KR20210137206A - 조직 섹션화, 착색 및 스캐닝을 위한 자동 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
샘플을 수집하여 분석하기 위한 플레이트 또는 필름이 개시된다. 플레이트 또는 필름은 표면, 및 표면에 고정된 샘플로부터의 복수의 슬라이스를 포함한다. 또한, 복수의 슬라이스는 샘플로부터 동일한 두께로 절단되고, 복수의 슬라이스는 그 절단 순서에 따라 플레이트 또는 필름의 표면에 배치된다.
Description
본 발명의 분야는 진단 시스템 및 방법이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 조직학적 표본의 섹션화, 착색 및 영상화하는 프로세스를 자동화하고 정보 분석 및 질병 진단을 용이하게 하는 임상 병리학 분야의 시스템 및 방법을 제시한다.
현대 의학에서 병리학의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 예를 들어 암 치료에서, 생검 상에서 암의 침습성 영역의 정확한 병리학적 판독은 효과적인 치료 설계를 가능하게 하는 중요한 단계이다. 한 세기가 넘는 역사를 통해, 병리학적 기반 평가는 항상 질병을 진단하는데 없어서는 안될 부분이었다.
전통적인 접근 방식에도 불구하고, 조직 형태학적 평가는 여전히 고품질 조직 섹션이 장착된 검사 슬라이드에 의지한다. 그러나, 임상 사용에 적합한 양호한 조직 슬라이드를 준비하는 것은 노동 집약적일 뿐만 아니라, 고도로 훈련된 조직학 기술자의 기술을 요구한다. 현재 이러한 자격을 갖춘 기술자의 공급은 조직 기반 테스트의 증가하는 양을 따라가지 못하고 있다. 그러므로, 조직 슬라이드의 준비에 요구되는 지루한 작업의 일부를 최소화할 수 있는, 바람직하게 자동화 기술을 사용하는 새로운 방법을 개발할 필요가 있다.
다른 한편으로, 특히 오늘날 인공 지능(AI)의 도움을 받는 디지털 시대의 도래는 초기 단계이지만 디지털 병리학이라는 빠르게 진화하는 분야를 일으킨다. 디지털 병리학은 디지털 형식의 이미지를 이용하여 병리학적 표본에 대한 정보를 캡처, 저장 및 해석하는 기법 및 기술을 지칭한다. 광학 현미경을 통해 작업하는 전통과 비교하여, 디지털 병리학은 컴퓨터 인터페이스를 통해 이미지를 보고, 인터넷을 통한 조직 이미지의 전송을 가능하게 한다. 디지털 병리학의 급속한 발전을 활용하여, AI의 분야는 질병 예측 및 진단을 개선하도록 의료 영상을 분석하기 위해 인간의 추론과 지각 능력을 시뮬레이션할 수 있는 소위 인지 기술을 탐구한다. 디지털 병리학이 정적 이미지를 검색 가능한 데이터로 변환하여 조직학적 표본으로부터 점점 더욱 많은 양의 정보 획득을 촉진하지만, AI의 분야는 그 정보의 후속 정성적 및 정량적 분석을 발전시킬 것을 약속한다.
디지털 병리학이 AI 기술과 함께 성장함에 따라서, 점점 더 많은 양의 데이터를 요청한다. 그러나, 위에서 언급한 품질 조직 섹션의 생산 문제 외에, 현재의 이미지 스캐닝/획득이 또한 뒤쳐져 있다. 병리학 이미지의 전형적인 현미경 기반 판독은 처리하는데 시간이 걸리고 높은 처리량 접근 방식에 적합하지 않다. 또한 임의의 주어진 조직 샘플에 대해, 현재 표준에 의한 그 이미지는 다수의 무작위 섹션의 2-D 뷰로만 제한된다. 그 주어진 조직 샘플로부터 더욱 많은 정보를 획득하기 위해 현재 표준을 개선하는 방법, 더욱 중요하게, 높은 처리량의 이미지 획득을 달성하기 위해 스캐닝 기술을 획기적으로 개선하는 방법이 AI-중심 디지털 병리학의 시대에서 과제로 된다.
조직 슬라이드를 준비하는 것부터 디지털 이미지를 캡처하는 것까지 프로세스를 간소화하는 시스템 또는 방법이 필요하다.
본 발명은 AI-중심 디지털 병리학을 위한 다층 3D 이미지를 생성하는 요구를 충족시키기 위해 조직 슬라이드를 준비하는 것부터 디지털 이미지를 캡처하는 것까지 프로세스를 간소화하는 시스템 및 방법을 제공한다. 동시에, 더 양호한 병리학 진단을 위해 조직학 영역의 적용 범위를 향상시키도록 조직 샘플로부터 더욱 많은 전체론적 정보를 획득할 것을 약속한다.
본 발명의 한 양태는 샘플을 처리하는 방법에 관한 것이다. 방법은, (i) 샘플을 제공하고 가상 수평면 및 샘플을 위한 평면에 수직인 가상 수직축을 한정하는 단계; (ⅱ) 가상 수평면을 따라서 샘플을 복수의 샘플 슬라이스로 절단하는 단계로서, 절단은 가상 수평면에 실질적으로 평행하고, 복수의 샘플 슬라이스의 두께는 실질적으로 동일하고, 복수의 샘플 슬라이스가 절단 순서에 따라 가상 수직축을 따라서 순차적인, 상기 단계; 및 (ⅲ) 절단 순서에 따라 연속적으로 지지체 상에 복수의 샘플 슬라이스를 병치하는 단계를 포함한다.
위의 방법에서 샘플은 생물학적 샘플일 수 있다. 구체적으로, 샘플은 조직, 예를 들어 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직일 수 있다.
또한 상기 방법에서, 복수의 샘플 슬라이스의 두께는 조정될 수 있는데 반하여, 지지체는 멤브레인일 수 있다.
상기 방법은 지지체 상에 복수의 샘플 슬라이스를 고정화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 환자의 질병을 진단하는 방법에 관한 것이다. 방법은, (i) 상기 환자로부터 관심 샘플을 획득하는 단계; (ⅱ) 위에서 설명된 방법을 수행하는 단계; (ⅲ) 샘플에서 조직학적 처리를 수행하는 단계; (ⅳ) 샘플로부터 영상 데이터를 획득하는 단계, (v) 상기 환자의 건강을 평가하기 위해 기존의 조직학적 데이터와 영상 데이터를 비교하고 및/또는 상관시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 샘플을 수집하고 분석하기 위한 필름에 관한 것이다. 필름은 길고 좁은 표면과, 표면에 고정되고 표면의 긴 가장자리를 따라서 정렬된 샘플로부터의 복수의 슬라이스를 가진다. 또한, 복수의 슬라이스는 동일한 두께로 샘플로부터 절단되고, 그 절단 순서에 따라 필름의 표면에 병치된다.
방금 설명된 필름의 표면 상에 있는 복수의 슬라이스는 하나 이상의 반응에서 동시에 처리된다. 하나 이상의 반응은 조직학적 착색, 형광 기반 착색 또는 다른 착색 유형을 포함한다.
설명된 필름은 플라스틱 멤브레인일 수 있다. 또한, 필름은 광학적으로 투명하며, 적어도 60℃까지의 내열성을 가진다. 또한 필름의 표면의 긴 가장자리를 따르는 일련의 구멍 또는 노치를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 샘플을 수집하고 처리하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 디바이스는 블레이드 및 샘플을 홀딩하도록 구성된 크래들을 가지는 샘플 커터를 포함한다. 또한, 블레이드 또는 크래들은 블레이드가 동일한 두께를 가진 복수의 슬라이스로 샘플의 일련의 절단을 만드는 것을 보장하기 위해 이동 가능하다. 디바이스는 또한 길고 좁은 표면을 가지는 수집 필름을 포함한다. 디바이스는 그 설계에 의해, 샘플 커터가 샘플로부터 슬라이스를 만든 후에, 슬라이스를 수집 필름에 전달하고 장착하기 위해 슬라이스에 힘을 가하도록 구성될 수 있으며, 또한 표면의 긴 가장자리를 따라서 복수의 슬라이스를 정렬하고 그 절단 순서에 따라 복수의 슬라이스를 연속적으로 병치하도록 구성된다.
디바이스는 수집 필름을 공급하는 필름 롤러를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 방금 설명된 디바이스와 하나 이상의 샘플 처리 모듈을 포함하는, 샘플을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치에서, 샘플은 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직이고, 하나 이상의 샘플 처리 모듈의 예는 탈파라핀화 모듈, 밀봉 모듈, 샘플 착색 모듈, 및 샘플 영상 모듈을 포함한다. 바람직하게, 샘플 영상 모듈은 조직의 복수의 슬라이스의 영상 데이터를 동시에 캡처하도록 구성된다.
