DE1498824A1 - Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose - Google Patents
Vorrichtung zur maschinellen KrebsdiagnoseInfo
- Publication number
- DE1498824A1 DE1498824A1 DE19641498824 DE1498824A DE1498824A1 DE 1498824 A1 DE1498824 A1 DE 1498824A1 DE 19641498824 DE19641498824 DE 19641498824 DE 1498824 A DE1498824 A DE 1498824A DE 1498824 A1 DE1498824 A1 DE 1498824A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- range
- cell
- nucleic acids
- scanning
- cells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7235—Details of waveform analysis
- A61B5/7239—Details of waveform analysis using differentiation including higher order derivatives
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH
Böblingen, 8. August 1968 si-sr
Anmelderin:
Amtliches Aktenzeichen:
Aktenz. der Anmelderin:
International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504 P 14 98 824.0 (J 26 331 IXb/42 1)
Docket 10 699
Eine vielbenutzte Technik zur eindeutigen Analyse von Abstrichen von Körperflüssigkeiten
ist in der medizinischen Literatur behandelt (1). Weitere Informationen über diese diagnostische Technik findet man in (2).
Diese Methode ist allgemein bekannt als Papanlcolaou-Technik» Krebszellen, welehe
sich in Körperflüssigkeiten abgesetzt haben, können mittels einer mikroskopischen
Analyse gefärbter Abstriche von hochqualifiaertem Personal nachgewieseii
werden. Diese Methode ermöglicht es, gewisse Krebsarten in einem frühzeitigen und heilbaren Stadium nachzuweisen. Entsprechend der Papanicolaou-Methode werden
Krebszellen von normalen Zellen unterschieden, indem man mehrere zum Teil voneinander abhängige Parameter der folgenden Art beobachtet:
1. Den Kerndurchmesser, welcher im allgemeinen für Krebszellen größer
ist als für gesunde Zellen. ' >
2. Den Durchmesser des Kernplasmas, welcher im allgemeinen kleiner für*
Krebszellen ist.
·* f -A -^ßuiuapuy sap £ W i
l· § L W) U9ßDH9|Un
909820/0577
149882*
8. August 1968
3. Die Gestalt des Zellkerns, welche bei Krebszellen oft unregelmäßig ist.
4. Den Anteil des Zellfarbstoffes (nuclear chromatin), wovon krebsbefallene
Zellkerne infolge der Anwesenheit von mehr Deoxyribonueleinsäure (DNS)
sowie Ribonucleinsäure (RNS) einen höheren Anteil aufweisen.
5. Das Maß der Zellplasmafarbstoff dichte, wobei das Zellplasma bei krebsbefallenen
Zellen infolge der Anwesenheit von mehr RNS eine höhere Dichte
besitzt. r.
6. Die Unregelmäßigkeit der Zellkerne, wobei in Krebszellen eine Anhäufung
von Chromatin erfolgt.
7. Das Verhältnis der oben genannten Parameter im Vergleich zu ihren mittleren
Werten innerhalb der Probe.
8. Die Isolierung der Zelle, da Krebszellen dazu neigen, sich abzusondern.
Diese dagnosti&che Technik bietet oft die Möglichkeit, den Krebs in einem frühen
und heilbaren Stadium zu erkennen und es ist daher sehr wünschenswert, diese Technik auszudehnen und auf einen großen Kreis der menschlichen Bevölkerung
anzuwenden. Die Brauchbarkeit der Technik ist jedoch begrenzt, da hochqualifiziertes
Personal benötigt wird und die Diagnose eine sehr schwierige und zeitraubende Aufgabe darstellt. Eine eingehende Beschreibung dieser Technik findet
man fernerhin auch in (3). Wegen der Komplexität der auf dieser Technik beruhenden
Krebsdiagnose ist es fast unmöglich, ausgedehnte Testserien durchzuführen, es sei denn, es bestünde die Möglichkeit, durch ein gewisses Ausmaß an
909820/0577
8. August 1968
Automation zumindest die negativen Fälle erfassen zu können, so daß die Krebs-Spezialisten
bzw. die Zytologen lediglich mit einem Bruchteil der Gesamtfälle konfrontiert würden.
Es wurde bereits der Versuch gemacht, diese Fallunterscheidungen automatisch
durchzuführen. Hierbei stützte man sich auf Messungen der Größe und der Absorption
der Zellkerne im sichtbaren Licht, zu welchem Zwecke diese in spezieller
Weise isoliert und gefärbt wurden (4). Ein anderer Versuch der Automatisierung basiert auf der Fluoreszenz der mit einem Fluoreszenzfarbstoff gefärbten
Zellen (5). Keiner dieser Versuche führte jedoch zu einer völlig befriedigenden automatischen diagnostischen Vorrichtung.
