管理器(NEM)明。在粥描述．事實匕是軟件悃的NEM的結(jié)構(gòu)。該巾澀的角色是代表所述遠程設備210在所述服務器214、216啟動任何遠程執(zhí)行。下列任知通過NEM來執(zhí)行(1)作為通信控制器來連接所述遠程設備210和月良務器214、216。(2)在所述遠程設備210和月良務器214、216之間翻酗遞樅。(3)處理網(wǎng)絡異常。(4)為多重服務器管理j9艮務器II)。(5)緩沖所述請求來最小化網(wǎng)絡擁塞。(6)作為防火墻以防止非法訪問。圖18示出了所述NEM的基本結(jié)構(gòu)。其具有處理來自所述DOEM的命令的命冷啦制器。仂議翻譯器管理從·個網(wǎng)絡到另—個網(wǎng)．br絡id韻ge302300304數(shù)據(jù)和命令的翻譯。例如，所述智能卡使用IS07816-4格式。在向網(wǎng)絡發(fā)送請求以前，所述協(xié)議應該針對互聯(lián)網(wǎng)連接而從IS07816被翻譯到TCP／IP。服務器管理器306管理所述服務器的連接和所述服務器ID。網(wǎng)絡控制器308管理到網(wǎng)絡的連接。其具有用于最小化網(wǎng)絡擁塞的本地網(wǎng)絡緩沖器。防火墻310被用來防止任何非法連接。另外，網(wǎng)絡異常控制器312被用來應付任何網(wǎng)絡錯誤，并將所發(fā)生的任何網(wǎng)絡異常直接報告給所述命令控制器300。分布式對象執(zhí)行管理器(D．OEM)D-OEM管理用于遠程設備210的遠程拙行請求。該遠程設備210發(fā)送負載分擔請求給本地客戶機朋艮務器。如果所述客戶計算機212可以處理該對射函數(shù)，則D．OEMclient將通過所述執(zhí)行管理器本地執(zhí)行該函數(shù)。否則，所述D—OEM_bridge將該請求傳送給所述眼務器214、216，并在該服務器214、216端實覡擻行。圖19示出了D-OEM的基苓結(jié)構(gòu)。該D．OEM具有內(nèi)核414，該內(nèi)核具有單獨的入口點。其具有訪問D．OEM對象內(nèi)的全部資源的特機該D．OEM具有對象構(gòu)造器416，以初始化該對象內(nèi)部的所有組件。命令編碼器和解碼器418同步上述D-OEM命令。網(wǎng)絡接口420是軟件接口，其與夕挪的網(wǎng)絡對象綁定以與外界部分建立通信。同步管理器422管理全部同步請求。異常處理器424管理如果光譜分離器42不在內(nèi)部使光起偏，則第一偏光器43被布置在光路中的任何地方，優(yōu)選在接收攝像機46前面。第二偏光器41被布置在照明光(20)的前面，使得入射光偏振被控制。入射光與由攝像機46記錄的光正交偏振，以減小鏡反射，或者以一定角度偏振，以改變由攝像機記錄的反射光的強度。照明由一束或多束遠程光(20)提供，其優(yōu)選圍繞系統(tǒng)的光接收開口布置。光可以是聚焦LED光的一個或多個環(huán)形陣列，其發(fā)射具有用于處理算法的特定波長(或者波長范圍)的光或者處于一定波長范圍(例如，可見和/或近紅外)的光。處于圍繞光接收開口的一個或者多個環(huán)的形式的環(huán)形或者基本環(huán)形布置的光源提供均勻照明，減小了陰影。光波長的選擇性減小了到皮膚上的總的輻射，因此減小了該觀察對于觀察對象的影響。特別是在紅外區(qū)域，這可以導致對皮膚的熱效應的減小，并且將組織維持在更正常的狀態(tài)。雖然優(yōu)選實施例將系統(tǒng)描述為便攜式的，但是也可以使用非便攜式的系統(tǒng)。優(yōu)選地，光學頭被安裝到檢査室的壁上。在另一個實施例中，系統(tǒng)具有帶有俯瞰操作位置的觀察窗的便攜臺。第一級成像光學器件接收通過偏光器從組織樣品收集的光，并且將光聚焦到光譜分離器的表面上。優(yōu)選地，光譜分離器是液晶可調(diào)濾波器(LCTF)。LCTF42是可編程濾波器，其從與從樣品收集的光具有小(例如，7—10nm)的帶寬的選定波長帶按順序地提供光。第二級光學器件44接收通過光譜分離器的窄帶的光，并且將光聚焦到圖像傳感器46上。圖像傳感器優(yōu)選(但不必是)二維陣列傳感器，諸如電荷耦合器件陣列(CCD)或者互補金屬氧化物半導體(CMOS)檢測器，其將圖像信號傳輸?shù)皆\斷處理器38。診斷處理器38包括圖像獲取接口50，其具有響應于圖像傳感器46的輸出的輸入以及提供給通用操作模塊54的輸出。通用操作模塊包括執(zhí)行圖像處理并且操作和控制系統(tǒng)的各個部分的例程。通用操作模塊還控制一個或多個光源(例如LED陣列)，以允許其按照算法的要求在測量過程中接通和關斷。通用操作模塊具有提供給濾波器控制接口52的控制輸出，濾波器控制接口52接著具有提供給光譜分離器42的輸出。通用操作模塊還與一個或者多個診斷方案模塊56A、56B、...56N交互，并且具有提供給視頻顯示器的輸出。診斷處理器包括專用硬件，具有專用軟件的通用硬件，或者兩者的組合。診斷處理器還包括輸入設備58，其可操作地連接到通用操作模塊。存儲設備60和打印機62也被可操作地連接到通用操作模塊。在操作中，使用便攜式或者半便攜式設備靠近目標，例如，手前臂或者感興趣的其它一般區(qū)域。操作者通過使用輸入設備選擇診斷方案模塊開始操作。每一個診斷方案模塊適用于檢測目標的特定組織特性。在可選實施例中，設備可以只包含一個適用于通用醫(yī)療診斷的診斷模塊。診斷處理器38通過從選定的診斷方案模塊56獲得一系列的轉(zhuǎn)移功能和圖像處理方案，來響應操作者的輸入。診斷處理器經(jīng)由其濾波控制接口52向光譜分離器42提供濾波轉(zhuǎn)移功能，然后命令圖像獲取接口50獲取和存儲來自圖像傳感器46的所得的經(jīng)濾波的圖像。根據(jù)存儲在選定診斷方案模塊中的濾波轉(zhuǎn)移功能的數(shù)量，通用操作模塊54將這些濾波和獲取步驟重復一次或者多次。濾波轉(zhuǎn)移功能可以代表帶通、多帶通或者其它濾波特性，并且可以包括優(yōu)選處于UV、優(yōu)選可見光、優(yōu)選NIR和優(yōu)選IR電磁譜中的波長。在優(yōu)選實施例中，向ROI傳輸光的光源可以與對由檢測器收集的返回光進行的濾波或者選擇相對地被濾波、選擇或者分離。因此，可調(diào)諧源傳輸該信息。或者，可以使用可調(diào)諧源和可調(diào)諧檢測器兩者。這樣的調(diào)諧采用LCTF、聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)、濾波輪、匹配濾波器、衍射光柵或者其它光譜分離器的形式。光源可以是纖維光學器件，但是優(yōu)選是發(fā)光二極管(LED)(參見K.Gono等，"Appearanceofenhancedtissuefeaturesinnarrow-bandendoscopeimaging"JournalofBiomedicalOptics,9(3):568-77,2004;其通過引用被明確地包含于此)。該用途是非常新穎的，并且是基于不僅僅使用LED作為一寬泛性的光源，而是特意地選擇LED來以使得不再需要波長選擇器的方式提供特異于目標發(fā)色團的照明。LED和其它系統(tǒng)參數(shù)可以被選擇，以提供關于在由設備所測量的波長下具有適當?shù)墓庾V特性的化合物，而無論設備是作為醫(yī)療設備還是作為用于其它應用(諸如環(huán)境、食品工藝控制、藥品工藝控制、地質(zhì)、軍事等)的設備。在一個實施例中，這樣的設備將特別適用于在內(nèi)診鏡(更優(yōu)選地，一次性內(nèi)診鏡或者其它其中低成本、近光源(與具有光纖傳輸系統(tǒng)的遠距離源相反)將是有利的設備)的終端使用。所提出的儀器可以用作遠程設備的一部分，所述遠程設備用于內(nèi)診鏡、腹腔鏡、內(nèi)孔窺視鏡或者其它用于身體的、或者諸如工業(yè)管線的任何結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的、或者機器內(nèi)難以到達的位置的內(nèi)部檢査的剛性或者柔性設備，以擴增可用的診斷或者其它數(shù)據(jù)。在內(nèi)診鏡、腹腔鏡、內(nèi)孔窺視鏡或者其它用于身體的、或者諸如工業(yè)管線的任何結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的、或者機器內(nèi)難以到達的位置的內(nèi)部檢査的剛性或者柔性設備的情況下，所述的LED系統(tǒng)可以被布置在觀測儀器的操作者一端，并且通過光纖器件發(fā)送到終端?；蛘?，小的LED可以被布置在觀測儀器的終端，用于直接照明ROI。在醫(yī)療應用中，這樣的觀測儀器可以被用于評估全身休克(類似于在此描述的皮膚讀數(shù))，或者諸如缺血性大腸炎的區(qū)域缺血或者諸如癌癥或息肉的局部疾病。HSI圖像回到組織上的投影有利于診斷和靶向活組織檢查。在另一實施例中，HSI儀器可以被布置在用于遠程感測的機械人上。在另一個應用中，透鏡可以被配置來收集來自遠距離的數(shù)據(jù)。具有長距離穿透性的LED、激光器或者其它照明源，或者諸如太陽光的環(huán)境光可以被用于照明目標。這些中的任何一種可以被獨立使用，或者不同的幾種類型可以被組合使用，以在數(shù)據(jù)收集過程中輸送所用的全光。在這樣的優(yōu)選實施例中，HSI儀器被用作非接觸式遠程裝置，用于在血容量過低引起的低體負壓過程中模擬極端環(huán)境條件下的生理狀況。優(yōu)選地，由穿著生化戰(zhàn)(CBW)防護服的非技術供給者監(jiān)測生命征候，以防止代謝障礙和瀕臨血液動力學虛脫。這樣的系統(tǒng)在CBW中是有利的。可以從人的皮膚或者目標的表面通過對于所用的波長透明或者部分透明的任何物質(zhì)收集光。該方案的一個實施例可以用于透過防護面罩進行病人評估，所述面罩用于提供免受可能有害的化學或者生物劑的影響的保護。在另一個實施例中，用LED系統(tǒng)或者其它(基于，基于濾波器的)系統(tǒng)，與反射光相反的透射光將通過較薄的組織(例如手指或者腳趾或者耳垂或者頰之間的網(wǎng)絡空間)被收集。