JPS61292058A - 細胞学的なデ−タの収集及び分析方法 - Google Patents

細胞学的なデ−タの収集及び分析方法

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JPS61292058A
JPS61292058A JP61085219A JP8521986A JPS61292058A JP S61292058 A JPS61292058 A JP S61292058A JP 61085219 A JP61085219 A JP 61085219A JP 8521986 A JP8521986 A JP 8521986A JP S61292058 A JPS61292058 A JP S61292058A
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cells
cell
organelles
organelle
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キャロル エー.ヘックマン
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BOURINGU GREEN STATE UNIV
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は細胞学的なデータを収集し分析するための方法
に関する。より詳しくは本発明はwIII!の影及び生
育に於ける変化の測定をする方法に関するものである。
[従来の技術] 組織からなる!iI胞はそれ目ルの運命に対して精練さ
れた制御を行っている。この制御の継ね業は種ノぜの異
なる1桶を通し′C達成されろ、その−1は細胞の七を
!AAl4ことがtea接そのby艮速度に!3響をり
えている機構である。細rd形4)、 )tひ!j: 
+1制両の研究:iこれらのパラメータの閏のVE接な
状況的な関係を示している。例えばラウス(kous)
肉腫ウィルスてhヨ質転換された鶏の肘−細胞(チミン
等、8 Virology 669. +958)及び
自発的に1151転換したマウス肝細胞(サンフォート
等、’19 J、 Na1l。
Cancer 1nst、 7051967)に於て巨
視的なYは微視的な水準の何れかに於て変化が検出てき
る。巨視的な水準に於て、実質的に形質転換された病巣
は丸味をおびた、そして多啼になった細胞の昭い染色に
よって検出される。サブ組織層に占有された領域に於け
る自発的に形質転換された細胞及びそれらの正密な対応
する細胞の間において(チズルニー等90 Exp、 
Ce1l Res、 31?、 1975) 、細胞質
の好塩基性物(塩基性色素によって染り恰すいもの) 
(cyjoplasvic basophilia)、
乾燥1lliに於て、及U核及び細胞質面積の比率にお
いて(フォックス等36 Cancer Res、 1
556.1976、ハントレマン等13 In Vit
ro 526.1977)差異が見出された。上にtJ
論した4I駄の特徴の為に増加した好塩基性物及び核−
細胞質比率はラメラのスプレッディング(おし広がって
いること)の減少から直接生じる。FiJ辺の細胞質の
スプレッディングの程度が減少するにつれ、高さの増加
が1待される。形質転換された細胞は、より厚い光学的
な断面を有し、従フてより濃厚に染色されて見える。細
胞のスプレッディングにおける変化は、核−細胞質比率
における観察される細胞学的な変化に於ても基礎をなし
ている。スプレッディングの定量的な程度によらず、核
は細胞全体よりもより球形に近い杉をとり、従ってスプ
レッディングの程度の減少で変化はより劇的でないもの
である。
細胞のスプレッディングに於ける変化の為に生じる成長
制御変化での異なった細胞学的な表現があるのみならず
、細胞スプレッディングの変化はほとんど必ず形質転換
された細胞に存在する。減少されたラメラスプレッディ
ングがインビトロで広くいきわたフていることは、「ラ
ウンディングアップ(rounding−up)Jが記
されている数多くの報告によって判断できる。細胞の影
の変化はラウス肉腫ウィルスによる鶏の肝I!胞の温度
感受性の形質転換に於けるrプレイオドロビー(多相遺
伝=染色体が多様の1I111@にIg響を与えること
)応答(pleiotropie response)
Jの最も初買月の表れの一つである。一般に使用される
突然変異において、巴遺伝子表現についての温度バーミ
ツシブへのシフトの後の細胞の急激な杉態学的な変化が
U察されている(アンブロス等?2 Proc、 Na
tl、 Acad。
Sci、米国3第44. +975、バーグー IQ 
J−Vial。
207、1972) 、これらの変化はsrc遺伝子C
^門P−に独立のプロティンキナーゼの活性と密接に連
係しているかもしれない(コレット 75 Proc、
 Natl。
Acad、 Sci、米国2021.1978、レビン
ソン等 15Cell 561.1978、コレット等
295 Nature 167、 +980) 、単一
の遺伝子製品はts68に於ける形質転換の原因をなす
ものであるが(ボグト Co曇p r e +1 e 
n5ive Virology 10巻341.197
7) 、生成物は、広い基質に対する特異性を有するの
みならず、形質転換された細胞内てその細胞1:の分布
に於いて変化され祷る#紫である。
6rr;:l!伝子c 、4 M P独立のキナーゼの
i′E常なhヨとは違って異常なRεは細胞の七にE1
1込むことによって活性化されてくる(コールトナイジ
2479 Proc。
Natl、^cad、 Sci、米国7117.198
2) 、レトロウィルス仲介上質転換のII程における
賎の関与の発見はsrc遺伝子の表現における中心的な
出来事を示した。アンカレジ(投錨)依存細胞の構造を
考慮して、遺伝子製品が膜中にυ1込まされることは、
細胞外の付着場所、ri1賀二前二重層自身び/又は細
胞質1の内方と一体をなす内側のの巨大分子細胞骨格構
成物に!2wを与え得る。レトロウィルス遺伝子、ミ■
によって彫質転換された細胞中での細胞骨格成分の主要
な再組織化という点で、正常なアクチンケーブルネット
ワーク及び微細管(microtub+口e)中間体フ
ィラメントネットワークが混乱する。シ・かじながら骨
格データを集めかつ分析する技術方法が欠けているため
に完全な構造的なL!識の不足した混乱は特性化するこ
とが困難である。従って細胞形状を検出し、定量化する
改良された方法が必要とされる。
Hヨ質転換に伴う細胞形状の変化はいたる所にあって細
胞形状は影質転換工程で固有の特徴である。
分!I討画が開発されて来たがこれは細胞の全体的な特
徴として杉を考【fするのに適当なものである。
現在人、例えは認証された細胞学の技術者たちは細胞の
変化を像にしたり仮定しそれで細胞の種類の区別を(テ
つで細胞学的な診断の機能をおこなっている。しかし剥
Mした細胞の試料から情報を集めることを人が行うこと
は人的な誤りを生し、屡々細胞中の差異を検出する水準
が貧弱になってしまう欠点がある。技術者相互間及び実
験室相互間で標準化がないことは特に鎮)たマイナスに
なってしまう診断を生してしまう、また技術者は予後(
予知)をするために細胞形状の変化に関する十分な情報
を区別することが出来ない、従って、細胞の形状変化を
像にして測定する技術を更に発展させ、並びに多くのm
n形状の幾何学的な特徴を分析する変数を開発すること
が必要である。
光顕W鏡方法によって細胞形状を定量化する以前の試み
は吸光度又は光学密度の測定によってきた(シクラ等2
0^eta Cytol、 6g、 +976、ホルム
クイスト等26 J、 Histochew、 100
0. +978、シクラ等21 Acta Cytol
、 765.1978) 、そのような情報を収集する
現在の方法は染色されたm胞標本上に刻してなされた吸
光度測定の自動的なデジタル化である。 NASAii
l胞イメージ方法によって使用されるようなそのような
方法での主要な問題は正確さが901限度であってこれ
が癌の診断及び予後に対する臨床的な要件の点で受入れ
がたいことである。
陽極酸化物干渉計の使用を含めた細胞形状をよりよく見
ることが出来るようにする試みがなされている。ここで
はタルタンをスパッタリングしたガラスのスライドをシ
1極にし、それによってタルタン金属を遮蔽する酸化タ
ルタンのフィルムが形成される(へ’7クマン等9 T
i5sue and Ce1l 317゜+977) 
、スライドはへ0顕v&銭又はライツオルソラックス(
Leitz 0rtholux)顕微61上で観測され
る。
形状特徴に基づく培養細胞の分類の一つの方法が開発さ
れており、ここでは高鼾像光学情報又は三次元形状が陽
極酸化物干渉分析によって得られている(オルソン等?