Zur Zeit bekannte Systeme zur Zeichenerkennung sind im allgemeinen ungeeignet
zur Erkennung von Krebszellen entsprechend der Papanicolaou-Technik, weil die oben genannten Parameter nur sehr geringe Unterschiede zwischen krebsbefallenen
und normalen Zellen aufweisen und die Diagnose in manchen Fällen fast intuitiv erfolgt. Es kann daher ein System, welches in der Lage ist, gedruckte
Buchstaben und ähnliche Daten zuverlässig zu erkennen, die Muster biologischer
Zellen nicht erkennen. Die zur Zeit verfügbare Technologie besitzt dahingegen gewisse Mittel, welche die Gegebenheiten der menschlichen visuellen Erkennungs- j
möglichkeiten übersteigen. Maschinen sind in der Lage simultan zwei oder mehrere
Eigenschaften zu prüfen und deren Unterschied sehr genau zu messen, wobei
auch in Frequenzbereichen gearbeitet werden kann, die sich außerhalb des sichtbaren
Spektrums befinden. Dabei können die Intensitäten kleinster Teile eines Strahlungsmusters genau mit einer beträchtlichen Geschwindigkeit ausgemessen
werden.. Daher kann das Problem der Automatisierung der Krebsdiagnose am besten dadurch gelöst werden, daß man sich einer weniger subtilen Unterscheidungsmöglichkeit
zwischen Krebs- und normalen Zellen bedient, die selbst wiederum innerhalb der Gegebenheiten der maschinellen Erkennung fallen.
909820/0577
8. August 1968
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
erstellen, welche in der Lage ist, krebsbefallene Zellen von gesunden Zellen
in hinreichend definierter Weise mit geringem Zeitaufwand zu unterscheiden.
Die, die genannte Aufgabe lösende Vorrichtung nach der Lehre der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein auf einem vermöge des mechanischen
Antriebs zum Zwecke der Abtastung des durch unterschiedliche Absorption innerhalb der zu diagnostizierenden Zelle zustandekommenden Intensitätsprofils
relativ zum Strahlengang beweglichen Objektträger aufgebrachten Abstrich dem punktförmig kollimierten Licht einer Quecksilberdampflampe ausgesetzt
ist, daß entweder nur ein im UV gelegener Spektralbereich nach Durchsetzen
des Objekts in einem Photovervielfacher in elektrische Signale umgesetzt und verstärkt über das Filter an die Schwellenwertschaltung angeschlossen
ist oder daß zwei Spektralbereiche, von denen der eine einen Bereich innerhalb
des Absorptionsgebietes der Nucleinsäuren und der zweite ein Gebiet außerhalb dieses Bereiches umfaßt, nach Durchsetzen des Objektes sowie Trennung durch
ein Prisma und zwei nicht in der gleichen Ebene liegenden Spiegeln je einem Photovervielfacher zugeführt sind und daß diese in elektrische Signale umgewandelt
nach Bildung der ersten zeitlichen Ableitungen in den Differenziergliedern zum Vergleich am Eingang des Differenzierverstärkers anliegen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung sowie aus den
Figuren hervor.
90982 0/0577
In den Figuren bedeuten:
Flg. 1 ein Diagramm eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels
einer Vorrichtung zur maschinellen Durchführung von Krebsdiagnosen;
FIg* 2 die Darstellung einer Teilvorrichtung der Apparatur '
nach Fig. 1;
Fig. J ein Diagramm zur Erläuterung Idealisierter Signale,
welche bei der Analyse normaler Zellen auftreten;
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung Idealisierter Signale,
welche bei der Analyse von krebsbefallenen Zellen auftreten;
Flg. 5 oben: Symbolische Darstellung der Abtastung einer
gesunden Zelle;
unten: Ein typisches bei der Abtastung von normalen Zellen mit dem in Fig. 1 und 2 dargestellten
System sich ergebendes Signal;
Fig. 6 oben: Symbolische Darstellung der Abtastung einer kranken
Zelle;
unten: Ein typisches sich bei der Abtastung von krebsbehafteten Zellen mit der erfindungsgemäflen Vorrichtung
einstellendes Signal·
9 0 9820/0577
Erfindungsgemäß werden zwei wesentliche Unterschiede zwischen Krebs-
und normalen Zellen benutzt, um zu einer zuverlässigen maschinellen
Diagnose zu gelangen.
Die Unterscheidung zwischen beiden Zellarten erfolgt durch Messungen
des relativen Anteils der Nucleinsäuren (DNA und RNA), die sich im
Kern und im Plasma der Zelle befinden und durch Feststellung der Verteilung dieser Säuren über das Zellgebiet. Es handelt sich hler-'
bei um Absorptionsmessungen für ultraviolettes Licht bestimmter Wellenlängen. Absorption ultravioletten Lichtes durch Nucleinsäuren und Proteine
und die Korrelation zwischen dem Anwachsen der Konzentration der Nucleinsäuren des Zellplasmas mit dem Anwachsen der Rate der Proteinqynthese
ist beschrieben in (6).
