DE1498824A1 - Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose - Google Patents

Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose

Info

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
Application number
DE19641498824
Other languages
English (en)
Other versions
DE1498824C3 (de
DE1498824B2 (de
Inventor
Kamentsky Louis A
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of DE1498824A1 publication Critical patent/DE1498824A1/de
Publication of DE1498824B2 publication Critical patent/DE1498824B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE1498824C3 publication Critical patent/DE1498824C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314Investigating 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
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00Other 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
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis
    • A61B5/7239Details 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

Neue Anmeldungsunterlagen
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
Vorrichtung zur maschinellen Krebs diagnose
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
Neue Anmeldungsunterlagen
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
Neue Anmeldungsunterlagen
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
Neue Anmeldungsunterlagen
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
Neue Anmeldungsunterlar
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
Absorptionsprofile auf, die für beide Wellenlängen ähnlich sind, wogegen
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
Neue AnmeldungsunterlaP!
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
Neue Anmeldungsunterlagen
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
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
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
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
Form wesentlich von denen einer normalen Zelle unterscheiden. Der
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)

Neue AnmeldungsunterjacLen Docket 10 699 P 14 98 824.0 8. August 1968 PATENTANSPRÜCHE
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
DE1498824A 1963-08-12 1964-08-04 Vorrichtung zur maschinellen Krebsdiagnose Expired DE1498824C3 (de)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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)