用于检测稀有细胞的方法和装置制造方法及图纸

荧光染料标记的稀有细胞被布置在包含在试管内壁（１４）和浮体壁（１６）之间的环状间隙（１２）的生物流体层中。利用显微镜系统（１０、１０’、１０”、１０”’）来在一个或更多焦深处获取一个或更多分析图像。获取的每一分析图像中每一个被进行图像处理，以识别候选稀有细胞图像。试管（７２）被选择性地旋转。试管和显微镜系统被选择性地沿着试管轴（７５）相对地平移。对通过选择性旋转和选择性地相对平移以及实质上跨越环状间隙所进入的多个视场，重复获取和图像处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术申请涉及成像技术，特别地涉及一种稀有细胞的成像。
技术介绍
下列内容涉及成像技术。参照示例性实施方式具体描述下列内容，所述实施方式 涉及离心血样的血沉棕黄层中的稀有细胞例如上皮细胞的成像。然而，下列内容更一般地 涉及用于在大的视场产生实质上均勻的静态照明的照明系统，以及涉及使用同样原理的显 微镜。在定量血沉棕黄层分析技术中，使用抗凝血添加剂、离心法等将血液分离成包括 血沉棕黄层成分的组分来提取和处理全血样品，血沉棕黄层主要包含白血球。使用合适的 荧光染料来标记出现在血沉棕黄层中的感兴趣的稀有细胞，如与一些癌有关的一些上皮细 胞，然后使用荧光显微成像来计数荧光染料所标记的感兴趣的细胞。定量血沉棕黄层分析 是用于筛检一些癌、用于监控癌治疗等的有希望的非侵害性技术。血沉棕黄层中的荧光染料标记的稀有细胞的浓度是低的。光学扫描荧光显微术通 过相对于血沉棕黄层样品扫描显微镜的视场能够实现大面积的血沉棕黄层样品的评估。通 过相对于血沉棕黄层样品移动显微镜、通过相对于显微镜移动血沉棕黄层或通过其中的 一些组合可实现扫描。用高强度均勻光照明的大视场对于快速和准确地分析血沉棕黄层样 品中荧光染料标记的稀有细胞是有利的。所述照明还可方便地使用单色光或窄带宽光以便 促进稀有细胞荧光和分散照明之间的光谱差异。然而，在大的视场范围内提供均勻的高强度照明是困难的。在白光源的情况下，一般需要滤波以提供单色或至少在光谱上被限制的照明。光 谱滤波阻挡了在所选的光谱范围外的大部分光输出。因此，用白光源照明是光效率低的。高 强度白炽白光源例如氙灯也产生大量的热，这可不利地影响定量血沉棕黄层分析。激光光源在产生光谱窄的光方面是更光学有效的。例如，氩激光器在488nm和 514nm输出高强度窄光谱线，以及在其它波长输出较弱的线。这些波长适于在一些标记染料 中激发发光，这些染料在约550nm处发光。然而，激光器一般输出严格平行光束(collimated beam)，其在窄光束截面区具有 高度不均勻的高斯强度曲线或分布。此外，激光束是相干的，以及由于波前之间的干涉一般 呈现出散斑图。所述散斑图可具有与稀有细胞的典型尺寸重叠的空间频率。当扫描所述视场时，所述散斑图还可移动或改变。激光的这些方面实质上使确定所检测的发光特征是荧 光染料标记的稀有细胞还是照明假象变得复杂化。使用光束均勻器可改善空间均勻性。一种光束均勻器通过提供实质上抵消高斯光 束分布的逆高斯吸收分布来操作。另一种光束均勻器以将所述光重新分布成平的空间分布 的方式使用两个或更多透镜(或复合透镜)来折射高斯光束。然而，在显微荧光成像中使 用光束均勻器是存在问题的，因为通过显微镜物镜聚焦均勻的光束可引入另外的光束不均 勻性。此外，光束均勻器实质上一般不降低散斑不均勻性。在称作共焦显微术的另一方法中，激光束在大的视场快速扫描或扫掠。所述视场 被采样而不是作为整体成像。在此动态方法中，在任何给定时刻及时照明的样品的部分比 所述视场小的多。通过在所述视场上快速扫描聚焦的激光束，从所获得的样品点可构造图 像。通过快速采样所述视场实际上动态模拟了均勻照明。共焦显微术是已建立的技术。然而，所述光束扫描实质上增加了显微镜系统的复 杂性和成本。共焦显微术对透镜或其它光学部件中的小缺陷还可能是高度灵敏的。因此， 应使用很高质量的光学器件，这又增加了系统成本。参考引入于2002年10月3日提交的no. 10/263，974以及于2004年4月8日被公布为美 国Publ. Appl. No. 2004/0067162A1的美国申请，在这里通过参考被全部加入。于2002年10月3日提交的no. 