Absorptionsmessungen im Ultravioletten und Vergleich der Ergebnisse
für Krebs- und normale schuppige Zellen findet man In (6).
. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Ausnutzung von Entdeckungen,
die in der zuletzt genannten Literatur behandelt werden und die im
Zusammenhang stehen mit den folgenden Tatsachen:
1. ' Die Nucleinsäuren RNA und DNA absorbieren Lichtenergie im Ultravioletten
mit einem Absorptionsmaximum bei etwa 2 600 R ·
2. Gewisse Proteine absorbieren im ultravioletten Bereich mit einem
Absorptionsmaximum bei etwa 2 800 A ·
9 0 9 8 20/0577
J 5· Der mittlere Anteil von DNA im Zellkern und das Volumen des
Zellkerns sind in einer Krebszelle größer als in einer normalen Zelle. ·
4· * Die vergrößerte Geschwindigkeit der Proteinsynthese in einer
Krebszelle zieht eine im Vergleich zur normalen Zelle größere Konzentration der RIiA im Zellplasma nach sich.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Ausnutzung zweier zusatz- <
llcher Tatsachen, welche im Zusammenhang mit Abstrichen von gefärbten
oder ungefärbten ZellflUssigkeiten entsprechend der Papanlcolaou-Technik entdeckt wurden. Zunächst wurde festgestellt, daß die Absorptionsprofile Über einen Zellenquersohnitt für Licht zweier verschiedener
Wellenlängen wesentlich verschieden sind für Krebszellen und für normale Zellen (Fig. 4). Von den genannten Wellenlängen wird die eine
von den Nucleinsäuren wesentlich absorbiert. Für die andere trifft dies nicht zu, jedoch wird diese von den anderen Zellkonstituenden
bzw. von dem Farbstoff absorbiert. Im besonderen weisen normale Zellen
krebsbefallene Zellen Absorptionsprofile besitzen, die einander weniger
ähnlich sind (Fig. 3, Fig. 4). Zweitens hat sich gezeigt, daß das Absorptionsprofil bei einer Lichtwellenlänge, die von Nucleinsäuren wesentlich absorbiert ' wird,, Über dem Querschnitt einer Krebszelle einen
relativ glatten und abgerundeten Verlauf aufweisen, wohingegen das
entsprechende Absorptionsprofil bei normalen Zellen eine unregelmäßige
909820/0577
Kurve mit wesentlich höheren Frequenzkomponenten ercibt· Jede dieser
Unterscheidungsmö&Lichkeiten ist so ausgeprägt, daß relativ einfache
und wenig kostspielige Apparaturen zuverlässig einen gefärbten Abstrich auf die Anwesenheit von Krebszellen zu diagnostizieren vermögen.
Obwohl diese Unterschiede auch von sehr gut qualifizierten Technikern mit nicht automatisierten Mitteln beobachtet werden können,
so sind die genannten Unterschiede ganz besonders brauchbar als Ausgangspunkt für die Erstellung einer automatisierten Diagnostiziervorrichtung,
weil die Untersoheidungsmöglichkeiten auf Messungen beruhen, für die eine maschinelle Funktion mit höherem Wirkungsgrad
arbeitet als menschliche Untersuchungen dies zu erreichen vermögen.
Die vorliegende Erfindung wird speziell im Zusammenhang mit der Diagnose
von Krebs des Gebärmutterhalses beschrieben, sie ist jedoch ebenfalls von Nutzen für die Diagnose vieler anderer Krebsarten. Abstriche
werden entsprechend der Papanicolaou-Technik gemacht, befestigt und gefärbt, man benutzt jedoch anstelle normaler Glas-Objektträger solche
aus Quarz sowie Abdeckstrelfen aus dem gleichen Material. Die Färbung hebt die Morphologie der Zelle hervor. Gemäß Fig. 1 wird die
Probe auf den Objektträger 1 gebracht, welcher von einem Rahmen j5 gehalten
wird. Dieser wird von einem Antriebsmechanismus 5 mechanisch bewegt. Der Objektträger wird einer Reihe vonverhältnismäßig raschen
vertikalen Bewegungen ausgesetzt, in horizontaler Richtung erfolgt die Bewegung jedoch relativ langsam. Auf diese Weise tastet ein feststehendes
optisches System die Probe wirksam mit einem Raster benachbarter vertikaler Linien ab.
