由可编程性定量检定所处理的样本的图像分析方法和体系技术

本发明专利技术公开的是由可编程性定量检定或更具体地稳健的可编程性定量点检定（PDQA）所处理的样本的图像分析方法和体系，其中PDQA使得样本能够在各种条件和应用下被成像和评价。针对免疫组化应用的具体实施方式提供更加定量的对包括组织样品的生物样品进行成像和评价的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由可编程性定量检定所处理的样本的图像分析方法和体系相关申请本申请基于35U.S.C.§119(e)要求于2010年11月29日提交的美国临时专利申请第61/417,821号的优先权的权益，其公开内容引入本文以作参考。
本公开涉及样本的定量染色和成像，更具体地，本公开涉及组织化学染色的组织样本的定量染色和成像。
技术介绍
分析科学的进展使得可以从生物样本中提取许多种信息。例如，可能可以评价健康，诊断疾病状态，鉴定可能的未来健康问题，预测治疗响应，并提供与样本获得来源的个体的基因组成相关的信息。组织化学染色使得可以突出样本的形态学特征，并且在一些情况下可以对样本检测靶标分子的存在并使其可视化。例如，在本文也称作IHC的免疫组化染色利用基于抗体的检测体系来检测样本内蛋白的存在并使其可视化，其中针对该蛋白开发抗体。而且，数字显微成像的进展使得能够捕获、处理和分析显微图像。然而，组织化学染色的分析大多被认为是非定量的或最多半定量的。在使分析更加定量的尝试中，已利用组织化学染色的图像分析。例如，数字图像分析体系可以测量预定颜色阈值内的染色强度。尽管这样的体系可以帮助例如减少不同观察者之间的评分差异，但这样的分析体系遭受如下事实的影响，即样本图像内光学上可分辨的对象的形状和大小的偏差与染色之前样本中所存在特征的固有形状和大小的偏差（其通常比较高）一样高。因此，一些常规的图像分析算法避免了根据大小和形状将对象分类的尝试，并且主要关注样本内不同颜色染色的比率。其它图像分析算法尝试了使用相当复杂的对象识别技术，其也须处理天然出现的样本内特征的形状和大小的偏差。因此，需要开发克服了常规检定和成像体系的限制和缺点的样本成像方法和体系。
技术实现思路
在当前公开的实施方式中，描述数个示例性方法和体系，其可用于对样本进行成像和分析。一个示例性的公开实施方式可以包括对样本的至少一个目的区域中的至少一个靶标分子的表达进行光学定量的方法。该方法可以包括在样本的部位处产生光学可识别的点，其中至少一个点对应于单一靶标分子。点的特征可在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征，并且在给定区域内的部位处产生的点的数目可以代表该区域内靶标分子总群的部分子群（sub-population）。该方法还可包括对样本成像，在图像内选择至少一个目的区域，在该至少一个目的区域内识别至少一个点，以及在该至少一个目的区域内对点进行定量。在本公开的另一示例性实施方式中，用于对样本的至少一个目的区域中至少一个靶标分子的表达进行光学定量的体系可以包括用于检测样本中该至少一个靶标分子的部分子群的第一试剂盒，以及用于在样本的部位处产生光学可识别的点的第二试剂盒，其中至少一个点对应于单一靶标分子。点的特征可在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征。在给定区域内的部位处产生的点的数目可以代表该区域内靶标分子总群的部分子群。这样的体系也可以包括：适于使用第一试剂盒和第二试剂盒执行染色方案的染色器、适于对样本成像的成像器、以及配置成在至少一个目的区域内识别至少一个点并在该至少一个目的区域内对点进行定量的处理器。在又一示例性实施方式中，对样本的至少一个目的区域中至少一个靶标分子的表达进行光学定量的方法可以包括在样本的部位处产生光学可识别的点。至少一个点可对应于单一靶标分子。点的特征可在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征。在给定区域内的部位处产生的点的数目可以代表该区域内靶标分子总群的部分子群。各个点可以代表预定统计界限内的预定数目的靶标分子。