在自体荧光存在下生物材料中目标荧光团的成像制造技术

本文公开了提取生物材料中的目标荧光团的图像的方法和系统，其包括诱导生物材料的自体荧光和荧光团的荧光二者，获得由生物材料的自体荧光和荧光团二者产生的图像，和仅由自体荧光产生的图像，两个图像相减以产生仅代表荧光团的图像，其中在获得图像之前，调制用来诱导自体荧光和荧光的激发光的相对强度。

Imaging of target fluorophores in biological materials in the presence of autofluorescence

Method and system for image is disclosed target fluorophore extraction in biological materials, including autofluorescence and fluorescence induced by biomaterials fluorescence two, images obtained by fluorescence and fluorescence of biological materials two produce, and the image is produced only by autofluorescence, subtraction of two images to produce images represent only the fluorophore, which in the image before the relative intensity modulation to the excitation light induced fluorescence and fluorescence.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在自体荧光存在下生物材料中目标荧光团的成像相关申请的交叉引用本申请涉及2014年9月29日提交的美国临时申请号62/056830，其公开内容通过引用结合到本文中。
本专利技术一般涉及荧光成像，且特别是涉及在自体荧光的存在下，生物材料中目标荧光团的成像。背景在生命科学中，荧光通常用作鉴定和分析生物材料的非侵入性方法。生物材料例如蛋白、核酸、脂质、细胞和细胞组分、干细胞或小分子中的特定目标可用外在或外生荧光团标记，因而随后成像。生物材料也自然会发荧光，其被称为内在荧光或“自体荧光”，因为它在不存在外生给予的荧光团的情况下出现。自体荧光被认为源自生物材料中的各种内生荧光团，包括例如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、弹性蛋白、胶原蛋白、黄素、氨基酸和卟啉。当用适当的激发波长的光照射生物材料时，自体荧光和荧光发射可以生成并记录为图像。然而，自体荧光，其是荧光团的组合的结果且以几百纳米扩展的宽发射光谱为特征，当荧光团和自体荧光的发射光谱重叠时，可能干扰检测特定的荧光团发射的能力。在这样的情况下，除了通过屏蔽感兴趣的荧光团的荧光减少信号检测灵敏性外，自体荧光也可通过提供假阳性结果减少检测的特异性。解决这个问题的一个途径是利用减少或最大限度地降低由生物材料的自体荧光所致的检测发射信号的装置。现有技术描述了通过在图像采集前使用生物材料的各种预处理来减少自体荧光的方法。然而，这样的技术也可降低生物材料自身的品质，且通常不适合于体内应用。或者，如果自体荧光发射自身不能减轻，则有可能通过任何获得的荧光图像的数字处理，最大限度地减少从自体荧光至图像数据的信号贡献。例如在含有来自感兴趣的荧光团和自体荧光二者的合并信号的图像中，这些方法中的一些依靠获得“纯”自体荧光信号的估计值并使用这样的估计值通过加权减法除去自体荧光。其它方法使用统计相关性技术以改正额外的自体荧光信号。这些图像数据处理技术在现有技术参考文献中描述且通常通过差的准确度，通过需要小(即，低分辨率)数据集，或通过需要重要的后处理限制。因此，理想的是建立一种高分辨率的图像处理技术，以快速和准确地分辨生物材料中感兴趣的荧光团发射的荧光与相同生物材料中的自体荧光发射。概述根据本专利技术的一个方面，提供一种提取生物材料中的目标荧光团的图像的方法，其中生物材料中目标荧光团发射的波段重叠自体荧光发射的波段。