高光谱定量成像细胞术系统技术方案

本发明专利技术涉及发光的高光谱检测，具体地，涉及使用辐射源激发的固相样本的发光检测。及使用辐射源激发的固相样本的发光检测。及使用辐射源激发的固相样本的发光检测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高光谱定量成像细胞术系统


[0001]本专利技术涉及发光的高光谱检测，具体地，涉及使用辐射源激发的固相样本的发光检测。

技术介绍

[0002]生物组织的功能是其细胞组分协同作用的结果。这些细胞中的每一个呈现出其与组织环境相互作用产生的特定表型，并且这些机制的任何失调都可能导致诸如癌症的疾病。因此，能够在空间背景下分析单细胞特征对于理解组织在正常和疾病情况下如何工作以及帮助开发有效的治疗方法至关重要。
[0003]通过传统的组织学和形态学评估，影响特定组织的疾病的结果可能并不总是明显的。组织的某些结构和组分可能在形态上相似，但由于疾病相关的失调而呈现出分子成分的重大差异。在这种情况下，需要采用多种和更具体的染色法(如免疫学方法提供的染色法)，以识别这些差异。这方面的一个示例是在研究中的组织内识别免疫细胞。它们的存在可能是由于影响组织并导致这些细胞聚集到损伤区域的疾病状况造成的，或者，另一方面，它们的存在可能是影响组织的疾病的主要原因。
[0004]在这两种情况下，必须正确识别这些细胞的谱系和功能状态，尤其是在小淋巴细胞的情况下，即使专家的形态学评估也不足以揭示这些细胞的性质、起源和异质性。只有多参数免疫分型方法能使正确的细胞浸润的特性和异质性评估成为可能。此外，与能够获得组织成分的多参数信息一样重要的是，不同表型识别特征与组织中观察到的可能的解剖学上的变化的关联。这些变化可以通过本领域专家的直接观察来识别。
[0005]当应用于细胞悬液时，使用流式细胞术对单细胞进行多参数分析已经被证明是揭示正常和疾病情况下细胞表型异质性的基础。现代流式细胞仪可以同时分析几十个参数，并且多光谱系统的发展和质谱细胞术的出现有望在不久的将来推动这些数量的增加。然而，这些技术无法在不干扰组织固有结构的情况下对组织样本起作用，也无法研究组织的细胞外环境的成分。另一方面，尽管是细胞形态可视化和空间定位的标准选择，显微镜仪器无法对统计上显著数量的细胞进行定量和客观的细胞组分分析，并且缺乏诸如流式细胞术的其他方法中存在的标准化能力。
[0006]其他人试图通过以下方法解决这些问题中的一些问题：调整流式细胞仪的配置，以使用激光扫描固定在显微镜载玻片上的样本，以便激发样本上的荧光分子，并逐像素构建组织上存在的分子的表示(激光扫描细胞术)。这一构思后来被调整为使用质谱而不是荧光检测，以增加同时分析的分子数量(成像质谱细胞术)。然而，由于需要一次研究一个像素的生物组织，所以这两种方法都相当缓慢。
[0007]因此，需要一种提供固定在固相样本支撑部中的细胞和/或组织的标志物的大小和表达的定量数据的系统。
[0008]目前最常用的方法是使用常规显微镜执行多个单参数研究。这种方法保持了样本(通常是生物固体组织)的总体结构，但不是定量的，并且缺乏复杂研究所需的多参数维度。
[0009]或者，可以采用多参数流式细胞术来获得生物组织的多参数信息，但以由于获得单细胞悬液所需的组织分解而导致的空间信息丢失为代价。
[0010]通过调整流式细胞仪的配置来扫描固定在显微镜载玻片上的样本，已经开发了激光扫描细胞术(LSC)。其使用激光激发样本上的荧光分子，并逐像素构建组织上存在的分子的表示。因此，尽管是所有“颜色”同时采样的快照系统，但这是非常缓慢的方法。此外，这种技术在多路复用方面的潜力仍然非常有限，仅允许同时研究3至4个参数。
[0011]以类似的方式，其他人已经调整了质谱细胞术，以执行对固体组织的研究(成像质谱细胞术
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IMC)。与LSC不同，IMC使用金属轭合物而不是荧光或显色轭合物来揭示组织组分，并且还具有较高的多路复用潜力。然而，与LSC一样，由于样本是以单像素为基础“成像”的，所以该方法也有同样的缺点，是非常缓慢的技术。
[0012]或者，多光谱和高光谱功能已经应用于基于显微镜的系统，以增加可以同时分析的标志物的数量。使用二维传感器采样数据，这些系统可以同时采样多个空间位置；然而，这些系统旨在提供视觉信息，而不是可重现和可量化的数据，并且这些系统被设计为主要提供少量生物材料的高分辨率信息，而不是分析大面积的组织。