该方法还可包括对样本成像，在图像内选择至少一个目的区域，在该至少一个目的区域内识别至少一个点，以及在该至少一个目的区域内对点进行定量。在又一实施方式中，用于对样本的至少一个目的区域中至少一个靶标分子的表达进行光学定量的体系可以包括用于检测样本中该至少一个靶标分子的部分子群的第一试剂盒，以及用于在样本的部位处产生光学可识别的点的第二试剂盒，其中至少一个点对应于单一靶标分子。点的特征可在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征。在给定区域内的部位处产生的点的数目可以代表该区域内该至少一个靶标分子总群的部分子群。各个点可以代表预定统计界限内的预定数目的靶标分子。该体系还可包括：适于使用第一试剂盒和第二试剂盒执行染色方案的染色器、适于对样本成像的成像器、以及配置成在至少一个目的区域内识别至少一个点并在该至少一个目的区域内对点进行定量的处理器。在又一实施方式中，对样本的至少一个目的区域中至少一个靶标分子的表达进行光学定量的方法可以包括使用成像器对样本成像，在图像内选择至少一个目的区域，以及在该至少一个目的区域内样本的部位处识别至少一个光学可识别的点，其中至少一个点对应于单一靶标分子。点的特征可在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征来。在给定区域内的部位处识别的点的数目可以代表该区域内靶标分子总群的部分子群。点可以代表预定统计界限内的预定数目的靶标分子。该方法还可包括基于至少一个识别出的点执行至少一个图像分析步骤。在又一示例性实施方式中，用于对样本的至少一个目的区域中至少一个靶标分子的表达进行光学定量的体系可以包括适于对样本成像的成像器以及至少一个处理器，处理器配置成在图像内选择至少一个目的区域、在该至少一个目的区域内样本的部位处识别至少一个光学可识别的点，其中至少一个点对应于单一靶标分子。点的特征可在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征。在给定区域内的部位处识别的点的数目可以代表该区域内靶标分子总群的部分子群。各个点可以代表预定统计界限内的预定数目的靶标分子。处理器还可配置成基于至少一个识别出的点执行至少一个图像分析步骤。在另外的实施方式中，对组织样本中多重（multiplexed）诊断指示物进行光学定量的方法可以包括在组织样本中至少一个目的区域内产生第一多重诊断指示物。第一多重诊断指示物可以包括样本部位处的第一组光学可识别的点，其中至少一个点对应于单一第一靶标分子。第一组点的特征可在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征。在给定区域内的部位处产生的第一组点可以代表该区域内第一靶标分子总群的部分子群。该方法还可包括在该至少一个目的区域内产生第二多重诊断指示物，对样本成像，以及评价第一多重诊断指示物和第二多重诊断指示物。评价第一多重诊断指示物可以包括在该至少一个目的区域内识别至少一个第一组点，以及在该至少一个目的区域内对第一组点进行定量。该方法还可包括至少部分基于第一和第二多重诊断指示物评价结果来确定组织样本的总体诊断评价。附图说明图1示出包括显微镜片扫描仪的用于处理样本的体系和试剂盒。图2A示出对通过常规染色而染色的样本进行评分的手动和自动图像分析结果的比较图。图2B是使用常规免疫组化进行染色的组织的图像。图2C是示出作为白色像素的棕色染色组织和作为黑色像素的背景的处理图像。图3A是通过常规免疫组化检定染色的样本（左板块）和通过可编程性点定量检定染色的样本（右板块）的图示，其示出各个检定在具有不同水平的靶标表达的区域中看起来如何。图3B将基于强度定量的常规IH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对样本的至少一个目的区域中至少一个靶标分子的表达进行光学定量的方法，包括：在所述样本的部位处产生光学可识别的点，其中至少一个点对应于单一靶标分子，其中所述点的特征在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征，其中在给定区域内的部位处产生的点的数目代表所述区域内靶标分子总群的部分子群；对所述样本成像；在图像内选择至少一个目的区域；在所述至少一个目的区域内识别至少一个点；以及在所述至少一个目的区域内对所述点进行定量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.29 US 61/417,8211.一种对样本的至少一个目的区域中至少一个靶标分子的表达进行光学定量的方法，包括：在所述样本的部位处产生光学可识别的点，其中一个点对应于与单一靶标分子结合的单一免疫组化结合剂，其中所述点的特征在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征，其中在给定区域内的部位处产生的点的数目代表所述区域内靶标分子总群的部分子群；对所述样本成像；在图像内选择至少一个目的区域；在所述至少一个目的区域内识别至少一个点；以及在所述至少一个目的区域内对所述点进行定量。2.如权利要求1所述的方法，还包括评价所述至少一个目的区域内的靶标分子的表达。3.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个目的区域包括整个样本。4.如权利要求1所述的方法，其中所述的识别和定量步骤是通过整个目的区域来进行，而不进行背景分离步骤。5.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个额外的可编程性光学特征包括荧光、衍射水平、清晰度、色调、强度和饱和度中的至少一者。6.如权利要求1所述的方法，其中对所述点进行定量包括对所述点计数、测量所述点的总面积、计算单位面积内所述点的密度中的至少一者。7.如权利要求1所述的方法，其中对所述点进行定量包括：计算所识别的候选点的预定光学特征的统计测度；将候选对象的光学特征与计算出的统计测度进行比较；以及至少部分基于比较步骤的结果来调整点计数。8.如权利要求1所述的方法，其中形状的所述可编程性特征包括球形度、偏心度、紧密性、伸长率、最小和最大费雷特之比、圆度、同心环中的至少一者。9.如权利要求1所述的方法，其中大小的所述可编程性特征包括长度、宽度、直径和面积中的至少一者。10.如权利要求1所述的方法，其中使用酶标记的分子探针检测体系来进行产生光学可识别的点的步骤。11.如权利要求1所述的方法，其中产生光学可识别的点的步骤包括显色染色。12.如权利要求1所述的方法，其中产生光学可识别的点的步骤包括荧光染色。13.如权利要求1所述的方法，其中当在所述样本内的两个不同焦平面深度下成像时，至少选自70％、80％或90％的百分比的点能够以特定的放大倍率被光学识别，并且其中所述两个焦平面深度以如下距离隔开，所述距离是至少选自所述样本的厚度的10％、20％或50％的距离。14.如权利要求1所述的方法，其中对所述样本成像包括在按微米/像素计的选自0.6～0.9、0.9～1.2、1.2～2.5或2.5～5的范围内的分辨率下产生所述样本的图像，并且至少90％的所产生点在所选分辨率下能被光学识别。15.如权利要求1所述的方法，其中对所述样本成像包括在小于1微米/像素的分辨率下产生所述样本的图像，并且至少选自70％、80％或90％的百分比的所产生的点在所述分辨率下能被光学识别。16.如权利要求1所述的方法，其中识别至少一个点包括鉴定至少两个点的原点；并且对所述至少一个点进行定量包括基于在两个原点之间测量的至少一个距离计算至少一个因子。17.如权利要求1所述的方法，其中产生所述光学可识别的点的总时间少于100分钟。18.如权利要求1所述的方法，其中产生所述点在固定的温度下执行。19.如权利要求18所述的方法，其中所述固定的温度小于30摄氏度。20.一种对样本中至少一个目的区域中的至少一个靶标分子的表达进行光学定量的体系，包括：第一试剂盒，用于检测所述样本中所述至少一个靶标分子的部分子群；第二试剂盒，用于在所述样本的部位处产生光学可识别的点，其中一个点对应于与单一靶标分子结合的单一免疫组化结合剂，其中所述点的特征在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征，其中在给定区域内的部位处产生的点的数目代表所述区域内靶标分子总群的部分子群。