自动检测细胞的光学投影成像系统及方法技术方案

用带有与恶性肿瘤和／或包括癌症的疾病相关的分子标记物划分检测细胞，通过以下步骤：获取具有多个细胞（１）的细胞样本，并将多个细胞悬浮在溶液中（１００）；所述细胞被固定（１０２）；用带标记的分子探针标记分子标记物（１０３）；用点光源照射细胞（１）（１０４）；和用数字阵列检测器获取不同的投影图像（１０５）；对投影图像的照射变化进行补偿（１０６）；和进行分析，以检测具有密度测定和位置特征的分子标记物（１０７）；分析分子标记物的位置（１０８）；通过使用密度测定和位置特征测量所述至少一个被标记的分子标记物的划分（１０９）；和用至少一个分类器分析所述至少一个被标记的分子标记物的划分，用于检测与分子标记物划分相关联的恶性肿瘤和／或疾病（１１０）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及投影成像系统和细胞分类，尤其涉及使用投影成像的高处理能力自动系统，例如流动的光学层析成像(FOT)，根据对与恶性肿瘤和疾病相关的原子核或细胞质分子标记物划分的高定量性测量，在高危个体中检测癌症。
技术介绍
在患者中诊断癌症最常用的方法是通过获取怀疑组织的样本，并在显微镜下检查明显的恶性细胞的存在。虽然当怀疑组织的解剖位置已知时，这个过程相对简单，并且能够完全取样(例如宫颈)，但是当没有易于识别的肿瘤或病变，并且要采样区域非常大时，就不这么容易了。例如，以检测肺癌作为参考，不可能对整个肺的气管都进行取样。诸如痰液这样的样本必须要使用，因为它包含从肺中的气管脱落的细胞。这产生了稀释的问题，因为与肺的整个内部表面相比，早期肺癌非常小，并且，因此从肿瘤上脱落的细胞数量相对于正常细胞来说非常少。这个问题的是复合的，因为只有一小部分痰液样本是实际上被检查的。因此，用传统的痰液细胞学检测肺癌需要在被检查的一部分样本中存在一个或更多相对稀少的癌细胞。因此，如果所述样本没有明显的和实际地反映肺部状况，那么患有肺癌的患者不能得到正确地诊断。Palcic等人的美国专利6026174中公开了一种基于显微镜的系统和方法的例子，所述系统和方法用于检测用于诊断的细胞和具有恶性相关改变细胞。Palcic等人的系统包括自动分类器，其具有传统的显微镜，照相机，图像数字转换器，用于控制和连接这些部件的计算机系统，用于进行初始细胞分类的第一分类器，和用于进行后续细胞分类的第二分类器。该方法使用自动分类器自动检测用于诊断的细胞和具有恶性相关改变的细胞。这种方法通过检测表现恶性相关改变的细胞对传统的细胞学进行了改进，所述的恶性相关改变的细胞比癌症细胞更常见。但是，诊断结果的质量受到使用传统的显微镜的限制，这种传统的显微镜不能准确地测量染色(stain)密度。而且，Palcic等人的方法没有说明使用特异性分子探针(specific molecular probes)，也没有对分子标记物进行划分。随着特异性分子探针的出现，例如抗体和核酸探针，新的疾病相关问题可以通过标记这些分子探针，然后测量它们在生物细胞和组织中的定位和浓度而说明。使用被标记的，特异性的分子探针能够对分子标记物间接定量和划分，所述分子标记物例如pRb、p53/p53结合蛋白1(53BP1)、Sam68、PTEN、E2F和5-甲基胞嘧啶-鸟嘌呤(甲基CpG)，它们可能提供如癌症等疾病过程的信息。(例如，参见Pasquale，D.的“Retinoblastoma Protein Tethered to Promoter DNARepresses TBP-Mediated Transcription”，Journal of CellularBiochemistry，70281-287，1998；Rappold I，的“Tumor Suppressorp53 Binding Protein 1(53BP1)Is Involved in DNA Damage-signalingPathways”，The Journal of Cell Biology，153(3)613-620.2001；Chen，T.的“A Role for the GSG Domain in Localizing Sam68 to Novel NuclearStructures in Cancer Cell Lines”，Molecular Biology of the Cell 103015-3033，1999；Perren，A.