JP2016514869A - Method and system for analyzing biological samples by spectral images - Google Patents

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Abstract

【課題】生物試料における異常を高精度に検知するとともに、その分析結果を医師等に提供する方法およびシステムを提供すること。【解決手段】システムにおいて生物試料の画像を受信する工程と、前記画像およびスペクトルデータに特定の疾患または病態に関連する注釈情報を適用して前記生物試料の実画像を生成する工程と、前記画像およびスペクトルデータにアルゴリズムを適用して前記生物試料から特定された疾患または病態の予測分類を含む予測画像を生成する工程と、前記予測分類を含む予測画像を、ディスプレイ上に表示するために送信する工程とを含むことを特徴とする生物試料の分類方法。A method and system for detecting an abnormality in a biological sample with high accuracy and providing the analysis result to a doctor or the like. Receiving an image of a biological sample in the system; applying annotation information associated with a particular disease or condition to the image and spectral data to generate an actual image of the biological sample; and And applying an algorithm to the spectral data to generate a predicted image including a predicted classification of the identified disease or condition from the biological sample, and transmitting the predicted image including the predicted classification for display on a display A method for classifying a biological sample, comprising the step of:

Description

関連出願Related applications

本出願は、2012年10月5日に出願された「生物試料をスペクトル画像により分析する方法およびシステム」(METHOD AND SYSTEM FOR ANALYZING BIOLOGICAL SPECIMENS BY SPECTRAL IMAGING)と題する米国特許出願第13/645,970号の一部継続出願であり、2013年3月19日に出願された「医療診断のためのヒト細胞および組織の赤外およびラマンマイクロ分光画像」(INFRARED AND RAMAN MICRO-SPECTRAL IMAGING OF HUMAN CELLS AND TISSUE FOR MEDICAL DIAGNOSTICS)と題する米国仮特許出願第61/803,376号に基づく優先権を主張する。本出願は、2012年6月25日に出願された「生物学的試片をスペクトル画像により分析する方法」(METHOD FOR ANALYZING BIOLOGICAL SPECIMENS BY SPECTRAL IMAGING)と題する米国特許出願第13/507,386号、2010年4月9日に出願された「波長可変レーザ・ベースの赤外線撮像システム」(A TUNABLE LASER-BASED INFRARED IMAGING SYSTEM)と題する米国仮特許出願第61/322,642号、国際出願日が2009年5月29日である「細胞疾患の検出に有用な細胞スペクトルを再構成する方法」(METHOD OF RECONSTITUTING CELLULAR SPECTRA USEFUL FOR DETECTING CELLUALR DISORDERS)と題するPCT(特許協力条約)特許出願第PCT/US2009/045681号に基づき、さらに2008年5月29日に出願された「スペクトルマッピングデータから細胞スペクトルを再構成する方法」(METHOD OF RECONSTITUTING CELLULAR SPECTRA FROM SPECTRAL MAPPING DATA)と題する米国特許出願第61/056,955号に基づく優先権を主張した、2011年2月17日に出願され、2013年4月23日に米国特許第8,428,320号が発行された「細胞疾患の検出に有用な細胞スペクトルを再構成する方法」(METHOD OF RECONSTITUTING CELLULAR SPECTRA USEFUL FOR DETECTING CELLUALR DISORDERS)と題する米国特許出願第12/994,647号、2010年6月25日に出願された「スペクトル病理組織像による病理組織標本のデジタル染色方法」(DIGITAL STAINING OF HISTOPATHOLOGICAL SPECIMENS VIA SPECTRAL HISTOPATHOLOGY)と題する米国仮特許出願第61/358,606号、2011年4月11日に出願された「波長可変レーザ・ベースの赤外線撮像システムおよびその使用方法」(TUNABLE LASER-BASED INFRARED IMAGING SYSTEM AND METHOD OF USE THEREOF)と題する米国特許出願第13/084,287号、および2011年6月24日に出願された「試片をスペクトル画像により分析する方法」(METHOD FOR ANALYZING SPECIMENS BY SPECTRAL IMAGING)と題する米国特許出願第13/067,777号における開示内容を含むものである。上記出願の内容はすべて、参照により本出願に包含されているものとする。   This application is a US patent application Ser. No. 13 / 645,970 filed Oct. 5, 2012 entitled “METHOD AND SYSTEM FOR ANALYZING BIOLOGICAL SPECIMENS BY SPECTRAL IMAGING”. “INFRARED AND RAMAN MICRO-SPECTRAL IMAGING OF HUMAN CELLS AND” filed on March 19, 2013, “Infrared and RAMAN MICRO-SPECTRAL IMAGING OF HUMAN CELLS AND” Claims priority based on US Provisional Patent Application No. 61 / 803,376 entitled TISSUE FOR MEDICAL DIAGNOSTICS. This application is a US patent application Ser. No. 13 / 507,386, filed Jun. 25, 2012 entitled “METHOD FOR ANALYZING BIOLOGICAL SPECIMENS BY SPECTRAL IMAGING”. US Provisional Patent Application No. 61 / 322,642 entitled “A TUNABLE LASER-BASED INFRARED IMAGING SYSTEM” filed on April 9, 2010, PCT (Patent Cooperation Treaty) Patent Application No. PCT / US2009 entitled “METHOD OF RECONSTITUTING CELLULAR SPECTRA USEFUL FOR DETECTING CELLUALR DISORDERS”, May 29, 2009 Filed on May 29, 2008, based on the Filed on Feb. 17, 2011 and filed Apr. 23, 2013, claiming priority based on US Patent Application No. 61 / 056,955 entitled “METHOD OF RECONSTITUTING CELLULAR SPECTRA FROM SPECTRAL MAPPING DATA”. US Patent Application No. 12 entitled “METHOD OF RECONSTITUTING CELLULAR SPECTRA USEFUL FOR DETECTING CELLUALR DISORDERS” issued US Pat. No. 8,428,320 No./994,647, US Provisional Patent Application No. 61/358 entitled “DIGITAL STAINING OF HISTOPATHOLOGICAL SPECIMENS VIA SPECTRAL HISTOPATHOLOGY” filed June 25, 2010 , 606, filed Apr. 11, 2011, "Wavelength-tunable laser-based infrared imaging system and US Patent Application No. 13 / 084,287 entitled “TUNABLE LASER-BASED INFRARED IMAGING SYSTEM AND METHOD OF USE THEREOF” and “Analyzing Specimens by Spectral Images” filed on June 24, 2011 US Patent Application No. 13 / 067,777 entitled “METHOD FOR ANALYZING SPECIMENS BY SPECTRAL IMAGING”. The contents of all of the above applications are hereby incorporated by reference.

本技術分野が抱える一つの問題は、生物試料における異常を高精度に検知するとともに、その分析結果を医師等に提供する方法およびシステムが未だ存在しないことである。   One problem of this technical field is that a method and system for detecting an abnormality in a biological sample with high accuracy and providing the analysis result to a doctor or the like does not yet exist.

従来技術においては、核および細胞形態、染色パターンの検査をはじめとした古典的な細胞病理学または組織病理学的方法を用いることにより、多くの疾患を診断することができる。これらの診断方法は、一般的に、生物試料における最大10,000個の細胞を検査し、異常の可能性がある約10〜50個の細胞あるいは組織の一部を発見することによって行われる。この発見作業は、試料中の細胞の目視顕微鏡検査による医師等の主観的判断に基づく。   In the prior art, many diseases can be diagnosed by using classical cytopathological or histopathological methods including examination of nucleus and cell morphology and staining pattern. These diagnostic methods are generally performed by examining up to 10,000 cells in a biological sample and discovering about 10-50 cells or portions of tissue that may be abnormal. This discovery work is based on the subjective judgment of a doctor or the like by visual microscopic examination of cells in the sample.

古典的な細胞学の一つの例として、20世紀半ばにパパニコローが提唱し、現在、「パップ検査」として一般に知られている、子宮頸疾患の発症を検知する検査方法が挙げられる。この検査は、細胞をスパーテルやブラシを用いて剥離し、顕微鏡スライド上に堆積させて行う。この検査は、当初剥離ブラシを顕微鏡スライド上に擦り付けるようにして行われていたことから、「パップスメア」とも呼ばれる。続いて、細胞はヘマトキシリン−イオシン(H&E)染色またはパップ染色(H&E染色および他のいくつかの対比染色からなる)により染色され、低倍率顕微鏡を用いて細胞学者や細胞技術者により目視検査される。   One example of classical cytology is a test method for detecting the onset of cervical disease, proposed by Papanicolaou in the middle of the 20th century and now commonly known as the “Pap test”. This test is performed by detaching the cells using a spatula or brush and depositing them on a microscope slide. Since this inspection was initially performed by rubbing the peeling brush on the microscope slide, it is also called “pap smear”. Subsequently, the cells are stained with hematoxylin-iocin (H & E) staining or Pup staining (consisting of H & E staining and several other counterstains) and visually inspected by cytologists and cell technicians using a low power microscope. .

こうした試料の顕微鏡写真は、細胞の凝集、細胞残屑による汚染および血液ベースの細胞(赤血球および白血球/リンパ球)を示すことが多い。したがって、オリジナルの「パップ試験」は、偽陽性および偽陰性の診断の割合が非常に高かった。現代の液体ベースの方法(細胞遠心分離法、ThinPrep(登録商標)またはSurepath(登録商標)法)は、細胞の凝集をなくし、交絡細胞タイプを除去することにより、細胞試料を改善した。   Micrographs of such samples often show cell aggregation, contamination with cell debris and blood-based cells (red blood cells and white blood cells / lymphocytes). Thus, the original “Pap test” had a very high rate of false positive and false negative diagnoses. Modern liquid-based methods (cell centrifugation, ThinPrep® or Surepath®) have improved cell samples by eliminating cell aggregation and eliminating confounding cell types.

しかしながら、顕微鏡スライド上に剥離された細胞試料を調製するための方法は実質的に改善されたものの、当技術分野における診断ステップは、一般的には、未だに目視検査と、その結果と細胞検査技師の記憶上のデータベースとの比較に依存している。したがって、診断は依然として本質的に主観的なものであり、かつ観察者間および観察者内の低い再現性の要因となっている。この側面を緩和するため、細胞の目視検査の際に細胞検査技師を補助するための新たな従来技術である自動可視光画像分析システムが導入された。しかしながら、異型性と低度の形成異常との区別は極めて困難であるため、こうした従来の自動画像ベースの方法は、細胞検査技師の実際の責任負担を実質的に軽減するには至っていない。   However, although the method for preparing a detached cell sample on a microscope slide has been substantially improved, the diagnostic steps in the art are generally still in the visual inspection and the results and cytologists. Rely on a comparison with a database in memory. Thus, diagnosis remains essentially subjective and causes low reproducibility between and within observers. In order to alleviate this aspect, an automatic visible light image analysis system, a new prior art, has been introduced to assist cytotechnologists during visual inspection of cells. However, the distinction between atypia and low-grade dysplasia is extremely difficult, and such conventional automated image-based methods have not yet substantially reduced the actual responsibility of cytologists.

古典的な組織病理学において、医師等は、剥離された個別の細胞ではなく組織切片を適切な方法で染色して、顕微鏡を用いて観察していた。医師等は、異常を検知するために、全体的な組織構造、細胞の形態、核の形態、核細胞質比、クロマチン分布、有糸分裂像の有無等に着目する。上述の基準は形態学に基づいており、それによる評価はある程度主観的なものとなる。免疫組織化学やより最近の分析方法において、医師等の主観的な評価による組織診断を用いることが多くなっている。   In classical histopathology, doctors and the like have stained tissue sections, not individual detached cells, with an appropriate method and observed them using a microscope. Doctors and the like pay attention to the overall tissue structure, cell morphology, nucleus morphology, nucleocytoplasm ratio, chromatin distribution, presence / absence of mitosis, etc., in order to detect abnormalities. The above criteria are based on morphology, and the resulting assessment is somewhat subjective. In immunohistochemistry and more recent analysis methods, tissue diagnosis based on subjective evaluation by doctors or the like is increasingly used.

当技術分野においては、生体組織検査により入手可能な組織切片の組織病理学的診断にスペクトル法が応用される。「スペクトル組織病理学(SHP)」と呼ばれる上記手法におけるデータの取得は、スペクトル細胞病理学(SCP)に用いられるものと同じスペクトル法を用いて実施することができる。   In the art, spectral methods are applied to histopathological diagnosis of tissue sections obtainable by biopsy. Data acquisition in the above technique called “spectral histopathology (SHP)” can be performed using the same spectral method as used for spectral cytopathology (SCP).

当技術分野の幾つかの方法において、広帯域赤外線(IF)または他の光出力が、干渉計などの器具を用いて試料(例えば組織試料)に透過され、干渉パターンを生成する。次いで、反射および/または透過光が、典型的には干渉パターンとして検知される。次に、高速フーリエ変換(FFT)を、比例化されたパターンで実行し、各サンプル画素に関連するスペクトル情報を取得する。結果情報は画素スペクトルとして参照される。   In some methods in the art, broadband infrared (IF) or other light output is transmitted through a sample (eg, a tissue sample) using an instrument such as an interferometer to generate an interference pattern. The reflected and / or transmitted light is then typically detected as an interference pattern. Next, a fast Fourier transform (FFT) is performed on the proportionalized pattern to obtain spectral information associated with each sample pixel. Result information is referred to as a pixel spectrum.

FFTベースの技術プロセスの一つの限界は、広帯域の赤外スペクトル放射を用いるため、各帯域における単位時間あたりの利用可能な放射エネルギー量が非常に低くなり得ることである。結果的に、この方法のプロセスに利用可能なデータは、通常、本質的に制限される。また、このような利用可能な低いエネルギーレベルで、受信したデータと背景のノイズとを判別するためには、高感度液体窒素冷却検知器のような高感度器具が必要となる(冷却により背景の赤外線干渉の影響が緩和される)。さらなる欠点として、このような技術システムは、多大なコスト、設置スペース、エネルギーの使用につながるおそれがある。   One limitation of the FFT-based technology process is that because it uses broadband infrared spectral radiation, the amount of radiant energy available per unit time in each band can be very low. As a result, the data available for this method process is usually inherently limited. Also, in order to discriminate between received data and background noise at such a low energy level available, a high sensitivity instrument such as a high sensitivity liquid nitrogen cooling detector is required (cooling reduces the background). The effect of infrared interference is mitigated). As a further disadvantage, such technical systems can lead to significant costs, installation space and energy usage.

疾患および/または病状の診断、予後、治療および/または予測のために疾患の分類を行う目的で、大気条件下での組織試料および他の試料の撮像などに用いられる赤外線等を透過および検知するための装置、方法およびシステムに関する技術においては、未だ満たされていない要求がある。また、その分析結果を医師等に提供するするためのシステムおよび方法に関する技術においても、未だ満たされていない要求がある。   Transmits and detects infrared rays used for imaging tissue samples and other samples under atmospheric conditions for the purpose of classifying diseases for diagnosis, prognosis, treatment and / or prediction of diseases and / or medical conditions There is an unmet need in the technology for apparatus, methods and systems for In addition, there is an unmet need in the technology relating to the system and method for providing the analysis results to doctors and the like.

本発明の態様は、生物試料を診断、予後、予測および治療クラスに分類するために、組織試料をはじめとする試料を画像データによって分析し、評価するシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、医療診断を補助するために、生物試料を受け取り、その生物試料データの分析結果を提供するためのシステムおよび方法に関する。   Aspects of the invention relate to systems and methods for analyzing and evaluating samples, including tissue samples, with image data to classify biological samples into diagnostic, prognostic, predictive and therapeutic classes. More particularly, the present invention relates to a system and method for receiving a biological sample and providing analysis results of the biological sample data to assist in medical diagnosis.

本発明の態様は、広範囲の離散スペクトル増分にわたる医療診断用の赤外線顕微鏡データを迅速に収集するように設計された、広帯域波長可変量子カスケードレーザ(QCL)あるいは光パラメトリック発振器(OPSs)などのコヒーレント/非コヒーレント光源からの赤外スペクトル情報を用いた組織および他の試料を撮像するための方法、装置およびシステムを含む。赤外線データをSHPシステムによって処理することで、分析データや医療診断、予後および/または予測分析が提供される。   Aspects of the present invention provide coherent / tunable, such as broadband tunable quantum cascade lasers (QCL) or optical parametric oscillators (OPSs) designed to rapidly collect infrared diagnostic data for medical diagnostics over a wide range of discrete spectral increments. Included are methods, apparatus and systems for imaging tissue and other samples using infrared spectral information from non-coherent light sources. Processing infrared data with the SHP system provides analytical data, medical diagnosis, prognosis and / or predictive analysis.

本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、既知の細胞病理学または組織病理学的方法を用いる場合よりも早く、生物試料における異常を検知することができる。   By using the method, apparatus and system according to the present invention, an abnormality in a biological sample can be detected earlier than when a known cytopathological or histopathological method is used.

本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、例えば、医師等が分析データをはじめとした生物試料に関する情報および/または医療診断に関する情報を容易に得ることができる。   By using the method, apparatus and system according to the present invention, for example, a doctor or the like can easily obtain information on biological samples including analysis data and / or information on medical diagnosis.

本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、生物試料の診断、予後、治療、サブタイプおよび/または予測分類を行うための機械学習方法またはアルゴリズムを訓練することができる。さらに、上記の方法、装置およびシステムを用いることにより、生物試料の医療診断、予後、治療、サブタイプおよび/または予測分析に用いられる分類モデルを作成することができる。   By using the method, apparatus and system according to the present invention, a machine learning method or algorithm for performing diagnosis, prognosis, treatment, subtype and / or predictive classification of biological samples can be trained. Furthermore, by using the methods, devices and systems described above, classification models used for medical diagnosis, prognosis, treatment, subtype and / or predictive analysis of biological samples can be created.

本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、予測分類の信頼値を生成することができる。上記信頼値は、信頼予測画像に包含させることができる。また、信頼値は、信頼予測報告にも包含させることができる。   By using the method, apparatus, and system according to the present invention, the confidence value of the prediction classification can be generated. The confidence value can be included in the confidence prediction image. The confidence value can also be included in the confidence prediction report.

本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、癌の新たなクラスおよび/またはサブタイプを特定し、割り当てることができる。また、上記の方法、装置およびシステムを用いることにより、予測分類をグレード分けすることができる。上記グレードは、例えば、癌の進行度を表すものである。また、上記予測分類およびグレードを用いて、生物試料の医学的診断および/または予後を行うことができる。さらに、予測分類を用いて、患者を疾患の状態(例えば、癌の進行度)に基づいた診療データ群に関連付けることができる。   By using the method, apparatus and system according to the present invention, new classes and / or subtypes of cancer can be identified and assigned. Further, the predicted classification can be graded by using the above-described method, apparatus, and system. The grade represents, for example, the degree of progression of cancer. The predictive classification and grade can also be used for medical diagnosis and / or prognosis of biological samples. In addition, predictive classification can be used to associate patients with a collection of clinical data based on disease status (eg, cancer progression).

また、本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、採取材料を治療のための分子遺伝子配列分析に使用することができる。また、本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、生物試料の遺伝子発現に注釈付けをすることができる。   Further, by using the method, apparatus and system according to the present invention, the collected material can be used for molecular gene sequence analysis for treatment. Furthermore, gene expression in biological samples can be annotated by using the method, apparatus and system according to the present invention.

本発明の変形に関連する付加的な利点および新規な特徴は、以下の記載において部分的に述べられており、以下の記載を吟味し、あるいはそこに記載された態様を実践することにより、当業者において、部分的により明らかになる。   Additional advantages and novel features related to variations of the present invention are set forth in part in the description which follows, and by examining the following description or practicing the embodiments described therein, It will be partially clearer to the vendor.

本発明の態様は、本明細書で以下に与えられる詳細な説明、並びに単なる実例および例として与えられ、したがってその態様に対して制限されない添付図面から完全に明らかになる。   Aspects of the present invention will become more fully apparent from the detailed description provided herein below and the accompanying drawings, which are given by way of illustration and example only, and thus are not limited to that aspect.

図1は、本発明の一態様において、生物試料における癌のクラス特定を補助するための信頼値および分化値を用いて疾患の状態を特定する手順の一例を示す。本図は、新規のクラスまたはサブタイプが発見されたことを示している(高分化/低信頼領域あるいは低分化/高信頼領域を参照)。FIG. 1 shows an example of a procedure for identifying a disease state using a confidence value and a differentiation value for assisting in identifying a cancer class in a biological sample in one embodiment of the present invention. This figure shows that a new class or subtype has been discovered (see well differentiated / low confidence region or poor differentiation / high confidence region). 図2は、本発明の一態様において、生物試料中の2つの異なる診断領域(青色および赤紫色の領域)が隣接する領域につきSHP分析を行った結果のカラーフォトスタット画像を示す。本図では、診断が不確かな(信頼度が低い)領域を白色で示している。FIG. 2 shows a color photostat image as a result of performing an SHP analysis on an area where two different diagnostic areas (blue and magenta areas) in a biological sample are adjacent in one embodiment of the present invention. In this figure, the region where diagnosis is uncertain (low reliability) is shown in white. 図3は、本発明の一態様において、新規のクラスまたはサブタイプの特定に加え、疾患または病状の診断、予後および/または予測分析を行うために生物試料からのスペクトルデータセットを分析する手順の一例を示す。FIG. 3 illustrates, in one embodiment of the present invention, a procedure for analyzing a spectral data set from a biological sample to perform diagnosis, prognosis and / or predictive analysis of a disease or condition in addition to identifying a new class or subtype. An example is shown. 図4は、本発明の一態様において、生物試料において顕微解剖を行う領域を特定および識別するためのSHP画像の使用手順の一例を示す。FIG. 4 shows an example of a procedure for using an SHP image to identify and identify a region to be microdissected in a biological sample in one embodiment of the present invention. 図5Aは、本発明の一態様における、赤外画像データの前処理の手順の一例を示す。FIG. 5A illustrates an example of a preprocessing procedure of infrared image data in one embodiment of the present invention. 図5Bは、本発明の一態様における、赤外画像データの前処理の手順の一例を示す。FIG. 5B illustrates an example of a pre-processing procedure for infrared image data according to one embodiment of the present invention. (A)は、本発明の一態様における、実画像(実際の注釈)の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(B)は、本発明の一態様における、SHP予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(C)は、本発明の一態様における、信頼予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(A) is a color photostat image showing an example of an actual image (actual annotation) in one embodiment of the present invention. (B) is a color photostat image showing an example of an SHP predicted image in one embodiment of the present invention. (C) is a color photostat image showing an example of a reliability prediction image in one embodiment of the present invention. (A)は、本発明の一態様における、信頼予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(B)は、本発明の一態様における、信頼予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(C)は、本発明の一態様における、臨床画像に予測画像を重ね合わせたカラーフォトスタット画像である。(D)は、本発明の一態様における、信頼予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(A) is a color photostat image showing an example of a reliability prediction image in one embodiment of the present invention. (B) is a color photostat image showing an example of a reliability prediction image in one embodiment of the present invention. (C) is a color photostat image in which a predicted image is superimposed on a clinical image in one embodiment of the present invention. (D) is a color photostat image showing an example of a reliability prediction image in one embodiment of the present invention. (A)は、本発明の一態様における、病理学に基づく注釈が付された実画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(B)は、本発明の一態様における、予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(C)は、本発明の一態様における、真陽性/真陰性および偽陽性/偽陰性分析を適用した後の予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(A) is a color photostat image showing an example of a real image annotated based on pathology in one embodiment of the present invention. (B) is a color photostat image showing an example of a predicted image in one embodiment of the present invention. (C) is a color photostat image showing an example of a predicted image after applying true positive / true negative and false positive / false negative analysis in one embodiment of the present invention. (A)は、本発明の一態様における、関心領域が設定された(一部はほとんど分化されていない)画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(B)は、本発明の一態様における、関心領域が設定された(一部はほとんど分化されていない)画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。(A) is a color photostat image showing an example of an image in which a region of interest is set (partially hardly differentiated) in one embodiment of the present invention. (B) is a color photostat image showing an example of an image in which a region of interest is set (partially hardly differentiated) in one embodiment of the present invention. 図10は、本発明の一態様における、信頼予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 10 is a color photostat image illustrating an example of a reliability prediction image in one embodiment of the present invention. 図11は、本発明の一態様における、実画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 11 is a color photostat image showing an example of an actual image in one embodiment of the present invention. 図12は、本発明の一態様における、予測画像の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 12 is a color photostat image showing an example of a predicted image in one embodiment of the present invention. 図13は、本発明の一態様における、信頼予測画像(例えば、図10〜図13)に関連付けられた信頼スケールの凡例の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 13 is a color photostat image illustrating an example of a legend of a confidence scale associated with a confidence prediction image (for example, FIGS. 10 to 13) according to an aspect of the present invention. 図14Aは、本発明の一態様における、生物試料の分類の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 14A is a color photostat image showing an example of biological sample classification according to one embodiment of the present invention. 図14Bは、本発明の一態様における、良性および悪性腫瘍の分類の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 14B is a color photostat image showing an example of classification of benign and malignant tumors in one embodiment of the present invention. 図14Cは、本発明の一態様において用いられるアルゴリズム構造を示し、図中のA、B、CおよびDは、一定の組織状態、クラスあるいはサブタイプを表す。FIG. 14C shows the algorithm structure used in one aspect of the present invention, where A, B, C and D in the figure represent a certain organizational state, class or subtype. 図15は、本発明の一態様における、分類報告の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 15 is a color photostat image showing an example of a classification report in one embodiment of the present invention. 図16は、本発明の一態様における、妥当性報告の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 16 is a color photostat image showing an example of a validity report in one embodiment of the present invention. 図17は、本発明の一態様における、顕微解剖選択領域の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 17 is a color photostat image showing an example of a microdissection selection region in one embodiment of the present invention. 図18Aは、本発明の一態様における、顕微解剖選択領域の特定および識別の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 18A is a color photostat image showing an example of specifying and identifying a microdissection selection region in one embodiment of the present invention. 図18Bは、本発明の一態様における、顕微解剖選択領域の特定および識別の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 18B is a color photostat image showing an example of specifying and identifying a microdissection selection region in one embodiment of the present invention. 図18Cは、本発明の一態様における、顕微解剖選択領域の特定および識別の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 18C is a color photostat image showing an example of specifying and identifying a microdissection selection region in one embodiment of the present invention. 図18Dは、本発明の一態様における、顕微解剖選択領域の特定および識別の一例を示すカラーフォトスタット画像である。FIG. 18D is a color photostat image showing an example of specifying and identifying a microdissection selection region in one embodiment of the present invention. 図19は、本発明の態様において用いられるコンピュータシステムの構成を示す。FIG. 19 shows a configuration of a computer system used in the embodiment of the present invention. 図20は、本発明の態様において用いられるコンピュータシステムの一例を示す。FIG. 20 shows an example of a computer system used in an embodiment of the present invention.

本発明の態様は、生物試料を診断、予後および治療クラスに分類し、生物試料の分析データや医療診断、予後、治療および/または予測分析を提供するための方法、システムおよび装置を含む。   Aspects of the invention include methods, systems and devices for classifying biological samples into diagnostic, prognostic and therapeutic classes and providing biological sample analytical data and medical diagnosis, prognosis, treatment and / or predictive analysis.

また、本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、例えば、予測分類の信頼値を生成することができる。信頼値は、生物試料中に疾患が存在することに対する信頼の度合いを表す。例えば、信頼値は、90%の信頼度で生物試料中に疾患が存在することを示す。また他の例では、信頼値は、3%の信頼度で生物試料中に疾患が存在することを示す。本発明の一態様では、信頼値は、信頼予測画像に含まれてもよい。例えば、信頼予測画像は、生物試料の全体または一部分について、信頼値の視覚的表現を含んでいてもよい。上記信頼画像は、診断を行う際に医師を補助するために付加的に使用されてもよい。また、信頼画像は、顕微解剖のための関心領域の特定に使用されてもよい。   In addition, by using the method, apparatus, and system according to the present invention, for example, a confidence value of a prediction classification can be generated. The confidence value represents the degree of confidence that the disease is present in the biological sample. For example, a confidence value indicates that a disease is present in a biological sample with 90% confidence. In another example, the confidence value indicates that the disease is present in the biological sample with 3% confidence. In one aspect of the present invention, the confidence value may be included in the confidence prediction image. For example, the confidence prediction image may include a visual representation of confidence values for all or a portion of the biological sample. The trust image may additionally be used to assist a doctor in making a diagnosis. The trust image may also be used to identify a region of interest for microdissection.

また、信頼画像および信頼値報告を用いることにより、例えば、異種の疾患における重複した病態、疾患のタイプの違い、および重複した病態に関する信頼度を視覚的に表示することができる。これにより、医師は、生物試料中の顕著な疾患および生物試料中に存在し得るその他の疾患を特定することができる。   In addition, by using the confidence image and the confidence value report, for example, it is possible to visually display the overlapping pathology in different types of diseases, the difference in the type of the disease, and the reliability regarding the overlapping pathology. This allows the physician to identify significant diseases in the biological sample and other diseases that may be present in the biological sample.

本発明に係る方法、装置およびシステムを用いることにより、上記予測分類により特定された癌をグレード分けすることができる(例えば、特定された癌のクラスおよび/またはサブクラス)。上記グレードは、進行の初期段階のものから十分に進行したものまで、癌の進行度を示すことができる。例えば、グレードは、「グレード1」、「グレード2」、「グレード3」というように数字で表すことができる。また、例えば「高グレード」、「低グレード」、「中グレード」というように、範囲で表現してもよい。疾患のグレードは、病理学者による生物試料の主観的解釈によって決定されてもよい。本発明に係るシステムは、生物試料のために作成された予測分類にグレードを適用することができる。本発明の一態様に係るシステムは、生物試料の生化学的特性を受信し、これを用いて予測分類のグレードを決定することができる。医師は、生物試料において特定された癌の1つまたは複数のクラスおよび/またはサブクラスに加え、上記特定された癌のクラスおよび/またはサブクラスの進行度を含む報告を受信することができる。このように、予測分類およびグレードを用いて、生物試料の医学的診断および/または予後を行うことができる。また、予測分類およびグレードに基づいて、生物試料に関する治療の決定を行うことができる。   By using the method, apparatus, and system according to the present invention, the cancer identified by the prediction classification can be graded (for example, the identified cancer class and / or subclass). The grade can indicate the degree of progression of cancer from the initial stage of progression to one that has progressed sufficiently. For example, the grade can be expressed by a number such as “grade 1”, “grade 2”, “grade 3”. Further, for example, “high grade”, “low grade”, and “medium grade” may be expressed as a range. The grade of disease may be determined by subjective interpretation of the biological sample by a pathologist. The system according to the present invention can apply grades to predictive classifications created for biological samples. The system according to one aspect of the present invention can receive a biochemical characteristic of a biological sample and use it to determine the grade of a predictive classification. The physician can receive a report that includes one or more classes and / or subclasses of the cancer identified in the biological sample, as well as the progression of the identified cancer class and / or subclass. In this way, medical classification and / or prognosis of biological samples can be performed using predictive classification and grade. In addition, treatment decisions regarding biological samples can be made based on predicted classification and grade.

本発明に係るシステムの一態様において、疾患のグレードまたは進行度の決定を補助するために、試料の分化値を定めることができる。分化値は、疾患のグレードまたは進行度の定量的な尺度である。分化値が低いときは、例えば、試料中で特定された疾患が十分に進行しておらず、進行の初期段階にあること、および/または、異なる種類の疾患が存在する可能性があることを示す。分化値が中程度であるときは、例えば、試料中で特定の疾患が進行していることを示す。分化値が高いときは、例えば、生物試料中に存在する特定の疾患がより進行していることを示す。また、分化値が低いときは、試料中の各領域がほとんど分化されていないことを示し、分化値が高いときは、試料中の各領域が十分に分化されていることを示す。   In one embodiment of the system according to the invention, the differentiation value of the sample can be defined to assist in determining the disease grade or progression. Differentiation values are a quantitative measure of disease grade or progression. Low differentiation values indicate, for example, that the disease identified in the sample has not progressed sufficiently and is in the early stages of progression and / or that there may be different types of disease. Show. When the differentiation value is medium, for example, it indicates that a specific disease is progressing in the sample. A high differentiation value indicates, for example, that a specific disease present in a biological sample is more advanced. Moreover, when a differentiation value is low, it shows that each area | region in a sample is hardly differentiated, and when a differentiation value is high, it shows that each area | region in a sample is fully differentiated.

低分化領域は、疾患を診断するために使用される生物試料において特定された情報(例えば、形態学的特徴)が不十分である実画像の領域を含んでいてもよい。実画像は、例えば、癌のクラスおよび/またはサブクラスのように、生物試料中に存在し得る疾患のタイプを示す医師による注釈付きの画像を含んでいてもよい。例えば、低分化領域は、画像における情報が鮮明でない部分に生じ得る。図9Aおよび図9Bは、低分化領域を含む例示的な画像を示す。高分化領域は、疾患を診断するために使用される生物試料において特定された情報が豊富な実画像の領域を含んでいてもよい。例えば、高分化領域は、画像における情報が癌のクラスまたはサブクラスを表す部分に生じ得る。   The poorly differentiated region may include a region of a real image where information (eg, morphological features) specified in a biological sample used to diagnose a disease is insufficient. The real image may include an annotated image by a physician indicating the type of disease that may be present in the biological sample, such as, for example, a class and / or subclass of cancer. For example, the poorly differentiated region may occur in a portion where information in an image is not clear. 9A and 9B show exemplary images that include poorly differentiated regions. The well-differentiated region may include a real image region rich in information specified in a biological sample used to diagnose a disease. For example, well-differentiated regions can occur in the part where information in the image represents a class or subclass of cancer.

本発明に係るシステムは、生物試料の実画像に関する注釈を分析することにより、試料中の領域が低分化領域と高分化領域のいずれであるかを決定することができる。例えば、医師は、構成が低品質、中品質、あるいは高品質である画像の領域を特定することにより、試料の実画像に注釈付けをすることができる。本発明に係るシステムは、試料の領域が低分化領域と高分化領域のいずれであるかを、予測画像のスペクトル分析により決定することもできる。例えば、本発明に係るシステムは、低パフォーマンスのスペクトル領域を決定することができる。また、本発明に係るシステムは、高パフォーマンスのスペクトル領域を決定することができる。   The system according to the present invention can determine whether a region in a sample is a poorly differentiated region or a highly differentiated region by analyzing annotations regarding a real image of a biological sample. For example, a physician can annotate an actual image of a sample by identifying regions of the image that are low quality, medium quality, or high quality. The system according to the present invention can also determine whether a sample region is a poorly differentiated region or a highly differentiated region by spectral analysis of a predicted image. For example, the system according to the present invention can determine a low performance spectral region. Also, the system according to the present invention can determine a high performance spectral region.

図1に示すように、本発明に係る方法、装置およびシステムを用いて、生物試料の通常の領域、および生物試料中に存在する癌のクラスおよび/またはサブクラスを特定し、および/または生物試料に癌の新しいクラスまたはサブクラスを割り当てることができる。図1は、本発明の一態様において、信頼値および分化値を用いて生物試料中の癌のクラスの特定を補助するための例示的なグラフ100を示す。グラフ100のy軸は、レベル値を1〜10の範囲で表しており、1は低分化試料を、10は高分化試料を示す。また、グラフ100のx軸は、信頼値を1〜10の範囲で表したものであり、1は信頼値が低く、10は信頼値が高いことを示す。   As shown in FIG. 1, the method, apparatus and system according to the present invention is used to identify a normal region of a biological sample and the class and / or subclass of cancer present in the biological sample and / or biological sample. Can be assigned a new class or subclass of cancer. FIG. 1 illustrates an exemplary graph 100 for assisting in identifying a class of cancer in a biological sample using confidence and differentiation values in one aspect of the invention. The y-axis of the graph 100 represents level values in the range of 1 to 10, where 1 indicates a poorly differentiated sample and 10 indicates a highly differentiated sample. The x-axis of the graph 100 represents the reliability value in the range of 1 to 10, where 1 indicates that the reliability value is low and 10 indicates that the reliability value is high.

移行領域は、生物試料において疾患が進行中である領域を含む。進行の初期段階においては、異なる疾患であっても区別がつきにくい。移行領域は、生物試料における複数の疾患を識別することができる。純粋領域は、疾患が高度に進行した生物試料の領域を含むことができる。   The transition region includes the region where the disease is ongoing in the biological sample. In the early stages of progression, even different diseases are difficult to distinguish. The transition region can identify multiple diseases in the biological sample. A pure region can include a region of a biological sample in which the disease is highly advanced.

図2は、本発明の一態様に係る移行領域の分析例を示す。図2は、図1で特定された生物試料の移行領域の分析に基づき、本発明に係るシステムによって生成された信頼予測画像(例えば、図2の右端の画像)の一例を示す。例えば、信頼度予測画像は、移行領域内に特定のクラスの癌が存在することに関する、本発明に係るシステムの信頼度を表す。   FIG. 2 illustrates an analysis example of a transition region according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an example of a confidence prediction image (for example, the rightmost image in FIG. 2) generated by the system according to the present invention based on the analysis of the transition region of the biological sample specified in FIG. For example, the reliability prediction image represents the reliability of the system according to the present invention related to the presence of a specific class of cancer in the transition region.

本発明の一態様においては、試料が十分に分化されているが特定されたクラスまたはサブクラスのタイプの信頼度が低い場合、生物試料中に新しいクラスを特定することができる。また、試料が十分に分化されていないが信頼度が高い場合も、生物試料中に新しいクラスを特定することができる。高い信頼度は、スペクトル分析によって実現される。例えば、予測画像からのスペクトル信号が純粋(信号に他のスペクトルが混じっていない)であれば、信頼度は高くなる。逆に、予測画像からのスペクトル信号が不純(信号に他のクラスのスペクトルが混じっている)であると、信頼度は低くなる。   In one aspect of the invention, a new class can be identified in a biological sample if the sample is well differentiated but the confidence of the identified class or subclass type is low. Also, a new class can be identified in a biological sample when the sample is not fully differentiated but is highly reliable. High reliability is achieved by spectral analysis. For example, if the spectrum signal from the predicted image is pure (no other spectrum is mixed in the signal), the reliability is high. Conversely, if the spectrum signal from the predicted image is impure (the signal is mixed with another class of spectrum), the reliability is low.

