KR20020013970A - System for microvolume laser scanning cytometry - Google Patents

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KR20020013970A
KR20020013970A KR1020027000806A KR20027000806A KR20020013970A KR 20020013970 A KR20020013970 A KR 20020013970A KR 1020027000806 A KR1020027000806 A KR 1020027000806A KR 20027000806 A KR20027000806 A KR 20027000806A KR 20020013970 A KR20020013970 A KR 20020013970A
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KR
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cell
image
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Application number
KR1020027000806A
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Korean (ko)
Inventor
루이스 제이. 다이에츠
이안 월톤
치-후아 정
스코트 노튼
제임스 엘. 윈클러
아론 비. 캔토르
바이른 리
샬롬 쳐
Original Assignee
써로메드, 인크.
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06V20/00Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/60Type of objects
    • G06V20/69Microscopic objects, e.g. biological cells or cellular parts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1484Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers microstructural devices

Abstract

본 발명은 생물학적 마커 동정화를 위한 개선된 통합 시스템을 제공하는 것이다. 시스템은 생물학적 유체(10)에서 생물학적 마커의 발현 패턴을 측정하기 위해 마이크로볼륨 레이져(11) 스캐닝 마이크로스코피(MLSC)(16)을 사용한다. 상기 시스템은 MLSC를 수행하기 위한 개선된 도구를 포함하고, 또한 개선된 파티클 검출 및 분석 방법을 포함한다. 또한, 상기 시스템은 기타 의학적 정보와 제휴하여 MLSC로부터 얻어진 데이터를 분석하기 위핸 정보학 구조를 포함한다.The present invention is to provide an improved integrated system for biological marker identification. The system uses microvolume laser 11 scanning microscopy (MLSC) 16 to measure the expression pattern of biological markers in biological fluid 10. The system includes an improved tool for performing MLSC and also includes an improved method for particle detection and analysis. The system also includes an informatics structure for analyzing data obtained from the MLSC in cooperation with other medical information.

Description

마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측을 위한 시스템{SYSTEM FOR MICROVOLUME LASER SCANNING CYTOMETRY}SYSTEM FOR MICROVOLUME LASER SCANNING CYTOMETRY

게노믹스(genomics), 조합 화학 및 고처리량 스크리닝을 포함한 약 개발에서 최근의 혁명의 결과로서, 임상 실험을 위한 유용한 다수의 약 후보들은 제약 산업의 발전과 경제적 용량을 초과한다. 1998년, 세계의 최대 제약 및 생명공학 회사들은 연구 개발에 약 500억 달러 이상을 소비했고, 그중 삼분에 일이상이 임상 개발에 직접 소비되었다. 증가된 경쟁 및 관리 보호 기관과 기타 책임있는 사람들의 압력을 포함한 다수의 요인(factor)의 결과로서, 제약 산업은 시장으로 판매되는 신약의 안전성과 효능을 포함한 품질을 개선시키고 및 임상 개발의 효능을 개선시키려 한다.As a result of recent revolutions in drug development, including genomics, combinatorial chemistry and high throughput screening, many drug candidates useful for clinical trials exceed the development and economic capacity of the pharmaceutical industry. In 1998, the world's largest pharmaceutical and biotechnology companies spent more than $ 50 billion on research and development, with more than one third spent directly on clinical development. As a result of a number of factors, including increased competition and pressure from protected protection agencies and other responsible people, the pharmaceutical industry improves the quality and efficacy of clinical development, including the safety and efficacy of new drugs on the market. To improve.

따라서, 최근 약 개발 혁명은 임상 시험 병목현상에 기여하고 있다. 확인되는 치료 대상 및 발생되는 선도 화합물(lead compound)의 수는 이들이 현시점에서수행하고 있는 임상 시험을 실시할 수 있는 제약 회사의 용량을 훨씬 초과하고 있다. 게다가, 현재 산업상 신약 개발의 평균 비용이 대략 5억달러로 평가되고 있으며, 이것은 모든 잠재 약 후보를 개발하기에는 엄청난 고가이다.Thus, the recent drug development revolution is contributing to clinical trial bottlenecks. The number of treatments identified and the number of lead compounds generated far exceeds the pharmaceutical company's capacity to conduct clinical trials they are currently performing. In addition, the average cost of new drug development in the industry is currently estimated at approximately $ 500 million, which is a tremendous price to develop all potential drug candidates.

제약 산업은 약 개발에서 대등한 기술 개발을 구하고자 한다. 임상 시험은 매우 비싸며, 매우 위험하고, 주로 의사결정이 대상 분석에 크게 기초한다. 결과적으로, 약이 가장 효과적이 되는 환자 집단, 주어진 약에 대한 적절한 투여량 및 이것의 사용과 연관된 부작용에 대한 잠재성을 결정하는 것은 어렵다. 이것은 임상 개발에서의 실패를 유도할 뿐만 아니라, 부적절하게 투여되거나, 처방되거나 또는 위험한 부작용을 일으키는 제품이 승인되게 할 수 있다. 이들 개발중인 약물의 증가된 수에 의해 제약 회사들은 약물 개발 공정보다 먼저 후보 약물의 안전성 및 효능 프로파일의 객관적인 측정을 확인하는 기술을 요구한다.The pharmaceutical industry seeks comparable technological developments in drug development. Clinical trials are very expensive, very dangerous, and decision making is largely based on subject analysis. As a result, it is difficult to determine the patient population for which a drug is most effective, the appropriate dosage for a given drug, and the potential for side effects associated with its use. This not only leads to failures in clinical development, but can also result in the approval of products that are inappropriately administered, prescribed, or cause dangerous side effects. With the increased number of these developing drugs, pharmaceutical companies require technology to confirm objective measures of the safety and efficacy profile of candidate drugs prior to the drug development process.

생물학적 마커는, 측정되거나 또는 평가되는 경우, 정상적인 생물학적 과정, 발병 과정 또는 치료 개입에 대한 약리학적 반응의 표시기(indicator)로서 불연속 관계 또는 상관관계를 갖는 특성이다. 치료 개입에 대한 약리학적 반응은, 이것으로 국한되는 것은 아니지만, 일반적인 개입에 대한 반응(예를 들면, 효능), 개입에 대한 투여량 반응, 개입의 부작용 프로파일 및 약의 신진대사 속도 및 약의 대사산물의 동정과 같은 약물동력학적 특성을 포함한다. 반응은 유효한 또는 불리한(예를 들면, 독성)변화와 연관될 수 있다. 생물학적 마커는 발병 과정과 관련하여 변화하고, 진단 및/또는 예후 유용성(value)를 갖는 세포 또는 분자의 패턴을 포함한다. 생물학적 마커는 세포 집단과 그들의 관련 분자의 레벨, 용해성 인자의 레벨,기타 분자의 레벨, 유전자 발현 레벨, 유전적 돌연변이, 및 질병의 존재 및/또는 진행과 연관될 수 있는 임상 변수를 포함할 수도 있다. 임상 종점(clinical endpoint)으로서 질병 진행 또는 재발 또는 삶의 질의 평가(이것은 전형적으로 평가하기에 오랜기간이 소요된다)와 같은 것에 대조적으로, 생물학적 마커는 약물의 임상 프로파일에 대한 보다 빠르고 정량적인 측정을 제공할 수 있다. 임상 실시 및 약물 개발 모두에서 현재 사용되는 단일 생물학적 마커는 콜레스테롤, 전립선 특이 항원("PSA"), CD4 T 세포 및 바이러스성 RNA를 포함한다. 고 콜레스테롤과 심장 질환, PSA와 전립선암 및 AIDS에서 감소된 CD4 양성 T 세포와 바이러스성 RNA 사이의 공지된 상관성과 달리, 대부분의 다른 질병과 연관된 생물학적 마커는 아직 동정되지 않았다. 결과적으로, 정부기관 및 제약 회사 모두는 임상 시험에 사용하기 위한 생물학적 마커를 개발하려고 하고 있지만, 약물 개발에서 생물학적 마커의 사용은 지금까지 제한적이였다.Biological markers are properties that, when measured or evaluated, have discrete relationships or correlations as indicators of pharmacological responses to normal biological processes, pathogenesis or therapeutic interventions. Pharmacological responses to treatment interventions include, but are not limited to, responses to general interventions (eg efficacy), dosage response to interventions, adverse reaction profiles of interventions, and drug metabolic rates and drug metabolism. Pharmacokinetic properties such as product identification. The response may be associated with an effective or adverse (eg toxic) change. Biological markers vary in relation to the pathogenesis and include patterns of cells or molecules that have diagnostic and / or prognostic values. Biological markers may include levels of cell populations and their related molecules, levels of soluble factors, levels of other molecules, gene expression levels, genetic mutations, and clinical variables that may be associated with the presence and / or progression of disease. . In contrast to such clinical endpoints as assessment of disease progression or recurrence or quality of life (which typically takes a long time to assess), biological markers provide a faster and more quantitative measure of the drug's clinical profile. Can provide. Single biological markers currently used in both clinical practice and drug development include cholesterol, prostate specific antigen (“PSA”), CD4 T cells, and viral RNA. In contrast to the known correlation between high cholesterol and reduced CD4 positive T cells and viral RNA in heart disease, PSA and prostate cancer and AIDS, biological markers associated with most other diseases have not yet been identified. As a result, both government agencies and pharmaceutical companies intend to develop biological markers for use in clinical trials, but the use of biological markers in drug development has been limited so far.

생물학적 마커와 질병, 질병 진행 및 치료에 대한 반응과의 상관관계를 구축하기 위해 필요되는 방대한 양의 정보를 분류할 수 있는 생물학적 마커 동정 시스템에 대한 필요성이 요구된다. 이런 생물학적 동정 시스템은 1999년 4월 26일자 "생물학적 마커 동정 시스템"의 명칭으로 출원된 미국 가특허출원번호 제60/131,105호와 이 출원과 동시에 "표현형 및 생물학적 마커 동정 시스템"의 명칭으로 출원된 공동 소유의 미국 특허출원에 기재되어 있으며, 이들 모두는 전체를 참조로서 본 명세서에서 특히 포함한다. 이 기술은 수백 내지 수천개의 생물학적 마커를 측정하기 위해 요구되는 도구(instrumentation)와 어세이(assay), 이 데이터를 용이하게 접근할 수 있는 정보학 시스템, 마커의 패턴과 임상 테이터를 연관시키는 소프트웨어 및 얻어진 정보를 약 개발 과정에 이용할 수 있는 능력을 포함한다. 이 시스템은 광범위하게 마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측법(MLSC)를 이용한다.There is a need for a biological marker identification system that can classify the vast amount of information needed to correlate biological markers with disease, disease progression, and response to treatment. Such biological identification systems are filed under US Provisional Patent Application No. 60 / 131,105, filed April 26, 1999 under the name of "Biologic Marker Identification System," and at the same time as the "phenotype and biological marker identification system." Co-owned US patent applications, all of which are specifically incorporated herein by reference in their entirety. This technique is an instrumentation and assay required to measure hundreds to thousands of biological markers, an informatics system with easy access to this data, software to correlate marker patterns and clinical data, and obtained Include the ability to use information in the drug development process. The system extensively uses microvolume laser scanning cytometry (MLSC).

마커 동정 시스템의 바람직한 구현예에서, 생물학적 유체는 유체내에 특이 분자와 결합할 수 있는 하나 이상의 형광색으로 라벨화된 검출 분자와 접촉된다. 전형적으로, 생물학적 유체는 혈액 샘플이고, 검출 분자는 하나 이상의 하위유형의 혈액 세포에 또는 내에 존재하는 세포 관련 분자에 대한 형광색 염료로 라벨화된 특이성 항체이다. 라벨화된 샘플은 이어서 모세관 튜브로 놓여지고, 이어서 튜브는 MLSC 도구에 부착된다. 이 도구는 혈액 샘플상에 현미경 대물렌즈를 통해 레이져 광선을 스캔한다. 샘플로부터 방출된 형광 광선은 현미경 대물렌즈로 수집되고, 각각의 형광 채널에 샘플의 이미지가 형성되는 일련의 광전자증배관에 통과된다. 이어서, 이 시스템은 각 채널로부터 세포를 동정하기 위해 미가공 이미지를 처리하고, 이어서 형광 항체로 라벨화된 세포의 각각의 유형에 대한 절대적인 세포수와 상대적 항원 밀도 레벨을 결정한다.In a preferred embodiment of the marker identification system, the biological fluid is contacted with one or more fluorescently labeled detection molecules capable of binding specific molecules in the fluid. Typically, the biological fluid is a blood sample and the detection molecule is a specific antibody labeled with a fluorescent dye for cell related molecules present in or in one or more subtypes of blood cells. The labeled sample is then placed into a capillary tube, which is then attached to the MLSC tool. The tool scans the laser beam through a microscope objective onto a blood sample. Fluorescent light emitted from the sample is collected by a microscope objective lens and passed through a series of photomultiplier tubes in which an image of the sample is formed in each fluorescent channel. The system then processes the raw image to identify cells from each channel and then determines the absolute cell number and relative antigen density level for each type of cell labeled with fluorescent antibody.

마커 MLSC는 또한 생물학적 유체중의 용해성 인자를 인자에 대한 미소구체 결합된 일차 항체와 인자에 대한 2차 형광색으로 라벨화된 항체를 함께 사용하여 정량하는데 사용될 수 있다. 이것으로 인자는 미소구체에 연결되고, 2차 항체의 결합은 결합된 인자를 라벨화한다. 이런 구현예에서 이 시스템은 각각의 용해성 인자의 농도를 결정하기 위하여 혈액 샘플중의 각각의 비드(bead)와 연결된 형광시그널을 측정한다. 다중 비드 유형(각각은 다른 일차 항체에 접합된다)을 사용하는 것으로 동일한 샘플 부피로 다중 어세이를 수행하는 것이 가능해진다. 각각의 비드 유형을 동정하기 위하여, 다른 비드가 별개의 크기를 가질 수 있거나 다른 내부 색을 가질 수 있거나 또는 각각의 2차 항체는 다른 형광단으로 라벨화될 수 있다.The marker MLSC can also be used to quantify soluble factors in biological fluids using a microsphere bound primary antibody for the factor and an antibody labeled with a secondary fluorescent color for the factor. This connects the factor to the microspheres and the binding of the secondary antibody labels the bound factor. In this embodiment the system measures the fluorescence signal associated with each bead in the blood sample to determine the concentration of each solubility factor. Using multiple bead types (each conjugated to different primary antibodies) makes it possible to perform multiple assays with the same sample volume. To identify each bead type, different beads may have distinct sizes or may have different internal colors or each secondary antibody may be labeled with a different fluorophore.

본 발명의 바람직한 구현예가 생물학적 마커를 검출하기 위해 항체를 사용할지라도, 특정한 생물학적 마커에 특이적으로 결합할 수 있는 임의의 기타 검출 분자가 예상된다. 예를 들면, 다양한 유형의 수용체 분자는 형광색으로 라벨화된 동종 리간드와 이들의 상호작용을 통해 검출될 수 있다.Although preferred embodiments of the invention use antibodies to detect biological markers, any other detection molecule capable of specifically binding to a particular biological marker is envisaged. For example, various types of receptor molecules can be detected through their interaction with fluorescently labeled homologous ligands.

MLSC 도구로부터 얻은 미가공 데이터는 어세이의 대상인 세포 집단 및 용해성 인자에 대한 데이터를 생성하기 위해 이미지 분석 소프트웨어에 의해 처리된다. 이어서, 이 데이터는 데이터베이스로 전달된다. 생물학적 마커와 질병 또는 의학적 증상 사이의 상관관계를 구축하기 위한 목적으로 이 세포 집단 및 용해성 인자 데이터와 함께 저장될 수 있는 기타 데이터에는 다음의 것이 포함된다: 약물 투여와 약물동력학(신체중 약물 및 그의 대사산물의 농도의 측정); 임상 변수, 이들 중에는 개체의 나이, 성, 체중, 키, 체형, 병력(공동-병상태(co-morbidities), 약물치료, 등 포함), 질병 또는 의학적 증상(있는 경우)의 증상발현 및 카테고리화 및 의사에 의해 만들어진 기타 표준 임상 관찰결과 등을 포함하며, 이것으로 제한되지는 않는다. 또한 임상 변수중에서 포함되는 것은 환경적 인자 및 가족력 인자, 뿐만아니라 개체의 신체 유체에 존재하는 특이 분자의 농도를 측정하기 위한 기타 기술일 수 있고, 이것에는 표준 ELISA 테스트, 효소 활성에 대한 칼로리 기능성 어세이, 및 질량 분광분석법등이 포함되며, 이것으로 제한되지 않는다. 데이터는 x-레이 포토그래프, 뇌 스캔 또는 MRI와 같은 이미지 또는 생검, EKGs, 스트레스 테스트 또는 개체의 증상의 임의의 기타 측정으로부터 얻은 정보를 또한 포함한다.Raw data obtained from the MLSC tool is processed by image analysis software to generate data for cell populations and soluble factors that are the subject of the assay. This data is then passed to the database. Other data that may be stored with this cell population and soluble factor data for the purpose of establishing a correlation between the biological marker and the disease or medical condition include: Drug administration and pharmacokinetics Measurement of the concentration of metabolites); Clinical variables, including the age, sex, weight, height, body type, medical history (including co-morbidities, medications, etc.), and the manifestation and categorization of the disease or medical condition, if any And other standard clinical observations made by a physician, and the like. Also included among clinical variables may be environmental and family history factors, as well as other techniques for measuring the concentration of specific molecules present in the body fluids of an individual, including standard ELISA tests, calorie functional words for enzyme activity. Assays, mass spectrometry, and the like. The data also includes information from images such as x-ray photographs, brain scans or MRI, biopsies, EKGs, stress tests or any other measurement of the subject's symptoms.

정보학 시스템은 이어서 a) 데이터를 동일한 개체(질병 진행 또는 치료 평가 목적을 위해)로부터 및/또는 다른 개체(질병 진단을 위해)로부터 얻은 저장된 프로파일을 비교하고; 및 b) 새로운 프로파일을 유도하기 위해 데이터를 "마인(mines)"한다. 이런 방식으로, 진단 및 예후 정보는 데이터베이스로부터 얻을 수 있고, 데이터베이스에 의해 유도될 수 있다. 1999년 4월 26일자 "생물학적 마커 동정 시스템"의 명칭으로 출원된 미국 특허출원번호 제60/131,105호와 이 출원과 동시에 "표현형 및 생물학적 마커 동정 시스템"의 명칭으로 출원된 공동 소유의 미국 특허출원에 많은 다른 적용분야에서 MLSC의 사용에 대해 상세히 기재되어 있으며, 이들 모두는 특히 전체를 참조로서 본 명세서에 포함한다. 이 시스템은 종래 시스템으로는 공여(donor) 샘플 사이의 변수에 의해 방해되는 어세이에서 조차 확고하고 일관된 어세이 데이터를 제공할 수 있다. 적용은 질병 진행 및 치료 동안 세포-유형 집단 변화 및 용해성 인자 변화를 측정하기 위해 MLSC의 사용을 포함한다. 예를 들면, MLSC는 다발성 경색증 및 류마토이드 관절염에 대한 신규한 생물학적 마커를 동정하기 위해 사용될 수 있다.The informatics system then a) compares the stored profiles obtained from the same individual (for disease progression or treatment evaluation purposes) and / or from another individual (for disease diagnosis); And b) “mines” the data to derive a new profile. In this way, diagnostic and prognostic information can be obtained from a database and derived by the database. US patent application Ser. No. 60 / 131,105, filed April 26, 1999, entitled "Biological Marker Identification System," and co-owned US patent application filed under the name "Phenotype and Biological Marker Identification System" at the same time as this application. Is described in detail for the use of MLSCs in many other applications, all of which are specifically incorporated herein by reference in their entirety. This system can provide robust and consistent assay data even in assays that are hampered by variables between donor samples with conventional systems. Applications include the use of MLSCs to measure cell-type population changes and soluble factor changes during disease progression and treatment. For example, MLSCs can be used to identify novel biological markers for multiple infarction and rheumatoid arthritis.

본 발명은 생물학적 마커를 마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측법(MLSC)을 이용하여 분석하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 MLSC를 수행하기 위한 도구, 상기 도구로부터 얻은 이미지 데이터를 분석하기 위한 시스템 및 생물학적 마커 데이터와 의학적 정보와의 조화된 분석을 위한 정보학 시스템을 포함한다.The present invention relates to the analysis of biological markers using microvolume laser scanning cytometry (MLSC). The present invention includes a tool for performing MLSC, a system for analyzing image data obtained from the tool, and an informatics system for coordinated analysis of biological marker data and medical information.

도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 구현예에서 MLSC 도구의 광학적 구조를 나타낸다.1 shows the optical structure of an MLSC tool in one preferred embodiment of the present invention.

도 2A는 전환가능한 필터 스킴의 부분적인 회로 다이어그램이다.2A is a partial circuit diagram of a switchable filter scheme.

도 2B는 전환가능한 필터 스킴의 부분적인 회로 다이어그램이다.2B is a partial circuit diagram of a switchable filter scheme.

도 3은 서로이미지(surroImage) 프로세스의 흐름도이다.3 is a flowchart of a surroImage process.

도 4는 본 발명에 의해 예상된 하나의 파일 저장 구현예를 개략적으로 나타낸다. 데이터의 N 채널은 확장자, *.sm1로 지정된 바이너리 파일(binary file)로인터리브 포맷에 저장된다. 헤더는 다양한 데이터 포맷에 대해 허용하도록 선택된다.4 schematically illustrates one file storage implementation envisioned by the present invention. The N channels of data are stored in an interleaved format as a binary file designated with an extension, * .sm1. Headers are selected to allow for various data formats.

도 5는 베이스라인 분석 프로세스의 흐름도이다.5 is a flow chart of a baseline analysis process.

도 6은 세포 검출 프로세스의 흐름도이다.6 is a flow chart of a cell detection process.

도 7은 노이즈 분석 프로세스를 나타낸다.7 shows a noise analysis process.

도 8은 마스크(MASK) 발생 프로세스의 흐름도이다.8 is a flowchart of a mask generation process.

도 9는 세포를 발견하기 위한 8-포인트 연결성 룰(8-point Connectivity Rule)를 나타낸 흐름도이다.9 is a flow diagram illustrating an 8-point Connectivity Rule for discovering cells.

도 10은 본 발명에 의해 예상된 세포 분석의 가능한 유형을 나타낸다.10 shows possible types of cell assays predicted by the present invention.

도 11은 직경-모멘트 계산에 대한 가우스 피트 알고리즘(gaussian fit algorithm)을 비교한 플롯이다. 이미지: 각각의 포인트는 250 카운트와 동일한 RMS 노이즈로 1000 파티클(세포) 인공 이미지로부터 검출된 이들 파티클의 평균 직경값이다.FIG. 11 is a plot comparing the Gaussian fit algorithm for diameter-moment calculations. Image: Each point is the mean diameter value of these particles detected from 1000 particle (cell) artificial images with RMS noise equal to 250 counts.

도 12는 서로스캔 시스템의 정보학 구조의 흐름도이다.12 is a flowchart of an informatics structure of a mutual scan system.

본 발명은 마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측법(MLSC)을 수행하기 위한개선된 시스템을 제공한다. 이 시스템은 서로스캔(SurroScan) 시스템으로 명명된다. 이것은 가변 스캔율에서 작업할 수 있고, 네개의 다른 형광 채널에서 데이터를 동시적으로 수집할 수 있는 개선된 MLSC 도구를 포함한다. 본 발명은 MLSC 도구로부터 얻은 미가공 데이터에서 이미지 가공을 수행하기 위한 개선된 방법, 및 이 데이터를 연동 데이터베이스에서 작업하기 위한 개선된 방법을 포함한다. 본 명세서에 설명된 개선점은 빠른 다중-인자(multi-factorial) 질병 데이터베이스의 구축 및 사용을 매우 용이하게 한 것이다. 이 데이터베이스는 사용자가 a) 예후 또는 진단 결과를 얻기 위해 레이져 스캐닝 세포계측기로부터 얻은 혈액 프로파일을 알려진 질병으로 고통받는 개체의 저장된 프로파일과 비교하게 할 수 있고; 및 b) 사용자가 특정 질병에 대한 새로운 예후 및 진단 프로파일을 빠르게 구축하게 할 수 있고; c) 임의의 유기체에서 생물학적 마커 패턴과 질병 사이에 새로운 링크를 밝히게 한다.The present invention provides an improved system for performing microvolume laser scanning cytometry (MLSC). This system is called the SurroScan system. This includes an improved MLSC tool that can work at variable scan rates and can simultaneously collect data from four different fluorescent channels. The present invention includes improved methods for performing image processing on raw data obtained from MLSC tools, and improved methods for working this data in a linked database. The improvements described herein make it very easy to build and use a fast multi-factorial disease database. This database allows the user to a) compare the blood profile obtained from the laser scanning cytometer to a stored profile of an individual suffering from a known disease to obtain a prognostic or diagnostic result; And b) allow a user to quickly build a new prognosis and diagnostic profile for a particular disease; c) reveal new links between biological marker patterns and diseases in any organism.

정의Justice

본 명세서에서 사용된 용어 "생물학적 마커" 또는 "마커" 또는 "바이오마커"는 정상적인 생물학적 과정, 발병 과정 또는 치료적 개입에 대한 약리학적 반응의 표시기로서 측정되고 평가되는 특성을 의미한다. 치료적 개입에 대한 약리학적 반응은 이것으로 제한되는 것은 아니지만 일반적인 개입에 대한 반응(예를 들면, 효능), 개입에 대한 약물투여 반응, 개입의 부작용 프로파일 및 약물 동력학적 특성을 포함한다. 반응은 효과적인 또는 나쁜(예를 들면, 독성) 변화와 연관될 수 있다. 생물학적 마커는 발병 과정과 연결되어 변하고, 진단 및/또는 예후 유용성을 갖는 세포 또는 분자의 패턴 또는 전체적 효과를 포함한다.As used herein, the term “biological marker” or “marker” or “biomarker” means a property that is measured and evaluated as an indicator of pharmacological response to normal biological processes, pathogenesis or therapeutic intervention. Pharmacological responses to therapeutic interventions include, but are not limited to, responses to common interventions (eg, efficacy), drug response to interventions, adverse event profiles of interventions, and pharmacokinetic characteristics. The response can be associated with an effective or bad (eg toxic) change. Biological markers change in connection with the pathogenesis and include the pattern or the global effect of a cell or molecule having diagnostic and / or prognostic utility.

생물학적 마커는, 이것으로 제한되지는 않지만, 세포 집단 수 및 이들과 관련된 분자의 레벨, 용해성 인자의 레벨, 기타 분자의 레벨, 유전자 발현 레벨, 유전적 돌연변이 및 질병의 존재 및 진행, 정상적인 생물학적 과정, 및 치료에 대한 반응과 연관될 수 있는 임상 변수를 포함한다. 임상 실습 및 약물 개발 모두에 현재 사용되는 단일 생물학적 마커는 콜레스테롤, PSA, CD4 T세포, 및 바이러스성 RNA가 포함된다. 고 콜레스테롤과 심장 질환, PSA와 전립선암, 및 CD4 양성 T 세포와 바이러스성 RNA 및 AIDS 사이의 공지된 연관성과 달리, 대부분의 다른 질병과 관련된 생물학적 마커는 아직 동정되지 않았다. 결과적으로, 비록 정부 기관 및 제약 회사들이 임상적인 실험에 사용하기 위한 생물학적 마커의 개발에 총력을 기울이지만, 약 개발에서 생물학적 마커의 용도는 아직까지 제한되어 있다.Biological markers include, but are not limited to, the number of cell populations and levels of molecules associated with them, levels of soluble factors, levels of other molecules, levels of gene expression, presence and progression of genetic mutations and diseases, normal biological processes, And clinical variables that may be associated with response to treatment. Single biological markers currently used in both clinical practice and drug development include cholesterol, PSA, CD4 T cells, and viral RNA. Unlike the known association between high cholesterol and heart disease, PSA and prostate cancer, and CD4 positive T cells and viral RNA and AIDS, no biological markers associated with most other diseases have yet been identified. As a result, although government agencies and pharmaceutical companies focus their efforts on the development of biological markers for use in clinical trials, the use of biological markers in drug development is still limited.

비제한 실시예로서, 생물학적 마커는 정상적인 생물학적 상태, 질병 또는 의학적 증상과 개별적인 관계를 갖는 것으로 주로 생각되어진다. 예를 들면 심장질환의 증가된 위험성은 고 콜레스테롤과 관련있고, 전립선암의 증가된 위험성은 증가하는 PSA 레벨과 관련있고, AIDS의 존재/진행은 감소된 CD4 T 세포 및 증가된 바이러스성 RNA와 관련있다. 그러나, 다양한 질병 또는 의학적 증상에 대한 유용한 마커는 현저하게 복잡한 패턴으로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 특이 세포 유형상의 하나 이상의 특이 세포 표면 항원의 감소된 레벨은 이것이 하나 이상의 용해성 단백질, 예를 들면 아마도 사이토카인의 증가된 레벨과 관련되어 밝혀지는 경우, 특별히 자가면역 질환의 전조가 된다는 것이 밝혀질 수 있었다. 따라서, 본 발명의 목적을 위해, 생물학적 마커는 다수의 표시기의 패턴으로 언급될 수도 있다.As a non-limiting example, biological markers are primarily thought to have individual relationships with normal biological conditions, diseases or medical conditions. For example, increased risk of heart disease is associated with high cholesterol, increased risk of prostate cancer is associated with increased PSA levels, and the presence / progression of AIDS is associated with decreased CD4 T cells and increased viral RNA. have. However, useful markers for various diseases or medical conditions may consist of significantly complex patterns. For example, reduced levels of one or more specific cell surface antigens on specific cell types are particularly prognostic of autoimmune diseases if they are found to be associated with increased levels of one or more soluble proteins, such as cytokines. Could turn out. Thus, for the purposes of the present invention, biological markers may be referred to as patterns of multiple indicators.

본 명세서에 사용된 용어 "생물학적 마커 동정 시스템"은 환자 집단으로부터 정보를 획득하고, 데이터를 연관시킬 수 있고, 생물학적 마커를 동정할 수 있는 방식으로 상기 정보가 흡수되어지는 시스템을 의미한다. 생물학적 마커 동정 시스템은 다수의 데이터 카테고리, 상기 데이터 카테고리 각각에 대응하는 다수 개체로부터 얻은 데이터, 및 데이터 카테고리 내에 데이터를 연관시키기 위한 가공 수단을 포함하는 통합된 데이터베이스를 포함하고, 여기서 데이터 카테고리의 연관 분석은 상기 질병 또는 의학적 증상을 갖는 개체가 상기 질병 또는 의학적 증상을 갖지 않는 개체와 구별되어질 수 있는 데이터 카테고리 또는 카테고리들을 동정하기 위해 만들어질 수 있고, 여기서 상기 동정된 카테고리 또는 카테고리들은 상기 질병 또는 의학적 증상에 대한 마커이다. 추가로, 마커는 다른 시점에서, 예를 들면 약물의 투여 전 및 후에 단일 개체에 대한 다양한 데이터 카테고리에서 데이터를 비교하는 것으로 동정될 수 있다. 서로스캔으로 명명된 본 출원의 MLSC 시스템은 생물학적 동정 시스템의 실예이다.As used herein, the term “biological marker identification system” refers to a system in which information is absorbed in such a way that it can obtain information from a patient population, correlate data, and identify biological markers. The biological marker identification system includes an integrated database comprising a plurality of data categories, data from a plurality of individuals corresponding to each of the data categories, and processing means for associating data within the data categories, wherein the associative analysis of data categories Can be made to identify data categories or categories in which an individual with the disease or medical condition can be distinguished from an individual without the disease or medical condition, wherein the identified category or categories are the disease or medical condition. Is a marker for. In addition, markers can be identified at different time points, for example, comparing data in various data categories for a single individual before and after administration of the drug. The MLSC system of the present application, named each other scan, is an example of a biological identification system.

본 명세서에 사용된 용어 "데이터 카테고리"는 개체에 대해 인식될 수 있는 모든 유형의 측정을 의미한다. 본 발명에서 유용한 데이타 카테고리의 실예는 이것으로 제한되지 않지만 개체의 생물학적 유체중의 세포 집단 또는 이들과 관련된 분자의 수와 유형, 개체의 생물학적 유체중의 용해성 인자의 수와 유형, 개체의 임상 변수와 연관된 정보, 개체의 생물학적 유체의 ㎖당 세포 체적측정의 수(cell volumetric counts), 개체의 생물학적 유체중에 소분자의 수와 유형, 및 개체의 DNA와 관련된 게놈 정보 등이 포함된다. 예를 들면, 단일 데이터 카테고리는 개체의 혈액중에서 IL-1의 농도를 나타낸다. 추가로, 데이터 카테고리는 혈액 및 소변중에서 약물 또는 그의 대사산물의 레벨이 될 수 있다. 추가로, 데이터 카테고리의 실예는 절대적인 CD4 T 세포수일 수 있다.As used herein, the term “data category” means any type of measurement that can be recognized for an individual. Examples of data categories useful in the present invention include, but are not limited to, the number and type of cell populations or molecules associated therewith in the individual's biological fluid, the number and type of solubility factors in the biological fluid of the individual, Associated information, cell volumetric counts per milliliter of the subject's biological fluid, the number and type of small molecules in the subject's biological fluid, and genomic information related to the subject's DNA. For example, a single data category represents the concentration of IL-1 in the blood of an individual. In addition, the data category can be the level of the drug or its metabolite in blood and urine. In addition, an example of a data category may be an absolute CD4 T cell number.

본 명세서에 사용된 용어 "생물학적 유체"는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 혈액(전체 혈액, 붉은 혈액 세포 용해에 의한 제조된 백혈구, 주변 혈액 단핵 세포, 혈장 및 혈청), 가래, 침, 소변, 정액, 뇌척수액, 기관지 대기음, 땀, 배설물, 활액, 임파액, 눈물 및 임의의 유기체로부터 얻은 부드러운 조직을 포함한 임의의 생물학적 물질을 의미한다. 생물학적 유체는 전형적으로 세포 및 그들의 관련된 분자, 용해성 인자, 소분자 및 기타 물질을 포함한다. 혈액은 많은 이유로 본 발명에서 바람직한 생물학적 유체이다. 첫째, 이것은 용이하게 이용할 수 있고 여러번 뽑아낼 수 있다. 혈액은 시간이 경과하면 골수의 전구체로부터 어느 정도 보충한다. 혈액은 항원공격에 대해 반응성이고 항원공격의 메모리를 갖는다. 혈액은 중심적으로 위치되고 순환하며, 신체 전반의 변화에 대해 잠재적으로 기록한다. 혈액은 표면 분자, 내부 분자 및 개별 세포와 관련된 분비된 분자를 포함하여 다수의 세포 집단을 포함한다. 혈액은 또한 사이토카인, 항체, 급성기 단백질 등과 같은 자기유래 및 화학약품 및 감염성 질병의 산물과 같은 외래의 용해성 인자를 모두 포함한다.As used herein, the term “biological fluid” is not limited to, but is not limited to, blood (whole blood, leukocytes produced by red blood cell lysis, peripheral blood mononuclear cells, plasma and serum), sputum, saliva, urine, semen , Any biological material, including cerebrospinal fluid, bronchial air, sweat, feces, synovial fluid, lymphatics, tears, and soft tissue from any organism. Biological fluids typically include cells and their related molecules, solubility factors, small molecules, and other materials. Blood is a preferred biological fluid in the present invention for many reasons. First, it is readily available and can be extracted many times. Blood replenishes to some extent from the precursors of the bone marrow over time. Blood is reactive to challenge and has a memory of challenge. Blood is centrally located and circulated and potentially records changes throughout the body. Blood includes a large number of cell populations, including surface molecules, internal molecules, and secreted molecules associated with individual cells. The blood also contains both foreign-derived soluble factors such as self-derived and chemicals such as cytokines, antibodies, acute phase proteins and the like and products of infectious diseases.

본 명세서에 사용된 용어 "세포 집단"은 공통의 특성을 갖는 세포의 무리를 의미한다. 상기 특성은 한개, 두개, 세개 또는 그 이상의 세포 관련 분자의 존재 및 레벨, 크기 등을 포함할 수 있다. 한개, 두개 또는 그 이상의 세포 관련 분자는 세포 집단을 정의할 수 있다. 일반적으로 일부의 추가 세포 관련 분자는 세포 집단을 추가로 서브셋(subset) 하는데 사용될 수 있다. 세포 집단은 세포 레벨에서 동정되고 단백질 레벨에서는 동정되지 않는다. 세포 집단은 한개, 두개 또는 그 이상의 분자에 의해 정의될 수 있다. 임의의 세포 집단은 잠재적인 마커이다.As used herein, the term "cell population" refers to a group of cells having common characteristics. Such properties may include the presence, level, size, etc. of one, two, three or more cell-related molecules. One, two or more cell-related molecules can define a cell population. In general, some additional cell related molecules can be used to further subset the cell population. Cell populations are identified at the cellular level and not at the protein level. Cell populations may be defined by one, two or more molecules. Any cell population is a potential marker.

본 명세서에 사용된 용어 "세포 관련 분자"는 세포와 관련된 임의의 분자를 의미한다. 이것은 이것으로 제한되는 것은 아니지만: 1) 단백질, 당단백질, 지질 및 당지질과 같은 내재성 세포 표면 분자; 2) 그들의 수용체에 결합된 사이토카인, Fc 수용체에 결합된 면역글로블린, B 세포 또는 T 세포 수용체에 결합된 외래 항원 및 자기유래 항원에 결합된 자가-항체와 같은 외래성 세포 표면 분자; 3) 사이토플라스믹(cytoplasmic) 단백질, 탄수화물, 지질과 mRNA, 및 핵 단백질과 DNA(게놈 및 체세포 핵산 포함)와 같은 내재성 내부 분자; 및 4) 바이러스성 단백질 및 핵산과 같은 외래성 내부 분자를 포함한다. 바람직한 세포 관련 분자는 전형적으로 세포 표면 단백질이다. 실예로서, 수백개의 백혈구 세포 표면 단백질 또는 항원이 있고, 이들은 백혈구 분화 항원(현재 CD 166을 통한 CD 항원 포함), 항원 수용체(예를 들면, B 세포 수용체, 및 T 세포 수용체), 및 주조직적합복합체를 포함한다.이들의 종류의 각각은 방대한 수의 단백질을 포함한다.As used herein, the term "cell related molecule" means any molecule associated with a cell. This is not limited to: 1) endogenous cell surface molecules such as proteins, glycoproteins, lipids and glycolipids; 2) foreign cell surface molecules such as cytokines bound to their receptors, immunoglobulins bound to Fc receptors, foreign antigens bound to B cell or T cell receptors, and self-antibodies bound to self-derived antigens; 3) endogenous internal molecules such as cytoplasmic proteins, carbohydrates, lipids and mRNA, and nuclear proteins and DNA (including genomic and somatic nucleic acids); And 4) exogenous internal molecules such as viral proteins and nucleic acids. Preferred cell related molecules are typically cell surface proteins. For example, there are hundreds of leukocyte cell surface proteins or antigens, which are leukocyte differentiation antigens (currently including CD antigens via CD 166), antigen receptors (eg, B cell receptors, and T cell receptors), and major histocompatibility. Complexes, each of which contains a vast number of proteins.

본 명세서에 사용된 "용해성 인자"는 생물학적 유체, 전형적으로 혈액에서 발견되는 임의의 용해성 분자를 의미한다. 용해성 인자는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 용해성 단백질, 탄수화물, 지질, 당단백질, 스테로이드, 기타 소분자, 및 상기 성분의 임의의 착물, 예를 들면, 사이토카인 및 용해성 수용체; 항체와 항원; 및 임의의 것과 착화된 약물이 포함된다. 용해성 인자는 사이토카인, 항체, 급성기 단백질 등과 같은 자기유래의 것 및 화학약품과 감염성 질환의 생성물과 같은 외래의 것일 수 있다. 용해성 인자는 개체에 의해 생성된 내재성일 수 있고 또는 바이러스, 약물 또는 환경적인 독소와 같은 외인성일 수 있다. 용해성 인자는 프로스타글라딘, 비타민, 대사산물(예를 들면, 철, 설탕, 아미노산 등), 약물, 약의 대사산물과 같은 소분자 화합물일 수 있다.As used herein, "soluble factor" refers to any soluble molecule found in biological fluids, typically blood. Solubility factors include, but are not limited to, soluble proteins, carbohydrates, lipids, glycoproteins, steroids, other small molecules, and any complexes of such components, such as cytokines and soluble receptors; Antibodies and antigens; And drugs complexed with any. Soluble factors can be self-derived such as cytokines, antibodies, acute phase proteins and the like and foreign ones such as products of chemicals and infectious diseases. Soluble factors may be endogenous produced by an individual or may be exogenous such as viruses, drugs or environmental toxins. Solubility factors can be small molecule compounds such as prostagladins, vitamins, metabolites (eg, iron, sugar, amino acids, etc.), drugs, and metabolites of drugs.

본 명세서에서 사용된 용어 "소분자" 또는 "유기분자" 또는 "소 유기분자"은 분자량이 2 내지 2,000인 용해성 인자 또는 세포 관련된 인자를 의미한다. 소분자는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 프로스타글라딘, 비타민, 대사산물(예를 들면, 철, 설탕, 아미노산 등), 약물 및 약 대사산물을 포함할 수 있다.As used herein, the term “small molecule” or “organic molecule” or “small organic molecule” means a soluble factor or cell related factor having a molecular weight of 2 to 2,000. Small molecules may include, but are not limited to, prostagladins, vitamins, metabolites (eg, iron, sugars, amino acids, etc.), drugs, and drug metabolites.

본 명세서에 사용된 용어 "질병 또는 의학적 증상"은 임의의 유기체에서 신체 기능, 시스템 또는 기관의 방해, 중지, 장해 또는 변화를 의미한다. 질병 또는 의학적 증상의 실예는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 면역성 및 염증성 증상, 암, 심장혈관 질환, 감염성 질환, 정신과적 증상, 비만 및 기타 다른 질병을 포함한다. 설명을 통해, 면역성 및 염증성 증상은 자가면역 질환을 포함하고, 이것에는 또한 류마티스성 관절염(RA), 다발성 경화증(MS), 당뇨병 등이 더 포함된다.As used herein, the term "disease or medical condition" refers to the disruption, interruption, impairment, or change in body function, system or organ in any organism. Examples of diseases or medical conditions include, but are not limited to, immune and inflammatory symptoms, cancer, cardiovascular diseases, infectious diseases, psychiatric symptoms, obesity and other diseases. By way of explanation, immune and inflammatory symptoms include autoimmune diseases, which also further include rheumatoid arthritis (RA), multiple sclerosis (MS), diabetes and the like.

본 명세서에 사용된 용어 "임상 변수"는 질병 또는 의학적 증상과 관련되어 임상 세팅(setting)에서 얻어질 수 있는 정보를 의미한다. 임상 변수의 실예는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 나이, 성, 체중, 키, 체형, 병력, 민족색, 가족력, 유전적 요인, 환경적 요인, 질병 또는 의학적 증상의 증상발현 또는 카테고리화, 및 혈압, MRI, x-레이, 등과 같은 임상 실험의 임의의 결과를 포함한다.As used herein, the term “clinical variable” means information that can be obtained in clinical settings in connection with a disease or medical condition. Examples of clinical variables include, but are not limited to, age, sex, weight, height, body type, medical history, ethnicity, family history, genetic factors, environmental factors, symptom manifestation or categorization of disease or medical condition, and blood pressure And any results of clinical trials such as MRI, x-rays, and the like.

본 명세서에 사용된 용어 "임상 종점"은 환자가 어떻게 느끼고 기능하고 또는 살아남는지를 측정하는 특성 또는 변수를 의미한다.As used herein, the term “clinical endpoint” means a characteristic or variable that measures how a patient feels, functions or survives.

본 명세서에 사용된 용어 "마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측법" 또는 "MLSC" 또는 "MLSC 시스템"은 형광적으로 라벨화된 검출 분자를 사용하고, 샘플을 형광 방출이 기록되는 광학적 스캐닝으로 처리하여 소량의 샘플에서 구성요소의 존재를 검출하는 방법을 의미한다. 상기 MLSC 시스템은 다른 기술과 구별되는 여러가지 중요한 특징을 가지고 있다: 즉, 1) 혈액의 소량(5 내지 50㎕)만이 많은 어세이를 위해 요구되어진다; 2) 절대적인 세포수(세포/㎕)를 얻는다; 및 3) 어세이는 전혈에서 또는 정제된 백색 혈액 세포에서 직접적으로 실행될 수 있다. 이 기술의 이행은 혈액의 단일 회수로부터 수백개의 다른 세포 집단의 측정을 용이하게 할 것이다. MLSC 기술은 미국 특허 제5,547,849호 및 제5,556,764호 및 다이츠 등에 의한 문헌[Cytometry 23 : 177-189(1996)], 1998년 8월 21일자로 "레이져-스캐너 공초점 시간-분해된 형광 분광학 시스템"의 명칭으로 미국 가출원된 제60/097,506호 및 1999년 8월 20일자로 "마이크로볼륨 레이져-스캐닝 세포계측기를 위한 신규한광학 구조"의 명칭으로 출원된 미국 출원번호 제09/378,259호에 설명되어 있고, 이들 각각은 전체로서 본 명세서에 포함된다. 마이크로볼륨 모세관을 이용하는 레이져 스캐닝 세포계측법은 전혈, 가공된 혈액 및 생물학적 유체를 포함하는 기타 유체중에서 형광색으로 라벨화된 세포를 모니터링하는 강력한 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 소량의 혈액으로부터 다중 생물학적 마커를 동시적으로 측정하는 MLSC 도구의 용량을 개선시키는 것으로 MLSC 기술을 개선하는 것이다. 본 발명의 개선된 MLSC 시스템은 "서로스캔 시스템"으로 명명된다.As used herein, the term "microvolume laser scanning cytometry" or "MLSC" or "MLSC system" employs fluorescently labeled detection molecules and the sample is treated with optical scanning in which fluorescence emission is recorded to produce a small amount of A method of detecting the presence of a component in a sample. The MLSC system has several important features that distinguish it from other technologies: 1) only a small amount of blood (5-50 μl) is required for many assays; 2) obtaining absolute cell count (cells / μl); And 3) the assay can be performed directly in whole blood or in purified white blood cells. Implementation of this technique will facilitate the measurement of hundreds of different cell populations from a single recovery of blood. MLSC technology is described in US Pat. Nos. 5,547,849 and 5,556,764 and by Daitsu et al., Cytometry 23: 177-189 (1996), Aug. 21, 1998, "Laser-scanner confocal time-resolved fluorescence spectroscopy system." US Provisional Application No. 09 / 378,259, filed under the application of US Provisional Application No. 60 / 097,506 and "Novel Optical Structures for Microvolume Laser-Scanning Cytometry", issued August 20, 1999 Each of which is incorporated herein in its entirety. Laser scanning cytometry using microvolume capillaries provides a powerful way to monitor fluorescently labeled cells in whole blood, processed blood and other fluids, including biological fluids. The present invention also improves MLSC technology by improving the dose of MLSC tools that simultaneously measure multiple biological markers from small amounts of blood. The improved MLSC system of the present invention is named "Surroscan System".

본 명세서에 사용되는 용어 "검출 분자"는 목적 분자, 특히 단백질에 결합할 수 있는 임의의 분자를 의미한다. 바람직한 검출 분자는 항체이다. 항체는 모노클로날 또는 폴리클로날일 수 있다.As used herein, the term “detecting molecule” refers to a molecule of interest, particularly any molecule capable of binding to a protein. Preferred detection molecules are antibodies. The antibody may be monoclonal or polyclonal.

본 명세서에 사용되는 용어 "염료", "형광단(fluorophore)", "형광 염료"는 레이져에 의해 여기되어 형광을 발할 수 있는 분자를 의미하는 것으로 상호적으로 사용된다. 상기 염료는 전형적으로 본 발명의 검출 분자에 직접적으로 연결되는 것이지만, 간접 결합이 또한 여기에 포괄된다. 많은 염료가 이 분야에 공지되어 있다. 특별히 바람직한 구현예에서, 스펙트럼의 붉은 영역(>600nm)에서 여기될 수 있는 형광단이 사용된다. 두개의 붉은 염료는 Cy5 및 Cy5.5가 전형적으로 사용된다. 이들은 방출 피크 665 및 696 나노미터를 각각 갖고, 항체에 용이하게 결합될 수 있다. 이들 모두는 헬륨-네온 레이져로 633nm에서 여기될 수 있다. 사용될 수 있는 세개의 붉은 염료 세트는 Cy5, Cy5.5 및 Cy7 또는 Cy5, Cy5.5 및 Cy7- APC를 포함한다. 1999년 7월 6일에 "결합된 형광 염료, 이들의 제조방법 및 이들의 어세이에서의 용도"의 명칭으로 출원된 미국 가출원 제60/142,477호 참조.As used herein, the terms "dye", "fluorophore", "fluorescent dye" are used interchangeably to mean molecules that are excited by a laser and can fluoresce. Such dyes are typically directly linked to the detection molecules of the present invention, but indirect bonds are also encompassed herein. Many dyes are known in the art. In a particularly preferred embodiment, fluorophores are used which can be excited in the red region of the spectrum (> 600 nm). Two red dyes are typically used for Cy5 and Cy5.5. They have emission peaks 665 and 696 nanometers, respectively, and can be easily bound to the antibody. All of these can be excited at 633 nm with a helium-neon laser. Three sets of red dyes that may be used include Cy5, Cy5.5 and Cy7 or Cy5, Cy5.5 and Cy7-APC. See U.S. Provisional Application No. 60 / 142,477, filed July 6, 1999 entitled "Combined Fluorescent Dyes, Methods for Making and Uses in Assays".

본 명세서에 사용된 용어 "파티클"은 생물학적 마커에 대한 정보를 얻기 위해 MLSC에 의해 검출되어지는 임의의 거대 분자 구조를 의미한다. 일부의 구현예에서, 검출되어지는 파티클은 세포이고, 다른 구현예에서, 검출되어지는 파티클은 항체-라벨화된 비드이다.As used herein, the term "particle" refers to any macromolecular structure that is detected by MLSC to obtain information about biological markers. In some embodiments, the particle to be detected is a cell, and in other embodiments, the particle to be detected is antibody-labeled beads.

본 발명은 서로스캔 시스템으로 명명되거나 또는 간단히 서로스캔이라고 명명되는 개선된 마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측법("MLSC")을 제공한다. 종래 시스템은 미국 특허 번호 제5,547,849호 및 제5,556,764호, 1999년 4월 26일자로 "생물학적 마커 동정 시스템"의 명칭으로 출원된 미국 가 특허출원 제60/131,105호, 1998년 8월 21일자로 "레이져-스캐너 공초점 시간-분해된 형광 분광학 시스템"의 명칭으로 출원된 미국 가 특허출원 제60/097,506호, 다이에츠 등의 문헌(Cytometry 23:177-186(1996)) 및 1999년 8월 20일자로 "마이크로볼륨 레이져-스캐닝 세포계측기를 위한 신규한 광학 구조"의 명칭으로 출원된 미국 특허 출원 제09/378,259호에 설명되어 있으며, 이들 각각은 모두 전체로서 본 명세서에 참조로서 포함된다. 바이오메트릭 이미징 인코포레이티드(Biometric Imaging Inc.)로부터 시판되는 Imagn 2000 시스템은 종래 MLSC 시스템의 실예이다.The present invention provides an improved microvolume laser scanning cytometry (“MLSC”), referred to as a mutual scan system, or simply referred to as a mutual scan. Conventional systems are described in US Pat. Nos. 5,547,849 and 5,556,764, filed April 26, 1999, entitled "Biological Marker Identification System," US Provisional Patent Application 60 / 131,105, filed August 21, 1998. US Provisional Patent Application 60 / 097,506, Dieto et al. (Cytometry 23: 177-186 (1996), filed under the name of a laser-scanner confocal time-resolved fluorescence spectroscopy system) and August 20, 1999. It is described in US patent application Ser. No. 09 / 378,259, filed on the date of "Novel Optical Structures for Microvolume Laser-Scanning Cytometers," each of which is incorporated herein by reference in its entirety. The Imagn 2000 system commercially available from Biometric Imaging Inc. is an example of a conventional MLSC system.

본 발명의 개선된 MLSC 시스템은 다음과 같은 구성요소를 포함한다.The improved MLSC system of the present invention includes the following components.

(a) 분석 샘플로부터 미가공 데이터를 얻기 위한 전자 제어 시스템을 포함하는 MLSC 도구;(a) an MLSC tool comprising an electronic control system for obtaining raw data from an analytical sample;

(b) MLSC 도구로부터 미가공 데이터를 수집하고 보강하기 위한 이미지 분석시스템; 및(b) an image analysis system for collecting and enriching raw data from MLSC tools; And

(c) 다중-파라미터 어세이 디자인, 도구 제어, 최종 데이터 분석 및 데이타 아카이빙(archiving)을 위한 통합된 정보학 구조.(c) Integrated informatics structure for multi-parameter assay design, tool control, final data analysis, and data archiving.

현 발명은 MLSC의 작동의 여러가지 중요한 측면에서 현저한 개선점을 제공한다: a) MLSC 광학; b) MLSC 제어 전자공학; c) 이미지 디스플레이 및 분석 알고리즘; 및 d) 정보학 구조. 본 발명은 또한 이미지 디스플레이를 위한 및 데이터를 산업 표준 흘림 세포계측 표준(Flow Cytometry Standard, .FCS 파일 포맷)으로 전환하기 위한 개선된 방법을 제공한다.The present invention provides significant improvements in several important aspects of the operation of MLSC: a) MLSC optics; b) MLSC control electronics; c) image display and analysis algorithms; And d) informatics structure. The present invention also provides an improved method for image display and for converting data into an industry standard Flow Cytometry Standard (.FCS file format).

MLSC 도구MLSC tools

서로스캔 시스템은 MLSC 수단의 광학 구조에서 현저한 개선점을 제공한다. 이전의 MLSC 도구는 전형적으로 두개의 채널에서 형광 시그널을 검출할 수 있고, 이것으로 단일 실험에서 동시적으로 검출될 수 있는 분석물의 수를 제한하였다. 일부의 적용에서, 특정한 세포를 동정하기 위해 둘 이상의 다른 형광 시그널을 검출하는 것이 필요하다. 예를 들면, 세개 또는 그 이상의 항원의 동시적인 측정은 일부의 세포 집단, 예를 들면 CD4, CD45RA 및 CD62L를 발현하는 원시 T 세포를 동정하기 위해 요구되어진다. 본 발명의 개선된 서로스캔 도구는 적어도 네개의 분리된 형광 시그널을 검출할 수 있고, 이것으로 적어도 네개의 분리 형광 시약을 단일 실험에서 사용하게 한다. 개선된 광학 배치의 하나의 구현예를 도 1에 나타낸다. 모세관 어레이(10)는 분석을 위한 샘플을 포함한다. 바람직한 구현예에서, 시준된 여기광이 하나 이상의 레이져에 의해 제공된다. 특히 바람직한 구현예에서, 633nm의 여기광은 He-Ne 레이져(11)에 의해 제공된다. 이 파장은 생물학적 물질의 자가형광과 관련된 문제를 피한다. 레이져의 전력은 3 내지 17mW로 증가된다. 높은 레이져 전력은 두개의 잠재적인 잇점, 증가된 감도 및 증가된 스캐닝 속도를 갖는다. 시준된 레이져광은 여기 유이색적(dichroic) 필터(12)에 의해 편향된다. 반사에 의해, 광선은 검류계-구동된 스캔 미러(13)에 투사된다. 스캔 미러는 검류계에 의해 고정된 범위의 각도, 예를 들면 +/- 2.5 도를 지나 빠르게 진동될 수 있다. 스캐닝 미러는 투사광을 스캔 미러가 현미경 대물렌즈(16)의 진입 동공 상에 상을 맺는 두개의 릴레이 렌즈(14) 및 (15)로 반사한다. 이 광학 배치는 미러에서 특정 스캔된 각도를 현미경 대물렌즈의 촛점에서 특정 필드 위치(specific field position)로 전환한다. 상기 +/- 각도 뻐침(sweep)은 대물렌즈의 촛점에서 1㎜ 스캔 폭을 가져온다. 스캔 각도와 필드 위치 사이의 관계는 이 배치의 이 각도 범위에서 필수적으로 선형이다. 게다가, 현미경 대물렌즈는 들어오는 시준된 빔을 대물렌즈의 촛점 평면에서 한 점으로 맞춘다. 광 해상도를 정하는 점 직경은 시준된 빔의 직경과 대물렌즈의 촛점 길이에 의해 결정된다.The interscan system provides a significant improvement in the optical structure of the MLSC means. Previous MLSC tools typically can detect fluorescence signals in two channels, which limits the number of analytes that can be detected simultaneously in a single experiment. In some applications, it is necessary to detect two or more different fluorescent signals to identify specific cells. For example, simultaneous determination of three or more antigens is required to identify primitive T cells expressing some cell populations, such as CD4, CD45RA and CD62L. The improved interscan tool of the present invention can detect at least four separate fluorescence signals, thereby allowing the use of at least four separate fluorescence reagents in a single experiment. One embodiment of an improved optical arrangement is shown in FIG. 1. Capillary array 10 includes a sample for analysis. In a preferred embodiment, collimated excitation light is provided by one or more lasers. In a particularly preferred embodiment, 633 nm excitation light is provided by the He-Ne laser 11. This wavelength avoids the problems associated with autofluorescence of biological materials. The power of the laser is increased to 3 to 17 mW. High laser power has two potential advantages, increased sensitivity and increased scanning speed. The collimated laser light is deflected by an excitation dichroic filter 12. By reflection, the light beam is projected onto the galvanometer-driven scan mirror 13. The scan mirror can be vibrated rapidly over a fixed range of angles, for example +/- 2.5 degrees, by the galvanometer. The scanning mirror reflects the projection light into two relay lenses 14 and 15 in which the scan mirror forms an image on the entrance pupil of the microscope objective lens 16. This optical placement converts a particular scanned angle in the mirror to a specific field position at the focal point of the microscope objective. The +/- angle sweep results in a 1 mm scan width at the focus of the objective lens. The relationship between the scan angle and the field position is essentially linear in this angle range of this arrangement. In addition, the microscope objective aims the incoming collimated beam at a point in the focal plane of the objective. The spot diameter that defines the optical resolution is determined by the diameter of the collimated beam and the focal length of the objective lens.

뻐친 여기 빔의 통로에 위치된 형광 샘플은 스토크스-이동된 광선을 방출한다. 이 광선은 대물렌즈에 의해 수집되고 시준된다. 이 시준광은 여전히 시준된 두개의 릴레이 렌즈(14) 및(15)로부터 나타나고 이것을 반사하고 탈스캔하는 스캔 미러상에 충돌한다. 스토크스-이동된 광선은 이어서 유이색적 여기 필터(이것은 단파장광을 반사하고 장파장광은 통과하게 한다)를 통과하고, 이어서 임의의 반사된 여기 광선을 여과해내기 위해 추가로 제공하는 제 1 롱패스 필터(17)을 통과한다.Fluorescent samples located in the passage of the cucked excitation beam emit Stokes-shifted light rays. This ray is collected and collimated by the objective lens. This collimation light still appears from the two relay lenses 14 and 15 collimated and impinges on the scan mirror which reflects and descans it. The Stokes-shifted light is then passed through a uniquely colored excitation filter (which reflects short wavelength light and allows long wavelength light to pass), followed by a first long pass which further provides to filter out any reflected excitation light. Pass through the filter (17).

본 발명의 개선된 수단은 일련의 또 다른 유이색적 필터를 사용하여 스토크스-이동된 광선을 네개의 다른 방출 밴드로 분리한다. 제 1 형광 유이색(dichroic)(18)은 두개의 가장 푸른 형광색을 두개의 가장 붉은 색으로부터 나눈다. 두개의 가장 푸른 색은 이어서 촛점 밖의 임의의 형광 시그널을 현저하게 감소시키기 위해 제 1 촛점 렌즈(20)을 통해 제 1 구멍(19)상에 촛점이 맞추어진다. 구멍을 통과한 후에, 제 2 형광 유이색(21)은 개개의 푸른색을 서로서로 추가로 분리한다. 개개의 푸른 색은 이어서 두개의 분리 광전자증배관(22) 및(23)에 파스된다. 두개의 가장 붉은 색은 제 1형광 유이색(18)에 의해 두개의 가장 푸른 색으로부터 나누어진 후 제 2 롱패스 필터(25), 미러(26) 및 제 2촛점렌즈(27)을 통해 제 2구멍(24)에 촛점이 맞추어진다. 구멍(24)를 통해 통과한 후에, 가장 붉은 색은 제 3의 형광 유이색(28)에 의해 서로서로 분리된다. 이어서 개개의 붉은 색은 광전자증배관(29) 및 (30)에 파스된다. 이런 방식으로, 네개의 분리 형광 시그널은 동시에 모세관에 고정된 샘플로부터 개개의 광전자증배관으로 전송될 수 있다. 우선적으로, 이 개선점은 동시에 네개의 분리 분석물을 모니터할 수 있게 한다. 각각의 광전자증배관은 들어오는 형광 광자 플럭스에 반응하여 전자전류를 발생한다. 이들 개개의 전류는 검출 전자기기에서 하나 이상의 전치 증폭기에 의해 전압을 분리하기 위해 전환된다. 전압은 스캔된 이미지에 대한 픽셀 강도값을 결정하기 위해 아날로그에서 디지탈으로의 전환기에 의해 규칙적인 간격으로 샘플화된다. 본 발명의 네개의 채널은 채널 0, 1, 2 및 3으로 명명된다.An improved means of the present invention uses another series of dissimilar filters to separate Stokes-shifted light rays into four different emission bands. The first fluorescent dichroic 18 divides the two bluest fluorescent colors from the two reddest colors. The two bluest colors are then focused on the first aperture 19 through the first focus lens 20 to significantly reduce any fluorescence signal out of focus. After passing through the hole, the second fluorescent unique color 21 further separates the individual blue colors from each other. The individual blue color is then parsed into two separate photomultipliers 22 and 23. The two most reddish colors are divided from the two most blue colors by the first fluorescence unique color 18 and then the second through the second long pass filter 25, the mirror 26 and the second focus lens 27. The hole 24 is in focus. After passing through the hole 24, the reddest colors are separated from each other by the third fluorescent unique color 28. The individual red color is then parsed into the photomultiplier tubes 29 and 30. In this way, four separate fluorescence signals can be sent from the sample fixed to the capillary to the individual photomultiplier tubes at the same time. First of all, this improvement allows the monitoring of four separate analytes simultaneously. Each photomultiplier generates an electron current in response to the incoming fluorescent photon flux. These individual currents are switched in order to isolate the voltage by one or more preamplifiers in the detection electronics. The voltage is sampled at regular intervals by an analog to digital converter to determine the pixel intensity value for the scanned image. The four channels of the present invention are named channels 0, 1, 2 and 3.

단일 여기 파장, 예를 들면 He-Ne 레이져로부터 633㎚를 사용하여 얻어지는 데이터를 의미있게 하기 위해, 단일 여기 파장으로부터 여기될 수 있고, 뚜렷하게, 최소로 겹치는 파장을 방출하는 염료가 요구된다. He-Ne 레이져를 사용하는 세개의 채널 검출 시스템을 위해, 하나의 적합한 삼중 조합 염료로는 Cy5(670㎚에서 방출피크), Cy5.5(694㎚에서 방출피크) 및 Cy7(767㎚에서 방출피크)가 있다. 선택적인 구현예에서, 알로피코시아닌(APC)는 Cy5와 치환된다. Cy7(743㎚)에 대한 흡수 피크가 He-Ne 여기 레이져(633㎚)의 파장으로부터 멀리 떨어져 있기 때문에, 당업자들은 Cy7이 He-Ne 여기 시스템에서 유용하다고 일반적으로 여기지 않는다. 그러나, 본 발명자들은 Cy7이 전혈에서 특이 세포를 열거하기 위해 633㎚에서 적절하게 여기될 수 있다는 것을 밝혔다. 이 여기는 문헌[Mujumdar, R.B.,L.A. Ernst, S.R. Mujumdar, C.J.Lewis, and A.S.Waggoner, 1993, Cyanine dye labeling reagents: sulfoindocyanine succinimidyl esters,Bioconjug Chem.4:105-11]에 기재된 바와 같이 긴 여기 꼬리(long excitation tail)의 존재로 생기며, 상기 문헌은 전체를 참조를 위해 본 명세서에 포함한다. Cy7의 여기 및 검출은 레이져 전력의 증가와 스펙트럼의 붉은 영역에서 더욱 민감한 검출제를 사용하여 개선될 수 있다.In order to make the data obtained using a single excitation wavelength, for example, 633 nm from a He-Ne laser, a dye that can be excited from a single excitation wavelength and emits a distinctly minimally overlapping wavelength is desired. For three channel detection systems using He-Ne lasers, one suitable triple combination dye is Cy5 (emission peak at 670 nm), Cy5.5 (emission peak at 694 nm) and Cy7 (emission peak at 767 nm). There is). In an alternate embodiment, allophycocyanin (APC) is substituted with Cy5. Since the absorption peak for Cy7 (743 nm) is far from the wavelength of the He-Ne excitation laser (633 nm), those skilled in the art do not generally regard Cy7 as useful in He-Ne excitation systems. However, we found that Cy7 can be properly excited at 633 nm to enumerate specific cells in whole blood. This excitation long excitation tail as described by Mujumdar, RB, LA Ernst, SR Mujumdar, CJLewis, and ASWaggoner, 1993, Cyanine dye labeling reagents: sulfoindocyanine succinimidyl esters, Bioconjug Chem. 4: 105-11. ), Which is incorporated herein by reference in its entirety. Excitation and detection of Cy7 can be improved by increasing the laser power and using more sensitive detectors in the red region of the spectrum.

다른 구현예에서, Cy7은 APC 여기 파장에서 여기될 수 있지만 Cy7 방출 파장에서 방출하는 직렬의 염료를 만들기 위해 APC에 커플된다. 이 직렬의 염료는 문헌[Beavis, A.J., and K.J.Pennline,1996, Allo-7: a new fluorescent tandem dye for use in flow cytometry,Cytometry. 24:390-5; and Roederer, M.,A.B.Kantor,D.R. Parks, and L.A.Herzenberg, 1996, Cy7PE and Cy7APC: bright new probes for immunofluroescence,Cytometry, 24:191-7]에 기재된 바와 같이, 수용체(Cy7)를 여기하기 위해 공여체(APC)로부터 에너지 전달을 사용하며, 상기 문헌 모두는 전체를 참조로서 본 명세서에 포함한다.In another embodiment, Cy7 can be excited at APC excitation wavelength but is coupled to APC to make a series of dyes emitting at Cy7 emission wavelength. This series of dyes is described in Beavis, AJ, and KJPennline, 1996, Allo-7: a new fluorescent tandem dye for use in flow cytometry, Cytometry . 24: 390-5; and Roederer, M., ABKantor, DR Parks, and LAHerzenberg, 1996, Cy7PE and Cy7APC: bright new probes for immunofluroescence, Cytometry , 24: 191-7, as described in Donor (APC). Energy transfer), all of which are incorporated herein by reference in their entirety.

본 발명의 일부의 구현예에서, 하나 이상의 여기 파장이 사용된다. 하나 이상의 여기 파장을 사용함으로써 더 광범위한 종류의 형광 염료를 사용하는 것이 가능하고, 각각의 염료는 동일한 여기 요구조건을 가질 필요가 없다. 다중 여기 파장은 적어도 세개의 방법으로 얻을 수 있다: (1) 여기 파장 488㎚, 568㎚ 및 647㎚를 갖는 여기 소스로서 Ar-Kr 레이져를 사용, 따라서 세개의 다른 형광 그룹의 삼중 여기를 위해 사용될 수 있다(예를 들면, 플루오레사인(fluorescein), 로다민(rhodamine) 및 Texas Red?); (2) 하나 이상의 레이져 소스를 사용, 각각은 시준된 여기광의 다른 파장을 공급한다; (3) 다광자(multiphoton) 형광 여기를 위해 펨토-두번째 펄스를 발생시키는 레이져, 예를 들면, Ti-S 레이져(~700㎚ 여기광) 또는 Nd:YLF 레이져(1047㎚ 여기광)를 사용.In some embodiments of the invention, one or more excitation wavelengths are used. By using more than one excitation wavelength it is possible to use a wider variety of fluorescent dyes, and each dye need not have the same excitation requirements. Multiple excitation wavelengths can be obtained in at least three ways: (1) using an Ar-Kr laser as the excitation source with excitation wavelengths 488 nm, 568 nm and 647 nm, thus being used for triple excitation of three different fluorescent groups (Eg, fluorescein, rhodamine, and Texas Red?); (2) using one or more laser sources, each supplying a different wavelength of collimated excitation light; (3) Use a laser that generates a femto-second pulse for multiphoton fluorescence excitation, for example, a Ti-S laser (˜700 nm excitation light) or an Nd: YLF laser (1047 nm excitation light).

상기 설명된 본 발명의 구현예가 네개의 분리 채널을 사용하지만, 본 명세서에 기재된 광학 구조은 더 많은 수의 채널을 갖는 도구의 디자인에 대해서도 허용한다.Although the embodiments of the present invention described above use four separate channels, the optical structure described herein allows for the design of a tool having a larger number of channels.

바람직한 구현예에서, 스캔되어지는 샘플은 X, Y 및 Z 평면에서 자동적으로 인식될 수 있는 스테이지상에 설치된다. 검류계 구동된 미러는 Y 축에서 여기빔을 스캔한다; 스테이지는 일정한 속도로 X축에서 샘플을 이동한다. 뻐친 빔 비율에의해 늘어난 아날로그에서 디지탈으로의 전환기의 샘플 간격은 이미지의 Y 축에서 이격하는 픽셀을 결정한다. 선 비율에 의해 나누어진 X 스테이지 스캔 속도는 이미지의 X축에서 이격하는 픽셀을 결정한다.In a preferred embodiment, the sample to be scanned is installed on a stage that can be automatically recognized in the X, Y and Z planes. Galvanometer driven mirror scans the excitation beam in the Y axis; The stage moves the sample on the X axis at a constant speed. The sample interval of the analog-to-digital converter, increased by the beam ratio, determines the pixels that are spaced apart on the Y axis of the image. The X stage scan rate divided by the line ratio determines the pixels spaced apart in the X axis of the image.

상기 스테이지는 X축에서 개개의 샘플을 스캔할 뿐만 아니라 현미경 대물렌즈에 많은 샘플을 실어 나른다. 이런 방식으로, 많은 개개의 샘플은 어떠한 작동자의 개입도 없이 컴퓨터 제어기에 의해 연속적으로 스캔될 수 있다. 이것은 도구의 처리량을 크게 증가시킬 것이고, 도구가 임상 세팅에서 혈액 샘플의 고속 자동화 분석을 더 잘 따르게 할 것이다.The stage not only scans individual samples on the X axis but also carries many samples on the microscope objective. In this way, many individual samples can be scanned continuously by the computer controller without any operator intervention. This will greatly increase the throughput of the tool and allow the tool to better follow high-speed automated analysis of blood samples in clinical settings.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 서로스캔 MLSC 스테이지는 하나 이상의 모세관 어레이(arrays)를 보유하고, 이들 각각은 96-웰 플레이트의 풋프린트를 갖는다. 각각의 모세관은 분석될 샘플을 보유한다. 32 고정된 모세관을 각각 갖는 일회용 모세관 어레이는 1999년 4월 23일에 변리사 참조 번호 032517-004, 005 및 006인 "일회용 광학 큐벳 카트리지", "일회용 광학 큐벳 카트리지를 사용하는 분광광도계 분석 시스템" 및 " 박막 광학 큐벳 카트리지용 진공척"의 명칭으로 출원된 미국가출원 및 2000년 4월 21일에 "일회용 광학 큐벳 카트리지"의 명칭으로 출원된 공동 소유 미국출원에 기재되어 있고, 이것은 모두 전체를 참조를 위해 본 명세서에서 포함한다. 각각의 어레이는 이중 점착 접착층과 함께 샌드위치된 마일라(Mylar)의 2층으로 구성되고, 이것은 모세관 내부 치수를 명확하게하기 위해 다이커트(die-cut)된다. 얻어지는 Flex-32로 명명된 카트리지는 낮은 비용을 가지고 대용량으로 제조될 수 있다. 상기 카트리지는 유연하며, 이 유연성은 진공압에의해 광학적으로 평평한 베이스플레이트상에 고정시킬 수 있게 하고, 제조공정에서 평평함에 대한 요구조건을 제거한다. 이격되어 있는 모세관은 다중-채널 피펫과 로봇과의 상용성이 유지되도록 고안된다.In a preferred embodiment of the invention, the mutually scanned MLSC stages hold one or more capillary arrays, each of which has a footprint of 96-well plates. Each capillary holds a sample to be analyzed. Disposable capillary arrays, each with 32 fixed capillaries, are described in "Disposable Optical Cuvette Cartridges", "Spectrophotometric Analysis Systems Using Disposable Optical Cuvette Cartridges", dated April 23, 1999, Patent Attorneys 032517-004, 005 and 006; US Provisional Application, filed under the name "Vacuum Chucks for Thin Film Optical Cuvette Cartridges" and co-owned US Application, filed under the name "Disposable Optical Cuvette Cartridges" on April 21, 2000, all of which are incorporated by reference in their entirety. It is included herein for the purpose. Each array consists of two layers of Mylar sandwiched with a double adhesive adhesive layer, which is die-cut to clarify the capillary internal dimensions. The resulting cartridge, named Flex-32, can be manufactured at high cost with low cost. The cartridge is flexible, which allows it to be fixed on an optically flat baseplate by vacuum pressure, eliminating the requirement for flatness in the manufacturing process. The spaced capillaries are designed to maintain compatibility with multi-channel pipettes and robots.

바람직한 구현예에서, 작동자는 한번에 32 모세관의 두개의 플레이트를 적하할 수 있다. 플레이트가 스캔되고 이미지가 처리되는 동안 작동자 개입은 요구되지 않는다. 선택적으로, Imagn 2000(VC120)용으로 디자인된 16 개개의 모세관은 또 다른 홀더로 적하된다.In a preferred embodiment, the operator can load two plates of 32 capillaries at a time. No operator intervention is required while the plate is scanned and the image is processed. Optionally, 16 capillaries designed for the Imagn 2000 (VC120) are loaded into another holder.

스테이지의 Z 모션은 대물렌즈의 촛점면에 각각의 샘플을 위치시키는 수단을 제공한다. Z 모션은 또한 개개의 샘플 각각에 대해 촛점면 이미지의 스택(stack)을 획득하도록 스캔될 수 있다. 각각의 샘플에 대한 최적의 촛점 위치는 이 스캔된 Z 이미지로부터 결정될 수 있고, 바람직하게는 작동자의 개입에 대한 필요성을 제거하기 위해 컴퓨터 제어 시스템에 의해 결정될 수 있다. 게다가, 최적의 촛점은 샘플의 두개의 말단에 대해 결정될 수 있다. 샘플이 X축에서 스캔되어짐에 따라서, 스테이지는 일정한 속도로 두개 말단의 촛점 차이를 통해 이동되고, 따라서 샘플 또는 정착물에 존재할 수도 있는 임의의 경사를 정정한다.The Z motion of the stage provides a means for placing each sample in the focal plane of the objective lens. Z motion can also be scanned to obtain a stack of focal plane images for each individual sample. The optimal focal position for each sample can be determined from this scanned Z image, and preferably by a computer control system to eliminate the need for operator intervention. In addition, the optimal focus can be determined for the two ends of the sample. As the sample is scanned in the X-axis, the stage is moved through the focus difference between the two ends at a constant speed, thus correcting for any tilt that may be present in the sample or fixture.

레이져빔의 스캔율은 각각의 픽셀에서 광학 시그널을 통합하는 소비 시간의 양을 결정한다; 통합 시간이 길수록 시그널 대 노이즈의 비율이 더 좋아진다. 상기 스캔율은 또한 시스템의 처리 비율에 대해 비례한다. 이전 MLSC 수단은 단일 비율(single rate)에서 샘플을 스캔한다. 비록 이것이 많은 적용에서 적합할지라도, 본 발명은 가변 스캔 속도 시스템의 사용을 고려한다. 이런 가변 스캔 속도시스템은 각각의 개개 샘플에 대해 시스템 감도를 최적으로 한다. 예를 들면, 일부의 어세이는 샘플중에 매우 낮은 농도로 존재하는 분석물의 검출을 포함할 수도 있다. 낮은 농도의 분석물로부터 배경 노이즈에 비례하여 형광 시그널은 대응적으로 낮아질 것이다. 이런 경우, 시스템 감도는 천천히 스캐닝하는 것에 의해 증가될 수 있고, 각각의 픽셀에서 광학 시그널을 통합하는데 더 많은 시간이 든다. 이것은 더 많이 개선된 시그널 대 노이즈 비율을 얻는다. 반면에, 일부의 어세이는 더 밝은 형광 시그널의 검출을 포함할 수도 있으며, 이는 샘플중에서 검출되어지는 특정 분석물의 비교적 높은 농도 때문에 가능하다. 이 경우, 더 높은 스캔 속도가 바람직할 것이다: 만족스러운 시그널 대 노이즈 비율을 얻기 위해 각각의 픽셀에서 시그널을 통합하는데 요구되는 시간이 짧아진다. 더 높은 스캔 속도는 또한 더 많은 샘플을 처리하게 한다. 따라서, 본 명세서에서 고려된 가변 스캔 속도 시스템은 종래 고정된 스캔 속도 시스템보다 현저하게 개선되고, 이는 이것이 a) 각각의 분석물에 대한 시그널 대 노이즈 비율을 최적화하고, 이것으로 각각의 분석물에 대한 가능한 가장 높은 질의 데이터를 수집하고; b) 시스템이 가능한 가장 효과적인 처리율로 기능하게 한다. 이 모든 경우에서, 스캔율은 검류계-설치된 미러의 스캔 속도를 조절하는 것으로 및 스테이지가 샘플 이미징 동안 X축에서 이동하는 비율을 조절하는 것으로 변동될 수 있다.The scan rate of the laser beam determines the amount of time spent integrating the optical signal at each pixel; The longer the integration time, the better the signal-to-noise ratio. The scan rate is also proportional to the processing rate of the system. Previous MLSC means scan samples at a single rate. Although this is suitable in many applications, the present invention contemplates the use of variable scan rate systems. This variable scan rate system optimizes system sensitivity for each individual sample. For example, some assays may include detection of analytes present at very low concentrations in the sample. The fluorescence signal will be correspondingly lowered in proportion to the background noise from the low concentration of analyte. In this case, the system sensitivity can be increased by scanning slowly, which takes more time to integrate the optical signal at each pixel. This results in a much improved signal to noise ratio. On the other hand, some assays may also include detection of brighter fluorescence signals, which is possible due to the relatively high concentration of the particular analyte to be detected in the sample. In this case, a higher scan rate would be desirable: the time required to integrate the signal at each pixel is shortened to obtain a satisfactory signal-to-noise ratio. Higher scan rates also allow more samples to be processed. Thus, the variable scan rate system contemplated herein is a significant improvement over conventional fixed scan rate systems, which a) optimizes the signal-to-noise ratio for each analyte, thereby for each analyte Collect the highest possible query data; b) allows the system to function at the most effective throughput possible. In all these cases, the scan rate can be varied by adjusting the scan rate of the galvanometer-installed mirror and by adjusting the rate at which the stage moves in the X axis during sample imaging.

각각의 스캔율에서 시스템 감도를 최적화하기 위해, 서로스캔 시스템은 또한 아날로그 처리 회로로 병합되는 신규한 전환가능한 필터 스킴을 제공한다. 저-패스 필터(low-pass filter)는 공통적으로 대상 시그널을 통과하고 및 측정 과정에서만들어지는 불필요한 고주파 노이즈를 거부하기 위해 사용된다. 서로스캔 시스템에서, 각각의 스캔 속도에 대한 최적의 필터 밴드폭은 다르고, 스캔 속도에 일반적으로 비례한다. 바람직한 구현예에서, 적어도 2 밴드폭이 전환가능한 필터에 의해 각각의 채널을 위해 제공된다. 특히 바람직한 구현예에서, 4 밴드폭이 제공된다. 도 2A 및 2B는 4, 8, 12 및 16kHz(이들은 각각 64, 128, 192 및 256 Hz의 스캔 속도에 대한 최적의 밴드폭에 대응한다)의 밴드폭을 제공하는 전환가능한 필터 스킴에 대한 회로 다이아그램이다. 바람직한 구현예에서, 이런 필터 밴드폭 전환 스킴은 각각의 광전자증배관 채널과 관련된다.In order to optimize the system sensitivity at each scan rate, the mutual scan system also provides a novel switchable filter scheme that is incorporated into the analog processing circuitry. Low-pass filters are commonly used to reject unwanted high frequency noise that passes through the target signal and is created during the measurement process. In each other scan system, the optimal filter bandwidth for each scan rate is different and is generally proportional to the scan rate. In a preferred embodiment, at least two bandwidths are provided for each channel by a switchable filter. In a particularly preferred embodiment, four bandwidths are provided. 2A and 2B show circuit diagrams for a switchable filter scheme that provides a bandwidth of 4, 8, 12, and 16 kHz (they correspond to optimal bandwidths for scan rates of 64, 128, 192, and 256 Hz, respectively). Gram. In a preferred embodiment, this filter bandwidth conversion scheme is associated with each photomultiplier channel.

따라서, 본 발명은 시스템이 두개의 별개 방법으로 최적화되기 때문에 종래 MLSC 시스템보다 현저하게 개선된다: 1) 시스템의 스캔 속도가 시그널 대 노이즈 비율을 최적화하기 위해 변동된다; 2) 각각의 시그널 채널에서 각각의 아날로그 필터의 밴드폭은 또한 시그널 대 노이즈 비율을 더욱 최적화하기 위해 변동된다. 이 신규한 조합은 MLSC 도구 및 시스템의 감도 및 효능을 상승적으로 증강시킨다.Thus, the present invention is significantly improved over conventional MLSC systems because the system is optimized in two separate ways: 1) the scan rate of the system is varied to optimize the signal to noise ratio; 2) The bandwidth of each analog filter in each signal channel is also varied to further optimize the signal-to-noise ratio. This novel combination synergistically enhances the sensitivity and efficacy of MLSC tools and systems.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 서로스캔 시스템의 최적의 스캔 속도 및 필터 밴드폭은 수행되어지는 각각의 특정 어세이에 대해 결정된다. 이들 변수는 작동자가 후일 동일한 어세이를 다시 행하기 위해 선택하는 경우 이들 세팅을 자동적으로 선택할 수 있는 임상 프로토콜 데이터베이스(이하 참조)에 저장된다. 이런 방식으로, 동일한 스테이지 상에 존재하는 많은 다른 어세이를 갖는 것이 가능하고; 컴퓨터는 각각의 샘플에 대해 예정된 최적 스캔 속도 및 필터 세팅을 자동적으로 선택할 수 있다. 이런 진보는 서로스캔 시스템의 유연성에 크게 의존할 것이다.In a preferred embodiment of the present invention, the optimum scan rate and filter bandwidth of each other's scan system are determined for each particular assay to be performed. These variables are stored in a clinical protocol database (see below), which can automatically select these settings if the operator later chooses to perform the same assay again. In this way it is possible to have many different assays present on the same stage; The computer can automatically select the optimal scan rate and filter settings that are scheduled for each sample. This progress will depend largely on the flexibility of each other's scan system.

상기 설명된 모든 구현예는 파티클을 검출하기 위해 전자 스펙트럼의 가시광선 또는 근처 적외선 부분에서 방출하는 형광단의 레이져 여기를 사용한다. 그러나, 본 발명은 또한 다른 유형의 전자 방사 및 방출 프로브, 예를 들면 적외선 방사의 사용을 고려한다. 추가로, 본 발명은 단일 프로브보다는 프로브들의 어셈블리의 사용을 고려한다. 또한, 본 발명은 형광 이외의 광선 산란 모드의 사용을 고려하고, 구체적으로 이것으로 제한되는 것은 아니지만 라만 산란(Raman scattering), 미 산란(Mie scattering), 발광, 및 인광이 있다.All embodiments described above use laser excitation of fluorophores emitting in the visible or near infrared portions of the electron spectrum to detect particles. However, the present invention also contemplates the use of other types of electron emission and emission probes, such as infrared radiation. In addition, the present invention contemplates the use of an assembly of probes rather than a single probe. In addition, the present invention contemplates the use of light scattering modes other than fluorescence and includes, but is not limited to, Raman scattering, Mie scattering, luminescence, and phosphorescence.

서로이미지 이미지 분석 소프트웨어Image to Image Analysis Software

이미지 가공은 레이져 스캐닝 세포계측에서 중요한 요구사항이다. 이미지 가공 프로그램은 세포 또는 다른 파티클의 형광(채널)의 다른 분광 영역을 나타내는 다중 바이너리 이미지를 취급하기 위해 필요하다; 이것은 각각의 채널에서 배경 형광 레벨을 결정하기 위해 필요하다; 각각의 채널에서 전체 노이즈는 이것이 노이즈로부터 세포 또는 다른 파티클을 열거할 수 있기 위해 필요하다; 이것은 버블, 먼지 입자 또는 기타 "블롭(blob)" 또는 "그런지(grunge)" 소스와 같은 외부 시그널을 무시하기 위해 필요하다; 및 이것은 예를 들면 이것으로 제한되는 것은 아니지만 가중된 플럭스, 크기, 타원율, 비율 및 동일한 위치에서 다른 채널의 시그널 사이에서의 비율 및 상관관계를 포함한 파라미터를 기록하기 위해 각각의 인식된 세포 또는 파티클을 특정화할 필요가 있다. 서로스캔 시스템은 상기 기준점과 맞고, 텍스트 리스트-모드 포맷에서 분석의 결과를 출력하는 이미지 가공 및 서로이미지 시스템이라고 명명된 파티클 검출 시스템을 포함하고, 서로이미지 시스템으로 명명된다Image processing is an important requirement in laser scanning cytometry. Image processing programs are needed to handle multiple binary images representing different spectral regions of fluorescence (channels) of cells or other particles; This is necessary to determine the background fluorescence level in each channel; Total noise in each channel is necessary for it to be able to enumerate cells or other particles from the noise; This is necessary to ignore external signals such as bubbles, dust particles or other "blob" or "grunge" sources; And it is possible to record each recognized cell or particle to record parameters including, for example, but not limited to, weighted flux, size, ellipticity, ratio and ratio and correlation between signals of different channels at the same location. Need to be specified. The mutual scan system includes an image processing and a particle detection system named mutual image system that fit the reference point and output the results of the analysis in a text list-mode format, and are named mutual image systems.

서로이미지 시스템의 다음의 설명은 기능적 포맷으로 나타나고, 관련된 다양한 알고리즘의 설명 및 논의를 가지고 텍스트 리스트-모드 출력 파일(.1sm)에 대해 바이너리 이미지 입력 파일(.sm1)로 시작한다. 도 3은 서로이미지 시스템에 의해 실행된 작동의 흐름도를 나타낸다. 또한, 이어지는 설명에서, 서로이미지 시스템은 세포-검출 정황(context)에서 설명된다. 그러나, 상기 설명된 바와 같이, 서로이미지 시스템은 예정된 물리적 파라미터를 갖는 임의의 구조, 예를 들면, 항체-라벨화된 비드를 검출할 수 있다. 서로이미지 시스템은 종래기술에서 설명된 MLSC의 임의의 구현예에서 사용하기 위해 고려되며, 이것은 미국 가특허출원 제60/131,105호("생물학적 마커 동정 시스템")와 이 출원과 동시에 출원된 공동소유의 미국 특허출원 "표현형 및 생물학적 마커 동정 시스템"에 설명된 구현예를 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는다.The following description of the mutual image system appears in a functional format and begins with a binary image input file (.sm1) for a text list-mode output file (.1sm) with a description and discussion of the various algorithms involved. 3 shows a flowchart of the operations performed by each other's image system. Also, in the description that follows, each other imaging system is described in a cell-detecting context. However, as described above, the mutual imaging system can detect any structure with predetermined physical parameters, eg, antibody-labeled beads. The mutual image system is contemplated for use in any embodiment of the MLSC described in the prior art, which is co-owned with US Provisional Patent Application No. 60 / 131,105 ("Biomarker Marker Identification System") and co-owned simultaneously with this application. Includes, but is not limited to, the embodiments described in US patent application "Phenotype and Biological Marker Identification System".

입력input

본 발명의 바람직한 구현예에서, 바이너리 비월 포맷(binary, interlaced format)은 이미지 데이터를 저장하기 위해 사용된다. 다수의 16 비트 데이터 채널(이미지)은 도 4에 나타낸 포맷에 얽힐 수 있다. 채널 이미지 배열은 각각의 행과 나란하게 저장되고,(Row 0: Col0, Col1, Col2,..., Col nCol; Row1:...to RownRow) 여기서 nCol은 전형적으로 250 픽셀이고, nRow은 전형적으로 10000픽셀이다. 도 4에 나타낸 SM1 헤더는 디스크립터 마다 네개의 바이트를 갖는 헤더에서 28 바이트를 갖는다. 각각의 파일 디스크립터는 저-고 워드 포맷으로 배열된다. 상기 "4 캐랙터 디스크립터"는 독특한 이미지 유형, 예를 들면 "SM01"을 설명하는 임의의 네개의 캐랙터일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, a binary interlaced format is used to store image data. Multiple 16-bit data channels (images) may be intertwined in the format shown in FIG. The channel image array is stored alongside each row (Row 0: Col0, Col1, Col2, ..., Col nCol; Row1: ... to RownRow) where nCol is typically 250 pixels and nRow is typical 10000 pixels. The SM1 header shown in FIG. 4 has 28 bytes in the header having four bytes per descriptor. Each file descriptor is arranged in a low-high word format. The "four character descriptor" may be any four characters describing a unique image type, for example "SM01."

본 발명의 구현예에서, 시스템은 픽셀마다 2 바이트 또는 16 바이트를 사용하고, 따라서 각각의 픽셀은 임의의 65536값을 가질 것이다. 그러나, 필드 디스크립터, "픽셀 당 바이트(Byte per pixel) "는 워드(WORD)로부터 플로트(float)로의 이미지-유형 또는 임의의 다른 데이터 포맷을 확장하는 유연성을 허용한다. 추가로, 가변 필드, "헤더중의 바이트(Bytes in Header)"는 추가적인 필드 디스크립터를 추가하게 할 수 있다. 예를 들면, 이 포맷을 이용하는 네개의 바이트 플로트 이미지는 바이트퍼픽셀 (BytePerPixel)=4를 정하고, 이어서 아마도 추가 디스크립터 필드는 플로트로서 포맷 유형을 설명하기 위해 더해질 것이다. "인터리브(interleave)" 필드는 순차적인 모드에서 쓰기(writing) 채널의 옵션을 준다. 예를 들면, 본 발명의 일부의 구현예에서, 스캐닝 시스템은 동시적으로 보다는 순차적으로, 예를 들면, 채널 0에서 우선적으로 모든 데이터를 저장하고, 이어서 채널 1에서 데이터를 저장하는 등으로, 채널 정보를 모은다. 도 4는 바람직한 파일 포맷을 그래픽으로 나타낸 것이다.In an embodiment of the invention, the system uses 2 bytes or 16 bytes per pixel, so each pixel will have an arbitrary 65536 value. However, field descriptors, "byte (Byte per pixel) per pixel" is the image to the float (float) from the word (WORD) - and allows the flexibility to extend the type or any other data format. In addition, the variable field, "Bytes in Header", may allow for the addition of additional field descriptors. For example, four byte float images using this format specify BytePerPixel = 4, and then perhaps additional descriptor fields will be added to describe the format type as a float. The "interleave" field gives the option of writing channel in sequential mode. For example, in some implementations of the invention, the scanning system stores all data in a sequential manner rather than simultaneously, for example, preferentially in channel 0, then in channel 1, and so forth. Gather information 4 graphically illustrates a preferred file format.

바람직한 구현예에서, *.SM1 파일은 서로이미지로 읽고, 각각의 채널은 핸들 디스크립터를 갖는 메모리에 저장된다. 각각의 데이터 채널에 대한 정보는 그 구조의 일원인 이미지 핸들 프로퍼티(image handle property),hIm를 갖는 분류 지정된SmImageInfo에 저장된다.In a preferred embodiment, the * .SM1 files are read as images from each other, and each channel is stored in a memory having a handle descriptor. Information for each data channel are stored in the image property handle part of the structure (image handle property), classification given SmImageInfo having hIm.

실행:Execution: 선택적 파라미터Optional parameters

바람직한 구현예에서, 서로이미지는 실행가능한 코멘드 라인이다. 프로그램을 실행하기 위해서는 다음과 같은 포맷이 사용될 수 있다. 파라미터가 주어지지 않는다면 현재 파라미터 디폴트가 보여진다.In a preferred embodiment, the images of each other are executable command lines. The following format can be used to execute the program. If no parameter is given, the current parameter default is shown.

C:>SurroImage{SM1 입력 파일}{선택적 LSM 출력 파일}{선택적 파라미터 리스트}C: > SurroImage { SM1 Input File } { Optional LSM Output File } { Optional Parameter List }

여기서,here,

SM1 입력 파일: *.sm1 파일에 대한 완전한 경로 SM1 input file : fully qualified path to * .sm1 file

선택적 LSM 출력 파일: *.1sm 출력 위치를 지정하는 선택적인 완전한 경로. 이 파라미터가 생략되는 경우, 이어서 베이스 이름, *,을 포함한 *sm1로서 동일한 경로가 사용된다. Optional LSM Output File : Optional fully qualified path specifying the * .1sm output location. If this parameter is omitted, then the same path is used as * sm1 including the base name, * ,.

선택적 파라미터 리스트: 다중 파라미터가 할당될 수 있고, 스페이스에 의해 분리될 수 있다. 예시적인 포맷은: Optional parameter list : Multiple parameters can be assigned and separated by spaces. Example formats are:

SurroImage C:/SM1_Files\Image1.sm1 C:\LSM_Files\Image1.lsm ThreshRatio=1.2 Write RAWFiles.SurroImage C: / SM1_Files \ Image1.sm1 C: \ LSM_Files \ Image1.lsm ThreshRatio = 1.2 Write RAWFiles.

선택적인 파라미터는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 다음의 것을 포함한다:Optional parameters include, but are not limited to:

ThreshRatio 세포 검출 한계 레벨을 결정하기 위해 사용된 노이Neu used to determine ThreshRatio cell detection threshold level

즈 증가 인자S increase factor

iNumCorrelations 채널의 iNumCorrelations 수로 산출한 상관관계Correlation from iNumCorrelations Number of iNumCorrelations Channel

제공offer

UseBandPassForBlob 1 = 세포를 검출하기 위해 여과된 이미지UseBandPassForBlob 1 = image filtered to detect cells

사용(UsePeaksForBlobs에 서로 배제되어야 한다)Use (must be excluded from each other in UsePeaksForBlobs)

UsePeaksForBlobs 1 = 세포를 검출하기 위해 5×5 커넬의 센터와UsePeaksForBlobs 1 = center of the 5x5 kernel to detect cells

외부 픽셀 사이의 차이를 사용Use the difference between external pixels

UseFullPerimDetect 1 = 세포를 위치시키기 위해 센터와 연관하여 모든UseFullPerimDetect 1 = all associated with the center to locate the cell

외부 주변 픽셀을 사용Use external peripheral pixels

Blobarealo 검출하는 최소 세포 직경Minimum cell diameter to detect Blobarealo

MaxCellSize MaxCellSize에 대한 세포의 고정직경은The fixed diameter of the cell for the MaxCellSize is

MaxCellSize 보다 큰 직경이다.It is larger than MaxCellSize.

RowsPerNoiseBlock 피크-피크 노이즈 계산에서 블록 마다 사용하는RowsPerNoiseBlock Used per block in peak-peak noise calculation

행의 수Number of rows

SampleRowsPerNoiseB1ock 노이즈 계산을 위한 각각의 블럭에서 샘플에 대한SampleRowsPerNoiseB1ock For samples in each block for noise calculations

행의 수Number of rows

MaxBlobPix 한계 중간값(median)-제거된 소스 이미지가 이미지MaxBlobPix Limit Median-Removed source image image

마스크에 첨가될 수 있는 "블롭(blob)"로서 특정Specific as a "blob" that can be added to the mask

세그먼트를 지정하는 인접 픽셀의 수The number of adjacent pixels specifying a segment

MaxBubblePix 음성적으로 한계 중간값-제거된 소스 이미지가 이MaxBubblePix negatively median limit-removed source image

미지 마스크에 첨가될 수 있는 "버블(bubble)"로서As a "bubble" that can be added to an unknown mask

특정 세크먼트를 지정하는 인접 픽셀의 수The number of adjacent pixels specifying a particular segment

BubbleThreshFactor 버블 검출을 위한 중간값-제거된 소스 이미지에 적BubbleThreshFactor Applies to median-rejected source images for bubble detection

용될 수 있는 한계*노이즈인자. 선택적으로, 노이Acceptable limit * noise factor. Optionally, noi

즈 인자는 베이스라인 값으로 교체될 수 있다(텍스The argument can be replaced with a baseline value (tex

트 참조).Reference).

BlobThreshFactor 블롭 검출을 위한 중간값-제거된 소스 이미지에 적BlobThreshFactor Applies to the median-removed source image for blob detection

용될 수 있는 한계*노이즈인자. 선택적으로, 노이Acceptable limit * noise factor. Optionally, noi

즈 인자는 베이스라인 값으로 교체될 수 있다(텍스The argument can be replaced with a baseline value (tex

트 참조).Reference).

MaskDilationPix 최종 마스크 이미지는 확장된 MaskDilationPix 픽MaskDilationPix Final mask image is expanded with MaskDilationPix pick

셀이다.It is a cell.

WriteRAWFiles 진단: 모든 중간 이미지 파일이 C:\A 디렉토리에WriteRAWFiles Diagnostics: All intermediate image files are placed in the C: \ A directory.

쓰여져야하는지를 나타내는 부울 변수Boolean variable indicating if it should be written

SameCellRadius 교체 채널에서 세포는 이들 중심(플로트 포맷) 사In the SameCellRadius replacement channel, cells are killed in these centers (float format).

이의 거리가 SameCellRadius보다 적거나 또는 동일Its distance is less than or equal to SameCellRadius

한 경우에 동일한 세포로 여겨진다.In one case it is considered the same cell.

NomCellMicrons 다음의 세개의 파라미터는 모든 세포 계산을 위해The following three parameters for NomCellMicrons are used for all cell counts.

사용된 커넬 사이즈를 결정한다.:Determine the kernel size used:

BeamMiocrons NomCellPix=하이포트 (NomCellMicrons,BeamMiocrons NomCellPix = Highports (NomCellMicrons,

BeamMicrons)/MicronsPerPix;Beam Microns) / MicronsPerPix;

MicronsPerPix iNomCellPix=(int)(NomCellPix+1);iNomCellPix는MicronsPerPix iNomCellPix = (int) (NomCellPix + 1); iNomCellPix

(커넬사이즈-1)/2이다(Kernel size -1) / 2

PrintMode LSM 파일의 텍스트 출력 포맷을 결정하는 열거된 변수:Enumerated variables that determine the text output format of a PrintMode LSM file:

0=Human readable, 1=Tab delimited, 2=Comma delimited0 = Human readable, 1 = Tab delimited, 2 = Comma delimited

각각의 채널로부터 소스 이미지 프로세싱:Source image processing from each channel:

서로이미지에서 중앙 루틴은SMProcessImages()으로 지정된다. 바람직한 구현예에서, 서로이미지 시스템은 각각의 소스 이미지, 예를 들면 각각의 채널로부터 이미지상에서 다수의 기능(이것으로 제한되는 것은 아니지만, 필터링, 마스킹, 블롭 및 버블 위치지정 및 초기 세포 리스트 구축 포함)을 수행한다. 서로이미지 시스템의 중심적인 특징은 개개의 채널의 가산이 일어남 없이 각각의 채널이 독립적으로 분석된다는 것이다. 간략히, 서로이미지 시스템은 노이즈 및 배경 특징(예를 들면, 버블 및 얼룩)을 제거하고 동정되어지는 파티클의 공간 특성으로 특징을 보강하기 위해 각각의 소스 이미지상에 독립적으로 다수의 조작을 수행한다. 상기 시스템은 또한 각각의 채널에서 파티클 결정을 위한 한계를 결정하고, 독립적으로 이 한계 및 파티클 파라미터에 기초된 각각의 채널에서 파티클을 동정하고 분석한다. 이어서 시스템은 남아있는 채널에서 동일한 픽셀을 발견하고(여기서, 파티클은 검출되지 않는데, 이는 이것이 그 채널에 대해서 한계 이하이기 때문이다), 이들 채널에서 또한 파티클의 파라미터를 측정한다. 이런 방식으로, 서로이미지 시스템은 파티클이 원래 동정되지 않는 이들 채널에서 조차 각각의 동정된 파티클에 대한 데이터를 수집한다.The central routines in each other's images are specified by SMProcessImages () . In a preferred embodiment, each other image system comprises a number of functions on each source image, e.g., from each channel, including but not limited to filtering, masking, blob and bubble positioning, and initial cell list construction. Do this. The central feature of each other's image system is that each channel is analyzed independently without the addition of individual channels. Briefly, each other image system independently performs multiple manipulations on each source image to remove noise and background features (e.g. bubbles and blobs) and enhance the features with the spatial characteristics of the particles being identified. The system also determines a limit for particle determination in each channel, and independently identifies and analyzes particles in each channel based on this limit and particle parameter. The system then finds the same pixel in the remaining channel (where particles are not detected because this is below the limit for that channel), and also measures the parameters of the particles in these channels. In this way, the image systems of each other collect data for each identified particle even in those channels where the particle is not originally identified.

바람직한 구현예에서, 서로이미지 시스템은 1)여과된 소스 이미지(회선 커넬의 적용), 2)중간값 제거된 소스 이미지, 및 3) 작업 이미지를 저장하기 위해 사용되고, 일시 저장을 위해 사용된 다수의 플로팅 포인트(floating point) 이미지에 핸들을 여는 것으로 시작한다. 추가로, 다수의 BYTE 이미지는 상기 플로팅 포인트 이미지(이후에 논의되어지는 마스크(MASK) 이미지를 포함)의 한계 버젼을 저장하기 위해 만들어진다.In a preferred embodiment, the mutual image system is used to store 1) filtered source images (application of the line kernel), 2) intermediate removed source images, and 3) working images, and used for temporary storage. Start by opening the handle to the floating point image. In addition, a number of BYTE images are created to store a limit version of the floating point image (including the MASK image discussed later).

각각의 채널에서, 루틴은 베이스라인 분석을 수행하는 것으로 시작하는 것이 바람직한다. 이 섭루틴 콜(subroutine call)은 y에 대해 베이스라인의 전체 변화상에 대해 통계를 낸다(주 : 미래 참조를 위해, x는 긴 모세관 방향이고, 전형적으로 40㎜이거나 또는 nRows=10000 픽셀이고 y는 갤보-스캔 방향이고, 전형적으로 1㎜이거나 또는 nCols=250 픽셀이다). 이 통계값은 부울 값, BaselineErrorFlag을 포함하여 글로벌하게 저장될 수 있고, 이것은 베이스라인이 예정된 한계(일반적으로 최대-최소> 0.3 중간값)을 지나 변화되는 것을 나타낸다. 도 5는 이 프로세스를 흐름도 포맷으로 나타낸다.In each channel, the routine preferably begins with performing a baseline analysis. This subroutine call gives a statistic about the overall change of the baseline for y (Note: for future reference, x is in the long capillary direction, typically 40 mm or nRows = 10000 pixels and y is In the galvo-scan direction, typically 1 mm or nCols = 250 pixels). This statistic can be stored globally, including the boolean value, BaselineErrorFlag, indicating that the baseline changes past a predetermined limit (usually a maximum-minimum> 0.3 median). 5 shows this process in a flow chart format.

바람직한 구현예에서, 15×15 중간값 커넬은 이어서TurboMedian()으로 지정된 고속 중간값 알고리즘을 사용하여 각각의 소스 이미지에 적용된다. 상기 커넬은 커넬내의 모든 픽셀의 중간값으로 15×15 커넬에서 센터 픽셀을 교체하는 것으로 작동한다. 각각의 픽셀에 대한 이 중간값 커넬의 적용은 y축에서 이미지와 나란히 일어나는 픽셀 강도에서 점차적인 변화를 벗어나 "스무스(smooth)"하도록 작용한다. 스무딩 오퍼레이션의 일차적인 역할은 세포에 기인한 강도 기여도를 제거하고, 유효하게, 이미지의 배경 표현을 얻는 것이다. 이어서, 중간값 이미지는 소스 이미지로부터 제거될 수 있고,hImbgnd로 지정된 글로발 핸들에 저장된다. 이 이미지는 세포 리스트가 세포 파라미터(이것으로 제한되는 것은 아니지만, 전체 플럭스, 타원율, 및 세포 직경(또는 피트 영역으로 불림)을 포함)를 결정하기 위해 산출되어진 후, 나중에 사용될 수 있다.In a preferred embodiment, a 15 × 15 median kernel is then applied to each source image using a fast median algorithm designated by TurboMedian () . The kernel works by replacing the center pixel in the 15x15 kernel with the median of all the pixels in the kernel. The application of this median kernel to each pixel acts to "smooth" out of the gradual change in pixel intensity that occurs alongside the image in the y-axis. The primary role of the smoothing operation is to remove the intensity contribution attributable to the cell, and effectively obtain a background representation of the image. The median image can then be removed from the source image and stored in the global handle designated hImbgnd . This image can be used later after the cell list has been calculated to determine cell parameters (including, but not limited to, overall flux, ellipticity, and cell diameter (or pit area)).

바람직한 구현예에서, 다중 이미지는 이어서 예정된 커넬로 감겨지고,imBlobSrc로 지정된 글로발 핸들에 저장된다. 이런 회선 커넬은 이 분야에 공지된 것이다. 선택된 커넬 구조(커넬의 크기 및 커넬내의 가중 값)은 검출되어지는 파티클에 의존한다. 예를 들면, 혈액 세포 결정을 위해, 7×7 커넬은 전형적으로 이 커넬이 대략 혈액 세포의 크기인 경우에서 사용된다. 이 설명의 목적을 위해, 회선 커넬이 7×7 커넬인 것으로 가정될 수 있지만, 이것은 다른 커넬이 다른 구현예에서 유용해질 수 있다는 것이 고려되어야 한다. 이 회선의 결과는 검출되는 세포-유형에 대응하는 예정된 공간적 구성요소로 이들 특징을 보강하는 여과된 이미지이다. 이 이미지의 한계 버젼은 세포 검출을 위해 및 추가로 가중 플럭스 계산을 위해 사용될 수 있다.In a preferred embodiment, the multiple images are then wound into a predetermined kernel and stored in the global handle specified by imBlobSrc . Such circuit kernels are known in the art. The selected kernel structure (size of the kernel and weighting values in the kernel) depends on the particles to be detected. For example, for blood cell determination, a 7x7 kernel is typically used where this kernel is approximately the size of a blood cell. For the purposes of this description, it may be assumed that the circuit kernel is a 7x7 kernel, but it should be considered that other kernels may be useful in other implementations. The result of this circuit is a filtered image that augments these features with predetermined spatial components corresponding to the cell-types detected. The limit version of this image can be used for cell detection and further for weighted flux calculations.

일부의 구현예에서, 상기 설명된 회선 방법보다 "퍼리미터(perimeter)" 방법은 검출되어지는 세포-유형에 대응하는 예정된 공간적인 구성요소로 이들 특징의 초기 보강을 위해 사용된다. 퍼리미터 방법은 차별적인 소스 이미지("차별"이미지)를 만들고, 두개의 별개 방법에 의해 수행될 수 있다. 퍼리미터 방법의 일부의 구현예에서, 모든 픽셀은 이것과 7×7 커넬의 외면 네개의 픽셀 사이의 가장 작은 차이로 세팅된다. 다른 구현예에서, 각각의 픽셀은 이것의 값과 모든 7×7 커넬의 외부 픽셀 사이의 가장 작은 차이로 세팅된다. 감겨진 이미지 보다 이들 "차이" 이미지의 사용은UsePeaksForBlobs으로 지정된 부울 코멘드 라인 아규먼트(boolean command line argument)를 통해 지정된다. 다시, 보강된 이미지는 글로발 핸들imBlobSrc에 저장된다. 도 6은 흐름도 포맷으로 퍼리미터 방법과 회선 필터 방법의 사용을 나타낸다.In some embodiments, the “perimeter” method, rather than the convolution method described above, is used for the initial reinforcement of these features with predetermined spatial components corresponding to the cell-type being detected. The perimeter method produces a differential source image (“difference” image) and can be performed by two distinct methods. In some implementations of the perimeter method, every pixel is set to the smallest difference between this and the four pixels of the outer surface of the 7x7 kernel. In another implementation, each pixel is set to the smallest difference between its value and the outer pixel of every 7x7 kernel. The use of these "difference" images rather than the wrapped images is specified through boolean command line arguments specified with UsePeaksForBlobs . Again, the enhanced image is stored in the global handle imBlobSrc . 6 illustrates the use of a perimeter method and a line filter method in a flow chart format.

초기 보강을 위해 어떤 방법이 사용될지라도, 얻어지는 이미지는 한계되어지고, 세분화 분석은 세포 위치를 결정하기 위해 행해진다. 세포 검출을 위한 한계(threshold)를 구축하기 위해, 각각의 소스 이미지에서 노이즈는 확인되어야 한다. 바람직한 구현예에서, 이미지의 세그먼트 또는 블록 위에서 피크-피크 노이즈를 계산하는 알고리즘이 사용된다. 도 7은 이 프로세스를 흐름도 포맷으로 나타낸다. 각각의 블록은 nCols 폭(wide)(이미지의 전체 폭)과RowsPerNoiseBlock(코멘드 라인 아규먼트) 길이(long)이다. 각각의 블록에 대한 각각의 노이즈 값은 (int)(nRows/RowsPerNoiseBlock) 요소와 함께 어레이에 저장된다. 이 어레이는 이어서 트레스레이셔(threshratio)(코멘드 라인 아규먼트)에 의해 증대되고, 한계화(thresholding)에 사용되는nRow길이 어레이로 삽입된다. 한계화 섭루틴은 감겨진 이미지 또는 "차이"이미지를 한계 BYTE 이미지,imBlobSeg를 만들기 위해 사용한다.Whatever method is used for initial reinforcement, the resulting image is limited, and segmentation analysis is done to determine cell location. To establish a threshold for cell detection, noise must be identified in each source image. In a preferred embodiment, an algorithm is used to calculate peak-peak noise over a segment or block of the image. 7 shows this process in flow chart format. Each block is nCols wide (the full width of the image) and RowsPerNoiseBlock (command line argument) long. Each noise value for each block is stored in an array with (int) ( nRows / RowsPerNoiseBlock ) elements. This array is then augmented by a thresholder (command line argument) and inserted into an nRow length array used for thresholding. Limiting subroutines use a wound or "difference" image to create a limiting BYTE image, imBlobSeg .

바람직한 구현예에서,MaskGrungeAndBubbles()로 명명되는 섭루틴은, 소스 이미지가 채널0과 연관되는 경우,imBlobSeg에서 세분화 또는 세포-검출을 수행하기 전에, 요청된다. 도 8은 이 섭루틴을 흐름도 포맷으로 나타낸다. 바람직하게, 채널 0은 버블과 블롭을 발견하기 위해 사용되고, 이들 영역은 마스크(MASK) 이미지에 첨가된다. 이것은 샘플중의 먼지가 이 채널로 일관적으로 방출하는 경향이 있기 때문이고, 이것은 샘플로부터 가장 짧은 방출 파장과 일치한다. 그러나, 다른 구현예에서, 다른 채널(하나 이상)은 마스크 이미지를 위해 사용될 수 있다.In a preferred embodiment, a subroutine named MaskGrungeAndBubbles () is requested before performing segmentation or cell-detection in imBlobSeg if the source image is associated with channel 0. 8 shows this subroutine in a flow chart format. Preferably, channel 0 is used to find bubbles and blobs, and these areas are added to the mask image. This is because dust in the sample tends to emit consistently into this channel, which matches the shortest emission wavelength from the sample. However, in other implementations, other channels (one or more) may be used for the mask image.

마스크(MASK) 바이트 이미지는 세개의 다른 조건을 통해 부가된다.MaskGrungeAndBubbles()은 이들 조건을 시험한다. 이것은 이미지,hImbgnd, 중간값-제거된 소스 이미지를 버블 및 블롭 한계,BubbleThreshFactorBlobThreshFactor(피크-피크 노이즈 값에 의해 증가됨), 각각을 적용하기 위해 사용한다. 예를 들면, 버블에 관해서,hImbgnd의 일부가 소스 이미지의 특정 블록에 대해-1*BubbleThreshFactor*p-pNoise(버블은 배경 형광의 부재에 의해 나타난다)이하인 경우 및 인접 픽셀의 전체 수가MaxBubblePix를 초과하는 경우, 이어서 이들 대응하는 픽셀이 "버블"을 나타내는 특정 값으로 마스크 이미지에서 고정된다. 마찬가지로, 블롭 검출은BlobThreshFactor*p-pNoiseMaxBlobPix를 사용하여 행한다. 또 다른 바람직한 구현예에서, 버블 및 블롭 한계화는 피크-피크 노이즈 레벨의 인자 보다 평균 베이스라인 값의 퍼센트에 기초한다. 따라서, 버블 및 블롭 한계 레벨은BubbleThreshFactor*BaseLine(y)에 의해 및BlobThreshFactor*BaseLine(y)에 의해 각각 제공되고, 여기서 베이스라인(BaseLine)(y)는 주어진 y값(예를 들면, 모세관의 폭 이상)에 대한 픽셀의 x 범위에 대해 평가된 베이스라인의 중간값이다. 마스크에 최종 첨가는 세분화된 여과imBlobSeg이미지 상에 기초해서 만들어진다. 이것은 또한 코멘드 라인에서 제공된 바와 같이 동일한 트레스레이셔를 사용하지만,MaxBubblePix가 초과되는 경우에는 마스크에만 첨가한다. 최종적으로, n=MaskDilationPix 픽셀 팽창(바이너리 팽창은 그 픽셀이 영역의 또 다른 픽셀 일부와 이미 접촉하는 경우 "온(on)"에 임의의 배경 픽셀을 고정한다)이 마스크에 대해서 단지 세포가 버블의 가장자리상에서 동정되지 않는다는 것을 보장하기 위해 행한다. 회선 필터의 가공품(artifact)은 버블의 림(rim)이 고리로 감겨지는 경향이 있고, 세포로서 잘못 동정될 수 있다. 상기 팽창은 이 에러를 억제하는 경향이 있다.Mask byte images are added via three different conditions. MaskGrungeAndBubbles () tests these conditions. This uses the image, hImbgnd , the median- rejected source image, to apply the bubble and blob limits, BubbleThreshFactor and BlobThreshFactor (increased by the peak-peak noise value), respectively. For example, with respect to the bubble, * -1 * BubbleThreshFactor p-pNoise for a part of hImbgnd a particular block of the source image (the bubble is represented by the background fluorescent member) and if the total number of neighboring pixels or less than the MaxBubblePix In this case, these corresponding pixels are then fixed in the mask image to a specific value representing "bubble". Similarly, blob detection is done using BlobThreshFactor * p-pNoise and MaxBlobPix . In another preferred embodiment, bubble and blob limiting is based on a percentage of the average baseline value rather than a factor of the peak-peak noise level. Thus, the bubble and blob threshold levels are provided by BubbleThreshFactor * BaseLine (y) and BlobThreshFactor * BaseLine (y) , respectively, where Baseline (y) is a given y value (e.g., the width of the capillary). Is the median of the baseline evaluated for the x range of pixels. The final addition to the mask is made based on the granular filtered imBlobSeg image. It also uses the same tracer as provided in the command line, but only adds to the mask if MaxBubblePix is exceeded. Finally, n = MaskDilationPix pixel expansion (binary expansion fixes an arbitrary background pixel "on" if that pixel already contacts some other pixel in the region). To ensure that they are not identified on the edge. An artifact of the convolution filter tends to wrap around the rim of the bubble and can be misidentified as a cell. The expansion tends to suppress this error.

바람직한 구현예에서,imBlobSeg이미지중의 세포는 이어서 8-포인트 접속성 규칙을 사용하여 기록된다. 도 9는 이 프로세스를 흐름도 포맷으로 나타낸다. 다수의 인접 픽셀은 세포 리스트에 첨가되고, 기본 파라미터는 각각에 대해서 결정된다. 이들은 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 인덱스, 최대 x 및 y 픽셀값, 전체수의 픽셀, 균일한 한계 세포 영역상에 기초된 x-y 중심값, 및 한계를 초과하는 동일한 픽셀을 사용하고, 또 소스 이미지에서 픽셀값으로 이들 위치를 가중시키는 가중된 중심을 포함한다. 이 중심값은 모든 앞으로의 계산을 위해 사용되는 플로팅(floating) 포인트 값이다. 중심값이 마스크(마스크에 대한 각각의 첨가는 버블에 기인하여 첨가된 것들이 블롭에 기인해 첨가된 것들과 구별될 수 있도록 다른 "식별자(idientifier)"로 이들 픽셀을 표시화한다는 것을 상기)에서 비-제로인 영역에 존재한다면, 이어서 그 세포는 세포 리스트로부터 검출될 수 있다.SMProcessImages에서 행해진 계산의 마지막 부분은 상기 각각의 인자(블롭, 버블 및 필터 가공품)에 기인하여 가리워진 이미지의 퍼센트를 결정하는 마스크 이미지의 히스토그램이다. 전반적인 전체 이미지 마스크된(masked) 파라미터가 또한 계산되어진다. 이것은 현저한 부분이 마스크되는 경우 모세관의 용적을 재계산하게 한다.In a preferred embodiment, cells in the imBlobSeg image are then recorded using the 8-point connectivity rule. 9 shows this process in flow chart format. Multiple adjacent pixels are added to the cell list, and basic parameters are determined for each. They use, but are not limited to, the index, the maximum x and y pixel values, the total number of pixels, the xy center value based on the uniform limit cell area, and the same pixels exceeding the limit, and in the source image It includes a weighted center that weights these locations with pixel values. This center value is the floating point value used for all future calculations. The center value is ratio in the mask (remembering that each addition to the mask represents these pixels with a different "idientifier" so that those added due to the bubble can be distinguished from those added due to the blob). If present in the zeroin region, the cells can then be detected from the cell list. The last part of the calculation done in SMProcessImages is a histogram of the mask image that determines the percentage of the image that is hidden due to each of the above factors (blobs, bubbles and filter artifacts). The overall overall image masked parameter is also calculated. This allows the volume of the capillary to be recalculated when the salient part is masked.

상기에서와 같이, MLSC 시스템은 또한 MLSC 도구의 작동을 위한 임상 프로토콜 데이터베이스에서 파라미터, 예를 들면, 스캔 속도, 필터 밴드폭값을 저장한다. MLSC 도구의 작동 파라미터를 서로이미지 시스템과 좋게 조화시키는 능력은 각각의 어세이가 가능한 가장 효율적이고 민감한 방식으로 수행되도록 한다.As above, the MLSC system also stores parameters such as scan rate, filter bandwidth values in a clinical protocol database for the operation of the MLSC tool. The ability to harmonize the operating parameters of MLSC tools with each other's imaging system allows each assay to be performed in the most efficient and sensitive way possible.

세포 분석 및 lsm 출력Cell analysis and lsm output

바람직한 구현예에서, 서로이미지 시스템에서 대다수의 세포분석 및 파일 출력은 루틴,WriteLsmFile()에서 일어난다. 이 루틴의 목적은 임의의 채널에서 검출되어지는 모든 세포 결과(events)의 텍스트-기초된 리스트를 출력하는 것이다. 추가로, *.LSM 파일의 헤더부는 이미지 통계(측정된 노이즈 레벨, 평균, 중간값, 베이스라인 레벨에서 표준편차 통계, 버블 및 블롭에 기인하여 마스크된 이미지 퍼센트 및 이미지 생성 일자), 뿐만 아니라 전체 세포 통계(각각의 채널에서 검출되어진 세포수, 및 최소 및 최대 크기)를 포함한다. 만약 하나의 채널만이 제공된 채널을 위한 검출 한계를 초과하는 "블롭"을 갖는 경우, 세포 특성 정보는 모든 채널에 대해 출력한다. 예를 들면, "블롭"이 채널 1에서 검출되어지고, 그 블롭이 (x=22.4, y=2342.3)의 가중된 중심값을 갖는다면, 7×7 커넬의 센터는 (22,2342)로 되고, 7×7 어레이 전반에 걸쳐 계산된 세포 통계는 채널이 한계를 초과한 세포를 갖는 지에 상관없이 모든 채널 이미지에서 결정되어진다. 각각의 채널의 이 조화된 분석은 MLSC 시스템의 정확성을 각각의 세포에 대한 모든 형광 데이터를 수집하여 보장하는 것으로 개선시킨다. 이런 방식에서, 의미있는 정보를 제공하는 것이 아닐 수 있는 매우 약한 형광 시그널도, 예를 들어 검출된 분자가 매우 낮은 농도로 존재하는 경우에도 무시되지 않는다. 2 채널 스캔에 대한 *.LSM 파일의 일부의 예를 표 1에 나타난 바와 같다. 표 1중의 실시예는 두개의 독립된 세포 결과(events)에 대한 세포 데이터를 나열한 것이다. 특정한 실시예에서, 제 1세포는 파라미터Event Source에 의해 나타난 바와 같이 양 채널에서 검출되어진다( 1=CH0, 2=CH1, 4=CH2, 등이고, 다중 채널 검출은 값의 합산으로 나타난다는 것에 주목). 그러나, 제 2세포는 오직 채널 0에서만 검출되어지고, 또한 파라미터는 채널 1의 동일한 위치에 대해 여전히 계산되었다. 이것은 이 실시예로 명백하지 않은 반면, *.LSM에서 데이터 출력은 y-중심 값에 의해 완전히 저장된다. 바람직한 구현예에서 이 데이터가 개개의 채널 세포 리스트로부터 어떻게 발생하는지에 대한 설명은 이하에 한다.In a preferred embodiment, the majority of the cell analysis and file output in each other image system takes place in the routine, WriteLsmFile () . The purpose of this routine is to output a text-based list of all cellular events to be detected in any channel. In addition, the header portion of the * .LSM file includes image statistics (measured noise level, mean, median, standard deviation statistics at baseline level, image percentage masked due to bubbles and blobs, and image creation date), as well as overall Cell statistics (number of cells detected in each channel, and minimum and maximum size). If only one channel has a "blob" that exceeds the detection limit for a given channel, cell characteristic information is output for all channels. For example, if a "blob" is detected in channel 1 and the blob has a weighted center value of (x = 22.4, y = 2342.3), then the center of the 7x7 kernel is (22,2342) The cell statistics calculated across the 7 × 7 arrays are determined on all channel images, regardless of whether the channel has cells exceeding the limit. This coordinated analysis of each channel improves the accuracy of the MLSC system by collecting and ensuring all fluorescence data for each cell. In this way, very weak fluorescence signals, which may not provide meaningful information, are not ignored, for example, even when the detected molecules are present in very low concentrations. An example of a portion of a * .LSM file for a two channel scan is shown in Table 1. The examples in Table 1 list the cellular data for two independent cellular events. In a particular embodiment, the first cell is detected in both channels as indicated by the parameter Event Source (1 = CH0, 2 = CH1, 4 = CH2, etc., and multichannel detection is indicated by the sum of the values. ). However, the second cell was only detected in channel 0 and also the parameters were still calculated for the same location of channel 1. While this is not apparent in this embodiment, the data output in * .LSM is completely stored by the y-centric value. In a preferred embodiment, a description of how this data arises from an individual channel cell list is given below.

루틴은 각각의 채널에서 세포 리스트를 분류하는 것으로 시작한다. "FindCell" 루틴은 이것이 y 방향에서 "워킹(walking)"에 의해 우선 위치하는 임의의 세포 퍼리미터 리스트에 부가하기 때문에, 이것은 y 중심 값에 의해 반듯이 분류되지 않는다. 따라서, 버블 분류를 이 리스트를 생성하는데 사용된다(버블 분류는 소수의 재배열이 일어날 필요가 있는 경우에 최상의 분류 알고리즘이다).The routine begins by sorting the list of cells in each channel. Since the "FindCell" routine adds to the list of any cell parameters that are first placed by "walking" in the y direction, it is not necessarily sorted by the y center value. Thus, bubble classification is used to generate this list (bubble classification is the best classification algorithm when a small number of rearrangements need to occur).

다음 단계는 채널에서 세포를 병합하는 일반 세포 리스트를 만드는 것이고, y-중심에 의해 또한 분류되어진다. 이 루틴의 상세한 것은 다음과 같다. 처리되어지는 다음의 유용한 세포에 대한 인덱스는 각각의 채널에 대해 생기고,CallFirstAvailIndex[Channel]이라 명명한다. 루틴은 가장 낮은 y-중심값으로 세포를 위치시키는 채널에 대해 고리화하고, 이것은 곧 프린트된다. 이 세포 인덱스 및 이들의 대응 채널 수는 이어서 변수의 일시적인 세트에 저장된다. 리스트,CellPrintListIndex[ChannelsMax]는 이들 중심이 이전에 위치된 세포의SameCellRadius내에 있는 교체 채널에서 세포의 인덱스를 포함하여 만들어진다. 이 리스트의 nChan 요소를 채우기 위해, 루틴은 모든 채널에서의 세포를 통해 고리화한다. 그러나, 교체 채널에서 세포가 분석되어지면서 이미 "표시(marked)"되어지는 경우, 이것은 특정 채널에서 나머지 세포로 스킵되고 이동한다. 이 고리가 들어가면서, 소스 세포 인덱스는CellPrintListIndex[source_channel]요소(예를 들면, 분석"되어지는"것으로 표시)에 우선 첨가됨에 주의해야 한다. 이들 중심이 원래 세포로부터 거리인SameCellRadius보다 적은 세포는CellPrintListIndex어레이에 첨가된 그의 인덱스를 갖는다.The next step is to create a general cell list that merges the cells in the channel and is also sorted by the y-center. The details of this routine are as follows: The index for the next useful cell to be processed is created for each channel and named CallFirstAvailIndex [Channel] . The routine cyclizes for the channel that places the cell at the lowest y-center value, which is printed soon. This cell index and their corresponding channel number are then stored in a temporary set of variables. The list, CellPrintListIndex [ChannelsMax], is created containing the indices of the cells in the replacement channel within the SameCellRadius of the cells whose centers were previously located. To populate the nChan element of this list, the routine cyclizes through the cells in all channels. However, if a cell in the replacement channel is already "marked" as it is being analyzed, it is skipped and moved to the remaining cells in that particular channel. As this loop enters, note that the source cell index is first added to the CellPrintListIndex [source_channel] element (eg, marked as being "analyzed"). Cells less than SameCellRadius whose center is the distance from the original cell have their index added to the CellPrintListIndex array.

단일 세포 결과(events)가 연관된 채널과 부합한다면, 이것은 텍스트-기초된.LSM 파일로 출력하려고 한다. 하위루틴,PrintCell()WriteLsmFile()루틴으로부터 요구되며, 두개의 아규먼트, 세포 채널 리스트에 인덱스들을 포함하는CellPrintListIndex어레이 및 현재 세포 결과 카운트를 취한다. 루틴은 모든 채널을 통해 고리화하고,CellPrintListIndex어레이에서 인덱스된 이들 세포의 중심값을 이용한다. 이 루틴은 이어서 평가되어지는 특정 세포에 대한 채널들 사이의 x 및 y에서 평균 중심값을 계산한다. 이 결과는 X 및 Y에서 가장 가까운 전체 픽셀에 둥글게 되고, X,Y에서 중심인 7×7 픽셀에서 세포 파라미터를 계산하는AnallyzeCell()로 불리는 또 다른 루틴을 요구하는데 사용된다. 이 루틴은 루프 오버 채널 넘버(loop over channel number)에서 요청된다. C++세포 구조AnalyzeCell()채움은 다음과 같다.If a single cell event matches an associated channel, it tries to output it as a text-based .LSM file. The subroutine, PrintCell (), is required from the WriteLsmFile () routine and takes two arguments, a CellPrintListIndex array that contains the indices in the cell channel list, and the current cell result count. The routine loops through all the channels and uses the centers of these cells indexed in the CellPrintListIndex array. This routine then calculates the mean median in x and y between the channels for the particular cell to be evaluated. This result is used to call another routine called AnallyzeCell () that rounds to the entire pixel closest to X and Y, and computes the cell parameters at 7x7 pixels centered at X, Y. This routine is requested on a loop over channel number. C ++ cell structure AnalyzeCell () fill is as follows.

typedef structtypedef struct

{{

doubledouble x,x, yy

면적(area),Area,

전체플럭스(totalFlux),TotalFlux,

가중된플럭스(WeightedFlux),WeightedFlux,

직경(Diameter),Diameter,

타원율(Ellipticity),Ellipticity,

명도(Brightest);Brightest;

intint Printed:/*TRUE if printed already*/Printed: / * TRUE if printed already * /

} CELLINFO} CELLINFO

AnalyzeCell()imBlocSrc이미지에 포인터를 취하고, 포인터를 세포의 X,Y 위치에 재위치하는 것으로 시작한다. AnalyzeCell()에 통과된 파라미터, 그외에 X,Y 위치 및 요구 채널 수중의 하나는 이 특정 채널이 "소스"채널인지 아닌지를 나타내는 부울 플래그이다(예를 들면, 세포가 실제 이 채널에서 검출되는지 여부). 이것이 소스 채널인 경우, 이어서imBlobSrc이미지에서 7×7 대상영역(region-of-interest(ROI))에서 발견된 최대값의 위치가 되돌려진다. 이것이 커넬의 센터 X,Y 위치를 잘못 짝지우는 경우, 이어서, 이들 특정 채널에 대한 글로발 파라미터,nBlobsOffsetFromPeak는 증가된다. 이런 방식에서, 센터 세포 위치를 결정하기 위해 사용된 방법이 평가될 수 있다. 추가로, 이 파라미터는 그 자체가 밝혀지는 이중선의 평균으로서 세포 구조에 첨가될 수 있다. AnalyzeCell () takes a pointer to an imBlocSrc image and begins by repositioning the pointer to the cell's X, Y position. One of the parameters passed to AnalyzeCell (), in addition to the X, Y position and the number of request channels, is a boolean flag indicating whether or not this particular channel is a "source" channel (e.g. whether a cell is actually detected in this channel). ). If this is the source channel, then the position of the maximum value found in the 7x7 region-of-interest (ROI) in the imBlobSrc image is returned. If this mismatches the center X, Y positions of the kernel, then the global parameter, nBlobsOffsetFromPeak , for these particular channels is increased. In this way, the method used to determine the center cell location can be evaluated. In addition, this parameter can be added to the cell structure as the mean of the doublets that themselves are revealed.

세포가AnalyzeCell()로 불리우는 채널에서 검출되거나 또는 검출되지 않는지의 여부에 상관없이, 가중된 플럭스는imBlobSrc이미지의 X,Y 위치에서 픽셀값을 간단히 평가하는 것으로 계산된다. 이 픽셀값은 이하의 표 2에서 제공된 예정된 7×7 커넬에 의해 가중된 7×7 영역에서 모든 소스 이미지 픽셀값의 가중된 합계를 나타낸다.Regardless of whether a cell is detected or not detected in a channel called AnalyzeCell () , the weighted flux is calculated by simply evaluating pixel values at the X, Y position of the imBlobSrc image. This pixel value represents the weighted sum of all source image pixel values in the 7x7 area weighted by the predetermined 7x7 kernel provided in Table 2 below.

또 다른 구현예에서,AnalyzeCell()에서 평가된 기타 파라미터는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 전체 플럭스, 타원율 및 평균 직경을 포함한다. 전체 플럭스와 평균 직경은 또 다른 기능 콜(call),ComputeMeanRadius()에 의해 평가된다. 도 10은 이 기능 콜을 흐름도 포맷으로 나타낸다.ComputeMeanRadius()는 평균직경을 자동계산하는 것 뿐만 아니라, 전체 플럭스가 동일한 중간값-제거된 이미지,hImbgnd로부터 자동계산되기 때문에, 이 루틴에 포함된다.hImbgnd, 15×15 픽셀 중간값 필터를 구동하는 리콜(recall)은 소스 이미지에 적용되고 그 결과 소스 이미지로부터 제거된다. 평균 직경을 결정하기 위해, 중간값이 우선 계산된다(주: 이것은 세포의 센터를 결정하기 위해 계산된 중심값과 다르며, 이는 중심이 7×7 정사각형에서 픽셀 대 그 채널에 대한 한계를 초과하는 픽셀로부터 계산된 이전 중심으로부터 계산된 것이기 때문이다). 이어서, 중심으로부터 각각의 픽셀의 거리는 픽셀값에 대해 가중된 것이고, 다음과 같은 수학식에 의해 계산된다.In another embodiment, other parameters evaluated in AnalyzeCell () include, but are not limited to, total flux, ellipticity, and average diameter. The total flux and average diameter are evaluated by another function call, ComputeMeanRadius () . 10 illustrates this function call in flow chart format. ComputeMeanRadius () is included in this routine because it not only automatically calculates the average diameter, but also because the total flux is automatically calculated from the same intermediate-removed image, hImbgnd . A recall driving the hImbgnd , 15 × 15 pixel median filter is applied to the source image and subsequently removed from the source image. To determine the mean diameter, the median value is first calculated (Note: this is different from the center value calculated to determine the center of the cell, which is the pixel whose center exceeds the limit for that channel in a 7x7 square). Because it is calculated from the previous center calculated from The distance of each pixel from the center is then weighted with respect to the pixel value and is calculated by the following equation.

여기서, 중심값, Cx 및 Cy는 하기와 같고,Here, the center value, Cx and Cy are as follows,

Pxm,ym은 위치 x,y에서 픽셀값이고, N은 7×7 커넬에 대해 49이다.Px m , y m is the pixel value at position x, y and N is 49 for the 7x7 kernel.

적은 파티클 직경을 계산하기 위한 순간 알고리즘 방법(method-of-moment's algorithm)은 2-차원 가우스 피트 루틴(two-dimensional gaussian fit routine) 위에서 보다 좋은 성능을 제공하기 위해 발견되었다. 도 11에 나타난 바와 같은 가우스 피트 루틴은 저강도 세포에 대한 실제 직경을 저평가하는 경향으로 문제가 된다. 이 경향은 순간 알고리즘에서 발견되지만, 훨씬 적게 발표된다.A method-of-moment's algorithm for calculating small particle diameters has been found to provide better performance on a two-dimensional gaussian fit routine. The Gaussian fit routine as shown in FIG. 11 is problematic due to the tendency to underestimate the actual diameter for low intensity cells. This trend is found in the algorithm at the moment, but much less is published.

전체 플럭스는 식(1) 및 (2)의 분모에 의해 간단히 제공된다. 배경 제거된 이미지에서 일어날 수 있는 전체 플럭스가 제로 이하 또는 제로와 같다면, 이어서 합계는 과도한 넘침을 방지하기 위해 값 1.0으로 지정되고, 평균 직경은 0으로 고정된다.The total flux is simply given by the denominator of equations (1) and (2). If the total flux that can occur in the background removed image is below zero or equal to zero, then the sum is then assigned a value of 1.0 to prevent excessive overflow, and the average diameter is fixed at zero.

PrintCell()에서 평가된 두개의 다른 세포 파라미터는 채널들 사이의 비율 및 상관관계 값을 포함한다. 이 비율(표 1의 실시예 참조)은 하기와 같이 제공된다.Two other cellular parameters evaluated in PrintCell () include the ratio and correlation values between the channels. This ratio (see the examples in Table 1) is provided as follows.

피얼슨 상관관계(Pearson's correlation), ρm,n계수는 하기의 식에 의해 계산되어진다.Pearson's correlation, ρ m, n coefficient is calculated by the following equation.

여기서,S m S n 은 채널 m, 및 n에서 각각 소스 이미지(imSrc) 픽셀값의 표준편차이고, 바(bar)는 평균 픽셀값을 나타낸다. 각각의 세포가 교차 채널을 분류시키면서, 이들 세포 파라미터의 각각은 *.LSM 파일에 순차적인 방식으로 쓰여진다.Here, S m and S n are standard deviations of the source image imSrc pixel values in the channels m and n, respectively, and bars represent average pixel values. As each cell sorts across channels, each of these cell parameters is written in a sequential manner in a * .LSM file.

WriteLSMFile()루틴은 모든 세포를 통해 연속되고, 각각의 시간은PrintCell()및 하위루틴AnalyzeCell()을 요구한다. 전체 세포수는 *.LSM 파일의 헤더부에 집계되고 쓰여진다. 이어서, 상기 파일을 닫고, 프로그램을 나간다. The WriteLSMFile () routine continues through all cells, each time requiring a PrintCell () and a subroutine AnalyzeCell () . The total cell count is counted and written in the header of the * .LSM file. Then close the file and exit the program.

본 명세서에 기재된 서로이미지 시스템은 레이져 스캐닝 세포계측 정황(context)에서 파티클 검출을 위한 종래 시스템보다 실질적으로 개선된다. 이런 종래 시스템의 하나는 미국특허 제5,556,764호(이하 '764 특허라 함)에 설명되어 있고, 이것은 전체를 참조로서 본 명세서에 포함한다. '764 특허에서 설명된 시스템은 우선 개개의 채널로부터 이미지를 합산하고, 이어서 얻어진 복합 이미지 상에서 파티클을 실행한다; '764 시스템은 또한 블롭 및 버블의 어떠한 차단(마스킹)도 수행하지 않는다. 게다가, '764 시스템은 어세이에서 대상 세포의 특정한 유형에 대해 매우 선택적이 되도록, 예를 들면 특정 크기 범위내에 세포를 검출하는 것으로 디자인된다. 반면에, 본 시스템은 덜 제한적이고, 따라서 더욱 다른 유형의 세포들을 검출한다. 본 명세서에 설명된 블롭과 버블 차단 기술과 결합된 독립 채널 분석은 서로이미지가 정확하게 동정할 수 있도록 하고, '764 시스템보다 더욱 사실 세포로부터 데이터를 수집한다. 따라서, 본 시스템은 종래 시스템보다 더욱 정확하고, 민감하다.The mutual image system described herein is substantially improved over conventional systems for particle detection in the laser scanning cytometry context. One such conventional system is described in US Pat. No. 5,556,764 (hereinafter referred to as the '764 patent), which is incorporated herein by reference in its entirety. The system described in the '764 patent first sums up images from individual channels and then runs particles on the resulting composite image; The '764 system also does not perform any masking of blobs and bubbles. In addition, the '764 system is designed to detect cells within a specific size range, for example, to be highly selective for a particular type of cell of interest in an assay. On the other hand, the system is less restrictive and therefore detects more different types of cells. Independent channel analysis combined with the blob and bubble blocking techniques described herein allows for accurate identification of images with each other and collects data from cells more in fact than the '764 system. Thus, the system is more accurate and sensitive than the conventional system.

서로이미지 시스템의 또 다른 이점은 이것이 세포-관련 분자의 다양한 형태 및/또는 다른 패턴 또는 강도를 가지고 다양한 다른 세포의 검출을 위해 용이하게 최적화될 수 있다는 것이다. 추가로, 서로이미지 시스템은 세포 이외의 파티클 검출을 위해 빠르게 최적화될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일부의 구현예에서, 서로이미지 시스템은 모세관에서 미세비드(microbeads)를 검출하는데 사용되고, 여기서 미세비드는 혈액내에 존재하는 특정 시약에 결합한다. 서로이미지 시스템에 비해서, 종래 시스템은 오직 특정 세포만을 검출할 수 있고, 현저한 작동자 개입없이 기타 구조의 검출을 위해 재배치될 수 없다. 서로이미지 시스템의 개개의 하위루틴의 파라미터, 예를 들면 회선 커넬의 구조는 이들 파티클의 검출을 최적화하기 위해 빠르게 변화될 수 있다. 이들 파라미터는 임상 프로토콜 데이터베이스(이하 참조)에 저장될 수 있다. 따라서, 서로이미지 시스템은 MLSC 시스템의 유연성을 증가시키고, 이것은 감도를 손상시키지 않으면서 다양한 어세이를 수행하게 한다.Another advantage of the mutual imaging system is that it can be easily optimized for the detection of a variety of different cells with various shapes and / or different patterns or intensities of cell-related molecules. In addition, each other imaging system can be rapidly optimized for particle detection other than cells. For example, in some embodiments of the present invention, a mutual imaging system is used to detect microbeads in capillaries, where the microbeads bind to specific reagents present in the blood. Compared to each other's imaging system, conventional systems can only detect certain cells and cannot be rearranged for the detection of other structures without significant operator intervention. The parameters of the individual subroutines of the mutual image system, for example the structure of the convolution kernel, can be changed quickly to optimize the detection of these particles. These parameters may be stored in a clinical protocol database (see below). Thus, the mutual imaging system increases the flexibility of the MLSC system, which allows to perform various assays without compromising sensitivity.

정보학 구조Informatics structure

본 발명은 다수의 중요한 기능을 수행하는 신규한 정보학 구조를 포함한다. 본 시스템의 핵심은 다중 파라미터 어세이를 디자인하고, 측정 도구를 제어하고, 이미지와 데이터 분석을 수행하고, 및 결과를 기록하도록 요구된 모든 정보를 조화시키는데 사용되는 관계 데이터베이스이다. 시스템은 불연속 기능을 수행하는 다수의 연결된 모듈를 포함한다. 도 11은 이 시스템이 바람직한 구현예에서 작동하는 방법을 나타낸 흐름도를 나타낸다. 간략히, 도구 제어 소프트웨어(Instrument Control Software)는 서로스캔 하드웨어(MLSC 도구)를 제어하고, 이것으로 샘플을 스캐닝하고 미가공 이미지 파일(.SM1 파일)을 생성한다. .SM1 파일은 이어서 서로이미지 이미지 분석 소프트웨어(SurroImage Image Analysis Software)(상기)에 의해 처리되고, 보강된다. 이 모듈은 각각의 이미지를 증강하고, 각각의 이미지에서 각각의 세포(또는 일부 적용에서 형광 비드)의 위치 및 크기를 결정하고, 이어서 각각의 채널에서 각각의 세포(또는 비드)의 형광 강도를 계산한다. 얻어지는 서로이미지 데이터는 텍스트 파일(.LSM 파일)로서 저장되고, 이어서 FCS 전환 소프웨어(Conversion Software)에 의해 산업 표준.FCS 포맷으로, 또는 이어지는 분석을 위한 적절한 다른 파일 포맷으로 전환될 수 있다. 도구 제어 소프트웨어, 이미지 분석 소프트웨어 및 FCS 전환 소프트웨어는 임상 프로토콜의 실행에 사용된 어세이의 각각의 유형에 대한 파라미터를 저장하는 임상 프로토콜 데이터베이스(Clinical Protocol Database)에 의해 모두 제어된다. 이런 파라미터는 이것으로 제한되는 것은 아니지만 MLSC 도구의 스캔 속도, MLSC 도구에서 사용된 필터 밴드폭의 값, 및 서로이미지 시스템에 사용된 커넬 구조를 포함한다. 예를 들면, .FCS 및 .LSM 파일의 형태에서 데이터는 이어서 예를 들면 시판되는 플로우 조 소프트웨어(Flow Jo software)를 사용하여 데이터를 추가로 처리하기 위해 서버에 보내질 수 있다. 상기 데이터는 또한 아카이빙을 위해 및 제 3의 미디어로 주기적인 보내기를 위해 실험적인 데이터 파일 서버에 보내지고, 또한 오라클 데이터베이스와 같은 중앙 데이터베이스에 보내진다. 중앙 데이터베이스는 제한없이 임상 프로토콜 데이터베이스의 일관성을 유지하기 위해 사용되고; 도구 결과, 파일이름, 검정 정보를 위한 중앙 저장소로서 사용되고; 세포 어세이 측정 및 용해성 인자 측정(MLSC 시스템을 통해 얻어진 것인지 또는 통상적인 ELISA 어세이를 통해 얻어진 것인지 상관없이)을 저장하기 위해 사용되고; 임상 질의서 정보를 유지하기위해 사용된다.The present invention includes novel informatics structures that perform a number of important functions. At the heart of the system is a relational database used to design multi-parameter assays, control measurement tools, perform image and data analysis, and coordinate all the information required to record the results. The system includes a number of connected modules that perform discrete functions. 11 shows a flowchart illustrating how this system operates in the preferred embodiment. Briefly, Instrument Control Software controls each other's scan hardware (MLSC tools), which scans samples and generates raw image files (.SM1 files). The .SM1 file is then processed and augmented by SurroImage Image Analysis Software (above). This module augments each image, determines the location and size of each cell (or fluorescent beads in some applications) in each image, and then calculates the fluorescence intensity of each cell (or beads) in each channel do. The resulting cross-image data can be stored as a text file (.LSM file) and then converted by the FCS Conversion Software to the industry standard.FCS format or to another file format suitable for subsequent analysis. The tool control software, image analysis software and FCS conversion software are all controlled by the Clinical Protocol Database, which stores the parameters for each type of assay used to execute the clinical protocol. These parameters include, but are not limited to, the scan rate of the MLSC tool, the value of the filter bandwidth used in the MLSC tool, and the kernel structure used in the mutual imaging system. For example, data in the form of .FCS and .LSM files may then be sent to a server for further processing of the data, for example using commercially available Flow Jo software. The data is also sent to an experimental data file server for archiving and for periodic sending to third-party media, and also to a central database such as an Oracle database. The central database is used to maintain the consistency of the clinical protocol database without limitations; Used as a central repository for tool results, filenames, and validation information; Used to store cell assay measurements and soluble factor measurements (whether obtained through MLSC systems or through conventional ELISA assays); Used to maintain clinical questionnaire information.

바람직한 구현예에서, 서로스캔 정보학 시스템은 임상 연구를 위해 다음과 같은 방법에 사용된다(적절한 관계 데이터베이스 스키마의 이전 디자인과 검정된 도구의 유용성을 가정한다). 우선, 사용자는 환자의 수 및 동일성, 환자 당 샘플의 수 등과 같은 정보를 포함한 임상 연구 프로토콜을 정의한다. 임상 연구는 10 내지 100명의 환자를 포함할 수도 있고, 1주 내지 1개월 동안 지속될 수도 있다. 사용자는 또한 어세이 프로토콜을 정의하고, 이것은 각각의 특정 환자 샘플에서 수행될 수 있는 어세이의 각각을 상세하게 정의한다. 각각의 어세이는 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 사용된 형광단, 타겟 분자, 희석과 형광 보충 파라미터를 포함한 시약들의 각각에 대한 상세한 정의 및 설명을 포함한다. 샘플 제조 방법 및 샘플 희석이 또한 포함된다. 프로토콜은 또한 서로스캔 도구 및 데이터 분석 소프트웨어를 자동적으로 제어하기 위해 요구된 정보를 포함한다. 환자 샘플이 각각의 어세이(이것은 데이터베이스의 제어하에서 자동화될 수 있다)에 대해 처리되어지고, 서로스캔상의 측정 카트리지상에 적하된 후에, 사용자는 프로토콜 ID와 샘플 ID 파라미터를 스캐너 소프트웨어에 입력하고, 이것은 이어서 상세한 스캔 파라미터, 예를 들면, 스캔속도, 필터 밴드폭 세팅, 스테이지 인식 속도 등을 결정하는 데이터베이스를 조사한다. 스캔이 완성된 후, 도구는 다시 적절한 분석 파라미터를 익히기 위해 데이터베이스를 조사하고, 서로이미지 및 서로FCS 소프트웨어 모듈로 정확한 유형의 어세이를 자동적으로 수행하여, FCS 출력 파일을 발생한다. FCS 출력 파일은 시판되는 FCS 분석 소프트웨어를 사용하여 추가로 분석된다. 각각의환자 샘플에 대한 FCS 출력 데이터의 요약은 이어서 FCS 소프트웨어에 의해 발생되고, 추가로 관계 데이터베이스로 저장할 수 있도록 처리된다. 측정 결과 및 환자 임상 정보는 이어서 다양한 통계 및 가시화 방법으로 후보 생물학적 마커를 나타낼 수 있는 패턴 및 상관관계를 동정하기 위해 처리되어진다. 샘플 및 어세이 정보는 관계 데이터베이스에 대한 리스트 모드 포맷으로 미가공 이미지로부터 분석을 통해 나온 데이터와 연관된다.In a preferred embodiment, the mutual scan informatics system is used for clinical research in the following methods (assuming the usefulness of the previous design of the appropriate relational database schema and the validated tools). First, the user defines a clinical research protocol that includes information such as the number and identity of patients, the number of samples per patient, and the like. The clinical study may include 10 to 100 patients and may last from 1 week to 1 month. The user also defines an assay protocol, which defines in detail each of the assays that can be performed on each particular patient sample. Each assay includes, but is not limited to, a detailed definition and description of each of the reagents, including the fluorophore, target molecule, dilution and fluorescence supplemental parameters used. Sample preparation methods and sample dilution are also included. The protocol also includes the information required to automatically control each other's scanning tools and data analysis software. After patient samples have been processed for each assay (which can be automated under the control of a database) and loaded onto measurement cartridges on each other, the user enters the protocol ID and sample ID parameters into the scanner software, It then searches the database to determine detailed scan parameters such as scan rate, filter bandwidth setting, stage recognition rate, and the like. After the scan is complete, the tool again scans the database to learn the appropriate analysis parameters, automatically performs the correct type of assay with each other's images and with each other's FCS software modules, generating an FCS output file. FCS output files are further analyzed using commercially available FCS analysis software. A summary of the FCS output data for each patient sample is then generated by the FCS software and processed for further storage in a relational database. Measurement results and patient clinical information are then processed to identify patterns and correlations that can represent candidate biological markers with various statistical and visualization methods. Sample and assay information is associated with data from analysis from raw images in a list mode format for a relational database.

본 발명은 또한 보강된 데이터를 그래픽적으로 나타내기 위해 이미지 시스템의 사용을 고려한다. 서로뷰(SurroView)라고 명명된 이 시스템은 서로이미지 소프트웨어에 의해 동정된 개개의 세포를 나타내고; 박스는 이미지에서 진실의 세포를 다른 세포 형태의 그럴싸한 시그널과 구별하기 위해 각각의 동정된 세포 주변에 배치될 수 있다. 서로뷰 소프트웨어는 특히 다양한 유형의 시스템 실패 모드를 빠르게 진단하는데 유용하다. 서로스캔 도구의 정상적인 작동동안, 세포의 이미지와 같은 것을 작동자가 전혀 볼 필요가 없다는 것에 주목해야 한다.The present invention also contemplates the use of an image system to graphically represent the enriched data. The system, named SuroView, represents individual cells identified by the image software of each other; A box can be placed around each identified cell to distinguish the true cell from the plausible signal of another cell type in the image. MutualView software is particularly useful for quickly diagnosing various types of system failure modes. It should be noted that during normal operation of each other's scanning tools, the operator does not need to see anything like the image of the cell.

리스트 모드 출력의 실예. 상기 데이터는 2-채널 스캔에 대응한다.Example of list mode output. The data corresponds to a two-channel scan. 세포 번호Cell number 채널 : 0Channel: 0 전체플럭스Total flux 플럭스폭Flux width 세포직경Cell diameter 세포타원율Cell ellipticity 픽셀명도Pixel brightness 상관성0-1Correlation 0-1 비율1/0Ratio 상관성0-2Correlation 0-2 비율2/0Ratio XX YY 1One 191191 2323 41414141 427427 3.23.2 0.900.90 37983798 0.910.91 0.560.56 0.480.48 0.080.08 22 196196 2626 22822282 501501 1.31.3 0.950.95 41244124 0.9170.917 0.360.36 0.710.71 0.110.11 3...3 ... 세포번호Cell number 채널 : 1Channel: 1 전체플럭스Total flux 플럭스폭Flux width 세포직경Cell diameter 세포타원율Cell ellipticity 픽셀밝기Pixel brightness 상관성1-2Correlation 1-2 비율2/1Ratio 결과소스(Event Source)Event Source XX YY 1One 191191 2323 18241824 241241 2.52.5 0.880.88 19621962 0.410.41 0.140.14 33 22 196196 2626 12941294 181181 1.91.9 0.930.93 20272027 0.770.77 0.290.29 1One 3...3 ...

여과된 이미지를 만들기 위해 사용된 회선 커넬,imBlobSrc.imBlobSrc는 세포 검출과 세포의 가중된 플럭스의 평가를 위해 모두 사용된다. ImBlobSrc , the line kernel used to produce the filtered image. imBlobSrc is used both for cell detection and for evaluation of the weighted flux of cells. -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 2.002.00 2.002.00 3.003.00 2.002.00 2.002.00 -3.54-3.54 -3.54-3.54 2.002.00 4.004.00 6.006.00 4.004.00 2.002.00 -3.54-3.54 -3.54-3.54 3.003.00 6.006.00 9.009.00 6.006.00 3.003.00 -3.54-3.54 -3.54-3.54 2.002.00 4.004.00 6.006.00 4.004.00 2.002.00 -3.54-3.54 -3.54-3.54 2.002.00 2.002.00 3.003.00 2.002.00 2.002.00 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54 -3.54-3.54

Claims (6)

(a) 각각의 데이터 채널이 별개의 검출가능한 특성 및 별개의 배경 특성을 포함하는, 복수의 데이터 채널을 발생시키기 위해 샘플을 포함한 고정된 볼륨 모세관을 스캔하는 단계;(a) scanning a fixed volume capillary comprising a sample to generate a plurality of data channels, each data channel comprising a distinct detectable characteristic and a distinct background characteristic; (b) 픽셀값의 대응 세트를 생성하기 위해 각각의 데이터 채널을 샘플화하는 단계;(b) sampling each data channel to produce a corresponding set of pixel values; (c) 타겟 파티클의 표시되는 공간 특징을 선택적으로 보강하기 위해 각각의 픽셀값 세트를 독립적으로 변형함으로써 보강된 픽셀값의 세트를 발생시키는 단계;(c) generating a set of enhanced pixel values by independently modifying each set of pixel values to selectively enhance the displayed spatial features of the target particle; (d) 하나 이상의 보강된 픽셀값의 세트로부터 대응 채널에 대한 별개의 배경 특성을 제거하는 단계;(d) removing distinct background characteristics for the corresponding channel from the set of one or more enhanced pixel values; (e) 보강된 픽셀값의 각각의 세트에 대한 상기 파티클의 검출을 위해 노이즈 한계 값을 독립적으로 구축하는 단계;(e) independently constructing a noise limit value for detection of the particles for each set of enhanced pixel values; (g) 보강된 픽셀값의 각각의 세트에서, 상기 파티클의 진단에 필요한 패턴에 위치된 상기 한계 픽셀의 그룹을 독립적으로 동정하는 단계;(g) independently identifying, in each set of enhanced pixel values, the group of limit pixels located in the pattern required for diagnosing the particle; (h) 보강된 픽셀값의 특정 세트에서 진단 패턴에 위치된 상기-한계 픽셀의 각각의 그룹에 대해, 보강된 픽셀값의 남아있는 세트에서 대응하는 한계 이하 또는 한계 픽셀을 독립적으로 동정하는 단계;(h) independently identifying, for each group of said-limit pixels located in the diagnostic pattern in a particular set of enhanced pixel values, a corresponding lower or lower limit pixel in the remaining set of enhanced pixel values; (i) 단계(g) 및 (h)에서 독립적으로 동정된 픽셀을 분석함으로써 샘플중의타겟 파티클을 특징화하는 단계;를 포함하고,(i) characterizing the target particles in the sample by analyzing the pixels independently identified in steps (g) and (h); 여기서, 파티클은 상기 파티클의 패턴 진단에 위치된 상기 한계 픽셀로 채널중에서 초기에 동정되고 분석되며, 상기 파티클은 이어서 모든 남아있는 채널에서 초기에 동정된 상기 한계 픽셀에서와 동일한 위치에 픽셀을 위치시키는 것으로 분석되는, 형광 배경을 포함하고 배경 특성을 보여주는 고정된 볼륨 모세관중에서 복수의 검출가능한 특성을 갖는 타겟 파티클을 검출하고 특징화하기 위한 파티클을 포함한 샘플의 분석방법.Here, a particle is initially identified and analyzed in the channel with the limit pixel located in the pattern diagnosis of the particle, and the particle then places the pixel at the same position as in the limit pixel initially identified in all remaining channels. And a particle for detecting and characterizing a target particle having a plurality of detectable properties in a fixed volume capillary comprising a fluorescent background and showing background properties. (a) 여기광을 위한 하나 이상의 소스;(a) one or more sources for excitation light; (b) 상기 여기광을 샘플에 대해 복수의 예정된 스캔율에서 스캐닝하는 수단;(b) means for scanning the excitation light at a plurality of predetermined scan rates for a sample; (c) 상기 여기광에 반응하여 상기 샘플에 의해 방출된 광선을 수집하고 탈스캔하는 수단;(c) means for collecting and descanning light rays emitted by the sample in response to the excitation light; (d) 상기 방출된 광선을 복수의 별개 구성요소 파장으로 분리하고, 상기 각각의 별개의 구성요소 파장을 독립된 광학 경로와 나란히 유도하기 위한 복수의 유이색적(dichroic) 필터 수단;(d) a plurality of dichroic filter means for separating the emitted light rays into a plurality of separate component wavelengths and for inducing each of the individual component wavelengths alongside an independent optical path; (e) 각각 별개의 구성요소 파장을 수집하기 위해 위치되고, 각각 가변 밴드폭을 갖는 아날로그 필터 수단에 작동적으로 연결되는 방출된 광선에 반응하는 복수의 광 검출기;(e) a plurality of photo detectors, each responsive to emitted light rays, positioned to collect separate component wavelengths, each operatively connected to an analog filter means having a variable bandwidth; (f) 각각의 광 검출기로부터 디지탈 시그널 출력을 제공하기 위해 각각의 아날로그 필터 수단에 작동적으로 연결되고, 다수의 예정된 디지탈 샘플링 비율에서작동할 수 있는 디지탈 샘플링 수단;를 포함하고,(f) digital sampling means operatively connected to each analog filter means for providing a digital signal output from each photo detector and capable of operating at a plurality of predetermined digital sampling rates; 여기서 상기 스캔율, 상기 각각의 아날로그 필터 수단의 밴드폭 및 디지탈 샘플링 비율은 상기 파티클의 검출을 최적화하기 위해 조화롭게 조절될 수 있는, 여기광의 조명에 따라 다중 파장 구성요소로 광선을 방출하는 파티클을 포함한 샘플상에서 마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측을 수행하기 위한 도구.Wherein the scan rate, the bandwidth of each analog filter means, and the digital sampling rate include particles that emit light into multiple wavelength components in accordance with illumination of excitation light, which can be coordinated to optimize detection of the particles. A tool for performing microvolume laser scanning cytometry on a sample. (a) 여기광을 위한 하나 이상의 소스;(a) one or more sources for excitation light; (b) 상기 여기광을 샘플에 대해 스캐닝하는 수단;(b) means for scanning the excitation light against a sample; (c) 상기 여기광에 반응하여 상기 샘플에 의해 방출된 광선을 수집하고 탈스캔하는 수단;(c) means for collecting and descanning light rays emitted by the sample in response to the excitation light; (d) 상기 방출된 광선을 네개 이상의 별개 구성요소 파장으로 분리하고, 상기 각각의 별개의 구성요소 파장을 분리 광학 경로와 나란히 유도하기 위한 복수의 유이색적 필터 수단; 및(d) a plurality of dichroic filter means for separating the emitted light beam into four or more separate component wavelengths and for inducing each respective component wavelength alongside a separate optical path; And (e) 각각 별개의 구성요소 파장을 수집하기 위해 위치되고, 각각 디지탈 샘플링 수단에 작동적으로 연결되는 방출된 광선에 반응하는 네개 이상의 광 검출기;를 포함하는, 여기광으로의 조명에 따라 네개 이상의 별개 파장 구성요소로 광선을 방출하는 파티클을 포함한 샘플상에서 마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측(MLSC)을 수행하기 위한 도구.(e) four or more photo detectors, each positioned to collect separate component wavelengths, each of which is responsive to emitted light rays operatively connected to a digital sampling means; A tool for performing microvolume laser scanning cytometry (MLSC) on a sample comprising particles that emit light into separate wavelength components. (a) 여기광을 위한 하나 이상의 소스;(a) one or more sources for excitation light; (b) 상기 여기광을 샘플에 대해 복수의 예정된 스캔율에서 스캐닝하는 수단;(b) means for scanning the excitation light at a plurality of predetermined scan rates for a sample; (c) 상기 여기광에 반응하여 상기 샘플에 의해 방출된 광선을 수집하고 탈스캔하는 수단;(c) means for collecting and descanning light rays emitted by the sample in response to the excitation light; (d) 상기 방출된 광선을 복수의 별개 구성요소 파장으로 분리하고, 상기 각각의 별개 구성요소 파장을 분리 광학 경로와 나란히 유도하기 위한 복수의 유이색적 필터 수단;(d) a plurality of dichroic filter means for separating the emitted light rays into a plurality of discrete component wavelengths and for inducing each respective component wavelength alongside a separate optical path; (e) 각각 별개의 구성요소 파장을 수집하기 위해 위치되고, 각각 가변 밴드폭을 갖는 아날로그 필터 수단에 작동적으로 연결되는, 방출된 광선에 반응하는 복수의 광 검출기;(e) a plurality of photo detectors responsive to emitted light rays, each positioned to collect separate component wavelengths and operatively connected to analog filter means each having a variable bandwidth; (f) 각각의 아날로그 필터 수단에 작동적으로 연결되고, 각각의 광 검출기로부터 디지탈 시그널 출력을 제공하기 위해 다수의 예정된 디지탈 샘플링 비율에서 작동할 수 있는 디지탈 샘플링 수단; 및(f) digital sampling means operatively connected to each analog filter means and operable at a plurality of predetermined digital sampling rates to provide a digital signal output from each photo detector; And (g) 하나 이상의 컴퓨터를 포함하고, 하기(ⅰ) 내지 (ⅶ)와 같은 것이 가능한 제어 및 데이터 분석 시스템:을 포함하고, 유기체로부터 얻고, 여기광의 조명에 따라 다중 파장 구성요소로 광선을 방출하는 파티클을 포함하는 샘플상에서 마이크로볼륨 레이져 스캐닝 세포계측(MLSC)를 위한 통합 시스템:(g) a control and data analysis system, comprising one or more computers, capable of the following (i) to (i), comprising: obtaining from an organism and emitting light to a multi-wavelength component under illumination of excitation light; Integrated system for microvolume laser scanning cytometry (MLSC) on samples containing particles: (ⅰ) 하기에 대한 정보를 포함하는 각각의 임상 프로토콜의 저장:(Iii) storage of each clinical protocol including information on: 상기 파티클의 최적 검출을 위해 요구된 스캔율;Scan rate required for optimal detection of the particles; 상기 파티클의 최적 검출을 위해 요구된 상기 아날로그 필터 수단의 밴드폭;A bandwidth of the analog filter means required for optimal detection of the particles; 상기 파티클의 최적 검출을 위해 요구된 디지탈 샘플링 비율;Digital sampling rate required for optimal detection of the particles; 상기 샘플의 어세이 조건;Assay conditions for the sample; 상기 유기체의 병력; 및A history of the organism; And 상기 디지탈 시그널 출력의 분석을 위한 알고리즘Algorithm for Analysis of the Digital Signal Output (ⅱ) 상기 임상 프로토콜로부터 나온 정보를 사용하여 상기 스캐닝 수단, 상기 아날로그 필터 수단 및 상기 디지탈 샘플링 수단의 제어;(Ii) control of the scanning means, the analog filter means and the digital sampling means using information from the clinical protocol; (ⅲ) 상기 디지탈 시그널 출력의 수용 및 저장;(Iii) accepting and storing the digital signal output; (ⅳ) 상기 파티클에 관한 데이터를 제공하기 위해 상기 임상 프로토콜로부터 얻은 정보를 사용하여 상기 디지탈 시그널 출력의 분석;(Iii) analysis of the digital signal output using information obtained from the clinical protocol to provide data regarding the particle; (ⅴ) 상기 파티클에 관한 데이터에 대한 의학적 증상에 관한 정보의 저장;(Iii) storing information about medical symptoms about data relating to the particles; (ⅵ) (5)로부터 얻은 정보를 사용하여 상기 유기체의 의학적 증상의 결정; 및(Iii) determining the medical symptoms of the organism using the information obtained from (5); And (ⅶ) 상기 파티클에 관한 데이터에 대한 의학적 증상과 관련한 새로운 정보의 발생.(Iv) the generation of new information relating to medical symptoms for the data relating to the particles. 형광 배경을 포함하고 배경 특성으로 보여주는 고정된 볼륨 모세관에서 복수의 검출가능한 특성을 갖는 타겟 파티클을 검출하고 특징화하는 파티클을 포함한 샘플을 분석하는 방법에 있어서,A method of analyzing a sample comprising a particle that detects and characterizes a target particle having a plurality of detectable properties in a fixed volume capillary that includes a fluorescent background and exhibits the background property. (a) 각각의 데이터 채널이 별개의 검출가능한 특성과 별개의 배경 특성을 포함하는 복수의 데이터 채널을 발생시키기 위해 샘플을 포함한 고정된 볼륨 모세관을 스캐닝하는 단계;(a) scanning a fixed volume capillary comprising a sample to generate a plurality of data channels, each data channel comprising a distinct detectable characteristic and a distinct background characteristic; (b) 소스 픽셀 값의 대응하는 세트를 생성하기 위해 데이터 채널의 각각을 샘플링하는 단계;(b) sampling each of the data channels to produce a corresponding set of source pixel values; (c) 복합 이미지를 발생하기 위해 소스 픽셀값 세트의 총계 내는 단계;(c) totaling a set of source pixel values to generate a composite image; (d) 파티클 검출을 위해 상기 복합 이미지에서 한계를 계산하는 단계;(d) calculating a limit in the composite image for particle detection; (e) 상기 복합 이미지에서 상기 한계를 사용하여 파티클 검출을 수행하는 단계;(e) performing particle detection using the limit in the composite image; (f) 상기 복합 이미지에서 동정된 각각의 파티클에 대해 소스 픽셀 값의 세트에서 대응 픽셀을 동정하는 단계; 및(f) identifying the corresponding pixel in the set of source pixel values for each particle identified in the composite image; And (g) 단계 (f)에서 동정된 픽셀을 분석하는 단계;를 포함하고, 그의 개선점은:(g) analyzing the pixels identified in step (f); wherein improvements are: (ⅰ) 소스 픽셀값의 각각의 세트에서 독립적으로 파티클 검출를 위한 한계를 계산하는 단계;(Iii) independently calculating a limit for particle detection in each set of source pixel values; (ⅱ) 대응 한계를 사용하여 소스 픽셀 값의 각각의 세트에서 독립적으로 파티클 검출을 수행하는 단계;(Ii) independently performing particle detection on each set of source pixel values using a corresponding limit; (ⅲ) 단계(2)에서 소스 픽셀 값의 특정 세트에서 동정된 각각의 파티클에 대해 소스 픽셀 값의 나머지 세트에서 대응 픽셀을 동정하는 단계; 및(Iii) identifying the corresponding pixel in the remaining set of source pixel values for each particle identified in the particular set of source pixel values in step (2); And (ⅳ) 단계(2) 및 (3)에서 동정된 픽셀을 분석하는 단계를 포함하는 것인 샘플의 분석방법.(Iii) analyzing the pixels identified in steps (2) and (3). 형광 배경을 포함하고 배경 특성으로 보여주는 고정된 볼륨 모세관에서 복수의 검출가능한 특징을 갖는 타겟 파티클을 검출하는 압지를 포함한 샘플을 분석하는 방법에 있어서,A method of analyzing a sample comprising a blotter, which detects a target particle having a plurality of detectable features in a fixed volume capillary that includes a fluorescent background and exhibits the background characteristics. (a) 각각의 데이터 채널이 별개의 검출가능한 특성과 별개의 배경 특성을 포함하는 복수의 데이터 채널을 발생하기 위해 샘플을 포함한 고정된 볼륨 모세관을 스캐닝하는 단계; ;(a) scanning a fixed volume capillary comprising a sample to generate a plurality of data channels, each data channel comprising a distinct detectable characteristic and a distinct background characteristic; ; (b) 소스 픽셀 값의 대응하는 세트를 생성하기 위해 데이터 채널의 각각을 샘플링하는 단계;(b) sampling each of the data channels to produce a corresponding set of source pixel values; (c) 복합 이미지를 발생하기 위해 소스 픽셀 값 세트의 총계를 내는 단계;(c) totaling a set of source pixel values to generate a composite image; (d) 상기 복합 이미지에서 파티클 검출을 위한 한계를 계산하는 단계;(d) calculating a limit for particle detection in the composite image; (e) 상기 복합 이미지에서 상기 한계를 사용하여 파티클 검출을 수행하는 단계;를 포함하고, 개선점은:(e) performing particle detection using the limits in the composite image, wherein the improvements include: (ⅰ) 소스 이미지를 우선 총계를 낼 필요없이 소스 픽셀 값의 각각의 세트에서 독립적으로 파티클 검출을 위한 한계를 계산하는 단계;(Iii) calculating a limit for particle detection independently in each set of source pixel values without having to first sum up the source images; (ⅱ) 대응하는 한계를 사용하여 소스 픽셀 값의 각각의 세트에서 파티클 검출을 수행하는 단계를 포함하는 것인 샘플의 분석방법.(Ii) performing particle detection on each set of source pixel values using a corresponding limit.
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