技术实现思路

[0013]本专利技术通过根据权利要求1所述的高光谱定量成像细胞术系统和根据权利要求15所述的方法提供上述问题的解决方案。在从属权利要求中，定义了本专利技术的优选实施例。
[0014]本专利技术提供了一种系统和方法，以通过专注于具有细胞分辨率而不是亚细胞级分辨率的整体组织结构来以快速方式从固定在固相样本支撑部上的生物样本的细胞和组织获得关于标志物的大小和表达的定量数据。
[0015]在第一专利技术方面中，本专利技术提供了一种高光谱定量成像细胞术系统，包括：
[0016]观察区域，观察区域包括被配置为保持一个或多个固相样本的样本保持部，
[0017]至少一个辐射源，至少一个辐射源被配置为对观察区域进行辐射，
[0018]收集元件，收集元件被配置为收集由至少一个辐射源进行辐射的样本发射或反射的辐射，
[0019]多通道滤波元件，多通道滤波元件被配置为对通过收集元件收集的辐射的波长进行选择性地滤波，以及
[0020]图像传感器，图像传感器被配置为接收滤波后的辐射并产生作为样本的二维图的图像，并且图像传感器包括辐射检测元件的二维阵列。
[0021]固相样本通常设置在固相样本支撑部上。在一个实施例中，样本保持部被配置为保持至少一个固相样本支撑部，每个支撑部适于容纳固定样本(优选地，生物样本)。支撑部可以具有不同的材料(优选地，结晶和对光透明的材料(例如，玻璃或塑料))，并且具有不同的形状和尺寸(优选地，矩形形状(例如，显微镜载玻片))。
[0022]术语“组分”将用于表示细胞或组织中天然存在的任意分子。术语“标记”和“分子标记”将用于表示添加到样本中以表明样本中天然存在的特定组分的存在的任意物质。术语“标志物”将用于定义样本上天然发射辐射或由于添加到样本中的分子标记的存在而发射辐射的任意组分；标志物用于定义细胞或组织的本质。术语“光谱特征”用于表示结构或像素的由于存在于该结构或像素中的标志物的独特结合而产生的独特发射光谱。术语“列
表模式文件”用于表示数据文件结构，在数据文件结构中，存储关于不同感兴趣要素(如生物结构)的信息，并且这些要素中的每一个由多行列表上的一行表示。
[0023]至少一个辐射源被设置为对观察区域进行辐射。因此，当观察区域中存在样本时，辐射与样本的组分相互作用，并且如果存在与样本结合使用的分子标记，则与分子标记相互作用。通过这种相互作用，样本会因诸如散射、荧光、磷光、化学发光或选择性吸收/透射的任意过程而发射辐射。使用收集元件收集样本发射的辐射，辐射通过多通道滤波元件并且到达图像传感器。多通道滤波元件应当理解为光谱特性沿滤波器变化的滤波器，从而提供入射辐射的位置相关滤波。
[0024]图像传感器包括辐射检测元件的二维阵列。辐射检测元件接收辐射并提供与在每个辐射检测元件处接收的辐射相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高光谱定量成像细胞术系统(100)，包括：观察区域(104)，所述观察区域(104)包括被配置为保持一个或多个固相样本的样本保持部，至少一个辐射源(101、102、103)，所述至少一个辐射源(101、102、103)被配置为对所述观察区域(104)进行辐射，收集元件(105)，所述收集元件(105)被配置为收集由所述至少一个辐射源(101、102、103)进行辐射的样本发射或反射的辐射，其中，所述收集元件(105)具有等于或小于20的放大因数值(M)，并且具有等于或大于0.25的数值孔径值，多通道滤波元件(108)，所述多通道滤波元件(108)被配置为对通过所述收集元件(105)收集的所述辐射的波长进行选择性地滤波，以及图像传感器(109)，所述图像传感器(109)被配置为接收滤波后的辐射并产生作为所述样本的二维图的图像，并且所述图像传感器(109)包括辐射检测元件的二维阵列。2.根据前述权利要求所述的高光谱定量成像细胞术系统(100)，其中，所述滤波元件(108)被设置为在至少两个位置之间可移动，其中，所述滤波元件(108)的每个位置对到达所述图像传感器(109)的每个辐射检测元件的辐射的波长进行选择性地滤波。3.根据权利要求2所述的高光谱定量成像细胞术系统(100)，其中，所述系统进一步包括处理器(110)，所述处理器(110)被配置为：