밀봉 모듈에 대하여, 수집 필름을 덮기 위해 밀봉제 액적을 제공하거나, 또는 수집 필름을 위한 투명 커버를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 샘플을 수집하고 처리하기 위한 디바이스에 관한 것이다. 디바이스는 샘플 커터, 컨베이어 벨트, 및 수집 플레이트를 포함한다. 샘플 커터는 블레이드, 및 샘플을 홀딩하도록 구성된 크래들을 가진다. 블레이드 또는 크래들은 블레이드가 동일한 두께를 가지는 복수의 슬라이스로 샘플의 일련의 절단을 만드는 것을 보장하도록 이동 가능할 수 있다.
상기 디바이스는 샘플 커터가 샘플로부터 슬라이스를 만든 후에, 컨베이어 벨트에 의해 슬라이스를 즉시 제거하고, 나중에 슬라이스를 하역하여 수집 플레이트에 장착하도록 구성될 수 있다. 또한, 디바이스는 그 절단 순서에 따라 수집 플레이트 상에 복수의 슬라이스를 연속적으로 병치하도록 구성될 수 있다.
디바이스의 한 실시예에서, 컨베이어 벨트는 한 층의 필름으로 이루어진 컨베이어 필름 벨트이다. 이러한 실시예에서, 디바이스는 필름의 층을 공급하는 필름 롤러를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 샘플을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 위에서 설명된 디바이스와, 하나 이상의 샘플 처리 모듈을 포함한다. 장치에서, 샘플은 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직일 수 있고, 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 탈파라핀화 모듈을 포함할 수 있다. 하나 이상의 샘플 처리 모듈의 예는 또한 플레이트 밀봉 모듈, 샘플 착색 모듈, 샘플이 조직일 때 조직학 착색 모듈, 또는 샘플 영상 모듈일 수 있다. 샘플 영상 모듈은 조직의 복수의 슬라이스의 영상 데이터를 동시에 캡처하도록 구성될 수 있다. 다른 한편으로, 플레이트 밀봉 모듈은 플레이트를 덮는 밀봉제 액적, 플레이트를 덮는 필름, 또는 플레이트를 위한 투명 커버, 예를 들어 유리 커버를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 플레이트의 표면에 고정된 복수의 표본을 가지는 플레이트; 플레이트를 홀딩하기 위한 캐리어; 이미지 캡처 영역을 가지는 이미지 캡처 수단, 및 캐리어와 이미지 캡처 수단 사이의 상대적인 위치 관계를 변경하기 위한 이동 메커니즘을 포함하는 영상 디바이스에 관한 것이다. 상기 영상 디바이스에서, 이미지 캡처 수단은 이미지 캡처 영역에 놓이는 플레이트 상의 모든 표본의 이미지를 동시에 캡처하도록 구성되고; 영상 디바이스는 플레이트 표면을 복수의 이미지 캡처 영역으로 분할하도록 구성된다. 더욱이, 이동 메커니즘은 복수의 표본의 이미지가 캡처되도록 복수의 이미지 캡처 영역으로 이미지 캡처 수단을 순차적으로 이동시킨다.
영상 디바이스는 영상 디바이스의 디지털 출력을 처리하도록 구성된 인공 지능 유닛을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 생물학적 샘플을 처리하는 방법에 관한 것이다. 방법은, (i) 생물학적 샘플을 동일한 두께를 가진 복수의 슬라이스로 절단하는 단계; (ⅱ) 길고 좁은 표면을 가지는 수집 필름으로 복수의 슬라이스를 순차적으로 전달하고, 이에 의해 표면의 긴 가장자리를 따라서 복수의 슬라이스를 정렬하는 단계; (ⅲ) 감기 층(rolling layer)들 사이에서 균일하게 두꺼운 공간을 가지는 롤을 형성하기 위해 수집 필름을 스풀링하는 단계; (ⅳ) 감긴 수집 필름 상의 복수의 슬라이스를 착색하는 단계; (v) 감긴 수집 필름을 푸는 단계; 및 (ⅵ) 수집 필름 상의 복수의 슬라이스를 영상화하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 영상화 단계는 영상 디바이스를 통해 수집 필름을 이동시킬 때 한번에 하나의 슬라이스씩 수행되며, 다음과 같은 특징을 포함한다: 전체 슬라이스는 영상에서 한 번에 캡처되고, 영상은 분당 10 슬라이스 내지 분당 60 슬라이스의 속도로 수행된다.
전술한 방법에서, 생물학적 샘플은 FFPE 조직일 수 있다. 또한, 디바이스는 상술한 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 상세는 다음의 도면 및 설명에 제시되어 있다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 첨부된 청구범위뿐만 아니라 도면 및 설명을 읽을 때 당업자에게 자명할 것이다.
도 1은 높은 처리량, 재사용 가능한 플레이트 설계의 하나의 변형에서 섹션화 및 장착 프로세스의 도면이다. 패널 (A)는 샘플 섹션화 및 얇은 필름으로의 전달을 도시한다. 패널 (B)는 필름의 스트립을 도시한다. 패널 (C)는 처리 플레이트에 장착된 다수의 스트립을 도시한다.
도 2는 섹션화 메커니즘을 도시하는 도면이다. 패널 (A)는 블레이드에 대한 조직 블록의 상대적인 위치 설정 및 움직임을 도시한다. 패널 (B)는 샘플 슬라이스가 필름으로 전달되는 방법을 도시한다.
도 3은 섹션화 동안 블록과 블레이드의 움직임을 도시한다. 패널 (A) 및 (B)는 블레이드가 고정된 설계의 전후 이미지를 도시한다. 패널 (C) 및 (D)는 절단하는 동안 블록과 블레이드 모두가 움직이는 설계의 전후 이미지를 도시한다.
도 4는 디바이스 전체를 이동하는 동안 필름의 위치 설정의 정밀 제어를 유지하기 위한 메커니즘을 도시하는 도면이다.
도 5는 스트립이 플레이트에 장착되는 방법을 도시한다.
도 6은 플레이트가 충만하면 스트립이 플레이트 상의 적소에 고정되는 방법을 도시한다.
도 7은 필름의 단일 리본 상에서 샘플의 연속 처리를 가능하게 하는 설계를 도시한 도면이다.
도 8은 2개의 착색 모듈 변형의 도면을 도시한다.
도 9는 연속 처리 모델의 대안적인 설계를 도시한다. 패널 (A)는 섹션들이 장착되면 착색 나선으로 필름이 감긴 것을 도시한다. 패널 (B)는 시약 수조 착색 모듈(reagent bath staining module)을 도시한다. 패널 (C)는 저장뿐만 아니라 디지털 스캐닝 이전에 아날로그 이미지를 증폭시키는 스캐닝 모듈을 도시한다.
도 10은 기준 스캐닝을 사용하여 스캐닝할 때 회전 오류 보정을 위한 품질 관리 방법을 도시한다. 패널 (A)는 기준 이미지를 도시한다. 패널 (B)는 오류가 있는 동일한 샘플 슬라이스 후처리를 도시한다. 패널 (C)는 동일한 샘플 슬라이스의 보정된 이미지를 도시한다.
도 2는 섹션화 메커니즘을 도시하는 도면이다. 패널 (A)는 블레이드에 대한 조직 블록의 상대적인 위치 설정 및 움직임을 도시한다. 패널 (B)는 샘플 슬라이스가 필름으로 전달되는 방법을 도시한다.
도 3은 섹션화 동안 블록과 블레이드의 움직임을 도시한다. 패널 (A) 및 (B)는 블레이드가 고정된 설계의 전후 이미지를 도시한다. 패널 (C) 및 (D)는 절단하는 동안 블록과 블레이드 모두가 움직이는 설계의 전후 이미지를 도시한다.
도 4는 디바이스 전체를 이동하는 동안 필름의 위치 설정의 정밀 제어를 유지하기 위한 메커니즘을 도시하는 도면이다.
도 5는 스트립이 플레이트에 장착되는 방법을 도시한다.
도 6은 플레이트가 충만하면 스트립이 플레이트 상의 적소에 고정되는 방법을 도시한다.
도 7은 필름의 단일 리본 상에서 샘플의 연속 처리를 가능하게 하는 설계를 도시한 도면이다.
도 8은 2개의 착색 모듈 변형의 도면을 도시한다.
도 9는 연속 처리 모델의 대안적인 설계를 도시한다. 패널 (A)는 섹션들이 장착되면 착색 나선으로 필름이 감긴 것을 도시한다. 패널 (B)는 시약 수조 착색 모듈(reagent bath staining module)을 도시한다. 패널 (C)는 저장뿐만 아니라 디지털 스캐닝 이전에 아날로그 이미지를 증폭시키는 스캐닝 모듈을 도시한다.
도 10은 기준 스캐닝을 사용하여 스캐닝할 때 회전 오류 보정을 위한 품질 관리 방법을 도시한다. 패널 (A)는 기준 이미지를 도시한다. 패널 (B)는 오류가 있는 동일한 샘플 슬라이스 후처리를 도시한다. 패널 (C)는 동일한 샘플 슬라이스의 보정된 이미지를 도시한다.
