JP2005529311A - コンピュータシステムを使用して生物学的サンプルを解析するための方法および/またはシステム - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2002年1月15日に提出され、参照としてここに組み込まれる米国仮特許出願60/349,318による優先権を主張する。
C.F.R.1.71(e)に従い、出願人は、これらに限定されないが、ソースコードリスト、スクリーンショット、ユーザインタフェースまたはユーザインストラクション等といった、著作権の対象であり且つ著作権を主張している素材、あるいは、著作権保護を任意の管轄区域で利用でき或いは利用できる場合があるこれらの任意の他の態様を、この開示内容の一部が含んでいる点について言及する。著作権の所有者は、特許文献または特許の開示内容の何人による複製に異議を唱えない。これは、それが特許商標局のファイルまたは記録に現われているからである。全ての他の権利は留保され、出願またはその任意の一部の全ての他の複製、配布、内容に基づく派生物の作成、公然の表示、公然の実行は、適用可能な著作権法によって禁止される。
正常な人間の細胞は、22個の常染色体対と2個の性染色体とを含む46個の染色体を有している。一般に、正常な細胞は、全ての遺伝子について2つのコピーを有している(男性の伴性遺伝子を除く)。例えばダウン症候群等の構造上の遺伝病および癌等の後天的な遺伝病の両方においては、この正常なパターンに影響が出る可能性がある。幾つかの遺伝子の遺伝子コピー数は、3つ以上(遺伝子コピー数の「増加」または増幅)、あるいは、2つよりも少ない場合がある。また、染色体数にも影響が出る可能性があり、特に、癌細胞は、全ての染色体または染色体の腕の増加または損失のパターンを示す。また、染色体のコピー数は、その「倍数性」とも呼ばれる。
蛍光インサイツハイブリッド形成(FISH)の技術は、様々な臨床場面および研究場面において使用される。一般に、この技術は、特定のDNA(またはRNA)列の染色体の位置を見つけるために使用される。相補的なプローブは、蛍光色素によってラベル付けされ、その後、対象の種から染色体または細胞試料に対して加えられる。アニーリングが生じる十分な時間が経過した後、蛍光顕微鏡を使用して染色体が観察される。プローブは、対象の配列を有する染色体に対してハイブリッドを形成する。配列が細胞遺伝的に特徴付けられる場合には、マーカーを適当な染色体に対して割り当てることができる。
本発明は、広義には、サンプルの生物学的な特徴の測定および/または評価に関する方法を含んでいるが、本発明は、一例として、HER−2/neu遺伝子過剰発現を対象にする処置に対して特定の胸部の癌が応答する可能性が高いか否かを判断する問題を考慮することによって、更に理解することができる。現在、胸部の癌がHER−2/neuを対象とする処置、例えばHerceptin(商標)に対して応答するかどうかを判断する1つの方法は、侵襲的な癌細胞として特定される細胞中のHER−2/neuコピー数を測定および/または推定することであると考えられている。
特定の実施形態においては、本発明を使用して、組織および/または細胞のサンプルの解析を自動化および/または支援することができる。FISHは、本発明にしたがって使用できる1つのサンプルラベリング技術であるが、ここでの教示から、類似の方法および/またはシステム例えば放射性プローブおよび/または電気活性プローブを使用するもの、あるいは、プローブを使用することなく識別可能なサンプル特性を使用するもの等を利用できることが理解されよう。
図1に示される画像等の画像を用いた1つの作業は、画像内の信号の解析方法を決定することである。一般に、推定される細胞に関する信号を解析することが望ましい。例えば、研究者は、様々な細胞のDAPI信号の強度範囲を知りたがっているかもしれない。これを行なうために、一般に、画像と細胞の領域間で幾つかの関連付けが成されなければならない。
細胞に基づく方法において、画像解析は、一般に、個々の細胞に対応する画像領域を決定しようとする試みを含んでいる。一般に、うまく分離された細胞の画像だけが使用される。しかしながら、対象のサンプル領域においては、孤立した細胞は稀であり、そのような方法は、特に自動化される場合、不正確な結果を生じ、および/または、重要な細胞領域を見逃してしまう場合がある。
本発明は、特定の実施形態において、グリッドタイリング法を使用して、図1のような画像を処理する。そのような方法においては、規則的なグリッド、あるいは、やや規則的なグリッドが、対象の画像の一部にわたって敷設される。簡単な方法において、グリッドは、単に、サンプル画像上にわたって重ね合わされる。この場合、例えば、グリッドの開始は、画像の開始から始まる。その後、タイルは、更に後述するように解析される。そのようなグリッドタイリング法においては、特定の密度のDAPI信号に達した場合にだけグリッドを開始したり、グリッドタイルのサイズを調整あるいは最適化したり、グリッドタイルの重なり量を調整あるいは最適化したり、グリッドタイルの形状を調整したりするなどの、様々な異なる最適化を使用することができる。