21.如权利要求20所述的体系，还包括：染色器，适于使用所述第一试剂盒和所述第二试剂盒执行染色方案；成像器，适于对所述样本成像；以及处理器，配置成：在所述至少一个目的区域内识别至少一个点；并且在所述至少一个目的区域内对所述点进行定量。22.如权利要求20所述的体系，其中所述第一试剂盒包括第一结合剂，并且所述第一结合剂的预定部分包括标记物；并且所述第二试剂盒包括包含染色沉淀的基质。23.如权利要求21所述的体系，其中所述处理器还配置成评价所述至少一个目的区域内的靶标分子的表达。24.如权利要求21所述的体系，其中所述至少一个目的区域包括整个样本。25.如权利要求21所述的体系，其中所述处理器还配置成遍及整个目的区域对所述点进行定量，而不进行背景分离步骤。26.如权利要求20所述的体系，其中所述至少一个额外的可编程性光学特征包括荧光、衍射水平、清晰度、色调、强度和饱和度中的至少一者。27.如权利要求21所述的体系，其中配置成对所述点进行定量的所述处理器被进一步配置成进行以下中的至少一者：对所述点计数、测量所述点的总面积、计算单位面积内所述点的密度。28.如权利要求21所述的体系，其中配置成对所述点进行定量的所述处理器被进一步配置成：计算所识别的候选点的预定光学特征的统计测度；将候选对象的光学特征与计算出的统计测度进行比较；并且至少部分基于比较结果来调整点计数。29.如权利要求20所述的体系，其中形状的所述可编程性特征包括球形度、偏心度、紧密性、伸长率、最小和最大费雷特之比、圆度、同心环中的至少一者。30.如权利要求20所述的体系，其中大小的所述可编程性特征包括长度、宽度、直径和面积中的至少一者。31.如权利要求22所述的体系，其中所述第一试剂盒的标记物是酶。32.如权利要求21所述的体系，其中当在所述样本内的两个不同焦平面深度下成像时，至少选自70％、80％或90％的百分比的点能够以特定的放大倍率被光学识别，并且其中所述两个焦平面深度以如下距离隔开，所述距离是至少选自所述样本的厚度的10％、20％或50％的距离。33.如权利要求21所述的体系，其中所述成像器适于在按微米/像素计的选自0.6～0.9、0.9～1.2、1.2～2.5或2.5～5的范围内的分辨率下产生所述样本的图像，并且至少90％的所产生点在所选分辨率下能被光学识别。34.如权利要求21所述的体系，其中所述成像器适于在小于1微米/像素的分辨率下产生所述样本的图像，并且至少选自70％、80％或90％的百分比的所产生点在所述分辨率下能被光学识别。35.如权利要求21所述的体系，其中所述处理器还配置成鉴定至少两个点的原点；并且基于在两个原点之间测量的至少一个距离对至少一个点进行定量。36.如权利要求20所述的体系，其中所述第一试剂盒和所述第二试剂盒适于检测所述靶标分子并在少于100分钟内产生所述光学可识别的点。37.如权利要求20所述的体系，其中所述第一试剂盒和所述第二试剂盒适于检测所述靶标分子并在固定的温度下产生所述光学可识别的点。38.如权利要求37所述的体系，其中所述固定的温度小于30摄氏度。39.一种对样本中至少一个目的区域中的至少一个靶标分子的表达进行光学定量的方法，包括：在所述样本的部位处产生光学可识别的点，其中一个点对应于与单一靶标分子结合的单一免疫组化结合剂，其中所述点的特征在于大小和形状的原位可编程性特征以及至少一个额外的可编程性光学特征，其中在给定区域内的部位处产生的点的数目代表所述区域内靶标分子总群的部分子群；其中各个点代表预定统计界限内的预定数目的靶标分子；对所述样本成像；在图像内选择所述至少一个目的区域；在所述至少一个目的区域内识别至少一个点；以及在所述至少一个目的区域内对所述点进行定量。40.如权利要求39所述的方法，还包括评价所述至少一个目的区域内的靶标分子的表达。41.如权利要求39所述的方法，其中产生所述光学可识别的点包括：使用第一结合剂检测所述样本内基本上所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·洛泽，H·C·彼泽森，J·施密德，J·卡伦，R·贾因，T·布里斯科，
申请(专利权)人：丹麦达科有限公司，
类型：
国别省市：