的“Mutation and Expression Analyses RevealDifferential Subcellular Compartmentalization of PTEN in EndocrinePancreatic Tumors Compared to Normal Islet Cells”American Journal ofPathology，157(4)1097-1103，2000；Gil，R.的“SubcellularCompartmentalization of E2F Family Members Is Required forMaintenance of the Postmitotic State in Teminally Differentiated Muscle”，The Journal of Cell Biology，148(6)1187-1201，2000；Rountree，M.的“DNA methylation，chromatin inheritance，and cancer，”，Oncogene，203156-3165，2001)由于迫切需要对这些探针进行更准确的定位和定量，随之而来的是需要提高用二维(2D)和三维(3D)亚微米分辨率测量探针密度的技术。传统的光学显微镜使用固定在载玻片上的细胞，只能进行近似2D密度测量，这是由于受到焦平面深度、采样角度和细胞准备问题的限制，典型的细胞准备问题是细胞重叠在图像平面上。光学显微镜的另一个缺点是光学显微镜的固有的穿过物镜的视角的限制，只有在位于狭窄的焦平面的区域才能够提供用于分析的准确数据。流动血细胞计数法通常通过使细胞逐个地在液体流中流动而克服了细胞重叠的问题。遗憾的是，流动血细胞计数系统并没有产生与传统光学纤维镜同样质量的图像，并且，在任何情况下图像都不是三维的。对于
技术介绍
，本领域技术人员可以参考Shapiro，HM的“实用流动血细胞计数”，第三版，Wiley-Liss，1995。共焦显微镜提供了样本的3D成像，其通过对样品的薄层连续成像，创建了2D图像的层叠，该图像可以以三维观看。通过扫描透过载玻片上的样本的细光斑实现成像。荧光或反射光通过小孔聚焦在检测器上，小孔阻止在焦点外的光碰撞到检测器上。这样，小孔的尺寸确定了在垂直方向上的分辨率，并且光斑的尺寸确定了水平方向的分辨率。遗憾的是，共焦显微术是非常慢的方法，因为图像是通过扫描穿过样本的光栅上小的光斑建立的，并且样本必须再扫描以产生每个额外切片。另一个缺点是位于载玻片上的细胞是扁平的，造成细胞结构的扭曲。在计算机辅助层析成像中，在1995年3月28日公开的Johnson等人的，标题为“三维显微分析系统”的美国专利5402460中公开了一种显微系统，该系统使用X线发生器和X线检测器测量透过样本的X线束的衰减，用于产生样本的高分辨率三维图像。两种投影，每种都使用不同能量的X线束，每种样本的视图都用Johnson等人的显微系统产生。在产生样本的一个视图的两个投影后，样本围绕样本支架旋转，并产生另外一组投影。对所述样本的每个投影一起分析，以提供对包括所述样本的材料的阶段百分数(phase fraction)的定量指示。对不同视图的投影进行组合以提供所述样本的三维图像。美国专利5402460包括在这里作为参考。虽然在美国专利5402460中教导的X线技术对某些应用是有效的，但它没有提供对流动血细胞计数有用的光学解决方法，这种光学解决方法能够测量生物细胞内的分子密度三维分布。为了克服上述局限和这种系统中的其它问题，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测细胞的方法，所述细胞带有与恶性肿瘤和／或包括癌症的疾病相关的分子标记物划分，所述方法包括以下步骤：ａ）获取具有多个细胞（１）的细胞样本，并将多个细胞悬浮在溶液中（１００）；ｂ）如果需要，固定细胞样本的多个细胞（１０２ ）；ｃ）用标记的分子探针或染色剂在多个细胞中标定至少一个分子标记物（１０３）；ｄ）用至少一个点光源照射多个细胞中的至少一个细胞（１）（１０４）；ｅ）用数字阵列检测器通过至少一个细胞（１）获取至少两个不同的投影图像（１ ０５）；ｆ）对至少两个投影图像的照射变化进行补偿（１０６）；ｇ）分析所述至少两个投影图像，以检测至少一个具有密度测定和位置特征的被标记的分子标记物（１０７）；ｈ）分析至少一个分子标记物在至少一个细胞中的位置（１，１０ ８）；ｉ）通过用密度测定和位置特征测量所述至少一个被标记的分子标记物的划分（１０９）；和ｊ）用至少一个分类器分析所述至少一个被标记的分子标记物的划分，用于检测与分子标记物划分相关联的恶性肿瘤和／或疾病（１１０）。