本発明の更なる実施形態では、標的タイリング法を使用して、図1のような画像を解析する。この手法においては、コンピュータで実行される方法が、画像を解析するとともに、1または複数の論理規則にしたがって画像上に配置するための複数のタイルを決定する。後述するように、タイルは、様々な形状(例えば、多角形や楕円形)を成していても良く、また、サイズが異なっていても良い。しかしながら、特定の実施形態では、同じサイズの正方形のタイルが使用される。以下から分かるように、この実施形態は、説明するのが簡単であり、また、幾つかの計算を簡単にすることができる。様々な実施形態において、タイルは、重なり合っていなくても良く、あるいは、様々な割合で重なり合っていても良い。図2は、本発明にしたがって標的タイルが配置されたサンプルの画像例を示している。この例においては、サイズが同じ正方形のタイルが使用され、タイルは重なり合っていない。
細胞手法:全ての細胞が正確に識別される場合、この方法は、腫瘍細胞だけをサンプリングする。しかしながら、この手法は、一般に、通常の細胞を腫瘍細胞から視覚的に識別できるという前提に頼っている。しかしながら、そのような識別は、一般に、熟練した技術者または病理学者を必要とし、間違いを生じたり、様々な解釈を受けたりする。自動システムにおいては、対象の細胞が正確に識別される可能性は殆ど無い。自動識別の精度が悪化すると、この方法は、「領域総計」法へと退化する。
特定の実施形態において、標的タイルは、当該技術において理解されるように、情報処理装置に設定された1または複数の規則にしたがって配置される。タイルの配置のために設定された規則の一例は以下の通りである。
特定の実施形態において、タイルのサイズは、腫瘍細胞核の予期される断面を完全に含むように十分大きいサイズが選択される。これは、サイズ=1のタイルと呼ぶことができる。また、これよりも幾分大きい1枚のタイルを使用することにより、タイル内で核全体を取得する機会を増やしても良い。例えば、対象の細胞核の予期される断面を完全に含むために必要なサイズの110%のタイルは、サイズ=1.1のタイルと呼ぶことができる。サイズ=2およびサイズ=4のタイルを用いて幾つかの実験研究を行なった。
特定の実施形態においては、タイルが絶対に重なり合わないように配置される。他の実施形態においては、幾分、あるいは特定の条件下で、タイルを重なり合わせることができる。例えば、更なる実施形態においては、DAPI陽画像内でのみ対照信号に対する試験の比率を決定するために使用される例えばタイルの1/2から1/4が重なり合う画像を使用して、DAPIポジフィルタを形成することができる。この実施形態において、重なり合いは、腫瘍細胞が裂ける虞を低減するために使用される。しかしながら、重ね合わせない場合の利点は、タイルの独立性である。タイルを重ね合わせると、同じイベントを2回(またはそれ以上)数える可能性がある。
タイルは、正方形または長方形である必要はない。円形、楕円形、六角形、あるいは、他の形状のタイルを使用して、他の細胞からのより少ない寄与(殆ど混和していない)およびタイルの更に高い密度を得ることができる。そのようなタイルは、平均的な細胞核よりも僅かに大きいサイズまたは形状に設定することができ、したがって、手で数えられる面積にかなり近づけることができる。それにより、隣り合う細胞核の一部の信号を計算に入れる機会を減らすことができる。
幾つかの実施形態においては、単にタイル領域内の信号(例えばDAPI)を最大にするためだけにタイルが配置されるが、他の実施形態では、更に複雑な配置アルゴリズム、例えば、信号密度の中心近傍にタイルを中心付けようとするアルゴリズム、または、2つ以上の信号を比較し或いは組み合わせるアルゴリズムを含めることができる。
1つのプローブを使用して、対象の幾つかの細胞特性を測定し、その信号を標的タイルの配置で使用しても良いが、1または複数の別個のプローブを付加することにより、様々な他の解析が支援されても良い。幾つかの場合には、たった1つのプローブを使用して、本発明の特定の実施形態にしたがって配置されたタイルおよび/またはDAPIのような信号と更に関連付けられる信号を識別しても良い。したがって、基本的には、1つの色チャネルのために標的タイル手法を使用することができる。
本発明においては、孤立した細胞のスポット計算に関して知られた方法と同様の方法により、1つのタイル内でスポットを数えることができる(例えばFISH)。例えば、一般に、DAPIマスク内のスポットだけが数えられる。標的タイルの場合、配置された各タイルは、増幅された腫瘍核、増幅されていない核、あるいは、2つのタイプの混合を含むいずれかのタイプの1または複数の核の一部を含んでいると考えられる。
細胞に基づくコンピュータ解析においては、全ての細胞、あるいは、幾つかの基準によって選択される細胞だけを、ほぼ等しいサイズの画像を2次元に配列した状態で、スクリーン上に表示するのが一般的である。この表示は、一般に、「ギャラリー」として知られている。本発明の特定の実施形態において、タイルは、同じ方法で表示され、これにより、システムオペレータは、比率推定の基本となる実際のタイル毎のFISHスポット計数をレビューすることができる。図3は、そのようなギャラリー表示の一例を示している。この場合も、表示は、黒白画像に修正されている。
