JP2002521685A - Spectral topography of mammalian material - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 哺乳類物質(18)が光源(43)によって照射され、送信された光を実質的に同時にスペクトル的に分散させる多スペクトル画像プリズム及びミラー分光写真機(30)に物質の断片(20)の画像を送信する多スペクトル形態学システム及び方法を提供する。スペクトル画像は更なる処理のために獲得され準備される。一般にコンピュータ・システムに含まれるプロセッサ(37)は神経網を用いてデジタルスペクトルデータを処理して、物質の診断をもたらす。光源は光を再出射する(即ち、けい光を発する)特に準備された物質によって吸収されるろ過した光であって良い。物質は顕微鏡(伝送及びけい光)によって拡大し分析すべき病理学的試料、または代替的に、画像が内視鏡等の別の従来の画像送信機によって送信される生体内(生きたまま)であって良い。システムはまた、診断出力と関連してスペクトル画像は勿論のこと、送信された視覚的画像を表示することができる。 (57) Abstract: Mammalian matter (18) is illuminated by a light source (43) and a multispectral image prism and mirror spectrograph (30) that spectrally disperse the transmitted light substantially simultaneously. A multispectral morphology system and method for transmitting the image of (20) is provided. Spectral images are acquired and prepared for further processing. A processor (37), typically included in a computer system, processes the digital spectral data using a neural network to provide a material diagnosis. The light source may be filtered light that is re-emitted (ie, fluoresces) light and is absorbed by a specially prepared substance. The substance may be magnified and analyzed by a microscope (transmission and fluorescence) or in vivo (live) where the image is transmitted by another conventional image transmitter such as an endoscope. May be. The system can also display the transmitted visual image as well as the spectral image in conjunction with the diagnostic output.
Description
【0001】 (発明の分野) この発明は医療病理学に関し、特に、病気にかかった細胞及び組織の自動的分
析及び診断をアシストするシステム及び方法に関する。The present invention relates to medical pathology, and more particularly, to a system and method for assisting in the automated analysis and diagnosis of diseased cells and tissues.
【0002】 (発明の背景) 病理学者は悪性腫瘍及び他の疾患それに異常の存在に対して組織及び細胞のサ
ンプルを研究している。以下において述べるように、最近、顕微鏡検査法、分光
学、及びデジタル画像処理のこれらの3つの伝統的な学問分野が合体するように
なり、この結果、従来の顕微鏡検査法のみで可能であったよりも一層迅速に、自
動的にかつ正確に病理学者がこれらの状態を分析し診断するのをアシストする医
療病理学ツールが生まれてきた。BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] Pathologists are studying tissue and cell samples for the presence of malignancies and other diseases and abnormalities. As described below, recently, these three traditional disciplines of microscopy, spectroscopy, and digital image processing have merged, resulting in more than was possible with traditional microscopy alone. Even faster, medical pathology tools have emerged that assist pathologists in analyzing and diagnosing these conditions, automatically and accurately.
【0003】 1.顕微鏡検査法 従来の組織病理学及び細胞病理学を実施する一方法において、組織のバイオプ
シー(biopsy)または細胞のスミアー(smear)を患者の疑わしい領
域から除去して、1枚以上のスライドガラスを用意した後、病理学者はライト、
または送信、顕微鏡によって試料を研究する。組織バイオプシーはしばしば極め
て薄い断片にスライスされ、例えばH及びE(ヘマトキシリン&エオシン)ステ
ィニング等の周知のスティニング技術のうちの1つ、またはこれらの組合せを使
用して着色(ステイン)される。細胞スミアーは同様にして着色される。異常の
ある各領域は既知の疾患の表示と視覚的に比較されて、疾患が与えられているの
か否か及びどんな疾患が与えられているのかを決定するようになっている。[0003] 1. Microscopy In one method of performing conventional histopathology and cytopathology, one or more slides are prepared by removing tissue biopsy or cell smear from suspicious areas of the patient. After that, the pathologist said Wright,
Or send and study the sample by microscope. Tissue biopsies are often sliced into very thin pieces and stained using one of the well-known tinning techniques, such as, for example, H and E (hematoxylin & eosin) tinning, or a combination thereof. Cell smears are similarly colored. Each region with an abnormality is visually compared to an indication of a known disease to determine whether the disease is being given and what disease is being given.
【0004】 けい光顕微鏡は病理学者によってしばしば使用される別の診断ツールである。
白熱光を通過させる代わりに、キセノンまたは水銀ランプ等の光源からの試料を
通した「白熱(white)」光、即ち「高エネルギー励起(high ene
rgy excitation)」光の照射は、試料に当たる(通過しない)或
る一定波長の光のみを通す1つ以上のフィルタセットを通過する。試料に入射す
る光に応答して、必ずしもそうではないが通常着色した試料は種々にけい光を発
する。即ち、測定可能な波長(色)及び強度の低エネルギー放射を行って、組織
または細胞についての診断上評価できる情報をもたらす。[0004] Fluorescence microscopy is another diagnostic tool often used by pathologists.
Instead of passing incandescent light, “white” light through a sample from a light source such as a xenon or mercury lamp, ie, “high energy excitation”
Irradiation of "rgy exit" light passes through one or more filter sets that only pass light of a certain wavelength that strikes (does not pass) the sample. In response to light incident on the sample, the normally, but not necessarily, colored sample emits a variety of fluorescence. That is, a low energy emission of measurable wavelength (color) and intensity is performed to provide diagnostically evaluable information about a tissue or cell.
【0005】 けい光顕微鏡技術は2つのカテゴリー、即ち、内生の(または自然の)蛍光物
質又はフルオロフオラ(fluorophore)、または反応を包含するカテ
ゴリーと、(試料の外部に由来する)外因性であるカテゴリーに分類することが
できる。前者は2つの型式の反応、即ち、エラスチン及びコラーゲン等の組織化
合物が試料の外部から如何なる添加物も与えられることなく自然にけい光を発す
る自己けい光発光と、抗体に対する特定の抗原の組合せ(抗原−抗体反応)によ
って、自然にけい光を発する抗体が組織中の抗原を付き止めると共に、この種の
組合せについて自然にけい光を発する免疫性けい光発光とを含む。[0005] Fluorescence microscopy techniques are of two categories: endogenous (or natural) phosphors or fluorophores, or those involving reactions, and exogenous (derived from outside the sample). Can be classified into categories. The former involves two types of reactions: autofluorescence in which tissue compounds such as elastin and collagen fluoresce spontaneously without any additives from the outside of the sample, and the combination of specific antigens against antibodies ( (Antigen-antibody reaction), whereby naturally fluorescing antibodies stop the antigen in the tissue and include immunofluorescence which fluoresces naturally for this type of combination.
【0006】 後者は細胞のけい光タギング(tagging)、即ち、ラベリングを意味す
る。この技術では、高度に特定のターゲットに付ける、ペプチド、プロテインま
たは抗原等の分子が、フルオレセイン(fluorscein)等のフルオロフ
オラと「タッグ化(tagged)」して、正の相互作用があるか否かを決定す
るようになっている。一方法において、例えば、単一細胞に由来する細胞である
抗体と共役されるフルオレセインは特定の抗原を識別するのに使用される。この
技術はウイルス等の原子ベースの疾患の識別及び診断をアシストするのにしばし
ば使用されるが、例えば、バクテリア及び悪性の組織を識別するのにも使用する
ことができる。このカテゴリーにおける別の技術、即ち、けい光インシツ交雑(
「FISH」:fluorescent in situ hybridiza
tion)は次のa)又はb)を利用する、即ち、a)ラベル化プローブ(「ア
ンチセンス・ストランド(antisense strand)」)及び内生の
mRNA(「センス・ストランド(sense strand)」)の間の対の
ヌクレオチド相互作用、またはb)ターゲット結合プロテインまたは摂受体(r
eceptors)を含む組織でプロテインがラベル化されこれら組織が潜伏し
ているプロテイン対プロテインの相互作用。外因性反応はまた、結核症等の組織
に対して疑わしいスミアーに対するアウラミン(auramine)/ローダミ
ン(rhodamine)の準備の応用等の一般のけい光スティニングを含んで
いる。この種のスティニングは細胞質からの核膜等の特定の特徴を強張すること
ができる。The latter refers to fluorescent tagging, or labeling, of cells. In this technique, molecules such as peptides, proteins or antigens that attach to highly specific targets are "tagged" with fluorophores such as fluorscein to determine if there is a positive interaction. The decision is made. In one method, for example, fluorescein conjugated to an antibody, which is a cell derived from a single cell, is used to identify a particular antigen. This technique is often used to assist in the identification and diagnosis of atom-based diseases such as viruses, but can also be used, for example, to identify bacteria and malignant tissues. Another technology in this category, fluorescence in situ hybridization (
"FISH": fluoresent in situ hybridiza
tion) utilizes the following a) or b): a) for the labeled probe ("antisense strand") and endogenous mRNA ("sense strand"). Paired nucleotide interactions between, or b) a target binding protein or acceptor (r
proteins-protein interactions in which tissues are labeled and which tissues lie dormant in the tissues containing the receptors. Extrinsic reactions also include general fluorescent stining, such as the application of auramine / rhodamine preparations for smears suspected of tissues such as tuberculosis. This type of stining can enhance certain features, such as the nuclear envelope from the cytoplasm.
【0007】 2.画像処理 デジタルシステム及びコンピュータの増大する処理電力、速度及び小型化は病
理学の分野に大変革を引き起こしてきた。病理学者は病理学的疾患を診断するの
にこれまで顕微鏡及び自身の視覚それに経験に排他的に頼っていたが、現在の画
像及び処理技術は今日の病理学者が診断し得る精度及び速度を大幅に高めてきた
。例えば、電荷結合素子(CCD:charge−coupled devic
e)アレイを顕微鏡に結合することによって、顕微鏡画像を表わすデータの高分
解能捕獲が可能になった。これらの映像画像はアナログ−デジタル(A−D:a
nalog−to−digital)変換器によってデジタル化し、表示装置上
に表示し、拡大するかさもなくば操作し、他のデジタル媒体に記憶することがで
きる。映像画像データは様々な画像処理ソフトウエアによって更に処理すること
もできる。非線形である神経網システムであって、このシステムが提供されたデ
ータから各パターンを分離すると共に、データの基礎となる数学的関係の識別及
び抽出を学習する前記システムは1つのこの種の処理構造である。病理学に応用
すれば、特定の疾患に対して試料を自動的に特徴づけて評価するために、神経網
システムはCCDアレイによって収集した試料データを健康な組織及び細胞それ
に病気にかかった組織及び細胞を表わすデータの学習した各パターンと比較する
。[0007] 2. Image Processing The increasing processing power, speed, and miniaturization of digital systems and computers have revolutionized the field of pathology. Pathologists have traditionally relied exclusively on microscopy, their own vision and experience to diagnose pathological diseases, but current imaging and processing techniques have greatly increased the accuracy and speed with which today's pathologists can diagnose. It has been raised to. For example, a charge-coupled device (CCD: charge-coupled device)
e) Coupling the array to a microscope enabled high resolution capture of data representing the microscope image. These video images are analog-digital (AD: a
It can be digitized by a nalog-to-digital converter, displayed on a display device, magnified or otherwise manipulated, and stored on other digital media. The video image data can be further processed by various image processing software. A neural network system, which is non-linear, wherein the system separates each pattern from the provided data and learns to identify and extract the mathematical relationships underlying the data comprises one such processing structure. It is. When applied to pathology, in order to automatically characterize and evaluate samples for specific diseases, the neural network system converts the sample data collected by the CCD array into healthy tissue and cells as well as diseased tissue and diseased tissue. The data representing the cells is compared with each learned pattern.
【0008】 3.分光学 分光学は各対象物のスペクトル特性の研究であり、特に、各対象物の光の成分
部分(個々の波長)及びこれらの波長の強度の研究である。分光器は各要素がそ
れ自身の独自のスペクトルを有することから各要素を識別するために長い間化学
の分野においてツールとして使用されてきた。分光器は物質の化学的及び物理的
性質の双方についての詳細な情報を提供できるということが先ず実現されたこと
から、分光学は医療診断の分野に対しても大きな期待を示してきた。例えば、け
い光等の或る一定のスペクトル特性は組織の悪性腫瘍または代謝状態の存在を示
すことが強調されたきた。この情報はターゲットの視界における対象物の位置と
関係づけることができる。各スペクトルを各スペクトル対象物の「クラスタリン
グ(clustering)」と関係づけることによって不明瞭なエッジの境界
を決定することはしばしば可能である。こうして、この分野は最近、所定の疑わ
しい病理学的サンプルのスペクトル特性を分析するために、顕微鏡検査法との評
価できるパートナーとなってきた。[0008] 3. Spectroscopy Spectroscopy is the study of the spectral properties of each object, and in particular, the study of the light components (individual wavelengths) of each object and the intensity at these wavelengths. Spectroscopy has long been used as a tool in the field of chemistry to identify each element because each element has its own unique spectrum. Spectroscopy has also shown great promise in the field of medical diagnostics, as it was first realized that spectrometers could provide detailed information on both the chemical and physical properties of materials. For example, it has been emphasized that certain spectral characteristics, such as fluorescence, indicate the presence of a malignant tumor or metabolic state of the tissue. This information can be related to the position of the object in the field of view of the target. It is often possible to determine the boundaries of ambiguous edges by relating each spectrum with the "clustering" of each spectral object. Thus, the field has recently become an evaluable partner with microscopy to analyze the spectral properties of certain suspicious pathological samples.
【0009】 あいにく、医療病理学の分野を向上させたり大変革を起こしたりする分光学の
ポテンシャルはまだ十分に開拓されていない。第1に、前述したように、従来の
けい光顕微鏡は試料を励起する単一波長の光を除いて全ての光を阻止する1つの
フィルタと、再放射した光のみを光学的出力に通すようにする(及びより高エネ
ルギーの励起光を阻止する)別のフィルタとを使用する。試料は通常、この試料
にて単一の波長でけい光を発するフルオロフオラで着色されるので、この方法は
この単一の波長のみにて試料についての有益な診断情報をもたらす。Unfortunately, the potential of spectroscopy to improve or revolutionize the field of medical pathology has not yet been fully exploited. First, as mentioned above, conventional fluorescence microscopes have one filter that blocks all light except for a single wavelength of light that excites the sample, and passes only the re-emitted light to the optical output. (And rejects higher energy excitation light). Since the sample is usually stained with a fluorophore that fluoresces at a single wavelength in the sample, the method provides valuable diagnostic information about the sample at this single wavelength only.
【0010】 試料についてのより一層意味のある情報を集めるために、全画像を第2のセッ
トのフィルタを通して第2の波長で再び捕えなければならない。このプロセスは
、スペクトル・フレームの所望数が対象物の「スペクトル・エンベロープ(sp
ectral envelope)」を得るまで多数回に渡って繰り返される。
各フレームはコンピュータに記憶され、合成画像は前述した処理ソフトウエアに
よって分析することができ及び/又は表示装置に表示することができる。これは
多スペクトル感応性画像(「MSI」:multispectral imag
ing)として知られている。[0010] To gather even more meaningful information about the sample, the entire image must be recaptured at a second wavelength through a second set of filters. The process is such that the desired number of spectral frames is the "spectral envelope (sp
This is repeated a number of times until an “envelope” is obtained.
Each frame is stored on a computer and the composite image can be analyzed by the processing software described above and / or displayed on a display device. This is a multispectral image ("MSI").
ing).
【0011】 しかしながら、MSIに対するこの特別な技術は多数の理由のために非実用的
である。先ず、この技術は多数のコストのかかるフィルタの利用可能度を必要と
する。第2に、けい光顕微鏡の内外でフィルタセットを交換することは時間がか
かる。第3に、試料は通常、各励起波長でけい光を発生させる多数の色素で着色
しなければならず、これは試料の診断価値を荒らすかまたは劣化させ得る現象で
ある、試料の「漂白(bleaching)」の発生を覚悟することになる。However, this particular technique for MSI is impractical for a number of reasons. First, this technique requires the availability of a number of costly filters. Second, replacing the filter set inside and outside the fluorescence microscope is time consuming. Third, the sample must typically be colored with a number of dyes that generate fluorescence at each excitation wavelength, a phenomenon that can diminish or degrade the diagnostic value of the sample, "bleaching (bleaching) the sample. bleaching) ".
【0012】 回転可能なフィルタ・ホィール、音響光学チューナブルフィルタ(AOTF:
acoustic−optic tunable filter)、液晶チュー
ナブルフィルタ(LCTF:liquid crystal tunable
filter)、及び干渉計等の幾つかの新しい自動化フィルタシステムが有効
であり、これらは全て全スペクトルが得られるまで連続的に各波長で全画像を捕
えるものである。しかしながら、これらのシステムは極めてコスト高であり、こ
れらの画像のデータ処理は、例えば80個の波長を捕える代表的な512×51
2画素アレイは1シーン当り21MBのデータになってしまうということを考慮
すれば、途方もない作業である。主として複雑で時間のかかるデータ処理のため
に、研究者が得られた波長の数を強いて低減しようと考えることは異常ではない
。80個の波長は大きな数であると思われるが、分析化学者が研究室設定の常備
のCCD検出器を用いて1,024個までの波長を同時に得ることは異常ではな
い。こうして、これ程多くの連続したフレームを得ると共に分類することは、計
算速度が要求されるかまたは所望される場合、(各試料を光学的に脱色すること
も覚悟する)多くのフルオロフオラを用いて準備する試料の分析にとって実用的
ではない。また、これらの計器の物理的なコストは極端に高く、僅かな減少形跡
を示すだけである。更に、前述した各方法は目的とする対象物が静止しているこ
とを要求し、スペクトル獲得の際の環境に起因する化学的変化は受けない。Rotatable filter wheel, acousto-optic tunable filter (AOTF:
Acoustic-optical tunable filter, liquid crystal tunable filter (LCTF)
Several new automated filter systems, such as filters and interferometers, are effective, all of which capture the entire image at each wavelength continuously until the entire spectrum is obtained. However, these systems are extremely costly and the data processing of these images requires a typical 512 × 51, for example, capturing 80 wavelengths.
This is a tremendous task, considering that a two-pixel array would result in 21 MB of data per scene. It is not unusual for a researcher to try to force a reduction in the number of wavelengths obtained, primarily due to complex and time-consuming data processing. While the 80 wavelengths seem to be a large number, it is not unusual for an analytical chemist to simultaneously obtain up to 1,024 wavelengths using a laboratory set-up CCD detector. Thus, obtaining and classifying so many consecutive frames can be prepared using many fluorophores (also be prepared to optically decolorize each sample) if computational speed is required or desired. It is not practical for the analysis of samples that do. Also, the physical cost of these instruments is extremely high, showing only a small trace of reduction. Furthermore, each of the above-described methods requires that the target object be stationary, and is not subject to chemical changes due to the environment during spectrum acquisition.
【0013】 点分光学は対象物からスペクトルデータを得る1つの既知の方法である。この
技術は、その名称が示唆するように、一度に対象物の単一の小さな点のみの全ス
ペクトルを捕獲する。しかしながら、医学病理学の分野にとって実用的でかつ意
味あるものとなるには、分光学システムは試料全体、または試料の少なくとも各
断片をスペクトル的に分散し、表示しかつ分析することができなければならない
。こうして、点分光学は前述した問題に対する理想的解法ではない。[0013] Point spectroscopy is one known method of obtaining spectral data from an object. This technique, as the name implies, captures the entire spectrum of only a single small point of the object at a time. However, to be practical and meaningful for the field of medical pathology, the spectroscopy system must be able to spectrally disperse, display and analyze the entire sample, or at least each fragment of the sample. Thus, point spectroscopy is not an ideal solution to the problem described above.
【0014】 そこで、病理学試料を含めた哺乳類物質の意味ある品質のMSIデータを迅速
にかつ効率的に得ることができると共に、物質の疾患の識別に対してこのデータ
を自動的に分析することができる低コストのシステムに対する明確な必要性があ
る。Therefore, it is possible to obtain MSI data of a meaningful quality of a mammalian substance including a pathological sample quickly and efficiently, and to automatically analyze the data for identifying a disease of the substance. There is a clear need for a low cost system that can do this.