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接收所述样本的多个波长编码二维图(301)，所述多个波长编码二维图(301)与所述滤波元件(108)的多个位置相关联，其中，所述波长编码二维图是由所述图像传感器(109)基于其针对所述滤波元件(108)的位置接收的辐射而产生的图像；
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通过结合所述样本的所述波长编码二维图(301)的与特定波长(λ)相对应的部分，产生(205)所述样本的多个单色二维图(304)；
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构建包含所述多个单色二维图(304)的光谱立方体(306)；
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识别所述光谱立方体(306)上的样本结构(206)并获得其光谱特征(207)；
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将获得的所述光谱特征与已知结构的光谱特征的数据库进行比较(208)，并且/或者分解所述光谱特征，并获得(209)每个已识别的所述样本结构中的每种标志物的丰度的估值，所述标志物是所述样本上天然发射辐射或由于添加到所述样本中的分子标记的存在而发射辐射的任意组分。4.根据权利要求2所述的高光谱定量成像细胞术系统(100)，其中，所述系统进一步包括处理器(110)，所述处理器(110)被配置为：
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接收所述样本的多个波长编码二维图(301)，所述多个波长编码二维图(301)与所述滤波元件(108)的多个位置相关联，其中，所述波长编码二维图是由所述图像传感器(109)基于其针对所述滤波元件(108)的位置接收的辐射而产生的图像；
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通过采用多元插值过程产生(205)所述样本的与特定波长(λ)相对应的多个单色二维图(304)，以基于来自所述波长编码二维图的记录针对每个像素获得以所述特定波长(λ)接收的辐射的估值；
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构建包含所述多个单色二维图(304)的光谱立方体(306)；
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识别所述光谱立方体(306)上的样本结构(206)并获得其光谱特征(207)；
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将获得的所述光谱特征与已知结构的光谱特征的数据库进行比较(208)，并且/或者
分解所述光谱特征，并获得(209)每个已识别的所述样本结构中的每种标志物的丰度的估值，所述标志物是所述样本上天然发射辐射或由于添加到所述样本中的分子标记的存在而发射辐射的任意组分。5.根据前述权利要求中任意一项所述的高光谱定量成像细胞术系统(100)，其中，根据透射式配置，所述观察区域(104)插设在至少一个辐射源(103)和所述收集元件(105)之间，使得所述辐射源(103)的辐射在被所述收集元件(105)收集之前通过所述观察区域(104)。6.根据前述权利要求中任意一项所述的高光谱定量成像细胞术系统(100)，其中，至少一个辐射源(102)、所述观察区域(104)和所述收集元件(105)根据暗场配置设置。7.根据前述权利要求中任意一项所述的高光谱定量成像细胞术系统(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：荷西马里奥，
申请(专利权)人：西托诺斯有限公司，
类型：发明
国别省市：