일련의 조직 섹션의 연속 이미지를 획득하기 위한 방법이 제공된다. 방법의 양태는 조직 샘플의 일련의 평행 슬라이스를 준비하는 단계를 포함하며, 평행 슬라이스들의 두께는 실질적으로 동일하다. 또한, 본 방법을 실행하는 디바이스 및 장치가 제공된다.
본 방법 또는 시스템을 설명하기 전에, 본 발명은 설명된 특정 방법으로 제한되지 않으며, 물론 변경될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 실시예를 한정하려는 의도가 아님을 이해하여야 한다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 상세한 설명과 관계없는 부분에 대한 설명은 생략된다.
대상 시스템 및 방법은 주로 진단 목적에 유용하다. 그러나, 이러한 시스템과 방법의 성공적인 구현은 병리학의 실습을 변환하고 이를 정량적 과학으로 더욱 도약시킬 수 있는 전망을 제공한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 가진다. 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 등가인 임의의 방법 및 재료가 또한 본 발명의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있을지라도, 바람직한 방법 및 재료가 이제 설명된다. 본 명세서에 언급된 모든 간행물은 그 간행물이 인용한 방법 및/또는 자료를 개시하고 설명하기 위해 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.
본 발명의 실시예는 방법, 시스템 및/또는 제조 디바이스를 포함하는 조직 섹션, 조직 착색, 카메라, 이미지 식별 및/또는 자동화된 이미지 분석의 영역에서 유리한 특징 및 특성을 제공한다. "결정", "측정", "평가" 및 "분석"이라는 용어는 상호 교환적으로 사용되며 정량적 및 정성적 결정을 모두 포함한다.
본 발명에 의해 처리되고 분석된 샘플은 생물학적 샘플이다. 구체적으로, 샘플은 조직학적 분석을 요구하는 생검 또는 절개를 통해 수집된 임의의 조직일 수 있다. 샘플은 본 발명으로 처리하기 전의 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직 샘플이다.
본 발명의 주요 양태는 (i) 연속적인 샘플 섹션화; (ⅱ) 다수의 샘플의 후속 그룹화 및/또는 처리 스테이지로의 전달을 포함할 수 있는, 필름과 같은 지지체 상으로의 샘플 섹션들의 전달, (ⅲ) 열 및 화학적 적용을 통한 탈파라핀화; (ⅳ) 일련의 시약 수조에서의 일괄 착색 또는 시약의 액적 도포를 통해 도포된 헤모톡실린 및 에오신(H&E), 면역조직화학(IHC), 면역형광 기반(IF) 착색 또는 기타 특수 착색 프로토콜과 같지만 이에 제한되지 않는 조직 착색; (v) 밀봉제 도포; (ⅵ) 아날로그 이미지 증폭, 디지털 스캐닝, 이미지 수집/저장; (ⅶ) 3차원 이미지 스태킹 및 재구성; (ⅷ) 처리된 샘플의 AI 분석을 포함하는 샘플 처리의 통합된 방법에 관한 것이다. 방금 설명된 방법은, 각각의 단계가 통합 디바이스의 모듈 또는 구성요소로서 설계될 수 있도록 달성되며, 디바이스의 다수의 구성은 사용자의 특정 요구에 의존하여 본 발명의 기본적인 양태를 수행할 수 있다. 본 발명의 다수의 대안적인 구성이 본 명세서에서 상세히 설명된다.
본 발명은 샘플을 홀딩하도록 구성된 크래들 및 블레이드를 포함하는 전통적인 마이크로톰(microtome) 설계를 이용하여 표준 섹션화 프로토콜을 수행하도록 설계된다. 전통적으로, 크래들과 샘플은 파라핀 블록이 균일한 두께의 슬라이스를 생성하기 위해 블레이드의 절단 에지에 대고 압박되도록 이동한다. 대안적으로, 블레이드는 슬라이싱을 용이하게 하기 위해 크래들의 움직임에 직각으로 이동할 수 있으며; 진동 마이크로톰(vibratome)이 또한 통합될 수 있다. 샘플의 두께는 사용자에 의해 조정될 수 있다.
카메라는 또한 마이크로톰의 설계에 통합될 수 있다. 이러한 카메라는 조직 샘플 블록의 표면 중심에 수직이며 이와 마주하여 위치된다. 카메라는 품질 관리를 돕기 위해 존재한다. 카메라는 각각의 슬라이스 전에 블록 면의 기준 사진을 촬영한다. 알려진 치수의 눈금 막대 또는 마킹이 샘플의 크래들 또는 카세트에 제공된다. 이미지는 스캐닝된 이미지 스택을 재구성할 때 정렬 및 오류 보정을 돕기 위해 나중에 참조될 수 있다.
본 발명은 샘플을 연속적으로 처리하고, 각각의 슬라이스를 연속적이고 등거리로 플라스틱 필름 또는 테이프에 전달한다. 필름은 슬라이스가 필름에 접촉하여 달라붙도록 블레이드 근처에 위치되며, 필름은 필름으로의 전달 동안 섹션의 주름짐 또는 찢어짐을 최소화하기 위해 슬라이스와 일치하는 속도로 이동한다. 설계에 의해, 플라스틱 필름의 순수 음전하와 FFPE 조직 샘플의 순수 양전하는 전달을 돕는다. 아울러, 샘플 블록 표면 및 필름은 슬라이싱 전에 수용액이 분사될 수 있으며; 물의 응집력은 전달을 돕는다. 접착을 돕기 위해 슬라이스에 힘을 인가하는 메커니즘이 포함될 수 있다. 필름은 또한 조직 섹션의 접착을 촉진하는 화학제 층 또는 접착제로 코팅될 수 있다. 복수의 샘플 슬라이스는 절단 순서에 따라 필름에 장착된다. 마이크로톰은 샘플의 전체 또는 원하는 두께가 슬라이싱될 때까지, 또는 일부 경우에 샘플 장착 스테이지가 충만될 때까지 진행된다.
플라스틱 필름 또는 테이프는 롤 또는 스풀에 보관되고, 샘플 슬라이싱 속도와 일치하는 속도로 풀린다. 필름의 정확한 제어와 필름 상에서의 섹션의 위치를 유지하기 위해, 필름은 측 방향 가장자리를 따라서 필름의 길이 아래로, 등거리로 이격된 일련의 구멍이 설계된다. 스프로킷들은 디바이스 전체에 걸쳐서 모듈 사이에 필름을 전환하도록 사용된다. 이러한 스프로킷들의 톱니는 필름에 있는 구멍들과 정렬되어, 필름의 움직임을 정밀하게 제어한다. 이러한 것은 샘플을 밀봉제 또는 착색 도포기와 정렬할 때, 그리고 일부 변형에서 스캐닝하는 동안 중요하다. 필름은 광학적으로 투명하고, 적어도 60℃까지 내열성이며; 이러한 온도는 탈파라핀화와 관련된다.
설계 변형
한 실시예에서, 섹션들은 필름으로부터 장착 플레이트 상으로 직접 전달된다. 플레이트 스테이지는 섹션들이 순서대로, 그리고 한정된 영역에서 플레이트로 전달되도록 CNC를 통해 제어된다. 이러한 플레이트는 단일 샘플 블록에서 수백 개의 연속 섹션을 홀딩하도록 설계된 대형 유리 또는 플라스틱 슬라이드이며; 그러나 이러한 숫자는 샘플 크기에 의존하여 달라질 수 있다. 플레이트에 장착되면, 샘플들은 탈파라핀화, 착색, 밀봉 및 스캐닝을 총체적으로 진행한다. 샘플 전체가 장착된 플레이트는 저장소로 전달된다.
다른 실시예에서, 필름은 그 위에 장착된 복수의 섹션을 각각 포함하는 스트립으로 분할된다. 이러한 실시예에서, 스트립은 두 가지 방식으로 처리될 수 있다. 한 변형에서, 스트립은 장착 플레이트로 전달된다. 장착 플레이트에 있는 페그들은 필름에 있는 구멍들과 정렬되어, 플레이트 상으로의 스트립의 이산 배치를 허용한다. 플레이트가 스트립으로 채워지면, 록킹 메커니즘은 스트립을 적소에서 홀딩한다. 플레이트와 부착된 스트립은 전술한 실시예에서와 같이 탈파라핀화, 착색, 밀봉 및 스캐닝을 거친다. 그러나, 스캐닝되면, 스트립은 플레이트로부터 제거되어 별도로 보관될 수 있다. 플레이트는 그런 다음 장착 스테이지로서 재사용될 수 있다. 대안적으로, 스트립을 플레이트로 전달하는 대신, 스트립은 대안적인 처리 모듈을 사용하여 탈파라핀화, 착색 및 밀봉으로 직접 진행할 수 있다. 이러한 버전은 높은 처리량 분석에 덜 도움이 되며, 결과적으로 임상 또는 연구 응용 프로그램과 더 관련된다. 현재 임상 프로토콜은 주어진 조직 샘플의 약 5~10개의 연속 섹션을 처리하며; 이러한 수의 섹션은 하나의 스트립에 맞추어질 수 있다. 인접한 섹션들의 불균일한 착색을 요구하는 연구는 스트립을 따라서 샘플을 개별적으로, 그리고 H&E, IHC, IF 또는 SS를 사용하여 다양하게 처리하는 대안적인 착색 모듈을 이용할 수 있다. 이러한 대안적인 응용 프로그램 중 하나에서, 스트립은 총체적 이미징을 위해 플레이트로 복귀될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 장착된 샘플들을 가지는 필름은 하나의 연속 리본으로서 각각의 처리 모듈을 통해 순차적으로 운반된다. 처리되었으면, 샘플은 보관을 위해 스풀에 감긴다. 이 실시예에는 2개의 변형을 가진다. 첫 번째는 샘플 섹션들이 각각의 모듈 사이에서 컨베이어 벨트, 이 경우에 캐리어 필름을 따라서 이동되는 연속 설계이다. 이러한 버전은 각각의 샘플이 개별적으로 처리됨에 따라서 시간 소모적일 것이다. 두 번째 설계는 처리 나선에 감긴 섹션들이 있는 캐리어 필름을 가진다. 이러한 나선은 집단 탈파라핀화 및 착색을 겪음에 따라서 샘플들을 수용한다. 나선은 필름의 층들 사이에 공간이 존재하도록 설계되어, 액체 시약이 방해받지 않고 각각의 샘플 섹션을 세척하는 것을 가능하게 한다. 샘플들은 밀봉 및 스캐닝을 위해 나선으로부터 풀리고, 그런 다음 보관을 위해 스풀에 다시 감긴다.
모듈식 구성요소들
탈파라핀화 모듈은 샘플을 가열하는 것에 의해 파라핀 왁스를 녹이는 역할만을 하며; 에탄올 용액 및 자일렌(xylene)과 같이 일반적으로 탈파라핀화를 위해 사용되는 다른 모든 액체 시약 세척은 이들 모듈이 액체 화학 물질 도포를 위해 설계됨에 따라서 착색 모듈에 의해 도포될 수 있다. 탈파라핀화 모듈은 최대 10분 동안 각각의 샘플을 약 55℃로 가열해야만 한다. 일반적인 설계는 오븐 또는 가열된 표면의 설계일 수 있다. 장착 플레이트, 스트립, 또는 처리 나선을 사용하면, 로봇 메커니즘을 통해 샘플을 단열된 가열 구획 내로 전달될 수 있다. 필름의 연속 리본을 이용하면, 샘플은 디바이스를 통과함에 따라서 가열된 복도(heated corridor) 아래 또는 이를 통과할 수 있다.
명시된 바와 같이, 착색 모듈은, 탈파라핀화 프로세스를 완료할 뿐만 아니라 조직 샘플을 착색하는 액체 시약을 도포하는 역할을 한다. 착색 모듈의 두 가지 변형이 디바이스에 통합될 수 있다. 착색 모듈의 제1 실시예는 특정 착색 프로토콜에 요구되는 바와 같이, 샘플들이 일련의 액체 시약 수조에 침지되어 배양되는 시약 수조 설계를 이용한다. 이러한 변형은 섹션 장착 플레이트(필름 스트립의 사용 또는 직접 섹션 장착을 이용하여) 및 처리 나선과 조합될 때 매우 적합하다. 이러한 방식으로, 샘플들은 집합체로서 착색되어, 균일성을 증가시킨다. 착색 모듈의 두 번째 변형은 자동화된 도포기들이 피펫 또는 노즐로서, 특정 시약을 특정 샘플을 떨어뜨리는 자동화된 시약 분배기의 변형일 수 있다. 이러한 실시예에서, 시약은 모듈 내에 있는 탱크들에 저장될 수 있고, 오염을 방지하기 위해 전용 배관을 통해 도포기들로 펌핑될 수 있다. 특정 착색 시약의 이산 도포는 요구된 시약의 양을 감소시키고, 인접한 샘플들이 상이한 착색을 요구하면 필수적이다. 샘플 유출 및 교차 오염을 방지하기 위해 챔버 또는 장벽이 개별 샘플 주위에 배치될 수 있다. 이러한 착색 모듈 변형은, 1) 필름 스트립 또는 직접적인 섹션 장착의 사용을 이용하는 섹션 장착 플레이트, 2) 플레이트와 독립적인 개별 스트립, 3) 시약 수조 변형이 비실용적인 연속 처리 실시예의 컨베이어 벨트 설계와 함께 사용하기 위해 시스템에 통합될 수 있다.
착색 모듈의 모든 실시예에서, 착색 방법은 사용자에 의해 지정된다. 시약 수조 변형 및 자동 분배기 변형은 모두, 1) 표준 H&E 착색, 2) IHC, 3) IF, 및 4) 다양한 특수 착색 프로토콜을 수행할 수 있다. 각각에 대한 특정 시약은 모듈 내로 수동으로 적재될 수 있으며, 프로토콜은 사용자 인터페이스를 통해 사용자에 의해 표시될 수 있다. 항체 및 비표준 착색 시약의 비용으로 인해, 시약 욕조 변형은 표준 H&E 착색에 적합한데 반하여, 다른 착색 프로토콜은 자동화된 분배기에 의해 수행되는 보다 정확한 도포의 이점을 얻을 수 있다.
밀봉 모듈은 착색된 샘플들에 투명 커버를 적용하는 역할을 한다. 이 커버는 스캐닝 및 분석의 프로세스를 통할 뿐만 아니라 보관 동안 샘플의 건조 및 손상을 방지하도록 설계된다. 밀봉 모듈의 3개의 변형 중 하나는 사용자의 필요에 따라 디바이스에 통합할 수 있다. 밀봉 모듈의 제1 실시예는 액체 밀봉제를 각각의 샘플에 분배한다. 밀봉제의 도포는 자동 분배 착색 모듈과 유사한 방법으로 제어되고 한정된 용적이다. 통합 디바이스의 특정 실시예에서, 이러한 밀봉 모듈 변형은 착색 모듈에 통합될 수 있다. 이러한 변형은 본 발명의 모든 실시예와 함께 사용될 수 있다. 밀봉 모듈의 제2 및 제3 변형은 주로 플레이트 상에서 섹션들의 직접 장착을 이용하는 본 발명의 실시예에 적용된다. 장착 플레이트와 모든 섹션이 착색되면, 어떤 방법으로든, 접착제로 코팅된 플라스틱 필름은 플레이트와 샘플 위에 도포될 수 있다. 대안적으로, 대형 유리 커버 슬립은 플레이트에 적용될 수 있다. 밀봉의 이러한 마지막 변형은 처리 후에 조직 샘플에 대한 접근을 요구할 수 있는 사용자에게 가장 적합할 것이다.
스캐닝 모듈은 모든 착색된 조직 샘플들의 디지털 이미지를 캡처하고 저장하는 역할을 한다. 이러한 모듈의 한 실시예는 시야(FOV) 내에서 샘플 또는 복수의 샘플의 이미지를 캡처하는 고해상도 디지털 카메라를 이용한다. 예를 들어, 본 발명의 연속 이송 변형에 사용하기 위해, 이러한 고해상도 카메라는 각각의 섹션의 이미지를 순차적으로 캡처할 수 있다. 대안적으로, 장착 플레이트를 사용할 때, 카메라 FOV는 플레이트 상에서의 일부 또는 모든 샘플의 영역을 캡처할 수 있다. 특정 영역만이 캡처되면, 카메라 또는 플레이트는 CNC 스캐폴드에 구축되어, 카메라가 나중에 재구성 소프트웨어에 의해 함께 스티칭될 플레이트의 다수의 영역을 캡처하는 것을 가능하게 한다. 스캐닝 모듈의 다른 실시예는 고해상도 디지털 카메라 어레이를 통합하며; 이 실시예는 장착 플레이트 변형과 가장 잘 통합된다. 각각의 카메라의 FOV는 각각의 이미지가 하나 또는 복수의 조직 섹션을 수용하도록 장착 플레이트의 영역을 캡처할 수 있다. 이러한 변형은 카메라의 FOV가 원하는 해상도로 제한되면 플레이트를 스캐닝하는데 소요되는 시간을 줄이도록 설계된다. 스캐닝 모듈의 또 다른 실시예에서, 투광기는 착색된 조직 섹션의 한쪽 측면을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 광이 샘플을 통과함에 따라서, 아날로그 이미지는 일련의 렌즈를 통해 증폭되고, 고해상도, 다색, 디지털 검출기 어레이에 의해 캡처될 수 있다. 검출기 어레이의 센서는 디지털 변환 및 비닝(binning) 후에 유효 해상도가 높게 남아있도록 적절하게 많은 수의 픽셀을 요구할 것이다. 또한 센서는 투사되어 증폭된 이미지 전체를 캡처할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다. 스캐닝 모듈의 이러한 방금 설명된 실시예는 본 발명의 모든 실시예에 통합될 수 있으며; 그러나, 단일 리본, 연속 처리 변형에 적합하다.
분석 소프트웨어
본 발명의 나머지 양태는 소프트웨어의 특징 및 기능을 설명한다. 소프트웨어는 세 가지 작업을 수행한다: 1) 조직 샘플의 3차원 재구성을 생성하고; 2) 재구성 내에서 조직 유형을 구별하여, 사용자가 재구성으로부터 특정 조직 유형을 필터링하고 샘플 내의 표적 조직을 강조할 수 있도록 하며; 3) 질병 진단을 용이하게 하도록 기계 학습을 위해 AI를 사용한다.
재구성은 먼저 개별 조직 섹션을 식별하고 순서화하는 것에 의해 달성된다. 이미지 캡처가 연속적으로 수행되면, 디지털 이미지는 정확한 순서로 저장되어야 한다. 장착 플레이트 상의 모든 샘플을 캡처하는 스캐닝 모듈과 같은 본 발명의 특정 실시예를 사용하면, 별도의 알고리즘이, 1) 주어진 이미지 내에서의 각각의 섹션을 식별하여 번호를 매기고, 2) 각각 하나의 섹션만 포함하는 새로운 이미지의 세트를 저장하기 위해 구현될 수 있다. 특정 실시예에서, 스티칭 기능(stitching function)은 먼저 플레이트의 완전한 이미지를 생성하기 위해 요구될 수 있다. 개별 이미지가 저장되고 순서화되면, 품질 관리 및 오류 보정 프로세스가 구현될 수 있다. 처리된 조직 샘플의 고해상도 이미지를 슬라이싱 직전에 촬영된 기준 이미지와 매칭시키는 것에 의해, 상대적 위치, 회전 및 형태학의 변경이 관찰될 수 있다. 이러한 프로세스를 돕기 위해, 가상 눈금 또는 기준 마커는 고해상도 이미지에 중첩될 수 있다. 모든 이미지가 순서대로 적층되고 오류를 보정하였으면, 재구성 프로세스는 시작될 수 있다. 재구성 알고리즘은 2D 이미지 사이를 보간하고 처리된 조직 샘플의 3D 모델을 형성하기 위해 각각의 절단의 알려진 두께를 이용할 것이다.
재구성이 완료되면, AI 분석이 일어날 것이다. 재구성 내의 착색 패턴을 관찰하고 생리학적 및 병리학적의 알려진 세포 유형의 조직학적 이미지 데이터베이스를 상호 참조하는 것에 의해, AI 시스템은 생리학적 및 병리학적인 총체적 구조, 조직 유형 및 경계선, 혈관 네트워크 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 조직 샘플의 특징을 식별하고 표시한다. 소프트웨어는 또한 사용자의 목표에 따라 특정 조직 및 구조가 강조되거나 제거될 수 있는 조직 샘플의 동적 3D 모델을 생성한다.
컴퓨터 애플리케이션의 형태로 제공되는 사용자 인터페이스는 통합 디바이스의 설정을 관리하고 동적 3D 재구성을 편집하도록 사용될 것이다. 사용자에 의해 제어될 수 있는 일부 특징은 샘플 두께, 착색 프로토콜, 및 이미지 해상도를 포함한다. 이러한 목록은 완전하지 않다. 사용자는 또한 통합된 모듈을 포함하여 디바이스의 어떤 실시예가 사용 중인지를 표시하도록 요구받을 수 있다.
본 발명은 조직학의 모든 프로세스를 하나의 고처리 통합 디바이스로 조합하도록 설계된다. 각각의 구성요소의 모듈식 특성은 시스템의 최종 설계에서 큰 변화를 허용한다. 사용할 변형을 결정하는 것은 분석되는 샘플의 유형과 분석 방법, 특히 어느 프로토콜을 착색하는지에 의존한다. 위에서 설명된 특정 모듈들은 독립적으로 사용될 수 있으며, 특정 경우에, 수동 처리가 필요한 경우 생략될 수 있으며; 그러나, 본 발명은 사용자 입력이 없거나 최소인 자율 통합 시스템으로서 개발되도록 의도된다.
발명을 수행하기 위한 최상의 모드
다음의 실시예 및 도면은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위 또는 범주를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 고처리량, 재사용 가능 플레이트 실시예에서 절단 및 장착 프로세스의 도면을 도시한다. 패널 (A)에 도시된 바와 같이, 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 생물학적 조직 샘플 블록(1)은 마이크로톰 블레이드(2)에 의해 슬라이싱된다. 카메라(4)가 존재하고 블록 면(24)을 향하며; 카메라는 각각의 절단 전에 블록 면(24)의 이미지를 캡처한다. 이러한 기준 이미지는 품질 관리 목적을 위해 저장된다. 결과적인 조직 슬라이스(3)들은 얇고 투명한 내열성 장착 필름(5)상으로 순차적으로 전달된다. 원래 스풀(6)에 감긴 이러한 필름(5)은 고정밀 스프로킷(7)들의 시스템을 사용하여 디바이스를 통해 이동된다. 이러한 도면에 도시된 본 발명의 실시예에서, 필름(5)의 선단 길이는 연장되고, 클램프(8)들의 집합체의 도움으로 팽팽하게 홀딩될 수 있다. 이러한 클램프(8)들 사이의 필름(5)의 길이는 필름 위에 장착된 복수의 슬라이싱된 조직 섹션(3)을 가지며; 이러한 길이의 필름은 본 발명의 맥락에서 스트립(10)으로서 지칭된다. 이러한 스트립(10)은 블레이드(9)에 의해 절단된다. 필름의 스트립(10)은 자동화된 메커니즘을 통해, 장착 플레이트(11)로서 정의되는 필름의 복수의 스트립(10)을 홀딩하도록 설계된 특대형 유리 슬라이드로 전달된다. 장착 플레이트(11)는 복수의 스트립(10)을 홀딩할 수 있다. 스트립들은 최대 수의 스트립(10)이 플레이트(11)에 장착될 수 있도록 배열된다. 샘플 블록(1)의 절단 순서는 플레이트(11) 상에서의 샘플 섹션(5)들의 배치가 좌측으로부터 우측으로, 위로부터 아래로 연속적이도록 또한 유지된다. 장착 플레이트(11)가 충만되면, 장착된 모든 스트립(10) 또는 직접 장착된 샘플 섹션(실시예에 도시되지 않음)들은 탈파라핀화, 착색, 밀봉, 스캐닝 및 분석을 포함하는 샘플 처리를 거칠 것이다. 이러한 실시예에서, 스트립(10)은 제거되어 별도로 보관될 수 있고; 장착 플레이트(11)는 스트립(10)의 다음 세트에서 재사용될 수 있다.
도 2는 섹션화 메커니즘을 나타내는 도면이다. 패널 (A)는 블레이드(2)에 대한 조직 블록(1)의 상대적인 위치 설정을 도시한다. 블레이드의 경사는 샘플 블록 면(24)과 평행한 반면에, 블레이드의 절단 에지는 원하는 슬라이스 두께만큼 변위되며, 이 도면에서 5 ㎛이다(축척이 아님). 조직 블록(25)의 움직임은 선형이고, 블록 면(24)에 평행하다. 필름(5)은 샘플 슬라이스(3)가 위로 말려 필름(5)과 접촉하도록 블레이드(2)에 가깝게 위치되며;. 패널 (B)에 도시된다. 필름(5)의 움직임을 제어하는 스프로킷(7)들은 전달 지점에서 필름(5)의 속도가 절단 움직임(25)의 속도와 동일한 것을 보장하여서, 샘플 슬라이스(3)는 전달 동안 찢어지거나 손상되지 않는다. 수성 용액(26)은 필름(5)으로의 전달을 돕기 위해 절단 전에 필름(5) 및 블록 면(24) 상에 분사될 수 있다.
도 3은 섹션화 동안 샘플 블록(25) 및 블레이드(27)의 운동을 도시한다. 패널 (A) 및 (B)는 및 블레이드(2)가 정지되어 있고 블록(1)이 절단 에지로 강제되는 설계를 도시한다. 패널 (C) 및 (D)는 절단되는 동안 블록(1)과 블레이드(2)가 모두 움직이는 설계를 나타낸다. 이러한 경우에, 블레이드의 절단 에지는 샘플에 대해 우측(27)으로 이동하여, 블록이 블레이드 내로 아래쪽(25)으로 이동함에 따라서 샘플을 통해 슬라이싱한다. 조직 블록(25)의 운동 방향은 두 경우 모두에서 절단 에지에 대해 선형이고 직각으로 유지된다.
도 4는 필름(5) 상에서 모듈들 사이에서 운반되는 동안 조직 샘플 섹션(3)의 위치 설정의 정밀한 제어를 유지하기 위한 메커니즘을 도시한 도면이다. 필름(5)의 측 방향 가장자리를 따르는 등거리 구멍(12)들은 스프로킷의 톱니들과 정렬된다. 디바이스 전체의 모든 스프로킷의 회전은 모든 샘플 섹션(3)의 위치가 정밀하고 정확하게 한정되도록 조정된다.
도 5는 필름의 스트립(10)이 플레이트(11) 상에 장착될 수 있는 방법을 도시한다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 장착 플레이트(11)는 그 장착 표면에 직각인, 플레이트(11)를 통해 연장되는 돌출부 또는 페그(13)들이 설계된다. 이러한 페그(13)들은 플레이트의 양쪽 측 방향 가장자리를 따라서 위치되고, 필름 스트립(10)에 있는 구멍(12)들과 정렬되도록 이격된다. 이러한 설계는 스캐닝 및 착색을 돕는 본 발명의 특정 실시예(도시되지 않음)에서, 스트립(10)의 별개이고 일관된 배치를 제공하여, 장착 영역을 최적화한다.
도 6은 처리 동안 플레이트 장착 스트립(10)의 움직임을 방지하기 위한 추가적인 안전 조치를 도시한다. 기계식 잠금 바 또는 클램프(14)가 플레이트(11) 상의 페그(13)들 상으로 하강될 수 있다.
도 7은 단일 연속 필름 리본이 처리 모듈들 사이에서 샘플 섹션들을 순차적으로 운반하는 본 발명의 일 실시예의 도면이다. 샘플은 먼저 도 1에 설명된 대로 색션화되어 캐리어 필름으로 전달된다. 여기에서 도시된 실시예는 스트립으로 절단되는 대신, 탈파라핀화(15), 착색(16), 밀봉 및 스캐닝(17) 모듈을 통해 컨베이어 벨트 형식을 따라서 이동하는 필름과 장착된 샘플 섹션들(도시되지 않음)을 도시한다. 일단 처리되었으면, 필름은 보관 스풀(18)에 감긴다. 탈파라핀화 모듈(15)은 각각의 샘플을 가열하고 파라핀 왁스를 용융시키는 역할을 한다. 이러한 실시예의 설계로 인해, 탈파라핀화 모듈(15)은 가열 요소들이 늘어선 복도로서 설계될 수 있다. 화학적 세척은 일반적으로 탈파라핀화를 위해 사용되며, 그러나, 이러한 시약들은 착색 모듈에 통합되어 이에 의해 도포될 수 있다. 본 명세서에서 묘사된 착색 모듈(16)은 착색 시약(21)을 개별 샘플 섹션에 도포하는 자동 분배기 설계이다(도 8a 참조). 이러한 실시예를 위한 밀봉 모듈(도시되지 않음)은 액체 밀봉제의 액적(21)을 각각의 샘플에 도포하고; 이러한 시스템은 또한 유사한 메커니즘이 주어지면 착색 모듈에 통합되어 이에 의해 도포될 수 있다. 스캐닝 모듈(17)은 각각의 샘플의 디지털 이미지를 캡처하는 역할을 한다. 이 모듈의 다양한 가능한 실시예가 있으며(상세한 설명: 모듈식 구성요소 참조): 본 발명의 이 실시예와 함께 사용된 버전은 샘플이 카메라의 시야를 통과함에 따라서 샘플의 고해상도 이미지가 연속적으로 촬영될 수 있다. 캐리어 필름의 움직임과 각각의 모듈 내에서 샘플의 위치 설정은 고정밀 스프로킷(7)들에 의해 제어될 수 있다.
도 8은 착색 모듈의 2개의 가능한 실시예를 도시한다. 패널 (A)는 자동화된 분배기 설계(16)을 도시한다. 이 설계에서, 자동화된 도포기(20)들은 피펫 또는 노즐로서 여기에서 필름(10)의 스트립으로서 도시된 특정 샘플에 특정 착색 시약(21)들 떨어뜨린다. 착색 시약뿐만 아니라 탈파라핀화 시약 및 액체 밀봉제는 모듈(19)의 본체 내의 탱크에 별개로 저장할 수 있다. 별개의 비교적 소량의 시약은 비용과 폐기물을 감소시키기 위해 각각의 샘플에 도포될 수 있다. 챔버 또는 장벽(도시되지 않음)은 샘플 유출 및 교차 오염을 방지하기 위해 개별 샘플 주위에 배치될 수 있다. 모듈의 이러한 변형은 다중 시약(21)을 분배하고 다중 샘플을 동시에 처리할 수 있을 뿐만 아니라 인접한 섹션들 사이의 가변 착색이 가능한 복수의 도포기(20)로 설계될 수 있다. 자동화된 도포기 착색 모듈 변형(16)은 본 명세서에서 분리된 스트립(10)을 처리하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이러한 설계는 본 발명의 대부분의 실시예에 통합될 수 있으며; 이러한 설계는 처리 나선을 사용하는 동안 적합하지 않다(상세한 설명: 모듈식 구성요소 참조).
패널 (B)는 시약 수조 설계(22)를 도시한다. 이러한 변형 샘플은 원하는 착색 프로토콜을 위해 요구되는 바와 같이 일련의 액체 시약 수조(23)들에 침지되어 배양된다. 이러한 도면은 처리 중인 분리된 스트립을 도시하며; 그러나, 이러한 변형은 필름 스트립(도 1) 또는 직접 섹션 장착(도시되지 않음) 및 처리 나선(도 9)의 사용과 함께 섹션 장착 플레이트(11)를 사용하여 총체적인 샘플 착색에 매우 적합하다.
도 9는 단일 리본 연속 처리에 대한 대안적인 실시예를 도시한다. 도 7에 묘사된 연속 프로세스와 유사하게, 샘플 섹션은 캐리어 필름으로 전달되어 처리된다. 그러나, 패널 (A)에서 알 수 있는 바와 같이, 필름과 샘플 섹션들은 착색 나선(32)에 감긴다. 이러한 나선은 완전히 섹션화된 조직 샘플 블록(1)의 전체 길이를 포함하면서 감긴 필름의 층들 사이의 공간을 유지하도록 설계된다. 전체 샘플이 섹션화되고 나선으로 전환되면, 이러한 필름은 절단되고(도시되지 않음), 나선은 계속 처리된다: 탈파라핀화(도시되지 않음), 시약 수조 변형 모듈(22)을 사용하는 착색(패널 (B)), 밀봉(도시되지 않음), 스캐닝(패널 (C)), 보관(18). 패널 (C)에 도시된 스캐닝 모듈(17)의 한 실시예는 이미지 캡처 전에 증폭되는 샘플의 아날로그 이미지를 도시한다. 이제 착색된 샘플 섹션(3) 아래에 위치된 프로젝터(33)는 복수의 렌즈(34)를 통해 샘플의 아날로그 이미지를 투사한다. 이들 렌즈는 이미지를 증폭시키고 고해상도의 다색 디지털 검출기 어레이(35)로 초점을 맞춘다. 이러한 도면에서, 각각의 샘플로부터의 이미지들은 순차적으로 연속적으로 수집되며, 그러나, 이러한 스캐닝 모듈 변형은 본 발명의 모든 실시예에서 이용될 수 있다. 일단 스캐닝되면, 샘플들은 보관 스풀(18)로 전달된다.
도 10은 3D 이미지 재구성 이전에 구현된 품질 관리 방법을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 카메라(4)는 존재하고 블록 면(24)으로 지향되며; 각각의 절단 전에 블록 면(24)의 이미지를 캡처한다. 이러한 기준 이미지는 저장된다. 알려진 치수(28)의 눈금 또는 표시는 이러한 기준 이미지(패널 (A)) 내에서 관찰 가능하다. 이러한 눈금은 마이크로톰 크래들 또는 샘플 카세트 상에 위치될 수 있다. 패널 (B)는 고해상도 스캐너(29)에에 의해 보여질 수 있는 동일한 샘플 슬라이스 후처리의 이미지를 도시하며; 이러한 샘플은 이 도면에서 의도하지 않은 회전을 겪었다. 이러한 패널에서의 눈금(30)들은 재구성 소프트웨어에 의해 중첩된 가상 눈금을 나타낸다. 기준 이미지 및 눈금(28)은 가상 이미지(29) 및 눈금(30)과 비교되어 샘플 위치, 회전 및 형태에 대한 의도하지 않은 변경을 결정한다. 오류가 있는 경우 오류를 결정한 후에, 소프트웨어는 패널 (C)에서 볼 수 있는 것처럼 고해상도 이미지에 보정을 적용할 수 있다. 보정된 이미지(31)는 저장되고 3D 재구성에 통합된다.
예 1
FFPE 조직 샘플은 섹션화 장치의 마이크로톰의 크래들 내로 수동으로 삽입된다. 연속적인 섹션화는 샘플 섹션이 설명된 바와 같이 캐리어 필름으로 전달되는 동안 수행된다. 샘플 섹션들은 CNC의 도움으로 캐리어 필름으로부터 장착 플레이트로 전달되며; 샘플들은 플레이트 상의 각각의 샘플의 위치가 플레이트의 알려진 영역 내에서 경계지도록 절단 순서에 의해 연속적으로 전달된다. 플레이트와 장착된 모든 샘플은 단열 오븐으로서 설계된 탈파라핀화 모듈로 전달된다. 플레이트는 그런 다음 H&E 시약 수조 착색 모듈로 전달된다. 커버슬립(coverslip)이 플레이트에 적용된다. 전체 플레이트를 스캐닝할 수 있는 하나의 고해상도 카메라를 포함하는 스캐닝 모듈은 하나의 고해상도 이미지를 캡처한다. 플레이트는 디바이스로부터 제거되고 보관소에 놓인다. 소프트웨어 알고리즘을 사용하여, 고해상도 이미지는 각각 하나의 샘플 섹션만을 수용하는 영역으로 분할되며; 각각의 파일이 단일 섹션의 이미지이도록 새로운 데이터 세트가 저장된다. 이미지들은 번호가 매겨지고 순서가 지정된다. 모든 샘플 이미지는 품질 관리 및 병진, 회전 및/또는 형태학적 오류의 보정을 거치며; 필요에 따라 새로운 이미지 파일이 생성된다. 이미지 데이터 세트는 3차원 모델을 재구성하도록 사용된다. 이러한 재구성은 질병 진단 및 조직 샘플 프레젠테이션을 지원하기 위해 AI 및 기계 학습 알고리즘을 통해 분석된다.
예 2
FFPE 조직 샘플은 섹션화 장치의 마이크로톰의 크래들 내로 수동으로 삽입된다. 연속적인 섹션화는 샘플 섹션이 설명된 바와 같이 캐리어 필름으로 전달되는 동안 수행된다. 캐리어 필름은 처리 나선에 감긴다. 전체 조직 블록이 섹션화되고 모든 샘플이 나선에 수용되면, 필름은 절단된다. 나선과 그 내용물은 단열 오븐으로서 설계된 탈파라핀화 모듈로 전달된다. 플레이트는 그런 다음 H&E 시약 수조 착색 모듈로 전달된다. 일단 착색되면, 필름은 스프로킷의 도움으로 나선으로부터 풀린다. 밀봉 모듈은 각각의 샘플에 액체 밀봉제의 액적을 도포할 수 있다. 프로젝터, 일련의 렌즈, 고해상도, 다색, 디지털 검출기 어레이를 포함하는 스캐닝 모듈은 단일 슬라이스의 아날로그 이미지를 증폭시키고, 그 이미지를 센서에 초점을 맞춘다. 샘플들은 스풀로부터 풀림에 따라서 연속적으로 스캐닝된다. 스캐닝되면, 필름은 보관 스풀에 감긴다. 고해상도 이미지는 역순이어야 한다. 모든 샘플 이미지는 품질 관리 및 병진, 회전 및/또는 형태학적 오류를 위한 보정을 거치며; 필요에 따라 새로운 이미지 파일이 생성된다. 이미지 데이터 세트는 3차원 모델을 재구성하도록 사용된다. 이러한 재구성은 질병 진단 및 조직 샘플 프레젠테이션을 지원하기 위해 AI 및 기계 학습 알고리즘을 통해 분석된다.
본 명세서에 인용된 모든 간행물 및 특허는 각각의 개별 간행물 또는 특허가 참조에 의해 통합되는 것으로 구체적이고 개별적으로 표시되고 인용된 간행물과 관련된 방법 및/또는 재료를 개시하고 설명하기 위해 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 것처럼 본 명세서에서 참조에 의해 통합된다. 모든 간행물의 인용은 출원일 이전의 그 개시를 위한 것이며 본 발명이 선행 발명으로 인해 이러한 간행물보다 선행할 자격이 없다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 제공된 발행일은 실제 발행일과 다를 수 있으며, 이는 별도로 확인될 필요가 있다. 참조에 의해 본 명세서에 통합된 문서에 제시된 용어의 정의가 본 명세서에서 명시적으로 정의된 용어의 정의와 충돌하는 정도까지, 본 명세서에서 제시된 정의가 우선한다.
1. 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 생물학적 조직 샘플
2. 마이크로톰 블레이드
3. 조직 샘플 섹션
4. 저해상도 카메라
5. 캐리어 필름
6. 필름 스풀
7. 스프로킷
8. 클램프
9. 절단 블레이드
10. 필름의 스트립
11. 장착 플레이트
12. 필름에 있는 구멍
13. 페그
14. 잠금 바
15. 탈파라핀화 모듈
16. 자동화된 착색 시약 분배기 모듈
17. 고해상도 카메라
18. 보관 스풀
19. 착색 시약 탱크
20. 자동화된 분배기 노즐
21. 착색 시약
22. 자동화된 착색 시약 수조 모듈
23. 착색 시약 수조
24. 블록 면
25. 장착 블록의 방향
26. 수성 분사
27. 블레이드의 운동 방향
28. 기준 눈금 바
29. 처리된 샘플의 고해상도 이미지
30. 가상 기준 눈금 바
31. 처리된 샘플의 보정된 고해상도 이미지
32. 처리 나선
33. 프로젝터
34. 렌즈 또는 일련의 렌즈
35. 검출기
2. 마이크로톰 블레이드
3. 조직 샘플 섹션
4. 저해상도 카메라
5. 캐리어 필름
6. 필름 스풀
7. 스프로킷
8. 클램프
9. 절단 블레이드
10. 필름의 스트립
11. 장착 플레이트
12. 필름에 있는 구멍
13. 페그
14. 잠금 바
15. 탈파라핀화 모듈
16. 자동화된 착색 시약 분배기 모듈
17. 고해상도 카메라
18. 보관 스풀
19. 착색 시약 탱크
20. 자동화된 분배기 노즐
21. 착색 시약
22. 자동화된 착색 시약 수조 모듈
23. 착색 시약 수조
24. 블록 면
25. 장착 블록의 방향
26. 수성 분사
27. 블레이드의 운동 방향
28. 기준 눈금 바
29. 처리된 샘플의 고해상도 이미지
30. 가상 기준 눈금 바
31. 처리된 샘플의 보정된 고해상도 이미지
32. 처리 나선
33. 프로젝터
34. 렌즈 또는 일련의 렌즈
35. 검출기
Claims (56)
- 샘플을 처리하는 방법으로서,
샘플을 제공하고 샘플을 위한 가상 수평면 및 가상 수직축을 한정하는 단계;
상기 가상 수평면을 따라서 상기 샘플을 복수의 샘플 슬라이스로 절단하는 단계로서,
상기 절단은 가상 수평면에 실질적으로 평행하고,
복수의 샘플 슬라이스의 두께는 실질적으로 동일하고,
상기 복수의 샘플 슬라이스가 절단 순서에 따라 상기 가상 수직축을 따라서 순차적인, 상기 절단 단계; 및
절단 순서에 따라 연속적으로 지지체 상에 상기 복수의 샘플 슬라이스를 병치하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 샘플은 생물학적 샘플인, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 샘플은 조직인, 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 샘플은 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 샘플 슬라이스의 두께는 조정 가능한, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 지지체는 필름의 길고 좁은 스트립인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 지지체 상에서 복수의 샘플 슬라이스을 고정화하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 샘플을 수집하고 분석하기 위한 필름으로서,
길고 좁은 표면, 및
상기 표면에 고정되고 상기 표면의 긴 가장자리를 따라서 정렬된 샘플로부터의 복수의 슬라이스를 포함하며,
상기 복수의 슬라이스는 동일한 두께로 샘플로부터 절단되고,
그 절단 순서에 따라 상기 필름의 표면에 병치되는, 필름. - 제8항에 있어서, 상기 복수의 슬라이스는 하나 이상의 반응에서 동시에 처리되는, 필름.
- 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응은 H&E 착색, HC 착색 또는 다른 착색을 포함하는, 필름.
- 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응은 형광 기반 착색을 포함하는, 필름.
- 제8항에 있어서, 상기 필름은 플라스틱 멤브레인을 포함하는, 필름.
- 제8항에 있어서, 상기 필름은 광학적으로 투명하며, 적어도 60℃까지의 내열성을 가지는, 필름.
- 제13항에 있어서, 상기 필름의 표면의 긴 가장자리를 따르는 일련의 구멍 또는 노치를 추가로 포함하는, 필름.
- 샘플을 수집하고 처리하기 위한 디바이스로서,
블레이드, 및 샘플을 홀딩하도록 구성된 크래들을 포함하는 샘플 커터로서, 상기 블레이드 또는 크래들은 동일한 두께를 가진 복수의 슬라이스로 상기 샘플의 일련의 절단을 상기 블레이드가 만드는 것을 보장하기 위해 이동 가능한, 상기 샘플 커터, 및
길고 좁은 표면을 가지는 수집 필름을 포함하며,
상기 디바이스는 상기 샘플 커터가 상기 샘플로부터 슬라이스를 만든 후에, 상기 슬라이스를 상기 수집 필름에 전달하고 장착하기 위해 상기 슬라이스에 힘을 인가하도록 구성되며,
상기 디바이스는 상기 표면의 긴 가장자리를 따라서 상기 복수의 슬라이스를 정렬하고 그 절단 순서에 따라 상기 복수의 슬라이스를 연속적으로 병치하도록 구성되는, 디바이스. - 제15항에 있어서, 필름 롤러를 추가로 포함하며, 상기 수집 필름은 상기 필름 롤러에 의해 공급되는, 디바이스.
- 샘플을 처리하기 위한 장치로서,
제15항에 따른, 샘플을 수집하고 처리하기 위한 디바이스, 및
하나 이상의 샘플 처리 모듈을 포함하는, 장치. - 제17항에 있어서, 상기 샘플은 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직이고,
상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 탈파라핀화 모듈을 포함하는, 장치. - 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 밀봉 모듈을 포함하는, 장치.
- 제17항에 있어서, 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 샘플 착색 모듈을 포함하는, 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 샘플은 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직이며,
상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 조직학 착색 모듈을 포함하는, 장치. - 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 샘플 영상 모듈을 포함하는, 장치.
- 제22항에 있어서, 상기 샘플은 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직이며,
상기 샘플 영상 모듈은 상기 조직의 복수의 슬라이스의 영상 데이터를 동시에 캡처하도록 구성되는, 장치. - 제19항에 있어서, 상기 밀봉 모듈은 상기 수집 필름을 덮기 위해 밀봉제 액적을 제공하는, 장치.
- 제19항에 있어서, 상기 밀봉 모듈은 상기 수집 필름을 위한 투명 커버를 제공하는, 장치.
- 샘플을 수집하고 처리하기 위한 디바이스로서,
블레이드, 및 샘플을 홀딩하도록 구성된 크래들을 포함하는 샘플 커터로서, 상기 블레이드 또는 상기 크래들은 상기 블레이드가 동일한 두께를 가지는 복수의 슬라이스로 상기 샘플의 일련의 절단을 만드는 것을 보장하도록 이동 가능한, 샘플 커터,
컨베이어 벨트, 및
수집 플레이트를 포함하며,
상기 디바이스는 상기 샘플 커터가 상기 샘플로부터 슬라이스를 만든 후에, 상기 컨베이어 벨트에 의해 상기 슬라이스를 즉시 제거하고, 나중에 상기 슬라이스를 하역하여 상기 수집 플레이트에 장착하도록 구성되며,
상기 디바이스는 그 절단 순서에 따라 상기 수집 플레이트 상에 복수의 슬라이스를 연속적으로 병치하도록 구성되는, 디바이스. - 제26항에 있어서, 상기 컨베이어 벨트는 한 층의 필름으로 이루어진 컨베이어 필름 벨트인, 디바이스.
- 제27항에 있어서, 필름 롤러를 추가로 포하맣며, 상기 필름의 층은 상기 필름 롤러에 의해 공급되는, 디바이스.
- 샘플을 처리하기 위한 장치로서,
제26항의 디바이스, 및
하나 이상의 샘플 처리 모듈을 포함하는, 장치. - 제29항에 있어서, 상기 샘플은 포르말린 고정 파라핀 임베디드(FFPE) 조직이며,
상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 탈파라핀화 모듈을 포함하는, 장치. - 제29항에 있어서, 상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 플레이트 밀봉 모듈을 포함하는, 장치.
- 제29항에 있어서, 상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 샘플 착색 모듈을 포함하는, 장치.
- 제29항에 있어서, 상기 샘플은 조직이며,
상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 조직학 착색 모듈을 포함하는, 장치. - 제29항에 있어서, 상기 하나 이상의 샘플 처리 모듈은 샘플 영상 모듈을 포함하는, 장치.
- 제34항에 있어서, 상기 샘플은 조직이며,
상기 샘플 영상 모듈은 상기 조직의 복수의 슬라이스의 영상 데이터를 동시에 캡처하도록 구성되는, 장치. - 제31항에 있어서, 상기 플레이트 밀봉 모듈은 상기 플레이트를 덮는 밀봉제 액적을 제공하는, 장치.
- 제31항에 있어서, 플레이트 밀봉 모듈은 상기 플레이트를 덮는 필름을 제공하는, 장치.
- 제31항에 있어서, 상기 플레이트 밀봉 모듈은 상기 플레이트를 위한 투명 커버를 제공하는, 장치.
- 제38항에 있어서, 상기 투명 커버는 유리 커버인, 장치.
- 필름의 스트립에 고정화되고 정렬된 복수의 표본을 영상화하기 위한 디바이스로서,
상기 필름의 스트립을 이동시키기 위한 필름 롤러; 및
이미지 캡처 영역을 가지며, 상기 이미지 캡처 영역에 속하는 상기 필름의 스트립 상의 표본을 이미지화하도록 구성되는 이미지 캡처 수단을 포함하며,
상기 필름 롤러는 상기 필름의 스트립 상의 복수의 표본을 상기 이미지 캡처 영역 내로 한번에 하나씩 이동시키도록 구성되며, 이에 의해, 상기 복수의 표본의 이미지들이 순차적으로 획득되는, 디바이스. - 제40항에 있어서, 상기 이미지 캡처 수단을 하나 이상의 디지털 카메라를 포함하는, 디바이스.
- 제17항에 있어서, 제40항의 영상 디바이스를 추가로 포함하는, 장치.
- 영상 디바이스로서,
플레이트의 표면에 고정된 복수의 표본을 가지는 플레이트;
상기 플레이트를 홀딩하기 위한 캐리어;
이미지 캡처 영역을 가지는 이미지 캡처 수단으로서, 이미지 캡처 영역에 놓이는 상기 플레이트 상의 모든 표본의 이미지를 동시에 캡처하도록 구성되는, 상기 이미지 캡처 수단; 및
상기 캐리어와 상기 이미지 캡처 수단 사이의 상대적인 위치 관계를 변경하기 위한 이동 메커니즘을 포함하며,
상기 영상 디바이스는 상기 플레이트 표면을 복수의 이미지 캡처 영역으로 분할하도록 구성되며,
상기 이동 메커니즘은 상기 복수의 표본의 이미지가 캡처되도록 상기 복수의 이미지 캡처 영역으로 상기 이미지 캡처 수단을 순차적으로 이동시키는, 영상 디바이스. - 제43항에 있어서, 상기 이미지 캡처 수단은 복수의 카메라를 포함하는, 영상 디바이스.
- 제29항에 있어서, 제40항의 영상 디바이스를 추가로 포함하는, 장치.
- 제43항에 있어서, 상기 영상 디바이스의 디지털 출력을 처리하도록 구성된 인공 지능 유닛을 추가로 포함하는, 영상 디바이스.
- 생물학적 샘플을 처리하는 방법으로서,
상기 생물학적 샘플을 동일한 두께를 가진 복수의 슬라이스로 절단하는 단계;
길고 좁은 표면을 가지는 수집 필름으로 상기 복수의 슬라이스를 순차적으로 전달하고, 이에 의해 상기 표면의 긴 가장자리를 따라서 복수의 슬라이스를 정렬하는 단계;
감기 층들 사이에서 균일하게 두꺼운 공간을 가지는 롤을 형성하기 위해 상기 수집 필름을 스풀링하는 단계;
감긴 수집 필름 상의 복수의 슬라이스를 착색하는 단계;
감긴 수집 필름을 푸는 단계; 및
상기 수집 필름 상의 상기 복수의 슬라이스를 영상화하는 단계를 포함하며,
상기 영상화 단계는 상기 영상 디바이스를 통해 상기 수집 필름을 이동시킬 때 한번에 하나의 슬라이스씩 수행되며,
전체 슬라이스는 영상에서 한 번에 캡처되고,
상기 영상은 분당 10 슬라이스 내지 분당 60 슬라이스의 속도로 수행되는, 방법. - 제47항에 있어서, 상기 생물학적 샘플은 FFPE 조직인, 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 복수의 슬라이스는 그 절단 순서에 따라 상기 수집 필름의 표면에 병치되는, 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 감긴 수집 필름 상에 상기 복수의 슬라이스를 착색하는 단계는 하나 이상의 반응을 포함하는, 방법.
- 제50항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응은 H&E 착색, IHC 착색, 또는 특별 착색을 포함하는, 방법.
- 제50항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응은 형광 기반 착색을 포함하는, 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 수집 필름은 플라스틱 멤브레인을 포함하는, 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 수집 필름은 광학적으로 투명하고, 적어도 60℃까지 내열성을 가지는, 방법.
- 제47항에 있어서, 상기 수집 필름은 상기 표면의 긴 가장자리를 따르는 일련의 구멍 또는 노치를 포함하는, 방법.
- 제47항의 방법을 수행하도록 구성된 디바이스.
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