JP2013507612A - 高められた病理学的決定のための複数モダリティコントラストおよび明視野コンテキスト表現、および組織内の複数検体検出 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
複合プローブの干渉を防止するために厳しく制御することができる。プロテイン抗原、mRNA発現、またはDNA中の遺伝子配列のための分子に特化したプローブの位置測定は、標本構造上にかぶせることができる。このコントラストは、特定の組織学的処理の使用を通じて保存された組織構造により、屈折率の変化に関連付けられる。典型的な例において、開示される方法は、蛍光対比染色との組み合わせにおいて組織部分における屈折率変化に基づいて画像コントラストを提供し、分子に特化した複合プローブのためのカラーの病理学コンテキストを提供する。例は、ホルマリン固定された、パラフィン包埋組織および、冷凍組織を含む。屈折率コントラストは、組織の屈折率特性または散乱特性から直接的に引き出すことができ、または、位相シフトの大きさ、位相シフトグラディエントの変化率から引き出すことができる。
本明細書で説明されるシステム、装置、方法は、いかなる意味でも限定的なものではない。本開示は、あらゆる新規で自明ではない特徴に関連し、また、単独で、および様々な組み合わせで開示される様々な実施形態の側面に関係する。開示されるシステム、方法、および装置は、いかなる具体的な形態または特徴あるいはそれらの組み合わせにも限定されるものではなく、また、開示されるシステム、方法、および装置は、いかなる具体的な利点または解決される問題を必要とするものでもない。
組織の相補的な複数モードのコントラスト生成は、特定の分子または組織の化学的性質のための局所的なプローブとともに、訓練を受けた医師に馴染みのある明視野コンテキストで表現される、解剖学的および形態学的な組織のコンテキストの可視化を可能にする。複数モードコントラストは、情報が相補的に提供される限り複数の軟組織およびプローブ検出の相互作用をレバレッジする。病理学的決定のための準備された組織は構造的な光学活性を備え、また、特定のプロトコルにより生成されるおよび光学的性質は、適切なイメージング装置と組み合わせたときに有用なコントラスト特定を生成するように最適化される。
好適なイメージングシステム100の代表的な例が図1に示されている。蛍光励起光源102は、励起ビーム103を軸105に沿って波長依存ビームスプリッタ(ダイクロイック)104に伝達するように配置される。光源102は、典型的には、発光ダイオード(LED)、金属ハロゲンまたは他のアークランプであるが、他のインコヒーレント光源またはレーザーのようなコヒーレント光源を使用することができる。図1に示されるように、ダイクロイック104は、励起ビーム103を対物レンズ106に反射し、これが励起ビームを標本108に導く。典型的な例において、標本108は、1つまたはそれ以上の蛍光体で選択的に標識化され、これは励起ビーム103に応答して蛍光を生成する。蛍光の一部は、対物レンズ106により集められ、ダイクロイック104を通じて軸113に沿って随意選択のビームスプリッタ110に導かれる。ビームスプリッタ110は、蛍光の一部をカメラ112に導き、標本画像が記録され、また、コンピュータシステム130で可視化または解析される。蛍光の他の部分は、接眼レンズ114に導かれ、蛍光に基づいて標本108を直接的に視認できる。さらに、励起ビームが標本108に到達することを実質的に妨害するために、シャッタ132または他のビーム調整器を提供することができ、または、励起ビームが生成されないように、蛍光源を制御することができる(コンピュータシステムを介してまたは手動で)。励起ビームに使用される光の波長は都合により選択することができる。典型的な励起ビームは、主に光学放射を含み、これは、蛍光染料または標本に適用される任意の選択的なマーカーに関連付けられる蛍光体において蛍光を生成するのに好適な波長または波長範囲内のものである。典型的な励起ビームの波長範囲は、約300nm−550nmの間であるが、より短いまたは長い波長を使用することもできる。
図1のシステムは、蛍光または暗視野照射の何れかまたは両者同時に基づいて、複数モダリティの画像視認および画像取得を可能にする。取得画像は、図2に示される代表的な方法を用いて共通のコンテキストで標本の特徴を表すように処理することができる。ステップ202において、暗視野屈折画像が典型的には単色画像として記録され、ステップ204において、1つ以上の蛍光ベース画像が記録される。そのような蛍光ベース画像の数は、標本に適用される蛍光マーカーまたは染料の数およびタイプに依存させることができる。これらの画像は、蛍光マーカーの放出波長に対応する異なる波長バンドを使用することができる。いくつかの例において、異なる波長バンドは、重なることがあり、重ならないことがあり、またはそれらの両者であることもある。