【技术特征摘要】
US 2002-5-14 10/145,9821.一种检测细胞的方法，所述细胞带有与恶性肿瘤和/或包括癌症的疾病相关的分子标记物划分，所述方法包括以下步骤a)获取具有多个细胞(1)的细胞样本，并将多个细胞悬浮在溶液中(100)；b)如果需要，固定细胞样本的多个细胞(102)；c)用标记的分子探针或染色剂在多个细胞中标定至少一个分子标记物(103)；d)用至少一个点光源照射多个细胞中的至少一个细胞(1)(104)；e)用数字阵列检测器通过至少一个细胞(1)获取至少两个不同的投影图像(105)；f)对至少两个投影图像的照射变化进行补偿(106)；g)分析所述至少两个投影图像，以检测至少一个具有密度测定和位置特征的被标记的分子标记物(107)；h)分析至少一个分子标记物在至少一个细胞中的位置(1，108)；i)通过用密度测定和位置特征测量所述至少一个被标记的分子标记物的划分(109)；和j)用至少一个分类器分析所述至少一个被标记的分子标记物的划分，用于检测与分子标记物划分相关联的恶性肿瘤和/或疾病(110)。2.如权利要求1所述的方法，其中获取至少两个不同投影图像的步骤(105)进一步包括操作光学层析成像系统获取至少两个投影图像。3.如权利要求2所述的方法，其中所述的光学层析成像系统包括流动光学层析成像系统。4.如权利要求1所述的方法，其中所述的细胞采样包括选自由痰液、支气管—肺泡灌洗液、尿液、子宫刮取物和吸取物，乳头吸取物、乳头灌洗液，粪便、来自靶器官和血液中的细针状体灌洗液组成的组中的至少一个独立样本。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括从多个细胞(1)中剥离细胞质(18)的步骤。6.如权利要求1所述的方法，其中所述癌症选自由肺癌、膀胱癌、宫颈癌，乳腺癌，结肠癌、直肠癌、膀胱癌、卵巢癌和血细胞癌组成的组。7.如权利要求1所述的方法，其中所述的分子探针选自由生色团、荧光、产生生色团的酶和产生荧光的酶标记的抗体、特定结合蛋白、外源凝集素、核酸探针组成的组。8.如权利要求1所述的方法，其中至少一个被标记的分子标记物选自由pRb、p53/53BP1、E2F、PTEN、SAM68、BRCA1、c-myc和甲基CpG组成的组。9.如权利要求1所述的方法，其中至少一个被标记的分子标记物表明在取自患有癌症的个体的细胞(1)或细胞核(19)与取自未患有癌症的个体的细胞(1)或细胞核(19)之间的不同划分。10.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用图像分析重构至少一个细胞区室(18，19，36)的边界表面(12，13)，其中细胞区室内出现至少一个被标记的分子标记物。11.如权利要求1所述的方法，其中测量划分的步骤进一步包括分析由至少一个被标记的分子标记物形成的密度特性的结构的步骤，上述分子标记物位于重合边界表面(12，13)内，上述重合边界表面位于至少两个投影图像内。12.如权利要求11所述的方法，进一步包括比较至少两个投影图像内的边界表面(12，13)，以确定位于至少两个投影图像之间的一组重合边界表面(12，13)的步骤。13.如权利要求1所述的方法，其中测量划分的步骤(109)进一步包括在重构的3D空间内确定至少两个被标记的标记物的共同定位的步骤。14.如权利要求1所述的方法，其中测量划分的步骤(109)进一步包括在2D空间确定至少两个被标记的标记物的共同定位的步骤。15.如权利要求1所述的方法，其中测量划分的步骤(109)进一步包括分析至少两个彼此相关的被标记的标记物的密度特征结构的步骤。16.如权利要求11所述的方法，其中密度特征结构选自由光密度(OD)变化、OD偏斜、OD范围、OD平均值、OD最大值、光斑密度、高平均距离、中/高平均距离、相关、均匀性、熵、分形维数(fractaldimension)、点特征(punctateness)、最近邻分析、连通分量、最近邻分析和空间密度频率间隔的各种谐频组成的组。17.如权利要求13所述的方法，其中测...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志伟，AC尼尔森，RW韦伯斯特，
申请(专利权)人：维森盖特有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]