[發(fā)明專利]用于單通道全細胞分割的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880074274.1
• 申請日: 2018-11-15
• 公開（公告）號: CN111448582A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: Y.阿爾-柯法希;M.魯素
• 申請（專利權(quán)）人: 環(huán)球生命科技咨詢美國有限責(zé)任公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/143;G06T7/194;G06T7/136
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;姜冰

本公開涉及用于生物樣本的樣本圖像的單通道全細胞分割的計算機實現(xiàn)系統(tǒng)及其關(guān)聯(lián)方法。可利用一個或多個非核細胞標記著色劑對生物樣本染色，以及該系統(tǒng)和方法配置成將利用一個或多個非核細胞標記著色劑所染色的生物樣本的樣本圖像變換為被分割的圖像，所述被分割的圖像具有一個或多個細胞，所述一個或多個細胞具有所描繪的核區(qū)域和細胞質(zhì)區(qū)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本文所公開的主題一般涉及生物樣本的圖像的全細胞分割，以及更特別地涉及利用一個或多個非核細胞標記著色劑所染色的生物樣本的圖像的單通道全細胞分割。

背景技術(shù)

細胞是全部活體中基本結(jié)構(gòu)、功能和生物單位。另外，細胞包含若干亞細胞區(qū)室(例如核、細胞質(zhì)和膜)和細胞器(例如線粒體)。用來對細胞進行成像、分割和研究的能力對于研究和臨床研究是主要的。一個示例是用來了解正常和病理條件中的細胞動力學(xué)的研究。另一個示例是藥物發(fā)現(xiàn)，其中測量不同藥物治療條件對細胞的影響是重要的。另一個示例是用于使用時移顯微鏡檢查來研究活細胞的細胞動力學(xué)的活細胞成像。高分辨率熒光顯微鏡檢查中的最近進步為細胞及其亞細胞結(jié)構(gòu)的詳盡可視化作好準備。顯微鏡檢查中的進步伴隨著計算能力的進步以及用于圖像分割的計算機視覺和圖像處理方面的技術(shù)的發(fā)展，這準許準確和高吞吐量的細胞分析。

細胞分割以及特別是全細胞分割在過去數(shù)十年內(nèi)一直是許多研究的焦點。如本文所使用的，術(shù)語分割表示生物單位(例如細胞)的邊界的識別。例如，在全細胞分割中，在樣本圖像內(nèi)描繪細胞的邊界和細胞的亞亞細胞區(qū)室(例如核、細胞質(zhì)和/或膜)。通過全細胞分割過程，樣本圖像被變換成具有所描繪的區(qū)域的被分割的圖像。可使用顯微鏡(例如熒光顯微鏡)來得到樣本圖像。實現(xiàn)準確分割通常因樣本圖像的復(fù)雜度以及沒有明顯邊界的組織結(jié)構(gòu)的高密度而可能具有挑戰(zhàn)性的。在某些分析技術(shù)中，分割用來識別用于生物標記定量和特征提取(例如形態(tài)特征和表型)的區(qū)域和/或單位。例如，細胞分析工作流程可涉及細胞分割、細胞水平定量和數(shù)據(jù)分析。細胞分割步驟可使用多個結(jié)構(gòu)標記來分割不同亞細胞區(qū)室，并且然后在全細胞分割中描繪細胞邊界。在第二步驟中，在細胞水平(例如用于每個細胞的平均或總強度)和亞細胞水平來定量每個生物標記。然后，通常在數(shù)據(jù)分析階段的開始在圖像或主體水平來合計這些細胞水平測量。雖然全細胞分割促進執(zhí)行詳盡細胞水平定量，但是現(xiàn)有細胞分析工作流程具有某些缺點。例如，來自細胞分割步驟的誤差可引起定量誤差。另外，圖像的詳盡細胞分割和細胞水平定量可能是費時的，其中處理時間可根據(jù)圖像中的細胞的數(shù)量和組織特性在圖像之間改變。另外，通常要求細胞分割的手動審核，這也是費時的。

通常使用細胞分割的若干技術(shù)。用于全細胞分割的現(xiàn)有技術(shù)通常依靠用于執(zhí)行分割的儀器(例如顯微鏡)的兩個或更多個通道，并且在本文中稱作“二通道全細胞分割”或者“多通道全細胞分割”。例如，許多現(xiàn)有技術(shù)依靠將核細胞標記(該核細胞標記特別對第一通道中的核進行染色)以及第二通道(該第二通道與第一通道是不同的)中的一個或多個非核細胞標記用于全細胞分割。與核細胞標記相反，非核細胞標記表示沒有特別對核進行染色的細胞標記，例如膜和/或細胞質(zhì)標記。相應(yīng)地，這類二通道或多通道全細胞分割技術(shù)要求兩個或更多個通道，其中第一通道被保留以用于核細胞標記，而第二和/或另外的通道用于非核細胞標記。

但是，給定大多數(shù)顯微鏡的有限數(shù)量的通道，非常經(jīng)常期望僅將單個通道用于分割，使得通道的其余部分可以可用于用來研究不同生物現(xiàn)象的其它分析生物標記。此外，特別是在活細胞成像中，通常存在用來使用儀器(例如顯微鏡)的單個通道來執(zhí)行全細胞分割(本文中稱作“單通道全細胞分割”)，并且避免使用核細胞標記的期望，由于核細胞標記對細胞所具有的毒性作用以及可從其使用中所產(chǎn)生的形態(tài)中的變化，所述核細胞標記特別對核(例如DAPI(4',6-二脒基-2-苯基吲哚))進行染色。