図16および以下の説明は、本稿で説明される方法を実行するように構成されるソフトウェア(コンピュータプログラム)のための好適な計算環境の概略的、一般的な説明を提供する。これらの方法は、プログラムモジュール内に構造化されるコンピュータで実行可能な命令として実装することができる。プログラムモジュールは、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、およびデータ構造を含み、これらは、タスクを実行し、以下で説明される技術を実行するためのデータタイプを実装する。
組織学的プロトコルは、顕微鏡試験のために、組織構造を保護し、関心構造間のコントラストを増強することを意図している。これを達成するために、多くのアプローチを使用することができ、また、組織学的に用いられてきた。組織の固定は、様々な化学処理を含むことができ、限定するわけではないが、例として、ホルマリン、ブアン固定液、エタノール、グルタルアルデヒド、低温保存、マイクロ波、熱、アセトン、酸の使用、アルカリ溶液、洗浄剤、重金属および多くの他のクロスリンク剤または保存剤を含む。これらの異なる化学処理は、詳細を現わし、細胞および組織構造を保存し、ラべリングおよび抗原回復、また、病理学のための単一モードイメージングにおけるコントラストを増強するための努力のような他の目的のために用いられてきた。また、浸透させ、組織を固定し、構造の支持を提供するために用いられる材料、検鏡用切片作成法および超微小切片作成法は光学特性に寄与する。後の処理、染色、取付の戦略は、全て複数モードイメージングの光学的および化学的特性に寄与する。これを念頭に、複数モダリティイメージングパラメータを最適化する研究が行われ、組織病理学に一般に用いられる具体的な固定、埋め込み、ラべリング、および取付に特化した適切なイメージングモダリティを選択する研究が行われる。これは、なされる、異なる従来の手法を通じて準備された保管された組織を用いてなされ、また、画像品質を増強させるためのイメージングパラメータを調整することでなされる。
複数モダリティコントラストに基づく疑似カラー明視野表現画像は、追加的な様々な信号生成方法を用いる検出スキームと組み合わせることができる。いくつかの代表的なプローブが説明されたが、開示される技術はこれらの例に限定されない。1つまたはそれ以上の関心ターゲットを特定にバインドするように構成されるいくつかのプローブは、光吸収、放射、蛍光寿命、化学ルミネセンス、電子的特性、化学的特性、光反応性(photoswichability)、断続光特性(intermittent blinking)、放射性特性、複屈折性、ラベルマス(label mass)のような多数の光学および化学−物理特性に基づいて検査される標識に関連付けることができる。
いくつかの追加の例において、ホルマリン固定、パラフィン包埋された、Ventana Medical Systems (Tucson, AZ)プロトコルに従って準備された組織学的な組織セクションの画像が得られた。図4、5、6、10、12、13、20、21の例において、組織セクションは、前立腺切除から得られ、半導体ナノ結晶量子ドット(QDot)および蛍光染料4’,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)対比染色により蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)のために処理される。QDot検出およびDAPI蛍光は、370±20nmの波長範囲の紫外励起ビームで生成することができる。そのような励起ビームは、DPAIのようなUV吸収核対比染色の同時の複合励起および複合QDotプローブに非常に好適である。例示のコントラストスキームにおける屈折率コントラストは、暗視野に対して明るく、また、光吸収染料に依存せず、蛍光コントラストの同時視認および記録を可能にする。
いくつかの開示された例において、暗視野屈折率コントラストおよび蛍光が同時に用いられ、蛍光核対比染料で染色された組織サンプルにおける複数モダリティコントラストを備える画像を生成する。このアプローチは、IHC、FISH、およびmRNA−ISHのための多重分子特定プローブの使用おいて有利であり、同一の組織セクション上で、病理学的条件の決定のために、QDot検出を備え、また、質量分析イメージングのために準備された組織をイメージングするのに用いることができる。この複数モダリティコントラストスキームは、H&Eのような組織学的な明視野染色/対比染色の組み合わせのルーチンに類似する手法で、相補的な構造コンテキスト情報を提供することを実証している。屈折率コントラストを通じて視認される構造は、プロテインの部分を含み、また、そのような画像は、構造的な異常および病理学的に有意な公知の成長パターンを可視化することを可能にし、核小体、細胞外マトリックス、および細胞、核膜のような構造を含む。そのような構造に沿う蛍光照射は見えない。屈折率/蛍光コントラスを用いる可視化される特定の構造は、同一の組織セクション上の分子プローブ信号の観察のためのコンテキストを提供し、また、組織のスクリーニング、前ガンおよびガンの状態の診断において医師を支援する。暗視野屈折率コントラストは、特に有利であり、このアプローチは、暗視野に対して明るい特徴を提供し、光吸収染料を用いない。屈折コントラストは、特定の組織固定、埋め込み、および染色プロトコルを用いて準備される透明組織セクションにおけるガンマーカーの位置測定に用いられる複数蛍光放射プローブとの直接の組み合わせと両立できる。この方法は、QDotの定量的なスペクトルイメージングに組み合わされるときに、プローブ化学作用または定量化に干渉しない。屈折コントラストの照射波長を、プローブ放射から赤シフトされる波長に制限することにより、この照射法は、多重プローブのスペクトル画像データ取得のコンテキストにおいて同時に使用することができる。蛍光に組み合わされる屈折コントラストは、組織コンテキストのイメージングを可能にし、また、イメージング質量分析を意図する透明組織の病理学的状態のイメージングを可能にする。
上述したように、複数モダリティコントラストは、細胞および組織内で、保護、増強、および、発現される。これらのコントラスト要素は、透過白色光照明のもとで波長吸収染料を用いて生成された画像に類似する画像を生成するように組み合わせ、表現することができる。複数モードコントラスト画像は、特別な処理を通じて組織内に組み込まれた様々な光学特性および化学的特性を利用する。コントラストコンポーネントは、効果的にセグメント化され、同一の解剖学的構造および組織化学を明らかにするため組織学的に用いられる伝統的なコントラスト手法に基づいて、工学的カラースキームを用いて、ディジタル的に表現され、それにより、医療訓練および経験への関連性を提供する。結果として得られる構造コンテキストは、病理学決定に用いることができ、また、多重分子および化学マーカーのためのコンテキストを提供することができる。このアプローチは、このアプローチでなければ取得するのが困難または不可能な重要な相関情報を提供する。いくつかの例において、屈折率から得られる暗視野コントラストおよびDAPI対比染色画像は、従来のH&E染色で得ら得る画像に類似の画像を生成するように組み合わせられる。これらの複数モードデータ画像は、組織セクションの病理学的解釈において有効であるように示された。さらに、そのような複数モード画像データは、モニタへストリーミングすることができ、組織学サンプルのライブナビゲーションを可能にする。他の例において、この構造的コンテキストは、後に同一の組織セクション上に配置される、遺伝子DNAプローブ(FISH)、mRNA表現のサイト(mRNA−ISH)、および、免疫組織化学(IHC)プローブ、の分子位置決定と組み合わせられる。また、複数モードコントラストは、質量分析のために準備された組織セクションの評価およびマッピングに用いることができる。
Claims (37)
- 方法であって、
標本の少なくとも1つの第1画像および少なくとも1つの第2画像を生成するステップを有し、生成された前記第1画像および前記第2画像は、相補的なコントラスト画像パラメータを有し、
前記方法はさらに、観察のためにコントラスト画像を生成するステップを有する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、前記標本をそれぞれ第1励起ビームおよび第2励起ビームにさらすことで、前記少なくとも1つの第1画像および前記少なくとも1つの第2画像を取得するステップを有する、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記第1画像および前記第2画像は、結合画像を生成するために組み合わせられる、方法。
- 請求項2または3に記載の方法であって、前記第1励起ビームおよび前記第2励起ビームは、前記標本に同時に適用され、関連するコントラスト相補画像が同時に得られる、方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、前記第1画像および前記第2画像を隣り合わせで表示するステップを有する、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、さらに、前記結合画像を表示するステップを有する、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、さらに、前記第1コントラスト画像および前記第2コントラスト画像を対応する記録画像として記録するステップを有する、方法。
- 請求項2乃至7のいずれか一項に記載の方法であって、前記第1画像が前記標本の蛍光画像となるように、前記標本は蛍光的に染色され、且つ、前記第1ビームは、蛍光染料による蛍光を生成するように選択され、さらに、前記第2画像が屈折暗視野画像となるように、前記第2励起ビームが前記標本に適用される、方法。
- 請求項8に記載の方法であって、さらに、前記蛍光画像および前記屈折暗視野画像を対応する記録画像として記録するステップを有する、方法。
- 請求項9に記載の方法であって、さらに、
記録された前記暗視野画像にカラーマッピングを適用し、疑似カラー暗視野画像を生成するステップと、
結合記録画像を生成するために、前記疑似カラー暗視野記録画像および記録された前記蛍光画像を組み合わせるステップと、を有する方法。 - 請求項10に記載の方法であって、前記カラーマッピングは、少なくとも1つの吸収染料に関連付けられるカラールックアップテーブルに基づく、方法。
- 請求項11に記載の方法であって、前記染料はエオシン染料である、方法。
- 請求項10に記載の方法であって、さらに、前記蛍光画像にカラールックアップテーブルを適用するステップを有し、前記カラールックアップテーブルは少なくとも1つの吸収染料に関連付けられる、方法。
- 請求項13に記載の方法であって、前記蛍光はDAPI蛍光に基づき、前記蛍光画像に関連付けられる前記カラールックアップテーブルはヘマトキシリン染料に基づく、方法。
- 請求項10に記載の方法であって、さらに、前記結合記録画像に基づいて、疑似明視野記録画像を生成するステップを有する、方法。
- 請求項15に記載の方法であって、さらに、ヘマトキシリンおよびエオシン染料に関連付けられる画像コントラストを備える画像を生成するように、前記屈折暗視野画像および前記蛍光画像にカラールックアップテーブルを適用するステップを有する、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、さらに、前記標本の質量分析画像を生成するステップを有する、方法。
- イメージング装置であって、
標本の第1画像を生成するように構成される第1イメージングシステムと、
前記標本の第2画像を生成するように構成される第2イメージングシステムと、を有し、
前記第1画像および前記第2画像は相補的な画像である、イメージング装置。 - 請求項18に記載のイメージング装置であって、前記第1イメージングシステムは、屈折暗視野画像として第1画像を生成するように構成される屈折暗視野光学システムであり、前記第2イメージングシステムは、蛍光画像として第2画像を生成するように構成される蛍光光学システムである、イメージング装置。
- 請求項18に記載のイメージング装置であって、さらに、前記第1画像および前記第2画像を受け取るように連結される少なくとも1つの画像取得装置、および、前記第1画像および前記第2画像を記録するように構成される画像プロセッサを有する、イメージング装置。
- 請求項20に記載のイメージング装置であって、前記画像プロセッサは、前記第1画像および前記第2画像に基づいて結合画像を生成するように構成される、イメージング装置。
- 請求項21に記載のイメージング装置であって、前記画像プロセッサは、第1記録画像および第2記録画像の少なくとも1つの疑似カラー表現に基づいて結合画像を生成するために、前記第1記録画像および前記第2記録画像の少なくとも1つにカラールックアップテーブルを適用するように構成される、イメージング装置。
- 請求項22に記載のイメージング装置であって、さらに、前記結合画像を疑似明視野画像として表現することを含む、イメージング装置。
- 請求項23に記載のイメージング装置であって、前記画像プロセッサは、エオシン染料に関連付けられるカラールックアップテーブルに基づいて前記第1画像を処理し、また、ヘマトキシリン染料に関連付けられるカラールックアップテーブルに基づいて前記第2画像を処理するように構成され、前記結合画像は処理された前記第1画像および前記第2画像に基づく、イメージング装置。
- 請求項20に記載のイメージング装置であって、前記画像取得装置は、隣り合わせの画像として前記第1画像および前記第2画像を受け取るように構成される、イメージング装置。
- 請求項21に記載のイメージング装置であって、前記画像プロセッサは、前記結合画像を生成するために、前記第1画像および前記第2画像を重ね合わせるように構成される、イメージング装置。
- 請求項26に記載のイメージング装置であって、さらに、前記結合画像を受け取り且つ表示するように構成されるディスプレイを有する、イメージング装置。
- 少なくとも1つのコンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、
標本セクションの共通の部分に関連つけられる第1画像および相補的な第2画像を受け取り、
結合画像を生成するために前記第1画像および前記第2画像を組み合わせる、
ためのコンピュータで実行可能な命令を有する、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。 - 請求項28に記載の少なくとも1つのコンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、さらに、前記第1画像および前記第2画像の少なくとも1つに基づいて疑似カラー画像を生成するためのコンピュータで実行可能な命令を有し、前記結合画像は、少なくとも1つの疑似カラー画像に基づく、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
- 請求項29に記載の少なくとも1つのコンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、さらに、明視野表現画像を生成するために、前記結合画像を変換するためのコンピュータで実行可能な命令を有する、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
- 請求項28に記載の少なくとも1つのコンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、さらに、共通の標本セクションの質量分析画像を受け取るための、および、前記結合画像に前記質量分析画像を含めるためのコンピュータで実行可能な命令を有する、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
- 請求項28乃至31のいずれか一項に記載の少なくとも1つのコンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、前記第1画像および前記第2画像は、それぞれ、暗視野屈折コントラスト画像および蛍光画像である、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
- 請求項28に記載の少なくとも1つのコンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、前記第1画像はエオシン染料に関連付けられるカラールックアップテーブルに基づいて処理され、前記第2画像はヘマトキシリン染料に関連付けられるカラールックアップテーブルに基づいて処理され、前記結合画像は、処理された前記第1画像および前記第2画像に基づく、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
- 画像プロセッサであって、
少なくとも第1画像および相補的な第2画像を受け取るように構成される画像入力部と、
少なくとも1つのカラールックアップテーブルを受け取るカラールックアップテーブル入力部と、
前記第1画像および相補的な前記第2画像の少なくとも1つを、前記少なくとも1つのカラールックアップテーブルに基づいて処理し、疑似カラー画像を生成し、前記疑似カラー画像を前記第1画像および前記第2画像の1つに組み合わせる、ように構成される画像結合部と、
を有する、画像プロセッサ。 - 請求項34に記載の画像プロセッサであって、前記画像結合部は、前記結合画像に基づいて明視野表現を生成するように構成される、画像プロセッサ。
- 請求項35に記載の画像プロセッサであって、前記カラールックアップテーブル入力部は、吸収染料に関連付けられる第1カラールックアップテーブル、および蛍光染料に関連付けられる第2カラールックアップテーブルを受け取るように構成され、前記画像結合部は、前記第1画像および前記第2画像を、それぞれ前記第1カラールックアップテーブルおよび前記第2カラールックアップテーブルに基づいて処理するように構成され、前記結合画像は処理された前記第1画像および前記第2画像に基づく、画像プロセッサ。
- 請求項35に記載の画像プロセッサであって、前記吸収染料はエオシン染料であり、前記蛍光染料はヘマトキシリンである、画像プロセッサ。
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