在另一個實施例中，半透明、透明或者半透光的膜或者其它物質(zhì)可以被放置在皮膚上，以對照明和反射兩者進行濾光。在另一個實施例中，在光源來自或者是固有的或者是與注射或施加熒光體或者磷光體相關的組織化學發(fā)光、磷光、或者熒光的情況下，該系統(tǒng)和方法可以被用于或者適用于記錄來自皮膚和其它組織的信息。這樣的發(fā)光化合物可以是靜態(tài)的，或者基于現(xiàn)存條件是動態(tài)的，其隨溫度、濕度、壓強變化。這將允許更深組織的更好的空間分辨率。在另一個實施例中，可以注射或者施加光的特定吸收劑(諸如，靛青綠、納米粒子)或者反射劑(諸如英脫利匹特(intralipid)或者微球)。由LED提供的獨特的冷照明防止了可能導致差的圖像分辨率的對皮膚和其它組織的過度加熱。優(yōu)選地，LED提供足夠的光，同時產(chǎn)生最小的或者不產(chǎn)生或產(chǎn)生小的可知的皮膚或者組織溫度的上升。此光照系統(tǒng)與偏光器組合允許充足的照明，同時防止了從內(nèi)部器官的表面閃光以及對被檢査的皮膚或者其它組織的過度加熱。一旦圖像獲取接口50已經(jīng)存儲了由操作者選擇的診斷方案所規(guī)定的所有圖像平面的圖像，則圖像獲取接口基于來自選定的診斷方案模塊56N的圖像處理方案，開始處理這些圖像平面。處理操作可以包括合成圖像的一般圖像處理，諸如比較在不同波長下的所收集的光的相對振幅，增加不同波長下的所收集的光的振幅，或者計算對應于所獲取的平面的信號的其它組合。所計算出的圖像被顯示在顯示器12上。其它優(yōu)選實施例包括將所計算出的圖像存儲在存儲設備60中，或者將所計算出的圖像在打印機62上打印出來(參見美國專利No.4,885,634;其通過引用被具體地包含于此)。在可選實施例中，診斷方案模塊56、打印機62、顯示器12或其任意組合可以被從便攜式設備10上省略掉。在該實施例中，在醫(yī)療過程中，所獲取的圖像被存儲在存儲設備60中。在稍后的時間，這些圖像經(jīng)由通信鏈接被轉(zhuǎn)移到位于遠程地點的第二設備或者計算機(例如醫(yī)院醫(yī)療記錄)上，用于備份或者在稍后的時間進行評閱。此第二設備可以具有被省略掉的診斷方案模塊、打印機、顯示器或其任意組合。在另一個實施例中，存儲的圖像從位于臨床的便攜式設備10經(jīng)由通信鏈接被實時地轉(zhuǎn)移到遠程的第二設備。在一個實施例中，多個超光譜休克指標被呈現(xiàn)給操作者。這可以與也由該設備呈現(xiàn)的其它生命征候相關聯(lián)，或者可以被呈現(xiàn)作為單獨的測量結(jié)果。在可選實施例中，數(shù)據(jù)被簡化成一組指令或者指示。例如，基于數(shù)據(jù)，設備可以僅僅針對健康示出綠光，針對需要復生治療示出黃光，針對不可補救的生理紊亂示出紅光。在優(yōu)選的實施例中，系統(tǒng)經(jīng)由前導顯示器(HUD)或者經(jīng)由投影將HSI數(shù)據(jù)與所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)的真實來源實時地或者接近實時地相關聯(lián)。優(yōu)選地，HSI將實時超光譜數(shù)據(jù)投影到目標區(qū)域或者視窗上。投影信息具有針對被照明的表面(例如，傷口、手術面、組織)的精確的一一映射關系，并且以高效的方式提供必要的信息。當優(yōu)選地投影到高懸視窗上時，圖像(真彩色和/或偽彩色)可以被縮小/放大，以提供可變的放大倍數(shù)。此子系統(tǒng)由如下元件組成1)圖像投影儀，其視場與超光譜成像儀的視場精確對齊；2)小型遠程控制設備，其允許操作者接通和/或關斷投影圖像而不用離開ROI，并且允許操作者改變所投影的圖像上的突出結(jié)構(gòu)和/或透明性，以提高感興趣的特征的可視性以及所投影的圖像的亮度和強度；3)實時數(shù)據(jù)處理包，其基于超光譜數(shù)據(jù)和操作者/外科醫(yī)生的輸入，構(gòu)建投影圖像；4)任選的位于ROI上方的視窗，其對于真實觀察是透明的，或者對于投影的偽彩色方案或者更高分辨率的圖像是不透明的。為了實現(xiàn)超光譜圖像和ROI之間的精確套準，系統(tǒng)根據(jù)需要執(zhí)行自對準過程。系統(tǒng)使用投影儀將一系列校準圖案投影在操作表面上，并且利用超光譜成像系統(tǒng)來讀取它們。校準軟件處理所獲取的數(shù)據(jù)，并且存儲它們。經(jīng)處理的數(shù)據(jù)被投影系統(tǒng)進一步使用，以實現(xiàn)對于操作表面的高精度映射，并且對表面起伏進行補償。這樣的投影系統(tǒng)或者更簡單的攝像機系統(tǒng)也可以被用于評價由局部外傷或者脈管損傷導致的局部組織損傷或者區(qū)域缺血(即，其中，腿是存活的，需要脈管再造，或者超出了股動脈損傷范圍而不可挽救)的水平。區(qū)域或者局部脈管損傷可以緊接著由于休克、糖尿病、充血性心力衰竭等造成的全身性失常。投影儀可以用于確定切斷手術的水平，或者幫助整形手術瓣再造的幾何學。在另一個優(yōu)選實施例中，如圖2所示，超光譜系統(tǒng)由可見光和NIR光傳感器(攝像機)，調(diào)諧用于可見光和NIR波長的透鏡，帶有光控制器的照明器，以及運行系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)獲取和預處理軟件的計算機。照明器優(yōu)選由一組或者多組具有不同發(fā)光光譜特性的LED組成。每一組具有其自己的中心發(fā)射波長和發(fā)射帶寬。更優(yōu)選地，每一組包括以圍繞透鏡的環(huán)形圖案分布的LED，允許在每一個光譜點進行均勻照射。每一組LED由計算機控制的"照明器控制器"接通和關斷。優(yōu)選地，為了減小環(huán)境光的影響，測量兩個圖像之間的強度差。一個圖像是在特定的LED組被接通時獲取的，另一個圖像是在該組被關斷是獲取的。另一個優(yōu)選實施例包括兩個本發(fā)明的設備，一個具有窄帶LED，另一個具有濾波器。測量序列的示例性實施例如下接通第1組LED并且獲取數(shù)據(jù)，關斷該組LED并且獲取數(shù)據(jù)；接通第2組LED并且獲取數(shù)據(jù)，關斷第2組LED并且獲取數(shù)據(jù)；接通第3組LED并且獲取數(shù)據(jù)，關斷第3組LED并且獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要繼續(xù)下去。數(shù)據(jù)(目標的圖像)在由每一組LED依次進行照明的同時被獲取。各LED組的中心發(fā)射波長和帶寬被具體選擇，使得如上所述獲取的目標的圖像的組合允許計算組織中氧合血紅素和脫氧血紅素的濃度以及水的濃度。LED的優(yōu)選中心發(fā)射波長和帶寬按如下選擇<table>tableseeoriginaldocumentpage39</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage40</column></row><table>為了計算氧合血紅素、脫氧血紅素和總血紅素濃度，使用根據(jù)第1-4LED組記錄的圖像的線性組合和/或其比率。第2和4LED組的強度以如下方式被調(diào)節(jié)所得的發(fā)射光譜與氧合血紅素的吸收光譜密切對應。第3LED組的強度根據(jù)相似濃度的脫氧血紅素的吸收光譜來調(diào)節(jié)。第lLED組的強度根據(jù)氧合和脫氧血紅素光譜兩者來調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，LED的強度根據(jù)特定光譜來內(nèi)部地設定。優(yōu)選的是，照明強度被調(diào)制來模擬DeoxyHb和OxyHb的光譜。變化范圍可以從1到100nm或者更大，但優(yōu)選的變化從5到30nm，或者從10到60nm。持續(xù)或者暴露時間根據(jù)樣品而變化。因此，對于每一個樣品涉及有學習或者教導的方面。例如，皮膚樣品的特性(包括但不限于毛發(fā)、色素和色調(diào))使得獲取適當信噪比水平的數(shù)據(jù)所需的暴露時間不同。對于從更深色的皮膚獲得可接受的信號，暴露時間通常較之更白皙的皮膚更長。為了計算水的濃度和其隨時間的變化，使用根據(jù)第5-6LED組記錄的圖像的線性組合和/或其比率。第5和6LED組的強度根據(jù)在與血紅素相似濃度下的水的吸收光譜來調(diào)節(jié)。光源優(yōu)選包括處于LED光前方的偏光器盤，其與覆蓋透鏡的中心盤正交偏振(或以一定的角度偏振)。但是，其它實施例可以不包括偏光器。在另一個實施例中，HSI系統(tǒng)使用液晶可調(diào)諧濾波器(LCTF)，其被布置在標準透鏡和數(shù)字攝像機的前方。通過改變LCTF兩端的電壓，來改變允許進入攝像機的光的波長。在圖像獲取過程中，產(chǎn)生多個圖像(其每個處于獨立波長下)的超立方體(優(yōu)選在500到600nm上以5-20nm間隔)。然后，將超立方體中的每一個像素的可見光譜通過線性回歸與氧合血紅素(OxyHb)和脫氧血紅素(DeoxyHb)的標準光譜進行比較。針對OxyHb和DeoxyHb所得的擬合系數(shù)被用于計算ROI中的每一個像素的SHSI02值。計算在該ROI上的OxyHb、DeoxyHb和SHSI02的平均值。還生成ROI的灰度S服02圖片，其中，每一個像素的亮度正比于其值。較之用于血紅素光譜測量的近紅外光譜法，可見HSI提供了提高的信噪比，因為血紅素的吸收信號在可見光區(qū)要比在近紅外區(qū)強得多。雖然NIRHSI信息中的大部分涉及組織中的水含量，但是也存在OxyHb和DeoxyHb信息。近紅外點光譜的實用性已經(jīng)顯現(xiàn)于其提供關于表面下組織(例如在腦或者肌肉中)氧合的信息的能力(這得自近紅外光的增大的組織穿透性)。相反，用于優(yōu)選實施例的可見光光譜法，詢査更淺表水平處(最可能的，在皮膚毛細血管內(nèi))的血紅素飽和度。因此，利用得自可見連同近紅外HSI的HSI信息或者得自可見HSI結(jié)合MR點光譜的HSI信息，提供了不同組織床的可能互補的信息，可見光報告更淺表的組織，而NIR報告更深的組織。比較來自特定位置的可見光和紅外HSI數(shù)據(jù)可以傳遞關于休克或者區(qū)域或者局部組織生理學的有用信息。本發(fā)明的其它實施例在VIS和/或NIR測量的同時用IR溫度計和IR熱矩陣來記錄表面溫度。本發(fā)明的優(yōu)選實施例和設備允許創(chuàng)建并唯一地確認突出感興趣的信息的數(shù)據(jù)模式。在此情況下的數(shù)據(jù)組可以是離散圖像，每一個被緊密結(jié)合在可以隨后被分析的光譜中。這與通過各種彩色透鏡看到的景象類似，其中，每一個彩色透鏡除了特定顏色以外濾掉所有其它顏色，然后這些圖像被重新組合成新的圖像。諸如偽色彩分析的技術(其中，將不代表真實顏色而是人為指定的新顏色指派給圖像，以改善由人進行的圖像分析)也是適用的。可選地，光學器件可以被改進以提供縮放功能，或者可以從微觀環(huán)境過渡到宏觀環(huán)境，并且從宏觀環(huán)境過渡到微觀環(huán)境。此外，可以添加商業(yè)上可獲取的元件，以提供實時或者接近實時功能?？梢酝ㄟ^與兩個或者更多個光學獲取系統(tǒng)的三角測量，或者通過單個系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)或者移動，改善數(shù)據(jù)分析?？梢愿鶕?jù)需要使用偏光器，以改善針對各種目標的信號。除了具有收集數(shù)據(jù)的能力之外，本發(fā)明還包括將數(shù)據(jù)以各種方式組合的能力，包括視域融合、加法、減法和其他更復雜的處理，由此可以確定對于感興趣的信息的某些獨特的信號，使得背景數(shù)據(jù)和圖像可以被去除，由此突出了感興趣的特征或者信息。這還可以與在信息的顯示中標注或者突出感興趣的條目、區(qū)域或者信息的自動方式相結(jié)合。在本發(fā)明中的超光譜解析的圖像由多個光譜帶組成。每一個光譜帶與另一個相鄰，形成連續(xù)的組。優(yōu)選地，每一個光譜帶具有小于50nm，更優(yōu)選小于30nm，更優(yōu)選小于20nm，更優(yōu)選約20-40nm，更優(yōu)選約20-30nm，更優(yōu)選約10-20nm,更優(yōu)選10-15nm，以及更優(yōu)選10-12nm的帶寬。對于本領域技術人員來說明顯的是，根據(jù)本發(fā)明的醫(yī)療超光譜成像儀(MHSI)具有多種用途。MHSI提供了如下優(yōu)點，即，較之其它傳統(tǒng)技術，可以更快速、更經(jīng)濟并且用更少的設備和基礎設施/后勤支持完成用于所述用途的功能。對于其中醫(yī)療人員依賴其對生物系統(tǒng)的視覺分析的情況下，本領域技術人員通過本公開，可以確定許多類似的實例。MHSI起到類似于"魔鏡"的作用，用于幫助人們看到內(nèi)部和遠處。數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)預處理在本發(fā)明中的第一步驟是由所進行的測量創(chuàng)建超光譜數(shù)據(jù)組獲取超光譜數(shù)據(jù)立方體或者超立方體。病人的皮膚或者其它組織的一個區(qū)域被選擇用于成像，并且在由不同波長范圍的光照明(優(yōu)選與在沒有照明的情況的獲取交替)的同時收集一系列的圖像。優(yōu)選地，所用的波長區(qū)域在450到1200nm之間。在優(yōu)選實施例中，所收集的波長包括在血液氧合血紅素和血液脫氧血紅素之間提供良好的區(qū)分的光譜的一部分，或者約500-600nm。在另一個優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)還收集從水具有高的吸收性的光譜部分的波長，約950-1100nm，以及在血液氧合血紅素和血液脫氧血紅素之間提供良好的區(qū)分的光譜部分的波長，或者約500-600nm。與每一個獨立的波長帶相關的"數(shù)據(jù)圖像"被收集。利用記錄攝像機，優(yōu)選CCD或者CMOS攝像機將得自光譜區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像數(shù)字化，并且進行記錄，形成三維"數(shù)據(jù)立方體"(2個空間維度和一個波長頻率維度)。優(yōu)選地，一旦獲取了全套的光譜數(shù)據(jù)圖像，就以足夠檢測代謝狀況的變化的頻率重復進行掃描過程。有序的數(shù)據(jù)圖像然后被收集在四維的"超立方體"(2個空間維度X1個波長頻率維度以及l(fā)個時間維度)。優(yōu)選地，在圖像收集過程中，提供指定的活動照明。該照明的一個重要方面在于，其不應導致病人皮膚或者組織的明顯加熱。優(yōu)選地，作為數(shù)網(wǎng)絡執(zhí)行管理器(NEM)明。在粥描述．事實匕是軟件悃的NEM的結(jié)構(gòu)。該巾澀的角色是代表所述遠程設備210在所述服務器214、216啟動任何遠程執(zhí)行。下列任知通過NEM來執(zhí)行(1)作為通信控制器來連接所述遠程設備210和月良務器214、216。(2)在所述遠程設備210和月良務器214、216之間翻酗遞樅。(3)處理網(wǎng)絡異常。(4)為多重服務器管理j9艮務器II)。(5)緩沖所述請求來最小化網(wǎng)絡擁塞。(6)作為防火墻以防止非法訪問。圖18示出了所述NEM的基本結(jié)構(gòu)。其具有處理來自所述DOEM的命令的命冷啦制器。仂議翻譯器管理從·個網(wǎng)絡到另—個網(wǎng)．br絡id韻ge302300304數(shù)據(jù)和命令的翻譯。例如，所述智能卡使用IS07816-4格式。在向網(wǎng)絡發(fā)送請求以前，所述協(xié)議應該針對互聯(lián)網(wǎng)連接而從IS07816被翻譯到TCP／IP。服務器管理器306管理所述服務器的連接和所述服務器ID。網(wǎng)絡控制器308管理到網(wǎng)絡的連接。其具有用于最小化網(wǎng)絡擁塞的本地網(wǎng)絡緩沖器。防火墻310被用來防止任何非法連接。另外，網(wǎng)絡異?？刂破?12被用來應付任何網(wǎng)絡錯誤，并將所發(fā)生的任何網(wǎng)絡異常直接報告給所述命令控制器300。分布式對象執(zhí)行管理器(D．OEM)D-OEM管理用于遠程設備210的遠程拙行請求。該遠程設備210發(fā)送負載分擔請求給本地客戶機朋艮務器。如果所述客戶計算機212可以處理該對射函數(shù)，則D．OEMclient將通過所述執(zhí)行管理器本地執(zhí)行該函數(shù)。否則，所述D—OEM_bridge將該請求傳送給所述眼務器214、216，并在該服務器214、216端實覡擻行。圖19示出了D-OEM的基苓結(jié)構(gòu)。該D．OEM具有內(nèi)核414，該內(nèi)核具有單獨的入口點。其具有訪問D．OEM對象內(nèi)的全部資源的特機該D．OEM具有對象構(gòu)造器416，以初始化該對象內(nèi)部的所有組件。命令編碼器和解碼器418同步上述D-OEM命令。網(wǎng)絡接口420是軟件接口，其與夕挪的網(wǎng)絡對象綁定以與外界部分建立通信。同步管理器422管理全部同步請求。異常處理器424管理據(jù)收集的一部分，獲取固定到受試者皮膚的白反射器的圖像。這提供了校準圖像，其用于校準不均勻照明效應，并為計算吸光度提供參比。在此描述的數(shù)據(jù)預處理優(yōu)選由MHSI系統(tǒng)進行，并且更優(yōu)選地，其是休克診斷模塊的一部分。這樣的模塊在設備中可以自動的，或者可以由操作者從用于不同的應用的模塊菜單中選擇。優(yōu)選地，全部與休克相關的不同的診斷模塊還可以適當就位，由操作者在不同病人病癥、環(huán)境條件或者其它環(huán)境下進行選擇。雖然不是必須的，但是優(yōu)選地，實施以下預處理步驟中的任何一個，并且更優(yōu)選地，按所述地它們?nèi)勘粚嵤?yōu)選地，數(shù)據(jù)預處理中的第一步驟是去除環(huán)境光貢獻并且估計每單位時間的反射強度。這通過如下方式進行對于每一個波長組，將在沒有用LED或者其它操縱光的情況下記錄的圖像從利用了該光的情況下記錄的圖像減去。所得的圖像用暴露時間標準化，所述暴露時間優(yōu)選對于兩個圖像(利用和沒有利用操縱光)是相同的HSI強度=利用了光的強度/暴露時間-沒有用光的強度/暴露時間優(yōu)選地，針對ROI或者ROI的一部分進行此步驟。更優(yōu)選地，對于每一個像素或者多個像素組成的區(qū)域進行此步驟。優(yōu)選地，在弱的環(huán)境光條件下，作為替代進行對于暗噪音、讀取噪音、環(huán)境輻射和相似失真源的校正。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)預處理中的第二步驟是將所得到的標準化的HSI圖像強度對從白反射器記錄的參比標準化的強度的比值以10為底取對數(shù)，來計算吸光度吸光度=log1Q(HSI強度/校準強度)對于每一個像素或者多個像素組成的區(qū)域進行該步驟。優(yōu)選地，該校準強度在數(shù)據(jù)獲取過程中和/或之前被記錄并存儲在HSI系統(tǒng)中用于隨后的數(shù)據(jù)預處理。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)預處理中的第三步驟是在每一個時間步長進行圖像套準。套準使得在不同的時刻獲取的圖像平移、旋轉(zhuǎn)并且縮放，使得在每一個時刻拍攝的圖像中的區(qū)別特征在每一個圖像中處于同一空間位置。圖像套準對于處于休克或者接近休克的病人尤其重要，因為病人可能由于疼痛和不舒服移動或者無意識地移動。如果需要，可以將校準器或者小的套準標記施加到皮膚上，以提供用于套準算法的區(qū)別特征。在Freeman等的美國專利申請20040236229和美國臨時申請60/717,188中對圖像套準問題有更詳細討論。一旦圖像被拍攝并且預處理被完成，優(yōu)選地，數(shù)據(jù)預處理中的下一個步驟是分解數(shù)據(jù)，以提供對于在圖像的每一個像素中存在的化學信號的估計。除了超光譜數(shù)據(jù)之外，該分解步驟還需要對于每一個感興趣的發(fā)色團(即，組織或者流體)的參比光譜。例如，對于血液氧合血紅素、血液脫氧血紅素和水所拍攝的光譜可以用于該分解處理(參見圖3)。如果利用具有光分離器的系統(tǒng)(圖1)記錄超光譜數(shù)據(jù)，則超立方體中的每一個像素具有皮膚吸收光譜(一定程度上類似于圖4中的光譜)。然后，分解處理一般可以被設計為受約束的優(yōu)化問題，其中，在受到豐度值的自然可能范圍的約束下，估計每一種化學物質(zhì)的相對豐度。但是，利用最小方差方案(對于每一個像素或者多個像素組成的區(qū)域)可以得到直接和大體地分解<formula>formulaseeoriginaldocumentpage44</formula>分解得到對于所考慮的每一種化學物質(zhì)的估計豐度的輸出圖像(在上述實例中，q和C2是氧合血紅素和脫氧血紅素濃度的圖像，而C3是水的圖像)。斜率和偏移分別由C4和Cs表示。在其中利用具有特別選定和/或經(jīng)調(diào)制的光的系統(tǒng)(圖2)記錄超光譜數(shù)據(jù)的實施例中，利用來自每一個LED組的光來記錄的數(shù)據(jù)圖像代表在該波長范圍內(nèi)積分的發(fā)色團的濃度。例如，當用第2和4LED組(其優(yōu)選地被選擇和調(diào)制來模擬或者部分模擬氧合血紅素吸收光譜)照明白反射器時，所記錄的數(shù)據(jù)圖像代表在第2和4LED組整個波長范圍內(nèi)積分的、對于照明的HSI系統(tǒng)響應。當用第2和4LED組照明皮膚時，所記錄的數(shù)據(jù)圖像與從校準器獲取的數(shù)據(jù)圖像相差了在第2和4LED組整個波長范圍內(nèi)積分的皮膚氧合血紅素吸收量。與校準器數(shù)據(jù)圖像進行參比的皮膚數(shù)據(jù)圖像具有關于由氧合血紅素導致的皮膚吸收的信息，此外還有關于斜率和偏移分量的信息。對于用第3LED組照明的情況進行類似的步驟，其中記錄了由于脫氧血紅素導致的皮膚吸收，此外還記錄了斜率和偏移分量。對于第1LED組(其中氧合血紅素和脫氧血紅素在相似的濃度下具有相同吸收)的皮膚反應確定了皮膚中的總血紅素濃度。得自第1、2、3和4LED組的數(shù)據(jù)圖像之間的差別允許評估斜率和偏移光譜分量，并且確認氧合血紅素和脫氧血紅素濃度。最后，對于第5和6LED組的皮膚響應和這兩者之間的差別確定了水的濃度，并且允許評估組織水合水平。得自所述LED組中的任意一組或者全部的數(shù)據(jù)可以被用于評估給定生理狀態(tài)?；蛘?，所述LED組中的任意一組或者全部可以與其它光譜分離技術組合使用，以收集光譜的相似或者其它部分中的數(shù)據(jù)。例如，可見光LCTF系統(tǒng)可以與類似于第5和6LED組的LED系統(tǒng)一起使用，以在關于水濃度的紅外數(shù)據(jù)上增加由可見光譜提供的數(shù)據(jù)(諸如血紅素)。對于本發(fā)明，優(yōu)選的是，至少組織氧合血紅素和脫氧血紅素被計算或者估計(還可利用諸如水豐度之類的其它量)。在這些被估計的豐度被分別表示為OxyHb和DeoxyHb的情況下，血液總血紅素(Thb)可以從下式得到THb=OxyHb+DeoxyHb。相對組織氧飽和度(SHSI02)可從下式得到SHsi02=OxyHb/THb*100。注意，這些量(Thb和SHSI02)是超光譜分解的伴隨結(jié)果，并且如同它們與在醫(yī)學文獻中經(jīng)常被引用的類似測量相關那樣而被計算。而且，超光譜所得的數(shù)據(jù)圖線可以被剪切，以去除極端值。在從數(shù)據(jù)圖像計算矩陣之前，可以采用利用低通濾波器(諸如Gaussian濾波器)的平滑來改善數(shù)據(jù)圖像。接著，在本發(fā)明用于評估休克的一個應用中，得到反映休克或者瀕臨休克的臨床征候的指標。對于整個或者部分ROI執(zhí)行附加的分析步驟，包括但不限于平均指標、不均勻性指標、色斑指標、時域指標以及組合的計算。優(yōu)選地，開頭三個算法中的任何一個或者全部被用于得到這些休克相關指標。第4算法描述了休克反應的可能的病人后果或者嚴重性可逆還是不可逆休克。算法第1算法對反映休克的臨床征候的標記進行定量，其是對于整個圖像或者整個ROI的特性標記，例如ROI的整個或者選定部分上的超光譜測量的平均值或分布。例如，出血性休克的早期臨床征候是總血液量的下降，由此導致的皮膚特別是身體外周部分中的血液供應和血液氧合的下降。這是由于血液損失，以及身體通過限制血液流動到身體的外周部分來試圖補償休克、血容量過低或血液損失兩者原因造成的。這通常導致可用于在休克的病人監(jiān)測期間被成像區(qū)域的總的血液量和氧合血液量的下降。相反地，與到皮膚的低流量相關的，從可用的有限量的血液的氧提取更大，并且脫氧血紅素相對升高。給定所有形式的血紅素的總的下降，此脫氧血紅素的相對升高可以導致總脫氧血紅素的升高、降低，或者導致在休克開始之前或者與之相關的的總脫氧血紅素的相似水平。為了得到對于給定ROI的平均值，可以通過計算超光譜數(shù)據(jù)圖像上的值的諸如平均值、中值、固定百分點測量之類的量，直接計算血液和/或組織氧輸送、氧提取、氧飽和度、總血紅素、或者水含量的總體量的變化。對于此應用，從每一個分量數(shù)據(jù)圖像得到單個數(shù)字。對于此情形，相對于點測量，數(shù)據(jù)圖像的優(yōu)點在于，由大量被平均的點提供的積分得到了更精確的估計。圖5示出了從示例性豬受試者得到的數(shù)據(jù)結(jié)果。對于在基線和在休克期間獲得的氧飽和度的超光譜計算圖像形成直方圖。此直方圖表面氧飽和度的平均值的減小提供了關于此受試者的循環(huán)休克的提示。圖6示出了由示例性人受試者得到的數(shù)據(jù)結(jié)果。在虛脫之前，總血紅素急劇下降。如果條件允許，可以在病人明顯不處于休克狀態(tài)時從其獲得基線讀數(shù)。在此情況下，平均氧合等的變化可以與基線狀態(tài)進行參比。當可能時，基線的使用是有利的，因為其幫助去除病人與病人之間的差異。即使不用基線，順序測量的趨勢可以提供重要信息。在急救環(huán)境下，可能不能獲得基線，并且基于原始(未標準化)的量，或者參比從多個其它個體得到的標準基線，進行對于休克檢測的判斷。由在NIR區(qū)域(950-1100nm)中的皮膚吸收估計的水含量隨著人受試者經(jīng)歷低體壓的下降而變化。圖8示出了在虛脫之前組織中的水濃度降低了幾乎10。％。類似于在可見光范圍內(nèi)測量的總Hb和氧飽和度的標準差，水也是預測休克的最有效的標記之一，因為在虛脫的很久之前(在此情況下IO分鐘)其發(fā)生明顯變化。水在近IR區(qū)中測量，這在戰(zhàn)場中是更有利的。除了數(shù)據(jù)圖像中的分量血紅素、氧合血紅素、脫氧血紅素、SHSI02和H20，的平均值變化之外，分量的數(shù)據(jù)圖像中的分布和/或標準差也變化。這些變化涉及與休克或者血容量過低相關的皮膚氧輸送/提取和水合的不均勻模式的出現(xiàn)增多的情況。圖7示出了從人受試者得到的數(shù)據(jù)結(jié)果。在血液動力學虛脫之前，SHSA圖像中的不均勻性升高。第2算法對反映休克的臨床征候的并且涉及氧輸送/提取中的更局部的變化的標記(例如，皮膚的色斑)進行定量。與氧合的點測量不同，超光譜成像能夠拍攝關于色斑圖案的信息。色斑的出現(xiàn)可以被檢測，并且可以利用各種圖像處理算法來表征色斑圖案。下面描述了四種用于檢測和評估色斑及其變化的獨立方法。作為用于評估色斑的第1方法，可以確定色斑圖案的尺寸。如前面所述，隨著休克的鄰近，整個HSI圖像的不均勻性增加?？梢栽谳^小尺寸的區(qū)域估計增大的不均勻性的量度，諸如分布的標準差(std)或者基于百分點的測量(例如，圖像的第75和第25的四分位值之間的差)。當目標區(qū)域與色斑圖案尺寸相當時，區(qū)域內(nèi)的分布降低(與在整個圖像上的增大的std相比)，反映了在色斑區(qū)域內(nèi)的均勻性。作為ROI尺寸的函數(shù)的不均勻性的變化可以用于評估色斑圖案的尺寸。作為用于表征色斑的第2方法，可以利用圖像復雜度的量度表征色斑尺寸和形狀。優(yōu)選地，這可以對于具有高值的區(qū)域利用面積對周長量度。更優(yōu)選地，上述的數(shù)據(jù)圖像(氧合等)可以經(jīng)由圖像處理技術被處理，以生成描述反應的"高"和"低"區(qū)域的二元圖像。此二元圖像可以利用多種方法來生成。在一個實施例中，使用邊緣檢測方法來確定目標區(qū)域。這些邊緣然后被填充，以形成二元圖像。在第二實施例中，圖像首先被濾波，以去除低頻波動。然后利用Ostu方法或者相當?shù)拈撝捣椒ǎ_定用于經(jīng)濾波圖像的閾值。閾值用于確定二元圖像中的"高"和"低"區(qū)域。一旦生成二元圖像，可以得到所有"高"區(qū)域的面積和求和的周長。這些參數(shù)的比值提供了對于色斑的量度。如果大的"斑狀"起斑區(qū)域存在于成像區(qū)域中，則它們將往往具有較低的周長對面積的比值。如果成像區(qū)域較均勻，則"高"和"低"區(qū)域?qū)⑼切〉?，對應于從局部背景偏移的小的區(qū)域。因此，這些較小區(qū)域的平均周長對面積比值小于起斑的受試者。作為用于表征色斑的第3方法，可以利用濾波增強明顯偏離平均值的相鄰區(qū)域。該方法利用了色斑的兩個方面第一，起斑區(qū)域通常具有明顯不同于平均值的氧合或者其它值；第二，起斑區(qū)域通常較大而不是較小。在此方法中，首先形成二元圖像，其確定超光譜圖像中所有與平均值相差用戶規(guī)定量的像素。作為實例，可以被確定的區(qū)域是1)大于平均值加上若干倍的標準差；或者2)小于平均值加上若干倍的標準差。該方法不明確要求使用平均值；例如，可以使用與經(jīng)低頻濾波的圖像版本的偏差。此初步二元圖像可以確定具有極端值的區(qū)域。作為第二階段，二元圖像被濾波，以去除不與至少N個其它像素相連的像素，其中，N是用戶選定參數(shù)，其被選擇來代表對于起斑區(qū)域的最小生理合理尺寸。此第二步驟得到明顯不同于平均值的相連像素(即，起斑區(qū)域)的二元圖像。然后，所有這樣的區(qū)域的面積被求和，得到代表圖像中的起斑程度的衡量標準。此方法的實例被示于圖9。作為表征色斑的第4方法，評估數(shù)據(jù)圖像或者生理參數(shù)(諸如，血液氧合或者飽和度，或者水合狀態(tài))圖像中色斑程度隨時間的變化。此方法利用了如下事實由超光譜系統(tǒng)成像的生理參數(shù)因為身體試圖補償休克而動態(tài)變化。皮膚色斑圖案偏移，以保護血管收縮的區(qū)域中的組織可存活性，并且在休克之前或者隨著休克進程，這樣的偏移發(fā)生得更快。優(yōu)選地，得到兩個參數(shù)來測量色斑變化性，"斑點"和"時域"。為了表征這些參數(shù)，優(yōu)選地將超光譜圖像轉(zhuǎn)化為"高"、"低"和零值的三值圖像(參見圖10的頂部原始圖線，其中，綠色為零、紅色和藍色分別對應于S腦02的"高"和"低"值)。在該原始圖線中的每一個圖線對應于實驗內(nèi)(從基線開始并且朝向休克進展(最后之前的圖像的LBNP=-90))的特定時間，并且最后的圖像回到平衡。斑點表示斑尺寸，并且其被計算為紅色和藍色像素的總和，并且被簡化為一個數(shù)值，該數(shù)值在朝向虛脫的過程中隨時間增大(圖IO下方圖片中的綠線)。衡量色斑變化性的時域參數(shù)是基于任何或者所有HSI測量或獲得量的兩個順序圖像之間的比較。優(yōu)選地，這些包括但不限于，OxyHb、DeoxyHb、Thb、SHSI02、水和單波長圖像(它們單獨或者組合使用)。更優(yōu)選地，其包括但不限于OxyHb和DeoxyHb數(shù)據(jù)圖像。在順序上稍后的圖像被套準到前一圖像上，然后被與前一圖像上減去(或者相反)，并且分析所得圖像。作為這樣的分析的實例，在此，具有小的變化(例如，小于1的標準差)的區(qū)域被指定為零(在圖10中的第二原始圖線中的深藍色)。具有正變化的區(qū)域(例如，增大的氧合)被上以紅色陰影，而負變化的區(qū)域(例如，減小的氧合)被上以藍色陰影。這些區(qū)域(正和負兩者)然后用其最大幅值按比例衡量，并且在整個圖像上進行求和。于是，色斑的時域變化性被簡化為一個數(shù)值，其可以作為時間的函數(shù)被作圖(參見圖10中的下方圖片中的藍線)。在許多情形中，時域分量(藍線)的增大先于斑點分量(綠線)的增大。時域和斑點分量的水平提供了對于受試者在試圖補償休克時反應的快速程度的量度，并且是生理應激的指示。優(yōu)選地，這樣的四種方法中的一種或者多種被使用來評估色斑。更具體地，這些方法中的兩種以上的方法可以組合來計算色斑指標。更優(yōu)選地，斑點和時域方法被組合來計算時域色斑指標。用于檢測休克的第3算法將兩種前面描述的算法組合整體圖像分析和局部色斑分析。上面定量的反映休克的臨床征候的所有標記被簡化為一個單值，其依賴于受試者的生理和代謝狀態(tài)隨時間變化。這些數(shù)據(jù)的線性或者非線性組合接近用于特定受試者的超光譜休克指標(HyperSpectralShockIndex,HSSI)量度。作為實例，使用相對HSSI標度(其中，測量值大于1被認為是休克的指示)，利用峰值和下降，可以在所繪制的圖線上見到瀕臨脈管虛脫的證據(jù)。HSSI充當了非常靈敏的循環(huán)調(diào)控的衡量標準，并且當存在由于升高的LBNP水平導致的初始全身性損傷時上升，然后當補償機制發(fā)生時回落。最后一個算法描述用于檢測圖像中的特征的方法，所述特征可以指示休克反應的可能的病人后果或者嚴重性可逆或者不可逆休克。如本文前面所述，通過揭示皮膚的均勻變化和色斑，多種測量支持對于休克的早期檢測。目前的研究也已經(jīng)示出了超光譜圖像通過揭示皮膚中的微循環(huán)模式的變化，可以提供關于病人可存活性的提示。圖11示出了豬受試者在出血之前(左側(cè)圖片，27分鐘之前)、在休克期間(在最初出血之后62分鐘)、以及復生后(在最初出血之后2小時)的示例性超光譜氧合血紅素圖像。受試者已經(jīng)發(fā)展了大的快速變化的色斑圖案，這可能與交替的高和低氧合血紅素水平相關。在復生之后循環(huán)模式已經(jīng)恢復(比較圖11中的第3和第l個圖像)。另一個動物受試者(圖12)已經(jīng)發(fā)展成S服02圖像中的明顯的"羽毛狀"圖案。該圖案在該過程中死亡或者對于該測試過程沒有表現(xiàn)出強勁恢復的許多測試受試者中發(fā)展，并且似乎指示了不利后果的更大可能性。將這樣的指示提供給醫(yī)療人員可能是很有價值的。通過使用圖像處理方法來檢測可能是"羽毛狀"的圖像中的邊緣和特征，可以檢測在圖12中觀察到的羽毛狀圖案。除了上述的表征色斑的方法(不同尺寸ROI的分布值，面積對周長比、色斑斑點的短軸對長軸的比)，可以應用另一種可能的實施方式?？梢詷?gòu)建一個圖像模板，該圖像模板可以被構(gòu)造成類似于整個羽毛狀特征或者其子部分(例如，其單個分枝)。此模板的縮放和旋轉(zhuǎn)版本可以被與超光譜圖像相關，以生成"匹配"分數(shù)。在圖像的區(qū)域中的高匹配分數(shù)的出現(xiàn)可以被當作在圖像中出現(xiàn)"羽毛狀"的指示，并且將得到被提供給醫(yī)療人員的警告。此圖像處理方法與由Delanoy等描述的方法類似，但是其之前沒有被應用于休克的超光譜檢測、可存活性評估、復生充分性的評估或者生理狀態(tài)的其它評價。下面的實例說明了本發(fā)明的實施例，但是不應被視作限制本發(fā)明的范圍。實例首先，選定目標ROI，優(yōu)選地其是局部化的組織，并且更優(yōu)選地，一小塊皮膚，并且最優(yōu)選地，諸如前臂的毛發(fā)較少并且較平坦的一小塊皮膚。優(yōu)選的其它可能位置包括頰、大腿、面頜區(qū)域。在可選實施例中，局部化組織是頰黏膜，直腸黏膜，膀胱黏膜，腹內(nèi)絨膜或者其它可用于成像的組織。然后，我們在預定的距離處或者在根據(jù)測量或估計或記錄的距離處，收集來自ROI或者ROI的一部分的光譜數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，該距離小于IO英尺，并且更優(yōu)選地，在6和36英寸之間，并且最優(yōu)選地，在12和18英寸之間。在另一個實施例中，優(yōu)選的距離是0.1到6英寸之間，更優(yōu)選地，在0.5到2英寸之間。在另一個實施例中，優(yōu)選的距離在IO英尺到IOOO英尺之間，更優(yōu)選地，在10到300英尺之間，并且更優(yōu)選地，在10到100英尺之間。在每一個實例中，優(yōu)選地，進行對光學器件的調(diào)節(jié)，以提供合適的分辨率。優(yōu)選地，用自動縮放光學器件收集數(shù)據(jù)。在另一個實施例中，系統(tǒng)需要固定的焦距。在另一個實施例中，使用對光學器件的手動調(diào)節(jié)，以獲得所期望的視場和圖像分辨率。優(yōu)選地，使用預定的光學設置，或者自動或者手動地測量或者估計或者記錄自動或者手動選定的光學設置。優(yōu)選地，采用圖像穩(wěn)定化技術。獲取一個或者一系列圖像。如果多于一個的圖像被獲取，則可以以預定間隔，或者以被測量或者估計或者記錄的間隔收集順序的圖像。優(yōu)選地，以10毫秒到1小時之間的間隔收集順序的測量結(jié)果。更優(yōu)選地，以IO毫秒到IO分鐘之間的間隔收集測量結(jié)果。最優(yōu)選地，以10毫秒到1分鐘之間的間隔收集測量結(jié)果。在另一個實施例中，優(yōu)選地以約1毫秒到1分鐘之間的間隔、更優(yōu)選地以1毫秒到1秒之間的間隔收集測量結(jié)果。優(yōu)選地，儀器被構(gòu)造為被固定到可移動推車、臺、壁或者頂板工作夾具上的自立式設備。更優(yōu)選地，其是小型手持設備。在另一個實施例中，其整體或者部分地安裝在諸如雙筒鏡或者槍的瞄準器的其它光學設備中或者與其組裝。在另一個優(yōu)選實施例中，設備將被緊靠身體保持。更優(yōu)選地，設備和身體之間的關系將被保持相對固定。更優(yōu)選地，非壓縮性帶可以將設備的一部分固定在皮膚上方的位置上，用于連續(xù)或者間歇的讀數(shù)。從ROI的一個或多個圖像收集相關的光譜數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，在1和1000個波長帶之間，更優(yōu)選地在2到IOO個帶之間，甚至更優(yōu)選地在2到60個帶之間并且最有選地在2到25個帶之間進行收集。在另一個實施例中，優(yōu)選地在2到10個帶之間，更優(yōu)選地在3到5個帶之間進行收集。優(yōu)選地，從其收集數(shù)據(jù)的光譜區(qū)域在450到1200nm之間。出血性休克在胸外傷和出血之后皮膚氧飽和度(sHSIo2)變化被觀察，這對于肉眼是不明顯的，但是產(chǎn)生具有顯著的色斑圖案的超光譜圖像。在豬模型中在出血休克期間，皮膚的S^02圖像的圖像強度減小，指示皮膚中的氧飽和度降低。使用17頭雌性約克夏(Yorkshire)豬(9頭分入出血組，8頭分入對照組)，其體重為36.4±0.11kg。這些動物被檢疫一個星期，并且在程序之前整夜禁食。動物術前用藥250mgIMTelazol。在由通過面罩輸送的異氟醚引入麻醉之后，將它們保育，并且放置在Datex-Ohmeda麻醉呼吸機上，一次呼吸體積為10ml/kg，并且呼吸速率為12/分鐘。調(diào)節(jié)該速率，以獲得正常二氧化碳量(PaC02=35-45mmHg)。用異氟醚(2-2.5%)和室內(nèi)空氣的混合物維持麻醉。將經(jīng)皮鞘導引器兩側(cè)地插入到頸動脈和頸外靜脈，并且10F的Floley導管被插入到膀胱中。通過中線剖腹手術進行脾切除術。在脾切除術之前脾動脈被打結(jié)，以允許血液從脾臟排到循環(huán)系統(tǒng)中。在脾切除之后立即施予1.5倍脾臟重的乳酸化的Ringer溶液(LR)灌注。在手術結(jié)束時，將異氟醚減小到0.6%,并且開始灌注克他命(ketamine)(250-350pg/kg/min)。持續(xù)該克他命-異氟醚麻醉，直到研究結(jié)束。根據(jù)需要進行麻醉深度評估和麻醉劑量調(diào)節(jié)。通過外部加熱墊將核心溫度維持在37-39°C之間經(jīng)由頸外靜脈導引器鞘插入導流肺動脈導管，以允許測量混合的靜脈血氣和核心溫度。頸動脈導引器鞘中的一個被用于測量動脈血壓(ABP)。使用臨床壓力傳感器。由心電圖獲取心率。利用熱電偶在兩個后肢處監(jiān)測區(qū)域皮膚溫度。在表1中給出了實驗方案。在術后穩(wěn)定期間(1-2小時)之后，收集基線數(shù)據(jù)。然后，對出血組中的動物(HEM，n=9)用注射器通過頸動脈管進行抽血。以恒定的速率，1ml/kg/min，進行3次抽血，每次10mVkg。血被收集到包含CPDA抗凝血劑的袋中。在三次IO分鐘的出血時間段的每一個之后緊接15分鐘的觀察時間段。在第三觀察時間段之后，通過靜脈內(nèi)灌注1.5倍出血量的LR，使得動物復生。LR復生時間段的持續(xù)時間為25分鐘。然后，根據(jù)需要施予超過初始復生量的額外液體，以使得心率和血壓朝基線值恢復。在25分鐘LR灌注時間段之后緊接著30分鐘的觀察時間段，然后是其中出血被回注的25分鐘時間段。之后對動物再觀察1小時，然后實施安樂死。利用流體加熱器進行血和LR的回注。獲得整個內(nèi)后肢的HSI圖像。對照組中的動物經(jīng)歷相似的手術準備，并且接受100ml/小時的維持LR灌注。在以下時間點獲取數(shù)據(jù)基線、在每次10ml/kg抽血之后、在LR復生之后和在血回注之后。抽血導致心動脈收縮壓的早期下降，這在第一次抽血之后在統(tǒng)計上變得明顯，并且一直保持下降直到LR復生之后。心率隨抽血提高，但是是以延遲的模式——僅僅在第二次出血期間變得明顯；其在出血回注之后恢復到對照水平。所有HEM動物隨血液損失示出了平均Shs!02的下降；這些變化在第三次出血之后變得明顯。它們在灰度sHSIo2圖片上很明顯，但是對于肉眼不明顯。HSIOxyHb以及動脈堿過量和氧的混合靜脈飽和度的減小在第2次出血之后變得明顯。這些變化通過復生全部可逆。由在可見波長區(qū)域中的超光譜成像得到的皮膚的S服02和OxyHb圖像的平均強度在出血性休克期間減小，并且在麻醉豬的復生期間恢復。這些變化與在若干侵入獲得的變量中觀察到的那些大致類似，包括心動脈收縮壓、動脈堿過量和氧的混合靜脈飽和度。但是，假定HSI提供關于血液動力學障礙和生理狀況的額外信息，并且可以與HSI提高的更早的關于血液動力學障礙和瀕臨虛脫的信息相關聯(lián)，預計缺少緊密的相關性。圖5示出了得自示例性豬受試者的數(shù)據(jù)結(jié)果。形成在基線處和在休克期間獲得的氧飽和度的超光譜計算圖像的直方圖。直方圖示出了氧飽和度的平均值提供了關于對于此受試者的循環(huán)休克的提示。在氧飽和度圖像中，每一個像素的亮度與該像素的S皿02強度成正比。基線圖像和在第三次出血后的時間段期間獲得的圖像都被包括了。在這些圖像中，圖像強度的減小是明顯的。定性地，一些動物但不是全部，在休克期間表現(xiàn)出色斑的增多，這在氧飽和度圖像上也是明顯的。這些變化都是對于肉眼不明顯的。定量地，這些SHSI02圖像的平均灰度強度隨著抽血線性下降，在第三次出血之后較之對照動物變得明顯減小，并且通過復生恢復到對照水平。對于ROI的OxyHb擬合系數(shù)的平均值也隨著出血線性下降，但是其表現(xiàn)出更早的統(tǒng)計上的明顯下降(在第二次出血之后)，其也通過復生恢復。同時，對于ROI的平均DeoxyHb擬合系數(shù)在第三次出血期間和之后似乎趨向于上升，但是這些變化不明顯。作為色斑出現(xiàn)的程度的粗略指標，氧飽和度圖像的灰度直方圖的標準差似乎隨著出血而增大，但是這不是統(tǒng)計意義上明顯的。激光多普勒成像顯示隨著血損失對于ROI的皮膚血流線性下降，這在第三次出血之后變得明顯，并且通過復生可逆。執(zhí)行線性回歸，以檢查氧的混合靜脈飽和度和SHM02之間的可能的關系。該分析表明了線性關系，具有0.12的較低的r2(p<0.001，114)。與心動脈收縮壓的相關性是類似的(r2=0.14,p<0.001,df=202)。雖然激光多普勒圖像強度似乎遵循與SHSI02的相似的時間進程，但是在線性回歸中2個變量之間沒有關系(r2=0.01,p=0.312，df=112)。在本專利中描述的休克監(jiān)測方法采用了超光譜成像。在此技術中，生成了具有每一個個體像素中的固有的光譜數(shù)據(jù)的二維圖像。在優(yōu)選的實施例中，每一個像素的光譜與各種化學物質(zhì)的存在和濃度相關。此數(shù)據(jù)被解釋為這些物質(zhì)在表面中的豐度。這具有與各種生理狀況的高相關性，并且提供了改善代謝監(jiān)測的可能性(圖ll)。利用超光譜成像可以觀察到若干種對于休克的反應(如在豬受試者的血量減少性休克中所見到的)。第一，在許多受試者中觀察到總氧合水平(或者氧飽和度)降低。第二，在若干受試者的皮膚中觀察到色斑的出現(xiàn)。這是已知的休克指示，并且是由于在身體試圖補償引起生理應激的事件時血流的微循環(huán)模式的變化導致的。最后，可以發(fā)生獨特的循環(huán)模式變化，導致"羽毛狀"圖案(圖12)。這些變化的循環(huán)模式似乎與不好的后果相關，因此提供了對于病人將進入不可逆休克的可能性的量度。HSSI是4個標量因子的非線性組合，所述4個標量因子針對每一個動物在每一個時間步長上由應用于超立方體的圖像處理技術獲得。因子中的兩個(平均和分布)是基于對于整個目標區(qū)域(ROI)的分析。其它2個因子(斑點(BLOBS)和時域偏移(TEMPERAL)是基于確認組織的氧合模式、其幅值、橫向延伸和變化頻率的特征分析。為了總結(jié)得自全部14個受試者的數(shù)據(jù)，我們顯示了對于每一個時間步長的作為時間的函數(shù)的生理參數(shù)平均值(心率和心收縮血壓，左側(cè)兩個圖片)以及超光譜參數(shù)(平均值，分布，BLOC以及TEMP，右側(cè)的圖片)，并連同標準差(圖13)。在此，藍線代表6個對照受試者，并且黑線代表8個出血受試者。如果我們使用140的心率(人110)作為休克的衡量標準，則我們看到在第1次出血后50分鐘處見到該事件。如果我們使用70的心臟收縮血壓(人100)作為休克的衡量標準，則我們在第1次出血后35分鐘處見到該事件。利用大于1的超光譜休克指標(HSSI)，在第1次出血中的5分鐘中指明了明顯出血。為了避免比較對于閾值的依賴性，我們構(gòu)建了受試者工作特性曲線(ROC)，其估計通過三個參數(shù)心率、心臟收縮血壓以及HSSI確認休克的靈敏度和特異性(圖14)。戰(zhàn)場超光譜或者多光譜成像可用作小型便攜式非侵入監(jiān)測設備，由急救者用于戰(zhàn)場或者用于急救室環(huán)境。急救者從病人獲取超光譜或者多光譜數(shù)據(jù)。內(nèi)建在設備中的軟件為急救者提供對于病人狀況的評估，包括病人進入休克狀態(tài)的可能性以及任何對于可能的后果的有用的指示。此信息被急救者用于確定需要穩(wěn)定病人的護理的合適水平。'在一個示例性實施例中，用于同時收集和積分可見光和近紅外MHSI數(shù)據(jù)兩者的戰(zhàn)場/急救者系統(tǒng)被構(gòu)建在耐震的外殼中?？梢姽夂蚇IR系統(tǒng)分別由三個功能模塊組成光譜成像儀(SI)、支持控制器和功率模塊(CPM)以及控制和數(shù)據(jù)獲取計算機(CDAC)。光譜成像儀由可見光和NIR液晶可調(diào)諧濾波器(LCTF)以及互補金屬氧化物半導體(CMOS)可見光和NIR成像傳感器組成，并且裝配有微距鏡頭。優(yōu)選地，LCTF具有9nm、更優(yōu)選地8nm、最優(yōu)選地7nm的帶寬。通過改變LCTF兩端的電壓，可以改變允許通過LCTF進入攝像機的光的波長。系統(tǒng)的焦平面被限定在兩個正交的激光定位器的相交點處。成像傳感器由1280像素X1024像素構(gòu)成。系統(tǒng)優(yōu)選具有約12英寸的工作焦距，約7cmX6cm的視場，對應于約60微米的分辨率。在另一個實施例中，僅僅使用可見光。在另一個實施例中，僅僅使用NIR。在另一個實施例中，通過簡化的濾波系統(tǒng)收集可見光以及LCTF和單個或若干個NIR帶。使用能量高效的發(fā)光二極管(LED)照明組織表面。優(yōu)選地，8個，更優(yōu)選地，6個，最優(yōu)選地，4個可見光LED被用于輸送1.8W的寬帶的光(其優(yōu)選地300—970nm，更優(yōu)選地，400—850nm，更優(yōu)選地，450—800nm，更優(yōu)選地，450—750nm，最優(yōu)選地，450—720nm)。在740、780、810和970nm處的帶寬為30nm的NIR發(fā)射器被用于輸送5w的寬帶NIR光(720—830nm和945—1000nm)。一個超光譜立方體由25個可見光和25個NIR圖像組成。每一個圖像的積分時間被調(diào)節(jié)，使得圖像中的最亮的區(qū)域填充CCD的完全阱容量的約80%。在1分鐘內(nèi)，收集1個完整的光譜數(shù)據(jù)立方體。另一個實施例使用諸如太陽光的環(huán)境光，或者單獨使用環(huán)境光或者使用補充有諸如閃光的另一個獨立光源的環(huán)境光。在此實施例中，由可以測量閃光輸出和/或環(huán)境光的系統(tǒng)進行自動校準，進行校準，或者指令被提供給操作者來進行對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。