新しいクラスは、下記の図3に関する説明で詳述するように、実画像(例えば、試料中に存在する癌のタイプを示す医師による注釈付きの画像)と予測画像(例えば、試料中に存在する癌のタイプを示すスペクトル分析に基づくスペクトル画像)の間に齟齬が生じた場合に特定することができる。   The new class is present in the actual image (eg, an annotated image by the physician indicating the type of cancer present in the sample) and the predicted image (eg, in the sample, as detailed in the description with respect to FIG. 3 below. It can be identified when wrinkles occur between spectral images based on spectral analysis indicating the type of cancer.

本発明の一態様において、信頼値を分化値と連携させることで生物試料中に存在し得る癌のクラスまたはサブクラスを特定することができる。新たな癌のクラスの特定については、図3に関連して詳述する。   In one embodiment of the present invention, a class or subclass of cancer that can exist in a biological sample can be identified by linking a confidence value with a differentiation value. The identification of a new cancer class will be described in detail in connection with FIG.

図3は、本発明の一態様における、疾患または病状の診断、予後および/または予測分類のための生物試料の分析手順300を示す。手順300は、癌のサブ分類を特定するために用いることができる。また、手順300は、正常な組織と癌病変とを識別(例えば、癌病変近位の正常な組織と癌病変遠位の正常な組織との識別)するために用いることができる。   FIG. 3 illustrates a biological sample analysis procedure 300 for diagnosis, prognosis and / or predictive classification of a disease or condition in one aspect of the invention. Procedure 300 can be used to identify a subclass of cancer. Procedure 300 can also be used to distinguish between normal tissue and cancerous lesions (eg, distinguishing normal tissue proximal to cancerous lesions and normal tissue distal to cancerous lesions).

本発明に係る方法は、生物試料を受け取る工程302を含む。生物試料には、ヒトや動物などの個体から採取した組織または細胞材料が含まれる。生物試料は、医師等により任意の既知の方法を用いて採取される。試料は、例えば、生体組織検査、剥離細胞試料の堆積、細針吸引(FNA)などにより採取したミクロトーム切片等を含む。しかしながら、本開示は、これらの生物試料に限定されるものではなく、空間分解赤外分光情報が必要な試料を含む。   The method according to the invention includes a step 302 of receiving a biological sample. Biological samples include tissue or cellular material collected from individuals such as humans and animals. The biological sample is collected by a doctor or the like using any known method. The sample includes, for example, a microtome section collected by biopsy, exfoliated cell sample deposition, fine needle aspiration (FNA), and the like. However, the present disclosure is not limited to these biological samples and includes samples that require spatially resolved infrared spectroscopy information.

本発明に係る方法を用いれば、様々な細胞または組織を検査することができる。これらの細胞には、上皮細胞などの剥離細胞が含まれる。上皮細胞は、扁平上皮細胞(単層または重層、および、角化または非角化)、円柱上皮細胞(単層、重層または偽重層、および、線毛または非線毛)および立方上皮細胞(単層または重層、および、繊毛または非繊毛)に分類される。これらの上皮細胞は、腸、卵巣、男性生殖組織、呼吸器系、角膜、鼻、腎臓などの体全体の様々な臓器を覆っている。腺上皮細胞は、喉、胃、血管、リンパ系、および舌を覆う上皮細胞の一種である。中皮細胞は、体腔を覆う上皮細胞の一種である。尿路上皮細胞は、膀胱を覆う上皮細胞の一種である。内皮細胞は、血管を覆う細胞である。   With the method according to the present invention, various cells or tissues can be examined. These cells include exfoliated cells such as epithelial cells. Epithelial cells can be squamous epithelial cells (monolayer or stratified and keratinized or non-keratinized), columnar epithelial cells (monolayer, stratified or pseudostratified, and pili or nonpiliated) and cubic epithelial cells (mono Layer or layer, and cilia or non-cilia). These epithelial cells cover various organs throughout the body such as the intestines, ovaries, male reproductive tissues, respiratory system, cornea, nose and kidneys. Glandular epithelial cells are a type of epithelial cells that cover the throat, stomach, blood vessels, lymphatic system, and tongue. Mesothelial cells are a type of epithelial cell that covers a body cavity. Urinary epithelial cells are a type of epithelial cells that cover the bladder. Endothelial cells are cells that cover blood vessels.

本発明に係るシステムの一態様では、生物試料を受信するように動作可能な受信モジュールを有する。また、別の態様では、生物試料に対応するデータを受信することができる。例えば、ユーザが生物試料に対応するデータを提供してもよい。   One aspect of the system according to the invention comprises a receiving module operable to receive a biological sample. In another aspect, data corresponding to a biological sample can be received. For example, the user may provide data corresponding to the biological sample.

本発明に係る方法は、生物試料のスペクトル画像を生成する工程304を含む。本発明に係るシステムは、生物試料のスペクトルデータを収集してスペクトル画像を生成する。スペクトルデータは、赤外スペクトルデータに限定されず、表面またはチップ増強ラマン、およびコヒーレント反ストークスラマン、フェムト秒誘導ラマン効果、可視、テラヘルツおよび蛍光分光法等の非線形ラマン技術などのラマンおよびその関連技術を含む方法に基づく適切なデータを含むことができる。赤外線分光法は、全反射型フーリエ変換赤外線分光法(ATR−FTIR)などの赤外線反射測定を含むが、これらに限定されない。一般的に、赤外線分光法はその指紋感度の高さゆえに利用されるが、これはラマン分光法においても同様である。赤外線分光法は、例えば、より広域な組織切片に使用されてもよく、さらに、ラマン分光法よりも扱いやすいサイズのデータを提供するのにも利用される。さらに、赤外線分光法データは、完全に自動的なデータ入手するのがより簡単で、さらに解析しやすい。さらに、赤外線分光法は、種々の組織構造および病気の診断に必要な感度と特異性を有している。   The method according to the invention includes a step 304 of generating a spectral image of the biological sample. The system according to the present invention collects spectral data of a biological sample and generates a spectral image. Spectral data is not limited to infrared spectral data; Raman and related technologies such as surface or chip-enhanced Raman and non-linear Raman technologies such as coherent anti-Stokes Raman, femtosecond stimulated Raman effect, visible, terahertz and fluorescence spectroscopy Appropriate data based on methods including Infrared spectroscopy includes, but is not limited to, infrared reflection measurements such as total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR). In general, infrared spectroscopy is used because of its high fingerprint sensitivity, and this is also true for Raman spectroscopy. Infrared spectroscopy may be used, for example, on wider tissue sections and is also used to provide data that is easier to handle than Raman spectroscopy. In addition, infrared spectroscopy data is easier to obtain fully automatic and easier to analyze. In addition, infrared spectroscopy has the sensitivity and specificity necessary for the diagnosis of various tissue structures and diseases.

本発明の一態様では、スペクトルデータは、医師等により、関連する米国特許出願第13/084,287号に記載された波長可変レーザ・ベースの赤外線撮像システムおよび方法を用いて取得される。スペクトルデータは、赤外線波長可変レーザをコヒーレント光源として用いることで取得される。波長可変レーザからの赤外線透過の波長は、目的とするスペクトルにわたって別個のステップで変更され、スペクトルにわたる透過および/または反射した透過が検知され、画像分析に用いられる。スペクトルデータは、グローバー、シンクロトロンその他の広帯域光源のような、レーザによらない光源を用いた常用のフーリエ変換赤外分光(FTIR)システムによっても取得することができる。   In one aspect of the invention, spectral data is acquired by a physician or the like using a tunable laser-based infrared imaging system and method described in related US patent application Ser. No. 13 / 084,287. Spectral data is acquired by using an infrared wavelength tunable laser as a coherent light source. The wavelength of infrared transmission from the tunable laser is changed in discrete steps across the spectrum of interest, and transmission across the spectrum and / or reflected transmission is detected and used for image analysis. Spectral data can also be acquired by a conventional Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) system using a non-laser light source such as Glover, Synchrotron or other broadband light sources.

本発明の態様において使用可能なレーザの一例は、赤外線波長出力を例えば約5μmから12μmの間で変更することが可能な量子カスケードレーザ(QCL)である。アレイ検出器は、透過および/または反射した赤外線波長の画像情報を検知するために用いられる。   One example of a laser that can be used in aspects of the present invention is a quantum cascade laser (QCL) capable of changing the infrared wavelength output, for example, between about 5 μm and 12 μm. The array detector is used to detect transmitted and / or reflected infrared wavelength image information.

本発明の態様による一つの例示的な実施において、QCLのビームは、赤外線反射または透過スライド上の巨視的スポット(直径約5−8mm)を照射するよう光学的に調整され、そのスライド上で赤外線ビームは試料と相互作用する。反射したまたは透過した赤外線ビームは、好適な結像光学系を介して赤外線アレイ検知器に投射され、概ね解析限界よりも小さな、あるいは同等のピクセルサイズで照射領域全体を試料採取する。   In one exemplary implementation according to an aspect of the present invention, the QCL beam is optically adjusted to illuminate a macroscopic spot (about 5-8 mm in diameter) on an infrared reflective or transmissive slide, on which infrared light is transmitted. The beam interacts with the sample. The reflected or transmitted infrared beam is projected to the infrared array detector via suitable imaging optics and samples the entire illuminated area with a pixel size that is generally less than or equal to the analysis limit.

組織または細胞のボクセルの赤外線スペクトルは、試料ボクセルの化学組成または生化学的組成全体のスナップ写真を表す。この赤外線スペクトルは、スペクトル画像の生成(304)に用いられるスペクトルデータである。上述の記載は、スペクトルデータを得る方法、および、得られるスペクトルデータの概要例を示したものであり、スペクトルデータを取得する工程のさらなる詳細については米国特許出願第13/084,287号に記載されている。   The infrared spectrum of a tissue or cell voxel represents a snapshot of the overall chemical or biochemical composition of a sample voxel. This infrared spectrum is spectral data used for generation (304) of a spectral image. The above description shows a method for obtaining spectral data and an outline example of the obtained spectral data. Further details of the process for obtaining spectral data are described in US Patent Application No. 13 / 084,287. Has been.

本発明の一態様において、医師等によりすべてのスペクトルデータを取得した後、得られたスペクトルデータおよび生物試料などをSHPシステムに送信する。例えば、SHPシステムは、送信されたデータを受信するように動作可能な受信モジュール有する。データは、コンピュータ、携帯電話、携帯用情報端末(PDA)などの携帯用デバイス等、データ送信が可能な電子機器に自動または手動で入力される。本発明の一態様において、SHPシステムは、データを分析するための適切なアルゴリズムを備える、離れた場所に配置されたコンピュータを含んでいてもよい。本発明の別の態様では、SHPシステムは、データが入力される電子機器と同じローカルエリアネットワーク内に配置されたコンピュータを含んでいてもよいし、データが入力される電子機器上に配置されていても良い(すなわち、医師等は、データをSHPシステムに直接入力することができる)。SHPシステムが電子機器から分離して配置された場合、データは、ローカルエリアネットワークまたはインターネットを用いたローカルコンピュータへの適切な電子伝送手段によってSHPシステムに伝送することができる。SHPシステムにデータを送信するためのネットワーク・レイアウトおよびシステムの例については、図19および20に関連して、以下でより詳細に説明する。   In one embodiment of the present invention, after all spectrum data is acquired by a doctor or the like, the obtained spectrum data and biological sample are transmitted to the SHP system. For example, the SHP system has a receiving module operable to receive transmitted data. Data is automatically or manually input to an electronic device capable of transmitting data, such as a portable device such as a computer, a mobile phone, and a personal digital assistant (PDA). In one aspect of the invention, the SHP system may include a remotely located computer with a suitable algorithm for analyzing the data. In another aspect of the invention, the SHP system may include a computer located within the same local area network as the electronic device into which data is input, or is located on the electronic device into which data is input. (I.e., physicians etc. can enter data directly into the SHP system). If the SHP system is located separately from the electronic equipment, the data can be transmitted to the SHP system by suitable electronic transmission means to a local computer using a local area network or the Internet. An example network layout and system for transmitting data to the SHP system is described in more detail below in connection with FIGS.

本発明の別の態様では、医師等がデータを取得し、SHPシステムに送信するのではなく、試料自体がSHPシステムに送達される。例えば、SHPシステムは、試料を受け取るように動作可能な受取モジュールを有する。物理的試料がSHPシステムに送られると、医師等がSHPシステムを操作しなくても、スペクトルデータを取得することができる。この場合、SHPシステムにスペクトルデータのみを送信するのではなく、例えば、離れた場所で生物試料を物理的に送達してもよい。それでもなお、医師等は適用可能な臨床データを提供することができる。   In another aspect of the present invention, the sample itself is delivered to the SHP system, rather than the physician acquiring data and transmitting it to the SHP system. For example, the SHP system has a receiving module operable to receive a sample. When the physical sample is sent to the SHP system, the spectrum data can be acquired without the doctor or the like operating the SHP system. In this case, rather than transmitting only the spectral data to the SHP system, for example, the biological sample may be physically delivered at a remote location. Nevertheless, doctors etc. can provide applicable clinical data.

本発明に係る方法はさらに、スペクトル画像を前処理する工程306を含む。関連する米国特許出願第13/067,777号において詳述しているように、スペクトルデータを前処理することは、目的の細胞物質を得るため、さらに混在スペクトルを除去するためにも有用である。   The method according to the invention further comprises a step 306 of preprocessing the spectral image. As detailed in related US patent application Ser. No. 13 / 067,777, preprocessing spectral data is also useful for obtaining the desired cellular material and for removing mixed spectra. .

図5Aおよび図5Bは、本発明の一態様における前処理の手順500を示す。本発明に係る方法は、初期赤外画像データを読み込む工程502を含む。例えば、本発明に係るシステムは、受信した、および/またはシステム内に予め保管された赤外画像データを読み込む。本発明に係るシステムの一態様では、受信した赤外画像データを吸収率に変換し、スペクトルパラメータを計算する。   5A and 5B illustrate a pre-processing procedure 500 in one embodiment of the present invention. The method according to the present invention includes a step 502 of reading initial infrared image data. For example, a system according to the present invention reads infrared image data that has been received and / or previously stored in the system. In one aspect of the system according to the present invention, the received infrared image data is converted into an absorptance and a spectral parameter is calculated.

本発明に係るシステムは、ビニングされたデータを選択する工程504およびデータセットを保存する工程506を含む。本発明に係るシステムの一態様は、画像データをビニングして画素数を低減することができる。画素数を低減することで、例えば、信号対ノイズ比などを向上させることができる。例えば、本発明に係るシステムは、2×2ビニング設定を用いて画像ファイルを読み込む。また、本発明に係るシステムは、データ保存装置にデータセットを保存する。   The system according to the invention includes a step 504 for selecting binned data and a step 506 for storing the data set. One embodiment of the system according to the present invention can bin the image data to reduce the number of pixels. By reducing the number of pixels, for example, the signal-to-noise ratio can be improved. For example, the system according to the present invention reads an image file using 2 × 2 binning settings. The system according to the present invention stores a data set in a data storage device.

本発明に係る方法は、オフセットを除去する工程508および選択範囲におけるデータの最小値を修正する工程510を含む。例えば、本発明に係るシステムは、選択範囲内の周波数からのデータを処理することで、スペクトルデータからベースラインオフセットを除去することができる。   The method according to the invention includes a step 508 of removing the offset and a step 510 of correcting the minimum value of the data in the selected range. For example, the system according to the present invention can remove baseline offset from spectral data by processing data from frequencies within a selected range.

本発明に係る方法は、選択範囲にわたって積分することにより、グレースケール画像を生成する工程512を含む。本発明に係るシステムの一態様では、一定範囲内のスペクトル強度を積分することにより、グレースケール画像のデータセットを生成する。例えば、グレースケール画像は、フィルターが適用される前に、有意な赤外強度を有する画素を観察することを可能とする。   The method according to the invention includes the step 512 of generating a grayscale image by integrating over a selected range. In one aspect of the system according to the present invention, a data set of grayscale images is generated by integrating spectral intensities within a certain range. For example, a grayscale image makes it possible to observe pixels with significant infrared intensity before the filter is applied.

本発明に係る方法は、水蒸気補正を読み込む工程516を含む。例えば、本発明に係るシステムは、水蒸気補正情報を読み込み、スペクトルに適用することで、スペクトル画像データにおける水蒸気効果を補正することができる。   The method according to the invention includes a step 516 of reading the water vapor correction. For example, the system according to the present invention can correct the water vapor effect in the spectral image data by reading the water vapor correction information and applying it to the spectrum.

本発明に係る方法は、水蒸気補正を適用する工程514およびデータセットを保存する工程518を含む。本発明に係るシステムの一態様では、乗法信号補正(MSC)を用いて、残留水の振動回転寄与を補正することができる。   The method according to the invention includes a step 514 of applying water vapor correction and a step 518 of saving the data set. In one aspect of the system according to the invention, multiplicative signal correction (MSC) can be used to correct the vibrational rotation contribution of residual water.

本発明に係る方法は、ノイズ参照を提供する工程520およびデータセットを保存する工程522を含む。本発明に係るシステムの一態様では、画像データセットをノイズおよび信号領域に分けることができる。例えば、本システムは、グレースケール画像の黒色領域をノイズ領域に割り当て、灰色がかった領域を信号領域に割り当てる。本発明の一態様では、ノイズおよび信号領域の分離は、一定波長間のスペクトル構成を積分することで実現される。この範囲の積分値が信号における最小値を超える場合に、積分された強度が上記範囲内にあればノイズスペクトルと定義することができる。   The method according to the invention includes a step 520 of providing a noise reference and a step 522 of saving the data set. In one aspect of the system according to the present invention, the image data set can be divided into noise and signal regions. For example, the system assigns a black area of a grayscale image to a noise area and assigns a grayish area to a signal area. In one aspect of the present invention, noise and signal domain separation is achieved by integrating the spectral structure between certain wavelengths. If the integrated value in this range exceeds the minimum value in the signal, it can be defined as a noise spectrum if the integrated intensity is within the above range.

本発明に係る方法は、多変量ノイズリダクションを適用する工程524を含む、例えば、本発明に係るシステムは、ノイズスペクトルに主成分分析(PCA)を適用し、スペクトルの固有ベクトルをノイズ寄与が低減する順序に配列するとともに、データセットの信号スペクトルを固有ベクトルの総和として再構成することができる。   The method according to the present invention includes a step 524 of applying multivariate noise reduction. For example, the system according to the present invention applies principal component analysis (PCA) to the noise spectrum to reduce the noise contribution of the eigenvectors of the spectrum. While ordering, the signal spectrum of the data set can be reconstructed as a sum of eigenvectors.

本発明に係る方法は、全範囲の信号の形状およびパワーを特定する工程530を含む。また、本発明に係る方法は、不良なデータ(例えば、最小値と最大値の間の範囲に含まれないデータ)を除外する工程532およびデータセットを保存する工程534を含む。本発明に係るシステムの一態様では、1つまたは複数の品質テストを行い、信号の形状およびパワーを特定する。ピーク周波数位置、バンド形状、全信号強度、バンド面積比などが含まれるが、これらに限定されない。本システムの一態様では、ピーク周波数に基づく品質テストを行う。本システムの他の態様では、一定範囲における全スペクトル積分強度に基づく品質テストを行ってもよい。積分された強度は、一定の最小値と最大値の間の範囲に含まれる必要がある。本発明に係るシステムの一態様では、一定範囲での積分によるアミドIおよびアミドIIバンド間のピーク面積比に基づく品質テストを行ってもよい。1つの実施例では、強度比は一定の最小値と最大値の間の範囲に含まれる必要がある。   The method according to the invention includes a step 530 of determining the shape and power of the full range of signals. The method according to the present invention also includes a step 532 of excluding bad data (eg, data not included in the range between the minimum and maximum values) and a step 534 of saving the data set. In one aspect of the system according to the present invention, one or more quality tests are performed to determine the shape and power of the signal. Examples include, but are not limited to, peak frequency position, band shape, total signal intensity, band area ratio, and the like. In one aspect of the system, a quality test based on the peak frequency is performed. In another aspect of the system, a quality test based on the total spectral integrated intensity in a certain range may be performed. The integrated intensity needs to fall within a range between a certain minimum and maximum value. In one aspect of the system according to the present invention, a quality test may be performed based on the peak area ratio between the amide I and amide II bands by integration over a certain range. In one embodiment, the intensity ratio needs to fall within a range between a certain minimum and maximum value.