该方法包括用第一激发光照射生物材料，以诱导由生物材料的自体荧光和目标荧光团的荧光二者产生的第一荧光发射，并用第二激发光照射生物材料以诱导由生物材料的自体荧光产生的第二荧光发射，从第一荧光发射获得第一荧光图像和从第二荧光发射获得第二荧光图像，并处理第一和第二荧光图像以提取代表目标荧光团的第三荧光图像，其中在获得第一和第二荧光图像之前，调制第一和第二激发光的相对强度。所述处理可例如包括从第一荧光图像减去第二荧光图像。根据一个实施方案，相对强度的调制包括鉴定第一和第二荧光发射中的波长区，其中波长区是由荧光团引起的发射存在于第一荧光发射中，而不存在于第二荧光发射中的区域,选择波长区以外的波段,计算选择的波段下的第一和第二荧光发射的相对强度的比率，并调节第一和第二激发光的相对强度，以调节对应的第一荧光发射、第二荧光发射或二者，直至达到一个合适的计算比率。根据一个实施方案，第一和第二荧光发射的相对强度的比率可通过将对应于第一荧光发射的曲线下面积值除以对应于第二荧光发射的曲线下面积值来计算。根据本专利技术的另一个方面，提供一种提取生物材料中的目标荧光团的图像的系统，其中生物材料中目标荧光团发射的波段重叠自体荧光发射的波段。系统包括用于用第一激发光照射生物材料，以诱导由生物材料的自体荧光和目标荧光团的荧光二者产生的第一荧光发射，并用第二激发光照射生物材料以诱导由生物材料的自体荧光产生的第二荧光发射的装置，用于从第一荧光发射获得第一荧光图像和从第二荧光发射获得第二荧光图像的装置，用于在采集第一和第二荧光图像之前调制第一和第二激发光的相对强度的装置，和用于处理第一和第二荧光图像以提取代表目标荧光团的第三荧光图像的装置。根据一个实施方案，用于照射的装置包括照射模块，用于获得的装置包括荧光发射采集模块，和用于处理的装置包括处理器模块。在其中目标荧光团是卟啉的实施方案中，例如，第一激发光具有约405nm的波长，第二激发光具有约450nm的波长，选择的波段是约600nm，和计算的比率是约1。附图简述在说明本专利技术的实施方案的附图中，图1图示地说明根据一个实施方案的示例性方法；图2说明从尿中的自体荧光和卟啉(图2A)，尿中的自体荧光(图2B)产生的荧光光谱，和对应于根据各个实施方案获得的单独卟啉的差示光谱(图2C)；图3说明根据一个实施方案的新鲜获得的尿(3A)和光漂白的尿(3B)在405nm和450nm的荧光光谱；图4说明对应于图3中的荧光光谱的图像，其中左栏(A、C、E)涉及新鲜收集的尿，而右栏(B、D、F)涉及光漂白的尿，上排(A、B)涉及从约405nm激发的荧光图像，中排(C、D)涉及从约450nm激发的荧光图像，和下排(E、F)说明根据一个实施方案获得的对应于目标荧光团(卟啉)的差示图像；图5A说明当用405nm光激发时，受试者前臂的示例体内荧光图像，显示来自前臂的自体荧光和卟啉荧光；图5B说明如在图5A的前臂的相同区域，在用450nm光激发时的荧光图像，显示自体荧光减少至与图5A中的自体荧光水平类似的水平，其中卟啉荧光在450nm激发下不存在；图5C说明根据一个实施方案除去自体荧光的卟啉的荧光图像；图6A说明在激发强度被调节在600nm后，在405nm和450nm的背景强度值，并在激发之间观察到背景值之间的低于约2%的差异；图6B说明来自在405nm下激发的荧光图像和根据一个实施方案除去背景后的信噪比的比较；图7说明根据一个实施方案的提取生物材料中的目标荧光团的图像的系统；图8说明根据一个实施方案的照射模块；和图9说明根据一个实施方案的荧光发射采集模块。详述现在对本专利技术的各个方面和变化的实施方式和实施方案进行详细描述，其实施例在附图中说明。根据本专利技术的一个方面，提供一种提取生物材料中的目标荧光团的图像的方法，其中生物材料中目标荧光团发射的波段重叠自体荧光发射的波段。图1图示地说明本专利技术根据一个实施方案的方法。参考图1，该方法包括用第一激发光照射生物材料，以诱导由生物材料的自体荧光和目标荧光团的荧光二者产生的第一荧光发射，并用第二激发光照射生物材料，以诱导由生物材料的自体荧光产生的第二荧光发射，从第一荧光发射获得第一荧光图像和从第二荧光发射获得第二荧光图像，并处理第一和第二荧光图像，以获得代表目标荧光团的第三荧光图像，其中第一和第二激发光的相对强度在获得第一和第二荧光图像之前被调制。在各个实施方案中，生物材料包括源自、得自，或位于生物受试者(例如，哺乳动物)中的材料，并且还包括体外、原位或体内材料。生物材料的例子包括源自或位于哺乳动物(包括人)的生物组织或流体或其部分、器官、细胞、细胞系、细胞成分。生物材料包括得自、源自或在受试者的组织中的细胞的收集，例如，来自受试者发育的任何时间的上皮组织、结缔组织、血管、肌肉、神经组织、骨。在各个实施方案中，生物材料包括包含目标荧光团(例如，卟啉)的健本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提取生物材料中的目标荧光团的图像的方法，其中所述生物材料中目标荧光团发射的波段重叠自体荧光发射的波段，所述方法包括：用第一激发光照射所述生物材料以诱导由所述生物材料的自体荧光和所述目标荧光团的荧光二者产生的第一荧光发射并用第二激发光照射所述生物材料以诱导由所述生物材料的自体荧光产生的第二荧光发射；从所述第一荧光发射获得第一荧光图像和从所述第二荧光发射获得第二荧光图像；和处理所述第一和第二荧光图像以提取代表所述目标荧光团的第三荧光图像，其中在获得所述第一和第二荧光图像之前，调制所述第一和第二激发光的相对强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.29 US 62/0568301.一种提取生物材料中的目标荧光团的图像的方法，其中所述生物材料中目标荧光团发射的波段重叠自体荧光发射的波段，所述方法包括：用第一激发光照射所述生物材料以诱导由所述生物材料的自体荧光和所述目标荧光团的荧光二者产生的第一荧光发射并用第二激发光照射所述生物材料以诱导由所述生物材料的自体荧光产生的第二荧光发射；从所述第一荧光发射获得第一荧光图像和从所述第二荧光发射获得第二荧光图像；和处理所述第一和第二荧光图像以提取代表所述目标荧光团的第三荧光图像，其中在获得所述第一和第二荧光图像之前，调制所述第一和第二激发光的相对强度。2.权利要求1的方法，其中所述相对强度的调制包括：鉴定所述第一和第二荧光发射中的波长区，其中所述波长区是由荧光团引起的发射存在于所述第一荧光发射中而不存在于所述第二荧光发射中的区域；选择波长区以外的波段；计算在选择波段的第一和第二荧光发射的相对强度的比率；和调节所述第一和第二激发光的相对强度，以调节对应的第一荧光发射、第二荧光发射或二者，直至达到合适的计算比率。3.权利要求2的方法，其中波长区以外的波段包括在由第一和第二荧光发射产生的荧光光谱中的一个或多个波长。4.权利要求2或3的方法，其中计算所述第一和第二荧光发射的相对强度的比率包括将对应于所述第一荧光发射的曲线下面积值除以对应于所述第二荧光发射的曲线下面积值。5.权利要求1-4中任一项的方法，其中当所述目标荧光团是卟啉时，所述第一激发光具有约405nm的波长，而所述第二激发光具有约450nm的波长。6.权利要求2-5中任一项的方法，其中所述选择的波段是约600nm和其中所述计算的比率是约1。7.权利要求1-6中任一项的方法，其中处理所述第一和第二荧光图像以提取代表所述目标荧光团的第三荧光图像包括从所述第一荧光图像减去所述第二荧光图像。8.权利要求1-7中任一项的方法，其中所述生物材料由光漂白预处理。9.权利要求1-8中任一项的方法，其中所述目标荧光团是内生的、外生的或其组合。10.权利要求9的方法，其中所述内生荧光团是卟啉、卟啉前体、卟啉类似物、卟啉衍生物、卟啉缀合物、卟啉脂质体、卟啉纳米囊泡，或其组合。11.权利要求10的方法，其中所述卟啉包括粪卟啉、尿卟啉、原卟啉，或其组合。12.权利要求9的方法，其中所述外生荧光团是荧光染料、荧光诱导剂，或其组合。13.权利要求1-12中任一项的方法在组织化学、细胞化学，或其组合中的用途。14.一种提取生物材料中的目标荧光团的图像的系统，其中所述生物材料中目标荧光团发射的波段重叠自体荧光发射的波段，所述系统包含：用第一激发光照射所述生物材料，以诱导由所述生物材料的自体荧光和所述目标荧光团的荧光二者产生的第一荧光发射，并用第二激发光照射生物材料，以诱导由所述生物材料的自体荧光产生的第二荧光发射的装置；用于从所述第一荧光发射获得第一荧光图像和从所述第二荧光发射获得第二荧光图像的装置；用于在采集所述第一和第二荧光图像之前调制所述第一和第二激发光的相对强度的装置；和用于处理所述第一和第二荧光图像以提取代表所述目标荧光团的第三荧光图像的装置。15.权利要求14的系统，其中用于调制所述相对强度的装置包括：用于鉴定所述第一和第二荧光发射中的波长区的装置，其中所述波长区是由荧光团引起的发射存在于所述第一荧光发...

【专利技术属性】
技术研发人员：EH莫里亚马，史俊豪，
申请(专利权)人：诺瓦达克技术公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA