CN117716227A - 用于检测并对其他生物结构和胚泡的细胞结进行3d成像的系统和方法 - Google Patents

用于检测并对其他生物结构和胚泡的细胞结进行3d成像的系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了用于检测并对生物结构(诸如胚泡)的细胞层上的细胞结进行3D成像的系统和方法。该方法可包括：操作显微镜以观看生物结构的一部分；使生物结构旋转一组取向；在每个取向处捕获细胞层的一组细胞层区域中的对应一个细胞层区域的相应图像，其中，每个细胞层区域与至少另一个细胞层区域部分重叠，从而获得一组部分重叠的细胞层图像；从一组细胞层图像创建包含细胞结信息的细胞层纹理图；以及基于细胞层纹理图和其中包含的细胞结信息来构建细胞结的3D图像。

Description

用于检测并对其他生物结构和胚泡的细胞结进行3D成像的系 统和方法
技术领域
技术领域大体涉及用于对生物结构成像的技术。特别地，技术领域涉及用于对生物结构(例如胚泡(blastocyst)和其他透明/半透明结构)中的细胞结执行检测和三维图像构建的技术。
背景技术
从植入前阶段胚胎中检索或收集细胞是用于体外受精(IVF)中的植入前基因测试(PGT)的重要步骤。PGT可以根据两个类别进行分类：植入前基因筛查(PGS)和植入前基因诊断(PGD)。PGS是指对来自推测染色体正常遗传父母的胚胎进行非整倍体筛查的技术。PGD是指当遗传父母之一或双方具有已知遗传异常时，并对胚胎执行测试以确定胚胎是否携带遗传异常。
用于PGT的活检可以在三个不同的胚胎发育阶段进行。例如，可以在受精之后第0天或第1天执行来自卵母细胞或受精卵的极体活检；可以在受精之后第3天执行卵裂期胚胎活检；以及可以在受精之后第5天或第6天执行胚泡活检。
由于极体起源于卵母细胞的减数分裂，因此极体活检仅限于试测母体遗传物质。卵裂期胚胎活检使能测试来自父母双方的遗传信息。然而，从卵裂期胚胎中移除八个卵裂球中的一个或两个可能不希望地损害胚胎发育和植入潜力。相反，从胚泡中移除若干滋养外胚层细胞的胚泡活检是一种对胚胎生殖潜力产生较小影响并为基因分析提供更多细胞的技术，从而增加后续基因测试的灵敏度和可靠性。因此，在受精之后第5天或第6天的胚泡活检是一种在IVF诊所广泛用于PGT的技术。
胚泡是哺乳动物的早期发育中形成的生物结构。胚泡包含拳头形状的细胞簇，它被称为内细胞团(ICM)，其最终发育成胎儿。胚泡还包含单层滋养外胚层(trophectoderm)细胞(TE细胞)。TE细胞形成球形腔，该球形腔最终发育成胎盘。胚泡由被称为透明带(zonapellucida)(ZP)的糖蛋白层保护。在胚泡活检期间，ICM通常保持没有接触以避免对胎儿发育的损伤，并且根据经验估计的数量的TE细胞从TE单层分开，并收集用于执行后续基因测试。
收集的完整TE细胞的数量影响胚胎繁殖潜力和基因测试精度。随着收集的TE细胞的数量增加，更多的遗传物质可用于执行基因测试，这导致了更高的信噪比(SNR)，并且因此可以提高基因测试精度。然而，从胚胎中分离大量的TE细胞也可能增加对胚胎的损伤，并且可能减少植入率和妊娠率。例如，对于人类胚泡活检，可以建议收集5到8个TE细胞，以能够执行各种基因测试方法，诸如荧光原位杂交(FISH)、阵列比较基因组杂交(aCGH)和定量聚合酶链反应(qPCR)，同时平衡胚胎繁殖潜力和基因测试精度。
收集的TE细胞的完整性是影响基因测试结果的另一个因素。完整的TE细胞是具有选择性渗透功能的维持细胞膜完整性的TE细胞。在用于基因测试的TE细胞转移期间，完整TE细胞的遗传物质由细胞膜保护和限制。在细胞转移期间，TE细胞通常在洗涤缓冲液中洗涤数次以避免基因污染。如果收集的TE细胞具有破裂的细胞膜，则这样的TE细胞可能在洗涤过程期间失去部分或其全部遗传物质，这是不希望的。SNR也可能减小，并且如果一些收集的TE细胞的遗传物质在洗涤过程期间丢失，则可能发生错误，这可能减少基因测试精度。
本领域中已知的用于执行胚泡活检的技术通常包括两类方法。根据第一类方法，在受精之后第3天，使用一个或两个激光脉冲，在卵裂期胚胎的ZP中形成具有范围从5围成到10成具的直径的开口，这可以被称为辅助孵化，跟随有扩展培养为胚泡期。在第5天或第6天，通过保持微量移液管保持胚泡，通过ZP中人工创建的开口从胚泡腔突出(herniate)(即挤出)的TE细胞被抽吸到活检微量移液管中，并且使用激光脉冲从胚泡分开。与该方法相关联的缺点包括：给定第3天辅助孵化对附加操纵的需要，以及对ICM突出的风险，这也可能要求胚泡的附加操纵并影响其发育。
根据第二类方法，可以省略辅助孵化，并且胚胎可以培养直到胚泡阶段。在第5天或第6天，通过保持微量移液管保持胚泡，并将ICM定位在胚泡内的给定位置处，例如，在6点钟、9点钟或12点钟位置处。通过激光脉冲或通过机械力，诸如通过由压电致动器生成的微量移液管振动，在2-3点钟位置处在ZP中产生10位置至20位置的缺口(breach)。活检微量移液管然后被用于反复按压ZP，以从ZP的内表面释放TE细胞。一旦TE细胞层与ZP分开，则通过ZP中的缺口插入活检微量移液管以到达TE细胞。然后将经验估计或未确定数量的TE细胞抽吸到活检微量移液管中，并通过激光脉冲或通过机械力与胚泡分开。因此，根据第二类方法，要求对胚泡的ZP重复施加压力以释放TE细胞并将TE细胞抽吸到活检微量移液管中用于分开。活检微量移液管的重复按压过程可能在很长一段时间内向ICM不期望地施加大机械力/应力，对胎儿发育造成潜在损伤。此外，这种类型的活检方案可能导致胚泡在培养箱外的长暴露时间，例如2至5分钟，从而对胚胎施加环境应力，并且可能减少其繁殖潜力。
收集的完整TE细胞的数量是胚泡活检的重要组分，并且影响胚胎繁殖潜力和基因测试精度。然而，到目前为止，胚胎学家根据经验估计收集的完整TE细胞的数量和抽吸到活检微量移液管中的总细胞体积。由于TE细胞在不同的胚泡之间并且甚至在同一个胚泡内的体积不同，通过控制总细胞体积收集的完整TE细胞的数量可能导致与预定义/期望的TE细胞数量的大偏差。
因此，关于控制胚泡活检的上下文中收集的TE细胞的数量仍然存在各种挑战。
发明内容
根据一方面，提供了一种用于检测并对生物结构的细胞层上的细胞结进行3D成像的方法，所述方法包括：
使所述生物结构旋转一组取向；
在每个取向处捕获所述细胞层的一组细胞层区域中的对应一个细胞层区域的相应图像，其中，每个细胞层区域与至少另一个细胞层区域部分重叠，从而获得一组部分重叠的细胞层图像；
根据所述一组细胞层图像，创建包含细胞结信息的细胞层纹理图；以及
基于所述细胞层纹理图和其中所包含的所述细胞结信息，构建所述细胞结的3D图像。
在一些实施方式中，创建所述细胞层纹理图包括：从所述一组细胞层图像中检测所述细胞结信息，以及基于所述一组细胞层图像执行图像匹配和拼接操作以创建所述细胞层纹理图，其中，所述细胞层纹理图将从所述一组细胞层检测到的所述细胞结信息并入其中。
在一些实施方式中，创建所述细胞层纹理图包括：基于所述一组细胞层图像执行图像匹配和拼接操作以创建所述细胞层纹理图，以及从所述细胞层纹理图中检测所述细胞结信息。
在一些实施方式中，所述方法还包括：在执行所述图像匹配和拼接操作之前，预处理所述一组部分重叠的细胞层图像。
在一些实施方式中，预处理所述一组部分重叠的细胞层图像包括：执行强度不均匀性校正操作，所述强度不均匀性校正操作被配置为减少所述一组部分重叠的细胞层图像中的强度不均匀效应。
在一些实施方式中，预处理所述一组部分重叠的细胞层图像包括：执行模糊检测操作以检测并移除所述细胞层图像中的模糊区域。
在一些实施方式中，预处理所述一组部分重叠的细胞层图像包括：
获得用于所述一组部分重叠的细胞层图像中的至少一个细胞层图像的一组模拟2D图像；以及
使用所述一组模拟2D图像执行所述图像匹配和拼接操作。
在一些实施方式中，获得所述一组模拟2D图像包括：
将所述至少一个细胞层图像投影到虚拟球面上；
沿着所述虚拟球面三维地旋转所述至少一个细胞层图像以获得一组3D图像；以及
将所述一组3D图像投影回到2D图像以产生所述一组模拟2D细胞层图像。
在一些实施方式中，三维地旋转所述至少一个细胞层图像包括：围绕两个正交轴中的每一个轴将所述至少一个细胞层图像旋转范围从大约5°到大约45°的角度间隔。
在一些实施方式中，在获得所述3D图像的连续3D图像之间，将所述至少一个细胞层图像旋转范围从大约1°到大约5°的步进角。
在一些实施方式中，所述生物结构是透明的或半透明的。
在一些实施方式中，所述方法还包括：用小于所述生物结构的半径的景深捕获所述一组细胞层图像。
在一些实施方式中，所述方法还包括：将所述景深设置为小于约5微米。
在一些实施方式中，用显微镜捕获所述一组细胞层图像，并且所述方法还包括：在所述捕获之前，调整所述显微镜的焦平面。
在一些实施方式中，调整所述显微镜的所述焦平面包括：定位所述显微镜的所述焦平面以观看所述生物结构的最靠近物镜的部分。
在一些实施方式中，构建所述细胞结的所述3D图像包括：将所述细胞结信息投影到所述生物结构的外表面的3D模型表示上。
在一些实施方式中，所述方法还包括：基于所述生物结构的先前获取的图像数据，确定所述生物结构的所述外表面的所述3D模型表示。
在一些实施方式中，确定所述生物结构的所述外表面的所述3D模型表示包括：
捕获所述生物结构的图像；
确定所捕获的图像中的所述生物结构的半径和中心的位置，作为所述先前获取的图像数据；以及
基于所述先前获取的图像数据，建模所述生物结构的所述外表面的所述3D模型表示。
在一些实施方式中，所述生物结构的所述外表面是球形的。
在一些实施方式中，检测所述细胞结信息包括：标识亮边缘和暗边缘。
在一些实施方式中，检测所述细胞结信息包括：手动标记、半自动边缘检测、自动边缘检测、或其任何组合。
在一些实施方式中，捕获所述一组部分重叠的细胞层图像包括：使用对比度增强成像技术。
在一些实施方式中，所述对比度增强成像技术包括：相位衬度成像、或差分干涉对比(DIC)成像。
在一些实施方式中，使所述生物结构旋转所述一组取向包括：
围绕第一旋转轴旋转所述生物结构以覆盖所述取向的第一子集；以及
围绕第二旋转轴旋转所述生物结构以覆盖所述取向的第二子集，其中，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴彼此垂直。
在一些实施方式中，所述第一子集中的连续取向由等于或小于大约45°的生物结构旋转角度分开。
在一些实施方式中，所述第二子集中的连续取向由等于或小于大约45°的生物结构旋转角度分开。
在一些实施方式中，所述第一子集中的取向跨越等于大约360°的所得角度。
在一些实施方式中，所述第二子集中的取向跨越等于大约360°的所得角度。
在一些实施方式中，所述生物结构是胚泡，并且所述细胞结是滋养外胚层细胞结。
根据另一方面，提供了一种用于标识和定位在胚泡腔内具有内细胞团的胚泡的预定数量的滋养外胚层TE细胞的方法，所述方法包括：
根据本文中所定义的方法，三维地建模所述胚泡的所述TE细胞中的相邻的TE细胞之间的TE细胞结，其中，所述胚泡对应于所述生物结构；
将所述胚泡的所述内细胞团定位在所述胚泡的十点钟位置与十一点钟位置之间、或者七点钟位置与八点钟位置之间；以及
将所述预定数量的TE细胞至少部分地定位在由活检微量移液管的孔口所限定的区域内，所述活检微量移液管具有与所述胚泡的三点钟位置对准的纵轴。
在一些实施方式中，将所述预定数量的TE细胞至少部分地定位在由活检微量移液管的孔口所限定的区域内包括：调整所述预定数量的TE细胞的定位，以使得所述预定数量的TE细胞的表面基本上完全在由所述活检微量移液管的所述孔口所限定的区域内。
在一些实施方式中，将所述预定数量的TE细胞至少部分地定位在由所述活检微量移液管的所述孔口所限定的区域内包括：旋转所述胚泡。
在一些实施方式中，旋转所述胚泡包括：相对于所述显微镜的焦平面执行以下中的至少一个：平面外旋转和平面内旋转。
在一些实施方式中，将所述预定数量的TE细胞至少部分地定位在由所述活检微量移液管的所述孔口所限定的区域内包括：将负压力施加到所述活检微量移液管的所述孔口。
在一些实施方式中，所述方法还包括：
穿透所述胚泡的透明带(ZP)而不引起所述胚泡腔塌陷；以及
将所述预定数量的TE细胞与所述胚泡分开。
在一些实施方式中，执行将所述预定数量的TE细胞与所述胚泡分开，以使得所述TE细胞层相对于所述活检微量移液管的所述纵轴形成锐角。
在一些实施方式中，将所述TE细胞与所述胚泡分开包括：
沿着所述活检微量移液管的所述纵轴推进所述活检微量移液管；
驱动所述活检微量移液管振动；
从所述胚泡中收回所述活检微量移液管；以及
调整施加到所述活检微量移液管的所述孔口的保留压力，以将已经与所述胚泡分开的所述预定数量的TE细胞保留在所述活检微量移液管内。
在一些实施方式中，沿着所述活检微量移液管的所述纵轴推进所述活检微量移液管包括：将所述活检微量移液管推进大于所述胚泡的半径且小于所述胚泡的直径的前进距离。
在一些实施方式中，沿着所述活检微量移液管的所述纵轴执行驱动所述活检微量移液管振动。
在一些实施方式中，穿透所述胚泡的所述ZP以及将所述预定数量的TE细胞与所述胚泡分开是自动化的步骤。
在一些实施方式中，标识所述预定数量的TE细胞，以执行所述预定数量的TE细胞的后续分开和收集。
根据另一方面，提供了一种用于分析根据本文所定义的方法所标识的预定数量的TE细胞的方法。
根据另一方面，提供了一种用于检测并对生物结构的细胞层上的细胞结进行3D成像的系统，所述系统包括：
显微镜，其包括物镜和相机，所述显微镜被配置为对所述生物结构进行成像；
样本保持器和定位器，其被配置为相对于所述显微镜的所述物镜保持和定位所述生物结构；以及
控制和处理单元，其包括处理器以及具有处理器和存储可由所述处理器执行的指令的存储器的控制设备，用于：
操作所述显微镜以观看所述生物结构的一部分；
操作所述显微镜以及所述样本保持器和定位器以执行图像捕获操作，包括：
用所述样本保持器和定位器使所述生物结构旋转一组取向，其中，每个取向对应于所观看的所述细胞层的不同区域，并且其中，每个细胞层区域与至少另一个细胞层区域部分重叠；以及
在每个取向处，用所述相机捕获对应的细胞层区域的相应图像，从而获得一组部分重叠的细胞层图像；
处理所述一组部分重叠的细胞层图像以创建包含细胞结信息的细胞层纹理图；以及
处理所述细胞层纹理图和其中包含的所述细胞结信息，以构建所述细胞结的3D图像。
在一些实施方式中，所述系统还包括：自动化压电驱动装置，其用于从所述生物结构收集预定数量的细胞，所述预定数量的细胞可基于所述细胞结的3D图像构建来获得。
根据另一方面，提供了一种用于胚泡活检的方法，所述方法包括：
三维地检测所述胚泡的滋养外胚层细胞结；
取向和定位所述胚泡的内细胞团和滋养外胚层细胞；
穿透透明带而不引起所述胚泡腔塌陷；以及
以锐角将滋养外胚层细胞与所述胚泡分开。
在一些实施方式中，在三维空间中检测所述胚泡的滋养外胚层细胞结包括以下步骤：
通过保持微量移液管轻轻地保持所述胚泡；
调整所述显微镜焦平面以显示所述胚泡的下半球上的滋养外胚层细胞结；
通过所述活检微量移液管沿着x轴和y轴各自旋转所述胚泡360述，并且每四十五度或更小的旋转捕获所述胚泡部分的图像；
对所捕获的图像执行图像匹配，以计算所捕获的图像中的二维坐标与对应的三维坐标之间的变换矩阵；
通过标识所述亮边缘和暗边缘，在所捕获的图像中二维地检测细胞结；以及
通过使用所述变换矩阵将所捕获的图像中的二维细胞结变换为所述对应的三维坐标来三维地构建细胞结。
在一些实施方式中，调整所述显微镜焦平面包括：调整所述显微镜焦平面，直到所述胚泡的ZP在焦点上，并且向下移动所述焦平面，直到在所述胚泡的底部处标识所述滋养外胚层细胞结。
在一些实施方式中，定位所述胚泡的内细胞团和滋养外胚层细胞包括以下步骤：
将所述内细胞团定位在所述胚泡的十点钟与十一点钟之间或七点钟与八点钟之间；以及
在所述胚泡的三点钟处，将待收集的滋养外胚层细胞与活检微量移液管孔口对准。
在一些实施方式中，在所述胚泡的三点钟处，将待收集的滋养外胚层细胞与活检微量移液管孔口对准包括：通过所述活检微量移液管旋转所述胚泡，并且将负压力施加到所述活检微量移液管孔口，以确保在所述胚泡的三点钟处待收集的所述滋养外胚层细胞所包围的整个区域可以由所述活检微量移液管的孔口覆盖。
在一些实施方式中，将滋养外胚层细胞与所述胚泡分开包括以下步骤：
沿着所述活检微量移液管的轴前进所述活检微量移液管，并且随后在所述活检微量移液管上生成连续振动；以及
沿着所述活检微量移液管的轴收回所述活检微量移液管，在所述胚泡的ZP外部停止所述活检微量移液管，以及调整施加到所述活检微量移液管孔口的压力，以将所收集的滋养外胚层细胞定位在所述活检微量移液管内。
在一些实施方式中，所述前进距离大于所述胚泡的半径且小于所述胚泡的直径。在所述沿着活检微量移液管的轴前进活检微量移液管之后，所述滋养外胚层与所述活检微量移液管的轴之间的角度变得小于90度。
在一些实施方式中，所述活检微量移液管上的所述连续振动的方向沿着所述活检微量移液管的轴。
附图说明
附图示出了本文所描述的技术或与之相关的各种特征、方面和实施方式。
图1(a)-(b)是示出胚泡腔的塌陷(a)之前和(b)之后的胚泡的现有技术图像。
图2(a)-(h)是根据实施方式的用于收集TE细胞的方法的各种步骤的示意性表示。
图3(a)-(f)是根据实施方式的用于执行平面外胚泡旋转和平面内胚泡旋转的各种步骤的示意性表示。
图4是由保持微量移液管保持的胚泡的图像以及胚泡和相关联的TE细胞结的放大区域的图像。
图5是描绘根据实施方式的用于收集预定数量的TE细胞的方法的各种步骤的框图。
图6是示出用于在用于收集TE细胞的方法中使用的压电驱动装置的分解图的示意性表示。
图7是图6的压电驱动装置的图片。
图8(a)-(f)是根据实施方式的用于执行胚泡的三维图像构建和检测胚泡的TE细胞结的方法的各种步骤的示意性表示。胚泡内(e)中的箭头指示二维TE细胞结。
图9是示出当活检微量移液管沿着其纵轴前进时胚泡的TE细胞层上的应力分布的FEA模拟结果。
图10(a)-(d)是根据实施方式的用于将靶TE细胞相对于活检微量移液管的孔口定位的方法的各种步骤的示意性表示。
图11是示出根据(a)常规方法和(b)如本文所描述的用于收集预定数量的TE细胞的方法的实施方式对活检微量移液管内的TE细胞的力分析的示意性表示。
图12是描绘根据实施方式的用于收集TE细胞的方法的各种步骤的框图。
图13(a)-(k)是根据另一实施方式的用于执行胚泡的三维图像构建和检测胚泡的TE细胞结的方法的各种步骤的示意性表示。
图14是包括显微镜、控制和处理单元和样本保持器和定位器的系统的示意性表示。
具体实施方式
本文所描述的技术涉及用于检测并对生物结构(诸如胚泡)的外细胞层上的细胞结进行三维(3D)成像的系统、设备和方法。本文所描述的一些实施例涉及基于胚泡的3D图像构建来检测和建模在胚泡的TE细胞的相邻TE细胞之间的滋养外胚层(TE)细胞结。胚泡，并且更特别地TE细胞的3D图像构建可以使能定位TE细胞结，这进而可以使能标识预定数量的TE细胞，用于控制随后可以在胚泡活检期间被分离和收集的TE细胞的数量。当试图评估相邻TE细胞之间的细胞结的位置并控制随后分离和收集的TE细胞的数量时，诸如TE细胞的生物结构的透明/半透明性质引起了许多挑战。本文所描述的技术有助于减轻这些挑战。
检测TE细胞结的位置的胚泡的3D图像重建以及用于胚泡活检的上下文中的后续分离和收集的预定数量的TE细胞的标识提出优于本领域中已知的用于执行胚泡活检的技术的优点。例如，考虑到用于执行胚泡活检的常规技术涉及在ZP上重复施加压力以从ZP释放TE细胞，由TE细胞层形成的腔通常由于腔压力释放而塌陷。在这样的场景中，TE细胞结在腔塌陷之后变得不可检测，如图1所示。例如，图1(a)示出了通过保持微量移液管600将胚泡502保持在适当位置。胚泡502具有ICM 504和TE细胞506以及相关联的TE结601、602、603、604和605。图1(b)示出了由在ZP 510上重复施加压力产生的塌陷的胚泡腔。此外，无论使用常规活检技术时胚泡腔塌陷如何，到目前为止，胚泡的复杂结构阻碍了在TE细胞层中的细胞结检测的发展，特别是由于TE细胞的透明/半透明性质，如上文所提到的。
因此，取代根据抽吸到对应的活检微量移液管中的总细胞体积来估计收集的TE细胞的数量，本文所描述的技术使能对TE细胞结进行成像和3D建模。成像和3D建模操作可以允许标识预定数量的完整TE细胞。这些TE细胞随后可以从胚泡中分开和收集，用于执行植入前基因测试。
在本说明书中，术语“透明”是指对象(例如，胚泡或另一生物结构)允许特定光谱区域中的电磁辐射穿过其中而没有明显散射的能力。术语“半透明”是指对象(例如，胚泡或另一生物结构)允许特定光谱区域中的电磁辐射穿过其中而具有明显散射的能力。术语“半透明”通常与术语“部分透明”同义。在该方面中，应理解，术语“透明”不仅包括“完全透明”，而且包括“基本上透明”、“足够透明”和“部分透明”。因此，除非另有指定，否则术语“透明”在单独使用时旨在涵盖术语“半透明”。
在本说明书中，术语“胚胎/胚泡”是指哺乳动物的胚胎/胚泡(例如，人类胚胎/胚泡、小鼠胚胎/胚泡、和牛胚胎/胚泡)。应当理解，尽管本文所描述的若干实施例用胚泡实现，但是其他实施例可以使用其他类型的生物结构，其细胞结可以被检测和3D成像。这样的可能的生物结构的非限制性示例包括，仅举几例，由干细胞或肿瘤细胞形成的球体。
在本说明书中，术语“细胞结”是指相邻细胞之间的连接边缘/点。
在本说明书中，术语“完整”是指细胞利用选择性渗透的功能维持细胞膜的完整性的特性。
在本说明书中，术语“本轴”通常是指保持微量移液管的轴，其方向从保持微量移液管指向胚泡。
在本说明书中，术语“本轴”通常是指在显微镜视图下在焦平面内从x轴逆时针旋转90时的轴。
在本说明书中，术语“本轴”通常是指在显微镜视图下垂直于焦平面的轴，其方向从保持胚泡的结构(例如培养皿)的底部指向胚泡。
现在将参考附图来描述本技术的各种实施方式。
胚泡活检过程的一般描述
参考图2-4，将更详细地描述用于在胚泡活检的上下文中收集预定数量的完整滋养外胚层(TE)细胞的方法。
可以通过将胚泡202保持在给定位置来启动胚泡活检，例如使用保持微量移液管300或另一保持或定位设备。如图2(a)所示，胚泡202包括形成ICM 204的拳头形状的细胞簇和形成球形腔的单层TE细胞206，在其内是ICM 204。TE细胞206由被称为透明带(ZP)210的糖蛋白层包围和保护。
如图2(a)-2(c)所示的序列所示，当保持微量移液管300保持胚泡202以将胚泡202的ICM 204定位在胚泡202的十点钟位置与十一点钟位置之间时，活检微量移液管200可用于旋转胚泡202。可以通过气动或液压泵将负压力施加到保持微量移液管300的尖端，以将胚泡202保持在适当位置。在一些实施方式中，施加到保持微量移液管300的尖端的压力可以取决于胚泡202的ZP 210的硬度。例如，为了保持小鼠胚泡，施加到保持微量移液管300的尖端的压力可以在-300Pa与-600Pa之间。
可以使用激光脉冲或机械力在胚泡202的三点钟位置处在ZP 210中形成缺口220，而不导致胚泡的腔塌陷，如图2(d)中所描绘的。缺口220的直径可以与活检微量移液管200的直径相同或大于活检微量移液管200的直径，以允许活检微量移液管200插入通过ZP 210并到达TE细胞层。
在ZP 210的穿透之后，活检微量移液管200可以推进以轻轻地接触TE细胞层。负压力可以通过气动或液压泵生成并逐渐增加，并施加到活检微量移液管200的尖端，以将TE细胞206抽吸到活检微量移液管200中，如图2(e)中所描绘的。在一些实施方式中，负压力可以逐渐增加，直到将期望或预定数量的TE细胞(诸如5至8个TE细胞)抽吸到活检微量移液管200中。在抽吸之后，活检微量移液管200可以沿着活检微量移液管200的纵轴快速前进，并且可以在活检微量移液管200上生成沿着活检微量移液管200的纵轴的振动，如图2(f)中所描绘的。在一些实施方式中，前进距离可以大于胚泡的半径且小于胚泡的直径。在其他实施方式中，前进距离可以小于胚泡的半径。可以生成沿着活检微量移液管200的纵轴的轴向振动的任何设备可以适合于分离TE细胞206。例如，在一些实施方式中，压电致动器可用于生成沿着活检微量移液管200的纵轴的振动。压电致动器可以由具有频率范围从大约50至5000Hz的连续信号进行驱动。通过振动压电致动器可以在活检微量移液管200上生成振动，以从胚泡中切除或分离预定数量的TE细胞。在TE细胞208与胚泡202分离之后，活检微量移液管200可以沿着活检微量移液管200的纵轴收回，并且可以关断压电致动器，如图2(g)中所描绘的。可以调整由气动或液压泵施加到活检微量移液管200的尖端的压力，以将收集的TE细胞208定位在活检微量移液管200内，如图2(h)中所描绘的。上文所提到的步骤可以手动地或自动地或部分自动地实现。在一些实施方式中，可以手动旋转胚泡，并且可以经由软件接口控制生成轴向振动的设备。例如，当使用压电致动器时，压电致动器可以可操作地连接到控制器，控制器进而可操作地连接到计算机。然后可以使用软件向控制器发送指令以控制压电致动器的操作。类似的配置可用于生成轴向振动的设备，其不同于压电致动器。
参考图3(a)-3(f)，在一些实施方式中，胚泡202的旋转可以包含平面外旋转或平面内旋转，或两者。术语“平面外”和“平面内”在本文中参考用于对胚泡202成像的显微镜的焦平面来定义。在图3(a)和3(d)中，x轴和y轴包含在焦平面222中，并且z轴垂直于焦平面222。
更特别地参考图3(a)-(c)，示出了使用保持微量移液管300和活检微量移液管200的胚泡202的平面外旋转。初始地，ICM 204可能不在图像平面中被检测到(例如，如果ICM204在成像系统的景深之外，在焦平面的任一侧)，并且活检微量移液管200可以距胚泡202的ZP 210几微米(例如，2-5μ-)来定位。接下来，可以沿着z轴向上提起活检微量移液管200。由活检微量移液管200沿着z轴向上行进的距离可以取决于例如胚泡的直径。在一些实施方式中，由活检微量移液管200向上行进的距离对于具有大约100μ0的直径的胚泡而言可以在大约20径的至大约40径的的范围内。活检微量移液管200然后可以沿着x轴前进以轻轻地推动胚泡202。通过推动胚泡202，胚泡202可以围绕y轴旋转，这对应于平面外旋转。由活检微量移液管200推动和旋转胚泡202行进的向前距离可以取决于胚泡202的直径，并且对于具有大约100，并的直径的胚泡可以在例如大约15径的至大约35径的之间的范围内。在推动胚泡202之后，活检微量移液管200可以沿着x轴收回。收回活检微量移液管200的距离可以与由活检微量移液管200向前行进的距离相似或相同。活检微量移液管200可用于重复地推动胚泡。一旦ICM 204在显微镜视图下在图像平面222中变得可见，则可以停止平面外旋转。
现在参考图3(d)-(f)，示出了使用保持微量移液管300和活检微量移液器200的胚泡202的平面内旋转。在一些实施方式中，可以在完成上文所描述的平面外旋转之后执行平面内旋转。平面内旋转可用于将ICM 204定位在胚泡202的十点钟位置与十一点钟位置之间。初始地，活检微量移液管200可以定位在胚泡202的三点钟位置处。活检微量移液管200可用于使ZP 210凹陷(indent)，例如大约2约如至大约5约如，以在ZP 210上引起足够的摩擦力。接下来，活检微量移液管200可用于沿着ZP 210的曲线推动胚泡202。通过推动胚泡202，胚泡202可以围绕z轴旋转。在将胚泡202旋转，例如大约5约至大约45，之后，可以停止活检微量移液管200的旋转，并且可以将活检微量移液管200重新定位在胚泡202的三点钟位置处。活检微量移液管200可用于重复地推动胚泡202。一旦ICM 204定位在胚泡202的十点钟位置与十一点钟位置之间，则可以停止平面内旋转。
如上文所提到的，本文所描述的技术可包括TE细胞结的检测。图4示出了TE细胞结的定位的示例。在其中检测到TE细胞结704、705的感兴趣区域700可以在胚泡202的两点钟位置与四点钟位置之间包含若干TE细胞206。在一些实施方式中，可以通过检测TE细胞206的暗边缘701、702和703将区域700内的TE细胞206与图像背景分开。由暗边缘701、702和703形成的曲线变为凹形的腰部可以被标识为TE细胞结，如点(即，圆点)704和705所示。在检测到TE细胞结704、705之后，活检微量移液管200可用于平面内旋转胚泡202，使得TE细胞结704和705相对于胚泡202的三点钟位置对称。胚泡202可以顺时针或逆时针旋转，或者在适合的方向上移动，或者围绕适合的轴旋转，以将靶TE细胞结朝向与活检微量移液管200的位置大体对准的位置移动，用于ZP穿透。应注意，活检微量移液管200也可以对准在胚泡202的三点钟位置用于ZP穿透。
下文参考图5总结上文所描述的方法的实施方式。该方法包括使用保持微量移液管保持胚泡，例如利用施加在保持微量移液管上的可以在-300Pa与-600Pa之间的压力。活检微量移液管可用于执行平面外和平面内旋转，以将胚泡的ICM定位在胚泡的十点钟位置与十一点钟位置之间。可以在胚泡的两点钟位置与四点钟位置之间标识TE细胞结。活检微量移液管可用于在平面内轻微旋转胚泡，以确保定位在胚泡的两点钟位置与四点钟位置之间的TE细胞结相对于胚泡的三点钟位置基本上对称。施加到保持微量移液管的压力可以从-300Pa至-600Pa增加到-1000Pa至-1500Pa。活检微量移液管可用于在胚泡的三点钟位置处将胚泡的ZP凹陷大约2约检至大约5约检。可以向活检微量移液管的尖端施加大约-200Pa的负压力和具有大约1约压至2约压的幅度的振动，以使能ZP穿透。活检微量移液管可用于将胚泡的TE细胞层凹陷大约10层凹至大约20层凹。施加到活检微量移液管的尖端的负压力可以逐渐增加，以将期望或预定数量的TE细胞抽吸到活检微量移液管中，该TE细胞数量的范围例如可以在5至8个TE细胞之间。活检微量移液管可以经受大约50Hz至大约100Hz之间的连续振动，并且沿着活检微量移液管的纵轴快速前进大约40的连至大约60的连，例如在小于大约1秒的时间内。在一些实施例中，前进距离可以大于胚泡的半径(例如，当胚泡直径大约为100间内时)。具有在大约50Hz至大约100Hz之间的连续振动的活检微量移液管然后可以沿着活检微量移液管的纵轴收回，直到活检微量移液管内的TE细胞与胚泡分开。可以调整施加到活检微量移液管的尖端的压力，以将收集的滋养外胚层细胞定位在沿着活检微量移液管的期望位置处。
用于执行胚泡活检的装置
参考图6和图7，示出了用于根据本文所描述的技术执行胚泡活检的装置的示例。该装置包括活检微量移液管200、微量移液管保持器110、弯曲引导件120、压电致动器107以及保持杆109，微量移液管保持器110可包括螺帽100、垫圈101和具有用于管道连接的端口的圆柱体102，弯曲引导件120可包括中心结构104、一组弯曲梁105和弯曲底座106，压电致动器107可以经由线230和232可操作地连接到压电驱动器。
活检微量移液管200的安装可以包括：当螺帽100松开时，通过螺帽100和垫圈101将活检微量移液管200插入微量移液器保持器110的圆柱体102中，并且拧紧螺帽100以密封垫圈101与活检微量移液管300之间的间隙。微量移液管保持器110可以经由圆柱体102上的端口连接到管道，并且管道可以进一步连接到气动或液压泵，以在活检微量移液管200的尖端处施加负压力或正压力。微量移液管保持器110可以通过螺丝103安装在弯曲引导件120的中心结构104上。微量移液管保持器110的圆柱体102的轴与弯曲引导件120的引导方向同轴。
压电致动器107的安装可以包括将压电致动器107放置在弯曲引导件120的中心结构104的背面与弯曲引导件120的弯曲底座106之间，并且用诸如螺丝的机械紧固件108将压电驱动器107紧固到弯曲底座106。保持杆109可以通过保持杆109上的螺纹结构安装在弯曲引导件120的弯曲底座106上。保持杆109的轴与弯曲引导件120的弯曲底座106的引导方向同轴。
TE细胞结的检测和3D成像
图8示出了用于检测和3D成像包括由TE细胞结分开的TE细胞的TE细胞层的方法的示例。
方法可包括将胚泡保持在给定位置，例如使用保持微量移液管300。施加到保持微量移液管300的尖端的压力可以取决于例如胚泡的ZP 210的硬度。例如，为了将小鼠胚泡保持在给定位置，施加到保持微量移液管300的尖端的压力可以在大约-300Pa至大约-600Pa之间。可以调整用于对胚泡202成像的显微镜或成像系统的焦平面220，直到胚泡202的ZP210的外边缘在焦点上。然后，可以测量图像中由TE细胞层形成的圆形区域的中心(O)和半径(R)。接下来，可以向下移动显微镜焦平面，直到可以标识胚泡的下半球，即胚泡的底部区域中的TE细胞结。图8(a)-(b)示出了在调整之后显微镜焦平面220的位置，并且图8(e)示出了包括该焦平面处的TE细胞结的胚泡202的图像。
在一些实施方式中，成像系统可包括连接到相机的常规明场显微镜。如下文更详细地描述的，在一些实施方式中，显微镜可包括对比度增强模块，以增强所获取图像的对比度。对比度增强模块的非限制性示例包括相位对比度成像模块和差分干涉对比(DIC)成像模块。
应当理解，图8中所示的配置对应于倒置的显微镜布置，其中物镜在样本台下方。在这样的情况下，显微镜焦平面220位于胚泡202的底部区域，该底部区域是最靠近物镜的胚泡区域。原因是最靠近物镜的胚泡区域的图像通常比离物镜更远的胚泡区域(即图8中的顶部胚泡区域)的图像更清楚(例如，不太模糊和/或失真)。还应当理解，在其他实施例中，在物镜在样本台上方的情况下，可以使用竖直的显微镜布置。在这样的情况下，显微镜平面可以移动以与胚泡202的顶部区域对准，在该配置中，该顶部区域是最靠近物镜的胚泡区域。
在调整显微镜焦平面之后，活检微量移液管200可用于使胚泡202围绕x轴旋转，如图8(a)所示，并且围绕y轴旋转，如图8(b)所示，各自旋转360°。在所示实施例中，x轴和y轴与焦平面220共面。胚泡202的图像可以每45°或更小的旋转被捕获一次，以确保两个连续捕获图像之间的足够的重叠，用于执行后续成像匹配。可以对捕获图像执行图像匹配，以计算捕获图像中的二维(2D)坐标与对应的三维坐标之间的变换矩阵，如图8(d)所示。可以通过标识2D捕获图像中的亮边缘和暗边缘来检测TE细胞结。