? Proc、 Nat’1.^cad、 Sci。
1516、1980) 、 37の数学的なディスクリ
プターがそれらのディスクリプターの値に従って個々の
培養細胞を分類するために測定された。しかしながら形
の外形又は生育パターンの変化はこれらの細胞では紐究
されなかった。従って物体を見ることによって得られる
以上に物体を区別する力は示されなかった。
E本発明が解決しようとする問題点] 従つて本発明の目的は生物学的に興味のあるものの細胞
の形状及び他の物体の形状を検出し定量化する改良方法
を提供することである。
更に本発明の目的は細11id杉状変化を像にてし測定
し、そして多くの幾何学的な細胞形状特徴を分析するた
めの変数を開発することである。
本発明の目的は悪性以前及び悪性の症状を含めた異常な
医学的な症状の診断の助けをするためにm胞叉は細胞小
器官からの情報を収集し、分析するための方法を提供す
ることである。
本発明の方法は生物学的な細胞又は細胞以下の粒子に関
して、新しい干渉原理及び幾何学的なディスクリプター
を決定する方法を提供することである。鑓となるディス
クリプターの値は、試料の疑いをもたれた正電又は真木
な寸法及び形状の特徴について計算がなされる。そして
調べられている特定のll1li!又は細胞小器官に対
する既知の統計的な値の範囲と比較される。
本発明は更に細胞又は細胞小器官の峰の詳細の闘像に関
するデータの収集及び細胞及び4I胞小器官の厚みの性
質の定量化の為の方法を提供することである。これらの
データは統計を基にした4i胞又は細胞小器官の異なる
FIJs団のなかから区別を行う基礎を形成している。
第1図は反I4v!3質及び一定の干渉増分を導入する
表面層から構成される反射光干渉計の概略図を示す。
第2図は陽極酸化物干渉計上で成長したwI胞の像でお
る。
第;3[ηは仮想配り1[記ぜ(B、【))に&7・け
る点から再構成されたものとの−f責きのイメージ(A
、C)の比較を示す略図である。
第4図は100〇−細胞の輪郭から集めた点の纂Y細の
図表である。
第5図は+000W(1/)及び+655(S)細胞ラ
インニラいての選ばれたディスクリプター(白の二変量
プロットの比較であって決定境界(decision 
boundilry)を示している。
第6図はl000讐ラインの初買月(1〉及び律貫月(
2)の経過(passage)に対する選ばれたディス
クリプター値の二変量プロットの比較であり、決定境界
を示している。
第7図はカイ自乗検定(chi−square tes
+)によるディスクリプター饅の分散の三つの方法によ
る比較を示した表である。
第8図はII胞ラうンBP3−0及びl/Tクローン9
に対する選ばれたディスクリプター値の分布を示してい
る度数ヒストグラムの図解である。
第9図は5つの異なる上皮母集団からとられた50の細
胞試料に1する主要な成分値の分布を示すグラフの比較
である。
第10図は杉状変化の研究の為に選ばれた細胞ラインに
1する踵よう発生性の結果を示す表である。
第11図は+000□細胞ラインに由来する種々の母集
団に対して為されたカイ自乗検定並びにT検定を示す表
である。
第12図は+0001.lil胞ラガラインの初朋、中
間及び後り経過に於て実施された最小平均二乗誤差分析
(least−mean−square−error 
analysis)を示すグラフの比較である。
113図は培養において進行的に腫よう発生性となった
三つのml!ラインに対するU時的な個々の形状ディス
クリプターの相間係数を示している表である。
第第4図は1AR6−7細胞に対して操作された段階的
な判別式(discriminant)分析により選ば
れた健全なディスクリプターを示す表である。
第15図はlli!遇された及び範囲の広げられたディ
スフリブターの鞘に基づく公11推定による1AR6−
7試料の分l霞を示す表である。
第16図は1AR6−7ラインからの4つのU過水準に
対する線形の判別式分析を示す表である。
第17図は1^R6−7ラインからの4つの経過間隔に
対して実施された相互作用の無い公算分析を示すグラフ
の比較である。
第18図は最も速い(A、B)及び最も遅い(C,El
) l^に6−7表現系を表している細胞から得た干渉
プロフィールの略図である。
第19図は予朋される時間の種々のカテゴリーに於ける
分類度数をしめず多重線形回帰分析(multiple
 1inear regression analys
is)である。
第20図は予想された時間の種々のカテゴリーに於ける
分類度数を示すlog−線形回帰分析である。
121図は線形回帰分析によって選ばれた最も速い(^
−C)及び最も遅い(D−F)表現系の例である。
第22図は最大公算分析(*axisug 1ikli
hood analysis)によフて選ばれた最も速
い(A−C)及び最も遅い(^−F)表現系の例である
本発明は細胞の影秋についての情報を収策し分析する方
法を提供するものであり、基質に11看した細胞の像を
闘釈することを包含する。
選択的な干渉は反射v!J買及び一定の干渉−0を導入
する表面層から構成された干渉計での反射された光の光
路の大向」を用いて実行することが出来る。この酸化物
の高い屈折率及び酸化層を通る複数の通過の機会の為に
ある波長における相殺的な干渉の正確なパターンが確立
される。第1図は反射物質及び表面層から構成されるそ
のような干渉!tの略図を示すものである。白色光に於
て表れる種々の波長は完全な相殺的干渉(A)〜建設的
干渉(B)の効果の範囲の光学的な相互作用を生しる。
干渉=1に吸着された誘電層によって導入される位相の
シフトは干渉の相殺的パターンを僅かに部分的に相殺的
でしかないもの(C)へ変化させ得る0表面は反第4光
によって見られるので光路は酸化層を通しる少なくとも
二つの光路を含む、この光学的な技術は細胞を1(イメ
ージ)にするのに利点を有する。先ず第1に干渉のパタ
ーンは生物学的な物質の薄い層の吸着によって混乱され
、そして30票より小さい吸着された物質の1′みな解
像することが可−しである、従って細胞の薄い綽は効果
的に解像され、細胞の内聞における細胞質の経も細かい
投64が見える。第2に像に於ける干渉の秩序の繰り返
しが細IIi!!杉状の第3の次元、即ち細胞の高さに
ついての情報を提供し得る。
タルタン金属及びその酸化物は干渉¥l?11にとして
使用される(ボルマン to Thromb、旧ath
、 llaew。
rrh、 4451964、ヘツクマン等同上+977
) 、他の金属、例えばジルコニウムも酸化によりて干
渉色の再現性のある回帰示す(ポーリング等2^ata
、 Metallurgica 66711954) 
Iある条件下では弱い色が他の金属に見られる。特にア
ルミニウム、鋼及び鉄に見られる(チャールスビー等2
27 Pr。
c、 R,Sac、 Lond、、5eries A、
 434.1955) *これらの色の鮮やかさは酸化
物の表面上に反射性の金属例えば金、銀、又はアルミニ
ウムの層を沈着させることによって強めることができる
(バシンス力等、2^ct、a、 Metallurg
ica 313+ 1954) * 従って、干渉計の
物理的な結成の意味での重要な因子の一つ、即ち反射性
は光学系の第二次的な峰飾(反晦櫨物質の沈着)によっ
て補うことができる。
干渉計の光学的な品質に対し寄与する他の因子は酸化物
の下にある基質の反射性、この金属からの反剌と関連す
る位相シフト及び酸化物層の屈折率である。特に無定杉
である薄いフィルムの酸化物の屈折率は、大部分を占め
る結晶性の物質において得られる値とは実質的に異なる
。誘電性の物質(細11)の研究に対し別の重要な因子
は、細胞が基質(金属上の酸化物層)に付着するために
は非常に濡れやすい表面が要求されるので、表面の濡れ
やすさである。
タルタン基質は入手しやすさ及び造りやすさの点から最
適とは言えないので他の干渉計用の基質も試験した。試
験された基質の内ゲルマニウムは細胞を付着させる為の
基質として不適であった。
次の物質は細胞像上に与えられる光学的なコントラスト
の序列においてランクずけされる。金/パラジウム合金
、モリブデン、クローム及び112(ヒシ−17= リコン、別の金属も適している。多くの金属がタルタン
、銀、金及びクロームと比較して低い反射率を有するが
、層を通過する光線が像に刻し寄与しないので、高い反
射率は要求されないかもしれない。
Fi極酸化物干渉計に取り付けられる細胞は幾何学的な
物体として見ることができる。連続的な干渉輪郭(等重
線)の為にこれらは第2図に示されるようにトポグラフ
(地形)地図に似たものである。第2図は陽極酸化物干