然后利用Beer法則算法，通過將樣品數(shù)據(jù)相對于從空白參比標準獲得的數(shù)據(jù)定比，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為光學密度單位。以電子格式獲取參比氧合血紅素和脫氧血紅素光譜。然后對于圖像立方體中的每一個光譜進行氧合血紅素、脫氧血紅素、偏移和斜率項的四項線性回歸擬合。然后，使用回歸系數(shù)來計算圖像立方體中的每一光譜的相對氧飽和度百分比SHsi02=OxyHb/(OxyHb+DeoxyHb)*100其中，OxyHb為氧合血紅素的擬合系數(shù)，DeoxyHb是脫氧血紅素的擬合系數(shù)，其是由線性回歸得到的。然后，通過估計氧合血紅素和脫氧血紅素、總血紅素以及血紅素氧飽和度的水平，評估休克狀態(tài)。在氧合中觀察到空間分布或者色斑圖案還可以用于精細分類區(qū)別特性。通過觀察色斑圖案隨時間變化的快速程度可以進行額外的精細化。在一個示例性實施例中，MHSI可以被用于即使在受害者由于受害者穿著防護服而難以接觸的情況下在受到化學或者生物作用期間監(jiān)測受試者。圖15所示，可以直接透過防護目鏡獲取臉的超光譜圖像。體溫下降四個動物(體重36.2±0.45kg)被用于在超光譜圖像上評估全身體溫下降的效應。這些動物經(jīng)過與出血研究中的那些相似的手術準備。在獲取基線數(shù)據(jù)之后，通過如下操作將動物持續(xù)地冷卻1小時40分鐘將其放置在兩個設置在4'C下的冷卻毯之間，之后馬上用填充冰的塑料袋覆蓋頭、頸、腋窩和驅(qū)干。在3個動物中，目標核心溫度為3rc。冷卻的持續(xù)時間接近針對出血方案所述的3個相繼的出血和觀察時間段的持續(xù)時間。為了避免使得核心溫度降低到3rC以下，一旦核心溫度達到33°C，就將毯和室溫分別設定為42。C和3(TC。然后去除冰袋，添加BairHugger加溫毯。進行再加溫直至達到基線核心溫度值。通過肺動脈導管和直腸溫度探針監(jiān)測體溫。利用熱電偶在兩個后肢上監(jiān)測區(qū)域皮膚溫度。因為皮膚s艦02在低至3rc的核心溫度下不表現(xiàn)出變化。所以第4個動物被進一步冷卻到22'C，而不進行再加溫。在其它優(yōu)選實施例中，可以利用標準分類方法(諸如區(qū)別分析或者分類樹)來確定休克評估?？梢岳糜蓴z像機收集的漫反射信號(在轉(zhuǎn)換成光學密度單位之前或者之后)開始分析。在分析之前，該方法還可以使用主分量分析或者某些其它用于數(shù)據(jù)簡化的手段。本發(fā)明提供超光譜/多光譜成像系統(tǒng)，其表明反映全身生理學的變化的局部組織變化，這里所述變化是在出血性休克和復生期間的皮膚氧合和S服02的變化。其它的HSI的優(yōu)選用途包括但不限于，S腦02的宏觀分布、在大鼠的乳癌切除過程中腫瘤的原位檢測，在整形手術和燒傷之后的組織可存活性確定，外圍動脈疾病病人和糖尿病人的跛足和足部潰瘍，以及分別對于在豬和人的低體負壓(LBNP)下的循環(huán)虛脫和血量減少代謝失調(diào)的應用。在整個申請中，我們描述了超光譜成像，但是可以類似地采用多光譜成像，并且當提及MHSI或者HSI時，包括了超光譜成像或者多光譜成雖然這些方法和儀器被描述用于醫(yī)療和生理評估，但是其可以被類似地用于其它應用領域，包括體內(nèi)和體外生物、法醫(yī)、環(huán)境、地質(zhì)、化學、天文和其它領域。根據(jù)本文所公開的對發(fā)明的說明和實施，本發(fā)明的其它實施例和用途對于本領域技術人員將是明顯的。本文引用的所有參考文獻，包括所有出版物、美國和外國專利和專利申請通過引用被明確和全文包括于此，包括2005年11月29日提交的美國專利申請"MedicalHyperspectralImagingforEvaluationofTissueandTumor"(還沒有分配申請?zhí)?。說明書和實例是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神僅僅由所附權(quán)利要求限定。權(quán)利要求1.一種用于獲取休克數(shù)據(jù)的設備，其用于超光譜或者多光譜成像，所述設備包括如下部件至少之一檢測器；濾波器或者不帶濾波器的波長檢測器；功率源；和圖像獲取硬件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中，所述檢測器是具有電荷耦合器件元件和透鏡的數(shù)字攝像機。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中所述濾波器是可見波長液晶可調(diào)諧濾波器。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的設備，其中所述濾波器是NIR波長液晶可調(diào)諧濾波器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中所述濾波器具有對可見光和NIR光兩者進行濾波的能力。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中使用具有兩個濾波器的雙系統(tǒng)，所述濾波器是可見波長液晶可調(diào)諧濾波器和NIR波長液晶可調(diào)諧濾波器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中使用具有可見波長液晶可調(diào)諧濾波器和窄帶IR照明源的雙系統(tǒng)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中使用具有可見波長液晶可調(diào)諧濾波器和一個或多個紅外濾波器的雙系統(tǒng)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中所述檢測器是具有CMOS元件和透鏡的數(shù)字攝像機。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中所述濾波器是聲光可調(diào)諧濾波器。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中所述濾波器是可開關濾波器陣列。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中從一個或多個光源將一個或多個選定波長的光傳輸?shù)剿鰹V波器中。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中光的所述選定波長是NIR波長。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中光的所述選定波長是可見波長。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中光的所述選定波長是可見和NIR波長。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中所述濾波器被裝配到所述攝像機透鏡的前方。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中所述功率源對供應同軸或者接近同軸的照明的照明器提供功率。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中使用軟件程序來控制所述圖像獲取硬件。19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中所述設備是便攜式的。20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中實時地或者接近實時地進行數(shù)據(jù)的獲取。21.—種用于從病人獲取超光譜/多光譜數(shù)據(jù)的方法，包括照明所述病人的組織上的目標區(qū)域；用透鏡和檢測器收集所述目標區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像；執(zhí)行標準數(shù)據(jù)分析和標準分類方法；以及確定全身生理狀態(tài)。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是休克或者與休克相關。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)與心臟代償失調(diào)相關。24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)與呼吸功能不全相關。25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是血容量過低。26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)與糖尿病的進展相關。27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)與充血性心力衰竭相關。28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是感染或者敗血癥。29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是脫水。30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是出血o31.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是血壓過低。32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是高血壓。33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是受到化學或者生物劑的作用。34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)是炎癥反應。35.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所確定的全身生理狀態(tài)與全身、區(qū)域或者局部施加的藥物或者施予的其它治療相關。36.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中標準數(shù)據(jù)分析包括將所述數(shù)據(jù)圖像轉(zhuǎn)換為光學密度單位。37.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中標準分類方法包括對于超立方體中的每一個光譜計算脫氧血紅素系數(shù)測量值。38.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中標準分類方法包括對于超立方體中的每一個光譜計算氧合血紅素系數(shù)測量值。39.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中標準分類方法包括對于超立方體中的每一個光譜計算氧飽和度百分比。40.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中標準分類方法包括對于數(shù)據(jù)或者主分量的區(qū)別分析。41.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述組織是前臂皮膚、前額皮膚、頰皮膚、口腔黏膜或者直腸黏膜。42.—種用于從病人獲取超光譜數(shù)據(jù)的方法，包括照明所述病人的組織上的目標區(qū)域；用透鏡和檢測器收集所述目標區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像；利用算法將所述數(shù)據(jù)圖像轉(zhuǎn)化為光學密度單位；生成所述數(shù)據(jù)圖像的超立方體；對于所述超立方體中的每一個光譜計算氧飽和度百分比；以及確定休克狀態(tài)。43.—種用于從病人獲取超光譜數(shù)據(jù)的方法，包括照明所述病人的皮膚上的目標區(qū)域；用攝像機收集所述目標區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像；利用算法將所述數(shù)據(jù)圖像轉(zhuǎn)化為光學密度單位；生成所述數(shù)據(jù)圖像的超立方體；對于所述超立方體中的每一個光譜計算氧飽和度百分比；監(jiān)測所述超立方體中的每一個光譜的氧飽和度百分比隨時間的變化；以及確定休克狀態(tài)。44.一種用于從病人獲取超光譜數(shù)據(jù)的方法，包括照明所述病人的組織上的目標區(qū)域；用透鏡和檢測器收集所述目標區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像；利用算法將所述數(shù)據(jù)圖像轉(zhuǎn)化為光學密度單位；生成所述數(shù)據(jù)圖像的超立方體；對于所述超立方體中的每一個光譜計算氧合血紅素和脫氧血紅素系數(shù)；以及確定休克狀態(tài)。45.—種用于從病人獲取超光譜數(shù)據(jù)的方法，包括照明所述病人的皮膚上的目標區(qū)域；用攝像機收集所述目標區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像；利用算法將所述數(shù)據(jù)圖像轉(zhuǎn)化為光學密度單位；生成所述數(shù)據(jù)圖像的超立方體；對于所述超立方體中的每一個光譜計算氧合血紅素和脫氧血紅素系數(shù)；監(jiān)測所述超立方體中的每一個光譜的氧合血紅素和脫氧血紅素系數(shù)隨時間的變化；以及確定休克狀態(tài)。46.—種用于獲取休克數(shù)據(jù)的設備，其用于超光譜成像，所述設備包括如下部件至少之一檢測器；功率源；一組或多組LED光；和圖像獲取硬件。47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中所述LED光是2—100nm的窄帶LED。48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中存在一個或兩個提供可見光和NIR光的感測的檢測器。49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中所述透鏡被調(diào)諧用于可見波長和NIR波長。50.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中窄帶是指50nm以下的帶寬。51.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中所述設備還包括光控制器和運行系統(tǒng)控制的計算機。52.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中所述圖像獲取硬件包括數(shù)據(jù)獲取和預處理軟件。53.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中所述一組或多組LED光分別具有自己的中心發(fā)射波長和自己的發(fā)射帶寬。54.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中所述一組或多組LED光的每組都包括以圍繞所述透鏡的環(huán)形模式分布的LED，允許對ROI上均勻或者接近均勻的照明。55.根據(jù)權(quán)利要求46所述的設備，其中所述一組或多組LED光由照明器控制器接通和關斷。56.—種檢測生理狀態(tài)或休克的方法，包括在病人的組織上限定目標區(qū)域；在設定間隔的時間段期間以不同的波長范圍照明所述目標區(qū)域；在照明期間和沒有照明的時間段期間用超光譜成像設備收集一系列圖以足以檢測代謝狀況的數(shù)據(jù)變化的頻率重復所述照明和收集步驟；以及處理所述數(shù)據(jù)變化，以生成超立方體。57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中所述組織是前臂皮膚、前額皮膚、頰皮膚、口腔黏膜、直腸黏膜或者絨膜。58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中所述波長區(qū)域為約500—1000nm。59.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中所述波長區(qū)域為約500—600nm。60.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中所述波長區(qū)域為約950—1100nm。61.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中所述一系列圖像由CCD或者CMOS攝像機收集。62.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中處理數(shù)據(jù)的步驟包括對于所述圖像中的每一個像素計算氧飽和度值。63.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中處理數(shù)據(jù)的步驟包括對氧合血紅素和脫氧血紅素光譜分量進行組合。64.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中處理數(shù)據(jù)的步驟包括獲取在615-710nm范圍內(nèi)的紅區(qū)域中的波長和在約550-580nm范圍內(nèi)的黃區(qū)域中的或者在約580-615nm范圍內(nèi)的橙色域中的波長之間的比值。65.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中處理數(shù)據(jù)的步驟包括去除環(huán)境光貢獻并且評估每單位時間的反射強度，其中，對于每一個設定波長，從在有照明的情況下記錄的圖像中減去在沒有照明的情況下記錄的圖像。66.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中處理數(shù)據(jù)的步驟包括按照對所得到的標準化HSI圖像強度對所記錄的參比標準化強度的比值以IO為底取對數(shù)，來計算吸光度值。67.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中處理數(shù)據(jù)的步驟包括在每一個設定時間段執(zhí)行圖像套準。68.根據(jù)權(quán)利要求56所述的用于檢測生理狀態(tài)或者休克的方法，其中處理數(shù)據(jù)的步驟包括執(zhí)行在兩個用于NIR波長和可見波長的值的獨立檢測器之間的圖像套準。全文摘要本發(fā)明提供了一種超光譜成像系統(tǒng)，其指明了在休克和復生過程中組織氧輸送、提取和飽和度的變化，該系統(tǒng)包括用于實時或者接近實時地評估和監(jiān)測休克的成像設備，所述休克包括血容量過低休克、心原性休克、神經(jīng)性休克、敗血性休克或者燒傷休克。由超光譜測量提供的信息可以傳遞支持休克的早期檢測的生理測量結(jié)果，還提供了關于可能的后果的信息。文檔編號A61B6/00GK101237817SQ200580048789公開日2008年8月6日申請日期2005年12月28日優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日發(fā)明者亞歷山大·A·帕納俞克,布萊恩·H·特蕾西,斯韋拉納·V·帕納俞克,珍妮·E·弗里曼,邁克爾·J·霍普米爾申請人:超級醫(yī)藥有限公司