909820/0577
Eine Quecksilberdampflampe 7 liefert Lichtenergie verschiedener
ο ο
Wellenlängen, insbesondere jedoch bei 2652 A und bei 5460 A. Der ultraviolette Bereich bei 2652 A liegt innerhalb des Spektralbereiches,
der zum großen Teil von Nucleinsäure absorbiert wird, wo-
o
gegen der Bereich bei 5460 A (grün) zwar außerhalb dieser Reichweite, jedoch innerhalb des Absorptionsgebietes der Färbung liegt. Der Spektralbereich, welcher nicht von Nucleinsäuren absorbiert wird, ist nicht kritisch. Die Erfindung wurde ebenfalls erfolgreich angewandt
gegen der Bereich bei 5460 A (grün) zwar außerhalb dieser Reichweite, jedoch innerhalb des Absorptionsgebietes der Färbung liegt. Der Spektralbereich, welcher nicht von Nucleinsäuren absorbiert wird, ist nicht kritisch. Die Erfindung wurde ebenfalls erfolgreich angewandt
mit Licht der Wellenlänge von 2976 A. Dies liegt innerhalb des Absorptionsgebietes
der Zellenproteine·
Das Licht der Quelle 7 wird von der Linse 9 kolllmiert und mittels
eines Mikroskopobjektivs 11 auf die Probe gerichtet. Nach Durchstrahlung
der Probe wird das Licht durch ein anderes Mikroskopobjektiv 12 auf das Prisma I5 gerichtet. In diesem wird die Lichtenergie
durch Dispersion in verschiedene Wellenlängen aufgespalten. Eine Linse
1 7 sammelt das Licht In der Ebene 19· Das Licht der kurzen Wellen-
o
längen bei 2652 A (im Absorptionsband der Nuoleinsäure) geht durch ä
längen bei 2652 A (im Absorptionsband der Nuoleinsäure) geht durch ä
eine erste Öffnung 21 in e£ne in der Ebene 19 liegende Abdeckung und
wird von dem Spiegel 23 zu dem Photovervielfacher 25 gelenkt. Das
ο .
Licht bei 5460 A (außerhalb des Absorptionsbandes der Nucleinsäure) durchläuft eine zweite Öffnung 27 in der Abdeckung und wird von einem Spiegel 29 auf den Photovervielfacher gelenkt. Das beschriebene optische System besteht aus bekannten Komponenten, die Im Handel leicht zu erhalten sind (12). Das in Flg. 1 gezeigte optische System kann in vielerlei Arten abgeändert werden. Das Prisma kann beispielsweise
Licht bei 5460 A (außerhalb des Absorptionsbandes der Nucleinsäure) durchläuft eine zweite Öffnung 27 in der Abdeckung und wird von einem Spiegel 29 auf den Photovervielfacher gelenkt. Das beschriebene optische System besteht aus bekannten Komponenten, die Im Handel leicht zu erhalten sind (12). Das in Flg. 1 gezeigte optische System kann in vielerlei Arten abgeändert werden. Das Prisma kann beispielsweise
909820/0 57 7
• . IIVUV iii^w
ersetzt werden durch einen Dichrdidspiegel oder eine Filteranordnung
und einer oder beide Spiegel 23 und 29 können entfernt werden· Außerdem
kann man, anstelle die Probe mit dem Antriebsmechanismus zu bewegen, diese festhalten und von einem beweglichen Lichtstrahl abtasten
lassen. Dazu kann man eine Nipkow-Soheibe oder ein Kathodenstrahlabtastgerät
benutzen. Es kann eine Lichtquelle mit einer anderen spektralen Verteilung verwendet werden, da die Abdeckung in der Ebene 19
das unbenutzte Licht vor dem Erreichen des Photovervielfachers blockiert. Weiterhin kann das. Licht an der Probe reflektiert werden,
so daß keine Durchstrahlung der Probe wie in dem In Fig. 1 gezeigten
System stattfindet·
Die Photovervielfacher 25, 31 erzeugen elektrische Signale S1 und S2,
deren Amplituden eine Funktion der Lichtintensität sind, die nach der Durchstrahlung der Probe noch verfügbar ist. Flg. 3 zeigt die idealisierten
Spannungskurven S1 und S2, welche man an den Ausgängen der Photovervielfacher 25 und 31 beim Abtasten einer normalen Zelle
(Fig. 5, oben) erhält. Die Signale S1 und S2 besitzen im allgemeinen
eine ähnliche Form; sie zeigen an, daß die Konzentration der Nucleinsäure
(bezogen auf S1) in einer normalen Zelle der Konzentration von Protein und anderer Materie ähnlich ist (bezogen auf S2).
Beim Abtasten einer Krebszelle erhaltene Signale nach Fig. 6 sind in
idealisierter Form in Fig. 4 dargestellt. Hier besitzt das Signal S2,
bezogen auf das außerhalb des Absorptionsbandes der Nucleinsäure durohgelassene Licht dieselbe Form wie das Signal, welches fUr eine normale
909820/0577
. Zelle erhalten wird (Fig. 3). Das S1-Signal für eine Krebszelle (Pig·2O
' zeigt, daß Nucleinsäuren nicht nur Ια Kern konzentriert sind, sondern
sich auoh im Cytoplasma ausbreiten· Das in Fig. 1 gezeigte System unterscheidet Krebszellen von gesunden Zellen duroh die Analyse der relativen Formen der Signale SI, S2ß wobei eine Krebszelle gegenüber einer, gesunden Zelle einen wesentlichen Unterschied der relativen Form
der beiden Signale zeigt.