本発明に係る方法は、領域信号対ノイズ比を報告する工程536および信号対ノイズ比を保存する工程538を含む。本システムは、入力を受信して信号対ノイズ比を計算する。上記入力には、例えば、基準関心領域の左右両端、信号関心領域の左右両端およびノイズ関心領域の左右両端が含まれる。   The method according to the invention includes a step 536 of reporting the region signal to noise ratio and a step 538 of storing the signal to noise ratio. The system receives an input and calculates a signal to noise ratio. The input includes, for example, the left and right ends of the reference region of interest, the left and right ends of the signal region of interest, and the left and right ends of the noise region of interest.

本方法はさらに、クラス分けのための信号を増強する工程560およびデータセットを保存する工程562を含む。本システムの一態様では、例えば、ウィンドウ幅、順序および微分係数を平滑化するために平滑化微分を行う。本システムは、クラス分け信号を増強するために標準化を行う。   The method further includes enhancing 560 the signal for classification and saving 562 the data set. In one aspect of the system, for example, smoothing differentiation is performed to smooth the window width, order, and derivative. The system standardizes to enhance the classification signal.

本方法は、位相補正を行う関心領域を選択する工程564およびデータセットを保存する工程566を含む。例えば、本システムは、一定値間のスペクトル関心領域を拡張し、位相補正を行うスペクトル関心領域を選択することができる。   The method includes a step 564 of selecting a region of interest for phase correction and a step 566 of saving the data set. For example, the system can expand the spectral region of interest between certain values and select the spectral region of interest for phase correction.

本方法には、選択した関心領域に位相補正を行う工程568を含む。位相補正では、512データ点二次微分スペクトルベクトルを有限ヒルベルト変換(打ち切りFFT)し、実数部と虚数部に分割する。本システムの一態様では、座標変換を行い、新しいスペクトルベクトルを生成することができる。本システムは、ある値の範囲に最大周波数参照ピークを有する位相補正トライアルスペクトルを補正スペクトルとして選択する。位相補正については、米国特許出願第13/067,777号において詳細に記述されている。   The method includes a step 568 of performing phase correction on the selected region of interest. In phase correction, a 512-data point second-order differential spectrum vector is subjected to finite Hilbert transform (censored FFT) and divided into a real part and an imaginary part. In one aspect of the system, coordinate transformation can be performed to generate a new spectral vector. The system selects a phase corrected trial spectrum having a maximum frequency reference peak in a range of values as a corrected spectrum. Phase correction is described in detail in US patent application Ser. No. 13 / 067,777.

本発明に係る方法は、分類のための関心領域を選択する工程570を含む。例えば、本システムは関心領域の範囲を拡張することができる。   The method according to the invention includes a step 570 of selecting a region of interest for classification. For example, the system can extend the range of the region of interest.

本方法は、正規化を行う工程574を含む。正規化には、ベクトル正規化、標準正規変量および複数領域が含まれるが、これらに限定されない。本システムは、関心領域に正規化を適用することができる。   The method includes a step 574 of performing normalization. Normalization includes, but is not limited to, vector normalization, standard normal variables, and multiple regions. The system can apply normalization to the region of interest.

本方法は、クラスタリング工程576を含む。例えば、本システムは、クラスタリングを行うことができる。   The method includes a clustering step 576. For example, the system can perform clustering.

本方法は、クラスタ画像を生成する工程578およびデータセットを保存する工程580を含む。本システムは、クラスタ画像を生成し、格納することができる。   The method includes a step 578 of generating a cluster image and a step 580 of saving the data set. The system can generate and store cluster images.

本方法は、クラスタ画像に関連付けるための異なるメトリックを生成する工程582を含む。上記工程には、関連付けおよび距離計算が含まれる。また、本方法は、妥当性報告を生成する工程589を含む。例えば、本システムは、クラスタメトリックを生成し、クラスタ画像を既知の参照と関連付けることができる。メトリッククラスタリングには、k平均クラスタリングおよび階層的クラスタ分析(HCA)が含まれるが、これらに限定されない。また、本システムは、妥当性検証を生成することができる。図16は、妥当性報告の一例を示す。   The method includes generating 582 different metrics for associating with the cluster image. The above steps include association and distance calculation. The method also includes a step 589 of generating a validity report. For example, the system can generate a cluster metric and associate a cluster image with a known reference. Metric clustering includes, but is not limited to, k-means clustering and hierarchical cluster analysis (HCA). The system can also generate validation. FIG. 16 shows an example of a validity report.

図3に示すように、本方法は、注釈処理において臨床情報を受信する工程310を含む。本システムの一態様では、医師、患者の電子医療記録、あるいは臨床情報を格納したデータリポジトリなどのデータソースから臨床情報を受信することができる。臨床情報には、例えば、試料中に存在する可能性が高い細胞の種類、試料が採取された体の部位、および存在する可能性が高い疾患や病態の種類などの診断および/または予後に関する情報が含まれる。また、臨床情報には、現在の臨床技術の「ゴールドスタンダード(至適基準)」が含まれる。例えば、臨床技術の「ゴールドスタンダード(至適基準)」には、免疫組織化学(IHC)染色およびパネル、ヘマトキシリン汚色、エオシン染色、およびパパニコロー汚色といった生物試料の染色を使用することが含まれる。また、臨床技術の「ゴールドスタンダード(至適基準)」には、顕微鏡を用いて染色パターンなどの生物試料の特徴を測定および特定することが含まれる。   As shown in FIG. 3, the method includes a step 310 of receiving clinical information in an annotation process. In one aspect of the system, clinical information can be received from a data source such as a physician, patient electronic medical record, or a data repository storing clinical information. Clinical information includes, for example, information on diagnosis and / or prognosis such as the type of cells likely to be present in the sample, the body part from which the sample was collected, and the type of disease or condition likely to be present. Is included. The clinical information includes the “gold standard” of the current clinical technology. For example, the “gold standard” of clinical technology includes the use of immunohistochemical (IHC) staining and panels, staining of biological samples such as hematoxylin stain, eosin stain, and Papanicolaou stain . In addition, the “gold standard (optimum standard)” of clinical technology includes measuring and specifying characteristics of biological samples such as staining patterns using a microscope.

また、本発明に係る方法は、赤外画像の注釈情報を受信する工程308を含む。注釈情報には、選択された注釈領域に関する適切な臨床データ、例えば、試料中に存在する可能性が高い細胞および/または組織の種類の特徴に関連する生化学的特性、試料の染色グレード、強度、分子マーカーの状態(例えば、IHC染色の分子マーカーの状態)、試料が採取された体の部位、および/または、存在している可能性が高い疾患や病態の種類などの診断に関するデータが含まれる。また、注釈情報は、試料の視覚画像上の測定可能なマークに関連していてもよい。さらに、注釈情報には、例えば、タイムスタンプ(例えば、注釈が作成された日付および/または時刻)、親ファイル注釈識別子情報(例えば、注釈が注釈セットの一部であるか否かなど)、ユーザ情報(例えば、注釈を作成したユーザ名)、クラスタ情報、クラスタスペクトル画素情報、クラスタレベル情報、選択された領域内の画素数などといった注釈に関連する情報が含まれていてもよい。なお、本システムでは、注釈情報を医師等のユーザから受信してもよい。   The method according to the present invention also includes a step 308 of receiving annotation information of the infrared image. Annotation information includes appropriate clinical data regarding the selected annotation area, for example, biochemical properties related to cell and / or tissue type characteristics likely to be present in the sample, sample staining grade, intensity Include molecular data such as the state of molecular markers (eg, the state of molecular markers for IHC staining), the body part from which the sample was taken, and / or the type of disease or condition likely to be present It is. The annotation information may also relate to measurable marks on the visual image of the sample. Further, the annotation information includes, for example, a timestamp (eg, date and / or time when the annotation was created), parent file annotation identifier information (eg, whether the annotation is part of an annotation set, etc.), user Information related to the annotation such as information (for example, the name of the user who created the annotation), cluster information, cluster spectrum pixel information, cluster level information, the number of pixels in the selected region, and the like may be included. In this system, annotation information may be received from a user such as a doctor.

本発明の一態様において、ユーザが、登録されたスペクトル画像の注釈領域を選択すると、その注釈情報が提供される。ユーザは、登録画像において疾患および/または病態の生化学的特性に関連する領域を選択するシステムを用いてもよい。例えば、ユーザは、スペクトル画像において、画素スペクトルがほぼ均一(例えば、スペクトル画像の領域内の色がほぼ同一である)である領域の周りに境界を設けることができる。上記境界により、スペクトル画像において疾患または病態の生化学的特性に関連する画素を特定することができる。本発明の他の態様において、ユーザは、視覚画像の特徴あるいは特性に基づいて注釈領域を選択することができる。すなわち、注釈領域は、生物試料の生化学的状態に加え、様々な視覚的特徴とも関連付けることができる。注釈領域に関しては、米国特許出願第13/507,386号においてより詳細に記載されている。また、ユーザは、登録スペクトル画像において疾患または病態の生化学的特性に関連していない注釈領域を選択してもよい。   In one aspect of the present invention, when a user selects an annotation region of a registered spectral image, the annotation information is provided. The user may use a system that selects regions associated with the biochemical characteristics of the disease and / or condition in the registered image. For example, the user can place a border around a region in the spectral image where the pixel spectrum is substantially uniform (eg, the colors in the region of the spectral image are substantially the same). The boundary allows identification of pixels associated with the biochemical characteristics of the disease or condition in the spectral image. In another aspect of the present invention, the user can select an annotation region based on features or characteristics of the visual image. That is, the annotation region can be associated with various visual features in addition to the biochemical state of the biological sample. The annotation region is described in more detail in US patent application Ser. No. 13 / 507,386. The user may also select annotation regions that are not related to the biochemical characteristics of the disease or condition in the registered spectral image.

本発明に係るシステムの他の態様では、米国特許出願第13/645,970号において詳述しているように、自動的に、または他の方法で(例えば、ユーザによる支援や入力パラメータにより)、選択した注釈領域の注釈情報を提供することができる。例えば、本システムは、選択された領域のクラスタ情報とともに、注釈が作成された日付と時刻を提供することができる。さらに、本システムは、自動的に、または他の方法で、登録スペクトル画像の注釈領域を選択し、それに関連する臨床データ(例えば、診断および/または予後、あるいは疾患または病態の分類に関連するデータ)を提供することができる。   In other aspects of the system according to the present invention, as detailed in US patent application Ser. No. 13 / 645,970, automatically or otherwise (eg, with user assistance or input parameters). The annotation information of the selected annotation area can be provided. For example, the system can provide the date and time the annotation was created along with cluster information for the selected region. In addition, the system automatically or otherwise selects an annotation region of a registered spectral image and associated clinical data (eg, data related to diagnosis and / or prognosis or classification of a disease or condition). ) Can be provided.

本発明に係るシステムの一態様では、スペクトル画像の一部またはすべてのクラスタレベルを見直し、画素のスペクトルクラスタが相対的に均一である(例えば、所定のパラメータごとに類似したスペクトルを有する均一な画素のスペクトルクラスタ)クラスタレベルを特定することができる。本システムの一態様において、それぞれ単一色として均一なスペクトルクラスタを提示することができる(例えば、あるクラスタには青、別のクラスタには赤というように)。本システムは、上記特定されたクラスタレベルと、スペクトル画像の選択された注釈領域のクラスタレベルとを比較し、両者が適合していると判断した場合、他のレベルまたはクラスタレベルを選択するべきでないと判定する。   In one aspect of the system according to the present invention, some or all of the cluster levels of the spectral image are reviewed and the spectral clusters of the pixels are relatively uniform (eg, uniform pixels having a similar spectrum for each predetermined parameter). (Spectral Cluster)) The cluster level can be specified. In one aspect of the system, uniform spectral clusters can each be presented as a single color (eg, blue for one cluster and red for another cluster). The system compares the identified cluster level with the cluster level of the selected annotation region of the spectral image and if it determines that they are compatible, it should not select another level or cluster level. Is determined.

上記は、注釈処理の一例の概要であり、さらなる詳細は、米国特許出願第13/645,970号に開示されている。   The above is an overview of an example annotation process and further details are disclosed in US patent application Ser. No. 13 / 645,970.

本発明に係る方法は、実画像を生成する工程312を含む。実画像は、例えば、生物試料の注釈領域を含む視覚画像である。試料の視覚画像は、病理学研究室において一般的に使用される種類の通常の顕微鏡により取得することができる。顕微鏡には、その視野をデジタル撮影する高解像度デジタルカメラが備えられていてもよい。このリアルタイムデジタル画像は、試料の通常の顕微鏡視野によるものであり、組織の構造や細胞形態、染色パターンを示すものである。上記画像は、任意で、ヘマトキシリン−イオシン(H&E)および/または他の成分、免疫組織化学物質、インサイチューハイブリダイゼーション(ISH)等を用いて染色してもよい。   The method according to the invention includes a step 312 of generating a real image. The real image is, for example, a visual image including an annotation region of a biological sample. A visual image of the sample can be obtained with a conventional microscope of the kind commonly used in pathology laboratories. The microscope may be provided with a high-resolution digital camera that digitally captures the field of view. This real-time digital image is based on the normal microscopic field of the sample and shows the structure of the tissue, cell morphology, and staining pattern. The image may optionally be stained using hematoxylin-iocin (H & E) and / or other components, immunohistochemicals, in situ hybridization (ISH), and the like.

図6A、図8Aおよび図11に実画像の例を示す。図6Aおよび図11は、生物試料において、腺癌(ADC)の癌領域が注釈された画像を示す。例えば、上記画像の暗青色領域は、生物試料においてユーザがADCを特定した注釈領域を示す。また、図8Aは、ADC領域が特定された(画像の青色領域)生物試料全体の実画像を示す。   6A, 8A and 11 show examples of real images. FIGS. 6A and 11 show images in which a cancer area of adenocarcinoma (ADC) is annotated in a biological sample. For example, the dark blue region of the image indicates an annotation region where the user has specified the ADC in the biological sample. FIG. 8A shows an actual image of the entire biological sample in which the ADC region is specified (blue region of the image).

また、本発明に係る方法は、分類モデルを生成し、分類アルゴリズムを訓練する工程314を含む。本システムは、米国特許出願第13/645,970号に詳述されているように、疾患または病状の診断、予後および/または予測分類を提供するためのアルゴリズムを訓練することができる。また、本システムは、米国特許出願第13/645,970号に詳述されているように、疾患を診断するための1つまたは複数の分類モデルを形成することができる。本発明の一態様では、データリポジトリは、列挙された組織または細胞クラスのセットを含むことができる。上記分類は、例えば、専門家の意見、組織の決定、および、個人または組織の基準に基づいて作成することができる。すなわち、生物試料の診断、予後および/または予測分析を提供するために使用されるアルゴリズムは、専門家や様々な組織の基準、個人による利用に供するために訓練することができる。   The method according to the invention also includes a step 314 of generating a classification model and training a classification algorithm. The system can train algorithms to provide diagnosis, prognosis and / or predictive classification of a disease or condition as detailed in US patent application Ser. No. 13 / 645,970. The system can also form one or more classification models for diagnosing disease, as detailed in US patent application Ser. No. 13 / 645,970. In one aspect of the invention, the data repository can include a set of listed tissue or cell classes. The classification can be created, for example, based on expert opinions, organizational decisions, and individual or organizational criteria. That is, algorithms used to provide diagnostic, prognostic and / or predictive analysis of biological samples can be trained for use by professionals, various organizational standards, and individuals.

例えば、本システムは、特定の疾患、病態、機能状態および/またはクラスを示す生物学的特性に関連する機能を訓練および検査するための1つまたは複数のパラメータを含む問い合わせを受信することができる。上記パラメータには、疾患または病態のタイプ(例えば、肺癌または腎臓癌)、細胞または組織のクラス、組織タイプ、病状、分類レベル、スペクトル型、および組織の場所などが含まれる。本システムの一態様では、ユーザから問い合わせおよびパラメータを受信することができる。他の態様では、本システムは、自動的に、または他の方法で、特定の疾患または病態のために使用するパラメータを決定することができる。すなわち、訓練および検査機能は、受信したパラメータに基づいてカスタマイズすることができる。   For example, the system can receive a query that includes one or more parameters for training and testing a function associated with a biological characteristic indicative of a particular disease, condition, functional state, and / or class. . Such parameters include the type of disease or condition (eg, lung or kidney cancer), cell or tissue class, tissue type, disease state, classification level, spectral type, and tissue location. In one aspect of the system, queries and parameters can be received from a user. In other embodiments, the system can determine parameters to use for a particular disease or condition, either automatically or in other ways. That is, the training and inspection functions can be customized based on the received parameters.

本システムは、訓練検査機能のパラメータに対応する、データリポジトリに格納された視覚画像およびスペクトル画像の画素を抽出することができる。例えば、本システムは、注釈画像に対応する適切な注釈情報および/またはメタデータとともに、データリポジトリに格納された注釈画像にアクセスすることができる。本システムは、問い合わせのパラメータを、注釈画像の注釈情報および/またはメタデータと比較することができる。上記パラメータと注釈情報および/またはメタデータが適合する場合、例えば、パラメータに関連する視覚画像およびスペクトル画像の画素を抽出し、訓練データセットを形成することができる。訓練データセットのために抽出される画素には、異なる細胞または組織分類および/または組織タイプからの画素が含まれる。なお、異なる組織タイプから抽出された画素は、異なる検査機能の一部として格納されても良い。すなわち、例えば、異なる組織タイプからの画素は異なる検査機能に割り当てられ、同じ組織タイプからの画素は単一の検査機能に割り当てられても良い。さらに、訓練データセットは、特定の疾患、病態、細胞または組織のタイプ(以下、「分類」と呼ぶ)に関連付けられたスペクトルデータを含んでいても良い。したがって、本システムは、疾患または病態の診断、予後および/または予測分析を行うために訓練機能に提供されたパラメータに基づいて、疾患または病態を効果的に表示する視覚画像およびスペクトル画像の画素を抽出することができる。   The system can extract the pixels of the visual and spectral images stored in the data repository that correspond to the parameters of the training test function. For example, the system can access an annotation image stored in a data repository along with appropriate annotation information and / or metadata corresponding to the annotation image. The system can compare the query parameters with annotation information and / or metadata of the annotation image. If the parameters and annotation information and / or metadata match, for example, the visual and spectral image pixels associated with the parameters can be extracted to form a training data set. Pixels extracted for the training data set include pixels from different cell or tissue classifications and / or tissue types. Note that pixels extracted from different tissue types may be stored as part of different inspection functions. That is, for example, pixels from different tissue types may be assigned to different inspection functions, and pixels from the same tissue type may be assigned to a single inspection function. Further, the training data set may include spectral data associated with a particular disease, condition, cell or tissue type (hereinafter referred to as “classification”). Thus, the system can generate visual and spectral image pixels that effectively display a disease or condition based on parameters provided to the training function to perform diagnosis, prognosis and / or predictive analysis of the disease or condition. Can be extracted.

検証試験には、訓練データセットの品質試験、機能選択試験が含まれる。本システムの一態様では、訓練データセットおよびアルゴリズムの精度を検証するための検査データセットから生成されたアルゴリズムを使用することができる。検査データセットには、特定の疾患または病態を有しない生物試料と、特定の疾患または病態を有する生物試料とが含まれる。   The verification test includes a quality test of the training data set and a function selection test. In one aspect of the system, an algorithm generated from a training data set and a test data set to verify the accuracy of the algorithm can be used. The test data set includes biological samples that do not have a specific disease or condition and biological samples that have a specific disease or condition.

本システムは、例えば、アルゴリズムが特定の疾患または病態を有する生物試料と、特定の疾患または病態を有しない生物試料とを正確に識別することができるか否かを判定することによって、アルゴリズムの精度を検証することができる。アルゴリズムが疾患または病態を有する生物試料と疾患または病態を有しない生物試料とを正確に識別できる場合、本システムは、アルゴリズムの精度が高いと判定する。反対に、アルゴリズムが疾患または病態を有する生物試料と疾患または病態を有しない生物試料とを正確に識別できない場合、本システムは、アルゴリズムの精度が低いと判定する。本発明の一態様において、アルゴリズムの結果は、アルゴリズムが正確に生物試料を識別する確率を表す指標値と比較されてもよい。指標値が閾値レベルを超えるときは、アルゴリズムが生物試料を正確に識別する確率が高いことを示す。一方、指標値が閾値レベルを下回るときは、アルゴリズムが生物試料を正確に識別する確率が低いことを示す。   The system determines the accuracy of the algorithm, for example, by determining whether the algorithm can accurately distinguish between a biological sample having a particular disease or condition and a biological sample that does not have a particular disease or condition. Can be verified. If the algorithm can accurately distinguish between a biological sample having a disease or condition and a biological sample having no disease or condition, the system determines that the accuracy of the algorithm is high. Conversely, if the algorithm cannot accurately distinguish between a biological sample having a disease or condition and a biological sample having no disease or condition, the system determines that the accuracy of the algorithm is low. In one aspect of the invention, the result of the algorithm may be compared to an index value that represents the probability that the algorithm correctly identifies the biological sample. When the index value exceeds the threshold level, the algorithm has a high probability of correctly identifying the biological sample. On the other hand, when the index value is below the threshold level, the algorithm has a low probability of accurately identifying the biological sample.

例えば、アルゴリズムの精度が低いと判定した場合、本システムは、訓練データセットを改良することができる。本システムは、アルゴリズムの統計的に関連する妥当な性能の実行可能性を高めるために、画素数を増加および/または減少させることができる。なお、訓練データセットに必要な画素数は、アルゴリズムが診断する疾患や病態のタイプ、および/または、選択された細胞または組織の分類等に基づいて変化し得る。   For example, if it is determined that the accuracy of the algorithm is low, the system can improve the training data set. The system can increase and / or decrease the number of pixels to increase the feasibility of the statistically relevant reasonable performance of the algorithm. Note that the number of pixels required for the training data set may vary based on the type of disease or condition diagnosed by the algorithm and / or the classification of the selected cells or tissues.

アルゴリズムが高い精度を有すると判定した場合、本システムは、検査機能に基づいて、特定の疾患の診断、予後および/または予測分析を提供するために改良されたアルゴリズムを生成することができる。なお、受信したパラメータに基づいて、疾患の診断、予後および/または予測分析を提供するための複数のアルゴリズムを生成してもよい。例えば、疾患または機能状態および疾患の分類を表す生化学的特性に相関し、関連した種々のパラメータに基づいて、それぞれが特定のタイプの肺癌を診断するために訓練された複数のアルゴリズムを訓練してもよい。   If it is determined that the algorithm has high accuracy, the system can generate an improved algorithm to provide diagnosis, prognosis and / or predictive analysis of a particular disease based on the testing function. It should be noted that a plurality of algorithms for providing disease diagnosis, prognosis and / or predictive analysis may be generated based on the received parameters. For example, training multiple algorithms, each trained to diagnose a specific type of lung cancer, based on various parameters associated with the biochemical characteristics that represent the disease or functional state and disease classification May be.

例えば、本システムは、1つまたは複数の訓練されたアルゴリズムを、注釈スペクトル画像および視覚画像、注釈情報および/またはメタデータが格納されたデータリポジトリに保存することができる。   For example, the system can save one or more trained algorithms in a data repository in which annotation spectral and visual images, annotation information and / or metadata are stored.

また、本システムは、米国特許出願第13/645,970号に詳述されているように、疾患を診断するための1つまたは複数の分類モデルを形成することができる。例えば、癌を診断するための1つのモデルを形成するために、様々な形態の癌(例えば、肺癌、乳癌、腎臓癌等)の診断アルゴリズムを組み合わせることができる。なお、上記分類モデルには、サブモデルが含まれていてもよい。すなわち、癌を診断するための分類モデルは、種々の形態の癌(例えば、肺癌、乳癌、腎臓癌)を診断するためのサブモデルを有していてもよい。また、サブモデルは、さらなるサブモデルを有していてもよい。一つの例として、肺癌を診断するためのモデルは、生物試料中に存在し得る肺癌のタイプを識別するための複数のサブモデルを有する。   The system can also form one or more classification models for diagnosing disease, as detailed in US patent application Ser. No. 13 / 645,970. For example, various forms of cancer (eg, lung cancer, breast cancer, kidney cancer, etc.) diagnostic algorithms can be combined to form a model for diagnosing cancer. Note that the classification model may include a sub model. That is, the classification model for diagnosing cancer may have submodels for diagnosing various forms of cancer (for example, lung cancer, breast cancer, kidney cancer). Moreover, the submodel may have a further submodel. As one example, a model for diagnosing lung cancer has multiple submodels for identifying types of lung cancer that may be present in a biological sample.

本システムの一態様では、主な癌のタイプおよび良性/悪性を特定することにより、例えば、「良性」「小細胞肺癌(SCLC)」「腺癌(ADC)」「扁平上皮癌(SQCC)」「大細胞肺癌(LCLC)」というように肺癌をサブタイプ分けすることができる。また、本システムは、特定された主な癌のタイプのサブタイプを特定し、さらにサブタイプのサブタイプを特定する。サブタイプには、鱗状(Lepidic)、腺房型(Acinar)、乳頭型(Papillary)、微小乳頭型(Micropapillary)、充実型(Solid)などがあるが、これらに限定されない。本システムの一態様では、特定されたサブタイプおよびタイプを用いて疾患を診断するための1つまたは複数の分類モデルを生成することができる。例えば、本システムは、サブタイプおよびタイプを、分類モデルにおける癌のクラスとして分類することができる。癌のクラスは、生物試料の診断に用いられる。また、癌のクラスは、診療データ群に関連付けられる。診療データ群には、例えば、病態に応じた適切な治療法が含まれる。例えば、癌のクラスは、病態とその治療法についての診療データ群に関連付けられる。本システムは、分類モデルを用いて、クラスまたはサブクラスにおいて特定された疾患に対する適切な治療法(コンパニオン診断法として、あるいは、文献データマイニングを併用して)を提案することができる。   In one aspect of the system, by identifying major cancer types and benign / malignant, for example, “benign”, “small cell lung cancer (SCLC)”, “adenocarcinoma (ADC)”, “squamous cell carcinoma (SQCC)” Lung cancer can be subtyped as “Large Cell Lung Cancer (LCLC)”. The system also identifies the subtypes of the identified main cancer types and further identifies the subtypes of subtypes. Subtypes include, but are not limited to, scales (Lepidic), acinar type (Acinar), papillary type (Papillary), micropapillary type (Micropapillary), and solid type (Solid). In one aspect of the system, one or more classification models for diagnosing disease using the identified subtypes and types can be generated. For example, the system can classify subtypes and types as cancer classes in a classification model. The cancer class is used for diagnosis of biological samples. The cancer class is associated with the medical data group. The medical data group includes, for example, an appropriate treatment method according to the disease state. For example, a cancer class is associated with a group of clinical data about a disease state and its treatment. The system can use the classification model to suggest an appropriate treatment (as a companion diagnostic or in conjunction with literature data mining) for a disease identified in a class or subclass.

また、本システムは、正常な組織(関連する疾患を含まないと推定される組織)における疾患のタイプとサブタイプとを識別することができる。本システムは、例えば、上記クラスを用いて生物試料の異質性を識別することができる。本システムの一態様では、図14Aに示すように、癌病変近位の正常な組織と癌病変遠位の正常な組織とを識別することができる。図14は、癌組織(CA)と、その近傍に位置する近位正常組織(PN)を示す。また、図14Aは、癌組織の遠隔に位置する遠位正常組織(DN)および癌病変の外側に位置する良性正常組織(BN)を示す。本システムの一態様では、近位正常組織、遠位正常組織および良性正常組織を分析する。腫瘍内部の正常組織は、良性病変とは異なる特性を有する。また、近位正常組織は、遠位正常組織とは異なる特性を有する。例えば、近位正常組織の特性は、近位正常組織内に癌が存在することを示唆するのに対し、遠位正常組織の特性は、異なる病態を示す。本システムの一態様では、癌組織の近傍に位置する近位正常組織を用いて、疾患の関連性の強さ、疾患の進行度および疾患のパターンを測定する。例えば、本システムは、間質、結合組織および血管壁などの適切な細胞および組織形態記述子を分析することができる。   The system can also distinguish between disease types and subtypes in normal tissues (tissues presumed not to contain related diseases). The system can identify heterogeneity of biological samples using, for example, the above classes. In one aspect of the system, as shown in FIG. 14A, normal tissue proximal to the cancer lesion and normal tissue distal to the cancer lesion can be distinguished. FIG. 14 shows cancer tissue (CA) and proximal normal tissue (PN) located in the vicinity thereof. FIG. 14A also shows distal normal tissue (DN) located remotely from the cancer tissue and benign normal tissue (BN) located outside the cancer lesion. In one aspect of the system, proximal normal tissue, distal normal tissue and benign normal tissue are analyzed. Normal tissue inside the tumor has characteristics that are different from benign lesions. Proximal normal tissue also has different properties than distal normal tissue. For example, the properties of proximal normal tissue suggest that cancer is present in the proximal normal tissue, whereas the properties of distal normal tissue exhibit different pathologies. In one aspect of the system, proximal normal tissue located in the vicinity of cancer tissue is used to measure the strength of disease relevance, disease progression, and disease pattern. For example, the system can analyze appropriate cell and tissue morphology descriptors such as stroma, connective tissue and vessel walls.

本システムは、癌の様々なタイプおよびサブタイプを特定した後、さらにタイプおよびサブタイプの変異体を特定することができる。変異体には、粘液性腺癌(mucinous adenocarcinoma)、コロイド(colloidal)、胎児型(低異型度および高異型度)(fetal)および腸型(enteric)などの癌タイプおよび組織学的サブタイプに伴って生じる修飾物質が含まれる。本システムの一態様では、変異体を分類モデルにおけるクラスとして分類することができる。   After identifying various types and subtypes of cancer, the system can further identify types and subtype variants. Variants include cancer types and histological subtypes such as mucinous adenocarcinoma, colloidal, fetal (low and high atypical) (fetal) and enteric (enteric) The resulting modifiers are included. In one aspect of the system, variants can be classified as classes in a classification model.

図14Bは、本発明の一態様における良性および悪性腫瘍の分類の一例を示す。図14Bは、肺過誤腫(良性病変)、サルコイドーシス(肉芽腫)および器質化肺炎型(青)と肺癌腫瘍正常型(赤)にクラスタ分類したサブ分類の一例を示す。1402は、SHPによって分類した良性のサブ分類の一例を示す。1404は、壊死(necrosis)、ケラチン真珠(keratin pearls)および鱗状(lepidic)のサブ分類の一例を示す。1406は、 SHPによって分類した扁平上皮癌のグレードの一例を示す。1408は、腺癌のサブ分類の一例を示す。   FIG. 14B illustrates an example of benign and malignant tumor classification according to one embodiment of the present invention. FIG. 14B shows an example of sub-classification that is clustered into lung hamartoma (benign lesion), sarcoidosis (granulomatous), organizing pneumonia type (blue) and lung cancer tumor normal type (red). 1402 shows an example of a benign sub-classification classified by SHP. 1404 shows an example of necrosis, keratin pearls, and lepidic sub-classifications. 1406 shows an example of a grade of squamous cell carcinoma classified by SHP. 1408 shows an example of a subclass of adenocarcinoma.

本システムは、分類モデルにおけるアルゴリズムの適用順序を決定するためのルールセットを確立することができる。さらに、本システムは、アルゴリズムの使用時期を制限するためのルールセットを確立することができる。なお、ルールセットは、例えば、疾患、および/または、モデルを形成するために組み合わせるアルゴリズムの数によって異なる。本システムは、分類モデルのためのルールセットを確立した後、特定の疾患を診断するための1つまたは複数の分類モデルを生成することができる。なお、上記の方法に加えて、特定の疾患または病態の分類モデルを作成するために、他の様々な方法を用いることができる。   The system can establish a rule set for determining the application order of algorithms in the classification model. Furthermore, the present system can establish a rule set for limiting the use time of the algorithm. Note that the rule set varies depending on, for example, the disease and / or the number of algorithms combined to form a model. The system can generate one or more classification models for diagnosing a particular disease after establishing a rule set for the classification model. In addition to the above methods, various other methods can be used to create a classification model for a specific disease or condition.

分類モデルにおいて上記アルゴリズムを適用するためのルールセットの一例として、階層的クラスタ分析(HCA)または他のクラスタリング/セグメンテーション法を用いて決定したばらつき低減順序がある。HCAの1つの例が、米国特許出願第13/067,777号(以下、「‘777出願」と呼ぶ。)に詳細に記載されている。‘777出願に記載されているように、HCAは、様々な類似点によって分類した組織または細胞クラスを識別する。HCAに基づいて、最も効果的な反復順序またはばらつき低減順序を決定することができる。すなわち、反復階層/ばらつき低減順序は、HCAによって提供されるすべてのデータ変動に基づいて確立することができる。HCAを用いることで、データの類似性または分散に基づいて、分散を除去して識別精度を向上させるために、ラベリングをし、後続のデータサブセットに含めない組織または細胞クラスを決定することができる。   One example of a rule set for applying the above algorithm in a classification model is a variation reduction order determined using hierarchical cluster analysis (HCA) or other clustering / segmentation methods. One example of an HCA is described in detail in US patent application Ser. No. 13 / 067,777 (hereinafter referred to as the “'777 application”). As described in the '777 application, HCA identifies tissue or cell classes that are classified by various similarities. Based on the HCA, the most effective iteration order or variation reduction order can be determined. That is, the iteration hierarchy / variation reduction order can be established based on all data variations provided by the HCA. Using HCA, based on the similarity or variance of the data, it is possible to determine the tissues or cell classes that will be labeled and not included in subsequent data subsets in order to remove variance and improve identification accuracy .

図14Cは、本発明の一態様における肺癌の分類を決定するためのルールセットの一例であり、図中のA、B、CおよびDは、一定の組織状態、クラスまたはサブタイプを示す。医師等のユーザは、作業中に試料が上記列挙された組織または細胞クラスを含むか否かを確認するために、上述の方法を適用することができる。すなわち、所望の結果に到達するまで反復プロセスを繰り返すことができる。例えば、医師等は、がん細胞または特定のタイプのがんに関して、試料を検査することができる。臨床データ(例えば、存在する可能性が最も高い病態)に基づいて検査の対象とする病態を決定してもよいし、種々の病態について網羅的に検査してもよい。本明細書に開示される方法は、診断の精度を向上させることができ、とりわけ、存在する可能性が高い病態についての情報がほとんどまたは全くない場合であっても精度が向上させることができる。さらに、本明細書に開示される方法は、疾患または病態の予後および/または予測分類に用いることができる。   FIG. 14C is an example of a rule set for determining the classification of lung cancer in one embodiment of the present invention, and A, B, C, and D in the figure indicate a certain tissue state, class, or subtype. A user, such as a physician, can apply the method described above to determine whether the sample contains the listed tissue or cell class during work. That is, the iterative process can be repeated until the desired result is reached. For example, a physician or the like can examine a sample for cancer cells or certain types of cancer. Based on clinical data (for example, the most likely pathological condition), the pathological condition to be examined may be determined, or various pathological conditions may be comprehensively examined. The methods disclosed herein can improve the accuracy of diagnosis, especially when there is little or no information about a disease state that is likely to exist. Further, the methods disclosed herein can be used for prognosis and / or predictive classification of a disease or condition.

本方法はさらに、予測画像を生成する工程316を含む。本システムは、1つまたは複数の分類モデル、および/または分類モデルを用いて訓練された1つまたは複数の分類アルゴリズムを実画像に適用し、予測画像を生成することができる。また、本システムは、1つまたは複数の分類モデルおよび/または分類アルゴリズムを生物試料に適用することができる。図6Bおよび図12は、予測画像の例を示す。すなわち、図6Bは、赤紫色の領域に扁平上皮癌(SQCC)の存在が予測され、青色の領域に腺癌(ADC)の存在が予測されることを示す。したがって、図6Bの生物試料には、扁平上皮癌(SQCC)と腺癌(ADC)の両方が存在することが予測される。   The method further includes a step 316 of generating a predicted image. The system can apply one or more classification models and / or one or more classification algorithms trained with the classification models to the real image to generate a predicted image. The system can also apply one or more classification models and / or classification algorithms to the biological sample. 6B and 12 show examples of predicted images. That is, FIG. 6B shows that the presence of squamous cell carcinoma (SQCC) is predicted in the reddish purple region and the presence of adenocarcinoma (ADC) is predicted in the blue region. Therefore, it is predicted that both squamous cell carcinoma (SQCC) and adenocarcinoma (ADC) are present in the biological sample of FIG. 6B.

図12は、予測画像の他の例を示す。図12は、予測される組織の5つのクラスが含まれる試料全体の画像である。上記画像は、扁平上皮癌(SQCC)を青色領域で、腺癌(ADC)を赤紫色領域で、壊死(necrosis)を緑色領域で、小細胞肺癌(SCLC)を黄色領域で、正常組織を赤色領域でそれぞれ示している。   FIG. 12 shows another example of the predicted image. FIG. 12 is an image of the entire sample containing five classes of predicted tissue. The above image shows squamous cell carcinoma (SQCC) in the blue region, adenocarcinoma (ADC) in the reddish purple region, necrosis in the green region, small cell lung cancer (SCLC) in the yellow region, and normal tissue in red. Each is shown in the area.

本方法は、信頼予測画像を生成する工程326を含む。信頼予測画像は、予測画像中に特定の癌のクラスまたはサブクラスが存在することに対する信頼の度合いを示す信頼値を含む。例えば、信頼値が高い場合、予測画像中に1つまたは複数の疾患が存在する可能性が高いことを示す。また、信頼値が高い場合は、特定の疾患がより進行していることを示す。例えば、本システムでは、予測画像からのスペクトルを分析し、そのスペクトル信号が癌のクラスの中心に近い場合、信頼度が高くなる。また、予測画像からのスペクトル信号が純粋である(他のスペクトルが混じっていない)場合も、信頼度が高くなる。   The method includes a step 326 of generating a confidence prediction image. The confidence prediction image includes a confidence value indicating a degree of confidence that a specific cancer class or subclass exists in the prediction image. For example, a high confidence value indicates that there is a high probability that one or more diseases are present in the predicted image. Moreover, when the confidence value is high, it indicates that the specific disease is more advanced. For example, in this system, when a spectrum from a predicted image is analyzed and the spectrum signal is close to the center of the cancer class, the reliability is high. Also, the reliability is high when the spectrum signal from the predicted image is pure (no other spectrum is mixed).

本発明の一態様では、信頼値が低い場合、予測画像中に1つまたは複数の疾患が存在する可能性が高いことを示す。例えば、本システムでは、予測画像のスペクトル信号を分析し、癌のクラスの中心にどれほど近いかを決定する。例えば、スペクトル信号が癌のクラスに含まれるが、クラスの中心から遠く離れている(クラスのスペクトルの境界または周辺に位置する)場合、他の癌のクラスと重なる。そのため、生物試料中に特定の癌のクラスが存在することに対する信頼度は低い。また、クラスの中心から遠く離れた信号は、試料中に新たな癌のクラス、異なるタイプの癌、または異なるサブタイプの癌が含まれることを示す。信頼値が低い場合は、疾患は進行していない、および/または異なる種類の疾患であることを示す。   In one embodiment of the present invention, a low confidence value indicates that there is a high probability that one or more diseases are present in the predicted image. For example, the system analyzes the spectral signal of the predicted image to determine how close it is to the center of the cancer class. For example, if a spectral signal is included in a class of cancer but is far from the center of the class (located at or near the class spectrum boundary), it overlaps with other cancer classes. Therefore, the reliability with respect to the presence of a specific cancer class in a biological sample is low. A signal far from the center of the class also indicates that the sample contains a new cancer class, a different type of cancer, or a different subtype of cancer. A low confidence value indicates that the disease is not progressing and / or is a different type of disease.

本発明の一態様では、信頼値は、例えば1〜10の範囲の数値で表され、1は信頼度が低く、10は信頼度が高いことを示す。また、他の例では、信頼値は0と1の間の数値で表され、0は信頼度が低く、1は信頼度が高いことを示す。本システムの一態様では、1つまたは複数の予測計算を用いて信頼値を計算する。予測計算には、例えば、プラット分離面、ランダムフォレスト、ベイズ先験的推定値、人工ニューラルネットワークおよびLDAが含まれるが、これらに限定されない。なお、信頼値の計算には様々な予測計算を用いることができる。   In one embodiment of the present invention, the reliability value is represented by a numerical value in the range of 1 to 10, for example, where 1 indicates low reliability and 10 indicates high reliability. In another example, the reliability value is represented by a numerical value between 0 and 1, with 0 indicating low reliability and 1 indicating high reliability. In one aspect of the system, the confidence value is calculated using one or more prediction calculations. Prediction calculations include, but are not limited to, for example, plat separation plane, random forest, Bayesian a priori estimates, artificial neural networks, and LDA. Various prediction calculations can be used for the calculation of the confidence value.

本システムの一態様では、予測画像に示された各クラスまたはサブクラスの信頼値を上書きし、その上書きした信頼値を示す信頼予測画像を生成することができる。例えば、信頼値が低い場合には白点を付加し、信頼値が高い場合には何も付加しないというように、信頼値を二値的に表すことができる。   In one aspect of the present system, the confidence value of each class or subclass indicated in the prediction image can be overwritten, and a confidence prediction image indicating the overwritten confidence value can be generated. For example, the confidence value can be expressed in a binary manner, such that a white point is added when the confidence value is low and nothing is added when the confidence value is high.

他の例では、カラースケールを用いて信頼度を表すことができる。例えば、淡色で信頼値が高いことを表し、より薄い色合いまたは白色で信頼値が低いことを表すことができる。図7A〜図7Cおよび図10は、信頼予測画像の例を示す。図7A、図7Bおよび図10に示されるように、画像中の白点は、生物試料において特定の癌のクラスまたはサブクラスが存在することに対する信頼度が低いことを表す。すなわち、スペクトルは上記領域に何らかの異常があることを示しているが、その異常を特定する信頼度は低い。図7Bでは、一部の領域で高濃度の白色画素が密集している。上記領域は、新しい癌のクラスまたはサブクラスが存在することを示している。図7A、7B、7Dおよび図10の着色された領域は、生物試料中に特定のクラスまたはサブクラスが存在することに対する信頼度が高いことを示す。   In another example, a color scale can be used to represent the reliability. For example, it can represent that the confidence value is high in light color, and that the confidence value is low in lighter shade or white. FIG. 7A to FIG. 7C and FIG. 10 show examples of reliable prediction images. As shown in FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 10, white spots in the image represent a low confidence in the presence of a particular cancer class or subclass in the biological sample. That is, the spectrum indicates that there is some abnormality in the above region, but the reliability for specifying the abnormality is low. In FIG. 7B, high density white pixels are densely packed in a part of the region. The above regions indicate that there are new cancer classes or subclasses. The colored areas of FIGS. 7A, 7B, 7D and FIG. 10 indicate a high degree of confidence for the presence of a particular class or subclass in the biological sample.

また、図7Cは、臨床画像を重ね合わせた信頼画像の一例を示す。例えば、本システムは、臨床画像に信頼画像を重ね合わせることで、ユーザは臨床画像と信頼画像を同時に観察することができる。本システムは、例えば、顕微鏡(病理医の顕微鏡等)の視野、計算装置のディスプレイおよび/または文書あるいは報告書に表示するための信頼画像を送信することができる。本システムの一態様では、顕微鏡の視野に信頼予測画像の仮想画像を投影することで、ユーザは生物試料とともに信頼画像を観察することができる。本システムでは、顕微鏡の生物試料の画像に信頼予測画像の仮想画像を重ね合わせることで、ユーザは生物試料の画像を見ながら、顕微鏡視野の前面部に投影された信頼予測画像からの生物試料の生化学的分析を受信することができる。信頼予測画像は、ユーザがより詳細に分析を所望する生物試料の領域をハイライトすることができる。例えば、ユーザは、信頼予測画像において特定された関心領域に基づいて、生物試料の異なる領域を拡大して観察することができる。また、本システムでは、ユーザが信頼予測画像を表示/消滅させることができる。本システムでは、予測画像を臨床画像に重ね合わせることにより、ユーザが生物試料を観察する際、生物試料の予測分類を特定するための生化学的分析を効率化することができる。   FIG. 7C shows an example of a trust image in which clinical images are superimposed. For example, the system allows the user to observe the clinical image and the trust image simultaneously by superimposing the trust image on the clinical image. The system can transmit, for example, a trusted image for display in a field of view of a microscope (such as a pathologist's microscope), a display of a computing device, and / or a document or report. In one aspect of the system, the virtual image of the trust prediction image is projected onto the field of view of the microscope, so that the user can observe the trust image together with the biological sample. In this system, the virtual image of the trust prediction image is superimposed on the image of the biological sample of the microscope, so that the user can view the biological sample from the trust prediction image projected on the front surface of the microscope field of view while viewing the image of the biological sample. A biochemical analysis can be received. The confidence prediction image can highlight a region of the biological sample that the user desires to analyze in more detail. For example, the user can enlarge and observe different regions of the biological sample based on the region of interest specified in the reliability prediction image. Moreover, in this system, the user can display / disappear the reliability prediction image. In this system, by superimposing the predicted image on the clinical image, when the user observes the biological sample, the biochemical analysis for specifying the predicted classification of the biological sample can be made more efficient.

図13は、本発明の一態様において、信頼予測画像を観察する際に用いる信頼スケールを備えた予測凡例の一例を示す。予測凡例は、様々な癌のクラスおよび信頼の度合いを色別に表している。例えば、信頼度が低い場合は薄い色合いまたは白色を用い、信頼度が高い場合は濃い色合いを用いる。   FIG. 13 shows an example of a prediction legend having a confidence scale used when observing a confidence prediction image in one embodiment of the present invention. The prediction legend represents various cancer classes and degrees of confidence by color. For example, when the reliability is low, a light color or white is used, and when the reliability is high, a dark color is used.

予測判例には、信頼予測画像に表示される様々な癌のクラスが含まれる。本発明の一態様において、予測判例には、例えば、腺癌(ADC)、扁平上皮癌(SQCC)、壊死(necrosis)、小細胞肺癌(SCLC)および正常組織が含まれる。また、予測判例に表示された各癌クラスに対し、色値を割り当てることができる。例えば、扁平上皮癌(SQCC)は青色で、腺癌(ADC)は赤紫色で、壊死(necrosis)は緑色で、小細胞肺癌(SCLC)は黄色で、正常組織は赤色でそれぞれ表示される。予測判例には、いくつかの癌クラスおよび/または異なるタイプの疾患が含まれる。また、癌のクラスは種々の方法で分化され、色を用いる方法はその一例である。   The predictive case includes various cancer classes displayed in the reliable prediction image. In one aspect of the invention, predictive precedents include, for example, adenocarcinoma (ADC), squamous cell carcinoma (SQCC), necrosis, small cell lung cancer (SCLC), and normal tissue. In addition, a color value can be assigned to each cancer class displayed in the prediction case. For example, squamous cell carcinoma (SQCC) is displayed in blue, adenocarcinoma (ADC) in magenta, necrosis in green, small cell lung cancer (SCLC) in yellow, and normal tissue in red. Predictive cases include several cancer classes and / or different types of diseases. In addition, cancer classes are differentiated by various methods, and a method using color is one example.

また、予測判例には、予測の信頼度を示す信頼スケールが含まれる。例えば、信頼スケールは、0〜1の範囲で表示され、0は信頼性が低いことを示し、1は信頼性が高いことを示す。また、予測判例は信頼度に基づいて癌のクラスの色を変更することができる。例えば、白または明るい色は信頼度が低いことを表し、暗いまたは濃い色は信頼度が高いことを表す。したがって、明るい青色は、生物試料に腺癌(ADC)が含まれる信頼度が低いことを表す。他方で、暗い緑色は、生物試料に壊死(necrosis)癌が含まれる信頼度が高いことを表す。   Moreover, the prediction case includes a confidence scale indicating the reliability of the prediction. For example, the confidence scale is displayed in a range of 0 to 1, with 0 indicating low reliability and 1 indicating high reliability. The predictive case can change the color of the cancer class based on the reliability. For example, white or light color indicates low reliability, and dark or dark color indicates high reliability. Thus, the bright blue color represents a low confidence that the biological sample contains adenocarcinoma (ADC). On the other hand, the dark green color represents a high confidence that the biological sample contains necrosis cancer.

図3に示すように、本方法は、信頼値を含む予測報告を生成する工程328を含む。予測報告は、生物試料において発見された癌のクラスおよびサブクラスを識別するとともに、予測画像中に特定の癌クラスまたはサブクラスが存在する信頼の度合いを示す信頼値を提供することができる。図6A〜6C、図7A〜7D、図10、図11および図12に示されるように、予測報告には、例えば、実画像、予測画像および信頼画像が含まれる。例えば、図12は、生物試料において発見された5つの癌クラスを示す予測画像の一例を示す。図10は、生物試料において発見された5つの癌クラスの信頼の度合いを示す信頼画像の一例を示す。   As shown in FIG. 3, the method includes a step 328 of generating a prediction report that includes a confidence value. The prediction report can identify the class and subclass of cancer found in the biological sample and provide a confidence value that indicates the degree of confidence that a particular cancer class or subclass is present in the prediction image. As shown in FIGS. 6A to 6C, FIGS. 7A to 7D, FIGS. 10, 11, and 12, the prediction report includes, for example, a real image, a predicted image, and a reliable image. For example, FIG. 12 shows an example of a predictive image showing five cancer classes found in a biological sample. FIG. 10 shows an example of a confidence image showing the degree of confidence of five cancer classes found in a biological sample.

また、図15および図16に示されるように、予測報告には、例えば、生物試料において発見された疾患を表示する図表および/またはグラフ、信頼の度合いが含まれる。例えば、図15は、生物試料中に発見された組織のタイプ、特定された優位疾患のクラス、疾患が特定された組織の範囲、および分析の信頼の度合いについて記述した予測報告の一例を示す。また、図15は、予測結果を表す棒グラフの一例を示す。図16は、本発明の一態様における妥当性確認報告の一例を示す。   As shown in FIGS. 15 and 16, the prediction report includes, for example, a chart and / or graph that displays a disease found in a biological sample, and a degree of confidence. For example, FIG. 15 shows an example of a predictive report that describes the type of tissue found in a biological sample, the class of dominant disease identified, the range of tissues in which the disease was identified, and the degree of confidence in the analysis. FIG. 15 shows an example of a bar graph representing the prediction result. FIG. 16 illustrates an example of a validation report in one embodiment of the present invention.

したがって、ユーザ(医師等)は、予測報告によって、生物試料中に特定された癌のクラスおよびそれに対する信頼の度合いを容易に確認することができる。また、信頼画像および信頼値報告を用いることで、合併疾患の状態、異質疾患の疾患タイプの相違、および合併疾患の状態に関する信頼の度合いを視覚的に示すことができる。よって、ユーザ(医師等)は、予測報告を用いて、生物試料中に発見された顕著な疾患を、生物試料中に存在し得る他の疾患とともに特定することができる。   Therefore, the user (physician or the like) can easily confirm the cancer class specified in the biological sample and the degree of confidence with respect to the cancer class by the prediction report. Further, by using the trust image and the confidence value report, it is possible to visually indicate the degree of trust regarding the state of the comorbidity, the difference in the disease type of the heterogeneous disease, and the state of the complication. Thus, a user (such as a doctor) can use a predictive report to identify significant diseases found in a biological sample along with other diseases that may be present in the biological sample.

本方法はさらに、実画像と予測画像との差分解析を行う工程318を含む。本システムの一態様では、生物試料の実画像と予測画像を比較し、両者の差分を特定することができる。差分解析には、実画像および予測画像におけるテクスチャの比較、実画像と予測画像の比較、スペクトル変動(スペクトルの変化の大きさ、変動幅)の比較、空間的局所性の相違(例えば、相違するエリアは、密集して同一色のより大きな領域を形成したり、他の色に広がったりする)、IHCマーカー(+または−)分子マーカー(+または−)、組織病理学、および他の適切なメタデータまたは臨床データ(患者情報)が含まれるが、これらに限定されない。本システムの一態様では、1つまたは複数の上述の差分解析を予測画像に適用することで、差分の説明なしに、予測画像において実画像と異なる領域を特定することができる。予測画像に対してより多くの差分解析を適用するほど、特定された差分が新しい癌のクラスである可能性が高くなる。   The method further includes a step 318 of performing a difference analysis between the actual image and the predicted image. In one aspect of the system, the actual image of the biological sample and the predicted image can be compared and the difference between the two can be identified. In the difference analysis, texture comparison between the actual image and the predicted image, comparison between the actual image and the predicted image, comparison of spectral fluctuations (magnitude of spectral change, fluctuation width), and spatial locality difference (for example, different) Areas may be clustered together to form larger areas of the same color or spread to other colors), IHC markers (+ or −) molecular markers (+ or −), histopathology, and other suitable Includes but is not limited to metadata or clinical data (patient information). In one aspect of the present system, by applying one or more of the above-described difference analysis to the predicted image, it is possible to specify a region different from the actual image in the predicted image without explaining the difference. The more difference analysis is applied to the predicted image, the higher the possibility that the identified difference is a new cancer class.

例えば、本システムは、図6Aに示された実画像と図6Bに示された予測画像を比較し、差分が存在するかを判定することができる。例えば、図6Aの実画像は、生物試料が扁平上皮癌(青色で示された部分)を含むことを示している。他方で、予測画像は、生物試料が扁平上皮癌(青色で示された部分)と腺癌(赤紫色で示された部分)を含むことを示している。本システムは、図6Bの予測画像の赤紫色領域と、実画像における同じ領域とは異なると判定する。   For example, the present system can compare the actual image shown in FIG. 6A with the predicted image shown in FIG. 6B to determine whether a difference exists. For example, the real image of FIG. 6A shows that the biological sample includes squamous cell carcinoma (portion shown in blue). On the other hand, the predicted image indicates that the biological sample includes squamous cell carcinoma (portion shown in blue) and adenocarcinoma (portion shown in reddish purple). This system determines that the reddish purple region of the predicted image in FIG. 6B is different from the same region in the actual image.

本システムは、関心領域画素を新しいクラスに割り当てる工程320を含む。本システムの一態様では、差分解析に基づいて、関心領域画素についての注釈領域を生成し、これに新しいクラスを割り当てる。例えば、本システムは、図6Bの予測画像の赤紫色領域と、図6Aの実画像における同領域は異なると判定し、予測画像の赤紫色領域についての注釈領域を生成して、この注釈領域に新しいクラスを割り当てる。本方法では、医師が、生物試料に新しいクラスが含まれるかを示す注釈を画像に付することで注釈を行う(工程308)。   The system includes a step 320 of assigning region of interest pixels to a new class. In one aspect of the system, based on the differential analysis, an annotation region for the region of interest pixel is generated and assigned a new class. For example, the present system determines that the reddish purple region of the predicted image in FIG. 6B is different from the same region in the real image of FIG. 6A, generates an annotation region for the reddish purple region of the predicted image, Assign a new class. In the method, the physician annotates the image by annotating the image indicating whether the biological sample contains a new class (step 308).

本方法は、真陽性関心領域または真陰性関心領域を判定する工程322を含む。例えば、本システムは、真陽性関心領域または真陰性関心領域を含む比較画像の画素を特定する。真陽性領域には、例えば、実画像がその中に癌クラスが存在することを示し(医師が実画像に癌クラスについての注釈を付した)、また、予測画像のスペクトルが予測画像中に上記癌クラスが存在することを示す比較画像の領域が含まれる。真陰性領域には、例えば、生物試料の実画像がその中に癌クラスが存在しないことを示し(医師が実画像に癌クラスが存在しないことを示す注釈を付した)、また、予測画像のスペクトルが予測画像中に上記癌クラスが存在しないことを示す比較画像の領域が含まれる。   The method includes determining 322 a true positive region of interest or a true negative region of interest. For example, the system identifies pixels of a comparative image that include a true positive region of interest or a true negative region of interest. In the true positive region, for example, the real image indicates that the cancer class exists in it (the doctor has annotated the real class with the cancer class), and the spectrum of the predicted image is the above in the predicted image. A region of a comparison image indicating the presence of a cancer class is included. In the true negative region, for example, the real image of the biological sample indicates that there is no cancer class in it (the doctor has annotated the real image that there is no cancer class), and A region of a comparative image whose spectrum indicates that the cancer class does not exist in the predicted image is included.

図8Bは、真陰性領域を含む予測画像の一例を示す。例えば、図8Bは、青色領域で特定された扁平上皮癌(SQCC+)を含む生物試料の実画像を示す。また、図8Bは、予測画像が実画像中に特定された同領域に扁平上皮癌(SQCC+)を特定する真陽性領域を含む図8Aと同じ生物試料の予測画像を示す。例えば、予測画像の青色領域は、実画像の青色領域に対応する。   FIG. 8B shows an example of a predicted image including a true negative region. For example, FIG. 8B shows a real image of a biological sample containing squamous cell carcinoma (SQCC +) identified in the blue region. Moreover, FIG. 8B shows the prediction image of the same biological sample as FIG. 8A containing the true positive area | region which identifies squamous cell carcinoma (SQCC +) in the same area | region where the prediction image was specified in the real image. For example, the blue region of the predicted image corresponds to the blue region of the actual image.

本方法はさらに、偽陽性関心領域および偽陰性関心領域を判定する工程324を含む。本システムの一態様では、例えば、本システムは、偽陽性関心領域または偽陰性関心領域を含む比較画像の画素を特定する。偽陽性領域には、例えば、実画像がその中に癌クラスが存在しないことを示し、また、予測画像のスペクトルが予測画像中に上記癌クラスが存在することを示す比較画像の領域が含まれる。偽陰性領域には、例えば、生物試料の実画像がその中に癌クラスが存在することを示し、また、予測画像のスペクトルが予測画像中に上記癌クラスが存在しないことを示す比較画像の領域が含まれる。   The method further includes determining 324 a false positive region of interest and a false negative region of interest. In one aspect of the system, for example, the system identifies pixels of a comparative image that include a false positive region of interest or a false negative region of interest. The false positive region includes, for example, a region of a comparative image indicating that the actual image indicates that the cancer class is not present therein and the spectrum of the predicted image indicates that the cancer class is present in the predicted image. . In the false negative region, for example, a real image of a biological sample indicates that a cancer class is present therein, and a region of a comparative image in which the spectrum of the predicted image indicates that the cancer class is not present in the predicted image Is included.

図8Cは、偽陰性領域を含む予測画像の一例を示す。例えば、図8Cは、図8Aと同じ生物試料の予測画像を示す。図8Aの実画像では扁平上皮癌(SQCC+)しか示されていないのに対し、これに対応する図8Cの偽陽性領域には、壊死(necrosis)が存在することを示す緑色領域が含まれる。   FIG. 8C shows an example of a predicted image including a false negative region. For example, FIG. 8C shows a predicted image of the same biological sample as FIG. 8A. While only the squamous cell carcinoma (SQCC +) is shown in the real image of FIG. 8A, the corresponding false-positive region in FIG. 8C includes a green region indicating the presence of necrosis. .

本方法はさらに、信頼値に基づく信頼予測画像において関心領域を選択する工程330を含む。関心領域には、十分に分化されているが、生物試料において特定されたクラスまたはサブクラスのタイプの信頼度が低い領域が含まれる。図7Bは、十分に分化されているが、信頼度が低い関心領域の一例を示す。例えば、図7Bに示す関心領域は、空間的局所性を有する複数の白点を含む。図9Aおよび図9Bは、ほとんど分化されていない関心領域を含む画像の例を示す。また、関心領域には、ほとんど分化されていないが、スペクトル信号の信頼度が高い領域が含まれる。例えば、関心領域には、低分化領域に位置し、異なるクラスを示す実画像からの強いスペクトル信号を示す複数のカラー画素が含まれる。本システムの一態様では、特定された偽陰性関心領域および偽陽性関心領域を受信し、関心領域の周囲に円、グリッド、輪郭線等の形態の境界を挿入することで、関心領域を特定する。   The method further includes selecting 330 a region of interest in the confidence prediction image based on the confidence value. Regions of interest include regions that are well differentiated but have low confidence in the type of class or subclass identified in the biological sample. FIG. 7B shows an example of a region of interest that is well differentiated but has low confidence. For example, the region of interest shown in FIG. 7B includes a plurality of white spots having spatial locality. 9A and 9B show examples of images that include regions of interest that are hardly differentiated. The region of interest includes a region that is hardly differentiated but has high reliability of the spectrum signal. For example, the region of interest includes a plurality of color pixels that are located in the poorly differentiated region and that show strong spectral signals from real images that show different classes. In one aspect of the system, the region of interest is identified by receiving the identified false negative region of interest and false positive region of interest and inserting a boundary in the form of a circle, grid, contour, etc. around the region of interest. .

本方法は、関心領域画素を新しいクラスに割り当てる工程332を含む。本システムは、関心領域画素の注釈領域を生成し、これに新しいクラスを割り当てる。本方法では、医師が、生物試料に新しいクラスが含まれるかを示す注釈を画像に付することで注釈を行う(工程308)。   The method includes a step 332 of assigning region of interest pixels to a new class. The system generates an annotation region for the region of interest pixel and assigns it a new class. In the method, the physician annotates the image by annotating the image indicating whether the biological sample contains a new class (step 308).

上述のように、信頼画像を併用することで、生物試料の診断、予後および/または予測分類を補助することができる。また、信頼画像を用いることで、生物試料の顕微解剖のための関心領域を定めることができる。例えば、信頼画像において特定された関心領域を用いて、生物試料の遺伝子発現における変化を特定することができる。   As described above, the combined use of the confidence image can assist diagnosis, prognosis and / or prediction classification of a biological sample. Further, by using the trust image, it is possible to determine a region of interest for microdissection of a biological sample. For example, the region of interest identified in the confidence image can be used to identify a change in gene expression of the biological sample.

図4は、本発明の一態様に係る顕微解剖を行う領域を特定するための手順400を示す。顕微解剖により、例えば、生物試料の分離検査および/または微小検出分析が可能となる。また、微小検出分析は、例えば、遺伝子発現分析、遺伝子配列分析、分子分析(次世代シークエンシング(NGS)など)、および標的療法を行う際に用いられる。   FIG. 4 illustrates a procedure 400 for identifying a region for microdissection according to an aspect of the present invention. Microdissection enables, for example, separation inspection and / or microdetection analysis of biological samples. The micro detection analysis is used, for example, when performing gene expression analysis, gene sequence analysis, molecular analysis (next generation sequencing (NGS), etc.), and targeted therapy.

本方法は、画像セットにヒューリスティックを適用する工程402を含む。ヒューリスティックには、生物試料において顕微解剖に用いるデータを特定するための論理的規則が含まれる。例えば、ヒューリスティックは、信頼度が低い生物試料の領域、複数の属性を有する領域、特定の組織タイプによって分類される領域、特定の癌のクラスまたはサブクラスに分類される領域、および生物試料に関する臨床データなどを特定することができる。本システムの一態様では、画像セットに1つまたは複数のヒューリスティックを適用することで、生物試料中の顕微解剖に関する関心データを特定することができる。   The method includes applying 402 a heuristic to the image set. Heuristics include logical rules for identifying data used for microdissection in biological samples. For example, heuristics are areas of biological samples with low confidence, areas with multiple attributes, areas classified by specific tissue types, areas classified into specific cancer classes or subclasses, and clinical data about biological samples Etc. can be specified. In one aspect of the system, one or more heuristics can be applied to the image set to identify data of interest regarding microdissection in a biological sample.

本方法は、関心領域において切除する試料エリアの選択を受信する工程404および406を含む。関心領域は、画像セットにヒューリスティックを適用した結果を用いて特定される。本システムの一態様では、医師による切除領域の選択を受信する。すなわち、医師は、本システム上のインターフェースを用いて、試料エリアをハイライトあるいは特定することができる。例えば、医師は試料エリアの周囲に境界を設けて顕微解剖を行う領域を特定することができる。また、他の例では、顕微解剖を行う領域をハイライトすることができる。   The method includes steps 404 and 406 for receiving a selection of a sample area to be ablated in the region of interest. The region of interest is identified using the result of applying a heuristic to the image set. In one aspect of the system, a selection of an ablation region by a physician is received. That is, the doctor can highlight or specify the sample area using the interface on the system. For example, a doctor can specify a region for microdissection by providing a boundary around the sample area. In another example, a region for microdissection can be highlighted.

本システムの他の態様では、切除する試料エリアを自動的に選択することができる。例えば、本システムは、ヒューリスティックからデータを受信し、これを用いて、切除する試料エリアを自動的に選択することができる。これにより、本システムは、切除する試料エリアをハイライトあるいは特定することができる。   In another aspect of the system, the sample area to be excised can be automatically selected. For example, the system can receive data from a heuristic and use it to automatically select the sample area to be excised. Thereby, this system can highlight or specify the sample area to be excised.

図18A〜18Dは、本発明の一態様に係る試料エリアの例を示す。試料エリアは、図18Aおよび図18Bに示すように、円を用いてハイライトすることができる。また、試料エリアは、図18Cおよび図18Dに示すように、グリッドを用いてハイライトすることができる。本発明の一態様では、図18Cに示すように、試料エリアを信頼度に基づいて選択することができる。例えば、図18Cに示すように、信頼度が低い領域(例えば、白点が密集している領域)を試料エリアとして選択することができる。   18A to 18D illustrate examples of sample areas according to one embodiment of the present invention. The sample area can be highlighted using a circle as shown in FIGS. 18A and 18B. Also, the sample area can be highlighted using a grid, as shown in FIGS. 18C and 18D. In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 18C, the sample area can be selected based on the reliability. For example, as shown in FIG. 18C, a region with low reliability (for example, a region where white spots are densely packed) can be selected as the sample area.

本方法は、関心領域とSHP画像との間の位置合わせを行う工程408を含む。関心領域とSHP画像の位置合わせには、例えば、関心領域の空間的局所性と試料エリアのテスト識別との関連付けが含まれる。本システムの一態様では、SHP画像からの空間的局所性を関心領域と関連付け、上記関連付けをデータリポジトリに格納する。関心領域とSHP画像との間の位置合わせを行うことで、本システムは、関心領域について行われた遺伝子配列分析とSHP画像のスペクトルデータを関連付けることができる。また、本システムは、遺伝子配列分析に基づき、遺伝子配列パターンにおける何らかの規則性または変化を特定することができる。さらに、本システムは、試料に対して適用された検査を追跡することができる。   The method includes a step 408 of aligning between the region of interest and the SHP image. The registration of the region of interest and the SHP image includes, for example, associating the spatial locality of the region of interest with the test identification of the sample area. In one aspect of the system, the spatial locality from the SHP image is associated with the region of interest and the association is stored in a data repository. By performing registration between the region of interest and the SHP image, the system can associate the gene sequence analysis performed on the region of interest with the spectral data of the SHP image. The system can also identify any regularity or change in gene sequence pattern based on gene sequence analysis. In addition, the system can track the examination applied to the sample.

図17は、本発明の一態様に係る臨床画像とSHP画像の間の位置合わせの一例を示す。例えば、本システムは、SHP画像と臨床画像を重ね合わせて、SHP画像のスペクトルを臨床画像と関連付けることができる。   FIG. 17 illustrates an example of alignment between a clinical image and an SHP image according to an aspect of the present invention. For example, the system can superimpose the SHP image and the clinical image and associate the spectrum of the SHP image with the clinical image.

本方法は、選択した試料エリアから材料を採取し、分子検査を行う工程410を含む。本システムの一態様では、選択した試料エリアを用いて、生物試料から試料エリアを切除するための自動化されたツールを制御することができる。例えば、自動化されたツールは、レーザーあるいは他のミリング装置を制御して生物試料から試料エリアを切除することができる。   The method includes a step 410 of taking material from a selected sample area and performing a molecular test. In one aspect of the system, the selected sample area can be used to control an automated tool for excising the sample area from a biological sample. For example, an automated tool can control a laser or other milling device to excise a sample area from a biological sample.

本発明の態様が、がん性か否かに関わらず、任意の特定の細胞または組織分類に適用され得ることは本明細書の範囲内である。上記反復工程が適用される場合、最初の反復では、最も広範な細胞または組織分類に関する元の試料データを分析し、後続の反復では、それまでの反復で得られたさらに狭い範囲の細胞または組織分類に関する試料データサブセットを分析するため、最も正確な結果を得ることができる。提供または出力されたすべての反復の結果が、特定の病態と関連しているデータを示すことは本明細書の範囲内である。例えば、最初の反復ががんの分析である場合、がん性データの第二の反復を行うだけでなく、非がん性であることが判明したデータに関する情報を提供または出力することができる。   It is within the scope of the present description that aspects of the invention can be applied to any particular cell or tissue classification, whether cancerous or not. When the above iteration process is applied, the first iteration analyzes the original sample data for the most extensive cell or tissue classification, and the subsequent iterations have a narrower range of cells or tissues obtained in previous iterations. Analyzing the sample data subset for classification allows the most accurate results to be obtained. It is within the scope of this document that the results of all iterations provided or output indicate data associated with a particular condition. For example, if the first iteration is an analysis of cancer, it can provide or output information about data found to be non-cancerous, as well as performing a second iteration of cancerous data .

図19は、本発明の態様に係る方法とともに使用するコンピュータシステム1900の様々な構成を示す。図19に示されるように、コンピュータシステム1900は、パーソナルコンピュータ(PC)、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、マイクロコンピュータ、電話装置、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、あるいはプロセッサと入力機能を備えた他の装置などの端末1902を介して、要求側/医師等のユーザ1901、または要求側/医師等のユーザ1901の代表者によって使用される。サーバモデルは、例えば、PC、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、マイクロコンピュータ、あるいはプロセッサとデータリポジトリを備えるか、またはデータリポジトリにアクセス可能な他の装置を有する。サーバモデル1906は、例えば、診断、予後および/または予測分析に使用するための訓練データセットおよび/またはアルゴリズムのような疾患に基づくデータの利用可能なリポジトリと関連付けてもよい。   FIG. 19 illustrates various configurations of a computer system 1900 for use with a method according to aspects of the present invention. As shown in FIG. 19, a computer system 1900 includes a personal computer (PC), a minicomputer, a mainframe computer, a microcomputer, a telephone device, a personal digital assistant (PDA), or other device having a processor and input functions. Used by a user 1901 such as a requester / doctor or a representative of a user 1901 such as a requester / doctor. The server model includes, for example, a PC, minicomputer, mainframe computer, microcomputer, or other device that includes or has access to a processor and data repository. Server model 1906 may be associated with an available repository of disease-based data, such as training datasets and / or algorithms for use in diagnostic, prognostic and / or predictive analysis, for example.

上述したデータは、例えばインターネットなどのネットワーク1910を介して、医師等とSHPシステム(あるいはユーザ)との間で伝達することができ、また、分析者1901とサーバモデル1906との間で伝達することができる。通信は、例えば、有線、無線、または光ファイバ接続などの接続1911、1913によって行われる。   The above-described data can be transmitted between a doctor or the like and the SHP system (or user) via a network 1910 such as the Internet, and also transmitted between the analyst 1901 and the server model 1906. Can do. Communication is performed via connections 1911, 1913 such as, for example, wired, wireless, or fiber optic connections.

本発明の態様は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを用いて実施することができ、また、一つまたは複数のコンピュータシステムまたは他の処理システムにより実施することができる。一つの変形例において、本発明の態様は、本明細書において説明される機能を実行可能な一つまたは複数のコンピュータシステムを実現するものである。図20は、このようなコンピュータシステム2000の一例を示す。   Aspects of the invention can be implemented using hardware, software, or a combination thereof, and can be implemented by one or more computer systems or other processing systems. In one variation, aspects of the present invention implement one or more computer systems capable of performing the functions described herein. FIG. 20 shows an example of such a computer system 2000.

コンピュータシステム2000は、プロセッサ2004などの1つまたは複数のプロセッサを含む。プロセッサ2004は、通信インフラストラクチャ2006(例えば、通信バス、クロスオーバー・バー、またはネットワーク)に接続される。種々のソフトウェア態様が、この例示的なコンピュータシステムに関連して説明される。本明細書における説明により、他のコンピュータシステムおよび/またはアーキテクチャを用いて本発明の態様をどのように実施するかは、当業者において明らかになるであろう。   Computer system 2000 includes one or more processors, such as processor 2004. The processor 2004 is connected to a communication infrastructure 2006 (eg, a communication bus, crossover bar, or network). Various software aspects are described in connection with this exemplary computer system. The description herein will make it apparent to those skilled in the art how to implement aspects of the invention using other computer systems and / or architectures.

コンピュータシステム2000は、ディスプレイユニット2030上に表示するために、グラフィックス、テキストおよび他のデータを通信インフラ2006(または、図示されないフレーム・バッファ)から転送するディスプレイインターフェース2002を含むことができる。コンピュータシステム2000は、好ましくはランダムアクセスメモリ(RAM)であるメインメモリ2008を含むことができ、二次メモリ2010を含むこともできる。二次メモリ2010は、例えば、ハードディスクドライブ2012、および/または、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光学ディスクドライブなどのリムーバブルストレージドライブ2014を含むことができる。リムーバブルストレージドライブ2014は、周知の方法でリムーバブルストレージユニット2018との間で読み出しおよび/または書き込みを行うことができる。リムーバブルストレージユニット2018は、リムーバブルストレージドライブ2014との間で読み出しおよび書き込みを行うことが可能なフロッピー(登録商標)ディスク、磁気テープ、光学ディスクなどを表す。つまり、リムーバブルストレージユニット2018は、コンピュータソフトウェアおよび/またはデータが内部に格納されるストレージ媒体を使用可能なコンピュータを含むことができる。   Computer system 2000 can include a display interface 2002 that transfers graphics, text, and other data from communication infrastructure 2006 (or a frame buffer not shown) for display on display unit 2030. The computer system 2000 can include a main memory 2008, preferably random access memory (RAM), and can also include a secondary memory 2010. The secondary memory 2010 can include, for example, a hard disk drive 2012 and / or a removable storage drive 2014 such as a floppy disk drive, magnetic tape drive, optical disk drive, and the like. The removable storage drive 2014 can read from and / or write to the removable storage unit 2018 by a well-known method. The removable storage unit 2018 represents a floppy (registered trademark) disk, a magnetic tape, an optical disk, and the like that can be read from and written to the removable storage drive 2014. In other words, the removable storage unit 2018 may include a computer that can use a storage medium in which computer software and / or data is stored.

本発明の代替的な態様において、二次メモリ2010は、コンピュータプログラムまたは他の命令をコンピュータシステム2000内に読み込むことを可能にするための他の類似の装置を含むことができる。このような装置は、例えば、リムーバブルストレージユニット2022およびインターフェース2020を含むことができる。例を挙げれば、プログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェース(ビデオゲーム装置に見られるものなど)、リムーバブルメモリチップ(消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ(EPROM)、またはプログラム可能読み出し専用メモリ(PROM)など)および関連するソケット、並びに、ソフトウェアおよびデータをリムーバブルストレージユニット2022からコンピュータシステム2000に転送することを可能とする他のリムーバブルストレージユニット2022およびインターフェース2020などがある。   In alternative aspects of the present invention, secondary memory 2010 may include other similar devices to allow computer programs or other instructions to be loaded into computer system 2000. Such a device can include, for example, a removable storage unit 2022 and an interface 2020. Examples include program cartridges and cartridge interfaces (such as those found in video game devices), removable memory chips (such as erasable programmable read only memory (EPROM), or programmable read only memory (PROM)) and related. There are sockets, as well as other removable storage units 2022 and interfaces 2020 that allow software and data to be transferred from the removable storage unit 2022 to the computer system 2000.

コンピュータシステム2000はまた、通信インターフェース2024を含むことができる。通信インターフェース2024は、ソフトウェアおよびデータをコンピュータシステム2000と外部装置の間で転送することを可能にする。通信インターフェース2024の例としては、モデム、ネットワークインターフェース(イーサネット(登録商標)カードなど)、通信ポート、パーソナルコンピュータ・メモリカード国際協会(PCMCIA)スロットおよびカード等がある。通信インターフェース2024を介して転送されるソフトウェアおよびデータは、信号2028の形態とすることができ、この信号2028は、電子信号、電磁信号、光信号、または通信インターフェース2024により受信可能な他の信号とすることができる。これらの信号2028は、通信パス(例えば、チャネル)2026を介して通信インターフェース2024に伝達される。パス2026は、信号2028を伝達し、ワイヤまたはケーブル、光ファイバ、電話回線、携帯リンク、無線周波数(RF)リンクおよび/または他の通信チャネルを用いて構成することができる。本明細書で用いられるように、「コンピュータプログラム媒体」および「コンピュータ使用可能媒体」という用語は、一般的に、リムーバブルストレージドライブ2014、ハードディスクドライブ2012内に設置されたハードディスク、および信号2028などの媒体について使用される。これらのコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム2000にソフトウェアを供給することができる。本発明の態様は、このようなコンピュータプログラム製品を実現するものである。   Computer system 2000 can also include a communication interface 2024. Communication interface 2024 allows software and data to be transferred between computer system 2000 and external devices. Examples of the communication interface 2024 include a modem, a network interface (such as an Ethernet (registered trademark) card), a communication port, a personal computer memory card international association (PCMCIA) slot, a card, and the like. Software and data transferred via the communication interface 2024 can be in the form of a signal 2028 that is an electronic signal, electromagnetic signal, optical signal, or other signal receivable by the communication interface 2024. can do. These signals 2028 are communicated to communication interface 2024 via communication path (eg, channel) 2026. Path 2026 carries signal 2028 and may be configured with wires or cables, fiber optics, telephone lines, cellular links, radio frequency (RF) links and / or other communication channels. As used herein, the terms “computer program medium” and “computer usable medium” generally refer to media such as removable storage drive 2014, hard disk installed in hard disk drive 2012, and signal 2028. Used about. These computer program products can provide software to computer system 2000. An aspect of the present invention implements such a computer program product.

コンピュータプログラム(コンピュータ制御論理とも呼ばれる)は、メインメモリ2008および/または二次メモリ2010内に格納することができる。コンピュータプログラムは、通信インターフェース2024を介して受信することもできる。これらのコンピュータプログラムの実行により、コンピュータシステム2000が本明細書で説明された本発明の態様に係る構成を実現することが可能となる。特に、上記コンピュータプログラムの実行により、プロセッサ2004がそれらの構成を実現することが可能になる。したがって、これらのコンピュータプログラムは、コンピュータシステム2000のコントローラに相当する。   Computer programs (also called computer control logic) can be stored in main memory 2008 and / or secondary memory 2010. The computer program can also be received via the communication interface 2024. By executing these computer programs, the computer system 2000 can realize the configuration according to the aspect of the present invention described in this specification. In particular, the execution of the computer program enables the processor 2004 to realize those configurations. Therefore, these computer programs correspond to the controller of the computer system 2000.

ソフトウェアを用いて実施される本発明の態様の一つの変形例では、ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に格納され、リムーバブルストレージドライブ2014、ハードドライブ2012、または通信インターフェース2024によりコンピュータシステム2000に読み込まれてもよい。プロセッサ2004によって制御論理(ソフトウェア)が実行されると、プロセッサ2004は、本明細書で説明された機能を実現することができる。他の変形例において、本発明の態様は、主として、特定用途向け集積回路(ASICs)などのハードウェア部品を用いてハードウェアにより実施される。本明細書で説明された機能を実行するためのハードウェア状態機械の実装は、当業者において明らかとなる。   In one variation of aspects of the invention implemented using software, the software may be stored in a computer program product and read into the computer system 2000 by the removable storage drive 2014, the hard drive 2012, or the communication interface 2024. Good. When the control logic (software) is executed by the processor 2004, the processor 2004 may implement the functions described herein. In other variations, aspects of the invention are implemented primarily in hardware using hardware components such as application specific integrated circuits (ASICs). Implementation of a hardware state machine to perform the functions described herein will be apparent to those skilled in the art.

さらに他の変形例において、本発明の態様は、ハードウェアおよびソフトウェア両方の組み合わせにより実施することができる。   In still other variations, aspects of the invention can be implemented by a combination of both hardware and software.

Claims (35)

システムにおいて生物試料の画像を受信する工程と、
前記画像およびスペクトルデータに特定の疾患または病態に関連する注釈情報を適用して前記生物試料の実画像を生成する工程と、
前記画像およびスペクトルデータにアルゴリズムを適用して前記生物試料から特定された疾患または病態の予測分類を含む予測画像を生成する工程と、
前記予測分類を含む予測画像を、ディスプレイ上に表示するために送信する工程とを含むことを特徴とする生物試料の分類方法。
Receiving an image of a biological sample in the system;
Applying annotation information associated with a particular disease or condition to the image and spectral data to generate a real image of the biological sample;
Applying an algorithm to the image and spectral data to generate a predictive image including a predictive classification of a disease or condition identified from the biological sample;
A method for classifying a biological sample, comprising: transmitting a predicted image including the predicted classification for display on a display.
前記予測分類は、前記生物試料をクラスに分類し、
前記クラスは、診断判定、予後判定、治療決定、予測判定およびコンパニオン診断に用いられることを特徴とする請求項1に記載の方法。
The predictive classification classifies the biological sample into classes,
The method according to claim 1, wherein the class is used for diagnosis determination, prognosis determination, treatment determination, prediction determination, and companion diagnosis.
前記クラスは、1つまたは複数のサブ分類を含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the class includes one or more sub-classifications. 前記クラスは、前記生物試料の異質性を識別することを特徴とする請求項2に記載の方法。   The method of claim 2, wherein the class identifies a heterogeneity of the biological sample. 前記生物試料から特定された疾患または病態の予測分類の信頼度を計算する工程と、
前記予測画像に前記信頼度を適用して信頼予測画像を生成する工程と、
前記信頼予測画像を、ディスプレイ上に表示するために送信する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
Calculating the confidence of the predicted classification of the disease or condition identified from the biological sample;
Applying the reliability to the predicted image to generate a reliable predicted image;
The method of claim 1, further comprising: transmitting the confidence prediction image for display on a display.
前記実画像の分化値を判定する工程をさらに含み、
前記分化値は、疾患または病態の進行のグレードまたは度合いの定量的尺度であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
Further comprising determining a differentiation value of the real image,
The method of claim 1, wherein the differentiation value is a quantitative measure of the grade or degree of progression of a disease or condition.
前記分化値が低いときは、疾患が進行しておらず、前記分化値が高いときは、疾患が進行していることを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the disease is not progressing when the differentiation value is low, and the disease is progressing when the differentiation value is high. 前記実画像と前記予測画像との差分解析を行う工程と、
前記差分解析に基づき、前記予測画像において関心領域を特定する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
Performing a differential analysis between the real image and the predicted image;
The method according to claim 1, further comprising: identifying a region of interest in the predicted image based on the difference analysis.
前記関心領域は、分化が低く信頼度が高い領域と、分化が高く信頼度が低い領域からなるグループから選択されることを特徴とする請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the region of interest is selected from a group consisting of a region with low differentiation and high reliability and a region with high differentiation and low reliability. 前記関心領域は、真陽性関心領域、真陰性関心領域、偽陽性関心領域および偽陰性関心領域からなるグループから選択されることを特徴とする請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the region of interest is selected from the group consisting of a true positive region of interest, a true negative region of interest, a false positive region of interest, and a false negative region of interest. 前記関心領域を新しい癌のクラスに割り当てる工程をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。   9. The method of claim 8, further comprising assigning the region of interest to a new cancer class. 前記関心領域に特定の疾患または病態に関連する注釈情報を適用する工程をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, further comprising applying annotation information related to a specific disease or condition to the region of interest. 前記差分解析は、実画像および予測画像におけるテクスチャの比較、実画像と予測画像の比較、スペクトル変動の比較、空間的局所性の差分の特定、免疫組織化学(IHC)マーカーの比較、分子マーカーの比較、組織病理学に基づく比較、およびメタデータの比較からなるグループから選択されることを特徴とする請求項8に記載の方法。   The difference analysis includes comparison of textures in the actual image and the predicted image, comparison between the actual image and the predicted image, comparison of spectral fluctuations, identification of spatial locality differences, comparison of immunohistochemistry (IHC) markers, molecular markers 9. The method of claim 8, wherein the method is selected from the group consisting of comparisons, comparisons based on histopathology, and metadata comparisons. 前記実画像、予測画像および信頼予測画像からなるグループから選択された画像セットにヒューリスティックを適用する工程と、
前記ヒューリスティックに基づき、前記生物試料のサンプルエリア関心領域を特定する工程と、
前記生物試料のサンプルエリア関心領域に対応する一部を採取するための補助をする工程と、
前記生物試料の一部に分子検査を行う工程とをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
Applying a heuristic to an image set selected from the group consisting of the real image, the predicted image, and the confidence predicted image;
Identifying a sample area region of interest of the biological sample based on the heuristic;
Assisting in collecting a portion of the biological sample corresponding to a sample area of interest;
The method according to claim 5, further comprising performing a molecular test on a part of the biological sample.
前記ヒューリスティックは、信頼度が低い生物試料のエリアの特定、複数の属性を有する生物試料のエリアの特定、特定の組織タイプによって分類される生物試料のエリアの特定、特定の癌のクラスまたはサブクラスに分類される生物試料のエリアの特定、および生物試料に関する臨床データの処理からなるグループから選択されることを特徴とする請求項14に記載の方法。   The heuristics identify areas of biological samples with low confidence, areas of biological specimens with multiple attributes, identification of areas of biological specimens classified by specific tissue types, specific cancer classes or subclasses 15. The method of claim 14, wherein the method is selected from the group consisting of identifying an area of a biological sample to be classified and processing clinical data about the biological sample. 前記サンプルエリア関心領域を前記予測画像の空間的局所性と関連付ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, further comprising associating the sample area region of interest with the spatial locality of the predicted image. 生物試料の分類システムであって、
処理装置と通信するメモリを有し、
前記メモリおよび処理装置は、協働して、生物試料の画像を受信し、前記画像およびスペクトルデータに特定の疾患または病態に関連する注釈情報を適用して前記生物試料の実画像を生成し、前記画像およびスペクトルデータにアルゴリズムを適用して前記生物試料から特定された疾患または病態の予測分類を含む予測画像を生成し、前記予測分類を含む予測画像をディスプレイ上に表示するために送信するように構成されていることを特徴とする生物試料の分類システム。
A biological sample classification system,
Having a memory in communication with the processing unit;
The memory and processing device cooperate to receive an image of a biological sample and apply annotation information associated with a particular disease or condition to the image and spectral data to generate an actual image of the biological sample; Applying an algorithm to the image and spectral data to generate a predicted image including a predicted classification of the identified disease or condition from the biological sample, and transmitting the predicted image including the predicted classification for display on a display A biological sample classification system comprising:
前記予測分類は、前記生物試料をクラスに分類し、
前記クラスは、診断判定、予後判定、治療決定、予測判定およびコンパニオン診断に用いられることを特徴とする請求項17に記載のシステム。
The predictive classification classifies the biological sample into classes,
The system according to claim 17, wherein the class is used for diagnosis determination, prognosis determination, treatment determination, prediction determination, and companion diagnosis.
前記クラスは、1つまたは複数のサブ分類を含むことを特徴とする請求項18に記載のシステム。   The system of claim 18, wherein the class includes one or more sub-classifications. 前記クラスは、前記生物試料の異質性を識別することを特徴とする請求項18に記載のシステム   The system of claim 18, wherein the class identifies a heterogeneity of the biological sample. 前記処理装置はさらに、前記生物試料から特定された疾患または病態の予測分類の信頼度を計算し、前記予測画像に前記信頼度を適用して信頼予測画像を生成し、前記信頼予測画像をディスプレイ上に表示するために送信するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載のシステム。   The processing apparatus further calculates a reliability of a predicted classification of a disease or a pathological condition identified from the biological sample, generates a reliability predicted image by applying the reliability to the predicted image, and displays the reliability predicted image The system of claim 17, wherein the system is configured to transmit for display above. 前記処理装置はさらに、前記実画像の分化値を判定するように構成され、
前記分化値は、疾患または病態の進行のグレードまたは度合いの定量的尺度であることを特徴とする請求項17に記載のシステム。
The processing device is further configured to determine a differentiation value of the real image;
18. The system of claim 17, wherein the differentiation value is a quantitative measure of the grade or degree of progression of a disease or condition.
前記分化値が低いときは、疾患が進行しておらず、前記分化値が高いときは、疾患が進行していることを特徴とする請求項22に記載のシステム。   The system according to claim 22, wherein the disease is not progressing when the differentiation value is low, and the disease is progressing when the differentiation value is high. 前記処理装置はさらに、前記実画像と前記予測画像との差分解析を行い、前記差分解析に基づき前記予測画像において関心領域を特定するように構成されていることを特徴とする請求項17に記載のシステム。   The said processing apparatus is further comprised so that a region of interest may be specified in the said prediction image based on the said difference analysis by performing the difference analysis of the said real image and the said prediction image. System. 前記関心領域は、分化が低く信頼度が高い領域と、分化が高く信頼度が低い領域からなるグループから選択されることを特徴とする請求項24に記載のシステム。   The system according to claim 24, wherein the region of interest is selected from a group consisting of a region with low differentiation and high reliability and a region with high differentiation and low reliability. 前記関心領域は、真陽性関心領域、真陰性関心領域、偽陽性関心領域および偽陰性関心領域からなるグループから選択されることを特徴とする請求項24に記載のシステム。   25. The system of claim 24, wherein the region of interest is selected from the group consisting of a true positive region of interest, a true negative region of interest, a false positive region of interest, and a false negative region of interest. 前記処理装置はさらに、前記関心領域を新しい癌のクラスに割り当てるように構成されていることを特徴とする請求項24に記載のシステム。   25. The system of claim 24, wherein the processing device is further configured to assign the region of interest to a new cancer class. 前記処理装置はさらに、前記関心領域に特定の疾患または病態に関連する注釈情報を適用するように構成されることを特徴とする請求項27に記載のシステム。   28. The system of claim 27, wherein the processing device is further configured to apply annotation information associated with a particular disease or condition to the region of interest. 前記差分解析は、実画像および予測画像におけるテクスチャの比較、実画像と予測画像の比較、スペクトル変動の比較、空間的局所性の差分の特定、免疫組織化学(IHC)マーカーの比較、分子マーカーの比較、組織病理学に基づく比較、およびメタデータの比較からなるグループから選択されることを特徴とする請求項24に記載のシステム。   The difference analysis includes comparison of textures in the actual image and the predicted image, comparison between the actual image and the predicted image, comparison of spectral fluctuations, identification of spatial locality differences, comparison of immunohistochemistry (IHC) markers, molecular markers 25. The system of claim 24, wherein the system is selected from the group consisting of comparisons, comparisons based on histopathology, and metadata comparisons. 前記処理装置はさらに、前記実画像、予測画像および信頼予測画像からなるグループから選択された画像セットにヒューリスティックを適用し、前記ヒューリスティックに基づき前記生物試料のサンプルエリア関心領域を特定し、前記生物試料のサンプルエリア関心領域に対応する一部を採取するための補助をし、前記生物試料の一部に分子検査を行うように構成されていることを特徴とする請求項21に記載のシステム。   The processing apparatus further applies a heuristic to an image set selected from the group consisting of the real image, the prediction image, and the confidence prediction image, specifies a sample area region of interest of the biological sample based on the heuristic, and the biological sample 23. The system of claim 21, wherein the system is configured to assist in collecting a portion corresponding to a region of interest of the sample area and to perform a molecular test on a portion of the biological sample. 前記ヒューリスティックは、信頼度が低い生物試料のエリアの特定、複数の属性を有する生物試料のエリアの特定、特定の組織タイプによって分類される生物試料のエリアの特定、特定の癌のクラスまたはサブクラスに分類される生物試料のエリアの特定、および生物試料に関する臨床データの処理からなるグループから選択されることを特徴とする請求項30に記載のシステム。   The heuristics identify areas of biological samples with low confidence, areas of biological specimens with multiple attributes, identification of areas of biological specimens classified by specific tissue types, specific cancer classes or subclasses 31. The system of claim 30, wherein the system is selected from the group consisting of identifying an area of a biological sample to be classified and processing clinical data about the biological sample. 前記処理装置はさらに、前記サンプルエリア関心領域を前記予測画像の空間的局所性と関連付けるように構成されていることを特徴とする請求項30に記載のシステム。   32. The system of claim 30, wherein the processing device is further configured to associate the sample area region of interest with a spatial locality of the predicted image. 生物試料の画像を受信する受信モジュールと、
前記画像およびスペクトルデータに特定の疾患または病態に関連する注釈情報を適用して前記生物試料の実画像を生成し、前記画像およびスペクトルデータにアルゴリズムを適用して前記生物試料から特定された疾患または病態の予測分類を含む予測画像を生成する生成モジュールと、
前記予測分類を含む予測画像を、ディスプレイ上に表示するために送信する送信モジュールとを含むことを特徴とする生物試料の分類システム。
A receiving module for receiving an image of the biological sample;
Applying annotation information related to a specific disease or condition to the image and spectral data to generate a real image of the biological sample, and applying an algorithm to the image and spectral data to identify a disease or disease identified from the biological sample A generation module for generating a prediction image including a prediction classification of a disease state;
A biological sample classification system, comprising: a transmission module configured to transmit a predicted image including the predicted classification for display on a display.
前記実画像、予測画像および信頼予測画像からなるグループから選択された画像セットにヒューリスティックを適用するヒューリスティックモジュールと、
前記ヒューリスティックに基づき前記生物試料のサンプルエリア関心領域を特定する特定モジュールと、
前記生物試料のサンプルエリア関心領域に対応する一部を採取するための補助をする採取モジュールと、
前記生物試料の一部に分子検査を行う検査モジュールとをさらに含むことを特徴とする請求項33に記載のシステム。
A heuristic module for applying a heuristic to an image set selected from the group consisting of the real image, the predicted image and the confidence predicted image;
A specific module for identifying a sample area of interest of the biological sample based on the heuristic;
A collection module that assists in collecting a portion of the biological sample corresponding to a sample area of interest;
34. The system of claim 33, further comprising a test module that performs a molecular test on a portion of the biological sample.
コンピュータプログラム製品であって、
コンピュータ可読媒体を有し、
前記コンピュータ可読媒体は、生物試料の画像を受信するための指示と、前記画像およびスペクトルデータに特定の疾患または病態に関連する注釈情報を適用して前記生物試料の実画像を生成するための指示と、前記画像およびスペクトルデータにアルゴリズムを適用して前記生物試料から特定された疾患または病態の予測分類を含む予測画像を生成するための指示と、前記予測分類を含む予測画像をディスプレイ上に表示するために送信するための指示とを含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
A computer program product,
Having a computer readable medium;
The computer-readable medium includes instructions for receiving an image of a biological sample and instructions for applying annotation information associated with a particular disease or condition to the image and spectral data to generate an actual image of the biological sample. Instructions for generating a predicted image including a predicted classification of a disease or condition identified from the biological sample by applying an algorithm to the image and spectrum data, and a predicted image including the predicted classification are displayed on a display And a computer program product comprising: instructions for transmitting to transmit.
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