渉計上で生育された細胞の像の図である。紗の詳細の闘
像度は最初の暗い縞を細胞の締に位置させることによっ
て最適化されている。この干渉色は反射された色のスペ
クトルからある種の波長が差し引かれているために暗い
、トポグラフ地図の外観は干渉のオーダー内の暗い及び
明るい色の変化の為によるものである(600 x B
ar−=40) 、これらの像のコントラストは酸化層
の厚みを調整することによって修正される。
それらの高いコントラストの為にこれらの像は透過され
た光によって見られる染色された細胞のイー18= メージよりも閘釈するのが容易である0輪郭は高い拡大
率でμられる。全体の細胞の像叉は一8シの慢が1×は
それ以上の細胞の輪郭におけるある種の座標をプロット
することによってデジタル五シに変換される。例えばこ
れは手によるか又はビデオを基にしたイメージ分析コン
ピューターによって行うことが出来る0紙上で及びバイ
ナリ−(デジタル化された)イメージの比較は輪郭の元
々の特徴が高い忠実性を持って保持されることを示して
いる(オルソン等?7 Proc、 Nat’1. A
cad、 Sci。
米国1516.1980) 、 v、3図は手で描いた
イメージ(A、C)と仮想配タリ記t!(B、D)に於
ける点からの再構成のものとの比較を示す図製である。
およそ0゜5μの解像度は光学的な解像度の限界に近い
、750X、flar=40u、^、B  1655.
C,ロ 2C1゜細胞の杉状の幾何学的な特徴を記述す
る数多くの変数がオルソン等、上記(198(1)によ
って開発された。以下に記載される方法を開発するのに
使用されるディスクリプター(II胞の特徴を表現する
パラメータ)は面積、周囲、及び輪郭にフィツトする桟
用の長軸の艮きなどの−・11Lをイlするl’J−’
ノかの尺痕を含んている。35の追加的な幾何学的なF
く度が計Wされそれらの多くは(欠に三l):元ディス
クリプターの一つに文1して正規化される。a−*ib
xの尺度は単位のない尺度から得られるのでi’F W
 (tを必要としない0曲率二乗の尺度は周囲」で1#
られた幾つもの点に対して正規化される。ことなるディ
スクリプターの−1をδ11定し、正規娘としてそれら
を指定することが出来る1例えは楕円の1thl積及び
周囲な測定し、輪郭の面積及び周囲の代りに追加的な値
を表現する基礎として使用することか出来る0輪郭の蔽
も長い又は蔽も短い司法の長さは楕円の長軸の長さの代
りに使用できる。更に輪郭の面積に対して正規化された
後に現在使用されているディスクリプターを別の単位を
有するディスクリプターに対し正規化させることが出来
る。
例えば楕円の面積は今ARATとして輪郭の面積にtJ
し正規化されているが、これを周囲の二乗又は最も長い
細胞寸法の二乗に対し正規化させることが出来る。これ
らのディスクリプターに加えて、同じ細胞の興なる輪郭
に於ける複製ディスクリプターの比率を計算することに
よって追加的なディスクリプターも発生される。この方
法で元々最初に定義された紐とは数学的に異なる多くの
ディスクリプターの絹が発生出来る。これらのディスク
リプターは現在の式の絹によって得られるのと同じくら
い独特な特定のデータ値を与えるが全てのそのようなデ
ータの朝の共通の特徴はこれらが反秦擢光干渉像によっ
て4えられ得る情報に基づいていることである。
光学的な技術は細胞の綽の微細構造について高解像情報
を提供するので、幾つかのこれらの変数が縁の特徴を評
価する。どのようにして点としてデジタル化された像が
数学的に記述値に変換されるかの例として、周囲が広げ
られそして輪郭にそった点がセントロイド(中心軌跡/
質量中心)からのそれらの距離に従ってプロットされて
いるものがあげられる0周囲上の幾つかの突起はそのよ
うなプロット、Lのいくつものピークを決定することに
よって数えられる0w、4図は100OV細胞の輪郭か
ら集めた点のrl細の図Mを示す、第4A図に於て元々
の輪郭は点で表されている。411円はモデル図形な表
し、叩ちa縮楕円であって連続線で表わされている。追
跡の起源は最初の輪¥8(矢+4+)中に示されている
。第4B図に於て、最初の楕円の焦点の中心は輪郭を「
アンフォルト(広げる)」の為に使用される。これはこ
れらの内扉点及び輪郭上の各点の間の距Mを計舅するこ
とにより達成される。この距証は焦点(上)及びセンド
ロイを値(下)に基づいて計Wし、輪郭上の10置の間
数としてプロットする。これらの距Mの平均、FDCI
及びCE)IT夫々は円又は楕円からの輪郭のかたより
の程度についての情報を提供する。別の方法として点を
焦点からのそれらの距Mにしたがってプロットし、輪郭
の杉に於ける偏心性の効果を相のさせる9輪郭に沿って
突出又は裏返し外転させ突出させることは三角として考
え、それらの中間値、標高、及び基部の寸法を測定する
H」ζよ二とて11別jL名−盃−物−I−区一別−t
j−例異なる細胞f4vA団の間を識別するディスクリ
ブターの紹の第49j t’fを!f価した。予めの分
■試み試験を、二つの細胞ラインについて行ったが、こ
れらの二つの細胞ラインはイ☆柑顕V&鏡に基づいて互
いに官話に区別できた。幾つかのディスクリプターの単
純な二変量のプロットによって物体を二つのEj集団に
分関し、分類瞑りは100例の内5より少ナカッタ、1
.5図は1ooolj(W)及U 1655(S)細胞
ラインに対する選ばれたディスクリプター値の二変鉄ブ
ロツ)・の比較を示し、決定境界を示している。
第5A図!Z オイ1” CENT(縁座IK )ノA
CAV(横座標)1コ対するプロットは4つの分類誤り
を生しるだけで100のm胞試料が正しい群に分割出来
たことを示す、第5B図に於て5HPF(縦座標)のP
SHR<横座標)に対するプロットは細胞が正しい群に
分割され、5つの分類失敗しか生じないことを示した。
¥g5図に示される例のほか、他のパラメータの組合わ
せであってこの確実性の水準をもって母集団の閏の区別
をするのに使用できるものが存在する。しかしながら生
育制御の圧密及び異常な機構を表す母集団はもともとが
同一であって、従フてこれらの間の区別はより僅かなも
のであることが予想される。1だってIl!5図に示さ
れるのに似た種々のディスクリプター値の比較が単−細
胞ライン100O17の初III及び後Ill 11過
のものを用いて行われた。最も効果的なディスクリプタ
ーの絨合わせてすら第6A及び6B図に示されるように
別々のクラスにこれらの!1lIi!のおよそ80%の
分離を生じたにすぎない、第6^及び6B図は決定境界
を示している1000リラインの初關(1)及び積重(
2)経過に対する選ばれたディスクリプター値の二変量
プロットの比較を示している。第6A図に於てPSHR
(縦座標)のMAXP(横座tりに対するプロットは細
胞の大部分が分割されるが20個の分WRV+りを生じ
た。第6B図に於てPTOM(縦座標)のS[IF[l
(横座標)に対するプロットは細胞のほとんどが解像可
能としたが、22の分O誤りを生した。説明されている
ディスクリプターの絹合わせに加えてTSHR,PTO
?I及びMAXPに対してプロットされた任意の朝合わ
せがこの水準において母集団を分割することが見出され
た。他のディスクリプターの朝合わせ、特に最も効果的
なディスクリプターのプロット0IAXP、 PSHR
,PTOM及び5DFI))(7) ASHR,LCA
V、又は5HPFに対するプロットもおよそ75zの細
胞の正しい分類を与えた。
不均一細胞の混合物中の特定のIII′!!種の同定の
為のこれらのディスクリプターの有用性を示すために、
細胞ライン及びサプラインから生じたディスクリプター
値の三方向比較を実施した。第7図はカイ自乗検定によ
るディスクリプター値の分散の三方向比較を示す(横棒
は母集団がP=0.05以下で、有IP義には異ならな
かったことをしめしている)、11%7図に含まれるデ
ータは母集団の閏の関係を示す、細胞の実際寸法を測定
するパラメータは母集団が密接に関係するか又は非常に
かけ離れているかに拘らず、分散が異なる傾向を示す、
他の尺度、例えば空間的及びモデル図形比較、形状特徴
、及び微小な輪郭上の不規則性の尺度などの値は密接に
関係した母集団に於て同一の分散を有する傾向がある。
これらの変数、従って細胞特徴であって順応性が最もな
いものは空間的及びモデル図形比較と関係している。第
7図に示される例においでこれらの値は密接に関係した
母集団に対し同じである。これらの母集団に対して測定
された特徴の数値的な値は可視化されてそれらの分布が
統計的な尺度と一致することを確かめる。第8図をI!
照すると細胞ラインBP3−0及びWTクローン9に対
する選ばれたディスクリプター値の分布を説明している
度数ヒストグラムの図解が示される。
個々の母集団についてディスクリプター及びその平均は
0CNT−7,7,6,1,511PF−31,4,2
+、3、^FRN−0.364.0.395、旧HP−
0,802,0,876である。全てのこれらの値は二
つの母集団に対し分布が異なフている(第7図!ts照
)、第8図に示されるようにBPa−0及び替τクロー
ン9ラインに対して示されたような比較は(第7図で示
されたような)カイ自乗検定によって異なっていること
がわかる特徴値について明らかに変えられた分布を示す
密接に間係している及び全くかけはなれた母集団の平均
ディスクリプター値が比較される。密接に関係したライ
ンの比較はそれらの平均値に関して異なっている同等の
分散を有する幾つものディー加− スフリブターが存在することを示している。はとんど全
てのこれらのディスクリプターは形状因子(SHPF)
、又は円形性からのそれに関する尺度(ARAT、 F
(IcI)、ヌは輪郭中に於ける微小な不規則性の尺度
(BMPS、 SDMD、 5DAL、 5DWr1.
及びMI’1AL)(7) ’) ラスにあてはまるも
のである。後者の特徴の趨つかはまた非常に遠くかけは
なれた母集団を比較した時に第7図に示されるように異
なる平均値も有する。しかし第7図に示される例に於て
ディスクリプターの合計数のほんの一部がそれらの値の
分散が同等でなければならないという要求の為に調へら
れたにすぎない、従ってディスクリプターの値は同様な
母集団の間ではより容易に比較することが出来る。この
分析はディスクリプターの多くが母集団間を識別するの
に有用であることが0待されるかどうかを示す、ユニの
空間的な比較(DCNT、ANGL)及び微小な不規則
性の尺度(ALTI、l/DTH)及び単一の負の曲率
ディスクリプター(いNC)を除いて、全てのディスク
リプターは一対で行った比較の少なくとも一つに対する
分散又は平均値の何れかにおいて有襲に異なった。 I
A果はディスクリプターのほとんとが高い情報含有量を
イjし、j、vつてMIVの朝において保持されたこと
を示す、同し二変量のプロット100OW及び165S
について経用に6R究されたと同しラインについて実施
した同し様な統計的な比較はただ6つのディスクリプタ
ーが同等な分数を有していることを示した(MET州、
S D M D。
S D A 1.、M[IAl、、MINP、 CAV
S)、 gL −) T コh ラ0’) ラインは賢
くはと異なっているように見える。
ことなる母集団から細胞を分類する試みは第5図に示さ
れるように二変量プロットにおける単一・の決定表面に
よって完全に分離可能でないことを示す、これらの試み
からの証拠及び単−価の統計的な分析からの証拠は第7
図に示すように、幾つかのディスクリプターからのデー
タが分類を離退化するのに用いられなければならないこ
とを示す。
しかし多くの多変量のパターン分類方法はサンプリング
された母集団が特徴空間中において正規分布されている
という仮定に基づいている。幾つかの多変量パターン分
類方法は母集団の分散が等しいという追加的な仮定を必
要としていた。
多変量の正規分布はディスクリプター値の平均ベクター
によって定義される中心及び共分散行列によって定義さ
れる形状を有する単一群(クラスター)中にあてはまる
母集団試料を伴う、多次元特徴空間に於ける母集団の分
布を可視化するため5つの異なる細胞ラインからの細胞
に対するディスクリプター値を得た。これらの多変量デ
ータは主要成分分析によって変換され、同じ分散を有す
る複合変数を生成する。4つの主要成分のプロット上に
見られるようにラインからの細胞試料の大多数が正規分
布しているようにみえる。第9^及び9B図は5つの異
なる上皮母集団からとられた50の5iuii試料に対
する主要成分値の分布を示す。
第9A図において全てのサンプリングされた母集団は主
要成分l及び4のプロット上に楕円の分布として投Hさ
れる。^(点線、大きな楕円)、B(点線、より小さい
楕円)及びC(実線)の母集団の分布が示されている。
9B図においてサンプリングされたほとんどの母集団は
主要成分1及び2のブロワト上に楕円分布として投射さ
れる。A(実線)及びB(点線)の分布が示される。し
かしA群からの数個の細胞は主要な群(土庄)から分離
された外にある場所中に投射される。多くの試料が小数
のプロット上の外にある位置を占める僅かな数の細胞を
含有するが、双峰の分布と一致するUlmしうるl!B
分集台集合インが含有しているIE拠は僅かしかない、
はっきりした部分集合が分解される一つのケースに於て
は、母集団は正常な気管上皮のv41次培養に由来し、
恐らくは閏葉細胞の小断片を含んでいた。従ってこの示
唆は確立された上皮細胞ラインが単一の峰の分布を有す
るという仮定と一致している。
細胞形状を測定し比較することを含むこれらの方法は種
々の結論が導きだされる個々の細胞及U*胞母集団の形
状特性についての情報を与える。
先ず第1に数多くの異なる幾何学的な特徴が形状を定義
するのに有用である。第2にある積の母集団は非常に異
なるので多様な異なるディスクリプターの絹合わせによ
って区別される。細胞ライン内及び細胞ライン間の比較
をするのに最大限幻1宋的と見える聞合わせは異なるが
、これらは第7図に示されるように各クラス内からのデ
ィスクリプターを含んでいる。 +000−及び165
S細胞ラインを分析することにおいてこれらは非常に異
なっていて95$のu/?の細胞試料が単に二つの決定
基準を基にして線影;二分離可能である。第3に1似し
て廷える細胞母集団は殆どのディスクリプターの値にお
いてかなりのオーバーラツプを有するが、イメージ分析
及びパターン認識方法によって適当な類に分割できる。
正確な定量的なデータが差異の程度について得られる。
第4にライン内からの細胞サンプルは形状に関するかな
りの多様性を示す。
しかしながら主要成分分析からのものを含めた結果は6
母111111がn−空間中に正規分布しているという
仮定と一致する。光学分析の当業者には同じ原理の全て
がlI!胞以下の粒子の分析に等しく応用できることが
自明である。
月ヨ1−1に二2−x二r(−flLt    こ  
  ’      t”  い  −ロL1?」z二Σ
’1iu−i例 り皮細胞R)集団のこれらの形状特性のM明のあとで、
単一細胞の光光学研究に基づいて区別できなかった変化
が起こった細胞ラインに対して史にU+究を行った。異
なった細胞の変化した変杉可能性を表している変化が鼠
の呼吸空気路から生じた上皮細胞の鰺よう発生形質転換
と関連して見出された(ヘックマン及びオルソン +9
79) 、これらの変化は起源が主としてクローナルで
ある細胞の小コロニーについてなされた走査型電子Hm
nu察によって検出された。結果はインビトロで連続的
に生育されている間に腫よう発生性となるラインにおい
て細胞の大多数は形状特性における僅かな変化を経験し
た。これらの変化は培養中にラインが保持された正確な
時間の長さと独立したものである。これらの変化を特性
化するために、そしてこれらが腫よう発生性の形質転換
の機構と関連しているかどうかを究極的には決定するた
めにインビトロで生育されている間に腫よう発生性を獲
得したラインの細胞形状を研究した。これらのラインを
選ぶ基準は特に腫よう発生性についての経験的な試験に
よって生育制御の消失を具体化することのできるように
予め規定され、そして大きく間隔をおいたインターバル
に於て母集団の収集を可能とするような時間スケールに
おいて改変が実施された。マルコック及びスティール(
マルコック等、上記1978、スティーレ等39 Ca
ncer Res。
3805、1979)によって発展させられたF344
鼠呼吸管上皮ラインの幾つかはこれらの基準を満たした
。更に1^RC(インターナショナルエージェンシーオ
ブリサーチオンキャンサー)に於てBD−TV及びBD
−Vl鼠(モンテサノ等1975)の肝臓に由来する細
胞ラインも研究された。 +000ν、JAR−20P
ct及び1^R6−7ラインを腫よう発生性の発達と相
間した形状変化を検出する試みにおいて使用した。これ
らのラインの腫よう発生性のデータは第10図にまとめ
である。
1000菅ラインからの初期及び後1lJl経過母集団
は二変量プロットにおいて部分的に分割されたがこの分
析は数多くのディスクリプターの情報内容を利用するこ
とによってan化される。細胞ラインの初買月の一対と
しての比較は密接に関係した母集団を統計的な評価にか
けることにおいて特に不11益には遭遇しなかったこと
を示している。一方似ていない細胞ラインを比較した時
には、第7図に示すようにディスクリプター値のほんの
僅かが類似した分散を示し、比較を単一細胞ラインの連
続した経過に対して行った時により多くの母集団が似て
いる分散を有することが1待される。 100OWライ
ンからサンプリングした幾つがのFfj集団に対する平
均及び分散における差異を決定することによって単位の
ないディスクリプターの約173が分散において異なっ
ていることが示されている。これらのディスクリプター
(SHPF、 PT(’IN、 N0NC,FRNC,
5DFD、 MAXPSASIIR,PSHR及びAC
AV)大多数は分数又は平均のいずれか又は両方のにお
いて全ての考1される母集団に対して異なっている。一
対の比較方法において同等の分散を示す変数の内、幾つ
かは平均が異なるが二つの母集団を越えて分割するため
の基礎を与える単一の変数の組はない。
例えば試験された最も早い、及び最も遅い経過の1gは
C3(10、ALTI、FO(’l及LFFINFの平
均値に基づいてに識てきる。しかし中間及U律I11経
過の母集団を研究した時ディスクリプター^FRN、 
[1(’NT及びCAVSだけが興なる平均を有し、一
方それらの分散は同じままであった。しかし中間母集団
の隣接する経過から別々に試料を再分配する場合におい
て、これが5DNC,旧NT、^SHR及びCAVSの
値において、第11図に示されるように、ffL關母集
団とは異なることが見出された。
形状における合計された改変の程度を線形の最小二乗ア
ルゴリズムによって定量化し、変数の値を予阪月される
性質のベクターにフィツトさせる。
このアルゴリズムLEAST(ヘゴビッチ等、^Use
r’sManual For The Pattern
 Recognition CodeRECDG−OR
NL/esd/TM−21Natl、 Tech、 I
nfo、 5erv、。
+977)は第11図に示されるように前の分析中で試
験された母集団の3つに適用され、線形の決定境界によ
ってそれらが分離可能かどうかをみた。予想される性質
のベクターに母集団が培養された累計時間の値を指定す
ることによって各試料のクラスの各々に約するIIヘク
ターの解が(11もれた。
この解のトレーニングセットへの適合(j各々が未知の
ものであるかのように各/Jの物体を再分類することに
よってnl電化された。」−シる分類はw、12図に示
される様に、これらの母集団をI8弧し始めてから経過
した時間の平均111間のルそiE Lい1+価を示し
ている。第12図は+000−細胞ラインからの初翻、
中間及び律nu過について実施された最小平均二乗誤差
分析 (least−mean−square−err
oranalysis)を示す比較である。母集団が培
養されて以来の実際の&I遇した時間はそれぞれ369
.522及び606日である。示された図は各群からの
個々の細胞に対して再計算された平均を表している。
部分的に母集団を分割しているが、決定1界はいまだ分
類の間に実質的なオーバラップの区域を生じたく矢印〉
トレーニングセットの分類は未知のセットで得られたも
のと比較して優れた分割を与えるので、追加的な100
〇−母集団からの幾らかのデータの絹を分析した。既知
のセットを用いて発生された重置ベクターを用いて、経
過39からとった50の細胞の絹を分類する場合おいて
、予期された時間値の分布が経過38の細胞に対してよ
りもこの試料に対してより広いものであったが、平均は
類似していた。予期される性質のベクターとしてプレー
トにして以来経過した時間を用いて、幾つかの母集団を
経過50から分類する試みを行ったが、この試みはトレ
ーニングセット間すら線形の分離を4えることを失敗し
た。従ってこれらの分析は、広くちらばっている時間に
於て収集した母集団が細胞形状に間して異なっており、
付着させること及びスプレッディング(広げること)を
許す時間等の培養条件に於ける僅かな変更によって容易
にこれらの区別が誘導できることを確かめた。
上皮細胞中の形状改定工程にどのような因子かが影響す
るかを決定するために変化に対する定置的な基準を定義
することが必要である。 100OW細胞ラインの三つ
の経過インターバルに対して実行されたLMSε手順は
トレーニングできるパターンクラシファイヤーをもって
其月j寺できるかもしれない一種の闘を例示しているが
、1000讐ラインに対する経用の応用はその内の幾ら
かが分析において殆ど関連を有しない全てのディスクリ
プターの値に基づかなければならなかった。変数の間に
正式な冗長性はないが測定された生物学的な構造の固有
の性質の為にそれらの値の鰻つかが座標的に変化するこ
とはありそうなことである0例えば細胞周辺に於ける突
起を構成している構造的な興素の内の関係に基づいてこ
れらの突起の寸法がFM標的に変り得る。この種の生物
測定的な冗長性は段階的な判別式分析によって除去され
1判別式分析はディスクリプター値の共分散統計量に基
づいているものである。この分析は、異なる群に対する
平均の分散を全ての群からの關合わされた試料の分散と
比較する手段であるF−統計を用い、リスト中に含める
変数を選択する。リストに選ばれたものを除いて、試料
間の残りの差異の目安としての全ての他の変数に対する
平均のベクターを用いて、F−値を各変数に対し再計算
する。第二の選ばれたディスクリプターは、従って最初
のディスクリ−北− ブター〇除ノーによって既に補正はされていない1卵な
分数の理由となりでいるものである。この手順は;1葺
されたF−[(が11書の賛求される水準を最早こえな
くなるまで段階的な方法で&Iiり返される。
LEASTアルゴリズムによる母集団の分類はとの擾に
定量的な基準が実行されるかを示すが、このアルゴリズ
ムは幾らか疑わしい面を有する。第12図に示されるよ
ろに予備的な分類の試行に於ける個々の!0OOW@胞
に対するヘクター値の再指定によって示されるように予
想された値の平均は培養における実際の経過時間に密に
は対応しなかった。
このラインで実施された追加的な試みは、中間体表頃杉
の細胞として分類の誤った切貼及び後1111母集団の
端数の為、実際の時間と全ての時間値の中間点の間の中
間に平均がある傾向があることな示す、より効率的な方
法は相補的な変数の予備選択を含み、その各々は時間と
硬度に相関する値を有していた。 +ooollllの
母集団が既に分類されたことが証明されたのでl AR
6−7ラインを更に分析に使用した。ディスクリプター
blIの時間との相関の係数を乙I算することによって
ディスクリプターがある場合には二つの細胞ラインにつ
いて同一であることが分かった。
それ目り時間と座標的に変化した単一の次元のディスク
リプターに対して正規化されている結果として、相関デ
ィスクリプターの値が時間と相関しているかどうかを決
定する為に相関ディスクリプターを評価した0分析に於
て単位のあるディスクリプターは直接には使用されなか
ったが他の変数をそれらの値と正規化させた。 +00
0讐ラインの場合に於ける硬度に相関した変数の試験は
、少なくとも一つのディスクリプターが各ディメンジョ
ン化されたディスクリプターに対し第13図に示される
ように正規化されていることを示す、1^R6−7細胞
ラインに対しては内聞の長さ又は主要軸の長さに対して
正規化されたディスクリプターのみが時間に対し相関し
ているように見える。このことはディスクリプター^1
’lE^が不均一な方法で変化させられてたかもしれな
いのでこれらの値を絹み込んでいるディスクリプターも
より良くは相関していないものとなることを示すが、A
REAの値は実際は時間とともに進行的に減少すること
が分かった。とんな因子が時間に依存する値に杉響した
かを決定することから以外に、異なる@胞うインに対し
て得られた相関したディスクリプターのリストの間にど
んな1仰性があるかを決定した。類似性はm胞構造に於
ける一致した変化が腫よう発生tX転換の課程において
生じたことを示す、 +000讐及び1^R6−7細胞
ラインについて生成したリストが比較された時、見出さ
れた時間に依存する変数の7つが同じであり、それらの
6つの変化の方向、AFRN、、C3QD、 BMPS
%VDT)1. PSHR及びCAVSが二つノ細11
!種煩の夫々の輪郭に対し同一であった。7番目のFR
NCは二つのラインからの細胞の比較しうる第一の輪郭
に対する変化の方向に於て違いを示した。この結果はあ
る種のlB胞の特徴が均一な方法でインビトロ培養の長
いXl1間の間に杉響をされたことを示している。
、本発明の方法がJAR6−7ラインからサンプリング
された細胞に対し応用された時は段階的な判別式分析は
7つのディスクリプターのリストを生成した。プログラ
ムの最n繰り返しに於けるそれらの同定及びF−値を第
第4図に示す、 FlliElを除いてこのリストは全
て値が時間と良く相関しているディスクリプターからな
るものであった、I&も劇的な細胞形状において見られ
る変化は培養における時間の間数であった0例外的なデ
ィスクリプターFlhE lは第−及び第三及び第四の
時間点に由来する試料に対する同様の平均値を有してい
たが、これはこれらの全ての試料及び第二の時間点から
の試料の間で区別がされるように見える。リスト中へこ
れを含めることはこの単一の区別をすることにおけるそ
の効率、即ちオルソン等上記1980年に於て!!論さ
れている様に、関連しない母集団を区別するために切貼
適用の間においても認識された分析の特徴の為である0
輪郭の負の曲率領域についての情報を包含しているディ
スクリプターの三つを第第4図にしめされるように相補
情報を有するものとして選んだ、従って生物測定的な冗
長性=42− を示すかもし・れないディスクリプターの種類について
の予想をすることの困1tiを示している。
赦も1錐な分類は全てのディスクリプターの値に基づく
分析から発生され得るが、実験的に未知のものを含んだ
問題とするII団は健全なディスクリプターのリストの
使用によって分闘することが出来る。厳選したディスク
リプターの絹に基づいて、分類の有効性を評価するため
に最大公算分析が実施された。データの構造が線形でな
い関数によって表されるならば、そのときは最大の公算
推定又は他の非線杉回帰の方法を関数をデータに適合さ
せるために使用できる。これらのアルゴリズムのユニは
サンプリングされた母集団の分布に間し要件を有しない
、他のものは正規分布、二項式分布、ポアソン分布、又
はガンマ分布等の任意の指数杉を有する分布に適用され
る。公算分析においてディスクリプター値から抽出され
たデータベクトル及びパラメータベクトルを導関数が特
定できる時間に依存する幾つかの間数の一つを定置する
のに使用する。関数の導関数を特定することの外、ブラ
ウンB M 111’統1ソフトフエアー(ディクソン
 ダブリ:1.ジェー編)カリフォルニア大学によって
提供さtするようなソースブIEグラムがある。
プレスヘーカリ−733(+983)はパラメータの蟲
千価の改良の為の反復アルゴリズムを提供する0分析に
おいて決定されるパラメータベクターは次に各細胞に灼
し111i長中の予想される時間に月し同等の値を指定
するのに使用できる。1だってJAR6−7細胞は第1
2図に示されるようにL E A S Tアルゴリズム
によっての予測に対するl\クターを用いているものと
似た方法によって分類できる。しかし公算推定に於て分
析はMlの評価が得られた後に停止され、?fって種々
の対数関数に対するフィツト(適合〉の良さよりもデー
タの本来の構造がx+ tIできる。
第第4図に示されるような7つのディスクリプターの@
選されたセットで得られたパラメータベクターに基づい
て、公算推定が1八R6−7!I胞試等4に対し実施さ
れた時、平均の7月■及び後興月時間iiF価は第15
図に示されるように真の平均から目覚ましいかたよりを
示す、しかし比較的色接に関係した母集団間の区別を行
う点及び時間に依存する区別を行う二重の点に於て、健
全であったディスクリプターが強調された。1者の可能
であることの極端な例は、第16図に示されるように、
時間との相関係数が0であった時でさえ、段階的な判別
式分析によるFINE lの選択である。厳選されたリ
ストのディスクリプターの平均値の試験はディスクリプ
ターの幾らかがある種の時間間隔の間で非進行的に変化
したことを示している。これらの考慮によってどのよう
に公算分析が影響されるかを決定するために、もしディ
スクリプターの値が一つの時間間隔以上に対して非進行
的な変化を示したならばそのディスクリプターを厳選リ
ストから除去し、そして時間と非常に相関していた幾つ
かのディスクリプターを加えることによってより包括的
なディスクリプターのリストが形成される。
範囲を広げたディスクリプターリストに基づく第二の公
算推定分析は第16図に示されるように予想された及び
真の値の間の矛盾がより小さくなつたものを表した。変
化の時間経過を見ることが出来るように種々の予想され
た時間カテゴリーに於ける細胞の分布を示す度数ヒスト
グラムを第17図に示すようにプロットした。第17図
は1^R6−7ラインからの4つの経過の間隔に対し実
行した非繰り返し公算分析を示す比較である。形杖変化
の進行は線形でないように見える。変化の幾らかは技術
的な要因が原因である。というのは母集団はフランスに
おける起源に続いて米国において異なる時間の長さの形
lで保持されたからである。培養基における予想された
平均時間を第15図に示す。
最も早い及び最も遅い表現形(矢印)を表している個々
の細胞を比較の為のデータの絹から回収した。平均の最
も大きな差異が中間の時間点の閏でここでも見出される
が、予想された時間値の範囲は実際の時間の等綴付けに
対応しているように見える。個々の細胞は進行的なシリ
ーズに於ける切貼及び後l11時間点の代表として同定
され、そして第17図に示されるように、最も初翻の表
現形、即ち指定された時間値−378及び−66日を最
も遅い87第46一 及び796flの指定値と対比させた。これらの細胞の
プロフィール(輪郭)を第18図に示されるように再現
させた時、これらは幾つかの点で異なっていた。@+S
図は最も早い及UI&も遅い1^R6−7表現杉を表し
ている細胞から得た干渉プロフィールの図闘である。全
試料内の細胞の位置はv、17図に示されている。初期
細胞の第一の輪郭は第二の輪郭の外にかなりの距離延び
ているが後朋細胞中に於てはこれが小さくなっている。
′@二および第三の輪郭はfIiIUI!s胞中に於て
互いに近接していたがそれらの縁が進行的により丸くな
った。第18図に示される細胞の元の図を参即すると、
輪郭の数が4tJ)ら5に増加しているけれとも、この
ディスクリプター(OCNT)の時間との相関係数は0
であった。
従って示された輪郭の数は時間と一致した増加を示さな
かった。
こtlらの極端な表用杉によって例示される変化はディ
スクリプター値の時間に依存する変化と間係している。
主要な凹み(CAVS)、及び細かい突起(8MPS)
の値によって表される#S造は初Illの細胞からの輪
郭においてより顕著に見えるが、これらは実際それらの
数が実際の細胞寸法に比例させて表現された時に優勢で
はない、更に最初の輪郭上の構造の形状は曲率二f! 
[(C5口0)の合計及び突起の寸法の全て(SOTH
,ALTl、 MEDN)の増加によって示されるよう
に、より連続的な曲率を示唆するように変化した。 J
AR6−7ラインの特徴の突出した細胞区域中の徐々の
変化から鑑みて、面積に対し正規化されたディスクリプ
ターは進行的な変化を示すことが予想される0面積に正
規化された変数が全て主要な凹みの寸法又はモデル図影
比較に全て間係していることを考慮して、これらの値の
変化の存在しないことは第13図に示されるように細胞
のラメラ構造がそれらの突出面積と比例して減っている
ことを示している。形質転換の提唱された機構に関して
主要な細胞tfM織を支配している細胞中心が混乱され
ていなかったかもしれないことが示された。 +000
□細胞中の&I織抑制は進行的な面積の変化を殆ど示さ
ないが、しかしこれは異なった影響を受けていたかもし
れない、というのは面積が正規化されたディスクリプタ
ーの多くはこのラインにおいて第13図に示されるよう
に時間に依存する変化を示したからである。このライン
は突出した区域で進行的な変化を殆ど示さなかった。
二つの進行的なラインは非電に共通点のない器官の起源
から出発しているけれども、形状に於ける共通の変化を
示す0w1胞の周囲に於ける陥入及び突起をスムーズに
すること、及び高さの寸法を丸くすることはライン中の
腫よう発生性の形質転換に対する一般的な応答である。
より中心的な細胞組織ヲ反映シティる変数、即ちASI
IR,PSHR,CAVS。
ACJtv、 CVSD及びLCAVに対する傾向の違
いは、大なり小なり全体的な紀織が混乱されていること
を示す。
前記の結果はそれらの形状に基づく物体の分類に導く、
先ず予想された性質と高度に相関する全てのディスクリ
プターが選択される0次にディスクリプターのリストを
生物測定の冗長性を示す変数を除去するために段階的な
判別式又は段階的な回帰分析にかける。使用される分析
の種類は、ディスクリプター及び予想される性質の関係
を解釈するのに線形の又は非線形のモデルが適用される
かどうかに依存するであろう、最後に残りの変数の小さ
な行列を個々の性質を予想するのに使用する。
上に述べたように二つのラインを分類することが可能で
あるので、本発明の方法は第3の!IllラインJAR
・20 PCIIこ灼し応用された。線形の時間依存性
変化のモデルに基づいて、ディスクリプターを段階的な
回帰分析で選択した(BMDP、統計的なソウトウエア
ー、上記+983)。この分析はデータ中のほとんどの
変数がディスクリプターQC)IT、 N。
NCI、AFRN3及びC5Q[l lの値によって説
明できたことを示した0回帰は又高度に有意であった。
F−比29.70が見出され、一方2.74以上の値が
サンプリングエラーの為に時間の僅かIXで観測された
1111111図は1Ak−20P(’lラインの多t
li線形回帰分析を示す、この分析は予想された時間の
種々のカテゴリーに於ける分10度数を示す、サンプリ
ングされた4つのRJ亀団に倉4し平均の予想時間は人
々!95,211.282績U310日であった。母亀
1カがサンプリングされた実験の時間は次の通り、第4
2.184.299、及び373日、使用された回帰式
はV=6第4−54”OCNτ−39寥C3uDl−1
35’N11Ncl++23’^FRN3+4婁0C5
Q4C5QSQ−24ネAFR5(1てあった。
回帰分析は第19図に示される分類結果を与えた。
早い及び遅い時間点の両極端では予想された時間値は元
々の時間値の範囲から予測されるよりも全体としての母
集団に対する平均により近いものに落ち看く傾向があ〕
た、同様の傾向がLEASTアルゴリズムによる線形回
帰に対してフィツトされた+000Wデータの切貼分析
においても認められた。
対数−線形力イネティックに基づいた別のモデルもIA
R−20PCIデータをフィツトさせるのに使用した。
この場合ディスクリプターを段階的な判別式分析によっ
て選び六つの相補的1!顧のリスi−を分tll試みに
於′C使用した。このう′を析の結果は第20図に示さ
れる。!20図は1Ak20Pt’lライシの月数−u
杉回帰分析を示す、この分析は予想されに時間の種々の
カテゴリーに於ける分類の度数を示す。
サンプリングされた4つの母集団にヌ4L、平均の予想
される時間はそれぞれ163.150.320枝U3f
i5日である。母集団が4Jンブリングされた実験時間
はぜ欠の通りである。第42.184.299及U37
3日。
分析で使用した変数は 0CNT、C5Q旧、110 
if CI、MINPI、PTORI、FOCRIであ
った。
全ての試事]の平均に向けて収束すると予+11された
値の為の線形のモデルに基づいた予想に於て認められる
傾向はなかった。対数−線形モデルに由来する予想は従
って線形モデルに由来するものよりもより正確であるよ
うに見える。しかし対Fi線形回帰もF−1’l、25
.23を示したように、両方とも非常に有意であるよう
に見える。
論理的な!味においては重質であるが、予想道具として
使用する数学的なモデルは1別の任務の結果がかなり影
響されるときには、実際的な重要性のみのものにすぎな
い、従って別の分析によって同定された究極的なmm種
類が類似しているかどうかを決定した。そのような比較
を第21及び22図に示す、第21図は1^R−20P
CIラインの線形回帰分析によフて選ばれた最も早い(
^−C)及び蔽も遅い(D−F)表現形の例を示す、こ
れらのFfJ菓団に個々に指定された予想された時間は
夫々^+96、B+I+1、C++第4、D÷421.
 E+404、及びF+3ElB日であった。
同一の細胞も対数−線形分析で切貼及び後期と考えられ
た。^−3、B+81、C−22,0÷491%E÷4
19及びF÷433日、第22図は1^R−20PCI
ラインの最大公舅分析によって選ばれた最も早い(^−
C)及び最も遅い(D−F)表現形の例を示す、これら
の個々に指定される予想された時間は^−104、ト9
9、C−97、D+588、E÷558、及びF+55
6である。線形分析によってこれらの個々に指定される
予想された時間はA+第46、B+207、C◆第46
、D+353、E+336、及びF+371日である。
これらの分析に於て脛も早い表現形と同定されるJAR
−20PCI細胞は幾らかの非類似性を示した。線形分
析は川口の長さに対して高い曲率をもって表現形を選択
したが、一方で約数−線形分析は輪郭に幾つかの鋭い特
徴をもって表現形を同定した。
両方の分析において後−月表現系として選ばれた細胞は
、リラックスした輪郭を示す傾向があり、かなり非対称
性である0分析に対する線形モデルに於て初買月と同定
された細胞も第21図で示されるように対数&!杉モモ
デルおいて考慮された時は低い値が指定された。同様に
分析の線形モデルに於て最も遅い表現系と考えられた細
胞も対数−線形モデルによって分析にかけられた時に高
い値が指定された(その逆もまた真である)。
これらの結果は変数選択の最もしみったれた方法に基づ
く分類の方法が高い統計的な有意性の回帰を発生したこ
とを証明している。更に分析が考えられた概念的及び論
理的な意味は分類にほんの少しの影響しか有さす、本発
明では後期の表現系である異常なものの選択に関連して
特にそうである。
本発明の上に詳細に述べた記載は説明的な目的て与えら
れる。当業者には数多くの変更及U轢正が本発明の範囲
から逸祝することなく上に記載さオlた発明の好ましい
具第4例に於てなされることが明らかである。従って以
前の記数の全ては例示的なものと解釈されるべきで、制
限的な意味でなく、発明は特許請求のFi![1のみに
よって定義される。
【図面の簡単な説明】
第1図は環第4物質及び一定の干渉増分を導入する表面
層から構成される反射光干渉計の!略図を示す。 第2図は陽極酸化物干渉計上で成長した細胞の像である
。 第3図は仮想配列記t!(B、D)に於ける点から再構
成されたものとの手書きのイメージ(A。 C)の比較を示す略図である。 第4図はlooOWm胞の輪郭から集めた点の詳細の図
Mである。 第5図は+000W(1,1)及び1655(S)m胞
うインニツいての選ばれたディスクリプター値の二変量
プロットの比較であって決定境界(clecision
 boundary)を示している。 vw6図は+0OO1/ラインノ初XJI (1)及び
tm)Ill(2)ノ紅過(passage)に月する
選ばれたディスクリプター値の二変量プロットの比較で
あり、決定境界を示している。 第7図はカイ自乗検定(chi−square tes
t)によるディスクリプター値の分散の三つの方法によ
る比較を示した表である。 第8図は細胞ラインBP3−0及び1.’Tクローン9
に対する選ばれたディスクリプター値の分布を示して5
0の細胞試料に対する主要な成分値の分布を示すグラフ
の比較である。 第10図は形状変化の研究の為に選ばれた細胞ラインに
対する譜よう発生性の結果を示す表である。 第11図は10001.1細胞ラインに由来する種々の
母集団に対して為されたカイ自乗検定並びにT検定を示
す表である。 第12図は+0001/細胞ラインからの初菓月、中期
及び後11111過に於て実施された最小平均二乗誤差
分析(least−mean−square−erro
r analysts)を示すグラフの比較である。 第13図はtal!において進行的に腫よう発生性とな
った三つの細胞ラインに対する経時的な個々の形状ディ
スクリプターの相関係数を示している表である。 第第4図は1^R6−7細胞に対して操作された段階的
な判別式(discriminant)分析により選ば
れた健全なディスクリプターを示す表である。 第15図は厳選された及び範囲を広げたディスクリプタ
ーの絹に基づく公算推定によるI AR8−7試料の分
類を示す表である。 第16図は1^R6−7ラインからの4つの経過水準に
対する線形の判別式分析を示す表である。 第17図は1AR6−7ラインからの4つの&I過間隔
に対して実施された相互作用の無い公算分析を示すグラ
フの比較である。 第18図は最も速い(A、B)及び最も遅い(C,El
) JAR6づ表現系を表している細胞から得た干渉ブ
ロワイールの略図である。 第19図は予期される時間の種々のカテゴリーの分類度
数を示す、多重線形回帰分析 (multipleli
near re4reSSion analysis)
である。 v、20図は予想された時間の種々のカテゴリーに於け
る分類度数を示すlog−線形回帰分析である。 第21図は線形回帰分析によって選ばれた最も速い(A
−C)及び最も遅い(El−F)表現系の例である。 第22図は最大公算分析 (maximum l1kl
ihoodanalysis)によって選ばれた最も速
い(^−C)及び最も遅い(^−F)表現系の例である
。 出願人  ボウリング グリーン ステイトユニバーシ
ティ 代理人  弁理士  佐々井弥太部 (外1名) 、 ゛・CD −F′IG、2 二丁I6.3 二丁I0.4 一モIG、5B 口 ■ Φ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、反射物質と、細胞又は細胞小器官の像の分解を得る
    ために一定の干渉増加分を導入するための表面層とから
    構成された反射光干渉計を用いて細胞母集団から細胞又
    は細胞小器官の縁の詳細の高解像の像と高さに関する情
    報を発生させ、 細胞又は細胞小器官の分解された像の少なくとも一つの
    幾何学的ディスクリプターを測定し、細胞又は細胞小器
    官の分解された像の測定された幾何学的ディスクリプタ
    ーを、既知の物体又は細胞母集団についての予め決めら
    れたディスクリプターと比較し、 そして分解された細胞又は細胞小器官の像と既知の母集
    団又は物体との差異又は類似性についての定量的なデー
    タに基づいて、細胞又は細胞小器官の分解された像を細
    胞又は細胞小器官のある既知の母集団の一つに分類させ
    、それによって個々の分解された細胞又は細胞小器官の
    像を幾何学的ディスクリプターに基づいて分離可能とし
    たこと、 を特徴とする細胞又は細胞小器官の形状を測定し、そし
    て細胞母集団に特徴的な細胞又は細胞小器官の形状につ
    いての情報を発生させる方法。 2、測定された1又はそれ以上の幾何学的なディスクリ
    プターが細胞又は細胞小器官の単位のある(dimen
    sioned)パラメータ、細胞又は細胞小器官の形状
    因子、細胞又は細胞小器官の空間的な比較、細胞又は細
    胞小器官の曲率に関連する尺度、細胞又は細胞小器官の
    負の曲率に関する尺度、細胞又は細胞小器官の輪郭の小
    さな不規則性に関する尺度、細胞又は細胞小器官の円形
    性及び楕円形性からのそれに関する尺度、細胞又は細胞
    小器官のモデル図形比較値、又は細胞又は細胞小器官の
    主要な凹みに関する尺度、である特許請求の範囲第1項
    に記載の方法。 3、分解された細胞又は細胞小器官の幾何学的なディス
    クリプターが細胞又は細胞小器官の分解された像を一つ
    又はそれ以上の細胞又は細胞小器官の輪郭部分に於てあ
    る種の座標をプロットすることによってデジタル形に変
    換することによって測定される特許請求の範囲第2項に
    記載の方法。 4、ビデオに基づいたイメージ分析コンピューターが細
    胞又は細胞小器官の分解された像をデジタル形に変換す
    るのに使用される特許請求の範囲第3項に記載の方法。 5、反射性の物質が金属であって、表面層が金属の酸化
    物である特許請求の範囲第4項に記載の方法。
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