根据本发明专利技术各种实施例的系统和方法能够基于细胞形态学特性快速分析和分类细胞样品。在若干实施例中，悬浮在流体介质中的细胞通过微流体通道，在那里它们聚焦成单个流线并连续成像。在许多实施例中，微流体通道建立流动，使得各个细胞能够在短时间内以多个角度成像。图案识别系统可以分析从流经该系统的细胞的高速图像捕获的数据并对目标细胞进行分类。通过这种方式，自动化平台为广泛的研究和临床应用(例如(但不限于)护理点服务)创造了新的可能性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流动中的自动单细胞细胞学分类的系统和方法
本申请一般涉及流动中的细胞的成像，更具体地涉及流动中的自动高通量(throughput)单细胞细胞学分类。
技术介绍
细胞的物理和形态特性长期以来被用于研究细胞类型和细胞状态以及诊断疾病。细胞形状是细胞周期的标志之一。真核细胞显示出会依赖于细胞周期的形状的物理变化，诸如经历出芽或裂变的酵母细胞。形状也是细胞状态的指示物，并且可以成为用于临床诊断的指示。由于许多临床条件、疾病和药物，血细胞形状可能会改变，诸如由寄生虫感染引起的红细胞形态的变化。其他参数如细胞膜特征、核-细胞质比、核膜形态和染色质结构也可用于识别细胞类型和疾病状态。例如，在血液中，不同的细胞类型通过诸如细胞大小和核形状之类的因素来进行区分。生物学家和细胞病理学家通常使用细胞大小和形态来识别细胞类型和诊断疾病。这主要通过某种显微成像和图像的手动分析来完成。结果，现有方法耗时、主观、定性且容易出错。例如，细胞病理学家使用光学显微镜检查从不同组织制备的载玻片，并寻找类似于疾病特性的特征。这个过程是不及时的，结果是主观的，并受到染色细胞的取向、如何制备载玻片以及细胞病理学家的专业知识的影响。尽管最近已经进行了细胞学涂片分析自动化的努力，但仍然存在挑战。涂片分析的主要问题之一是存在难以避免的污染细胞，并且使得难以检测稀有细胞或疾病的特定特征特性。其他问题有染色或涂抹的细胞的角度，其可能模糊用于识别细胞类型或状态的重要信息。
技术实现思路
示出了根据本专利技术各种实施例的用于流动中的自动单细胞细胞学分类的系统和方法。一个实施例包括细胞学分类系统，所述细胞学分类系统包括：成像系统；流动池，所述流动池包括：入口、出口和微流体通道，所述微流体通道包括成像区域，其中所述微流体通道经由所述入口接收流体并且具有通道壁，所述通道壁被形成为：将来自样品的细胞聚焦成单个流线，使单个流线内的细胞间隔开，以及使单个流线内的细胞旋转；和灌注系统，被配置为经由所述入口将样品注入流动池。在另一实施例中，注入所述流动池的样品包括1×105个细胞/mL和5×105个细胞/mL范围内的细胞浓度。在又一实施例中，注入所述流动池的样品包括来自如下的组的细胞，所述组包括固定细胞和用有色染料染色的细胞。在又一实施例中，所述流动池被实现为微流体装置。在又一实施例中，所述成像系统包括光源，所述光源被配置成照明所述微流体通道的成像区域。在还有的实施例中，所述成像系统还包括物镜系统，所述物镜系统被配置为放大通过所述微流体通道的成像区域的细胞。在还有的实施例中，所述成像系统还包括高速相机系统，所述高速相机系统被配置为以100,000和500,000帧/秒之间捕获图像。在另一实施例中，所述微流体通道被形成为使得所述成像系统捕获所述微流体通道的成像区域内的旋转细胞的图像序列以提供所述细胞的完整360°视图。在还有的实施例中，所述成像系统捕获所述微流体通道的成像区域内的细胞的至少10个图像。在另一实施例中，所述成像系统以至少1000个细胞/秒捕获图像，并且计算系统以至少1000个细胞/秒进行分类。在还有的实施例中，所述微流体通道还包括过滤区域。在还有的实施例中，所述通道壁的子部分包括聚焦区域，所述聚焦区域被形成为使用惯性升力将细胞从样品聚焦成细胞的单个流线中。在还有的实施例中，所述惯性升力作用于处于发生层流的雷诺数的细胞。在还有的实施例中，所述聚焦区域包括收缩和扩展部分。在还有的实施例中，所述收缩和扩展部分具有不对称的周期性结构。在还有的实施例中，所述通道壁的子部分包括排序区域，所述排序区域被形成为使用惯性升力和对所述细胞施加拖曳力的二次流使单个流线内的细胞间隔开。在还有的实施例中，所述排序区域形成至少一个夹持区域。在还有的实施例中，所述排序区域形成一系列弯曲通道和夹持区域。在还有的实施例中，所述通道壁的子部分包括细胞旋转区域，所述细胞旋转区域被形成为通过向细胞的单个流线内的细胞施加速度梯度来使细胞旋转。在还有的实施例中，所述细胞旋转区域使用共流向细胞施加速度梯度。在还有的实施例中，所述细胞旋转区域通过增加所述通道的至少一个维度来向细胞施加速度梯度。在另一附加实施例中，细胞学分类系统，包括：双层流动池，包括：入口；出口；和微流体通道，包括：聚焦区域，用于将来自样品的细胞聚焦成单个流线；排序区域，用于使单个流线内的细胞间隔开；细胞旋转区域，用于使单个流线内的细胞旋转；以及成像区域，提供旋转细胞的视野；灌注系统，配置为经由所述入口将样品注入到所述流动池中；成像系统，包括：相机，被配置为收集成像区域的图像；光源，用于照明成像区域；以及物镜系统，被配置为提供成像区域的放大；以及计算系统，被配置为从成像系统接收图像并分析所接收的图像。另外的实施例和特征部分地在下面的描述中阐述，并且部分地对于本领域技术人员在阅读说明书后将变得清楚，或者可以通过本专利技术的实践来学习。通过参考说明书的其余部分和附图可以实现对本专利技术的本质和优点的进一步理解，附图形成本公开的一部分。附图说明参考以下附图和数据图将更全面地理解描述和权利要求，这些附图和数据图被呈现为本专利技术的示例性实施例，并且不应被解释为本专利技术的范围的完整记载。图1A概念性地示出了根据本专利技术实施例的细胞学分类系统。图1B概念性地示出了根据本专利技术实施例的流动池的微流体设计。图2概念性地示出了根据本专利技术实施例的流动池的过滤区域。图3A概念性地示出了根据本专利技术实施例的流动池的聚焦区域。图3B-图3D概念性地示出了根据本专利技术实施例的流动池的聚焦区域的上游部分、收缩和扩展部分以及下游部分。图4A概念性地示出了根据本专利技术实施例的流动池的排序区域。图4B概念性地示出了根据本专利技术实施例的流动池的排序区域的通道截面内的流体动力学。图5A和图5B概念性地示出了根据本专利技术实施例的利用共流的流动池的细胞旋转区域。图5C概念性地示出了根据本专利技术实施例的利用通道尺寸变化的流动池的细胞旋转区域。图5D是根据本专利技术实施例的流动池的细胞旋转区域中的旋转颗粒的视频的叠加图像。具体实施方式根据本专利技术各种实施例的系统和方法能够基于细胞形态学特性对细胞样品进行快速分析和分类。在若干实施例中，悬浮在流体介质中的细胞通过微流体通道，在微流体通道中细胞聚焦成单个流线并被连续成像。在许多实施例中，微流体通道建立流动，流动使得各个细胞能够在短时间内以多个角度成像。图案识别系统可以分析从流经该系统的细胞的高速图像捕获的数据并对目标细胞进行分类。通过这种方式，自动平台为广泛的研究和临床应用(诸如(但不限于)护理点服务)创造了新的可能性。根据本专利技术多个实施例的系统和方法利用小型化流体装置中的惯性升力来定位流动中的细胞并将细胞传送到单个横向位置。然后可以对细胞进行排序以防止在成像期间多个细胞到达单个帧中。以这种方式，可以避免对图像分割的需要。在许多实施例中，使细胞在成像时旋转，从而以多个角度捕获各个细胞的图像。在许多实施例中，细胞学分类系统可以在细胞通过微流体系统时检测和跟踪细胞，以不同角度捕获每个细胞的多个图像。在若干实施例中，该系统可以容易地与其他小型化平台集成以使染色自动化并完全消除手动样品制备。在某些实施例中，细胞学分类系统允许通过将细胞彼此以所需距离排序来单独对细胞进行分类。当以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种细胞学分类系统，包括：成像系统；流动池，所述流动池包括：入口；出口；和微流体通道，所述微流体通道包括成像区域，其中所述微流体通道经由所述入口接收流体并且具有通道壁，所述通道壁被形成为：将来自样品的细胞聚焦成单个流线；使单个流线内的细胞间隔开；以及使单个流线内的细胞旋转；和灌注系统，被配置为经由所述入口将样品注入所述流动池中。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.19 US 62/339,0511.一种细胞学分类系统，包括：成像系统；流动池，所述流动池包括：入口；出口；和微流体通道，所述微流体通道包括成像区域，其中所述微流体通道经由所述入口接收流体并且具有通道壁，所述通道壁被形成为：将来自样品的细胞聚焦成单个流线；使单个流线内的细胞间隔开；以及使单个流线内的细胞旋转；和灌注系统，被配置为经由所述入口将样品注入所述流动池中。2.根据权利要求1所述的细胞学分类系统，其中注入所述流动池的样品包括1×105个细胞/mL和5×105个细胞/mL范围内的细胞浓度。3.根据权利要求1所述的细胞学分类系统，其中注入所述流动池的样品包括来自如下的组的细胞，所述组包括固定细胞和用有色染料染色的细胞。4.根据权利要求1所述的细胞学分类系统，其中所述流动池被实现为微流体装置。5.根据权利要求1所述的细胞学分类系统，其中所述成像系统包括光源，所述光源配置成照明所述微流体通道的成像区域。6.根据权利要求5所述的细胞学分类系统，其中所述成像系统还包括物镜系统，所述物镜系统被配置为放大通过所述微流体通道的成像区域的细胞。7.根据权利要求5所述的细胞学分类系统，其中所述成像系统还包括高速相机系统，所述高速相机系统被配置为以100,000和500,000帧/秒之间捕获图像。8.根据权利要求1所述的细胞学分类系统，其中所述微流体通道被形成为使得所述成像系统捕获所述微流体通道的成像区域内的旋转细胞的图像序列以提供所述细胞的完整360°视图。9.根据权利要求1所述的细胞学分类系统，其中所述成像系统捕获所述微流体通道的成像区域内的细胞的至少10个图像。10.根据权利要求1所述的细胞学分类系统，其中所述成像系统以至少1000个细胞/秒捕获图像，并且计算系统以至少1000个细胞/秒进行分类。11.根据权利要求1所述的细胞学分类系统，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·马萨利，E·A·阿什利，
申请(专利权)人：斯坦福大学托管董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US
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