【0015】 (発明の概要) 本発明は、哺乳類物質(mammalian matter)の各画像の多ス
ペクトル獲得を通して急性の疾患の形跡に対して、前記物質、特に1つ以上の細
胞または組織を自動的に評価するシステム及び方法を提供することによってこれ
らの必要性に取り組むものである。最も広い実施例において、前記システムは3
つの主要な構成要素、即ち、画像送信機、独自の多スペクトル画像分光学サブシ
ステム及びプロセッサを有している。前記画像送信機は前記物質を照射する光源
及び光学的出力を備え、前記物質の断片の画像を前記光学的出力に送信できるよ
うになっている。前記多スペクトル画像分光学サブシステムは前記光学的出力に
接続されると共に、前記送信した画像を実質的に、同時にスペクトル的に分散さ
せて、スペクトル画像を生成するようになっている。前記プロセッサは次いで前
記スペクトル画像を処理して、前記画像を表わす診断データをもたらす。SUMMARY OF THE INVENTION [0015] The present invention provides a method for automatically identifying one or more cells or tissues for signs of acute disease through the multispectral acquisition of each image of a mammarian matter. It addresses these needs by providing a system and method for evaluating. In the broadest embodiment, the system comprises 3
It has two main components: an image transmitter, a unique multispectral image spectroscopy subsystem and a processor. The image transmitter includes a light source for irradiating the substance and an optical output, and is capable of transmitting an image of a fragment of the substance to the optical output. The multispectral image spectroscopy subsystem is connected to the optical output and is adapted to substantially simultaneously spectrally disperse the transmitted image to generate a spectral image. The processor then processes the spectral image to provide diagnostic data representing the image.
【0016】 このシステムは、連続的ろ過(シークエンシャル フィルタリング)に対する
必要性を除去しながら、単一の獲得(アクイジッション)において、正に単一の
点ではなく、前記物質の実質的断片の完全な多スペクトル画像を得る利点をもた
らす。This system eliminates the need for continuous filtration, but in a single acquisition, rather than just a single point, of a substantial fragment of the material. This provides the advantage of obtaining a complete multispectral image.
【0017】 より詳細な実施例において、前記多スペクトル画像分光学サブシステムは画像
分光写真機及び電荷結合素子(CCD)カメラを備えている。前記分光写真機は
、前記物質の断片の前記送信した画像の一部分からの光の通過を許容する入口ス
リット、及び該入口スリットを通過した光を所定のスペクトル範囲の多数の成分
波長に分散させて、スペクトル画像を生成するスペクトル分散用プリズム及びミ
ラー配置を有する。前記電荷結合素子(CCD)カメラは前記分光写真機に結合
して、スペクトル画像を得ると共に準備する。獲得した画像の準備は一般に2つ
の段階、即ち、画像処理の技術上周知のように、適切なデジタル処理アルゴリズ
ムを用いて画像をデジタル化する段階及び該デジタル化した画像を前処理する段
階を伴う。前記プロセッサは、デジタル化したスペクトル画像を処理すると共に
、画像の一部分を表わす診断データをもたらすコンピュータ・サブシステムに在
る。このシステムは幾つかの重要な利点をもたらす。この発明の分光写真機は、
試料全体を同時に捕獲することを支持して試料の所定の部分の多数の波長の集中
的で連続した捕獲の時間を除去する低コストの素子である。このことはシステム
の実時間診断能力に貢献する高速データ処理を可能にする。デジタルカメラ及び
コンピュータデータ処理と一緒に、分光写真機はその像を分光写真機に送ること
ができる如何なる疑わしい物質の診断にも用いられる極端に簡易で、効率的でか
つ低コストのツールをもたらす。更に、システム全体は干渉計等の他のMSIシ
ステムのコストの小部分である。In a more detailed embodiment, the multispectral image spectroscopy subsystem comprises an image spectrograph and a charge-coupled device (CCD) camera. The spectrograph is an entrance slit that allows the passage of light from a portion of the transmitted image of the fragment of the substance, and disperses the light passing through the entrance slit into a number of component wavelengths in a predetermined spectral range. , A spectral dispersion prism for generating a spectral image and a mirror arrangement. The charge coupled device (CCD) camera couples to the spectrograph to obtain and prepare a spectral image. Preparing an acquired image generally involves two steps, as is well known in the art of image processing, digitizing the image using a suitable digital processing algorithm and preprocessing the digitized image. . The processor resides in a computer subsystem that processes the digitized spectral image and provides diagnostic data representing a portion of the image. This system offers several important advantages. The spectrograph of the present invention comprises:
A low cost device that supports simultaneous capture of an entire sample to eliminate the time of intensive and continuous capture of multiple wavelengths of a given portion of the sample. This allows for high-speed data processing that contributes to the real-time diagnostic capabilities of the system. Along with digital cameras and computer data processing, spectrographs provide extremely simple, efficient and low cost tools that can be used to diagnose any suspicious material whose images can be sent to the spectrograph. Further, the entire system is a small part of the cost of other MSI systems such as interferometers.
【0018】 また更に詳細な実施例では、画像送信機は種々の拡大用光学計器のうちの任意
のものとして広く定義される、レンズベースの画像拡大システムまたは望遠鏡で
ある。これらの実施例のうちの1つにおいて、本発明はまた顕微鏡を介した各画
像を照射し、拡大しかつ前記光学的出力に送信するこれらの試料の各画像の多ス
ペクトル獲得を通して、準備した細胞病理学及び組織病理学試料の病理を自動的
に評価する低コストで効率的なシステムを提供する。前記顕微鏡の前記光学的出
力はまた画像分光写真機を迅速に接続したり切り離したりする「シー−マウント
(C−mount)」接続部分等の標準カメラインターフェースを備えることも
できる。In a still more detailed embodiment, the image transmitter is a lens-based image magnifying system or telescope, broadly defined as any of a variety of magnifying optical instruments. In one of these embodiments, the present invention also provides a method for illuminating, magnifying, and transmitting each image through a microscope, through the multispectral acquisition of each image of these samples to the optical output, to prepare the prepared cells. Provide a low cost and efficient system for automatically assessing the pathology of pathology and histopathology samples. The optical output of the microscope may also include a standard camera interface, such as a "C-mount" connection to quickly connect and disconnect an image spectrograph.
【0019】 また別のより詳細な実施例において、前記顕微鏡は試料全体の連続的MSI獲
得に対してスライドガラスを制御可能に直動させることができる自動x−yステ
ージを備えている。1つの一部分(slice)がシステムによって得られた後
、前記コンピュータ制御式x−yステージは試料を自動的に配列、即ち移動させ
、この結果、試料の隣接する一部分の画像がスペクトル分散及びその一部分の獲
得用の画像獲得入口スリットを通過することができる。このプロセスは試料全体
が所望するだけ得られ研究されるまで繰り返す。In yet another more detailed embodiment, the microscope includes an automatic xy stage that can controllably translate a slide for continuous MSI acquisition of the entire sample. After one slice has been obtained by the system, the computer-controlled xy stage automatically aligns or moves the sample so that an image of an adjacent portion of the sample has a spectral variance and a portion thereof. Through the image acquisition entrance slit for the acquisition of This process is repeated until the entire sample is obtained and studied as desired.
【0020】 また別の実施例において、前記顕微鏡から試料の拡大した断片の映像画像を捕
獲すると共に、表示及び/又は更なる処理に対して画像をもたらすために、第2
のCCDカメラが設けられる。この更なる実施例において、拡大した光学的出力
を前記第1のCCDカメラまたは前記第2のCCDカメラの何れかに選択的に向
けるために、前記顕微鏡及び前記分光写真機の間にビームを向けるアセンブリを
配置することができる。このようにして、このシステムは病理学者に一体となっ
た2つの診断ツール、即ち一方は伝統的画像(ビデオ)映像(イメージング)で
他方はスペクトル形態学(トポグラフィー)データである2つのツールを提供す
ることができ、この際、後者は(この種のデータが神経網によって機能した後の
)スペクトルグラフと呼ぶ図形表示、管状形態、実際の診断印字出力、予後また
は示唆及び/又はこれら全ての組合せの形式で設けられる。In yet another embodiment, a second image is captured from the microscope to capture a video image of an enlarged fragment of the sample and provide the image for display and / or further processing.
Are provided. In this further embodiment, a beam is directed between the microscope and the spectrograph to selectively direct an expanded optical output to either the first CCD camera or the second CCD camera. The assembly can be deployed. In this way, the system provides two diagnostic tools integrated into the pathologist, one for traditional image (video) imaging and the other for spectral morphology (topography) data. The latter can be provided, wherein the latter is a graphical representation, called a spectral graph (after such data has been performed by the neural network), tubular morphology, actual diagnostic printout, prognosis or suggestion and / or all of these It is provided in the form of a combination.
【0021】 代替実施例において、光学的出力を前記顕微鏡から前記分光写真機及び前記第
2のCCDカメラの双方に同時に向けるために、前記顕微鏡及び前記分光写真機
の間にビーム・スプリッタ・キューブを配置することができる。In an alternative embodiment, a beam splitter cube is placed between the microscope and the spectrograph to direct optical output from the microscope to both the spectrograph and the second CCD camera simultaneously. Can be arranged.
【0022】 この発明のより好ましい詳細な態様において、顕微鏡が40倍に設定される場
合、5mm長の入口スリットに通すサンプルの面積は略1.25μm幅×125
μm長である。この特別の実施例では、分光写真機は一部分に沿って略0.5μ
mでスペクトルデータを得ることができる。こういった0.5μm×1.25μ
m幅の断片のおのおのは「対象物(object)」と呼ばれる。好ましい分光
写真機及びCCDアレイ容量の特定の設計において、最大240個の対象物を目
的とするサンプルの各一部分から同時に捕獲することができる。更に、400n
m波長で1nmから700nm波長で略15nmのスペクトル解像度で、各対象
物の各スペクトルは380nmから800nm範囲で最大740個までの波長デ
ータ点を含む。In a more preferred detailed aspect of the invention, when the microscope is set at 40 ×, the area of the sample passing through the 5 mm long entrance slit is approximately 1.25 μm width × 125
It is μm long. In this particular embodiment, the spectrograph is approximately 0.5 μm along a portion.
m enables spectral data to be obtained. Such 0.5μm × 1.25μ
Each of the m-wide fragments is called an "object." In the preferred spectrograph and the particular design of the CCD array volume, up to 240 objects can be simultaneously captured from each portion of the sample of interest. In addition, 400n
At a spectral resolution of 1 nm to 700 nm and a wavelength of approximately 15 nm at a wavelength of m, each spectrum of each object contains up to 740 wavelength data points in the range of 380 nm to 800 nm.
【0023】 神経網アルゴリズムは代替的に、非監視神経網(USNN:unsuperv
ised neutral network)、監視神経網(SNN:supe
rvised neutral network)、またはこの2つの組合せを
備えることができる。USNNは「指紋(fingerprint)」スペクト
ルの存在を自動的に識別しマッピング(調整)するように機能する。SNNはこ
のシステムを自動化すると共にルーチン自動キャリブレーションを行うよう動作
すべく実施することができる。The neural network algorithm may alternatively be an unsupervised neural network (USNN: unsuperv)
ised neutral network, surveillance neural network (SNN: super)
rvised neutral network) or a combination of the two. The USNN functions to automatically identify and map (adjust) the presence of the "fingerprint" spectrum. The SNN can be implemented to automate the system and operate to perform routine automatic calibration.
【0024】 平均からの物質の組織形態的かつ生理学上の偏りのスペクトル分析に基づいて
疾患の存在に対して前記物質をスペクトル的に分析する1つの好ましい方法は、
前記物質を光源で照射する段階と、前記物質の画像を多スペクトル感応性の画像
分光写真機に送信する段階と、プリズム及びミラー配置を通して前記送信した画
像を所定のスペクトル範囲の多数の成分波長にスペクトル的に分散させる段階と
、前記多数の成分波長の前記スペクトル的に分散した画像を得る段階と、前記得
た画像をデジタル化すると共に該デジタル化した画像を操作する段階と、前記操
作したスペクトル的に分散した画像を処理して、診断をもたらす段階と、を備え
ている。One preferred method of spectrally analyzing a substance for the presence of disease based on a spectral analysis of the histomorphological and physiological bias of the substance from the mean is:
Illuminating the substance with a light source, transmitting the image of the substance to a multispectral image spectrograph, and converting the transmitted image through a prism and mirror arrangement to a number of component wavelengths in a predetermined spectral range. Spectrally dispersing; obtaining the spectrally dispersed image of the multiple component wavelengths; digitizing the obtained image and manipulating the digitized image; and Processing the spatially dispersed image to provide a diagnosis.
【0025】 また更に特定の実施例において、画像送信機はろ過した光の源を物質にもたら
すと共に、物質の断片から再放射されるけい光の画像を光学的出力に送信する。
一般に、物質は準備した病理学サンプルを備え、画像送信機はけい光顕微鏡であ
る。この特定の実施例において、本発明はけい光を発している断片からの全ての
フルオロフオラの全体のスペクトルを同時に得ることによって、多数のフィルタ
に対する必要性を除去している。In a still more particular embodiment, the image transmitter provides a source of filtered light to the material and transmits an image of the fluorescent light re-emitted from the piece of material to the optical output.
Generally, the material comprises a prepared pathology sample and the image transmitter is a fluorescence microscope. In this particular embodiment, the present invention eliminates the need for multiple filters by simultaneously obtaining the entire spectrum of all fluorophores from the fluorescing fragment.
【0026】 この更に特定の実施例を実施する方法は、特定した波長のろ過した光で物質を
照射して前記物質がけい光を発するようにする段階と、けい光を発している前記
物質の断片の画像を光学的出力に送信する段階と、一部分の前記送信した画像を
所定のスペクトル範囲の多数の成分波長にスペクトル的に分散させる段階と、前
記スペクトル的に分散した画像を得て準備する段階と、プロセッサを用いて前記
画像を表わすデータを処理して、前記画像の一部分を前記画像の一部分の状態を
表わす予め設定した数のカテゴリーのうちの1つに分類する段階と、を伴う。A method of practicing this more particular embodiment comprises irradiating the substance with filtered light of a specified wavelength such that the substance emits fluorescence, and wherein the substance is emitting fluorescent light. Transmitting an image of the fragment to an optical output; dispersing a portion of the transmitted image spectrally over a number of component wavelengths in a predetermined spectral range; and obtaining and preparing the spectrally dispersed image. And processing the data representing the image with a processor to classify the portion of the image into one of a predetermined number of categories representing a state of the portion of the image.
【0027】 本発明のシステム及び方法は内生または外因性の反応を介してけい光を発する
哺乳類の細胞及び組織のけい光特性の分析を通して疾患を評価するのに有効であ
る。自然けい光とも称する前者は、大動脈壁、動脈及び他の組織に見い出される
エラスチン等の自己けい光発光化合物を有する生物学上の物質を含む。本発明を
使用するこの種の物質の分析は如何なるけい光スティニング準備もすることなく
診断上評価できる情報を生む。免疫けい光方法はまた内生カテゴリー内にある。
この種の場合、物質は一般に、フルオレセイン等の、タグがラベル化された少な
くとも1つの免疫グロブリン抗体を用いて準備され、例えば腎臓及び心臓の分析
に対して有益である。The systems and methods of the present invention are useful for assessing disease through the analysis of the fluorescent properties of mammalian cells and tissues that fluoresce through endogenous or exogenous reactions. The former, also called natural fluorescence, includes biological substances that have autofluorescent compounds such as elastin found in the aortic wall, arteries and other tissues. Analysis of this type of material using the present invention yields diagnostically evaluable information without any fluorescent tinning preparation. Immunofluorescence methods are also in the endogenous category.
In this case, the substance is generally prepared with at least one immunoglobulin antibody labeled with a tag, such as fluorescein, which is useful, for example, for kidney and heart analysis.
【0028】 内生反応物質に対する代替例として、物質、または試料は少なくとも1つのけ
い光色素を用いて処理することができる。詳述すれば、試料はけい光色素でラベ
ル化された組織化学プローブを用いて処理することができる。更に詳細には、け
い光現場交雑形成(「FISH分析(FISH assay)」は試料について
行われ、プロセッサは遺伝的疾患、悪性腫瘍、バクテリア及び人間乳頭腫ウイル
ス(HPV:Human Papilloma Virus)等のウイルスのう
ちの1つの少なくとも1つの系統の存在を示すデータをもたらす。代替的に、試
料はけい光タグと共役される単一細胞に由来する細胞である抗体及び多クローン
性抗体のうちの1つを含んだ、免疫組織構造のマーカを有する免疫組成化学ステ
インを用いて準備することができる。この内の1つの例は、直接免疫けい光アッ
セイ(DIF:direct immunofluorescent assa
y)を用いて着色して、クラミディア・トラコマティス(CT:chlamyd
ia trachomatis)を識別するようにした試料である。更に一層有
益には、システムは各ステインまたは蛍光物質(フルオロフオラ)・プローブが
個別的に分離するように設計されている状態を分析するために、異なるけい光色
素、免疫組成化学マーカーまたはこれら全ての組合せでラベル化した多数のプロ
ーブを用いて処理した試料を同時に定量化することができる。As an alternative to endogenous reactants, the substance, or sample, can be treated with at least one fluorescent dye. Specifically, the sample can be processed using a histochemical probe labeled with a fluorescent dye. More specifically, fluorescence in situ hybridization ("FISH assay") is performed on a sample, and the processor is a genetic disease, a malignant tumor, a bacterium, and a virus such as the human papilloma virus (HPV). Providing data indicative of the presence of at least one lineage of one of the following: Alternatively, the sample is a single cell-derived antibody and one of a polyclonal antibody conjugated to a fluorescent tag. An immunocomposition chemical stain with markers of immune histology can be prepared, including one example of which is the direct immunofluorescent assay (DIF).
y) and colored with Chlamydia trachomatis (CT: chlamyd)
ia trachomatis). Even more beneficially, the system is designed to analyze different stains, immunochemical markers or all of these markers to analyze the condition in which each stain or fluorophore probe is designed to separate individually. Samples treated with multiple probes labeled in combination can be quantified simultaneously.
【0029】 こうして、本発明は種々のHPV系統及びCTバクテリア双方に対してパプ塗
抹標本(Pap Smear)または頸のバイオプシーを自動的に評価するツー
ルを提供することによって頸の細胞学の分野における重大な進歩をもたらすこと
ができる。特に、パプ塗抹標本試料はHPV識別に対するFISH分析を用いて
またCTを検出するように仕向けられた直接免疫けい光(DIF:direct
immunofluorescent)ステインを用いて準備することができ
る。このようにして、本発明のシステムによって分析される単一で二様に着色し
たパプ塗抹標本は、頸の癌に対する主要な細胞学的疾患及び先駆物質のうちの幾
つかに関する迅速で、確固とした低コストの識別をもたらすことができる。Thus, the present invention provides a critical tool in the field of cervical cytology by providing a tool for automatically assessing Pap Smear or cervical biopsy against both various HPV strains and CT bacteria. Great progress. In particular, pulp smear samples were prepared using direct immunofluorescence (DIF: direct) using FISH analysis for HPV discrimination and directed to detect CT.
It can be prepared using an immunofluorescent stain. In this way, a single, dual-colored papu smear analyzed by the system of the present invention provides a rapid, robust, and robust indication of some of the major cytological diseases and precursors to cervical cancer. Resulting in lower cost identification.
【0030】 けい光反応を誘発する生物学上の物質に関する従来のスティニングは、本発明
に適用可能な反応の別のカテゴリーである。例えば、スミアーは結核症等の幾つ
かの疾患の識別に対して本発明によって開拓することができるけい光反応を生成
するのに、ローダミン/オーラミン等の周知のけい光ステインを付けることがで
きる。Conventional stinging for biological substances that elicit a fluorescent response is another category of reactions applicable to the present invention. For example, smears can be fitted with well-known fluorescent stains, such as rhodamine / auramine, to generate a fluorescent response that can be exploited by the present invention for the identification of some diseases, such as tuberculosis.
【0031】 本発明の他の特徴及び利点はこの発明の原理を例によって図示する添付図面と
関連させて以下の詳細な説明から明瞭となろう。Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, illustrating by way of example the principles of the invention.
【0032】 (好ましい実施例の詳細な説明) 前述のように概説されると共に、列挙した請求項によって定義されるこの発明
は、添付図面と関連して読まれるべきである以下の詳細な説明を参照することに
よってより良好に理解することができる。この発明の特別な実施を構築し、使用
しかつ実行できるように以下に述べる特別な好ましい実施例のこの詳細な説明は
列挙した請求項を制限しようと意図されるものではなく、その特別な諸例として
役に立つように意図されたものである。以下に述べる特別な諸例は、哺乳類物質
、即ち、細胞及び組織の多スペクトル感応性の形態学若しくは微細構成(top
ography)を提供するシステム、即ち、病気にかかっていると疑わしい物
質の各画像の自動化したスペクトルデータの獲得、分析及び診断を提供するシス
テムの好ましい特定の実施である。しかしながら、この発明は、病気にかかって
いるとは疑わしくはないが、それにも拘らずその組織形態上及び生理学上の特性
の識別が望まれている物質等の他の型式の哺乳類物質にも適用することができる
。更に、現在説明している発明において、物質は光源によって照射され、1つの
特定の光源は物質のけい光特性の分析を可能にすべく、ろ過した光をもたらして
いる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention, as outlined above and defined by the enumerated claims, provides the following detailed description, which should be read in conjunction with the accompanying drawings. It can be better understood by reference. This detailed description of the specific preferred embodiments set forth below so that specific implementations of the invention can be constructed, used, and practiced is not intended to limit the recited claims, but rather to include It is intended to be useful as an example. The specific examples described below are for the morphology or topography (multi-topography) of the multispectral response of mammalian materials, ie, cells and tissues.
a preferred specific implementation of a system that provides automated spectral data acquisition, analysis and diagnosis of each image of a substance suspected of having a disease. However, the invention also applies to other types of mammalian substances, such as those which are not suspected to be diseased, but which nonetheless require identification of their morphological and physiological properties. can do. Further, in the presently described invention, the material is illuminated by a light source, one particular light source providing filtered light to enable analysis of the fluorescent properties of the material.
【0033】 より詳細にこの発明を説明する前に、即ち、本発明によって用いられる多スペ
クトル分析の方法、その種々の構成要素及び実験結果を詳細に説明する前に、組
織及び細胞の「隠れ形態学(hidden morphologies)」及び
生理学それに医療病理学に対するその実施を示すための手段としてスペクトル形
態学の応用の背後にある理論をここで説明する。Before describing the present invention in more detail, ie, before describing in detail the method of multispectral analysis used by the present invention, its various components and experimental results, the “hidden morphology” of tissues and cells The theory behind the application of spectral morphology as a means to show "hidden morphology" and its physiology as well as its implementation for medical pathology will now be described.
【0034】 I.通常及び異常な細胞及び組織に関する組織形態効果 細胞のサイズ及び形状等の形態及びそれらの環境(細胞形態学)それに組織バ
イオプシーの研究はこれらの構造の状態に関する評価できる情報を診断的に示す
ことができると長い間認識されてきた。一般の生物学的活動は細胞核の細胞構造
において最良に反映されている。機能的活動は主に細胞質の形態学において反映
されている。各細胞の「健全な(healthy)」基礎形態学は、病理学のプ
ロセスからストレスのない通常の細胞の形態及び構造である、ユープラシア(e
uplasia)と呼ばれる基準レベルと考えることができる。ユープラシアに
おいて、キーとなる細胞核構造は光学顕微鏡の下では丸いかまたは丸くされ、均
一でしかもクロマチン等の細胞核構成要素に関して規則正しいパターンを有する
ものと見られると共に、1つの細胞核から次々と予測性の度合いを有している。
組織分析において、同じ型式の1つの細胞から別の細胞への予測性が期待されよ
う。I. Histomorphological effects on normal and abnormal cells and tissues Morphology, such as cell size and shape, their environment (cell morphology), and tissue biopsy studies can provide diagnostic information on the state of these structures that can be evaluated. It has long been recognized that you can. General biological activity is best reflected in the cell structure of the nucleus. Functional activity is mainly reflected in cytoplasmic morphology. The "healthy" basal morphology of each cell is the normal cellular morphology and structure that is stress free from the pathological process, eupracia (e)
upsia) can be considered as a reference level. In Euprasia, the key nucleus structures are rounded or rounded under light microscopy, appear to be uniform and have a regular pattern with respect to nucleus components such as chromatin, and the degree of predictability from one nucleus to another. have.
In tissue analysis, predictability from one cell of the same type to another would be expected.
【0035】 悪性腫瘍及びこれに対する前駆動(precursors)に関連するプロセ
スの多数の形態学上の効果が識別されてきた。例えば、細胞の核膜の形状におけ
る重大な不規則性、クロマチン及びパラクロマチン(細胞核の青色い領域)の構
造的オーダーライン(orderlines)及び形状における混乱、核小体の
形状の拡大及び不規則性、及び重大なことに、細胞核領域対細胞質領域の増大す
る比率(N/C比率)は、癌を見い出すのに助力すると認められた形態学的因子
のうちの幾つかである。A number of morphological effects of processes associated with malignancies and precursors thereto have been identified. For example, significant irregularities in the shape of the nuclear envelope of cells, confusion in the structural orderlines and shape of chromatin and parachromatin (blue regions of the cell nucleus), enlargement and irregularities in nucleoli shape. And, importantly, the increasing ratio of nuclear area to cytoplasmic area (N / C ratio) is some of the morphological factors that have been found to help find cancer.
【0036】 あいにく、現在まで、伝送またはけい光顕微鏡の下でのこの種の形態学的分析
はそれ自身、幾つかの理由から病気にかかった細胞及び組織を診断する際に価値
が制限されていた。先ず、細胞及び組織の形態学的変化は程度を変える際に生じ
る。多くの変化は経験のある病理学者によっても光学顕微鏡の接眼レンズを通し
て、または各試料のスライドガラスの映像画像の操作においてさえも、(明確に
或いは全く)認識することができない。これらの隠れ形態学は変化の固有の性質
、形態学的活動の段階、またはこの2つの組合せの何れかによるものである。第
2に、今日まで、癌の特徴が存在するときには、観察下の特別な細胞または組織
が癌にかかっていることを明白に示すと共に、存在しないときには、癌はないこ
とを意味する、癌の観察可能な絶対的形態学的前記特徴−または悪性の基準−が
なかった。Unfortunately, to date, this type of morphological analysis under transmission or fluorescence microscopy has itself been of limited value in diagnosing diseased cells and tissues for several reasons. Was. First, morphological changes in cells and tissues occur at varying degrees. Many changes cannot be recognized (clearly or at all) by an experienced pathologist, even through the eyepiece of a light microscope, or even in manipulating the video images of the slides of each sample. These hidden morphologies are due to either the intrinsic nature of change, the stage of morphological activity, or a combination of the two. Second, to date, the presence of cancer characteristics has clearly indicated that the particular cell or tissue under observation has the cancer, while the absence of it means that there is no cancer. There were no observable absolute morphological features-or criteria for malignancy.
【0037】 本発明は、生体内でまたは準備した試料の如何に拘らず、これらを光源で照射
し、独自の多スペクトル画像分光写真機及び高性能処理アルゴリズムの助力を得
てそれらのスペクトル情報を分析することによって、疑わしい細胞及び組織の隠
れ形態学を示すのに用いられる。The present invention irradiates these with a light source, irrespective of in vivo or prepared samples, and obtains their spectral information with the help of a unique multispectral image spectrograph and a sophisticated processing algorithm. The analysis is used to indicate the hidden morphology of suspect cells and tissues.
【0038】 II.方法及び構成要素 1.プッシュ・ブルーム多スペクトル画像 離隔した視野から多スペクトル情報を得る幾つかの伝統的方法がある。前述し
たように、1つの方法は一連の波長フィルタを通してフィールド全体を得る。フ
ィルタの数はフィールドの各構成要素のスペクトル特性を識別するのに必要とさ
れる波長データ点の数と等しくなろう。視野は固定されているので、対象物が何
れにしろ動いたり変化したりすればデータを得ることはできない。II. Methods and components Push Bloom Multispectral Image There are several traditional ways to obtain multispectral information from a separate field of view. As mentioned above, one method obtains the entire field through a series of wavelength filters. The number of filters will be equal to the number of wavelength data points required to identify the spectral characteristics of each component of the field. Since the field of view is fixed, data cannot be obtained if the object moves or changes anyway.
【0039】 遠隔地球監視のために開発されると共に、本発明によって実施される別の方法
において、システムはフィールドの小さな部分を得ると共に、一部分のスペクト
ル全体を同時に得る特殊化波長分散型分光写真機に前記小部分を通す。全フィー
ルドをカバーするのには、次の隣接する一部分に移動することが必要である。各
獲得を結びつけることによって、全フィールドをカバーすることができる。この
方法はしばしば「プッシュ・ブルーム(push broom)」スペクトル形
態学と称される。何故ならば、サンプルが分光写真機の入口開口、またはスリッ
トを横切って「プッシュされ(pushed)」ると共に、多くの点で、多スペ
クトル結像獲得の従来で述べた方法と比較してより用途が広く効率的であるから
である。In another method developed for remote earth surveillance and implemented according to the present invention, the system obtains a small portion of the field and simultaneously obtains the entire spectrum of the portion in a specialized chromatic dispersion spectrograph. Through the small part. Moving to the next adjacent part is necessary to cover the entire field. By linking each acquisition, the entire field can be covered. This method is often referred to as "push bloom" spectral morphology. This is because the sample is "pushed" across the entrance aperture, or slit, of the spectrograph, and in many respects is more versatile than the previously described methods of multispectral imaging acquisition. Is widely and efficiently used.
【0040】 本発明は疑わしい哺乳類組織および細胞のプッシュ・ブルーム多スペクトル画
像獲得を使用して、スライドガラス上に準備された各試料の場合にはそれらの隠
れ形態学を示すと共に、生体内分析の場合にはそれらの隠れ生理学を示し、最後
に組織及び細胞の医療診断をもたらす。The present invention uses push-bloom multispectral image acquisition of suspicious mammalian tissues and cells to show their hidden morphology in the case of each sample prepared on a glass slide and to analyze in vivo assays. In some cases, they show their hidden physiology, and finally result in a medical diagnosis of tissues and cells.
【0041】 2.基本構成要素及び方法 図1Aはこのシステムの基本構成要素を示すブロック図である。画像送信機1
は光源2及び光学的出力3を備えている。光源2は分析すべき哺乳類物質4を照
射し、その画像は光学的出力に送信される。画像分光学サブシステム6は送信し
た画像を所定の範囲の多数の成分波長に実質的に同時にスペクトル的に分散させ
る。スペクトル分散の方法は、遠隔、テレスコピック形地球監視及び天文学用に
元々は設計された分光写真機を使用し、現在は軍用及び民間環境での応用双方に
対して使用されている。元々の分光写真機はワーレン他(Warren et
al.)に対して特許権が付与され(特許第5,127,728号)、3から1
5μmの赤外線波長範囲で使用するうに設計されたものであり、参照により本願
に組み込まれる。本発明の生命科学応用に対して、光学は主として目に見える3
60から800nm波長範囲で使用するように設計し直された。適切なソフトウ
エアが負荷されるPCコンピュータ等のプロセッサ8はスペクトル的に分散した
画像を表わすデータについて動作し、最後に物質4の状態に関する診断出力8を
もたらす。この診断出力10はコンピュータ画面、印字出力、または任意の従来
の出力装置にもたらすことができよう。[0041] 2. Basic Components and Method FIG. 1A is a block diagram showing the basic components of the system. Image transmitter 1
Comprises a light source 2 and an optical output 3. A light source 2 illuminates a mammalian substance 4 to be analyzed, the image of which is transmitted to an optical output. The image spectroscopy subsystem 6 spectrally disperses the transmitted image substantially simultaneously over a predetermined range of multiple component wavelengths. The method of spectral dispersion uses spectrographs originally designed for remote, telescopic earth monitoring and astronomy, and is currently used for both military and civilian applications. The original spectrograph was Warren et al.
al. ) Was granted a patent right (Patent No. 5,127,728).
It is designed for use in the infrared wavelength range of 5 μm and is incorporated herein by reference. For life science applications of the present invention, optics are primarily
Redesigned for use in the 60 to 800 nm wavelength range. A processor 8, such as a PC computer, loaded with the appropriate software, operates on the data representing the spectrally dispersed image, and finally provides a diagnostic output 8 on the condition of the substance 4. This diagnostic output 10 could be provided to a computer screen, printed output, or any conventional output device.
【0042】 図1Aは光源2が物質4に光を透す画像送信機配置を図示している。例えば、
送信顕微鏡が細胞スミアーまたは極めて薄い組織のバイオプシー等の比較的薄い
試料に対して白色光をもたらす画像送信機である場合、一般的に事実はそうであ
る。図1Bは2つの光学的シナリオのうちの1つを表わす画像送信機1に対する
代替的配置を示している。1つのシナリオでは、光源2からの光は物質4によっ
て反射されて光学的出力3に達する。反射は幾つかの状況において使用すること
ができ、1つの状況は疑わしい組織バイオプシーが余りにも厚くて光が意味ある
ようにこれを透すことができない場合であり、また別の状況は分析すべき物質が
患者から除去されるのではなく、むしろ生体内にある場合である。図1Bによっ
て表わされる第2のシナリオにおいては、光源からの光はろ過され、このろ過し
た光が物質によって吸収される。これに応じて、組織または細胞はより低いエネ
ルギー準位の光を再放射する。このけい光は分散及び分析のための多スペクトル
感応性の画像分光学サブシステムにもたらされる。FIG. 1A illustrates an image transmitter arrangement in which the light source 2 transmits light through the substance 4. For example,
This is generally the case when the transmission microscope is an image transmitter that provides white light for relatively thin samples, such as cell smears or very thin tissue biopsies. FIG. 1B shows an alternative arrangement for the image transmitter 1 representing one of two optical scenarios. In one scenario, light from light source 2 is reflected by material 4 to reach optical output 3. Reflection can be used in some situations, one situation where the suspicious tissue biopsy is too thick to allow it to penetrate the light in a meaningful way, and another situation to analyze It is when the substance is not removed from the patient, but rather is in vivo. In a second scenario, represented by FIG. 1B, light from a light source is filtered and the filtered light is absorbed by a substance. In response, the tissue or cell re-emits light at a lower energy level. This fluorescence is provided to a multispectral image spectroscopy subsystem for dispersion and analysis.
【0043】 図2は画像送信機がけい光顕微鏡である本発明のより詳細な実施例の概略図で
ある。この多スペクトル感応性の形態学システム12の主要な構成要素はけい光
顕微鏡40、プリズム及びミラー画像分光写真機30、第1のCCDカメラ34
、プロセッサ70及び診断出力装置80を含んでいる。FIG. 2 is a schematic diagram of a more detailed embodiment of the present invention in which the image transmitter is a fluorescence microscope. The main components of the multispectral morphology system 12 are a fluorescence microscope 40, a prism and mirror image spectrograph 30, a first CCD camera 34.
, A processor 70 and a diagnostic output device 80.
【0044】 多くの研究室及びリサーチ設備において見つけられるけい光顕微鏡40は接眼
レンズ41と、「シー型式(C−type)」マウントを有する映像ポート等の
標準カメラ・インターフェースを備えた光学的出力42とを含んでいる。顕微鏡
の光源43は内部フィルタでろ過されて、スライドガラス16上に準備された試
料18によって吸収される。試料は次いでより低いエネルギー準位であると共に
、この試料に渡って強度が変化する光を再放射し、レンズはけい光を発している
試料18の断面の画像を拡大すると共に、こういった画像を接眼レンズ41及び
光学的出力42の双方に供給する。試料は一般にはそうすることは及ばないが、
従来の技術を使用して、通常の染料を用いて準備されるか及び/又は通常のタグ
でラベル化される。顕微鏡40に接続した分光学サブシステムはプリズム及びミ
ラー、入口スリット32を有する波長分散画像分光写真機30を備えている。こ
のスリットによって、図2Aにおいてより詳細に判かるように、その一部分(s
lice)自身が多くの「対象物(object)」21を備えている試料18
のこの一部分20の画像が通り抜けて分光写真機30、及び第1のCCDカメラ
34に達するようになっている。新規で修正された分光写真機30は各波長を同
時に作用させる広い範囲に渡って良好な画像品質をもたらして、システムのどの
構成要素も移動させることなく大きなスペクトル間隔を検分できるようになって
いる。Fluorescent microscopes 40 found in many laboratories and research facilities include an eyepiece 41 and an optical output 42 with a standard camera interface such as a video port with a “C-type” mount. And The light source 43 of the microscope is filtered by an internal filter and absorbed by the sample 18 prepared on the slide glass 16. The sample is then at a lower energy level and re-emits light of varying intensity across the sample, and the lens magnifies the image of the cross-section of the fluorescent sample 18 as well as these images. To both the eyepiece 41 and the optical output 42. Samples generally don't have much to do,
Using conventional techniques, they are prepared using conventional dyes and / or are labeled with conventional tags. The spectroscopy subsystem connected to the microscope 40 comprises a chromatic dispersion image spectrograph 30 having a prism and a mirror and an entrance slit 32. This slit allows a portion (s) thereof, as can be seen in more detail in FIG. 2A.
sample), which itself has many “objects” 21
The image of this portion 20 passes through to reach the spectrograph 30 and the first CCD camera 34. The new and modified spectrograph 30 provides good image quality over a wide range of simultaneous operation of each wavelength so that large spectral spacings can be viewed without moving any components of the system. .
【0045】 「フリップ(flip)」ミラー62を用いて構成され、「ビーム・スプリッ
タ(beam splitter)」とも呼ばれる光線を向けるアセンブリ60
は映像画像及びスペクトル獲得の双方をもたらす。こうして、ミラーが一方向に
フリップされる場合、スペクトル的に分散した光はカメラ34の第1のCCDマ
トリクス・アレイ36によって焦点に集められ獲得される。従来のCCDカメラ
において行われるように、アナログ画像が観察及び更なる処理のために準備され
る。特に、画像はアナログ−デジタル(AからD:analog−to−dig
ital)変換器によってデジタル化され、次いでしばしばデジタル信号プロセ
ッサ(DSP:digital signal processor)と呼ばれ
るスペクトル画像プリプロセッサ37によって操作されるかまたは前処理される
。準備したスペクトル画像は、以下において詳細に説明するように、プロセッサ
70に送ることができるか、及び/又はCRT.LCD画面、または他の通常型
表示装置等の表示装置38に表示することができる。An assembly 60 configured with a “flip” mirror 62 to direct light rays, also referred to as a “beam splitter”
Provides both video image and spectrum acquisition. Thus, when the mirror is flipped in one direction, the spectrally dispersed light is focused and acquired by the first CCD matrix array 36 of the camera 34. Analog images are prepared for viewing and further processing, as is done in conventional CCD cameras. In particular, images are analog-to-digital (A to D: analog-to-dig).
It is digitized by an ital converter and then manipulated or pre-processed by a spectral image preprocessor 37, often called a digital signal processor (DSP). The prepared spectral image can be sent to a processor 70 and / or a CRT. It can be displayed on a display device 38 such as an LCD screen or other conventional display device.
【0046】 フリップ・ミラー62が第2の向きに回転した場合、視覚的な、顕微鏡に拡大
した画像、即ち、映像画像は第2のCCDカメラ54のマトリクス・アレイ56
によって捕獲される。この画像はまたアナログ−デジタル変換器によってデジタ
ル化され、高度画像処理アルゴリズム57(別のDSP)は通常型表示装置58
上に高品質表示を行うために画像を操作する。DSPにおける通常型画像前処理
アルゴリズムは平滑化、正規化、背景基礎(background subst
raction)、主要成分分析(PCA:principal compon
ent analysis)及び部分最小自乗(PLS:partial le
ast square)を含んでいる。このようにして、試料のスペクトル画像
データ及び視覚的画像データの双方を病理学者のために表示し、記憶し、分析し
及び/又は更に操作することができる。図示しない代替実施例において、ビーム
−スプリッタ・キューブをビームを向けるアセンブリ60と置換して、分光写真
機30及び観察画像CCDカメラ54に光を同時に送る。When the flip mirror 62 is rotated in the second orientation, a visual, microscopically magnified image, ie, a video image, becomes a matrix array 56 of the second CCD camera 54.
Captured by This image is also digitized by an analog-to-digital converter, and an advanced image processing algorithm 57 (another DSP) is used in a conventional display device 58.
Manipulate the image for a high quality display on top. The conventional image pre-processing algorithm in the DSP includes smoothing, normalization, and background subst.
fraction, principal component analysis (PCA: principal component)
ent analysis) and partial least squares (PLS)
ast square). In this way, both the spectral image data and the visual image data of the sample can be displayed, stored, analyzed and / or further manipulated for the pathologist. In an alternative embodiment, not shown, the beam-splitter cube is replaced with a beam-directing assembly 60 to send light to the spectrograph 30 and the observed image CCD camera 54 simultaneously.
【0047】 分光写真機30は安価なフリントガラスから成るプリズムを使用する。このユ
ニットの支持体及び本体は、軽量化及び向上した剛性に対して準備される鋳造ア
ルミニウム、またはひだ付き金属板、或いは他の材料で構成することができる。
光学系は十分な光線追跡式である。この光学系はビーム・ディレクタ62があっ
てもなくても標準の「シー型式(C−type)」実装または任意の他の受容可
能な接続手段の使用によって、一般には映像ポートである通常型顕微鏡の光学的
出力に容易に組み立てられる。The spectrograph 30 uses a prism made of inexpensive flint glass. The support and body of the unit can be constructed of cast aluminum or fluted metal plates or other materials that are prepared for weight reduction and increased rigidity.
The optics are fully ray tracing. This optics may be a standard microscope, typically an image port, with or without a beam director 62, using a standard "C-type" implementation or any other acceptable connection means. The optical output is easily assembled.
【0048】 1つの好ましい実施例において、けい光顕微鏡が40倍の倍率に設定される場
合、スリット32を通して分光写真機30によって捕獲される各一部分20は略
1.25μm幅×125μm長である。更に、システムは一部分20に沿って略
0.5μmでスペクトルデータを得ることができる。好ましい分光写真機及びC
CDアレイ容量の特定の設計において、最大240個の対象物(objects
)を目的とするサンプルの各一部分から同時に捕獲することができる。各対象物
に対する対スペクトルは400nm波長で1nmのスペクトル解像度から700
nm波長で略15nmの解像度において、380nmから800nmの範囲で最
大740個の波長データ点まで含んでいる。しかしながら、他のスリットサイズ
と他の解像度容量を有するCCDカメラとを使用して、異なる(及びより大きな
)対象物及びスペクトル・エンベロープ解像度を得ることができることが理解さ
れる。In one preferred embodiment, when the fluorescence microscope is set at 40 × magnification, each portion 20 captured by the spectrograph 30 through the slit 32 is approximately 1.25 μm wide × 125 μm long. Further, the system can acquire spectral data at approximately 0.5 μm along portion 20. Preferred spectrograph and C
For a particular design of CD array capacity, up to 240 objects (objects)
) Can be simultaneously captured from each portion of the sample intended for The paired spectrum for each object is 700 nm from a spectral resolution of 1 nm at 400 nm wavelength.
It includes up to 740 wavelength data points in the range of 380 nm to 800 nm at a resolution of about 15 nm at nm wavelength. However, it is understood that different (and larger) object and spectral envelope resolutions can be obtained using CCD cameras with other slit sizes and other resolution capacities.
【0049】 試料18の画像全体を連続的に走査することは、組織学及び細胞形態学設定で
のコンピュータ制御の下に顕微鏡のステージを走査することにより達成される。
第1のCCDマトリクス・アレイ検出器36は入口スリット32に位置する各対
象物からの画素の行に沿った個々のスペクトルを収集する。このフォーマットは
時々「オープン画像(open image)」と称する。何故ならば、検査す
べき対象物の領域についての制限がないからである。また、このフォーマットは
顕微鏡による検査を受ける病理学サンプルに対する費用を抑えかつ最もフレキシ
ブルな方法であることは確かである。Continuous scanning of the entire image of the sample 18 is achieved by scanning the microscope stage under computer control with histology and cell morphology settings.
The first CCD matrix array detector 36 collects individual spectra along rows of pixels from each object located at the entrance slit 32. This format is sometimes referred to as "open image." This is because there is no restriction on the area of the object to be inspected. Also, this format is certainly the least costly and most flexible method for pathological samples undergoing microscopic examination.
【0050】 スライス内の全対象物は信号強度に応じて数ミリ秒内に獲得される。複数の単
一セルや糸球体のような対象が自動パターン認識で選択されて或る数々の波長に
関連づけられるならば、フォト−ブリーチ(漂白)は特に減少される。All objects in a slice are acquired within a few milliseconds depending on the signal strength. Photo-bleach is particularly reduced if objects such as multiple single cells or glomeruli are selected with automatic pattern recognition and associated with certain wavelengths.
【0051】 PC等、一般にコンピュータ・システムの一部分であるプロセッサ70は試料
18の各対象物21のスペクトル指紋の瞬時に近い認識をもたらすパワフルな神
経網72を含んでいる。1つの好ましい実施例において、神経網が実質的に同時
に処理することができる。おのおのが0.5μmと小さい240個までの対象物
がある。各獲得に対する比較的小さいファイルサイズは計算速度を大幅に高める
と共に、メモリ管理を簡単にする。Processor 70, typically a part of a computer system, such as a PC, includes a powerful neural network 72 that provides near-instantaneous recognition of the spectral fingerprint of each object 21 of sample 18. In one preferred embodiment, the neural network can process substantially simultaneously. There are up to 240 objects, each as small as 0.5 μm. The relatively small file size for each acquisition greatly increases computational speed and simplifies memory management.
【0052】 図3はプッシュ−ブルーム方法論を多スペクトル分析哺乳類物質のための本発
明に対してどのように応用するかを図示している。ステップ100において、ス
ライドガラス上に準備されようと生体内であろうと、物質の画像は光学的出力に
送信される。最も広い実施例において、画像は徹照(トランスイルミネーション
)または物質からの反射、或いは各物質からのけい光発光等の任意の既知の手段
を介して送信できることが理解される。顕微鏡検査法(伝送またはけい光)の場
合、拡大した試料の特別なフィールド、または断片は分光写真機30の入口スリ
ット32にもたらされる。ステップ102において、100個までの対象物21
を含む断片の単一の一部分は、ワーレン他(Warren etal.)の特許
に述べられているように、スリット32を通過し、ステップ104でプリズムの
第1の曲面に当たり、屈折され、第2の面に当たって出て行き、球面鏡に当たる
。波長分散光は次いでプリズムを通して戻って焦点に集められて第1のCCDマ
トリクス・アレイに記憶され、ステップ106で、この第1のCCDマトリクス
・アレイは光を獲得し準備する。本願で使用したように、必ずしもそうではない
が、この準備(組織標本)はスペクトル的に分散した光をデジタル化して前処理
することを伴う。デジタル画像の前処理または操作はその外観を改善すべく通常
型DSPアルゴリズムを用いて達成される。全ての光の80%から90%を越え
たもの、全波長範囲を越えたものがシステムを通して送信される。FIG. 3 illustrates how the push-bloom methodology is applied to the present invention for multispectral analysis mammalian material. At step 100, an image of the substance, whether prepared on a glass slide or in vivo, is transmitted to an optical output. It is understood that in the broadest embodiment, the images can be transmitted via any known means, such as transillumination or reflection from materials, or fluorescence from each material. In the case of microscopy (transmission or fluorescence), a special field, or fragment, of the enlarged sample is brought into the entrance slit 32 of the spectrograph 30. In step 102, up to 100 objects 21
A single portion of the fragment containing the light passes through slit 32 and strikes the first curved surface of the prism at step 104, is refracted, and is refracted, as described in the Warren et al. Patent. It hits the surface and goes out and hits a spherical mirror. The chromatically dispersed light is then focused back through the prism and stored in a first CCD matrix array, which in step 106 acquires and prepares the light. As used herein, but not necessarily, this preparation (tissue specimen) involves digitizing and pre-processing the spectrally dispersed light. Preprocessing or manipulation of the digital image is achieved using conventional DSP algorithms to improve its appearance. More than 80% to more than 90% of all light, over the entire wavelength range, is transmitted through the system.
【0053】 次いで、ステップ108において、プロセッサは細胞の各対象物の組織形態パ
ターンを分類する神経網を使用して、一部分における各対象物のスペクトル・エ
ンベロープを表わすスペクトルデータを処理する。次いでシステムはステップ1
10において、各獲得の状態を調査する。単一の獲得のみが必要とされるかまた
は所望されれば、プロセスはステップ112で休止し、診断データを病理学者に
よる検査のために出力することができる。しかしながら、よくあることであるが
、試料の付加的一部分をスペクトル的に分散し分析すべきである。即ち、ステッ
プ114において、調査に対する回答110は「否(no)」であり、各画像の
隣接する一部分が入口スリットを通して送信される。顕微鏡検査法の場合、試料
のスライドガラスを顕微鏡40のx−yステージによって移動させて、前に分散
させた一部分に隣接する一部分を表わす光の通過を可能にするようになす。次い
で、プロセスはその第2の一部分における各対象物のスペクトル分散、獲得及び
分析のためにステップ104に戻る。このプロセスは、試料の全領域または十分
な領域がこのようにして分析されるまで繰り返される。一旦この連続した獲得プ
ロセスが完了して、各対象物に対するスペクトルデータが適切なメモリ「ビン(
bin)」に記憶されると、以下において述べるように、プロセッサはこのデー
タを合成して、試料に対する完全な診断をもたらすことができる。Next, at step 108, the processor processes the spectral data representing the spectral envelope of each object in a portion using the neural network to classify the tissue morphological pattern of each object of the cell. The system then proceeds to step 1
At 10, the status of each acquisition is investigated. If only a single acquisition is required or desired, the process may pause at step 112 and diagnostic data may be output for examination by a pathologist. However, often, an additional portion of the sample should be spectrally dispersed and analyzed. That is, in step 114, the answer 110 to the survey is "no," and an adjacent portion of each image is transmitted through the entrance slit. In the case of microscopy, the glass slide of the sample is moved by the xy stage of the microscope 40 to allow the passage of light representing a portion adjacent to the previously dispersed portion. The process then returns to step 104 for spectral variance, acquisition, and analysis of each object in its second portion. This process is repeated until all or a sufficient area of the sample has been analyzed in this way. Once this successive acquisition process is complete, the spectral data for each object is stored in the appropriate memory "bin (
bin), the processor can combine this data to provide a complete diagnosis for the sample, as described below.
【0054】 細胞分析に対するプッシュ・ブルーム・スペクトルデータ獲得を利用する利点
は多い。先ず、診断が実用上瞬時である。代替技術を使用して十分なスペクトル
データを得ることは、データ処理に先立って巨大なデジタルファイルを生成する
ことを要求しよう。本発明の1つの好ましい実施例による全獲得は、これでもま
だ185KBに過ぎないが、おのおのが740個のデータ点を有する240個の
スペクトルを含んでいる。このサイズのファイルは容易に処理され、極めて迅速
なデータ処理及び決定を行うことができることとなる。更に、システム全体は干
渉計等の分析に関する他の方法に比してはるかにコストがかからない。There are many advantages to using push-bloom spectral data acquisition for cell analysis. First, the diagnosis is practically instantaneous. Obtaining sufficient spectral data using alternative techniques will require the creation of large digital files prior to data processing. The total acquisition according to one preferred embodiment of the present invention is still only 185 KB, but each includes 240 spectra with 740 data points. Files of this size are easily processed, allowing very fast data processing and decisions. Further, the entire system is much less costly than other methods of analysis such as interferometers.
【0055】 この方法はまた、高速低解像度評価によって、高解像度走査に先立って粗のパ
ラメータを決定できるようにする。多スペクトル形態学マップを得ることに加え
て、システムは通常及び病気にかかった組織を示す仮のカラー「指紋(fing
erprint)」スペクトルで試料の映像画像を「彩色する(paint)」
することができる。このシステムはまた反拒絶薬物毒性の形跡は勿論のこと、慢
性の疾患及び急性の疾患の間の区別を立てる。The method also allows the coarse parameters to be determined prior to the high resolution scan by the fast low resolution evaluation. In addition to obtaining a multispectral morphology map, the system also provides a temporary color "fingerprint" indicating normal and diseased tissue.
"print" the image image of the sample with "spectrum" spectrum
can do. The system also makes a distinction between chronic and acute illnesses, as well as evidence of anti-rejection drug toxicity.
【0056】 3.神経網 伝統的な数学的アルゴリズムは連続的に計算を実行して、線形変換に基づく結
果を引き渡す。神経網(NN:neural network)は人間の脳と同
様の方法で並列に計算を行い、非線形変換を実行する。今日まで、システムには
非監視式神経網(USNN:unsupervised neural net
work)から給電されていた。しかしながら、システムには2つの神経網、即
ち、USNN及び監視式神経網(SNN:supervised neural
network)によって選択的に給電することができる。USNNは各対象
物から各スペクトルを収集し、特徴づけ、分類し、かつ独自のスペクトル特性の
「ビン(bin)」に置く。こうして、USNNは「指紋」スペクトルの存在を
自動的に認識しマッピングする(即ち、調整する)。即ち、同一のスペクトル特
性を含むビンを識別する。SNNは各ビンのスペクトルを他のビンからのスペク
トルと区別を立てる特殊な特徴を決定するのに使用することができる。こうして
、システムは分析下の物質の各対象物の示されるスペクトルをマップと比較して
、疾患の存在を識別することができる。[0056] 3. Neural Networks Traditional mathematical algorithms perform calculations continuously and deliver results based on linear transformations. A neural network (NN) performs calculations in parallel in a manner similar to that of the human brain and performs non-linear transformation. To date, the system includes unsupervised neural net (USNN).
work). However, the system has two neural networks: the USNN and the supervised neural network (SNN).
network). The USNN collects, characterizes, classifies, and places each spectrum from each object in its own "bin" of spectral characteristics. Thus, the USNN automatically recognizes and maps (ie, adjusts) for the presence of the “fingerprint” spectrum. That is, bins containing the same spectral characteristics are identified. The SNN can be used to determine special features that distinguish the spectrum of each bin from spectra from other bins. Thus, the system can compare the indicated spectrum of each object of the substance under analysis to the map to identify the presence of the disease.
【0057】 USNNは各スペクトルが収集されるとき、各スペクトルを特徴づけ分類する
「フィルタ(filter)」または「ふるい(sieve)」として考えるこ
とができ、各スペクトルを同様のスペクトル特性の組織形態のビンまたは「クラ
ス(class)」に置く。プロセスは、同一かまたは共通のルートを有する単
語を組み合わせることによって本の中の単語をアルファベット順にすることに類
似している。この手続の終りによって、ビンの数はスペクトル組織形態特性によ
って定義されるスペクトル対象物の数を表わす。このプロセスは「デジタル色層
分析(digital chromatography)」と称する。何故なら
ば、機能は化学的化合物の混合物の分離に対する分析化学に使用するプロセスと
殆んど同一であるからである。大きな差異は、USNNプログラムは特別のクラ
スのスペクトルをサンプル自体にマッピングし戻すことによって空間の情報をも
たらす余分なディメンジョンを加えることである。The USNN can be thought of as a “filter” or “sieve” that characterizes and classifies each spectrum as each spectrum is collected, and treats each spectrum as a tissue form of similar spectral characteristics. Put in a bin or "class". The process is similar to alphabetizing the words in a book by combining words that have the same or a common root. By the end of this procedure, the number of bins represents the number of spectral objects defined by the spectral morphological features. This process is referred to as "digital chromatography". Because the function is almost identical to the process used in analytical chemistry for the separation of a mixture of chemical compounds. The major difference is that the USNN program adds extra dimensions that provide spatial information by mapping a special class of spectra back into the sample itself.
【0058】 オペレータは背景特徴等の幾つかのスペクトルクラスを組み合わせるか、また
は他を除去することを決定することができる。このことはユーザまたはコンピュ
ータの何れかによる「しきい値化(thresholding)」によって達成
される。これは、USNNがユーザ定義の応用の制限内で同一及び非同一のスペ
クトルを描写し、識別しかつ分離することを可能にするプロセスである。しきい
値をセットアップすべく人間の「ウェットニューロン(wet neuron)
」を組み込むことは、人間の経験がソフトウエアの動作限度を制御可能にする。
USNNは「ブラックボックス(black box)」よりもむしろ「ホワイ
トボックス(white box)」となる。何故ならば、ネットワークの感度
及び動作パラメータはオペレータの影響に対して常に有効であるからである。The operator may decide to combine some spectral classes, such as background features, or remove others. This is achieved by "thresholding" either by the user or the computer. This is a process that allows the USNN to delineate, identify and separate identical and non-identical spectra within the limits of user-defined applications. Human "wet neuron" to set up threshold
To allow the human experience to control the operating limits of the software.
The USNN becomes a “white box” rather than a “black box”. This is because the sensitivity and operating parameters of the network are always effective against the influence of the operator.
【0059】 一旦USNNが自己調整すると、十分に制限されたサンプルにおいて、USN
Nは新しく獲得したスペクトルのおのおのを認識するスペクトルクラス及びカテ
ゴリーと比較する。USNNは新たな獲得において一致、略一致、及び不一致の
スペクトルを識別する。スペクトルの各クラスは少ないバイトのデータにコード
化されメモリに記憶される。あらゆる将来のスペクトル獲得は同様にコード化さ
れ、かつ記憶したデータと比較される。このプロセスは740個のデータ点のス
ペクトルをサイズ的に少ないバイトだけメモリのブロックに低減し、従って、何
百というスペクトルの認識が略実時間で行われる。調整は複雑な材料に対しては
2分までまた簡単なスペクトルに対しては数秒かかることができる。Once the USNN has self-adjusted, in a well-limited sample, the USNN
N compares each newly acquired spectrum with a spectrum class and category that recognizes it. The USNN identifies matched, near-match, and mismatched spectra in a new acquisition. Each class of spectrum is coded into a few bytes of data and stored in memory. Any future spectrum acquisitions are similarly coded and compared to stored data. This process reduces the spectrum of 740 data points to blocks of memory by a small byte in size, so that recognition of hundreds of spectra occurs in near real time. Adjustments can take up to two minutes for complex materials and seconds for simple spectra.
【0060】 プロセッサ70はUSNNと協動して働く監視式神経網(SNN:Super
vised Neural Net)を組み込むこともできる。このSNNは各
ビンの特殊な特徴を識別し、システムを自動化しかつフルーチン・オートキャリ
ブレーションを実行する。過去の経験はこれら2つの神経網アーキテクチャを組
み合わせることは、そのうちの幾つかまたは全てが時間と共に変化し得る多くの
変数を制御するのに極めて効果的であることを示してきた。殆んどの人間は或る
一定の変化を監視するかまたは「順応する(accommodate)」傾向が
ある。例えば細胞病理学等のマルチ−パラメトリック・システムにおいては、こ
のことは極めて危険である。何故ならば、1つの変数における変化はプロセスの
どこかよその非線形な情動に帰着してしまい、評価の精度を傷つけるからである
。2つの神経網システムは透明な親和関係を形成して、正確な繰返し可能な診断
に必要な条件が温度変化、機械的調整不良またはオペレータのエラーによって傷
つけられないことを自動的に保証することができる。The processor 70 operates in cooperation with the USNN, and operates as a supervised neural network (SNN).
vised Neural Net). This SNN identifies the unique characteristics of each bin, automates the system and performs routine auto-calibration. Past experience has shown that combining these two neural network architectures is very effective in controlling many variables, some or all of which can change over time. Most humans tend to monitor or "accommodate" certain changes. In multi-parametric systems such as cytopathology this is very dangerous. This is because a change in one variable will result in a non-linear affect somewhere in the process, which will impair the accuracy of the evaluation. The two neural network systems can form a transparent affinity to automatically ensure that the conditions required for accurate and repeatable diagnosis are not compromised by temperature changes, mechanical misalignments or operator errors. it can.
【0061】 この発明の1つまたは、よりもっともらしい多くのシステムは、全ての示され
る病理学上の狂い及び疾患の細胞の形態学をスペクトル的に特徴づけるために、
USNNによって調整及び再調整することができ、こうしてこれらの示される状
態を表わすスペクトル指紋の「ライブラリ(library)」を生成する。結
局、病理学的疾患のカテゴリーの全体及び有限の分野はUSNNによってスペク
トル的に特徴づけられることとなることが期待される。この一里塚が達成される
場合、各システムには種々の可能な状態の予め調整したスペクトル指紋の全てを
含むデータベースを備えたSNNを装備することができよう。病理が知られてい
ない試料が本発明のシステムに与えられる場合、SNNはそのスペクトル指紋を
データベースまたはデータベースの適切なカテゴリーに記憶されている全ての指
紋のスペクトルと迅速に比較することとなる。大量のメモリ容量を有するパワフ
ルで高速かつ低コストのパーソナルコンピュータ・システムの可能性において、
単一のパーソナルコンピュータ・システムは「スペクトル・ライブラリ(spe
ctral library)」の全体を記憶することができることによって、
システムに与えられた任意の細胞または組織試料の状態の自動診断をもたらすこ
ととなる。One or more plausible systems of the present invention provide for spectrally characterizing all displayed pathological disorder and morphology of diseased cells,
It can be adjusted and readjusted by the USNN, thus generating a "library" of spectral fingerprints representing these indicated states. In the end, it is expected that the entire and finite field of pathological disease categories will be spectrally characterized by the USNN. If this milestone is achieved, each system could be equipped with an SNN with a database containing all of the pre-tuned spectral fingerprints in various possible states. If a sample of unknown pathology is provided to the system of the present invention, the SNN will quickly compare its spectral fingerprints to the spectra of all fingerprints stored in the database or in the appropriate category of the database. In the potential of powerful, fast and low cost personal computer systems with large amounts of memory capacity,
A single personal computer system is a "spectral library (spe
ctral library) "
It will result in an automatic diagnosis of the status of any cell or tissue sample given to the system.
【0062】 当業者は特定の組織構造的評価がコンピュータ・メニューから選択できるよう
にするプロトコルを開発して、システムとの連続した人間の対話を簡単にし最小
化すると共に、オートキャリブレーションを実行し、システム全体の状態を連続
的に監視し、かつユーザのオペレーションを記録するようにできることが了知さ
れる。Those skilled in the art have developed protocols that allow specific tissue structuring assessments to be selected from a computer menu to simplify and minimize continuous human interaction with the system, as well as to perform auto-calibration. , It is possible to continuously monitor the state of the whole system and to record the operation of the user.
【0063】 4.出力 好ましい実施例のシステムは幾つかの診断出力をもたらすことができる。以下
においてより詳細に説明する図4、図5、図6、図7及び図8は、哺乳類物質の
分析からの出力のうちの幾つか、即ち、結核症に対して陽性の患者からのスペク
トルサンプルの断片を図示しており、該サンプルは化学的色素の準備、即ち、オ
ーラミン/ローダミンによって着色されている。外側発光(epi−fluor
escence)下で見られるスライドガラスは、システムがけい光を発してい
る結核症バクテリアのスペクトル特性及びマッピングをもたらすことができるよ
うにした。神経網は強度をモニタし、(単一のフルオロフオラ及び単一の放射さ
れた波長のみが存在するこの例に対しては必要ないが)多数のスペクトルが与え
られる場合、コンピュータに戻される回旋除去(deconvolution)
要求及びペイントは、識別され処理されたスペクトルのサンプル上の位置を監視
する。[0063] 4. Outputs The system of the preferred embodiment can provide several diagnostic outputs. 4, 5, 6, 7 and 8, described in more detail below, show some of the outputs from the analysis of mammalian material, ie, spectral samples from patients positive for tuberculosis. The sample is colored with a chemical dye preparation, ie, auramine / rhodamine. Outside luminescence (epi-fluor)
The slides seen under the esence allowed the system to provide spectral properties and mapping of the fluorescent tuberculosis bacteria. The neural network monitors the intensity, and if multiple spectra are provided (although not necessary for this example where only a single fluorophore and a single emitted wavelength are present), the deconvolution returned to the computer ( deconvolution)
The request and paint monitor the location of the identified and processed spectrum on the sample.
【0064】 特に、図4は映像表示装置58上の試料のけい光を発し拡大された断片のグレ
ースケール映像、即ち、「観察した(observed)画像を示している。映
像表示装置は、例えばCRTまたはLCD画面、或いは等価物等の任意の通常型
表示装置であることができることが了知される。図5は一部分の下方に存在する
スペクトルを表わす偽彩色の同一画像を示している。図6は図5で識別したが、
USNNを用いてプロファイリングした後に「チャンネル(channel)に
区分した一部分のスペクトル画像のより洗練したバージョンである。図7は可能
な240個のうちの25個のスペクトルのグラフである。y軸はそのスペクトル
に渡る試料の一部分の対象物から放射された光の強度、または大きさを表わして
いる。(約580nmにピークがある)540nm及び700nmの間のベース
ライン間のけい光エンベロープが、相対的強度の差分を明瞭に描写したサンプル
上の位置の関数として捕獲される。図8はUSNNがどのようにして対象物と同
様の性質の各スペクトルを関連させたかを示している。特に、図8は左半分及び
右側の調整セットにおける各対象物、即ち別のサンプルの各対象物を表わす図で
ある。In particular, FIG. 4 shows a greyscale image of a fluorescently magnified fragment of a sample on the image display device 58, ie, an “observed image. The image display device is, for example, a CRT. Or it could be any conventional display device such as an LCD screen or the like, etc. Fig. 5 shows the same image of the false color representing the spectrum underlying a portion. Was identified in FIG. 5,
After profiling using USNN, "a more refined version of a spectral image of a portion partitioned into channels. Figure 7 is a graph of 25 of the 240 possible spectra, the y-axis of which is the y-axis. Represents the intensity, or magnitude, of light emitted from an object in a portion of the sample over the spectrum, with the fluorescence envelope between the baseline between 540 nm and 700 nm (peaking at about 580 nm). The difference in intensity is captured as a function of position on the sample with a clear depiction, and shows how the USNN correlated each spectrum with similar properties to the object, in particular FIG. FIG. 4 is a diagram showing each object in the left half and right adjustment sets, that is, each object of another sample.
【0065】 この視覚的情報の全ては、物質を分析し診断する際に病理学者をアシストする
ことができる。しかしながら、結局、システムは神経網を介して、観察下にある
物質によって提示される状態に関する実際の診断をもたらすように設計される。
この診断は表示装置、メモリに記憶され、別のコンピュータ・システムに送信さ
れるハードコピー、またはこれらの任意の組合せ等の任意の通常型出力媒体にも
たらされる。All of this visual information can assist a pathologist in analyzing and diagnosing a substance. However, in the end, the system is designed to provide, via the neural network, an actual diagnosis of the condition presented by the substance under observation.
The diagnostics may be provided on any conventional output medium, such as a display device, a hard copy stored in memory and transmitted to another computer system, or any combination thereof.
【0066】 III.多スペクトル形態学のけい光を発する物質への応用 多くのけい光技術は種々の型式の生物学的哺乳類物質の分析において極めて効
果的であることが見い出されてきた。幾つかの技術は、(例えば大動脈壁及び動
脈等の)自己けい光発光及び(例えば、腎臓及び心臓の組織の分析に対する)免
疫けい光を含む、特別な物質の内生特性(即ち、自然けい光)を開拓している。
内生ではない他のけい光技術は、けい光ラベル化、単一細胞に由来する細胞であ
る抗体または多クローン性の抗体(免疫組織構造のマーカー)、現場交雑形成技
術、及び標準の色素方法論を使用する免疫けい光を含んでいる。この項で使用す
るような哺乳類物質はこれらのけい光技術の任意のものによって準備される前述
の型式のうちの任意のものの物質を含み、かつ、自己けい光を発する物質の場合
、けい光組織標本を全く有し得ない。III. Application of Multispectral Morphology to Fluorescent Materials Many fluorescent techniques have been found to be extremely effective in the analysis of various types of biological mammalian materials. Some techniques involve the endogenous properties of special substances (ie, natural fluorescence), including autofluorescence (eg, for aortic walls and arteries) and immunofluorescence (eg, for analysis of kidney and heart tissue). Light).
Other non-endogenous fluorescent techniques include fluorescent labeling, antibodies derived from single cells or polyclonal antibodies (markers of immune histology), in situ hybridization techniques, and standard dye methodology. Uses immunofluorescence containing. Mammalian materials as used in this section include materials of any of the above types provided by any of these fluorescent techniques, and, in the case of self-fluorescent materials, fluorescent tissue Can have no specimen at all.
【0067】 しかしながら、これらの全ての場合において、この種の物質に関する分析は本
発明の自動化スペクトル形態学システムを組み込むことによって大幅に高められ
る。残りの説明は本発明の或る特定の応用及び病理学的疾患の診断に対する効能
を確めるべく行われた検査について詳述する。However, in all these cases, the analysis for such substances is greatly enhanced by incorporating the automated spectral morphology system of the present invention. The remaining description details certain applications of the invention and the tests performed to ascertain their efficacy in diagnosing pathological diseases.
【0068】 1.自然にけい光を発する物質(内性物質)への応用 大動脈壁及び動脈に存在するエラスチン、または他の物質に存在するコラーゲ
ン等の実質的自己けい光発光化合物を含むと認められる物質は何らけい光スティ
ニングを用いることなく分析して、病気にかかった大動脈及び動脈それに通常の
大動脈及び動脈の自己けい光パターンを評価すると共に、基礎的診断情報を生む
ことができる。更に、本来の疾患及び拒絶の双方を診断するために、免疫グロブ
リンに対するけい光を発する抗血清を含んだ、免疫けい光スティニング技術を使
用する、腎臓、心臓及び他の臓器等の本来の臓器及び移植した臓器からの細胞及
び組織物質の自然けい光の分析はまた、本発明の多スペクトル画像分光計システ
ムの使用によって大幅に高めることができる。1. Application to Substances That Fluoresce Naturally (Endogenous Substances) Any substance found to contain substantial self-fluorescent compounds such as elastin present in the aortic wall and arteries or collagen present in other substances Analyzes without the use of light stining can be used to assess the autofluorescence pattern of diseased aorta and arteries as well as normal aorta and arteries, as well as generate basic diagnostic information. In addition, native organs such as kidneys, hearts and other organs that use immunofluorescent staining techniques, including antisera that fluoresce against immunoglobulins, to diagnose both the underlying disease and rejection And the analysis of natural fluorescence of cell and tissue material from transplanted organs can also be greatly enhanced by using the multispectral image spectrometer system of the present invention.
【0069】 a.自己けい光蛍光物質(フルオロフオラ)への応用 図9は自己けい光エラスチン層を有する大動脈壁の2つのサンプルのスペクト
ル特徴を示している。これらのサンプルは436nmで励起される外側けい光顕
微鏡(epi−fluorescence microscope)で実験され
、強い青緑のけい光を示した。本発明の分光学サブシステムによってもたらされ
、図に示されるスペクトル特徴は通常の大動脈壁(曲線1)及び劣化を示す大動
脈壁(曲線2)の間で明瞭な区別を立てている。結局、一旦神経網が多くのこの
種のサンプルによってシステムを十分に調整すると、通常の大動脈壁及び劣化し
た大動脈壁の全領域に関する識別及び分類が得られることとなり、本発明のシス
テムは未知の診断の如何なる大動脈壁も分析し診断することができることとなる
。A. Application to Autofluorescent Fluorescent Material (Fluorophora) FIG. 9 shows the spectral characteristics of two samples of the aortic wall with a self-fluorescent elastin layer. These samples were tested on an epi-fluorescence microscopy excited at 436 nm and showed intense blue-green fluorescence. The spectral features provided by the spectroscopy subsystem of the present invention and shown in the figures make a clear distinction between the normal aortic wall (curve 1) and the aortic wall showing degradation (curve 2). Eventually, once the neural network has fully tuned the system with many such samples, identification and classification for the entire area of the normal and degraded aortic wall is obtained, and the system of the present invention is an unknown diagnostic tool. Any aortic wall can be analyzed and diagnosed.
【0070】 b.免疫けい光への応用 末期段階の腎臓病等の或る本来の臓器の疾患、或る心臓病、及び移植した臓器
の拒絶に関する診断は、バイオプシー試料の凍らせた断片における免疫けい光調
査結果の効果的な評価に部分的に頼っている。例えば、ESRD人口は累進的に
年々増えている。透析及び腎臓移植の双方はESRDにて寿命を延ばすのには有
効な技術である。共通に用いられる診断テスト(即ち、腎臓移植超音波及び馬尿
シンチグラム)は、移植組織誤作動の他の原因から拒絶の区別を立てるのに役に
立つ。パルス型ドップラー(Pulsed−Doppler)は腎臓移植を含む
管の合併症を研究する優れたツールであり、他の合併症から管の拒絶の区別を立
てる助けとなる。腎臓の同種移植片評価における定量的二重ドップラー音波ホロ
グラフィー(DS:Doppler Sonography)の診断値は増々臨
界的に調べられている。従って、同種移植片機能不全の組織病理学的評価によっ
て特定の診断を確立する腎臓バイオプシーは強制的なままである。B. Application to immunofluorescence.Diagnosis of certain primary organ diseases, such as end-stage renal disease, certain heart diseases, and rejection of transplanted organs, may be based on immunofluorescence findings in frozen sections of biopsy samples. Partly relies on effective evaluation. For example, the ESRD population is progressively increasing year by year. Both dialysis and kidney transplantation are effective techniques for extending life with ESRD. Commonly used diagnostic tests (ie, kidney transplant ultrasound and hippocampus scintigram) help distinguish rejection from other causes of transplant malfunction. Pulsed-Doppler is an excellent tool for studying vascular complications, including kidney transplants, and helps distinguish vascular rejection from other complications. The diagnostic value of quantitative double Doppler acoustic holography (DS) in the evaluation of renal allografts is increasingly being examined critically. Thus, renal biopsies that establish a particular diagnosis by histopathological assessment of allograft dysfunction remain mandatory.
【0071】 実際、移植組織の誤作動に寄与する(主としてシクロスポリンAによる)急性
または慢性の拒絶等の特定の腎臓の実質組織の疾患、「新たな(de novo
)」または反回性の腎糸体の疾患、免疫抑制ニフロトキシシティ(nephro
to−xicity)は一般に、腎臓の組織病理学研究によって診断することが
できるに過ぎない。Indeed, diseases of certain renal parenchymal tissues, such as acute or chronic rejections (primarily due to cyclosporin A), which contribute to the malfunction of the transplanted tissue, the “de novo
) "Or recurrent renal glomerular disease, immunosuppressive niphrotoxicity (nephro
To-xicity can generally only be diagnosed by renal histopathological studies.
【0072】 これらの状態に対する効果的かつ効率的組織病理学分析の重要性を認識すれば
、本発明のシステムは免疫グロブリン、補体成分、及びプラズマ窒素物質に対し
て着色された臓器試料におけるけい光パターンを評価するのに使用されると共に
、光学顕微鏡的でかつ標準の免疫けい光調査結果及び医療データと関係づけられ
ていた。本発明のシステムを使用する以下の組織病理学試料のスペクトル分析は
、これらの試料の診断において極端に価値がある定性的並びに定量的情報をもた
らしたことが判かった。Recognizing the importance of effective and efficient histopathological analysis for these conditions, the system of the present invention provides a method for analyzing immunoglobulins, complement components, and plasma nitrogen compounds in organ samples stained. Used to evaluate light patterns and correlated with light microscopic and standard immunofluorescence findings and medical data. It has been found that spectral analysis of the following histopathological samples using the system of the present invention has yielded extremely valuable qualitative as well as quantitative information in the diagnosis of these samples.
【0073】 i.腎臓バイオプシーへの応用 本発明のシステムはテストされ、腎臓病を有する患者からバイオプシーの早期
診断評価をアシストすると共に、移植を受けた患者の定期的監視に役立つことが
見い出された。I. Application to Kidney Biopsy The system of the present invention has been tested and found to assist in the early diagnostic assessment of biopsy from patients with kidney disease, as well as to assist in the regular monitoring of transplanted patients.
【0074】 特に、拒絶を有する腎臓の同種移植片の免疫けい光研究は、既存のけい光顕微
鏡を用いて免疫グロブリンのデポジットの非診断パターンを示す。本発明のスペ
クトル形態学顕微鏡の応用は、組織内でのスペクトル指紋及び空間相関の関数で
ある免疫グロブリンのデポジッションの検出の助力となることが示され、現在の
観察方法に対して力強いデジタル的進歩をもたらすものである。In particular, immunofluorescence studies of renal allografts with rejection show a non-diagnostic pattern of immunoglobulin deposits using existing fluorescence microscopy. The application of the spectral morphology microscope of the present invention has been shown to aid in the detection of immunoglobulin deposition as a function of spectral fingerprint and spatial correlation in tissue, and is a powerful digital method for current observation methods. It brings progress.
【0075】 本来の腎臓を有する患者において、システムからのスペクトル画像を医療調査
結果及び標準光それに免疫けい光研究と比較して、疾患の状態を類別することが
できると共に、その苦しさを定量化する。現在、免疫けい光はありのままにグレ
ード化されている(0から+4)。このシステムは腎臓病に基づく免疫性及び非
免疫性組織の基礎をなす構造的異常に定量的並びに定性的な新しい洞察力を与え
るものである。In patients with native kidneys, spectral images from the system can be compared to medical findings and standard and immunofluorescent studies to categorize the disease state and quantify its suffering I do. Currently, immunofluorescence is graded as-is (0 to +4). This system provides new quantitative and qualitative insights into the underlying structural abnormalities of immune and non-immune tissues based on kidney disease.
【0076】 実験は、疑わしい腎臓または心臓移植或いは疾患の形跡を与える本来の臓器を
有する患者の記録保管所のスライドガラスを分析することを伴った。サンプルは
IgA,IgGまたはIgMに特有の免疫けい光ステインで処理された。これら
はまたヘマトキシリン/エオシン(H&E:Hematoxylin/Eosi
n)ステイニングで処理されて、伝送(白色光)顕微鏡検査法で各サンプルを観
察し分析するようにした。システム動作パラメータは次の通りであった。The experiment involved analyzing slides in the archives of patients with suspected kidney or heart transplants or native organs showing evidence of disease. Samples were treated with immunofluorescent stains specific for IgA, IgG or IgM. These are also available from Hematoxylin / Eosin (H & E).
n) Each sample was observed and analyzed by transmission (white light) microscopy, treated with staining. The system operating parameters were as follows:
【表1】 [Table 1]
【0077】 励起波長は405nmであり、スペクトルは470nmより大きい波長の全て
の光を通すと共に、励起波長及び470nmよりも短い波長の全ての光を阻止す
るロング・パス・フィルタを通して得られた。The excitation wavelength was 405 nm, and the spectrum was obtained through a long pass filter that passes all light at wavelengths greater than 470 nm and blocks all light at wavelengths shorter than 470 nm.
【0078】 全てのスライドガラスは予め検査され、或る程度また場合によっては大ざっぱ
に光漂白された。それにも拘らず、以下において示すように、システムはスペク
トル形態学が慢性疾患を有する本来の腎臓と慢性拒絶またはシクロスポリン毒性
の形跡を示す移植した腎臓との間に区別を立てることができるという形跡をもた
らした。All glass slides were pre-inspected and light bleached to some extent or even roughly. Nevertheless, as shown below, the system has evidence that spectral morphology can distinguish between native kidneys with chronic disease and transplanted kidneys that show evidence of chronic rejection or cyclosporin toxicity. Brought.
【0079】 (1)慢性疾患を有する本来の腎臓及び慢性拒絶を有する移植した腎臓の比較 図10はスペクトル形態学が、慢性疾患を有する本来の腎臓(曲線1)とシク
ロスポリン毒性があってもなくても拒絶の徴候を示す移植した腎臓(曲線2及び
3)との間に区別を立てることを示している。これらの全てのバイオプシーサン
プルは、人間に対するけい光を発した抗血清(fluoresceinated
anti−sera)IgAで着色された。(1) Comparison of Original Kidney with Chronic Disease and Transplanted Kidney with Chronic Rejection FIG. 10 shows that the spectral morphology is the same as that of the original kidney with chronic disease (curve 1), but with or without cyclosporine toxicity. It also shows a distinction between transplanted kidneys (curves 2 and 3) which also show signs of rejection. All of these biopsy samples were fluoresceinated for humans.
(anti-sera) IgA.
【表2】 [Table 2]
【0080】 (2)IgA,IgG及びIgM間の区別 図11は550nmから650nmのスペクトル範囲におけるIgA,IgM
及びIgGに対する免疫けい光ステイニングのスペクトル間の明瞭な区別を示し
ている。(2) Differentiation between IgA, IgG and IgM FIG. 11 shows IgA and IgM in the spectral range from 550 nm to 650 nm.
And a clear distinction between immunofluorescent staining spectra for IgG and IgG.
【表3】 [Table 3]
【0081】 (3)結果の概要 一般に、結果は低信号強度においてさえも最も促進的なものであって、技術の
強さを強調している。これらのテストは急性及び慢性の腎臓移植拒絶及びシクロ
スポリン毒性の間に区別を立てることが可能であるという強い指示をもたらして
いる。(3) Summary of Results In general, the results are most fascinating even at low signal strengths, highlighting the strength of the technique. These tests have provided strong indication that it is possible to distinguish between acute and chronic kidney transplant rejection and cyclosporin toxicity.
【0082】 ii.心臓移植バイオプシーへの応用 伝統的な医療処置物理療法及びより新しい外科的介入は短期の苦痛の軽減をも
たらし得るが、心臓移植は依然として、末期の心筋症を有する患者に対して自然
な進展及び貧弱な予後を変更することができる介入にしか過ぎない。医療の進歩
にも拘らず、移植した心臓の拒絶及び悪化によって依然として重大な病的状態及
び死亡率がもたらされ、移植組織心臓の閉塞作用の疾患の進展はより長期間の生
存さえも制限している。体液拒絶と呼ばれる拒絶からの特に致死は通常、移植後
の初期の段階で生じる。正確な治療につながる診断は、移植した心臓からの心臓
バイオプシーの凍らせた断片の免疫けい光評価から最良に決定される。Ii. Application to heart transplant biopsies Traditional medical treatment physiotherapy and newer surgical interventions may result in short-term pain relief, but heart transplants are still a natural progression and poor progression for patients with end-stage cardiomyopathy It is only an intervention that can change the prognosis. Despite medical advances, rejection and deterioration of transplanted hearts still result in significant morbidity and mortality, and the progression of disease of the occlusive effect of transplanted hearts limits even longer survival. ing. Especially lethality from rejection, called humoral rejection, usually occurs early in the transplantation. The diagnosis leading to accurate treatment is best determined from immunofluorescence evaluation of frozen fragments of cardiac biopsy from the transplanted heart.
【0083】 非拒絶病理学はしばしば次の移植と見られており、虚血またはアルコールアミ
ン効果、間質性繊維症、心筋の石灰化、及びクイリティ効果(Quilty e
ffect)と呼ぶ心臓内の浸潤物に関連するシクロスポリンを含んでいる。従
って、細胞の拒絶の形跡がない場合でも、免疫抑制の疾患の形跡を自動的に診断
できることは極めて重要である。Non-rejection pathology is often seen as the next transplant, with ischemic or alcoholamine effects, interstitial fibrosis, myocardial calcification, and quility effects
and cyclosporine, which is associated with an infiltrate in the heart called f. Therefore, it is extremely important to be able to automatically diagnose for evidence of immunosuppressive disease even when there is no evidence of cell rejection.
【0084】 心臓移植の国際学会(ISHT:International Societ
y of Heart Transpolation)はグレード0から+4に
渡る心臓拒絶のグレード化を可能にする基準を提供している。図には2人の患者
からの2つのスペクトルを示しており、双方はISHTのグレード0を有する体
液拒絶に対して陰性であると共に、クイリティ効果に対しても陰性である。双方
は心臓移植患者の健康な心室の中隔の心臓内バイオプシーである。各スライドガ
ラスは免疫グロブリン、補体の第3の成分及び繊維素原に対するFITC共役の
抗血清で着色された。 曲線1:(16757)陰性のクイリティ効果、陰性の拒絶、ISHTグレード 0。 曲線2:(16471)陰性のクイリティ効果、陰性の拒絶、ISHTグレード 0。 この例はスペクトルが同様の調査結果を有する患者の間で一貫しているという優
れた指示をもたらしている。The International Society for Heart Transplantation (ISHT: International Society)
y of Heart Translation provides a criterion that allows grading of cardiac rejection ranging from grade 0 to +4. The figure shows two spectra from two patients, both negative for fluid rejection with grade 0 of ISHT, and also negative for the quality effect. Both are intracardiac biopsies of the septum of a healthy ventricle of a heart transplant patient. Each slide was stained with an immunoglobulin, a third component of complement, and an antiserum conjugated to FITC against fibrinogen. Curve 1: (16757) negative quality effect, negative rejection, ISHT grade 0. Curve 2: (16471) negative quality effect, negative rejection, ISHT grade 0. This example provides a good indication that the spectrum is consistent between patients with similar findings.
【0085】 一般に、免疫グロブリンG、免疫グロブリンA、免疫グロブリンM,Clq,
C’3,HLA−DR、及び繊維素原、並びに心臓内の細胞(抗原に関する因子
VIII)及び大食細胞(KP1〔CD68〕)に対する免疫ペルオキシダーゼ
における免疫けい光研究はきちんと行われており、本発明によって高められる。
何故ならば、空間的に分解した免疫けい光特徴は迅速に、正確に、かつ安く研究
し、かつ評価することができるからである。神経網促進データ分析と関連して分
光写真機はこの種の組織に存在するスペクトル対象物の直接的でデジタル的に客
観的解釈をもたらして、病理学者が評価を行う際に手助けする。こうして、分光
器/顕微鏡の組合せは、臓器拒絶の初期の徴候に関する速度及び特異性を高める
。In general, immunoglobulin G, immunoglobulin A, immunoglobulin M, Clq,
Immunofluorescence studies on immunoperoxidase on C'3, HLA-DR, and fibrinogen, as well as on cells in the heart (Factor VIII for antigen) and macrophages (KP1 [CD68]) have been well performed. Enhanced by the invention.
This is because spatially resolved immunofluorescent features can be quickly, accurately and cheaply studied and evaluated. In connection with neural network-enhanced data analysis, a spectrograph provides a direct, digital, objective interpretation of spectral objects present in such tissue to assist pathologists in making assessments. Thus, the spectrometer / microscope combination increases the speed and specificity for early signs of organ rejection.
【0086】 2.他のけい光技術への応用 前述したように、生物学的物質はけい光色素で着色されるかまたはけい光タダ
でラベル化される。免疫組成化学反応は1つのカテゴリーの各反応を備えると共
に、免疫組織構造のマーカーを有する単一細胞に由来する細胞であり多クローン
性の抗体を含んでいる。けい光現場交雑形成(FISH:Fluorescen
t in situ hybridization)は別のカテゴリーであり、
遺伝子分析または窒素物質分析に向けることができる。前者の場合、交雑形成は
(「アンチセンス・ストランド(antisense strand)」と呼ば
れる)ヌクレオチド・ラベル・プローブ及び内生のヌクレオチド(例えばmRN
A、「センス・ストランド(sense strand)」と呼ばれる)の間に
起こる。これは対のヌクレオチド相互作用と称する。後者の場合、窒素物質は、
窒素物質対窒素物質の相互作用と呼ばれるものにおいて目的とする結合窒素物質
を含む組織でラベル化されると共に培養される。この種の物質に在る疾患の診断
に対する本発明の応用の諸例をここで述べる。[0086] 2. Application to Other Fluorescent Techniques As mentioned above, the biological material is colored with a fluorescent dye or labeled with a fluorescent dye. The immunocomposition chemistry comprises one category of each reaction and is a cell derived from a single cell with markers of immune histology, including polyclonal antibodies. Fluorescence in situ hybridization (FISH: Fluorescen)
tin situ hybridization) is another category,
It can be directed to genetic or nitrogen analysis. In the former case, hybridization is accomplished by nucleotide-labeled probes (called "antisense strands") and endogenous nucleotides (eg, mRN
A, called the "sense strand"). This is called a paired nucleotide interaction. In the latter case, the nitrogen substance is
Labeled and cultured with tissue containing the bound nitrogen substance of interest in what is called a nitrogen-to-nitrogen substance interaction. Examples of the application of the present invention to the diagnosis of diseases associated with such substances will now be described.
【0087】 a)頸膣障害への応用 2つの特殊な疾患、即ち、人間の乳頭腫ウイルス(HPV:Human Pa
pilloma Virus)及びクラミディア・トラコマティス(CT:Ch
lamydia Trachomatis)は、病理学者にとって重大性を増大
させる課題となってきている。第1の疾患は頸の癌種の先駆物質であると信じら
れており、第2の疾患は米国において最も一般的な性的に伝達されたバクテリア
病原体であり、実質的な病的状態を引き起こすことが認められている。しかしな
がら、双方の疾患の診断は技術的に前述の制限を受けてしまう。PAPスミアー
は現在、分析のために着色し、剥離した頸の細胞のスライドガラスを光学的顕微
鏡上に準備することによって行う頸の癌種及び他の異常の初期の検出に向いてい
る。価値ある選別ツールではあるが、PAPスミアーは、バイオプシー試料の組
織病理学的実験によって見い出される異常の50〜80%のみを検出する。更に
、これら2つの疾患は従来のPAPスミアー選択を用いることに対してうまくテ
ストされない。A) Application to Cervical and Vaginal Disorders Two special diseases, namely human papillomavirus (HPV: Human Pa
pilloma Virus) and Chlamydia trachomatis (CT: Ch)
Lamydia Trachomatis) has become a growing problem for pathologists. The first is believed to be a precursor of cervical carcinoma and the second is the most common sexually transmitted bacterial pathogen in the United States, causing substantial morbidity It has been recognized that. However, the diagnosis of both diseases is technically subject to the aforementioned limitations. PAP smears are currently well suited for the early detection of cervical carcinoma and other abnormalities by preparing colored and detached cervical cell slides for analysis on an optical microscope. Although a valuable screening tool, PAP smear detects only 50-80% of the abnormalities found by histopathological experiments on biopsy samples. Furthermore, these two diseases are not well tested against using conventional PAP smear selection.
【0088】 シアダト−パジュー他(Siadat−Pajouh et al.)及びそ
の他の学者は頸膣の細胞の細胞核における癌種関連のHPD遺伝型は、けい光ベ
ース現場交雑形成(FISH:fluorescence based in
situ hybridization)アッセイの使用を通してPAPスミア
ーのスライドガラスにおける細胞のDNA分析によって検出可能であることを示
してきた。けい光顕微鏡によって得られた(ろ過された)細胞の画像は次いでC
CDカメラによってデジタル的に捕獲され、DNA対比染色の画像から全ての細
胞核を検出するアルゴリズムを使用して分析される。細胞核の画像はマスクとし
て使用すると共に、同一の顕微鏡シーンのFISH画像の一面にマッピングする
ことができて、この結果、各細胞核から対応するけい光HPV信号を定量化する
ようになっている(シアダト−パジュー他(Siadat−Pajouh et
al):「けい光ベース現場交雑形成及び自動化画像血球計算による頸膣細胞
のHPV型式16/18 DNAの検出(Defection of HPV
Type 16/18 DNA in Cerricovoginal Cel
ls by Fluorescence Based In Situ Hyb
ridization and Automated Image Cytom
etry)」、サイタメトリ(Cytometry)、15:第245頁から第
257頁(1994年)を参照されたい)。この方法は、単一の波長フィルタを
用いたけい光信号の単一の波長検査として説明することができる。細胞核のDN
A構造について更に多くのデータを得て、HPV識別に関する向上した速度、特
異性及び精度を得るようにするには、けい光顕微鏡に対して多数のフィルタの使
用を必要とする多数のけい光タグを使用しなければならない。しかしながら、前
述したように、多数のフィルタを用いた単一波長検査は時間がかかり、サンプル
の漂白のリスクを負い、しかも有益な多波長データを失ってしまう。[0088] Siadat-Pajou et al. And other scholars report that cancer-associated HPD genotypes in the nucleus of cervical vaginal cells are based on fluorescence-based in situ hybridization (FISH).
Through the use of an in situ hybridization assay, PAP smears have been shown to be detectable by DNA analysis of cells on glass slides. Images of the (filtered) cells obtained by fluorescence microscopy are then
Captured digitally by a CD camera and analyzed using an algorithm that detects all cell nuclei from DNA counterstained images. The image of the cell nucleus can be used as a mask and mapped onto one side of a FISH image of the same microscope scene, so that the corresponding fluorescent HPV signal from each cell nucleus is quantified (Siadato -Pajuu et al.
al): "Detection of HPV type 16/18 DNA in cervical vaginal cells by fluorescence-based in situ hybridization and automated image cytometry (Defection of HPV).
Type 16/18 DNA in Cericovoginal Cel
ls by Fluorescence Based In Situ Hyb
authorization and Automated Image Cytom
etry) ", Cytometry, 15: 245-257 (1994)). This method can be described as a single wavelength test of a fluorescence signal using a single wavelength filter. Cell nucleus DN
A large number of fluorescent tags that require the use of multiple filters for fluorescence microscopy in order to obtain more data on the A structure and obtain improved speed, specificity and accuracy for HPV identification Must be used. However, as mentioned above, single wavelength testing with multiple filters is time consuming, carries the risk of sample bleaching, and loses useful multi-wavelength data.
【0089】 更に、クラミディア・トラコマティス(CT:Chlamydia Trac
homatis)、即ち、米国において最も一般に性的に伝達する疾患の検出は
標準PAPスミアー技術を用いて困難であったが、フルオレセイン共役の単一細
胞に由来する細胞である抗体を有するスミアーの直接免疫けい光(DIF:di
rect immunofluorescence)スティニングはその診断に
おいて有効であることが示されてきた(ガロッツォ他(Garrozzo et
al.):「クラミディア・トラコマティス診断:パプ塗抹標本及び直接免疫け
い光の相関的研究(Chlamydia Trachomatis diagn
osis:a correlative study of pap smea
r and direct immuno−fluoresecence)」,
clin,Exp.Obst.Gyn.第20巻(4):第259頁から第26
6頁(1993年)を参照されたい)。Furthermore, Chlamydia Tractis (CT: Chlamydia Trac)
direct immunization of smears with antibodies that are cells derived from fluorescein-conjugated single cells, although detection of the most commonly sexually transmitted disease in the United States was difficult using standard PAP smear techniques. Fluorescence (DIF: di
correct immunofluorescence stinging has been shown to be effective in its diagnosis (Garrozzo et al.).
al. ): "Diagnosis of Chlamydia trachomatis: Correlation study of papu smears and direct immunofluorescence (Chlamydia trachomatis diagnosis)
osis: a correlative study of paper smear
r and direct immuno-fluorescence ”),
clin, Exp. Obst. Gyn. Volume 20 (4): Pages 259 to 26
6 (1993)).
【0090】 本発明は、全ての単一テストにおいて、PAPスミアー選別と一緒に(この他
に)これらの「初期のリスク(early risk)」疾患の識別を助けるこ
とができる低コスト、高速及び効率的診断ツール及び方法としての有用性を有す
る。特に、本発明は感度の高いFISHアッセイ及びDIFスティニングを使用
して識別することができる通常の細胞及び病気にかかった細胞の分析を自動化し
て、PAPスミアーからHPV及びCTの存在をより一層他覚的に、コスト的に
効果的に、かつ迅速に識別することができる。The present invention, in all single tests, together with (otherwise) PAP smear selection can help identify these "early risk" diseases, low cost, fast and efficient Useful as a diagnostic tool and method. In particular, the present invention automates the analysis of normal and diseased cells that can be identified using a sensitive FISH assay and DIF staining to further enhance the presence of HPV and CT from PAP smears. Objective, cost effective, and quick identification.
【0091】 i.人間の乳頭腫ウィルス(HPV)の識別 新しい細胞学器具の1つの主要な目的は、選別したPAPスミアーの誤った負
の比率(FNR:false−negative ratio)を低減すること
である。細胞学的に未検出の誤った負のケースの検出率を増大すべく提示された
種々の技術のうち、PAPスミアーの他に上皮の細胞のDNAにおけるHPVに
対して同時にスクリーニングすることが、最も効果的なものの1つであることが
示されてきた。一緒に使用される場合、これらは相互に補足し合うと共に、高い
検出率を表わす。I. Identification of Human Papillomavirus (HPV) One major purpose of the new cytology instrument is to reduce the false negative ratio (FNR) of sorted PAP smears. Of the various techniques presented to increase the rate of detection of cytologically undetected false negative cases, it has been found that simultaneous screening for HPV in epithelial cell DNA in addition to PAP smear is the most effective. It has been shown to be one of the most effective. When used together, they complement each other and represent a high detection rate.
【0092】 この理由は、実質的な形跡が人間の上方生殖器の疾患、即ち特に頸の癌種に関
連するHPVを蓄積してきたことである。今日まで、60種を上回るHPV遺伝
子型が述べられてきており、そのうちの約20種が生殖器障害と関連している。
これらの20種はそれらの良性腫瘍及び悪性腫瘍との関連に従って、「高リスク
(high risk)」及び「低リスク(low risk)」に特徴づける
ことができる。シアダト−パジュー他(Siadat−Pajouh et a
l.)の文献に詳述されているように、前記を参照すれば、FISHアッセイが
開発されて頸のスミアーにおけるHPV16及び18を検出し、この際、これら
の2つのシーケンスは悪性障害で殆んど識別される。多数のHPV型式の識別の
速度、特異性及び精度は多数のけい光タグ・プローブの使用によって大幅に高め
ることができる。従来のFISHアッセイはHPV識別の1つの比較的コストの
低い方法であるが、等しい数の波長フィルタ(フィルタ)を用いた多数のけい光
信号の単一の波長検査は時間がかかり、サンプルを漂白するというリスクを負い
、かつけい光特徴を定義する多波長データを放棄する。[0092] The reason for this is that substantial evidence has been accumulating HPV associated with human upper genital disease, ie, cervical carcinoma. To date, over 60 HPV genotypes have been described, of which about 20 are associated with genital disorders.
These 20 species can be characterized as "high risk" and "low risk" according to their association with benign and malignant tumors. Shiadat-Pajou et a
l. ), Reference is made to the above, a FISH assay has been developed to detect HPV 16 and 18 in cervical smears, where these two sequences are almost exclusively malignant disorders. Be identified. The speed, specificity and accuracy of the identification of multiple HPV types can be greatly enhanced by the use of multiple fluorescent tag probes. While the traditional FISH assay is one relatively inexpensive method of HPV identification, a single wavelength test of multiple fluorescent signals with an equal number of wavelength filters (filters) is time consuming and bleaches the sample. At the risk of discarding the multi-wavelength data defining the illuminating light features.
【0093】 多スペクトル形態学システムは、スペクトル全体を収集すると共に回旋除去(
デコンボルーション)アルゴリズムを使用することによってこの種の多数のタギ
ング(tagging)の使用を可能にして、観察したけい光エンベロープに貢
献する種々のスペクトル信号を正確に区別を立てるツールである。The multispectral morphology system collects the entire spectrum and removes the convolution (
It is a tool that allows the use of multiple tagging of this kind by using a deconvolution algorithm to accurately distinguish between the various spectral signals that contribute to the observed fluorescence envelope.
【0094】 ii.クラミディア・トラコマティス(CT)の識別 前述したように、CT(Chlamydia Trachomatis)を識
別するために使用する技術の中で、DIFは極めて有効な技術であることが見い
出されてきた。特に、フルオレセイン・イソチオシアン酸塩と共役するCT特定
の単クローン性抗体は高い特定のフルオレセインをもたらす。このテストはサン
プリング及びハンドリングに十分適しており、FISHアッセイにおけるように
、PAPスミアーのそれと矛盾しない。Ii. Identification of Chlamydia trachomatis (CT) As mentioned above, DIF has been found to be a very effective technology among the technologies used to identify CT (Chlamydia Trachomatis). In particular, CT specific monoclonal antibodies conjugated to fluorescein isothiocyanate yield high specific fluorescein. This test is well suited for sampling and handling, and is consistent with that of PAP smear, as in the FISH assay.
【0095】 iii.二重スティニング方法 従来のFISH及びDIFアッセイは特殊な対物レンズ及び多数のフィルタが
装備された高品質けい光顕微鏡を必要とする。これらの条件に対する試験はこれ
らの技術を殆んどの事務所設定に対して不適切なものとする。しかしながら、本
発明の多スペクトル画像システムを使用して、FISHラベリング及びDIFス
ティニングで二重に着色された単一の頸のPAPスミアーのスライドガラスは、
これらの条件を定義する全ての波長データを収集することによってHPV順序付
け及びCT識別双方に対して自動的にかつ同時に診断することができる。Iii. Dual Stinning Method Conventional FISH and DIF assays require a high quality fluorescence microscope equipped with a special objective lens and multiple filters. Testing for these conditions makes these techniques unsuitable for most office settings. However, using the multispectral imaging system of the present invention, a single neck PAP smear glass slide that is double-colored with FISH labeling and DIF tinting,
By collecting all the wavelength data that defines these conditions, a diagnosis can be made automatically and simultaneously for both HPV sequencing and CT identification.
【0096】 b.結核症バチルス(Tuberculosis Bacilli)に感染し
た組織 ローダミン/オーラミン(外因性フルオロフオラ)等のけい光を発する色素で
着色された物質の分析は、本発明の応用において大幅に向上する。以下は1つの
この種の検査の説明である。B. Tissue infected with tuberculosis Bacillus. The analysis of substances colored with fluorescent dyes such as rhodamine / auramine (exogenous fluorophora) is greatly improved in the application of the present invention. The following is a description of one such test.
【0097】 結核症(TB:tuberculosis)に感染することが知られていてT
Bから解放されているかの何れかの患者からの組織のスライドガラスが分析され
た。各スライドガラスは、オリンパス(Olympus)BH2外側けい光顕微
鏡下での観察用の組織標本におけるオーラミン/ローダミン・ステインを用いて
準備された。励起波長は510nmであり、スペクトルは540nmよりも波長
が大きい全ての光を通し、励起波長及び540nmよりも短い全ての波長を阻止
するロング・パス・フィルタを通して得られた。It is known to infect tuberculosis (TB),
Tissue slides from any patient released from B were analyzed. Each slide was prepared using Auramine / Rhodamine stain in tissue specimens for observation under an Olympus BH2 external fluorescence microscope. The excitation wavelength was 510 nm and the spectrum was obtained through a long pass filter that passes all light with wavelengths greater than 540 nm and blocks all wavelengths shorter than 540 nm.
【0098】 図4は、TBコード化CTB 11299sp3に対して陽性であることが知
られているキャリブレーション・スミアーの映像画像を示している。「観察した
(observed)」画像カメラは高い強度の放射によってスミアーにおける
各領域の識別を容易にするために偽色彩エンハンスメントを使用している。図5
は、コンピュータ・モニタ上で観察されるように、分光写真機によって、かつ偽
色彩エンハンスメントで以って得たスペクトル・ファイルを示している。各獲得
は図4の矩形状ボックスによって示されるようにスミアーの一部分を捕獲してい
る。1及び2のマークが付された各対象物は図5及び図6のスペクトル画像それ
に図7のスペクトルと相関している。このシステムの映像カメラは、TBに感染
しているこれらのサンプルに対する強い光の領域及びTBに感染していない各サ
ンプルにおける光の顕著な不足を観察する際に何らの困難性も有していない。図
6は「チャンネル(channel)」に区分されたスペクトル画像を示してい
る。各チャンネルは一部分における領域のスペクトルである。この概念を提示す
ることを簡略化するために、25チャンネルのみが8×2.5μmのスミアー上
の領域を表わすのに示されている。FIG. 4 shows a video image of a calibration smear known to be positive for TB coded CTB 11299sp3. "Observed" image cameras use false color enhancement to facilitate identification of each area in the smear by high intensity radiation. FIG.
Shows a spectral file obtained by spectrograph and with false color enhancement, as viewed on a computer monitor. Each acquisition has captured a portion of the smear as shown by the rectangular box in FIG. Each object marked 1 and 2 correlates with the spectral images of FIGS. 5 and 6 and the spectrum of FIG. The video camera of this system does not have any difficulty in observing the area of intense light for those samples infected with TB and the significant lack of light in each sample not infected with TB. . FIG. 6 shows a spectrum image divided into “channels”. Each channel is the spectrum of a region in a portion. To simplify presenting this concept, only 25 channels are shown to represent an 8 × 2.5 μm smeared area.
【0099】 通常の動作状態の下で、最大240個のチャンネルがあり、各チャンネルは画
素の1つの行に対応している。この解像度では、240個の対象物のおのおのは
対物レンズの倍率が20倍のとき1μm×2.5μmであり、全て同時に得られ
る。区分化はオペレータによってまたはコンピュータによって自動的にセットア
ップされる。フィルタセットがシステム内にあって、或る値を下回る波長を阻止
する場合、各チャンネルを確立して欠乏している波長データの大部分を除去する
ことは通常のことである。各スペクトルはチャンネル番号に相関しているサンプ
ル・スミアー上の特定の位置に対応している。Y軸は信号を出射している対象物
に対して存在する信号を定量化すべくキャリブレートすることができる信号強度
をもたらす。図6の各バンドは最初の観察した画像に彩色し戻すことができる同
一のスペクトルの場所を指示している。これらのスペクトルのおのおのは存在T
Bを指示し、以下の項で説明するUSNNを用いて識別された。[0099] Under normal operating conditions, there are up to 240 channels, each corresponding to one row of pixels. At this resolution, each of the 240 objects is 1 μm × 2.5 μm when the magnification of the objective lens is 20 ×, and all are obtained simultaneously. Segmentation is set up automatically by the operator or by computer. If the filter set is in the system and blocks wavelengths below a certain value, it is normal to establish each channel to remove most of the missing wavelength data. Each spectrum corresponds to a particular location on the sample smear that is correlated to the channel number. The Y-axis provides a signal strength that can be calibrated to quantify the signal present for the object emitting the signal. Each band in FIG. 6 points to the same spectral location that can be colored back to the first observed image. Each of these spectra has a T
B and was identified using USNN as described in the following section.
【0100】 大部分のけい光検査において、けい光信号は「タグ(tags)」からは勿論
のこと自然けい光から構成される。TBに対して陽性のスミアーの信号強度レベ
ルは(自己けい光発光とも称する)自然けい光からの信号を大幅に超過すること
が見い出された。システムは非常に多数のスペクトルを同時に生成し、そのうち
の多くはその隣りとは相違することができると共に、特定の位置での条件及び状
態の相違を示すことができる。In most fluorescence inspections, the fluorescence signal is composed of natural fluorescence as well as “tags”. The signal intensity level of smears positive for TB was found to greatly exceed the signal from natural fluorescence (also referred to as self-fluorescence). The system produces a large number of spectra simultaneously, many of which can be different from their neighbors and can show different conditions and conditions at particular locations.
【0101】 USNN概念がTBの識別に対してどのように作用するかを例証するために、
キャリブレーション・スミアーctb11299sp3を使用してUSNNを調
整し、図4、図5、図6及び図7において前に示したように、スミアー提示TB
のスペクトル特性を認識した。次いで、スペクトルの観察した各画像を、tb1
2110sp2としてコード化され、TBに対して陽性であると知られているス
ミアーから捕獲した。同一のチャンネル選択はキャリブレーション獲得に対する
ものとして使用した。To illustrate how the USNN concept works on TB identification,
USNN was calibrated using the calibration smear ctb11299sp3 and the smear-presented TB as shown earlier in FIGS.
Recognized the spectral characteristics of Next, each image whose spectrum was observed was designated as tb1
It was coded as 2110sp2 and was captured from a smear known to be positive for TB. The same channel selection was used as for calibration acquisition.
【0102】 図8はキャリブレーション・スミアーctb11299sp3及びコード化し
た患者サンプルtb12110sp2の分析のUSNN表現を示している。上左
は第1の獲得が調整用セットで、識別した9個のスペクトル特徴があったことを
指示している。USNNのしきい値(感度)が調整されていれば、全体の差異を
捜すことによってのみより少ないスペクトルを、或いは微細な差異を捜すことに
よってより多くのスペクトルを位置させることとなろう。FIG. 8 shows a USNN representation of the analysis of the calibration smear ctb11299sp3 and the encoded patient sample tb12110sp2. On the top left, the first acquisition is a tuning set, indicating that there were nine identified spectral features. If the threshold (sensitivity) of the USNN were adjusted, less spectra would be located only by looking for overall differences, or more spectra by looking for fine differences.
【0103】 第1の列はチャンネル番号を示し、第2の列は特別なチャンネルに関連するス
ペクトル対象物を示している。第3及び第4の列はtb12110sp2におけ
る認識したスペクトル対象物に対するサーチを示している。病理学者は領域出射
対象物1が明瞭にTBのそれであったことを確認した。第4の列は、対象物8の
対象物1,3の12の再現、及び対象物8につながる幾つかのスペクトルがある
ことを示している。NMO.0607823等の番号は示された対象物に対する
パーセント類似性を示している。対象物8の信号強度を考えれば、これはたぶん
存在することが期待されている少量の自然けい光発光である。スペクトル強度及
び画像データは定量化及びデジタル化に対して十分な情報をもたらす。The first column shows the channel numbers and the second column shows the spectral objects associated with a particular channel. The third and fourth columns show the search for the recognized spectral object at tb12110sp2. The pathologist confirmed that the area emission target 1 was clearly that of TB. The fourth column shows that there are 12 reproductions of the objects 1, 3 of the object 8 and that there are several spectra leading to the object 8. NMO. Numbers such as 0607823 indicate percent similarity to the indicated object. Given the signal strength of the object 8, this is probably a small amount of natural fluorescent emission that is expected to be present. Spectral intensity and image data provide sufficient information for quantification and digitization.
【0104】 以上、この発明の基本的原理及び例示的実施例について説明したが、更なる変
形、変更、修正及び改良は当業者にとって浮かぶこととなるのは明瞭となろう。
例えば、前記識別した波長スペクトルに比してより広いかまたは異なる範囲の波
長スペクトルを捕獲する修正した光学系を用いてシステムを設計し得ることが了
知される。更に、本発明は顕微鏡の使用に制限されないことが了知される。分光
写真術サブシステムは、例えば任意のレンズベースの望遠鏡システム、または内
視鏡等の光ファイバーベース画像システム等の、画像哺乳類細胞及び組織を送信
することができる任意の型式の光画像送信機を用いて動作し得る。更に、物質は
準備したスライドガラスには限定されない。例えば、このシステムは分光学サブ
システム及びコンピュータを例えば膣拡大鏡に接続することによって、婦人科の
検査の際に頸膣の組織のスペクトル特性を自動的に分析することができよう。最
後に、このシステムは主要な診断ツールとして使用するのには制限されない。こ
のシステムは病理学実験における品質管理を改善するツールとして使用すること
ができる。例えば、PAPスミアーの選別の際に、細胞技術者が異常なまたは異
型性の細胞特性を有する特別な患者からの試料を観察する場合、前の試料は「陰
性(negative)」として報告されたが、全ての前の選別したサンプルは
何らの「偽の陰性(false negative)」報告も出てこなかったこ
とを突き止めるべく、細胞病理学者によって再吟味すべきである。更に、或る実
験において、或るパーセントの「陰性(negative)」のサンプルを年長
の細胞病理学者による再選別のために提示することができる。本発明のシステム
はこの種のサンプルを再選別するのに使用することができ、この結果、(人間の
判断の依存性を低減することによって)分析の客観的妥当性を増大することによ
り、並びに速度を増すと共に選別/再選別プロセスのコストを低減することによ
り品質保証を向上させる。従って、前述の説明は例示的なものに過ぎず、この発
明は種々の請求項及びこれとの等価物によってのみ制限され定義される。While the basic principles and exemplary embodiments of the present invention have been described above, it will be clear that further variations, changes, modifications and improvements will occur to those skilled in the art.
For example, it will be appreciated that the system can be designed with modified optics that capture a wider or different range of wavelength spectra as compared to the identified wavelength spectrum. Further, it will be appreciated that the invention is not limited to the use of a microscope. The spectrographic subsystem uses any type of optical image transmitter capable of transmitting imaged mammalian cells and tissues, such as any lens-based telescope system or fiber optic based imaging system such as an endoscope. Can work. Further, the substance is not limited to the prepared slide glass. For example, the system could automatically analyze the spectral properties of cervical vaginal tissue during a gynecological examination by connecting the spectroscopy subsystem and a computer, for example, to a vaginal magnifier. Finally, the system is not limited to use as a primary diagnostic tool. This system can be used as a tool to improve quality control in pathological experiments. For example, if the cell technician observes a sample from a special patient with abnormal or atypical cellular characteristics during the selection of PAP smear, the previous sample was reported as "negative" All previous screened samples should be reviewed by a cytopathologist to determine that no "false negative" reports were reported. In addition, in certain experiments, a percentage of "negative" samples can be presented for re-sorting by an older cytopathologist. The system of the present invention can be used to re-sort such samples, thereby increasing the objective validity of the analysis (by reducing the dependence of human judgment), and Increase quality assurance by increasing speed and reducing the cost of the sort / resort process. Accordingly, the foregoing description is by way of example only, and the invention is limited and defined only by the various claims and equivalents thereof.
【図1A】 光が組織または細胞等の哺乳類物質を透る本発明の自動化多スペクトル形態学
微細構成(トポグラフィー)システムを示す基本的概略図である。FIG. 1A is a basic schematic diagram illustrating an automated multispectral morphological topography system of the present invention in which light passes through a mammalian material such as a tissue or cell.
【図1B】 物質に入射する光が物質から反射するかまたはより低いエネルギーの光を再出
射する(けい光を発する)物質によって吸収される、図1Aの画像送信機の変形
を示す概略図である。1B is a schematic diagram illustrating a variation of the image transmitter of FIG. 1A, wherein light incident on the material is reflected by the material or absorbed by the material re-emits (fluoresces) lower energy light. is there.
【図2】 物質がスライドガラス上に準備され、画像送信機がけい光顕微鏡である本発明
のより詳細な実施例の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a more detailed embodiment of the present invention where the material is prepared on a glass slide and the image transmitter is a fluorescence microscope.
【図2A】 図2に示すスライドガラス上に準備した物質を更に詳細に示す概略図である。FIG. 2A is a schematic diagram showing the substance prepared on the slide glass shown in FIG. 2 in more detail.
【図3】 本発明の1つの好ましい方法を説明するフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating one preferred method of the present invention.
【図4】 長方形によって囲まれた断片の一部分における、オーラミン/ローダミンで着
色されたけい光を発するTB−陽性のスペクトルサンプルの断片の観察した映像
画像を示す図である。FIG. 4 shows an observed video image of a fragment of an auramine / rhodamine colored fluorescent TB-positive spectral sample in a portion of a fragment surrounded by a rectangle.
【図5】 図4に示した一部分に存在するスペクトルの偽色彩表現を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a pseudo color expression of a spectrum present in a part shown in FIG. 4;
【図6】 非監視式神経網を用いて輪郭を描いた後の、図5のスペクトル画像のより正確
なバージョンを示す図である。6 shows a more accurate version of the spectral image of FIG. 5 after delineation using an unsupervised neural network.
【図7】 図5及び図6に示した画像の断片の25チャンネルのスペクトル指紋を表わす
25個のスペクトルのグラフ図である。FIG. 7 is a graphical representation of 25 spectra representing the spectral fingerprints of the 25 channels of the image fragment shown in FIGS. 5 and 6;
【図8】 左の2列では図4から図7に示したキャリブレーション・スミアーの分析、ま
た右の2列では患者のサンプルの分析の非監視式神経網表現を示すチャートであ
る。FIG. 8 is a chart showing the unsupervised neural network representation of the analysis of the calibration smears shown in FIGS. 4 to 7 in the left two columns, and the analysis of the patient sample in the right two columns.
【図9】 一方が健康な大動脈壁の一部分で他方が変性に陥った大動脈壁である、自己け
い光を発する試料のスペクトル曲線を示すグラフ図である。FIG. 9 is a graph showing a spectral curve of a sample that emits self-fluorescence, one of which is a healthy aortic wall and the other is a degenerated aortic wall.
【図10】 病気にかかった本来の腎臓及び移植した腎臓のスペクトル曲線を示すグラフ図
である。FIG. 10 is a graph showing spectral curves of an original diseased kidney and a transplanted kidney.
【図11】 おのおのがIgA,IgG及びIgMに対して着色された免疫けい光発生腎臓
サンプルの3つの一部分のスペクトル曲線を示すグラフ図である。FIG. 11 is a graph showing spectral curves of three portions of an immunofluorescent kidney sample, each stained for IgA, IgG, and IgM.
【図12】 何れの断片に対しても何ら拒絶が記録されない2つの心臓バイオプシーの各断
片のスペクトル曲線を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a spectral curve for each fragment of two cardiac biopsies where no rejection was recorded for any fragment.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 21/64 G01N 21/64 F 33/483 33/483 C G06T 1/00 295 G06T 1/00 295 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB ,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,GE,G H,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 2G020 AA03 AA04 CA01 CA02 CB04 CC13 CC26 CC42 CC47 CC63 CD03 CD12 CD14 CD24 CD27 CD33 CD52 2G043 AA03 BA16 DA02 EA01 FA02 HA02 HA09 JA02 JA05 KA01 KA02 LA03 LA04 NA05 2G045 CB01 CB21 FA16 FB03 FB12 GC15 2G059 AA05 BB12 CC16 DD03 DD13 EE02 EE07 EE12 FF03 HH01 HH02 JJ02 JJ06 JJ22 KK04 KK06 MM09 PP05 5B057 AA10 BA11 CD05 DA16 DB06 DC00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 21/64 G01N 21/64 F 33/483 33/483 C G06T 1/00295 G06T 1/00295 ( 81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW) , EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ , LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZWF terms (reference) 2G020 AA03 AA04 CA01 CA02 CB04 CC13 CC26 CC42 CC47 CC63 CD03 CD12 CD14 CD24 CD27 CD33 CD52 2G043 AA03 BA16 DA02 EA01 FA02 HA02 HA09 JA02 JA05 KA01 KA02 LA03 LA04 NA05 2G045 CB01 CB21 FA16 FB03 FB12 GC15 2G059 AA05 BB12 CC16 DD03 DD13 EE02 EE07 EE12 FF03 HH01 HH02 JJ02 JJ06 JJ22 KK04 KK06 DC05 DA05 DB05 DA05 5B057
Claims (40)
クトル微細構成システムにおいて、 光学的出力と前記物質を照射する光源とを有する画像トランスミッタであって
、前記物質の断片の画像を前記光学的出力に送信できるようになっている前記ト
ランスミッタと、 前記光学出力に接続した多スペクトル結像分光学サブシステムであって、該サ
ブシステムは前記送信された画像を多数の成分波長に実質的に同時にスペクトル
的に分散させて、スペクトル画像を生成するようになっている前記サブシステム
と、 前記スペクトル画像を処理して、前記画像を表わす診断データをもたらすプロ
セッサと、を具備したことを特徴とする前記多スペクトル微細構成システム。1. A multi-spectral topography system for automatically assessing mammalian material for evidence of disease, comprising: an image transmitter having an optical output and a light source illuminating the material, wherein the fragment comprises a fragment of the material. A transmitter adapted to transmit the image of the optical output to the optical output; and a multispectral imaging spectroscopy subsystem coupled to the optical output, the subsystem converting the transmitted image to a number of components. A subsystem adapted to spectrally disperse spectral wavelengths substantially simultaneously to produce a spectral image; and a processor for processing the spectral image to provide diagnostic data representative of the image. The multispectral fine-configuration system according to any one of the preceding claims.
クトル微細構成システムにおいて、 光学的出力と前記物質を照射する光源とを有する画像トランスミッタであって
、前記物質の断片の画像を前記光学的出力に送信できるようになっている前記ト
ランスミッタと、 前記光学的出力に接続した多スペクトル結像分光学サブシステムと、を具備し
、 該サブシステムが、 前記物質の断面の前記送信画像の一部分からの光の通過を許容する入口スリッ
ト、及び前記入口スリットを介して通過した光を所定のスペクトル範囲の多数の
成分波長に分散させるスペクトル分散プリズム及びミラー配置を有する画像分光
写真機と、 前記スペクトル画像を得ると共に、これを準備する前記分光写真機に結合した
第1の電荷結合素子(CCD:charge−coupled−device)
と、を備え、前記システムが更に、 前記準備したスペクトル画像及び前記画像の一部分を表わす診断データを処理
するデータ・プロセッサを備えたコンピュータ・サブシステムを具備したことを
特徴とする前記多スペクトル微細構成システム。2. A multi-spectral topography system for automatically assessing mammalian material for evidence of disease, comprising: an image transmitter having an optical output and a light source illuminating said material, said fragment comprising: And a multi-spectral imaging spectroscopy subsystem coupled to the optical output, the subsystem adapted to transmit the image of the optical output to the optical output, the subsystem comprising: An image spectrograph having an entrance slit that allows the passage of light from a portion of the transmitted image, and a spectrally dispersing prism and mirror arrangement for dispersing the light passing through the entrance slit into a number of component wavelengths in a predetermined spectral range. And a first charge coupled device (C) coupled to the spectrograph for obtaining and preparing the spectral image. D: charge-coupled-device)
Wherein the system further comprises: a computer subsystem comprising a data processor for processing the prepared spectral image and diagnostic data representing a portion of the image. system.
物質は生体内であることを特徴とする前記システム。3. The system according to claim 1, wherein the substance to be evaluated is in a living body.
スミッタはレンズベースの画像拡大システムであることを特徴とする前記システ
ム。4. The system according to claim 1, wherein the image transmitter is a lens-based image magnifying system.
ス上に準備した病理学試料を備え、前記画像トランスミッタは前記試料の拡大し
た断片の画像を前記光学出力に送信する顕微鏡であることを特徴とする前記シス
テム。5. The system of claim 4, wherein the material comprises a prepared pathology sample on a glass slide, and the image transmitter is a microscope that transmits an image of an enlarged fragment of the sample to the optical output. The above-mentioned system, characterized in that:
連続的に移動させることができて、前記分光写真機の前記入口スリットが前記試
料の隣接する一部分からの光の通過を許容できるようになっているx−yステー
ジを備えたことを特徴とする前記システム。6. The system of claim 5, wherein the microscope is capable of continuously moving the sample, and wherein the entrance slit of the spectrograph is configured to pass light from an adjacent portion of the sample. The system described above comprising an xy stage adapted to be acceptable.
記コンピュータによって自動的に制御されることを特徴とする前記システム。7. The system of claim 6, wherein the xy stage is controlled automatically by the computer.
信機及び前記分光学サブシステムの間に配置された画像ディレクターを具備する
と共に、前記分光写真機の前記入口スリットと光学的通信をする第1の出力と、
前記試料の断片の観察した画像を捕える第2のCCDカメラと光学的通信をする
第2の出力とを有することを特徴とする前記システム。8. The system according to claim 2, further comprising an image director disposed between said image transmitter and said spectroscopy subsystem, said optical system including an entrance slit of said spectrograph and an optical director. A first output for communicating,
The system comprising: a second CCD camera for capturing an observed image of the sample fragment; and a second output in optical communication.
前記試料の画像を前記分光写真機または前記第2のCCDカメラに選択的に向け
るビーム・スプリッタであることを特徴とする前記システム。9. The system of claim 8, wherein the image director is a beam splitter that selectively directs an image of the sample to the spectrograph or the second CCD camera. .
は前記試料の画像を前記分光写真機及び前記第2のCCDカメラに同時に向ける
ビーム・スプリッタ・キューブであることを特徴とする前記システム。10. The system of claim 8, wherein said image director is a beam splitter cube for directing an image of said sample to said spectrograph and said second CCD camera simultaneously. .
プシーであることを特徴とする前記システム。11. The system according to claim 5, wherein said sample is a tissue biopsy.
ーであることを特徴とする前記システム。12. The system according to claim 5, wherein the sample is a cell smear.
力は標準カメラ・インターフェースを備え、前記画像分光写真機は前記インター
フェースに接続していることを特徴とする前記システム。13. The system according to claim 5, wherein the optical output of the microscope comprises a standard camera interface, and the image spectrograph is connected to the interface.
サが非監視式神経網を備えていることを特徴とする前記システム。14. The system according to claim 2, wherein said data processor comprises an unsupervised neural network.
サが監視式神経網を備えていることを特徴とする前記システム。15. The system of claim 2, wherein said data processor comprises a supervised neural network.
サが非監視式神経網要素及び監視式神経網要素を備えていることを特徴とする前
記システム。16. The system according to claim 2, wherein said data processor comprises an unsupervised neural network element and a monitored neural network element.
ペクトル微細構成システムにおいて、 前記物質を照射する手段と、 前記物質の断片の画像を光学的出力に送信する手段と、 前記画像を所定のスペクトル範囲の多数の成分波長に同時にスペクトル的に分
散させる手段と、 前記分散手段から前記分散した画像を得ると共に、該得た画像を準備する手段
と、 前記準備した画像を神経網を用いて処理して、前記物質の診断をもたらす手段
と、を具備したことを特徴とする前記多スペクトル微細構成システム。17. A multispectral topography system for automatically assessing mammalian material for evidence of disease, comprising: irradiating the material; and transmitting an image of a fragment of the material to an optical output. Means for simultaneously spectrally dispersing the image into a number of component wavelengths in a predetermined spectral range; obtaining the dispersed image from the dispersing means; and means for preparing the obtained image; and Means for processing using a neural network to provide a diagnosis of said substance.
ペクトル分析に基づいて疾患の存在に対して前記物質をスペクトル的に分析する
方法において、 前記物質を光源で照射する段階と、 前記物質の画像を多スペクトル画像分光写真機に送信する段階と、 プリズム及びミラー配置を通して前記送信した画像を所定のスペクトル範囲の
多数の成分波長にスペクトル的に分散させる段階と、 前記多数の成分波長の前記スペクトル的に分散した画像を得ると共に、これを
準備する段階と、 前記準備したスペクトル的に分散した画像を処理して、診断をもたらす段階と
、を具備したことを特徴とする前記方法。18. A method of spectrally analyzing a substance for the presence of a disease based on a spectral analysis of tissue morphology and physiological bias of a mammalian substance from an average, comprising: irradiating the substance with a light source; Transmitting an image of the substance to a multispectral image spectrograph; spectrally dispersing the transmitted image through a prism and mirror arrangement to a number of component wavelengths in a predetermined spectral range; Obtaining said spectrally dispersed image of wavelengths and preparing the same; and processing the prepared spectrally dispersed image to provide a diagnosis. .
察した画像の視覚的表示をもたらす段階を更に具備したことを特徴とする前記方
法。19. The method of claim 18, further comprising the step of providing a visual representation of the observed image obtained at an optical output.
的に分散した画像の視覚的表示をもたらす段階を更に具備したことを特徴とする
前記方法。20. The method of claim 19, further comprising the step of providing a visual representation of the processed spectrally dispersed image.
することを特徴とする前記方法。21. The method of claim 18, wherein said processing comprises implementing a neural network.
トル分析に基づいて疾患の存在に対して前記試料をスペクトル的に分析する方法
において、 前記試料の断片の拡大した画像を光学的出力に送信する段階と、 前記画像の一部分の光を入口スリットを通して送信できるようにする段階であ
って、前記画像の一部分が多数の対象物(object)を備えている前記段階
と、 前記一部分の前記送信した画像をプリズム及びミラー配置を通して所定のスペ
クトル範囲の多数の成分波長にスペクトル的に分散する段階と、 処理のために前記多数の成分波長の前記スペクトル的に分散した画像を得て準
備する段階と、 神経網を用いて前記準備し、スペクトル的に分散した画像を処理して、前記画
像の一部分を前記画像の一部分の病理学的状態を示す予め設定した数のカテゴリ
ーのうちの1つに分類する段階と、を具備したことを特徴とする前記方法。22. A method of spectrally analyzing a pathological sample for the presence of disease based on spectral analysis of biological and functional bias of a pathological sample from an average, comprising: an enlarged image of a fragment of the sample. Transmitting light to an optical output; and enabling light from a portion of the image to be transmitted through an entrance slit, wherein the portion of the image comprises a number of objects; Spectrally dispersing the transmitted image of the portion through a prism and mirror arrangement into multiple component wavelengths of a predetermined spectral range; and obtaining the spectrally dispersed image of the multiple component wavelengths for processing. Preparing, using a neural network, processing the spectrally dispersed image to convert a portion of the image to a portion of the image It said method characterized by comprising the steps of classifying into one of several categories preset showing a pathological condition, the.
した画像を含む第1の視覚的表示及び前記観察した画像の第2の視覚的表示をも
たらす段階を更に具備したことを特徴とする前記方法。23. The method of claim 22, further comprising providing a first visual representation including the spectrally dispersed image and a second visual representation of the observed image. The above method.
接する前記画像の一部分の光が前記入口スリットを通して送信されるようにする
段階と、 (b)前記画像の隣接する一部分の前記送信した光を所定のスペクトル範囲の
多数の成分波長にスペクトル的に分散する段階と、 (c)前記画像の隣接する一部分の前記スペクトル的に分散した光を得て準備
する段階と、 (d)神経網を用いて前記画像の隣接する一部分の前記準備したスペクトル的
に分散した光を処理して、前記画像の隣接する一部分の各対象物を各対象物の状
態を示す予め設定した数のカテゴリーの1つに分類する段階と、を更に具備した
ことを特徴とする前記方法。24. The method according to claim 22 or 23, wherein: (a) linearly moving the sample along an axis so that light of a part of the image adjacent to a part of the image transmitted in advance is transmitted to the entrance slit. (B) spectrally dispersing the transmitted light in adjacent portions of the image into a number of component wavelengths in a predetermined spectral range; and (c) adjoining the image. Obtaining and preparing a portion of the spectrally dispersed light to be obtained; and (d) processing the prepared spectrally dispersed light of an adjacent portion of the image using a neural network to obtain an image of the image. Classifying each object in an adjacent portion into one of a predetermined number of categories indicative of the state of each object.
望する数の部分が処理されるまで前記段階(a)、(b)、(c)及び(d)を
繰り返す段階と、これから医療診断をもたらす段階と、を更に具備したことを特
徴とする前記方法。25. The method of claim 24, wherein steps (a), (b), (c) and (d) are repeated until a desired number of portions of the image of the sample have been processed. Providing a medical diagnosis from now on.
価する多スペクトル感応性の微細構成システムにおいて、 光学的出力、及び前記物質を照射すると共に前記物質に吸収されるろ過した光
の源とを有する画像トランスミッタであって、前記物質の断片から再放射したけ
い光の画像を前記光学的出力に送信できるようになっている前記画像トランスミ
ッタと、 前記光学的出力に接続した多スペクトル感応性結像分光学サブシステムであっ
て、前記送信した画像を多数の成分波長に実質的に同時にスペクトル的に分散さ
せてスペクトル画像を生成する前記サブシステムと、 前記スペクトル画像を処理して、前記画像を表わす診断データをもたらすよう
にしたプロセッサと、を具備したことを特徴とする前記多スペクトル感応性の微
細構成システム。26. A multispectral sensitive microstructure system for automatically assessing the fluorescent properties of a mammalian substance for evidence of disease, wherein the optical output and the substance are illuminated and absorbed by the substance An image transmitter having a source of filtered light, the image transmitter adapted to transmit an image of the fluorescent light re-emitted from the piece of material to the optical output; and A multi-spectral sensitive imaging spectroscopy subsystem, wherein the transmitted image is spectrally dispersed substantially simultaneously into a number of component wavelengths to generate a spectral image; and And a processor adapted to provide diagnostic data representative of the image. Responsive microstructure system.
のけい光特性を自動的に評価する多スペクトル感応性の微細構成システムにおい
て、 光学的出力、及び前記物質を照射すると共に前記物質に吸収されるろ過した光
の源を有するけい光顕微鏡であって、前記試料の断片から再放射したけい光の画
像を前記光学的出力に送信できるようになっている前記けい光顕微鏡と、 前記光学的出力に接続した多スペクトル感応性の画像分光学サブシステムと、
を具備し、前記サブシステムが、 前記試料の断片の前記送信した画像の一部分からの光が通過できるようにする
入口スリット、及び該入口スリットを通過した光を所定のスペクトル範囲の多数
の成分波長に分散させてスペクトル画像を生成するようにしたスペクトル分散用
プリズム及びミラー配置を有する画像分光写真機と、 前記分光写真機に結合して、前記スペクトル画像を得、該画像をデジタルデー
タに変換し、かつ該データを操作する第1の電荷結合素子(CCD:charg
e−coupled−device)と、を備え、前記システムが更に、 前記スペクトル画像を表わす前記操作したデータを処理すると共に、前記画像
の一部分の病理学的状態を表わす診断データをもたらす神経網プロセッサを含む
コンピュータ・サブシステムを具備したことを特徴とする前記システム。27. A multispectral sensitive microstructure system for automatically assessing the fluorescent properties of a mammalian material prepared as a pathological sample for evidence of disease, comprising: an optical output and irradiating said material; A fluorescence microscope having a source of filtered light absorbed by the material, wherein the fluorescence microscope is adapted to transmit an image of the fluorescence re-emitted from the sample fragment to the optical output. A multispectral sensitive image spectroscopy subsystem connected to the optical output;
An entrance slit that allows light from a portion of the transmitted image of the sample fragment to pass therethrough, and passes the light passing through the entrance slit to a number of component wavelengths in a predetermined spectral range. And an image spectrograph having a prism and mirror arrangement for spectrum dispersion so as to generate a spectrum image by dispersing the spectrum image in combination with the spectrograph to obtain the spectrum image and convert the image into digital data. And a first charge-coupled device (CCD: charge) for operating the data
e-coupled-device), the system further comprising: a neural network processor that processes the manipulated data representing the spectral image and provides diagnostic data representing a pathological condition of a portion of the image. The above system, comprising a computer subsystem.
光物質であることを特徴とする前記システム。28. The system of claim 27, wherein the sample is an endogenous fluorescent material.
ンまたはコラーゲン等の自己けい光発生化合物を含むことを特徴とする前記シス
テム。29. The system of claim 28, wherein the sample comprises a self-fluorescent compound such as elastin or collagen.
ロブリンに対するけい光性抗血清を含む、免疫けい光スティニング技術を用いて
準備されることを特徴とする前記システム。30. The system of claim 28, wherein the sample is prepared using immunofluorescent staining techniques, including fluorescent antisera to immunoglobulins.
も1つのけい光色素を用いて処理されることを特徴とする前記システム。31. The system of claim 27, wherein said sample is treated with at least one fluorescent dye.
素でラベル化した組成化学プローブを用いて処理されることを特徴とする前記シ
ステム。32. The system of claim 31, wherein the sample is processed using a fluorescent dye-labeled compositional chemical probe.
は前記試料について行われ、かつ前記プロセッサは遺伝的疾患、悪性(腫瘍)、
バクテリア及びウイルスのうちの1つの少なくとも1つの系統の存在を表わすデ
ータをもたらすことを特徴とする前記システム。33. The system of claim 32, wherein fluorescence in situ hybridization is performed on the sample, and wherein the processor is configured to detect genetic disease, malignancy (tumor),
The system described above, wherein the system provides data indicative of the presence of at least one strain of one of bacteria and viruses.
せる単一細胞に由来する細胞である抗体及び多クローン性抗体のうちの1つを含
めて、前記試料は免疫組織構造のマーカを有する免疫組成化学ステインを用いて
準備されることを特徴とする前記システム。34. The system of claim 32, wherein the sample comprises one of an antibody and a polyclonal antibody that are cells derived from a single cell conjugated to a fluorescent tag. The above system, wherein the system is prepared using an immunochemical chemistry stain having a marker.
析によって着色され、かつ前記プロセッサはクラミディア・トラコマティス(C
T:chlamydia trachomatis)の存在を示すデータをもた
らすことを特徴とする前記システム。35. The system of claim 34, wherein said sample is colored by DIF analysis and said processor is a Chlamydia trachomatis (C).
T. The system as described above, wherein the system provides data indicative of the presence of chlamydia trachomatis.
分析及びDIF分析双方によって着色され、かつ前記プロセッサはHPV及びC
T双方の存在を表わすデータをもたらすことを特徴とする前記システム。36. The system according to claim 32, wherein the sample is FISH.
Colored by both analysis and DIF analysis, and the processor is HPV and CIF
The system described above, wherein the system provides data indicative of the presence of both T.
ペクトル分析に基づいて疾患の存在に対して前記物質のけい光特性を分析する方
法において、 特定波長のろ過した光で前記物質を照射して、前記物質がけい光を発するよう
にする段階と、 前記けい光を発している前記物質の断片の画像を光学的出力に送信する段階と
、 一部分の前記画像を所定のスペクトル範囲の多数の成分波長にスペクトル的に
分散させる段階と、 前記多数の成分波長の前記スペクトル的に分散した画像を得て準備する段階と
、 プロセッサを用いて前記準備したスペクトル的に分散した画像を処理して、前
記画像の一部分を前記画像の一部分の状態を示す予め設定した数のカテゴリーの
1つに分類する段階と、を具備したことを特徴とする前記方法。37. A method of analyzing the fluorescent properties of a mammalian substance against the presence of a disease based on spectral analysis of tissue morphology and physiological bias of the mammalian substance from the average, comprising: Illuminating a substance so that the substance emits fluorescence; transmitting an image of the fragment of the substance emitting the fluorescence to an optical output; Spectrally dispersing the plurality of component wavelengths in a range; obtaining and preparing the spectrally dispersed image of the multiple component wavelengths; andusing the prepared spectrally dispersed image with a processor. Processing to classify the portion of the image into one of a predetermined number of categories indicating a state of the portion of the image. .
した画像を準備する前記段階は、デジタル信号処理によって前記画像をデジタル
化すると共に、該デジタル化した画像を操作する段階を備えたことを特徴とする
前記方法。38. The method of claim 37, wherein preparing the spectrally dispersed image comprises digitizing the image by digital signal processing and manipulating the digitized image. The above method.
接する前記画像の一部分の光が前記入口スリットを通して送信されるようにする
段階と、 (b)前記画像の隣接する一部分の前記送信した光を所定のスペクトル範囲の
多数の成分波長にスペクトル的に分散する段階と、 (c)前記画像の隣接する一部分の前記スペクトル的に分散した光を得て準備
する段階と、 (d)神経網を用いて前記画像の隣接する一部分の前記準備したスペクトル的
に分散した光を処理して、前記画像の隣接する一部分の各対象を各対象の状態を
示す予め設定した数のカテゴリーの1つに分類する段階と、を更に具備したこと
を特徴とする前記方法。39. The method of claim 37, wherein: (a) directing the material along an axis such that light of a portion of the image adjacent to a portion of the previously transmitted image is transmitted through the entrance slit. (B) spectrally dispersing the transmitted light of adjacent portions of the image into a number of component wavelengths in a predetermined spectral range; and (c) adjacent portions of the image. Obtaining and preparing the spectrally dispersed light of (a), and (d) processing the prepared spectrally dispersed light of an adjacent portion of the image using a neural network to generate an adjacent portion of the image. Classifying each subject of the portion into one of a predetermined number of categories indicative of the status of each subject.
望する数の部分が処理されるまで前記段階(a)、(b)、(c)及び(d)を
繰り返す段階と、これから医療診断をもたらす段階と、を更に具備したことを特
徴とする前記方法。40. The method of claim 39, wherein steps (a), (b), (c) and (d) are repeated until a desired number of portions of the image of the substance have been processed. Providing a medical diagnosis from now on.
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