10/263，975以及于2004年4月8日被公布为美 国Publ. Appl. No. 2004/0067536A1的美国申请，在这里通过参考被全部加入。与本专利技术同时提交，题目为“《用于稀有细胞的检测的方法和设备》(Method and Apparatus for Detection of Rare Cells) ”、专利技术人为 Albert Ε. Weller, III，以及相应 于代理人档案号no. BATZ 00009的美国专利申请no.—，，在这里通过参考被全部加入。与本专利技术同时提交，题目为“《取样管处理设备》(Sample Tube HandlingApparatus) ”、专利技术人为 Steve Grimes、Thomas D. Hauber 和 Eric R. Navin,以及 相应于代理人档案号no. BATZ 200010的美国专利申请no.—，，在这里通过参考被全部 加入。
技术实现思路
根据一方面，公开了一种方法，用于识别生物流体层中的荧光染料标记的稀有细 胞，所述生物流体层包含在试管内壁和浮体壁间的环状间隙中，所述方法包括以下步骤使 用显微镜系统在一个或更多焦深处获取一个或更多分析图像；图像处理所获取的每一分析 图像以识别候选的稀有细胞图像；选择性地旋转所述试管；沿试管轴线选择性地相对平移 所述试管和所述显微镜系统；对通过所述选择性旋转和选择性地相对平移以及实质上跨越 所述环状间隙所进入的多个视场，重复获取和图像处理步骤。优选地，所述的方法还包括向相关的人类分析员显示每个被识别的稀有细胞图 像；以及从所述相关的人类分析员接收显示的所述候选的稀有细胞图像是否相应于染料标 记的稀有细胞的指示。优选地，显示的步骤包括显示包含从所述分析图像提取的所述候选的稀有细胞 图像的图像区域，所述分析图像包含所述候选的稀有细胞图像；以及显示从另外的分析图像提前的至少一个相应的图像区域，所述另外的分析图像在深度上相邻于包含所述候选的 稀有细胞图像的所述分析图像。优选地，所述的方法还包括基于所述生物流体层中的背景荧光来确定用于获取 所述一个或更多分析图像的所述一个或更多焦深。根据另一方面，公开了一种装置，包括非易失性存储介质，所述装置编码可由数字 处理器执行的指令以实行一种方法，所述方法用于识别在显微镜所获取的生物流体层的分 析图像中的荧光染料标记的细胞，所述生物流体层具有的所述染料标记的细胞的密度小于 每分析图像约一个染料标记的细胞，所述方法包括图像处理每一分析图像以识别具有特 征尺寸的候选特征，所述特征尺寸实质上与所述分析图像中荧光染料标记的细胞图像的期 望尺寸相应。优选地，所述图像处理包括使用滤波核来匹配滤波每一分析图像，所述滤波核具 有的尺寸实质上相应于所述分析图像中荧光染料标记的细胞图像的所述期望尺寸。优选地，所述滤波核是方形的。优选地，所述滤波核是圆形的。优选地，每一分析图像的所述图像处理还包括为匹配滤波的所述分析图像限定 阈值，以生成相应的二进制图像；以及基于所述二进制图像的连接性分析来识别所述候选 特征。优选地，所述限定阈值采用根据所述分析图像的信噪比计算的阈值。根据又一方面，公开了一种方法，用于使用显微镜系统识别生物流体层中的荧光 染料标记的细胞，所述显微镜系统具有在可选择的焦深的视场，所述显微镜的视场实质上 小于所述生物流体层的区域，所述方法包括以下步骤基于由所述荧光染料标记造成的所 述生物流体层的背景荧光，来识别所述生物流体层的深度；使用所述显微镜系统，在或接近 所述生物流体层的识别的所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于识别生物流体层中的荧光染料标记的稀有细胞，所述生物流体层包含在试管内壁和浮体壁间的环状间隙中，所述方法包括以下步骤：　　使用显微镜系统在一个或更多焦深处获取一个或更多分析图像；　　图像处理所获取的每一分析图像以识别候选的稀有细胞图像；　　选择性地旋转所述试管；　　沿试管轴线选择性地相对平移所述试管和所述显微镜系统；　　对通过所述选择性旋转和选择性地相对平移以及实质上跨越所述环状间隙所进入的多个视场，重复获取和图像处理步骤。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰S拉乌多，艾伯特E韦勒三世，史蒂芬格莱姆斯，托马斯D豪伯特，艾瑞克R纳文，
申请(专利权)人：巴特尔纪念研究所，
类型：发明
国别省市：US[美国]