前述したように、本発明は、多くのステップを自動的に行ない且つユーザに表示を行なうとともにユーザと相互に作用し走査を完了するシステムで具現化される。Her2増幅検知の特定の例を使用して、この作用について説明する。
本発明は、タイルのスポット計数分布に基づいてサンプルを解析するための様々な手法を含んでいる。以下で使用される幾つかの用語および前提は、次の通りである。
幾つかの方法(例えば、PathVysion(商標)パッケージインサート(PPI)にしたがった方法)においては、腫瘍細胞のように見える個々の細胞が識別され、増幅試験スポット(例えば、Her2の場合には、赤/オレンジ)および対照スポット(例えば、CEP17の場合には、緑)が、個々に識別された各細胞において数えられる。増幅された比率(R)は、制御スポットの総和に対する試験スポットの総和の比率となるように、すなわち、
ここでは、正規化された基準ヒストグラムを差し引く本発明の1つの方法について説明する。この方法は、タイル毎の計数データを収集し、その後、収集した計数データをタイル比率ヒストグラムに変換することによって始まる。タイルの比率(この場合も、Ri=ti/ci;ここで、tiおよびciは、核領域だけで測定された値またはスポットであっても良い)は、有理数すなわち分数である。そのような分数は、異数性の腫瘍細胞の可能性および腫瘍細胞内の対象の遺伝子の著しい増幅に起因して、様々な値をとり得る。この分数をヒストグラムに適した形式に変換するため、幅がほぼ等しい「バケット」に対して比率が割り当てられる。1つの例は、0.0、0.5、1.0、1.5等に中心付けられた幅が0.5のバケット、すなわち、境界が0.0、0.25、0.75、1.25、1.75等に位置するバケットである。
ここで、図4Bおよび図4Cに示されるヒストグラム図が、腫瘍細胞および腫瘍でない細胞を含む細胞の混合体にわたってタイルから取得された計数である点に注目されたい。本発明の特定の実施形態において、本発明は、正常な細胞と腫瘍細胞とを特に区別することなく、タイル比率データから直接に、総増幅比率Rを推定する。
様々な実施形態において、ヒストグラム解析は、1または複数の数値結果の形態を成す出力を与えることができる。そのような結果は、スプレッドシートまたは任意の他の望ましい或いは便利な形式で報告することができる。数値結果出力の例としては、(A)全てのタイルにわたる総比率(RO)(試験値の合計を制御値の合計で割ったもの)を挙げることができる。この出力は、一般に、正常な細胞と腫瘍細胞とから成る細胞混合体、あるいは、増幅されていない細胞と増幅された細胞とから成る混合体の問題を無視している。また、数値結果出力の例としては、(B)増幅された腫瘍細胞の平均比率を表わすことをやはり意図した修正されたヒストグラムの平均比率(R)を挙げることもできる。このヒストグラムは構成物であるため(すなわち、バックグラウンド補正で除かれたタイルを識別する方法がない)、この比率は、合計(バケット比率×バケット頻度)/合計(バケット頻度)によって概算される。しかしながら、この方法は、全てのタイルが同じCEP17計数を有していると想定するに等しく、あまり満足できるものではない。実際に、腫瘍領域は、多くの場合、CEP17において更に高いタイル計数を示すため、この方法は、比率を少なめに推定する可能性が高い。更に、数値結果出力の例としては、(C)増幅された細胞から成るように推定されるタイルの割合(P)を挙げることもできる。
前述した方法は多くの状況で役に立つが、更なる研究は改良の余地を示している。例えば、扱うべき問題としては、正規化された基準ヒストグラムとして何を使用するべきか、また、それをどのように適合させるべきか、といった問題を挙げることができる。解析によれば、特定の実施形態において、正規化された基準ヒストグラムの最良の形状は、サンプル間で異なっていても良いことが分かった(例えば、前記形状は、1つのタイル内の一般的なスポット数によって決まり得る)。不正確な基準を使用すると、かなりの誤差が生じ得る。更なる問題は、対照計数(例えばCEP17)が0であるタイルから生じる。これは、これらのタイルが一般に無視されており、それによって偏りが生じる可能性があるためである。他の問題は、ヒストグラムを決定する際に使用するための最適なバケットサイズの決定である。
連立方程式による「腫瘍割合」および「腫瘍比率」の推定
様々な更なる実施形態においては、他の技術を使用して、RO、R、およびPのうちの1または複数を推定する。この場合、前述したように、RO=(1−P)+PRである。したがって、総比率ROが与えられる混合された一組の細胞の腫瘍比率を見出すことは、腫瘍割合Pを推定する問題となる。類推により、混合された一組の細胞にわたって配置される一組のタイルに関しても、同じことがほぼ当てはまると考えられる。
本発明の特定の実施形態において、全ての細胞に関して前述した方法は、あたかも各タイルが、完全に増幅された細胞だけ、或いは全く増幅されていない細胞だけを含んでいるかのように、タイルに基づく解析に対して正確に適用される。(i)タイルがタイプの異なる細胞を含んでいる場合があり、(ii)タイルを貼ることにより細胞が切り捨てられる場合があるためにこの状況が適用されない程度まで、モデルは、おおよそのものである。それにもかかわらず、73個のサンプルから成るトレーニングセットを用いた経験によれば、タイルによってサンプリングされたデータ中に2つの細胞集団が存在する多くの場合において、このモデルがうまく役立つことが分かった。
更なる実施形態においては、期待最大化(EM)法を使用して、PおよびRを評価することができる。EMアルゴリズムは、統計的確率分布の混合から得られると仮定されたデータセットから統計的確率分布の混合を評価するために技術的に良く知られている。本発明の特定の実施形態において、データセットは、1つのタイル毎に(あるいは、1つの細胞毎に、または、使用される他のサンプリング領域毎に)、試験スポット計数(ti)と制御スポット計数(ci)との対(ti、ci)のセットを含んでいる。使用される前提は、これらが、2つの内在する2変量確率分布の混合または組み合わせによって形成されるということである。この場合、一方の2変量確率分布は、増幅されていない細胞を含むタイル(すなわち、サンプリング領域)における試験スポット計数および対照スポット計数を一緒に形成し、他方の2変量確率分布は、増幅された腫瘍細胞を含むタイル(すなわち、サンプリング領域)の試験スポット計数および制御スポット計数を一緒に形成する。
更なる実施形態においては、2つの分布の混合が使用される。そのうちの一方は増幅されたタイルを表わしており、他方は増幅されていないタイルを表わしている。また、分布には、kによってインデックスが付される。Her2スポット計数およびCEP17スポット計数はそれぞれ、ポアソン分布によってモデル化される。最初のポアソン平均μhk(Her2計数)、μck(CEP17計数)は、データの予備的な解析によって得られる。混合体の各成分分布に対して与えられる最初の相対的加重は、ak=0.5である。
実験結果によれば、本発明の特定の実施形態に係るEM法によって、より良い自動化された結果を得られることが分かった。これらの実験においては、増幅された細胞および増幅されない細胞の両方を含むような範囲が意図的に選択された。
十分な量の腫瘍細胞の包含
マークが付されたポイントの周囲のFOVのタイリングによって非常に僅かな腫瘍材料および/または非常に数少ない腫瘍細胞が選択される場合があるといった虞がある。1つの解決策は、双方向での見直し能力の強化に基づいており、以下のように進行する。(1)マークが付されたポイントを中心とするFOVをシステムに取得させる。(2)マークが付されたポイントを中心とする全てのFOVを一人のオペレータがスクリーン上で同時に見ることができる十分に低い解像度でFOVのモザイク画像を表示する。これにより、ユーザは、マークが付されたポイントの周囲の組織構造を見ることができる。(3)オペレータがスクリーン上の適当なボタンをクリックすることによりモザイク全体が侵襲的な腫瘍細胞から成ることを示す場合には、前述したタイル方法を続ける。(4)前記組織構造が幾つかの腫瘍領域および幾つかの非腫瘍領域を示す場合には、コンピュータシステム上の適当な入力装置(例えばマウスまたはライトペン)を使用して腫瘍の境界をオペレータに指摘させる。(5)ユーザが指摘した境界を使用して、完全タイリングから、腫瘍領域内に位置するタイルを選択する。(6)選択されたタイルを使用して、ヒストグラムおよびギャラリーを作成する。(7)マークが付されたポイントの全てにおいて繰り返す。
本発明の更なる実施形態においては、更に大きいタイルを使用できるとともに、この大きいタイルは、CEP17分母が大きいため、良好に振舞う比率を有することを期待できる。しかし、腫瘍細胞と正常な細胞とを混合する虞は大きくない。
本発明の更なる実施形態においては、データを、スライドの表面における標準のX、Yと、各タイルのHer−2/CEP17比率を示すZとの3次元プロットとして表わすことができる。
更なる実施形態においては、個々の細胞で計数を行なうことができるとともに、ヒストグラム形式で比率をプロットすることができ、また、ヒストグラムが2つのピーク(正常な細胞および増幅された細胞を示すピーク)を有している場合には、上側のピークの比率を報告する。実際に、これは、総比率から正常な細胞を自動的に除去するとともに、本発明の特定の実施形態においては、自動解析に役立つ技術として適合され、切り捨てられた細胞の誤差比率の問題を調整する。しかしながら、この方法は、(i)それが細胞に基づいており、したがって、自動化にあまり適していないという点、(ii)異なる技術によって比率をヒストグラムから抽出するという点、(iii)一般に、腫瘍が大きく増幅される場合にだけ役立つ(例えば、R=1.5である場合には役に立たないと思われ、おそらくR=2.0の場合にも役に立たない)という点で、前述した方法と異なる。
腫瘍領域内の数百個の細胞から成る領域の外側に2つ又は3つの大きく増幅された腫瘍細胞(例えば、>5の範囲でのHer2比率からCEP17比率)が存在する場合には、それによって十分に増幅の診断を行なうことができるといった考えにより、タイル方法での正常な細胞による希釈を抑えることができる。しかしながら、そのような稀な増幅細胞の場合、本発明の特定の実施形態にしたがって記録する機械は、幾つかの場合、有利であると分かることが期待される。大部分が増幅されていない腫瘍細胞と幾つかの増幅された腫瘍細胞とを含む異質な腫瘍細胞の集団を1つの腫瘍の塊が有している場合(おそらく珍しい)、機械記録は、稀な増幅細胞の証拠を見つける(例えば、タイル解析により)ことにより、増幅細胞の「歩留り」を高めることが幾つかの場合において期待される。なお、そのような「稀な増幅細胞」腫瘍は、おそらく、「稀な過剰発現する細胞」腫瘍でもあるため、免疫組織化学(IHC)技術によって見落とされる可能性があると考えられる。また、そのような稀な細胞が密度の高い腫瘍材料中にうずまっている場合、ビジュアルスコアラーは、そのような細胞を記録しない。これは、そのような細胞がうまく分離されないからである。また、そのような細胞は、一般に、細胞に基づくコンピュータアルゴリズムによって見つけることが非常に難しく或いは不可能である。しかしながら、細胞核を分離できない場合には、タイル方法を使用して、腫瘍の塊を解析することができる。本発明の特定の実施形態において、ギャラリー表示は、最も高い比率(および/または、例えば、最も高いHer2計数)のタイルを最初に示し、その後、非常に稀な増幅細胞が一般にユーザに対して表示される。
更なる実施形態において、ヒストグラム解析は、最初の腫瘍識別のプロセスを簡略化することができる。一般に、病理学者または技術者は、トリプルパスフィルタを使用して視覚的に走査し、計数のため侵襲的な領域を識別する。そのような領域が見つけられると、それを視界(visual field)内で中心付け、キーを押す。これは、計数のため、スライド上にポイントを記録する。その後、自動計数段階において、そのようなマークが付されたポイントは、所定のサイズの拡張領域の中心として使用され、そのような領域内の全ての細胞が計数される。その後、ヒストグラム解析によって、正常な細胞と増幅された細胞とが区別される。この手続きにより、先に提案した手続きの欠点と見なされる、スクリーン画像上に領域境界を描く必要性がなくなる。
幾つかの実施形態においては、ユーザの介入またはレビューが殆ど行なわれることなくタイル配置および解析が行なわれるが、更なる実施形態においては、ユーザシナリオ例により、熟練したユーザは、解析プロセスと相互に作用し、特定の自動化された配置および/または解析の成果を確認または修正することができる。そのようなプロセスの例は以下の通りである。
以下の態様を無作為分離としてモデリングすることにより、実際に出くわす可能性が高い腫瘍領域にわたってタイルに基づく比率評価の見込みのある性能を検討するため、タイル方法の幾つかの部分、および、特にタイル毎の比率のヒストグラムの解析を、シミュレーション研究によって調べた。態様とは、すなわち、(1)様々な数の細胞から異なる量の核材料をタイルがサンプリングする、(2)正常な細胞に対する腫瘍細胞の割合が腫瘍間で異なる、および(3)タイルのエッジおよび腫瘍のセグメント化による細胞の切り捨てにより、各核からFISH信号が喪失する、といった態様である。
以下、例えばHer2スコアリングに対する標的タイル手法の更なるシミュレーション研究について説明する。シミュレーション研究によれば、正常比率タイルの予測された背景の除去がうまくいくことが分かった。このシミュレーションにおいては、最初、増幅されていない腫瘍を前提として、非常に大きなタイルセットが形成された。その後、結果として得られる増幅されていない腫瘍のヒストグラムは、比率<=1.5を有する領域の実際のヒストグラムにスケーリングされた。スケーリングされた増幅されていない腫瘍のヒストグラムは、その後、実際のヒストグラムから差し引かれた(負の値がゼロに設定される)。比率<1.5における残りの正の計数もゼロに設定された。なお、同じ増幅されていない腫瘍のヒストグラムが、ここで報告された実験のために使用された。ここで報告されたデータは、その操作を使用した。大きなタイルを使用する利点は、CEP17計数(すなわち、比率基準)が非常に小さいため、殆ど拒絶されないという点である。欠点は、大きなタイルが、腫瘍細胞と正常細胞との混合体から成る可能性が高く、腫瘍細胞だけ或いは正常細胞だけから成る可能性が低いという点である。特定の実施例においては、タイルサイズが小さければ小さいほど、真の比率の推定(ヒストグラムのピークから)が良くなることが分かった。一方、全てのサイズ=1タイルの27%は、CEP17最小計数基準によって拒絶される。これに対して、サイズ=2では5%が拒絶され、サイズ=4では0%が拒絶される。
図6は、本発明の様々な態様を具現化できる論理デバイスの典型例を示すブロック図である。ここで与えられた教示内容から分かるように、本発明は、ハードウェアおよび/またはソフトウェアにおいて実施することができる。幾つかの実施形態においては、本発明の様々な態様を、クライアント側の論理デバイスで、あるいは、サーバ側の論理デバイスで実施することができる。更に、本発明及びその構成要素は、論理命令をおよび/または適切に構成された演算装置内にロードされる時にその装置を本発明にしたがって機能させるデータを含む所定の媒体プログラム成分で具現化することができる。論理命令を含む所定の媒体は、ビューアーのコンピュータに実際にロードするため、所定の媒体上のビューアーに対して供給されても良く、あるいは、論理命令を含む所定の媒体は、プログラム成分をダウンロードするためにビューアーが通信媒体を通じてアクセスする遠く離れたサーバ上に存在していても良い。
ここでは、特定の実施形態に関して本発明を説明してきた。当業者にとっては他の実施形態も明らかである。特に、ビューアデジタル情報家電は、一般に、パーソナルコンピュータとして示された。しかしながら、デジタル演算装置は、本発明の論理方法を実行するのに適した任意の情報家電となるように意図されており、また、デジタル動作可能な実験システムまたは装置、デジタル動作可能なテレビ、携帯電話、携帯端末等といった装置を含むことができる。当業者であれば、本発明の思想内で変更を行なうことができる。また、様々な異なる動作を使用して、本発明の特定の実施形態に係るシステムと相互に作用することができる。例えば、ボイスコマンドがオペレータによって話されても良く、オペレータによってキーが押されても良く、クライアント側の科学装置のボタンがオペレータによって押されても良く、あるいは、位置決め装置を使用した選択がユーザによって行なわれても良い。
Claims (61)
- コンピュータシステムを使用して決定できる特性に関して生物学的サンプルを解析する方法であって、
前記サンプルの画像をコンピュータシステム中に取り込ことと、
前記コンピュータシステムを使用して、配置プロセスにしたがって前記画像上にわたってタイルのアウトラインを配置すること、
前記コンピュータシステムを使用して、1または複数の前記タイルアウトライン内の前記画像の検知可能な特徴を記録することによって前記画像を解析することと、
前記コンピュータシステムを使用して、記録された前記画像の検知可能な特徴からの出力を作成することと、
を含んでいる、方法。 - 前記サンプルは、
組織生検からの薄い切断部分、
分割された細胞から作成された密度の高い細胞単層、
塗抹標本
のうちの1つ以上を含んでいる、請求項1に記載の方法。 - 前記画像は、拡大焦点プロセスを使用して生成される、請求項1に記載の方法。
- 前記画像が2次元画像である、請求項1に記載の方法。
- 前記配置プロセスは、
アウトライン同士が隣接するようにタイルアウトラインを配置すること、
前記画像上にわたって規則的なグリッドでタイルアウトラインを配置すること、
アウトラインが必ずしも隣接しないようにタイルアウトラインを配置すること、
タイルアウトラインが必ずしも前記画像を覆わないようにタイルアウトラインを配置すること、
のうちの1つ以上を含んでいる、請求項1に記載の方法。 - 前記配置プロセスは、
検知可能な信号の所望の信号強度を与える前記画像の領域を見つけるために前記画像を検索することと、
前記領域上にわたってタイルアウトラインを配置することにより、タイル付け領域と残存領域とを規定するとともに、前記残存領域上において、停止条件に達するまで前記検索および前記配置を繰り返し続けることと、
を有する前記画像の繰り返し検索を含んでいる、請求項1に記載の方法。 - 前記検知可能な信号は、細胞核染色液の全蛍光強度である、請求項6に記載の方法。
- 前記検索は、前記検知可能な信号の最も高い値を生じるタイルアウトライン領域を検索することを含んでいる、請求項6に記載の方法。
- 前記停止条件は、配置されたタイルが、他の値と所定の関係を成す信号値を有していることを判断することを含んでいる、請求項6に記載の方法。
- 前記他の値は、既に配置された1または複数のタイルにおいて見出される1または複数の値から得られる、請求項9に記載の方法。
- 前記出力は、遺伝子コピー数の推定を更に含んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記出力は、遺伝子増幅の検知を更に含んでいる、請求項1に記載の方法。
- 前記信号値は、蛍光インサイツハイブリッド形成プローブおよび/またはDAPIを使用して測定される、請求項8に記載の方法。
- 前記タイルアウトラインは、
略矩形状、
略多角形状
略円形
のうちの1つ以上である、請求項1に記載の方法。 - 前記タイルアウトラインは、前記サンプル中の最も大きい予期される細胞の最も大きい断面積と略等しい或いは前記断面積よりも僅かに大きい面積を有するように選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記最も大きい予期される細胞は、腫瘍細胞である、請求項15に記載の方法。
- 前記解析は、
配置されたタイルアウトライン内で2つ以上の信号値を検知することと、
前記2つ以上の信号値の比率を使用して値を計算することと、
を更に含んでいる、請求項1に記載の方法。 - 生物学的サンプル画像を解析する方法であって、
前記画像上にわたって複数のサブ領域を決定するステップと、
各サブ領域内で、検知可能な信号から比率を計算することと、
前記比率のオリジナルヒストグラムを計算することと、
前記比率の正規修正されたヒストグラムを計算することと、
前記正規修正されたヒストグラムから、前記サンプル中の1または複数の細胞における比率値を推定することと、
を含んでいる、方法。 - 前記比率は、
第2の計数によって割られる第1の計数、
第2の信号値によって割られる第1の信号値
対照値によって割られる試験値、
のうちの1つ以上を含んでいる、請求項18に記載の方法。 - 前記解析は、前記サンプルの1または複数の数値結果を判断することを更に含んでいる、請求項18に記載の方法。
- 前記解析は、
各サブ領域内で、前記検知可能な信号からサブ領域比率を計算することと、
前記サブ領域比率のサンプルヒストグラムを計算することと、
前記サブ領域比率についての正規化された基準ヒストグラムを決定することと、
前記サンプルヒストグラムから前記正規化された基準ヒストグラムを差し引いて、前記サブ領域比率の修正されたヒストグラムを形成することと、
前記修正されたヒストグラムから前記サンプルの比率値を推定することと、
を更に含んでいる、請求項18に記載の方法。 - 前記計算は、幅が略等しいバケットに対してサブ領域データを割り当てることにより、サブ領域毎のデータをサンプルヒストグラムに変換することを含んでいる、請求項21に記載の方法。
- 前記推定は、顕著な段部または前記サンプルヒストグラムの通常のピークからオフセットした第2のピークを検知することを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記決定は、
混合腫瘍サンプルヒストグラムの通常のピークに対して正規化された基準ヒストグラムを適合させることを含み、
前記適合は、
基準ヒストグラムバケットの計数を比例して調整し、それにより、正規化された基準ヒストグラムと増幅されていない領域における前記サンプルヒストグラムとをできる限り一致させることを含んでいる、請求項21に記載の方法。 - 前記修正されたヒストグラムは、全てのバケットの計数が前記サンプルヒストグラムおよび前記基準ヒストグラムの対応する計数間の差である第3のヒストグラムを含み、任意のバケットにおける前記差が負である場合には、そのバケットの値がゼロに設定される、請求項22に記載の方法。
- 各ヒストグラムバケットi毎に、piが、前記正規化された基準を差し引いた後に残る計数の割合となるようにすることと、
を含む方法であって、
iがサブ領域にインデックスを付与し、
tが試験値を示し、
cが制御値を示し、
Riが1つの細胞(またはタイル)の値の比率ti/ciを示し、ci=0の場合にRiが1に設定される方法によって、前記修正されたヒストグラムから直接に増幅された比率Rを推定するステップを更に含み、また、
増幅された腫瘍の割合を計算することによって推定された腫瘍比率を確認するステップと、
前記増幅された腫瘍の割合が最小閾値を超えない場合には、確認された比率Rを報告しないステップと、
を更に備え、
前記増幅された腫瘍の割合Pは、
- 正規化された基準ヒストグラムの最良の形状がサンプル間で異なっている、請求項21に記載の方法。
- 前記複数のサブ領域は、分離された細胞を含む複数の領域を備えている、請求項18に記載の方法。
- 前記複数のサブ領域は、規則的なグリッドで配置された複数のアウトラインを含んでいる、請求項18に記載の方法。
- 前記複数のサブ領域は、配置方法によって配置された複数の標的アウトラインを含んでいる、請求項18に記載の方法。
- 前記解析は、連立方程式によって腫瘍割合および腫瘍比率を推定することを更に含んでいる、請求項1に記載の方法。
- Pの推定が>1.0である場合、R=ROが出力される、請求項34に記載の方法。
- Pの推定が<0.1である場合に、P=0.1を使用してRを計算し、
Rが負となるように計算される場合に、R=ROが出力される、請求項34に記載の方法。 - 前記複数のサブ領域は、分離された細胞を含む複数の領域を備えている、請求項44に記載の方法。
- 前記複数のサブ領域は、規則的なグリッドで配置された複数のアウトラインを含んでいる、請求項44に記載の方法。
- 前記複数のサブ領域は、配置方法によって配置された複数の標的アウトラインを含んでいる、請求項44に記載の方法。
- 前記解析は、期待最大化方法を使用して、前記記録された検知可能な特徴からの出力を推定することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記解析は、期待最大化方法を使用して、前記サンプルの腫瘍割合および腫瘍比率を推定することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 生物学的サンプル画像を解析する方法であって、
前記画像上にわたって複数のサブ領域を決定することと、
各サブ領域内で、1または複数の検知可能な特徴からなるデータセットを決定することと、
期待最大化方法を使用して、前記記録された検知可能な特徴からの出力を推定することと、
を含んでいる、方法。 - 前記解析は、検知可能な試験値および検知可能な対照値を示すタイル毎に記録された検知可能な特徴データ対(ti、ci)のセットを期待最大化方法で使用することを更に含んでいる、請求項40に記載の方法。
- 前記解析は、
増幅されていないサブ領域におけるデータセットの2変量確率分布および増幅されたサブ領域におけるデータセットの2変量確率分布を示す、もっともらしい初期開始値を前記期待最大化方法に対して与えること、前記開始値は、と、
増幅されていないサブ領域のデータセットを、前記各2変量確率分布と比較して、前記サブ領域データセットが第1の確率分布によって形成された相対尤度と、前記サブ領域データセットが第2の確率分布によって形成された相対尤度とを決定することと、
2つの生じる2変量率分布のパラメータの再推定において、重み係数として、複数のサブ領域における前記相対尤度の対を使用することと、
複数のサブ領域における前記相対尤度の対を使用して、各成分分布の相対的な割合を推定することと、
2変量確率分布パラメータが安定した値に収束するまでプロセスを繰り返すことと、
期待最大化方法の収束後、各試験計数平均分布を対応する対照計数平均で割ることにより、2つの2変量確率分布の各々によって示される比率を計算することと、
腫瘍比率として、高い比率を報告することと、
腫瘍割合として、対応する分布の相対的な割合を報告することと、
を更に含んでいる、請求項42に記載の方法。 - 期待最大化方法で使用される各2変量確率分布は、試験値における単変量ポアソン分布と、対照値における単変量ポアソン分布との積である、請求項44に記載の方法。
- ゼロの試験値またはゼロの対照値のいずれかを有する任意のサブ領域のスポット計数は使用されない、請求項44に記載の方法。
- ゼロの試験計数値またはゼロの対照計数値のいずれかを有する任意のサブ領域を実際のデータセットから意図的に排除することを考慮するように、各単変量ポアソン分布の推定が修正され、
ゼロの値を有するサブ領域が排除される際に、内在するポアソン平均と対応する実際の平均との間で補正率を形成するため、モンテカルロ法を使用して、各単変量ポアソン分布が修正される、請求項46に記載の方法。 - 前記解析は、周知の統計的手法を用いて、データを1つの2変量分布に適合させることを更に含んでいる、請求項44に記載の方法。
- 1つの2変量分布によって形成される場合には全てのサブ領域のデータセットの結合尤度を、また、2つの2変量分布の混合によって形成される場合には全てのサブ領域のデータセットの結合尤度を計算することにより、1つの2変量分布の適合度を、2つの2変量分布の混合体の適合度と比較するステップと、
1つの2変量分布が高い結合尤度を有している場合には、高い比率の代わりに、総比率ROを報告することと、
を更に含んでいる、請求項44に記載の方法。 - 全ての繰り返しの後、1つの2変量分布の比率が同じく1.0になることを要求することにより適合プロセスを抑制することを更に含んでいる、請求項44に記載の方法。
- 前記複数のサブ領域は、分離された細胞を含む複数の領域を備えている、請求項44に記載の方法。
- 前記複数のサブ領域は、規則的なグリッドで配置された複数のアウトラインを含んでいる、請求項44に記載の方法。
- 前記複数のサブ領域は、配置方法によって配置された複数の標的アウトラインを含んでいる、請求項44に記載の方法。
- 生物学的サンプルを解析するためのシステムであって、
デジタルデータを扱うための情報プロセッサと、
取得された画像データを含むデジタルデータを記憶するためのデータ記憶装置と、
前記取得された画像データを解析して前記データの観察可能な特徴を推定する論理モジュールと、
ユーザが解析を要求でき、および/または、ユーザが解析パラメータを設定することができ、および/または、ユーザが解析された画像データをレビューすることができるユーザインタフェースのセットと、
を備えている、システム。 - 前記ユーザインタフェースのセットは、ギャラリーレビューインタフェースを更に備えている、請求項54に記載のシステム。
- 前記ユーザインタフェースのセットは、1または複数の解析オプションインタフェースを更に備えている、請求項54に記載のシステム。
- 前記1または複数の処理オプション指示は、
グリッドサブ領域配置を行なうための指示と、
標的サブ領域配置を行なうための指示と、
を含んでいる、請求項56に記載のシステム。 - 前記情報プロセッサに対して操作的に接続される画像取得カメラと、
光源と、
1または複数の光フィルタと、
顕微鏡と、
スライドハンドリングユニットと、
を更に備えている、請求項54に記載のシステム。 - 前記データ記憶装置内に記憶される1または複数のサブ領域配置規則セットを更に備えている、請求項54に記載のシステム。
- 前記データ記憶装置内に記憶される1または複数の解析論理ルーチンを更に備えている、請求項54に記載のシステム。
- 生物学的サンプルを解析するためのシステムであって、
1または複数の生物学的サンプルからデジタル画像データを取得するための手段と、
デジタル画像データを記憶するための手段と、
ユーザと相互に作用し、ユーザ指示および画像データのユーザレビューを受け取る手段と、
前記取得されたデジタル画像データを論理的に解析して、1または複数の観察可能なパラメータを推定するための手段と、
推定された観察可能なパラメータを出力するための手段と、
を備えている、システム。
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