对象成像的设备和方法技术

用于自动收集和图像分析的设备和方法被加以说明，其使能够标识或分类在表面上被排列或沉积的显微镜对象。这种对象，例如可检测地被标记的稀有目标细胞被磁性地或非磁性地固定且经受自动的激光扫描，以产生目标或非目标对象的顺序、数字化ｘ－ｙ子图像或部分图像，所述子图像或部分图像被组合以形成重建的完整图像，由此允许基于尺寸、形态和免疫表现型对被成像对象的检测、计数、区分和表征。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

这个专利技术总体上涉及要取得的扫描并获得对象图像的设备和方法，且更具体地涉及从对象(如从被分配在两维平面内的生物流体所获得的细胞)的部分子图像而重建的图像。由本专利技术所提供的扫描和成像技术对于由磁性装置所排列且由数字化光电装置所检查的细胞的成像特别地有利。
技术介绍
Antoni van Leeuwenhoek在1674年的显微术专利技术已经使显微镜实物如细胞能够显现。大约二百年后Paul Ehrlich对细胞不同组分进行染色的染料的引入并结合光学显微术可以被似为细胞分析的新纪元的第一步骤。在细胞标记技术以及可以标识且区分被差异性地标记的细胞的检测仪表上的改进已经显著地改进我们探索细胞生物学的世界。在最近的25年里，自动化的血细胞计数器已经取代了通过细胞化学被染色的血涂片的人工检查。用于通过形态测定装置进行的细胞分类的标准涉及如原子核与细胞质的比率、细胞和原子核的大小和形状、细胞质颗粒的数量及大小等参数。在细胞成熟期间当细胞逐渐改变其形态外表时，在细胞的指定中在基本上观察者间变化中它引入了的更多不确定性。在成熟过程期间，与恶性相联系的形态变化可以与细胞的外表相联系，且非典型细胞的反常频率经常被用作指定这种细胞为恶性的标准。细胞分类的改进来自于基于免疫表现型(immunophenotype)的标识。早期技术如图绕着T-淋巴细胞形成羊红细胞的红细胞玫瑰花结已经由细胞的流动细胞计量分析所取代，所述细胞被标记有识别具体细胞表面或细胞内抗原的荧光抗体。多参数的流动细胞计量分析已经显著地改进了基于大小和染色特征将所检测的事件进行计数(enumerate)且分类的能力，但是并没有进一步通过形态测定装置而鉴别所检测的事件例如如细胞。使用这些原理的当前方法和设备被加以依赖来诊断且分类各种疾病如白血病和淋巴瘤，或者跟随疾病如AIDS的进展。当技术得到改进时，则获得更多信息，这反过来导致对扩展稀有目标种的检测方法的特异性和灵敏度的需求。需要进一步改进的应用实例是标识且计数癌症病人血液中上皮本原(epithelialoringin)的循环癌细胞，其可以每ml血液小于一个癌细胞的频率而存在。通过使用借助于磁性装置的上皮细胞浓缩组合并结合通过多参数流动血细胞计数的分析，则发现在健康个体与患有乳腺癌的病人之间存在“循环肿瘤细胞”数量上的显著差异(Racila等人，Proc.Nat.Acad.Sci.95，4589-4594，1998).在几个研究中，这种“循环肿瘤细胞”(CTC)被定义成表达下述特征的事件对于上皮细胞标志细胞角蛋白(cytokeratin)为正，对于白细胞标志CD45为负，具有核酸染料的正染色，以及与细胞兼容的光散射特性。然而，在流动细胞计量方法中缺少被检测事件(如细胞)的形态测定确认及进一步的分子证据，但是清楚地需要确保被检测的稀少事件的确是得自于原发瘤的肿瘤细胞。自动化的图像分析系统已经被引入以减少在手动方法下不同操作者之间在细胞分类上的主观错误，但是这种没有初步细胞浓缩步骤的现有技术系统仍然固有地缺少灵敏度。几个自动化的细胞成像系统已经被加以说明或在市场上可购买到用于细胞分析。由Chromavision，ACISTM或Automated Cellular Imaging System(自动化细胞成像系统)(Douglass等人，美国专利6,151,405)所研制的系统使用借助于对已经制备细胞进行大小、形状、色调以及染色强度的显微检查的比色图案识别，其通过自动化的计算机控制显微镜以及/或通过卫生保健专业人士的视觉检查而观察到。所述系统使用对在显微镜载物片上的细胞的检查，并且被设计用于组织切片。AppliedImaging Corp.的SlideScanTM或MDSTM系统(Saunders等人，美国专利5,432,054)被说明成一个自动化的智能显微镜和成像系统，所述系统检测细胞或“对象”的颜色、强度、大小、图案或形状，并且随后进行视觉识别和分类。对照于ACIS系统，这个系统具有检测荧光标记的能力，这提供了更多的能力。然而，这些及其它目前可用的方法对于精确的分类及稀有事件(如在血液中的循环肿瘤细胞)的分型则不足够灵敏。因而，本专利技术寻求对上述方法的改进，并且提供用于可与例如高灵敏度免疫表现型相结合使用的对象自动化成像的简单且高效的装置和方法，以允许对稀有目标种，如在血液或其它流体中的CTC的检测、计数和精确的分类。专利技术概述这个专利技术提供这样的方法和设备，其允许将新颖的成像能力应用到如由Tibbe等人所说明的Cell TracksTM细胞分析系统(NatureBiotech，17，1210-13，1999)。由Tibbe以及在这个专利技术的公开内容中所说明的设备和方法还可以被应用到其它的目标对象。然而，最初的应用是从血液中对稀有细胞的快速免疫磁性选择，随后是对被隔离细胞的自动化排列以及自动化图像分析。概括地说，在本专利技术的优选实施例中，在从血液中的磁性收集及浓缩之后，被磁性地标记的细胞沿着镍(Ni)的铁磁线被排列，且由借助于如来自压缩盘播放器的传统物镜所聚焦的激光器进行扫描。因为细胞已经选择性地被一个或多个荧光标记染色，所以被测量的荧光发射及强度可以被用来对细胞的类型进行标识或分类。本专利技术的系统不需要液体流动系统。由镍线附近的角磁体所感应的磁场将被磁性地标记的细胞保持在固定位置上。这允许在测量荧光发射和强度之后再访问所检测的事件，用于进一步标识所检测事件的更广泛分析。人们可以借助于显微镜观察这种事件的图像并且应用独立的形态测定标准来标识如实际细胞这样的事件。因而，根据本专利技术，所述新颖的扫描和成像方法为细胞的检测、分类和计数提供一个改进的诊断系统，其包括用于收集并排列来自体液的被免疫磁性地标记的目标细胞的高效自动化装置，并且其中这种被收集的细胞还带有至少一个免疫专用的荧光标记，所述标记区分于来自被标记有不同荧光标记的非目标细胞的目标。被收集且被排列的细胞的图像从单独的数字化子图像和它们的x-y座标被加以重建，因而提供对象的完整组合图像，且允许对作为目标事件的所检测对象的得以改进的分类。根据本专利技术，新的激光器扫描和成像技术被结合到如Cell Tracks系统这样的系统中，以获得高质量的荧光图像。在此所说明的发现及所提出的权利要求已经极大地改进了全系统内稀有细胞的检测、计数和分类，并改进了现有技术的方法。对在非常低频率下的细胞(所谓的稀有事件)的高效检测要求最少的试样处理，以避免细胞的损失。此外，从稀有细胞中被分离且被浓缩的体积应该尽可能地大，以增加检测的灵敏度。随着被公开的新颖技术的研制和应用，现在可获得具体事件的荧光图像，从而带来高精确度的标识，因而使所专利技术的系统成为检测体液中稀有事件的有力工具。附图简述附图说明图1采用本专利技术优选实施例的Cell Tracks系统的示意性表示。对成像重要的元件被示为黑体。图2a)被用于扫描细胞的照明焦斑(focal spot)的图像；短轴为4μm且长轴为15μm。虚线表示Ni线的位置。b)示出在图2a中所描绘的x方向上的总和象素强度的图形。图3图像重建方法的示意性表示被示出。通过移动装备有编码器的台，利用激光器扫描被检测的事件或细胞。沿着表示所述台x-y座标的对应编码器位置，CCD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于目标实体的分析成像的方法，所述方法包括：ａ．获得疑是包含所述目标实体的试样，ｂ．利用专用于所述目标实体的磁性粒子对所述目标实体进行磁性标记，ｃ．磁性地操纵所述目标实体朝向收集表面，ｄ．照明所述被收集的 目标实体，ｅ．收集所述被收集的目标实体的顺序子图像，以及ｆ．重新组合所述子图像以重建所述被收集目标实体的整个图像。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B德格罗斯，A蒂贝，J格雷弗，L特尔斯塔彭，
申请(专利权)人：免疫公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]