取决于应用，可以基于人类评估、计算机评估、或两者的组合来做出对一组捕获图像中的TE细胞结的标识(例如，通过边缘检测)。当至少部分地通过计算机进行TE细胞结标识时，处理单元可以被配置为接收一组捕获图像并分析捕获图像以评估它们是否包含指示TE细胞结的存在的特征。应当理解，出于该目的，可以使用各种计算机实现的和基于软件的图像分析工具和技术。这样的工具和技术可以使用基于特征提取和图案识别的对比度增强，并且可以依赖于机器学习和/或人工智能。在图8(e)中，胚泡内的箭头指示捕获图像中的细胞结。此后，可以通过将在一组捕获图像中标识的TE细胞结投影到胚泡202的外表面的虚拟3D模型上，构建TE细胞层的3D模型，例如，使用变换矩阵，如图8(f)所示。
各种方法可用于执行图像匹配。诸如尺度不变特征变换(SIFT)、加速鲁棒特征(SURF)和定向FAST和旋转BRIEF(ORB)的算法以及诸如Autodesk123D、Regard3D和VisualSFM的软件工具可用于计算捕获图像上的二维坐标与3D模型中的对应的三维坐标之间的变换矩阵。
在一些实施方式中，方法可包括将胚泡的ICM定向和定位在给定位置处。活检微量移液管可用于旋转胚泡，并且将胚泡的ICM定位在胚泡的十点钟位置与十一点钟位置之间，或在胚泡的七点钟位置与八点钟位置之间。图9示出了当活检微量移液管200沿着其纵轴前进以在三点钟位置处接触胚泡202时，在九点钟位置处由保持微量移液管300保持的胚泡202的TE细胞层上的应力分布的有限元分析(FEA)模拟的结果。在所示的实施方式中，施加到胚泡202的应力在胚泡202的十点钟位置与十一点钟位置之间以及在七点钟位置与八点钟位置之间最小，如由圈出的深色区域所示。给定施加在TE细胞层的这些区域上的较低应力，当ICM位于这些位置中的任一位置时，将TE细胞206与TE细胞层分开可能是有益的。如图9所示，施加在胚泡202的一点钟位置与两点钟位置之间的应力以及施加在四点钟位置与五点钟位置之间的应力也很小，如由深色区域所示。然而，考虑到当活检微量移液管200与胚泡202接触时，这两个区域位于活检微量移液管200的尖端附近，当执行活检时，如果ICM位于这两个区域中的任何一个，则损坏ICM的风险可能增加。
现在参考图10和图11，在一些实施方式中，方法可以包括将预定数量的胚泡202的TE细胞定位在与活检微量移液管200的尖端相关的给定位置处。在定位胚泡202的ICM 204之后，例如在胚泡202的十点钟位置与十一点钟位置之间，或者在胚泡202的七点钟位置与八点钟位置之间，活检微量移液管200可用于旋转胚泡202以定位预定数量的TE细胞206，其也可以被称为靶TE细胞224(在图10(b)-10(d)中以灰色阴影显示)，至少部分地在由活检微量移液管200的孔口212限定的区域内，其具有其与胚泡202的三点钟位置对准的纵轴。在一些实施方式中，在靶TE 224细胞与活检微量移液管200的孔口212对准之后，由靶TE细胞224包围的区域在胚泡202的三点钟位置处基本上完全由活检微量移液管200的孔口212覆盖。例如，图10(a)示出了靶TE细胞224(灰色阴影)相对于活检微量移液管200的孔口212的位置，该孔口位于胚泡202的三点钟位置。由于未对准，靶TE细胞224的一部分位于由活检微量移液管202的孔口212限定的区域之外。在该场景中，可以顺时针旋转胚泡202以向下移动靶TE细胞224。图10(b)示出了在胚泡202的旋转和靶TE细胞224的向下运动之后，所有靶TE细胞由活检微量移液管孔口212覆盖。
应当理解，在其他实施方式中，靶TE细胞224可以位于例如活检微量移液管200的孔口212的右侧、左侧或下方，并且胚泡202的旋转和靶TE细胞224的相关联的运动将使得靶TE细胞224最终基本上完全由在胚泡202的三点钟位置处的活检微量移液管200的孔口212限定的区域覆盖。例如，当靶TE细胞224位于活检微量移液管200的孔口212的左侧时，当活检微量移液管200在三点钟位置处时，胚泡202可以关于z轴向右旋转，反之亦然，并且当靶TE细胞位于活检微量移液管200的孔口212下方时，仍然当活检微量移液管200在三点钟位置处时，胚泡202可以逆时针旋转，以向上移动靶TE细胞224，反之亦然。
在其他实施方式中，靶TE细胞之间的大小变化可能导致靶TE细胞在胚泡的旋转之后基本上没有完全由活检微量移液管的孔口覆盖，例如如图10(c)所示。图10(c)示出了五个靶TE细胞226几乎完全由活检微量移液管200的孔口212限定的区域覆盖，但是某些靶TE细胞224的一个或多个部分可以保持在活检微量移液管200的孔口212限定的区域之外。在这样的实施方式中，可以向活检微量移液管200的孔口212施加小的负压力，例如在大约-200Pa至大约-500Pa之间的范围内，以将靶TE细胞224轻微地抽吸到活检微量移液管200的孔口212中并使靶TE细胞224变形。在这样的变形之后，所有靶TE细胞224基本上完全由活检微量移液管200的孔口212限定的区域覆盖，如图10(d)所示。
在靶TE细胞224在由活检微量移液管200的孔口212限定的区域内对准之后，该方法可包括穿透ZP 210。为了在活检期间牢固地保持胚泡202，通过气动或液压泵施加到保持微量移液管300的尖端的负压力可以增加，例如，从大约-300Pa到大约-600Pa之间增加到大约-1000Pa到大约-1500Pa之间。可以例如通过激光脉冲或机械力，在胚泡202的三点钟位置处在ZP 210中创建缺口。在一些实施方式中，缺口的大小可以对应于活检微量移液管200的孔口212的直径或者大于活检微量移液管200的孔口212的直径。例如，如果活检微量移液管的孔口的直径是大约30μ约，则ZP中创建的缺口的大小可以在大约30到大约35μm之间。在一些实施方式中，可以省略对TE细胞层施加激光脉冲或机械力，同时在ZP中创建缺口，这进而可以避免胚泡腔的塌陷。
在一些实施方式中，方法还可包括将靶TE细胞224与胚泡202分离。在穿透ZP 210之后，活检微量移液管200可以通过ZP 210中的缺口插入，以到达预定数量的TE细胞，或靶TE细胞224。小的负压力(例如-200Pa)可以通过气动或液压泵生成并施加到活检微量移液管200的孔口212，以确保在TE细胞层与活检微量移管200的孔口212之间的适当接触。活检微量移液管200然后可以沿着其纵轴前进。在一些实施方式中，前进距离可以大于胚泡的半径且小于胚泡的直径。在前进活检微量移液管200之后，TE细胞层与活检微量移液管200的纵轴之间的角度β1和β2可以变得小于90°，如图11(b)所示。随后，可以在活检微量移液管200上生成连续振动，以将靶TE细胞224与胚泡202分开。活检微量移液管200上的连续振动的方向可以沿着活检微量移液管200的纵轴。在分开靶TE细胞224之后，活检微量移液管200可以沿着其纵轴收回并停止在胚泡202的ZP 210之外。施加到活检微量移液管200的孔口212的压力然后可以被调整，以便将收集的TE细胞定位在活检微量移液管200的孔口212附近。
更具体地参考图11(a)-11(b)，示出了根据(a)常规活检方法和(b)如本文所描述的方法的实施例对活检微量移液管内的TE细胞的力分析的示意性表示。当通过振动活检微量移液管200将靶TE细胞与TE细胞层分开时，可以在活检微量移液管的孔口附近向TE细胞206施加四个力：
-FTE：来自位于活检微量移液管外部的相邻TE细胞的牵引力；
-FAS：来自活检微量移液管的抽吸力；
-FIP：由胚泡腔的内部压力引起的力，以及
-FP：由活检微量移液管的孔口施加的力。
FP是涉及穿透TE细胞层并将靶TE细胞与胚泡分开的主要力。随着FP增加，TE细胞分开的能力增加。假设FTE、FAS和FIP维持恒定，随着TE细胞层与活检微量移液管的纵轴之间的角度α1、α2、β1和β2减小，FP增加。例如，当α1大于90°时，即当α1形成钝角时，对应的FP1小于FP2，其β1角度小于90°，即形成锐角，如图11(a)所示。为了增加具有钝角α1的FP1，增加抽吸力FAS可能是一个潜在的选择。然而，大的FAS可能导致在TE细胞分开开始之前发生的胚泡腔的塌陷。一旦胚泡腔塌陷，则由于内部压力释放，FIP可以显著减少，这可能导致TE细胞层在活检微量移液管的孔口处变形，并且增加其收缩的趋势。另外，归因于减小的FIP和在活检微量移液管的孔口处的TE细胞层的变形的不平衡力可能改变用于靶TE细胞分开的TE细胞层上的位置，这可能损害对收集的完整TE细胞的数量的控制。此外，在胚泡腔塌陷之后，TE细胞结可能变得不可检测，这是不期望的。
参考图11(b)，当执行本文所描述的收集方法时，施加到活检微量移液管200的孔口的负压力可以小于大约-500Pa，以避免胚泡腔的塌陷。为了确保可以收集完整的靶TE细胞，已经发现在TE细胞分开期间，TE细胞层与活检微量移液管200的轴之间的角度可以变得小于90度，如图11(b)所示。
图12中提供了上文所描述的用于从小鼠胚泡收集预定数量的完整靶TE细胞的方法的实施方式。方法包括使用例如保持微量移液管将胚泡保持在被配置为对胚泡成像的显微镜的视场中。施加到保持微量移液管的压力可以例如在大约-300Pa至大约-600Pa之间。可以沿着z轴调整显微镜焦平面，直到可以标识胚泡的底部的TE细胞结。胚泡可以例如使用活检微量移液管沿着x轴和y轴各自旋转360°，并且可以每四十五度旋转捕获胚泡的图像。可以例如通过使用SURF算法来执行一组部分重叠的捕获图像之间的图像匹配，以计算捕获图像中的2D坐标与TE细胞层上的3D坐标之间的变换矩阵。
通过标识捕获图像或TE细胞层的纹理图中的亮边缘和暗边缘，可以二维地检测TE细胞结，然后通过使用变换矩阵将捕获图像中的二维细胞结变换为对应的三维坐标来三维地构建TE细胞结。活检微量移液管然后可用于旋转胚泡，并且将胚泡的ICM定位在胚泡的十点钟位置与十一点钟位置之间，或胚泡的七点钟位置与八点钟位置之间。活检微量移液管可用于将预定数量的靶TE细胞对准定位在胚泡的三点钟位置处的活检微量移液管的孔口内。施加到保持微量移液管的压力可以从-300Pa到-600Pa之间增加到-1000Pa到-1500Pa之间。可以使用激光脉冲或机械力在胚泡的三点钟位置处在ZP中创建缺口，而不导致胚泡的腔塌陷。随后可以通过ZP中的缺口插入活检微量移液管以到达靶TE细胞。可以向活检微量移液管的孔口施加范围在大约-500Pa至-200Pa之间的负压力。活检微量移液管可以沿着x轴快速前进超过胚泡的半径且小于胚泡的直径，例如在小于大约5秒、小于大约2秒或小于大约1秒内。在一些实施方式中，活检微量移液管可以快速前进小于胚泡的半径。随后，可以将具有在大约50Hz至大约5000Hz之间的频率，并且例如在大约50Hz至大约100Hz之间的频率的连续振动施加到活检微量移液管，以将预定数量的靶TE细胞与胚泡分开。活检微量移液管然后可以沿着x轴收回并停止在胚泡的ZP之外。施加到活检微量移液管的孔口的压力可以被调整以将收集的TE细胞保留在活检微量移液管的孔口附近。
透明生物结构的图像构建，诸如具有TE细胞结的胚泡
现在将参考作为透明生物结构的示例的胚泡来提供关于透明生物结构的图像构建的更多细节。
如上文所提到的，胚泡包括通过细胞结连接并且一起形成腔(例如，基本上球形腔)的TE细胞。为了三维地检测TE细胞结，可以通过将在捕获图像中检测到的TE细胞结投影到表面(例如，球面)上来构建3D模型。
在本方法中，图像匹配用于匹配来自捕获图像中的相关纹理的对应点，并且计算捕获图像中的二维坐标与三维真实世界坐标之间的变换矩阵。使用图像匹配的技术的性能依赖于分析的结构的表面上的纹理丰富度，而不依赖于被分析的结构的表面上的高度变化，如基于轮廓的3D构建技术的情况。
参考图13，在一些实施方式中，方法可以包括调整显微镜系统的景深，该景深对应于小于胚泡202的半径，在示例中，小于大约5微米，以捕获正在分析的胚泡202的一系列图像。当胚泡202被保持在适当位置时，例如通过保持微量移液管300，可以首先调整显微镜焦平面220，直到ZP的外边缘在焦点上，这指示焦平面220沿着z轴位于胚泡202的中间。然后，可以测量图像中由TE细胞层形成的圆形区域的中心(O)和半径(R)。具有中心O和半径R的球面Ω可以被建模为对应于TE细胞层的表面。建模的球形表面可用于提供用于细胞结3D图像构建的胚泡202的外表面的3D模型表示。在其他实施例中，不需要基于胚泡本身的图像数据来提供胚泡的外表面的3D模型表示。
接下来，方法可以包括调整焦平面220以观看生物结构的一部分，例示为图13中的胚泡202，其最接近目标(即，如果目标在胚泡下方，则为胚泡的底部，如图13中所描绘的，这代表倒置的显微镜实现)，以捕获正在分析的胚泡的一系列图像。景深可能显著小于胚泡，例如，小于5μ所，以在底部TE细胞层处形成薄成像片。根据该场景，仅移动/旋转到该成像片中的结构被成像，并且由位于成像片上方的结构(诸如胚泡的中部或顶部的结构)产生的干扰被最小化或至少被减少。
活检微量移液管200可用于使胚泡202旋转一组取向，其中，每个取向对应于所观看的TE细胞层的不同区域，并且其中，每个区域与至少另一个相邻区域部分重叠。例如，胚泡202可以围绕x轴和围绕y轴各自旋转360°(或更小，视情况而定)。方法可包括：在每个取向处，捕获对应的细胞层区域的相应图像，从而获得一组部分重叠的细胞层图像。在一些实施方式中，可以每四十五度或更小的旋转捕获胚泡的图像，以确保两个连续捕获图像之间的足够的重叠用于图像匹配。在其他实施例中，其他图像采集方案是可能的。
可以对胚泡的一组捕获图像执行图像匹配算法，以计算每两个捕获图像与3D真实世界坐标之间的变换矩阵(H)。图像混合算法，诸如羽化图像混合、梯度域和图像金字塔混合，可用于将捕获图像拼接或混合在一起，以根据每两个捕获图像之间的变换矩阵(H)创建细胞层图(如本文所使用的，表达为“细胞层图”可以与表达“纹理图”或“细胞层纹理图”互换使用)，如图13(g)所示。
通过标识亮边缘和暗边缘(或其他适当的特征)，可以在纹理图或一组捕获图像中检测TE细胞结，分别如图13(g)和图13(h)以及图13(f)和图13(i)所示。TE细胞结的示例由图13(g)和图13(f)中的箭头给出，并且检测到的TE细胞结在图13(h)和图13(i)中由白线标记。在一些实施方式中，如上文所讨论的，可以通过手动标记、半自动和/或自动边缘检测来实现纹理图中或一组捕获图像中的TE细胞结的二维检测。
在一些实施方式中，可以在纹理图和一组捕获图像中检测到TE细胞结。例如，在一些实施方式中，可以在一组捕获图像中检测TE细胞结，可以创建纹理图，并且可以在纹理图上再次检测TE细胞结，例如以确认初始在捕获图像上收集的关于TE细胞结的信息。在其他实施方式中，可以创建纹理图，并且可以在纹理图上检测TE细胞结，并且还可以在捕获图像上检测TE细胞结。
然后，通过使用投影算法(诸如正交投影和透视投影)将来自纹理图的TE细胞结投影到球面Ω上，可以三维地构建TE细胞结。
图13示出了根据一个实施例的示出用于三维地检测胚泡的TE细胞结的方法的示意图的示例。在图13中，图像构建可以执行如下：(a)胚泡可以由保持微量移液管轻轻地保持；(b)可以测量由TE细胞层形成的圆形区域(示出为暗边缘圆)的中心(O)和半径(R)；(c)可以建立具有O的中心和R的半径的球面作为TE细胞层的表面，并且活检微量移液管可用于沿着(d)x轴和(e)y轴各自旋转胚泡360°；(f)可以每四十五度或更小的旋转捕获胚泡的图像；(g)可以根据每两个图像之间的变换矩阵(H)来创建纹理图；(h)通过标识亮边缘和暗边缘，可以在纹理图中二维地检测TE细胞结(TE细胞结的示例由箭头给出，并且检测到的TE细胞结由白线标记)；(i)通过标识亮边缘和暗边缘，可以在一组捕获图像中二维地检测TE细胞结(TE细胞结的示例由箭头给出，并且检测到的TE细胞结由白线标记)；(j)可以根据每两个图像之间的变换矩阵(H)来创建纹理图；以及(k)可以通过将来自纹理图的细胞结投影到球面上来三维地构建TE细胞结。
考虑到TE细胞层是透明/半透明的，不同表面上的结构可能彼此干扰，并且由于TE细胞结透明性，作为纹理形式存在于胚泡表面上的TE细胞结可能不清楚。在执行图像匹配算法时，模糊纹理可能导致错误或甚至失败。
为了克服这些挑战，方法可以包括增强图像匹配和拼接操作的性能的步骤。在一些实施方式中，可以使用对比度增强成像技术来捕获一组部分重叠的细胞层图像。适用于对生物结构成像的对比度增强图像技术的非限制性示例包括，仅举几例，相位对比度成像和差分干涉对比(DIC)。然而，相位对比度和DIC可能具有一些缺点，诸如固有地导致不均匀的图像强度，这可能导致图像匹配中的误差。在这样的情况下，可以在执行图像匹配之前执行图像预处理步骤。图像预处理步骤的非限制性示例可包括强度不均匀性校正方法，诸如能量最小化和希尔伯特(Hilbert)变换。
可以与用于检测并对生物结构的细胞层上的细胞结进行3D成像的方法相关联的另一挑战可能是变换矩阵(H)的计算中的误差，该误差可能起因于直接执行图像匹配算法。变换矩阵(H)的计算中的潜在误差源的示例可以是当两个或两个以上捕获的细胞层图像对于相同纹理具有不同程度的失真时，这可能是由于使生物结构旋转一组取向而产生的，其发生在每个取向处捕获对应的细胞层区域的相应图像之间。换句话说，考虑到在两个捕获的细胞层图像中呈现的相同纹理可能由于在两个细胞层图像的捕获之间的3D旋转操纵而示出不同程度的失真，直接执行图像匹配算法可能导致变换矩阵(H)的计算中的错误或甚至失败。
为了解决该挑战，并且如上文所提到的，方法可以包括增强图像匹配和拼接操作的性能的步骤，即图像预处理步骤。在一些实施方式中，这样的步骤可包括：
-对于一组部分重叠的细胞层图像中的每个细胞层图像或至少一个细胞层图像模拟一组2D图像，以获得模拟2D细胞层图像，其进而可以包括：
·将细胞层图像投影到虚拟球面Ω上；
·沿着虚拟球面三维地旋转细胞层图像以获得一组3D图像；
·将该组3D图像投影回到2D图像以产生该组模拟2D细胞层图像。
三维地旋转细胞层图像可以包括将至少一个细胞层图像围绕两个正交轴中的每一个轴旋转范围从大约5°到大约45°的角度间隔。另外，在获得3D图像的连续3D图像之间，可以将细胞层图像旋转范围从大约1°至大约5°的步进角。
可以使用投影算法(例如正交投影和透视投影)完成将一组3D图像投影回到2D图像以产生一组模拟2D细胞层图像。
在这样的实施方式中，通过虚拟3D旋转模拟的一组2D图像，即模拟2D细胞层图像，可以模拟对应的细胞层图像上的纹理的失真，该失真可以由两个细胞层图像的捕获之间发生的3D旋转操纵引起。进而，使用一组模拟2D细胞层图像而不是非模拟的捕获的细胞层图像来执行图像匹配和拼接操作可以有助于提高变换矩阵(H)的精度并避免匹配失败。
在一些实施方式中，可以执行进一步的成像处理步骤。图像处理步骤的非限制性示例可包括模糊检测算法，诸如拉普拉斯变换和小波变换。执行模糊检测算法可能有益于检测和移除捕获图像中的模糊纹理，该模糊纹理可能起因于半透明结构的图像构建。例如，当在小于5微米的景深下对球形TE细胞层进行成像时，焦平面之外的TE细胞层的一部分可以在捕获图像中创建模糊纹理。捕获图像中的模糊纹理可能添加噪声，并且可能模糊2D纹理图(或细胞层图)的一部分。因此，可以在2D纹理图中添加一些人工TE细胞结，或者可以在2D纹理图中丢失一些TE细胞结。如上文所提到的，可以实现模糊检测算法来检测和删除每个捕获图像中的模糊区域，并且可以使用所得的处理图像来更准确地创建纹理图。
可以使用的图像匹配方法的示例可以包括诸如尺度不变特征变换(SIFT)、加速鲁棒特征(SURF)以及定向FAST和旋转BRIEF(ORB)的算法。诸如Autodesk123D、Regard3D和VisualSFM的软件工具可用于计算每两个捕获图像之间的变换矩阵。
参考图14，应当理解，本文所公开的实施例还可以包括控制和处理单元402，其被配置用于控制、监测和/或协调各种系统组件的功能和操作，包括显微镜400和样本保持器和定位器404，其被配置用于保持和定位生物结构406。控制和处理单元通常包括一个或多个处理器和一个或多个存储器。控制和处理单元可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现，并且经由有线和/或无线通信链路连接到各种硬件组件，以发送和/或接收各种类型的信号，诸如定时和控制信号、测量信号和数据信号。控制和处理单元可以通过直接用户输入和/或通过编程指令来控制，并且可以包括用于控制和管理成像系统的各种功能的操作系统。取决于应用，控制和处理单元可以与成像系统的其他硬件组件完全或部分集成，或者在物理上与其他硬件组件分离。另外，本文所公开的成像系统的实施例还可以包括可操作地连接到控制和处理单元的一个或多个用户接口设备，以允许向成像系统输入命令和查询，以及呈现命令和查询的结果。
本文已经描述和说明了若干可替代的实施方式和示例。上文所描述的技术的实施方式旨在仅是示例性的。本领域普通技术人员将理解单独实施方式的特征以及组件的可能组合和变化。本领域普通技术人员将进一步理解到，可以以与本文所公开的其他实施方式的任何组合来提供任何实施方式。应当理解，在不脱离其中心特点的情况下，技术可以以其他特定形式实现。因此，本实施方式和示例在所有方面被认为是说明性的而非限制性的，并且技术不限于本文给出的细节。因此，虽然已经说明和描述了具体实施方式，但是想到了许多修改。

Claims (44)

1.一种用于检测并对生物结构的细胞层上的细胞结进行3D成像的方法，所述方法包括：
使所述生物结构旋转一组取向；
在每个取向处捕获所述细胞层的一组细胞层区域中的对应一个细胞层区域的相应图像，其中，每个细胞层区域与至少另一个细胞层区域部分重叠，从而获得一组部分重叠的细胞层图像；
根据所述一组细胞层图像，创建包含细胞结信息的细胞层纹理图；以及
基于所述细胞层纹理图和其中所包含的所述细胞结信息，构建所述细胞结的3D图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，创建所述细胞层纹理图包括：从所述一组细胞层图像中检测所述细胞结信息，以及基于所述一组细胞层图像执行图像匹配和拼接操作以创建所述细胞层纹理图，其中，所述细胞层纹理图将从所述一组细胞层检测到的所述细胞结信息并入其中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，创建所述细胞层纹理图包括：基于所述一组细胞层图像执行图像匹配和拼接操作以创建所述细胞层纹理图，以及从所述细胞层纹理图中检测所述细胞结信息。
4.根据权利要求2或3所述的方法，还包括：在执行所述图像匹配和拼接操作之前，预处理所述一组部分重叠的细胞层图像。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，预处理所述一组部分重叠的细胞层图像包括：执行强度不均匀性校正操作，所述强度不均匀性校正操作被配置为减少所述一组部分重叠的细胞层图像中的强度不均匀效应。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，预处理所述一组部分重叠的细胞层图像包括：执行模糊检测操作以检测并移除所述细胞层图像中的模糊区域。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的方法，其中，预处理所述一组部分重叠的细胞层图像包括：
获得用于所述一组部分重叠的细胞层图像中的至少一个细胞层图像的一组模拟2D图像；以及
使用所述一组模拟2D图像执行所述图像匹配和拼接操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，获得所述一组模拟2D图像包括：
将所述至少一个细胞层图像投影到虚拟球面上；
沿着所述虚拟球面三维地旋转所述至少一个细胞层图像以获得一组3D图像；以及
将所述一组3D图像投影回到2D图像以产生所述一组模拟2D细胞层图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，三维地旋转所述至少一个细胞层图像包括：围绕两个正交轴中的每一个轴将所述至少一个细胞层图像旋转范围从大约5°到大约45°的角度间隔。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在获得所述3D图像的连续3D图像之间，将所述至少一个细胞层图像旋转范围从大约1°到大约5°的步进角。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，所述生物结构是透明的或半透明的。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，还包括：用小于所述生物结构的半径的景深捕获所述一组细胞层图像。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：将所述景深设置为小于约5微米。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，其中，用显微镜捕获所述一组细胞层图像，并且其中，所述方法还包括：在所述捕获之前，调整所述显微镜的焦平面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，调整所述显微镜的所述焦平面包括：定位所述显微镜的所述焦平面以观看所述生物结构的最靠近物镜的部分。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的方法，其中，构建所述细胞结的所述3D图像包括：将所述细胞结信息投影到所述生物结构的外表面的3D模型表示上。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：基于所述生物结构的先前获取的图像数据，确定所述生物结构的所述外表面的所述3D模型表示。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，确定所述生物结构的所述外表面的所述3D模型表示包括：
捕获所述生物结构的图像；
确定所捕获的图像中的所述生物结构的半径和中心的位置，作为所述先前获取的图像数据；以及
基于所述先前获取的图像数据，建模所述生物结构的所述外表面的所述3D模型表示。
19.根据权利要求16至18中的任一项所述的方法，其中，所述生物结构的所述外表面是球形的。
20.根据权利要求1至19中的任一项所述的方法，其中，检测所述细胞结信息包括：标识亮边缘和暗边缘。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，检测所述细胞结信息包括：手动标记、半自动边缘检测、自动边缘检测、或其任何组合。
22.根据权利要求1至21中的任一项所述的方法，其中，捕获所述一组部分重叠的细胞层图像包括：使用对比度增强成像技术。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述对比度增强成像技术包括：相位衬度成像、或差分干涉对比(DIC)成像。
24.根据权利要求1至23中的任一项所述的方法，其中，使所述生物结构旋转所述一组取向包括：
围绕第一旋转轴旋转所述生物结构以覆盖所述取向的第一子集；以及
围绕第二旋转轴旋转所述生物结构以覆盖所述取向的第二子集，其中，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴彼此垂直。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一子集中的连续取向由等于或小于大约45°的生物结构旋转角度分开。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其中，所述第二子集中的连续取向由等于或小于大约45°的生物结构旋转角度分开。
27.根据权利要求24至26中的任一项所述的方法，其中，所述第一子集中的取向跨越等于大约360°的所得角度。
28.根据权利要求24至27中的任一项所述的方法，其中，所述第二子集中的取向跨越等于大约360°的所得角度。
29.根据权利要求1至28中的任一项所述的方法，其中，所述生物结构是胚泡，并且所述细胞结是滋养外胚层细胞结。
30.一种用于标识和定位在胚泡腔内具有内细胞团的胚泡的预定数量的滋养外胚层TE细胞的方法，所述方法包括：
根据权利要求29所定义的方法，三维地建模所述胚泡的所述TE细胞中的相邻的TE细胞之间的TE细胞结，其中，所述胚泡对应于所述生物结构；
将所述胚泡的所述内细胞团定位在所述胚泡的十点钟位置与十一点钟位置之间、或者七点钟位置与八点钟位置之间；以及
将所述预定数量的TE细胞至少部分地定位在由活检微量移液管的孔口所限定的区域内，所述活检微量移液管具有与所述胚泡的三点钟位置对准的纵轴。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，将所述预定数量的TE细胞至少部分地定位在由活检微量移液管的孔口所限定的区域内包括：调整所述预定数量的TE细胞的定位，以使得所述预定数量的TE细胞的表面基本上完全在由所述活检微量移液管的所述孔口所限定的区域内。
32.根据权利要求30或31所述的方法，其中，将所述预定数量的TE细胞至少部分地定位在由所述活检微量移液管的所述孔口所限定的区域内包括：旋转所述胚泡。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，旋转所述胚泡包括：相对于所述显微镜的焦平面执行以下中的至少一个：平面外旋转和平面内旋转。
34.根据权利要求30至33中的任一项所述的方法，其中，将所述预定数量的TE细胞至少部分地定位在由所述活检微量移液管的所述孔口所限定的区域内包括：将负压力施加到所述活检微量移液管的所述孔口。
35.根据权利要求30至34中的任一项所述的方法，还包括：
穿透所述胚泡的透明带(ZP)而不引起所述胚泡腔塌陷；以及
将所述预定数量的TE细胞与所述胚泡分开。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，执行将所述预定数量的TE细胞与所述胚泡分开，以使得所述TE细胞层相对于所述活检微量移液管的所述纵轴形成锐角。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，将所述TE细胞与所述胚泡分开包括：
沿着所述活检微量移液管的所述纵轴推进所述活检微量移液管；
驱动所述活检微量移液管振动；
从所述胚泡中收回所述活检微量移液管；以及
调整施加到所述活检微量移液管的所述孔口的保留压力，以将已经与所述胚泡分开的所述预定数量的TE细胞保留在所述活检微量移液管内。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，沿着所述活检微量移液管的所述纵轴推进所述活检微量移液管包括：将所述活检微量移液管推进大于所述胚泡的半径且小于所述胚泡的直径的前进距离。
39.根据权利要求37或38所述的方法，其中，沿着所述活检微量移液管的所述纵轴执行驱动所述活检微量移液管振动。
40.根据权利要求35至39中的任一项所述的方法，其中，穿透所述胚泡的所述ZP以及将所述预定数量的TE细胞与所述胚泡分开是自动化的步骤。
41.根据权利要求30至34中的任一项所述的方法，其中，标识所述预定数量的TE细胞，以执行所述预定数量的TE细胞的后续分开和收集。
42.一种用于分析根据权利要求30至34中的任一项定义的方法所标识的预定数量的TE细胞的方法。
43.一种用于检测并对生物结构的细胞层上的细胞结进行3D成像的系统，所述系统包括：
显微镜，其包括物镜和相机，所述显微镜被配置为对所述生物结构进行成像；
样本保持器和定位器，其被配置为相对于所述显微镜的所述物镜保持和定位所述生物结构；以及
控制和处理单元，其包括处理器以及具有处理器和存储可由所述处理器执行的指令的存储器的控制设备，用于：
操作所述显微镜以观看所述生物结构的一部分；
操作所述显微镜以及所述样本保持器和定位器以执行图像捕获操作，包括：
用所述样本保持器和定位器使所述生物结构旋转一组取向，其中，每个取向对应于所观看的所述细胞层的不同区域，并且其中，每个细胞层区域与至少另一个细胞层区域部分重叠；以及
在每个取向处，用所述相机捕获对应的细胞层区域的相应图像，从而获得一组部分重叠的细胞层图像；
处理所述一组部分重叠的细胞层图像以创建包含细胞结信息的细胞层纹理图；以及
处理所述细胞层纹理图和其中包含的所述细胞结信息，以构建所述细胞结的3D图像。
44.根据权利要求43所述的系统，还包括：自动化压电驱动装置，其用于从所述生物结构收集预定数量的细胞，所述预定数量的细胞可基于所述细胞结的3D图像构建来获得。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL160351A0 (en) * 2001-08-23 2004-07-25 Reliance Life Sciences Pvt Ltd ISOLATION OF INNER CELL MASS FOR THE ESTABLISHMENT OF HUMAN EMBRYONIC STEM CELL (hESC) LINES
US20160355781A1 (en) * 2015-06-03 2016-12-08 Texas Health Biomedical Advancement Center, Inc. Systems, methods, and cellular compositions thereof, involving introduction, attachment and proliferation of trophectoderm cells in a blastocyst
JP6996709B2 (ja) * 2018-01-31 2022-01-17 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 画像処理方法、画像判定方法、プログラムおよび記録媒体

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