Dieser Formuntersohied zwischen den Signalen 51 und S2 bei einer Krebszelle wird noch größer, wenn man die Ableitung des Signals zur Analyse {
heranzieht. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel entstehen die ersten Ableitungen des Signals durch die Differentiierschaltungen 33, 35. Hier bedeuten R1 die erste zeitliche Ableitung d S1/dt von S1,R2 die erste zeltliche Ableitung d S2/dt von S2. Die Signale R1 und R2 werden durch einen
Differenzverstärker 37 verglichen, welcher das Signal Rg-R1 liefert·
Dieses Signal wird mittels der Schaltung 39 mit einer Schwelle O verglichen, übersteigt die Differenz R2"Ri diese Schwelle, so wird ein Ausgangssignal ausgelöst, welches anzeigt, daß die abgetastete Zelle wahrscheinlich eine Krebszelle ist.
Die Morphologie gesunder und Krebszellen wird ausfuhrlicher erkennbar
duroh die typischen, nicht idealisierten Signale, die in Fig. 5 und 6
dargestellt sind. Das Abtasten von normalen Zellen liefert die Signale*
S1 und S2 vom in Fig. 5 gezeigten Typ. Es 1st hervorzuheben, daß die Signale dieselbe allgemeine Form aufweisen. Eine abgetastete Krebszelle
liefert die Signale S1 und S2 vom in Fig. 5 gezeigten Typ. Hier ist zu
'beobachten, daß die Signale eine deutlich unterschiedliche Form zeigen;
Das Vorhandensein
909820/0577
einer wesentlich größeren Menge von Nucleinsäure in einer Krebszelle
im Vergleich zu einer gesunden Zelle zeigt sich durch das regelmäßige, gleichförmige Signal S1 in 1FIg. 6.
Um es erfahrenem Personal möglich zu machen, die krebsverdächtige Zelle
welter zu diagnostizieren, kann der abzutastende Bereich des Objektträgers
mittels der Abtastvorrichtung überwacht werden· Es kann eine
Anzeigevorrichtung vorgesehen werden, die dem Techniker die Lokali*·
sierung der krebsverdächtigen Zelle ermöglicht«
In einem zweiten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird das Licht nur
bei einer Wellenlänge analysiert. Der S1-Ausgang des Fhotovervlelfachere
25 wird an die in Fig. 2 gezeigten Schaltungen angelegt. Viie in Flg. J5#
4, 5 und 6 gezeigt, unterscheidet sich das Signal S1 Im Falle einer Krebszelle
wesentlich von dem einer normalen Zelle. Da im Cytoplasma einer Krebszelle Nucleinsäuren in großen Mengen auftreten, zeigen sich die
S1-Signale in Flg. 4 und 6 als eine gleichförmige ziemlich glatte Kurve.
In einer gesunden Zelle ist die Kernsäurenkonzentration vorwiegend im Kern lokalisiert und das entsprechende Signal S1 in Fig. 5 und 5 zeigt
daher eine weniger glatte Form mit höheren Frequenzkomponenten. Die Unregelmäßigkeit
41 im S1-Signal für eine normale.Zelle (Fig. 5) erscheint
nahe der Kerngrenze. Das S1-Signal wird an ein Filter 4J (Fig. 2) angelegt,
welches ein Signal erzeugt, das die Lichtintensität im S1-Signal
anzeigt, xuelches innerhalb des Frequenzbereiches liegt, der dem Unregelmäßlgkeitsbereich
41 in Fig. 5 entspricht. Der Frequenzbereich i3t eine
Funktion der Abtastgeschwindigkeit, und er ist nicht kritisch, da die S1-Signale, die von einer Krebszelle hervorgebracht werden, sich in ihrer
909820/0 57 7
Ausgang des Filters 4j wird verglichen mit einer Schwelle θ in einer
Schaltung 45, und ein Ausgangssignal wird ausgelöst, wenn die abgetastete Zelle eine gesunde Zelle ist·
Da im zweiten AusfUhrungebeispiel nur eine einzige Lichtwellenlänge
ο in der von dem Nucleinsäure absorbierten Bereich, z.B. 2652 A, er-
forderlich 1st, kann das in Fig. 1 gezeigte optische System entweder
direkt verwendet over vereinfacht werden..Das von der Probe durchgelassene
Licht kann durch ein Filter auf einen einzigen Photovervlelfacher gerichtet und somit auf die Verwendung von Prisma, Linse, Abdeckung
und Spiegel verziohtet werden.
Die beschriebenen Verfahren zur Mustererkennung sind besonders nützlich
bei der Krebsdiagnose. Die Entdeckung, daß gesunde Zellen ähnliche Absorptionsprofile
liefern für Licht einer Wellenlänge innerhalb des Absorptionsgebietes von Nucleinsäuren und einer Wellenlänge, die sich
außerhalb dieses Gebietes befindet, während Krebszellen wesentlich verschiedene Absorptionsprofile zeigen, ermöglicht die maschinelle
Diagnose durch eine Mustererkennungsvorriohtung mit anschließender
visueller Inspektion. Die weitere Entdeckung, daß die Absorptionsprofile
für Krebs-und normale Zellen sich wegen Ihrer, verschiedenen spektralen
Zusammensetzung In der Form wesentlich unterscheiden für Licht 'einer Wellenlänge Innerhalb des Absorptionsgebietes von Nucleinsäuren,
kann ebenfalls für diagnostische Zwecke verwendet werden. Offensichtlich können beide Unterscheidungsmerkmale auch gemeinsam In einer Maschine
ausgenutzt werden.
909820/0577
■ . P 14 98 82*. O
149882φ
Literatur '
(1) Diagnosis of Uterine Cancer by the Vaginal Smear by G.N.
Papanicolaou and H.F. Trout, Commonwealth Fund, New York, 1943.
(2) Atlas of 'In Situ* Cytology by S. Charles Kasdon and Sophia B.
Bamford, Little, Brown and Co., Boston, 1962.
(3) A Manual of Cytotechnology, National Committee for Careers in
) Medical Technology, 1962.
(4) Exfoliated Cell Studies and the Cytoanalyzer by E.G. Diacumakos,
Emerson Day and M. J. Kopac, Annale of the New York Academy of Sciences, volume 97, article 2, June 5, 1962, pages 498-513·
(5) A Microflourometrie Scanner for the Differential Detection of
Cells, Robert C. Mellors and Reuben Silver, Science, volume 114, October 5, 1951, pages 356-36O.
*
(6) Microspeotrometry of Living and Fixed Cells, H.G. Davies and
P.M.B* Walker, in Progress in Biophysics and Biophysical Chemistry, J.A.V. Butler and J.T. Randall, Vol. 3, 1953* Academic
Press, New York, Chapter 7, pages 195-236.
(7) The Ultraviolet Spectrum of Deoxyribonuclelo Acids and Their
Constituents* E.Fredericq, A. Oth and F. Fontaine, Journal of
Molecular Biology, volume 3, 1961, pages 11-17·
ORIGINAL INSPECTED 909820/0577
*p 14'9
■j te
14*8-824
(8) Nucleic Acid Content of the Squarnous Cancer Cell, Robert C,
Mellors, John F. Keane, Jr., and G.N. Papanioolaou in Science,
: . volume 116, September 12, 1952; pages 265-269.
(9) The Reflecting Microscope, Robert C. Mellors in Science,
volume 112, October 6, 1950, pages 38I-388.
(10) The Use of Television and Scanning Techniques for Ultraviolet
Irradiation Studies of Living Cells, O1B. Montgomery and L. L.
Hundley, in the Institute of Radio Engineers (now Institute of Electrical and Electronics Erg-neers) Transactions on Medical
Electronics, July I960, pages 135-138.
(11) Ultraviolet Television Color - Translating Microscope, V.K.
Zworylcin and Fred L. Hatke, in Science, volume 126, October 25,
1957« pages 805-810.
909820/0577
Claims (4)
1. Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose, dadurch gekennzeichnet,
daß ein auf einem vermöge des mechanischen Antriebs (5) zum Zwecke der Abtastung des durch unterschiedliche Absorption innerhalb der zu
. diagnostizierenden Zelle zustandekommenden Intensitätsprofils relativ
zum Strahlengang beweglichen Objektträger (3) aufgebrachten Abstrich
dem punktförmig kollimierten Licht einer Quecksilberdampflampe (7) ausgesetzt ist, daß entweder nur ein im UV gelegener Spektralbereich
nach Durchsetzen des Objekts in einem Photovervielfacher in elektrische
Signale umgesetzt und verstärkt über das Filter (43) an die Schwellenwertschaltung
(45) angeschlossen ist oder daß zwei Spektralbereiche, von denen der eine einen Bereich innerhalb des Absorptionsgebietes der Nucleinsäuren
und der zweite ein Gebiet außerhalb dieses Bereiches umfaßt, nach Durchsetzen des Objektes sowie Trennung durch ein Prisma (15)
und zwei nicht in der gleichen Ebene liegenden Spiegeln (23, 29) je einem Photovervielfacher (25, 31) zugeführt sind und daß diese"in elektrische '
" Signale umgewandelt nach Bildung der ersten zeitlichen Ableitungen in den
Differenziergliedern (33, 35) zum Vergleich am Eingang des Differenzierverstärkers
(37) anliegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur endgültigen
Entscheidung der diagnostischen Fragestellung die Ergebnisse welche
a) durch den Vergleich der Verläufe der beiden Abtastprofile für einen
von den Nucleinsäuren wesentlich absorbierten (UV-Bereich) und für
einen lediglich vom Cytoplasma absorbierten Spektralbereich (sichtbarer Bereich) sowie
909820/0B77
Neue AnmelduTigsunterlagen
P 14 98 824.0 8. August 1968
b) durch Überprüfung des Anteils der höheren bei der Abtastung mit dem
von den Nucleinsäuren wesentlich absorbierten Spektralbereich entstehenden Frequenzkomponenten Zustandekommen miteinander kombiniert werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den
Nucleinsäuren wesentlich absorbierte ultraviolette Spektralbereich bei
2 652 A, der von diesen Säuren wesentlich durchgelassene Spektralbereich
bei 5 460 Ä liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung
des Objektes mit nichtmechanischen Mitteln, z.B. mittels einer Kathodenstrahlabtastvorrichtung
vorgenommen wird.
909820/0577
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US301265A US3327117A (en) | 1963-08-12 | 1963-08-12 | Cancer cell detector using two wavelengths for comparison |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1498824A1 true DE1498824A1 (de) | 1969-05-14 |
DE1498824B2 DE1498824B2 (de) | 1974-08-15 |
DE1498824C3 DE1498824C3 (de) | 1975-04-17 |
Family
ID=23162638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1498824A Expired DE1498824C3 (de) | 1963-08-12 | 1964-08-04 | Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3327117A (de) |
BE (1) | BE651714A (de) |
CH (1) | CH424078A (de) |
DE (1) | DE1498824C3 (de) |
GB (1) | GB1030846A (de) |
SE (1) | SE321540B (de) |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1105413A (en) * | 1964-10-16 | 1968-03-06 | Barringer Research Ltd | Method and apparatus for detecting traces of substances |
US3443089A (en) * | 1966-06-20 | 1969-05-06 | Beckman Instruments Inc | Radiant energy analyzer for directly measuring the polarization ratio of fluorescent radiation |
US3497690A (en) * | 1967-09-21 | 1970-02-24 | Bausch & Lomb | Method and apparatus for classifying biological cells by measuring the size and fluorescent response thereof |
US3770349A (en) * | 1969-03-17 | 1973-11-06 | Sanchez G Legorreta | Method and apparatus for automatically classifying complex, microscopic particles such as human cells |
US3641344A (en) * | 1969-04-01 | 1972-02-08 | Perkin Elmer Corp | Solar-stimulated fluorescent radiation detection method and apparatus |
US3571589A (en) * | 1969-06-04 | 1971-03-23 | Barringer Research Ltd | Method for absorption analysis using a source having a broadened emission line |
GB1302865A (de) * | 1969-07-14 | 1973-01-10 | ||
US3657537A (en) * | 1970-04-03 | 1972-04-18 | Bausch & Lomb | Computerized slit-scan cyto-fluorometer for automated cell recognition |
US3822095A (en) * | 1972-08-14 | 1974-07-02 | Block Engineering | System for differentiating particles |
US3999047A (en) * | 1972-09-05 | 1976-12-21 | Green James E | Method and apparatus utilizing color algebra for analyzing scene regions |
US3851156A (en) * | 1972-09-05 | 1974-11-26 | Green James E | Analysis method and apparatus utilizing color algebra and image processing techniques |
US4017192A (en) * | 1975-02-06 | 1977-04-12 | Neotec Corporation | Optical analysis of biomedical specimens |
US4328809A (en) * | 1976-09-24 | 1982-05-11 | Barry Herbert Hirschowitz | Device and method for detecting the potential level of the electromagnetic field of a living organism |
US4293221A (en) * | 1979-04-17 | 1981-10-06 | Research Corporation | Multidimensional slit-scan flow system |
US4263508A (en) * | 1979-04-20 | 1981-04-21 | Research Corporation | Pulse edge measurement for determining particle dimensional characteristics |
GB2068537B (en) * | 1980-02-04 | 1984-11-14 | Energy Conversion Devices Inc | Examining biological materials |
US4350892A (en) * | 1980-07-31 | 1982-09-21 | Research Corporation | X'-, Y'-, Z'- axis multidimensional slit-scan flow system |
US5318024A (en) * | 1985-03-22 | 1994-06-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Laser endoscope for spectroscopic imaging |
US4718417A (en) * | 1985-03-22 | 1988-01-12 | Massachusetts Institute Of Technology | Visible fluorescence spectral diagnostic for laser angiosurgery |
ATE167792T1 (de) * | 1985-03-22 | 1998-07-15 | Massachusetts Inst Technology | Faseroptisches sondensystem zur spektralen diagnose von gewebe |
US5199431A (en) * | 1985-03-22 | 1993-04-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical needle for spectroscopic diagnosis |
US5104392A (en) * | 1985-03-22 | 1992-04-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Laser spectro-optic imaging for diagnosis and treatment of diseased tissue |
US5125404A (en) * | 1985-03-22 | 1992-06-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Apparatus and method for obtaining spectrally resolved spatial images of tissue |
US4913142A (en) * | 1985-03-22 | 1990-04-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Catheter for laser angiosurgery |
US4767717A (en) * | 1985-05-02 | 1988-08-30 | Baisden C Robert | Method of detecting and quantitating cell malignancy in biological tissue |
AT387860B (de) * | 1985-09-16 | 1989-03-28 | Optical Sensing Technology | Verfahren und vorrichtung zur tumordiagnose mittels sera |
US5261405A (en) * | 1986-02-26 | 1993-11-16 | The Beth Israel Hospital Association | Apparatus and method for detecting cancer using nuclear magnetic resonance |
CA2104960C (en) | 1991-02-26 | 2005-04-05 | Richard P. Rava | Systems and methods of molecular spectroscopy to provide for the diagnosis of tissue |
JP2009545737A (ja) * | 2006-08-04 | 2009-12-24 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 蛍光ベースのDNAイメージサイメトリーを用いたinvivoでの癌の検出及び/又は診断方法 |
WO2010103440A1 (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-16 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Irradiating an absorption contrast agent contained in a turbid medium |
US10514334B2 (en) * | 2015-08-26 | 2019-12-24 | Kurashiki Boseki Kabushiki Kaisha | Cell measurement method |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2395489A (en) * | 1942-05-20 | 1946-02-26 | Du Pont | Photometric process for gas analysis |
US2790438A (en) * | 1956-01-13 | 1957-04-30 | Taplin Ronald Harold | Earpieces for oximeters |
US3210546A (en) * | 1962-06-18 | 1965-10-05 | Little Inc A | Infrared scanning apparatus for flow detection using duplicate parallel detectors |
-
1963
- 1963-08-12 US US301265A patent/US3327117A/en not_active Expired - Lifetime
-
1964
- 1964-08-04 DE DE1498824A patent/DE1498824C3/de not_active Expired
- 1964-08-11 CH CH1047564A patent/CH424078A/de unknown
- 1964-08-11 GB GB32651/64A patent/GB1030846A/en not_active Expired
- 1964-08-12 SE SE9721/64A patent/SE321540B/xx unknown
- 1964-08-12 BE BE651714A patent/BE651714A/xx unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1498824C3 (de) | 1975-04-17 |
US3327117A (en) | 1967-06-20 |
DE1498824B2 (de) | 1974-08-15 |
BE651714A (de) | 1964-12-01 |
GB1030846A (en) | 1966-05-25 |
CH424078A (de) | 1966-11-15 |
SE321540B (de) | 1970-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1498824A1 (de) | Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose | |
DE2823490A1 (de) | Verfahren zur analyse von organismus- zellen | |
DE69125574T2 (de) | Vorrichtung zur Auswertung fluoreszenzmarkierter Gelelektrophoresemuster | |
EP0896661A1 (de) | Verfahren zur automatisierten mikroskopunterstützten untersuchung von gewebeproben oder körperflüssigkeitsproben | |
EP3575848A1 (de) | Analyzer zur dreidimensionalen analyse einer medizinischen probe mittels einer lichtfeldkamera | |
DE10353785B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von verschiedenen Zelltypen von Zellen in einer biologischen Probe | |
EP3374755B1 (de) | Lichtmikroskop und verfahren zum bestimmen einer wellenlängenabhängigen brechzahl eines probenmediums | |
EP3430565B1 (de) | Verfahren zur untersuchung verteilter objekte unter segmentierung eines übersichtbildes | |
EP1495433B1 (de) | Verfahren zur untersuchung chemischer und/oder biologischer proben mittels partikelbildern | |
EP1381846B1 (de) | Verfahren zur analyse einer biologischen probe | |
EP3828617A1 (de) | Verfahren zur digitalen anfärbung von zellen | |
EP3574303B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur untersuchung von zellen | |
DE2742957C2 (de) | Mikroskop-Photometer | |
DE102022106599A1 (de) | Verfahren zur identifizierung der zusammensetzung eines anatomischen ziels | |
EP2247942B1 (de) | Markerfreies chromosomenscreening | |
EP3155588B1 (de) | Ganzkörperbildaufnahme- und bildverarbeitungssystem sowie verfahren zu dessen betrieb | |
DE112022003311T5 (de) | Informationsverarbeitungsvorrichtung, system zur beobachtung biologischer proben und bilderzeugungsverfahren | |
DE102013217157A1 (de) | Analyseverfahren zur Ermittlung der Typen und Konzentrationen biologischer Partikel | |
EP3647767B1 (de) | Isovolumetrisches aufkugeln von roten blutzellen | |
DE1598593C3 (de) | Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose | |
AT270847B (de) | Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose | |
EP3467563A1 (de) | Mikroskopiervorrichtung | |
DE102017203452A1 (de) | Fluoreszenzbeobachtungssystem | |
DE1598593B2 (de) | Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose | |
EP2654548B1 (de) | Verfahren und einrichtung zur untersuchung eines hohlorgans mit einer magnetgeführten endoskopkapsel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |