(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
標本の少なくとも１つの第１画像および少なくとも１つの第２画像を生成するステップを有し、生成された前記第１画像および前記第２画像は、同一の標本の同一の領域を含む異なる表現の画像であり、
前記方法はさらに、前記標本をそれぞれ第１励起ビームおよび第２励起ビームにさらすことで、前記少なくとも１つの第１画像および前記少なくとも１つの第２画像を取得するステップと、を有し、
前記第１画像が前記標本の蛍光画像となるように、前記標本は蛍光的に染色され、且つ、前記第１励起ビームは、蛍光染料による蛍光を生成するように選択され、さらに、前記第２画像が屈折暗視野画像となるように、前記第２励起ビームが前記標本に適用され、
前記方法はさらに、前記暗視野画像にカラーマッピングを適用し、疑似カラー暗視野画像を生成するステップと、
結合画像を生成するために、前記疑似カラー暗視野画像および前記蛍光画像を組み合わせるステップと、
前記結合画像に基づいて、疑似明視野画像を生成するステップと、
ヘマトキシリンおよびエオシン染料に関連付けられる画像コントラストを備える画像を生成するように、前記屈折暗視野画像および前記蛍光画像にカラールックアップテーブルを適用するステップと、を有する、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記第１励起ビームおよび前記第２励起ビームは、前記標本に同時に適用され、関連する前記第１画像および前記第２画像が同時に得られる、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、さらに、前記蛍光画像および前記屈折暗視野画像を対応する記録画像として記録するステップを有する、方法。
【請求項４】
イメージング装置であって、
標本の第１画像を生成するように構成される第１イメージングシステムと、
前記標本の第２画像を生成するように構成される第２イメージングシステムと、を有し、
前記第１画像および前記第２画像は同一の標本の同一の領域を含む異なる表現の画像であり、
前記第１画像は、前記標本を第１励起ビームにさらすことで取得され、
前記第２画像は、前記標本を第２励起ビームにさらすことで取得され、
前記第１イメージングシステムは、屈折暗視野画像として第１画像を生成するように構成される屈折暗視野光学システムであり、前記第２イメージングシステムは、蛍光画像として第２画像を生成するように構成される蛍光光学システムであり、
前記イメージング装置はさらに、前記第１画像および前記第２画像を受け取るように連結される少なくとも１つの画像取得装置、および、前記第１画像および前記第２画像を記録するように構成される画像プロセッサを有し、
前記画像プロセッサは、前記第１画像および前記第２画像に基づいて結合画像を生成するように構成され、
前記画像プロセッサは、第１記録画像および第２記録画像の少なくとも１つの疑似カラー表現に基づいて結合画像を生成するために、前記第１記録画像および前記第２記録画像の少なくとも１つにカラールックアップテーブルを適用するように構成される、
前記画像プロセッサは、エオシン染料に関連付けられるカラールックアップテーブルに基づいて前記第１画像を処理し、また、ヘマトキシリン染料に関連付けられるカラールックアップテーブルに基づいて前記第２画像を処理するように構成され、前記結合画像は処理された前記第１画像および前記第２画像に基づく、
イメージング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のイメージング装置であって、さらに、前記結合画像を疑似明視野画像として表現することを含む、イメージング装置。
【請求項６】
請求項４に記載のイメージング装置であって、前記画像プロセッサは、前記結合画像を生成するために、前記第１画像および前記第２画像を重ね合わせるように構成される、イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年１０月１２に出願の米国仮特許出願第６１／２５０８０９号、２００９年１０月１３日に出願の米国仮特許出願第６１／２７８９３６号の利益を主張する。これらの出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、病理学決定（pathology determination）のための組織セクション内のコントラストを提供するための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の組織学的な染色組織セクションの顕微鏡の臨床検査は、組織の構造および有意性の診断の形態学的なパターンを評価するのに用いることができる。技術のある医師は、そのような組織学的な染色組織セクションを診断のために観察し、処置を計画して評価する。そのような標準的な染料を用いる画像により提供される構造のコントラストは知られており、医師が解剖学的および形態学的な組織セクションの特徴および異形を解釈することに注力できるようにし、医師の医学的な習熟および経験に関して、染色手順が特徴をどのように発現させるのかを解釈するのに注力しなくてすむようにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さらなる組織イメージング技術が開発されてきており、医師により利用可能な、貴重なバイオプシー材料および保管された組織標本の相関的な診断情報を高める。たとえば、蛍光顕微鏡は、特化された分子マーカーの検出のために使用することができるが、蛍光に基づく画像は、ヘマトキシリンおよびエオシン（hematoxyline and eosin, Ｈ＆Ｅ）で染色され、明視野の顕微鏡を用いて観察される組織において見られる、典型的にはよく知られた構造的および解剖学的な状況の情報に欠ける。
【０００５】
一方、蛍光に基づく画像は、病気の状態を確認し特性を示すために有用な分子情報を提供し、従来の組織学的な染色セクションは、組織の病理学的決定ために必要であり続ける。典型的には、標本を通る連続組織セクションが準備され評価されなければならない。一般に、連続セクションは、従来のＨ＆Ｅ染色セクションおよび診断する分子マーカーのために特に染色されたセクションを含む。連続セクションを比較することは、評価のためのコストおよび時間を増加させるだけでなく、あるセクションで見つかった特徴を他の部分で見つかった特徴と相関させることが困難または不可能であることがある。連続セクションは、染色プロセスパイプラインで失われまたは破壊されることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で説明される技術は、病理学分析の医師の訓練および経験に適切な方法でセグメント化および表示される補足的なコントラス要素を生成するために、多様なコントラストを使用する方法および装置を提供する。そのような補足的なコントラストモードは、組織の構造のナビゲーション、フォーカス、および拡大率の変化を可能にするためにストリーム表示されるようにすることができる。組織セクションは、特定の関心のある分子または化学構造を対象とする１つまたはそれ以上のプローブを含むことができる。組織構造のカラーコントラストが提供され、ヘマトキシリンおよびエオシン染料（以下「Ｈ＆Ｅ」とする）のような従来の色吸収による組織学的染色により生成されたコントラストと比較できる。また、開示される方法の１つまたはそれ以上により生成される画像は、追加的なマーカーおよび光学的または化学的コントラストモードを用いて発現される特徴を含むことができる。典型的には、異なる組織セクション間で異なるように分類される特徴の相関は、不必要になる。この画像は、ディジタル式に表現されるカラー明視野コンテキストで示され、同一の構造的特徴を明らかにするために染色された従来の組織学的なスライドによる画像と比較できる画像の外観を提供する。
【０００７】
マルチモードコントラスのいくつかの開示される例において、コントラストは、特定の分子のマーカーのための特に準備された組織の屈折率および蛍光ラべリングから引き出される。これらの例は、核対比染色の同時発生蛍光イメージングを備える透過光の暗視野屈折率コントラストイメージング、および複合分子プローブの検査の相補的な組み合わせを示す。対応する相関画像は、同時（並列）または連続（直列）に得ることができる。いくつかの例において、染色されていないまたは染色された組織のコントラスを形成するために用いられる照射波長および検出波長は、明確なセグメント化を促進するために、および
複合プローブの干渉を防止するために厳しく制御することができる。プロテイン抗原、ｍＲＮＡ発現、またはＤＮＡ中の遺伝子配列のための分子に特化したプローブの位置測定は、標本構造上にかぶせることができる。このコントラストは、特定の組織学的処理の使用を通じて保存された組織構造により、屈折率の変化に関連付けられる。典型的な例において、開示される方法は、蛍光対比染色との組み合わせにおいて組織部分における屈折率変化に基づいて画像コントラストを提供し、分子に特化した複合プローブのためのカラーの病理学コンテキストを提供する。例は、ホルマリン固定された、パラフィン包埋組織および、冷凍組織を含む。屈折率コントラストは、組織の屈折率特性または散乱特性から直接的に引き出すことができ、または、位相シフトの大きさ、位相シフトグラディエントの変化率から引き出すことができる。
【０００８】
いくつかの開示される方法は、蛍光性に染色された標本を、蛍光性染色により蛍光を生成するように選択された励起ビームに露出させることを含み、また、対応する蛍光性画像を生成することを含む。同一の標本は、高ＮＡ周辺暗視野照射に露出され、屈折率の変化を示す対応する暗視野画像、および光散乱部分が生成される。いくつかの例において、蛍光励起ビーム露出および暗視野屈折照射フィールド露出は、同時に適用され、相補的な画像が並列的に得られる。他の例において、蛍光画像および暗視野屈折率コントラスト画像は、連続的に記録される。例によるイメージング装置は、透過暗視野照射フィールドを生成するように構成される複数モード光学システムを有し、また、入射照射蛍光励起光学システムを有する。これらのサブシステムは、複数の相補的な画像を生成するように構成され、これらの画像は相関的な分析に組み合わせることができる。また、準備された組織の特性に基づく屈折率コントラスト画像、各対比染色の蛍光画像、および放出波長によりセグメント化することができる様々な分子マーカーを示す複数の蛍光画像を生成するように構成される。少なくとも１つの画像取得装置は、暗視野および蛍光画像を受け取るように連結され、画像処理装置は、暗視野画像および蛍光画像の処理を記録し、また、組み合わされた画像を生成するように構成される。
【０００９】
コンピュータで読み取り可能な記憶媒体は、病理学検査のために準備された標本セクションの共通の部分に関連付けられる複数のモードのコントラストに関連付けられた画像を受け取るための、および、組み合わせた画像を生成するために複数のコントラストモードを重ねるための、コンピュータが実行可能な命令を有する。
【００１０】
いくつかの例において、画像処理装置は、記録された屈折率コントラスト暗視野画像および蛍光画像の組み合わされた画像に基づいて、疑似カラー明視野を生成するように構成される。蛍光画像および暗視野屈折率画像は、個別的に色付けられ、組み合わされ、従来の染色に関連する見かけの明視野コンテキストにおいて組み合わされたカラー画像を生成するために変換される。医師の直接的な解釈を促進するための具体的なカラーマッピングは、屈折率コントラスト画像、蛍光核対比染色、および特定の蛍光プローブに適用される。これらの画像は、後に組み合わされ、明視野表現において組み合わされたカラーの記録される画像を生成する。いくつかの例において、カラーマッピングは、エオシン染料のような少なくとも１つのカラー吸収組織学に関連付けられる病理学的決定のために好ましいカラーの人間の知覚の定量測定に基づく。さらなる例において、蛍光画像にカラールックアップテーブルが適用され、ここで、カラーマッピングは、ヘマトキシリン染料のような少なくとも１つのコントラストカラー吸収組織学的染料に関連付けられる。いくつかの例において、カラールックアップテーブルは、暗視野屈折率画像および蛍光対比染料画像に適用され、理想的なヘマトキシリンおよびエオシン染料の場合と比較される、相補的な色合いに関連付けられる変換されたコントラスト、変換された値および変換された飽和度を備える画像を生成する。他の例において、光学的に画像化される標本は、分子マッピングを提供するために質量分析器を用いる画像化のためにさらに準備される。
【００１１】
開示される技術のこれらのおよび他の特徴および側面は、添付図面を参照しながら以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】屈折率コントラスト暗視野画像および蛍光ベース画像の両方を提供する代表的なイメージングシステムの概略図である。
【図２】記録された暗視野画像および蛍光染色ベース画像を処理および組み合わせる方法の概略的なブロック図である。
【図３】ヘマトキシリンおよびエオシン（Ｈ＆Ｅ）染料による病理学的決定に用いられるものに対応するコントラストを備える、複数のコントラストモードからの標本の画像を生成する代表的な方法の概略的なブロック図である。
【図４Ａ−Ｂ】図４Ａは人間の前立腺セクションの従来のＨ＆Ｅ染色された代表的な画像である。図４Ｂは暗視野屈折率画像と蛍光対比染色画像の明視野コンテキストにおける組み合わせに基づく人間の前立腺の複数のモードコントラスト画像である。
【図５Ａ−Ｄ】図５Ａ、ＢはブルーＤＡＰＩ蛍光波長（図５Ａ）またはより長い透過暗視野波長（図５Ｂ）を選択するために干渉フィルタを用いて取得される、連続露光により、単色ＣＣＤで記録された、二重照明の複数モードコントラスト画像である（屈折率コントラストおよび蛍光）。図５Ｃは図５Ａ−５Ｂの画像への疑似カラーの変換されたカラールックアップテーブルの適用および変換されたカラー画像の追加により得られた疑似カラー画像である。図５Ｄはマップされた色空間の変換の後の、図５Ｃの画像に対応する、疑似カラーの明視野画像である。
【図６】明視野コンテキスト表現の画像であり、ＤＡＰＩ対比染色ホルマリン固定、パラフィン包埋サンプルからの５６５ｎｍおよび６５５ｎｍのピーク放射波長の量子ドット蛍光プローブの位置測定を重ね、屈折率コントラストのために画像化されている。
【図７】複数モードイメージングの明視野コンテキスト表示の他の例示の画像である。暗視野屈折率画像およびＤＡＰＩ対比染色扁桃セクションのＤＡＰＩ蛍光画像が取得され、重ねられ、図７に示されるようにカラー明視野画像として表現されている（１ａ−３ａ）。対応する免疫プローブ蛍光ベース画像を生成するために、プロテインに特化した免疫プローブがＤＡＰＩ対比染色扁桃セクションに適用された（ＣＤ２０抗原のために５６５ｎｍのピーク放射を備え、Ｋｉ６７抗原のために６５５ｎｍのピーク放射を備える量子ドットを使用する蛍光に局在化される）。プローブ画像は、図７（１ｂ−３ｂ）に示されるように、疑似カラー（赤および緑）のコントラスト化において重ねられる。図７（１ｃ−３ｃ）は、組み合わされた後の図７（１ａ−３ａ）および図７（１ｂ−３ｂ     ）の画像を示す。
【図８Ａ−Ｂ】追加的な代表的な画像であり、シミュレートされた明視野の組織学的な画像が取得され、蛍光プローブ画像が、代替的な方法を使用して組み合わせられている。図８Ａは、ＤＡＰＩ対比染色されたホルマリン固定のパラフィン包埋標本からの５６５ｎｍおよび６５５ｎｍ放射波長でＱＤｏｔプローブを使用する、複数モードの疑似明視野画像への加法的なオーバーレイである。図８Ｂは、減法的なオーバーレイであり、疑似カラープローブ画像が複写Ｈ＆Ｍ表現画像から差し引かれる。
【図９】組織学的決定のための明視野表現をするために、Ｈ＆Ｅの好ましい色特特性を屈折率コントラストおよびＤＡＰＩ蛍光へマッピングするのに用いられるCIEL*a*b色空間の例を示す。
【図１０】図１０Ａ−１０Ｂは、それぞれ、グレースケール屈折率コントラスト画像およびＤＡＰＩ蛍光コントラスト画像である。図１０Ｃ−１０Ｄは、それぞれ、図１０Ａ−１０Ｂに基づいてCIEL*a*b疑似カラーエオシン変換された、また、ヘマトキシリン変換された画像である。図１０Ｅは、図１０Ｃ−図１０Ｄの変換された画像を結合することにより得られる合成画像である。
【図１１】単一のＣＣＤカメラを用いて屈折率暗視野画像および蛍光ベース画像を隣り合わせで同時に生成するための光学システムの概略図である。
【図１２】同時に取得および表示された同一の組織セクションの屈折率（暗視野）画像（Ａ）、およびＤＡＰＩ画像（Ｂ）を隣り合わせで示す図である。
【図１３】図１２の隣り合わせの画像に基づく、２つの色明視野表現のオーバーレイ画像（疑似カラーおよび画像反転）である。この画像は図１２に関して回転されている。
【図１４】図１４Ａ−１４Ｂは、質量分析イメージングタグの沈着のために準備された冷凍セクションのマウスの腎臓の組織の標本の画像である。
【図１５】図１５Ａ−１５Ｂは、イオン化マトリックス（ionizing matrix）の沈着による、質量分析イメージングのために準備されたマウスの腎臓組織の標本の画像である。自己蛍光は青に見え、イオン化マトリックスに関連付けられる屈折率コントラストがはっきりしている。
【図１６】本明細書で説明される装置および方法のコンピュータ処理環境を示す概略図である。
【図１７】２つのプローブのin SituハイブリッドにおけるｍＲＮＡのための、Ｃａｌｕ−３キセノグラフトプローブのための、明視野表現で細胞および核のコンテキストを提供する複数モードの画像であり、１つはリボソームＲＮＡ（シアン色、黒の破線矢印）のためであり、もう１つはＨＥＲ２ｍＲＮＡ表現（黒色、黒の実線矢印）のためである。
【図１８】組織学的決定のために、デュアルモードコントラストを用い、２０倍の拡大率で明視野コンテキストで表現された前立腺がんの代表的な画像である。前立腺がんの顕著な核小体および異常な成長パターンの特性が見られる。
【図１９】同一の領域の一部を４０倍の拡大率で画像化し、同一の同時デュアルモードの方法を用い、屈折率コントラストを蛍光核対比染色と組み合わせ明視野コンテキスト表現で示した画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書および特許請求の範囲で用いられる、単一の形態は、文脈から明確に否定されない限り複数の形態を含む。
本明細書で説明されるシステム、装置、方法は、いかなる意味でも限定的なものではない。本開示は、あらゆる新規で自明ではない特徴に関連し、また、単独で、および様々な組み合わせで開示される様々な実施形態の側面に関係する。開示されるシステム、方法、および装置は、いかなる具体的な形態または特徴あるいはそれらの組み合わせにも限定されるものではなく、また、開示されるシステム、方法、および装置は、いかなる具体的な利点または解決される問題を必要とするものでもない。
【００１４】
開示される方法のいくつかの動作は、説明の便宜のために具体的な連続的な順番で説明されるが、この説明の手法は、具体的な文言で特定の順序が要求されない限り、再配列することを包含することを理解されたい。たとえば、連続的に説明されている操作は、いくつかの場合、再配列できまたは同時に実行できる。さらに、単純化のために、添付の図面は、開示されるシステム、方法、および装置が他のシステム、方法、および装置とともに用いることができる様々な方法を示しているのではない。さらに、説明は、開示される方法を説明するために、ときどき、「生成する」および「提供する」のような語を用いる。これらの用語は、実行される実際の操作の高レベルの抽象化である。これらの用語に対応する実際の操作は、具体的な実装に応じて変化し、当業者に容易に認識される。
【００１５】
本明細書において、本開示の装置または方法について言及される動作の理論、科学的原理、または他の理論的な説明は、よりよい理解のために提供されており、範囲を限定することを意図するものではない。特許請求の範囲の請求項における装置および方法は、そのような動作の理論により説明されるように機能する装置および方法に限定されるものではない。
【００１６】
はじめに
組織の相補的な複数モードのコントラスト生成は、特定の分子または組織の化学的性質のための局所的なプローブとともに、訓練を受けた医師に馴染みのある明視野コンテキストで表現される、解剖学的および形態学的な組織のコンテキストの可視化を可能にする。複数モードコントラストは、情報が相補的に提供される限り複数の軟組織およびプローブ検出の相互作用をレバレッジする。病理学的決定のための準備された組織は構造的な光学活性を備え、また、特定のプロトコルにより生成されるおよび光学的性質は、適切なイメージング装置と組み合わせたときに有用なコントラスト特定を生成するように最適化される。
【００１７】
非蛍光構造の画像コントラストは、ホルマリン固定パラフィン包埋および冷凍組織における自動染色プロトコルに用いられるもののような、特定の組織準備スキームにより処理または保管された光学活性要素を通じて提供することができる。この増強された光学活性は、ディジタル的に記録することができ、人工的な明視野コントラストで表現され、細胞外マトリックス、核小体、および細胞膜のような構造を可視化および強調することができる。そのような可視化能力は、組織内の病理学的条件の異常な成長パターンおよび形態学的特性を診断するのに用いられる。準備される組織の光学的、活性度、または化学的特性は、連続的または並列的に記録され、可視化のために明視野画像コントラストにディジタル的に変換され、これは本明細書では「疑似明視野」と称する。
【００１８】
代表的な画像化された構造は、病理学的な優位性に関するものであり、また、医師による組織のスクリーニング、初期癌および癌の病状の診断に用いることができ、また、他の診断目的に用いることもでき、処置の有効性の評価に用いることもできる。染色されていないセクションまたは特別に染色されたセクションにおいて、形態学的構造および解剖学的なコンテキストなどは、従来の透過光明視野検出または蛍光検出のような単一モードコントラスト手法では実用的には不可視であることがある。相補的な複数モダリティイメージング手法は、医療に関連する構造情報を生成することができ、また、この情報を、従来の光吸収染色を使用することなく、容易に解釈できる形式で表示させることができる。１つ以上のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体により提供されるコンピュータで実行可能な命令の１つ以上のセットの使用に基づいて、定量的評価値を測定および記録することができる。形態学的マトリックスは、同一の組織に含まれているそのような形態学的特徴を分子の情報に相関させるのを増強することができる。このアプローチは、現在進行中の病気の状態を分類する労力を助けることができ、また、処置の効果を監視することができる。組織セクションのディジタル複数モダリティ画像は、同時に取得することができ、また、相補的な特徴要素のための識別できる色を用いて表現することができ、また、ほぼリアルタイムによる病理学医または他の医療者による検査のために提供または他の方法で記録、伝達することができる。そのような方法は、高度に複雑な組織に基づく診断の発展を促進し、また、医師の医療的トレーニングおよび従来の組織学的染色による経験を増強することを可能にする。免疫組織化学、ＤＮＡハイブリッド形成、ｍＲＮＡハイブリッド形成プローブ、レクチン、および質量分析または他の分析からのものを含む分子データは、別個の組織セクションのために統合することができ、また、実践的な病理学に馴染みがあり適切な形態で迅速に報告することができる。
【００１９】
本稿で提供される例は、プロテイン構造の相補的なコントラストを備える画像を提供するためのデュアル照射経路、ＤＮＡ対比染色、医療診断および評価のための分子の特化したマーカーを用いる複数モダリティイメージング戦略を増強する。例示的なアプローチは、暗視野屈折率と蛍光コントラストの組み合わせを含み、これらの相補的なコントラストモードは、ディジタル的に表現され、医師に好まれる伝統的な組織学的染色品質から導かれる特別なカラーテーブルを用いて描写される。そのような組み合わせにより、ヘマトキシリンおよびエオシン（Ｈ＆Ｅ）のような伝統的な組織学的方法を用いる染色されたサンプルから得られるものに類似の、組織サンプルにおける複数カラーコントラストを提供することができる。そのような画像は、プロテイン、脂質または炭化水素抗原、ｍＲＮＡ、またはＤＮＡのための、発光、蛍光、散乱または吸収プローブ、電荷特性のためまたは質量分析イメージング（imaging mass spectrometry, ＩＭＳ）のためのプローブ、を用いるさらなる分子分析のために、関心領域を顕出させるのに用いることができる。本稿で例示される複数コントラスト照明コントラストスキームは、従来の組織学的手法において用いられる一般の染色／対比染色の組み合わせに適合する手法において、組織セクションのコンテキスト情報を提供することができる。便宜的に、画像を取得するために標本に導かれる光学放射ビームは、ここでは励起ビームと記載する。いくつかの例において、励起ビームは、標本の１つまたはそれ以上の部分に蛍光を発生させるために選択され、また、可視光波長であってもそうでなくてもよい。他の励起ビームは、直接視認するための少なくとも可視光波長の照射ビームを含む。また、励起ビームは、他のタイプの放射に基づくことができ、他の波長範囲および荷電粒子ビームまたは音響ビームを含むことができる。
【００２０】
いくつかの例において、そのような方法および装置は、ホルマリン固定パラフィン包埋組織において、蛍光in situ ハイブリダイゼーション（fluorescence in situ hybridization，ＦＩＳＨ）、免疫組織化学（immunohistochemistry，ＩＨＣ）、およびｍＲＮＡin situハイブリダイゼーション（mRNA in situ hybridization, ｍＲＮＡ−ＩＳＨ）用途に適用されてきた。量子ドット標識化ＦＩＳＨプローブ（Quantum dot(QDot)-labeled FISH probe）、ＱＤｏｔ標識化ＩＨＣプローブ、およびＱＤｏｔ標識化ｍＲＮＡ−ＩＳＨプローブは、組織の解剖学的構造コンテキストでのプローブ位置測定の可視化のために、複数モードコントラストおよびディジタル疑似明視野表現を用いて、組織上で特に検出された。典型的な例において、暗視野屈折率コントラスト画像、蛍光核染色により得られる対比染色画像、および蛍光ＱＤｏｔ検出を用いる１つ以上のプローブ画像が結合される。これらの例および他の例が以下で説明される。
【００２１】
代表的なイメージングシステム
好適なイメージングシステム１００の代表的な例が図１に示されている。蛍光励起光源１０２は、励起ビーム１０３を軸１０５に沿って波長依存ビームスプリッタ（ダイクロイック）１０４に伝達するように配置される。光源１０２は、典型的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、金属ハロゲンまたは他のアークランプであるが、他のインコヒーレント光源またはレーザーのようなコヒーレント光源を使用することができる。図１に示されるように、ダイクロイック１０４は、励起ビーム１０３を対物レンズ１０６に反射し、これが励起ビームを標本１０８に導く。典型的な例において、標本１０８は、１つまたはそれ以上の蛍光体で選択的に標識化され、これは励起ビーム１０３に応答して蛍光を生成する。蛍光の一部は、対物レンズ１０６により集められ、ダイクロイック１０４を通じて軸１１３に沿って随意選択のビームスプリッタ１１０に導かれる。ビームスプリッタ１１０は、蛍光の一部をカメラ１１２に導き、標本画像が記録され、また、コンピュータシステム１３０で可視化または解析される。蛍光の他の部分は、接眼レンズ１１４に導かれ、蛍光に基づいて標本１０８を直接的に視認できる。さらに、励起ビームが標本１０８に到達することを実質的に妨害するために、シャッタ１３２または他のビーム調整器を提供することができ、または、励起ビームが生成されないように、蛍光源を制御することができる（コンピュータシステムを介してまたは手動で）。励起ビームに使用される光の波長は都合により選択することができる。典型的な励起ビームは、主に光学放射を含み、これは、蛍光染料または標本に適用される任意の選択的なマーカーに関連付けられる蛍光体において蛍光を生成するのに好適な波長または波長範囲内のものである。典型的な励起ビームの波長範囲は、約３００ｎｍ−５５０ｎｍの間であるが、より短いまたは長い波長を使用することもできる。
【００２２】
蛍光イメージングシステムに加えて、円周傾斜暗視野照射を用いる屈折率コントラストイメージングシステムが提供される。図１の例において、標本内に屈折率の差または散乱部分が存在しない場合に、光束がＣＣＤカメラ１１２または接眼レンズに到達せず、屈折率の変化だけが現れるように、円周傾斜場照射１１７が選択される。同一の開口数の異なる拡大率の対物レンズを用いることで（許容角度）、または、補助的な拡大レンズを用いることで、複数の光学的な拡大において屈折率画像のための同一の照射最適化を用いることができる。照射場の屈折率または散乱にも続いてコントラストを形成する複数の戦略がある。そのような屈折率コントラスト画像は、本明細書では「暗視野」画像という。サブステージコンデンサシステム１１６は、傾斜場照射１１７を、励起ビーム１０３により照射される場所と実質的に同一の場所において標本１０８に伝達するように配置される。サブステージコンデンサシステム１１６は、ＬＥＤ、タングステンハロゲンランプ、アークランプ、または他の光源のような好適な光源を導くことができ、また、好適なビームを生成することができる１つ以上のレンズ、ミラー、フィルタ、偏光子、位相板、プリズム、環輪または開口を備える。図１の例において、傾斜場照射１１７は、注意深く寸法決めされた環輪により生成されるが、他の例においては、フィールド照射またはポイントスキャニング、ラインスキャニング、エッジ照射、または屈折コントラストを生成するのに設計される他の戦略への異なるアプローチを用いることができる。図１の例において、いわゆる「暗視野」照射が提供され、ここで、標本１０８により散乱または反射されるフィールド照射の一部だけが、対物レンズ１０６の開口数により集められ、カメラ１１２または接眼レンズ１１４に到達する。カメラ１１２および接眼レンズ１１４は、伝達された光の反射された部分に基づいて標本１０８の画像を形成するように配置される。典型的には、所望により、伝達される照射システム１１７は閉じられ、または、光源が不活性化され、伝達照射から独立して蛍光ベース画像が取得または視認される。図１の例示的な顕微鏡システム１３０は、蛍光、暗視野屈折率コントラスト、または両者に基づいて、同時にまたは連続的に標本画像の記録および視認を可能にする。
【００２３】
図１に示されるような伝達される円周傾斜照射を用いて、中間面および異なる屈折率を備える標本部分の間の遷移に基づいてコントラストを生成することができる。典型的には、コンデンサシステム１１６は、伝達される光源を備える複合顕微鏡の伝達される光の経路に適切なサイズの環輪１１８を含む（また、従来のコンデンサに追加することができる）。このようにして、光を屈折および散乱させる構造は、光吸収カラー染料を使用することなく画像における区別できるコントラストを備える。伝達される照射波長は、たとえば、近赤外フィルタまたは他のフィルタ、あるいはフィルタの組み合わせによりスペクトルフィルタリングされ、同時に駆動する照射光源の両方での同一のデータ取得において、より長い波長で集められる伝達されたコントラストで蛍光プローブのスペクトル画像が得られる。一般に、屈折率フィールド照射は、記録のために好適な視覚画像を提供するように選択され、また、約４００ｎｍから９００ｎｍの間の波長範囲で選択される。しかし、この範囲内の異なるスペクトル領域を所望により用いることができる。他の例において、反射される暗視野照射は、傾斜照射および対物レンズが標本の同一の側に位置する場合に用いられる。
【００２４】
標本暗視野画像は、１つ以上のフィルタ、シャッタまたは一時的なモジュレーションあるいは他の励起ビームの妨害で蛍光をセグメント化することで得ることができる。いくつかの例において、蛍光ベース画像は、蛍光波長に調整された好適なフィルタおよび異なる波長範囲にフィルタさた屈折率コントラストで得ることができ、これらの異なる波長範囲は、異なるセンサに分離することができ、同一のセンサの異なる部分に導くことができ、または、連続的に記録することができる。暗視野照射の望まれない蛍光画像への寄与、またはその反対は、スペクトルフィルタリングにより低減することができ、また、暗視野照射場光路または蛍光の光路の閉鎖も可能である。さらに、暗視野画像および蛍光画像は、別個にまたは同時に見ることができる。
【００２５】
カメラ１１２は、典型的には、単色の電荷結合装置（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）カメラであるが、他の画像センサ、電子増幅ＣＣＤ（ＥＭＣＣＤ）および増強ＣＣＤ（ＩＣＣＤ）センサを用いることもできる。ＣＣＤおよび／または接眼レンズに到達する光学放射を調整するために、波長フィルタ、分散素子、位相板、プリズム、偏光子、調整可能な光学結晶、および他の光学および電子光学手法を用いることができ、１つ以上の選択された波長範囲で対応する単色画像を生成する。いくつかの場合、カメラ１１２に到達する蛍光は、複数の波長ビンにスペクトル分解することができ、対応する複数の蛍光画像を解析のために取得することができる。スペクトル分析は、複数の吸収性のまたは反射性のフィルタ、プリズム、または回折格子により実行することができ、これらは蛍光の光路内に挿入される。一般に、スペクトル分解能は、コンピュータシステム１３０の制御下でまたは手動で挿入される、干渉性、分散性、または吸収性の光学システムを用いて達成することができる。受け取った光束強度に関連する値を備える画素の１次元、２次元、または３次元で画像が記録されると（蛍光またはコントラスト照射の他のモードから）、所望により、画像は他のフォーマットおよび複雑なデータ構造で記録することができる。説明の便宜のために、画像は、顕微鏡または他の観察装置を通して医療者により視認される、構造化されたアレイの２−Ｄマッピングを参照し、また、記録される画像は、ＣＣＤまたは他の画像センサにより受け取られた画像に基づいて記録、処理、および／または表示されるデータ値を参照する。
【００２６】
上述したように、複数のスペクトル画像は、蛍光および伝達照射または両者に基づいて取得することができる。画像の各ピクセルのスペクトル情報を集めることができ、得られたデータはスペクトル画像処理ソフトウェアで解析される。電子的および連続的に選択可能である異なる波長における強度を示す一連の画像が引き出され、そのようなデータを処理するために設計される解析プログラムで評価される。いくつかの例において、複数の蛍光信号および／または光学コントラストモダリティからの定量的な情報は同時に評価することができる。
【００２７】
画像センサ１１２は、コンピュータシステム１３０に連結され、コンピュータシステム１３０は、キーボード１５２、処理装置１５４、およびディスプレイ１５６を含む。いくつかの例において、ジョイスティック、マウス、またはディジタルタブレットのような１つまたはそれ以上の追加のユーザー入力装置、および、プリンタまたはディスプレイのような１つまたはそれ以上の追加の出力装置が提供される。処理装置１５４は、典型的には、マイクロプロセッサを含み、また、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスク、フロッピーディスク、コンパクトディスク、ディジタルビデオディスクのような１つ以上のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体を含み、これらは、画像データ記憶し、また、画像および画像データの記録、伝達、解析、処理のためのコンピュータで実行可能な命令を記憶する。典型的な例において、コンピュータシステム１００は、ワイヤネットワークまたはワイヤレスネットワークを介して１つまたはそれ以上のコンピュータシステムに連結され、また、いくつかの例において、インターネットに接続される。画像処理操作は、単一のコンピュータシステムで実行することができるが、いくつかの例において、１つまたは複数の画像データは、複数のコンピュータシステムで処理され、これらは、共通の場所またはネットワーク上に分散されて配置することができる。ラップトップコンピュータが便利であるが、デスクトップコンピュータ、ワークステーション、手持ちのコンピュータ、ネットブックコンピュータ、または他の装置のような他の計算装置を画像取得および処理のために使用することもできる。いくつかの例において、画像データが処理され、表示することなく標本評価を提供することができ、評価はネットワーク接続を介して通信され（たとえばＥメール）、プリンタへ送られ、または、携帯電話ネットワークを用いてテキストまたはマルチメディアメッセージとして伝達される。
【００２８】
画像システム１００は、好適なイメージングシステムの一例である。他の例において、蛍光励起源１０２およびカメラ１１２、接眼レンズを再配置することで、屈折式または反射屈折式の対物レンズを対物レンズ１０６の代わりに用いることができ、ショートパスフィルタをロングパスフィルタ１０４の代わりに用いることができる。いくつかの例において、画像の記録または画像の視認のためにカメラまたは接眼レンズだけが提供される。所望により、光学軸を曲げるために追加的なミラーまたはプリズムを用いることができる。位相マスク、位相コントラスト、Rottermanコントラスト、傾斜照射コントラスト、Rheinbergコントラスト、干渉コントラストスキーム、適応光学系、レーザースキャニング、時間または周波数ドメインライフタイムイメージング、構造化照射、光スイッチ可能なプローブ、偏光および非等方性、二次高調波イメージング、２フォトン励起を用いる複数モードコントラストのための異なる戦略、および他の戦略を採用することができる。標本位置決めハードウェアは、説明の便宜のために図示されておらず、また、多くの例において、デュアル接眼レンズを備える両眼の視認が提供され、また、好適なフィルタおよびビームスプリッタが提供され、異なる画像出力装置が、複数コントラストモダリティ、偏光状態、または波長幅の１つにだけ関連する画像光束を受け取る。追加のフィルタ（反射式または吸収式）を提供することができ、典型的には、カメラ１１２または接眼レンズに到達する任意の励起光の大きさを低減し、または、視認または記録のための相対的な光強度またはスペクトルを制御する。
【００２９】
他の代表的なイメージングシステムが図１１に示されている。図１１に示されるように、暗視野およびＤＡＰＩ画像に対応する、屈折調整された光束１１０２ＡおよびＤＡＰＩ蛍光調整された光束１１０２Ｂを含む組み合わされた光束１１０２は、軸１１０３に沿って開口部１１０４を通ってコリメートレンズ１１０５に導かれる。コリメートされ、組み合わされた光束は、ダイクロイックミラー１１０６に入射し、これは調整された光束の一部（図１１の例においてはＤＡＰＩ調整光束１１０２Ａ）をミラー１１０８Ａ、およびＤＡＰＩ蛍光を選択的に透過させるフィルタ１１０７Ａに反射する。レンズ１１１０は、ＤＡＰＩ調整光束を受け取り、ＣＣＤまたは他の画像センサ１１１２の第１部分１１１２Ａ上に標本画像を形成する。ダイクロイックミラー１１０６は、長い波長の屈折調整ビーム１１０２Ｂを、ＤＡＰＩ蛍光および関連するＤＡＰＩ励起ビームを排除するように選択されるフィルタ１１０７Ｂに透過させる。ミラー１１０８Ｂは、調整光束１１０２Ｂをレンズ１１１０に導き、これは、ＣＣＤ１１２の一部１１１２Ｂ上に暗視野画像を形成する。ＣＣＤ１１１２は、コンピュータまたは他の処理装置に接続され、これは、ＣＣＤ１１１２からの画像データをメモリ内に保持することができ、また、画像データをモニタ１１１８または他のディスプレイに提供することができる。そのようなイメージングシステムで、暗視野画像および蛍光画像を同時に得ることができ、生画像として隣り合わせに表示でき、または、迅速に２つに分割してカラーマップし、モニタ１１１８でほぼリアルタイムで重ねることができる。図１１の構成は単に説明のためであり、標本の調整された屈折および蛍光の光束は分離することができ、他の配置において、あるいはより多くまたは少ない異なるコンポーネントを用いて画像形成に用いることができる。この画像は、ＣＣＤ１１１２上に並べることができ、または、明視野表現のコンテキストにおける結合される２色のオーバーレイをモニタ１１１８上に表示させるようにコンピュータ１１１３で処理することができる。図１１に示されるように、複数の光束（暗視野およびＤＡＰＩ）は、初期の光軸から逸らされるが、他の例においては、一方の光束が初期の光軸に沿って伝達されてＣＣＤ１１１２がそれに沿って位置するようにすることができる。暗視野画像およびＤＡＰＩ画像は、異なるレンズで生成することができ、これは、共通の拡大率または異なる拡大率を生成するように配置することができる。追加的なフィルタ、光源、および他のコンポーネントは、分子検出標識および他の組織コントラスト画像光束が提供され、１つ以上のＣＣＤまたは単一のＣＣＤ１１１２Ａ、１１１２Ｂの一部に結像されるように提供される。
【００３０】
カラールックアップテーブルおよび画像変換
図１のシステムは、蛍光または暗視野照射の何れかまたは両者同時に基づいて、複数モダリティの画像視認および画像取得を可能にする。取得画像は、図２に示される代表的な方法を用いて共通のコンテキストで標本の特徴を表すように処理することができる。ステップ２０２において、暗視野屈折画像が典型的には単色画像として記録され、ステップ２０４において、１つ以上の蛍光ベース画像が記録される。そのような蛍光ベース画像の数は、標本に適用される蛍光マーカーまたは染料の数およびタイプに依存させることができる。これらの画像は、蛍光マーカーの放出波長に対応する異なる波長バンドを使用することができる。いくつかの例において、異なる波長バンドは、重なることがあり、重ならないことがあり、またはそれらの両者であることもある。
【００３１】
ステップ２０４において、対応する蛍光体からの対応する蛍光に対応して、１つまたはそれ以上の蛍光ベース画像を取得することができる。異なる標本の特徴を現わす複数の蛍光ベース画像を取得するために、蛍光光の適切なスペクトルセグメント化を用いることができ、典型的には、蛍光検出マーカーに関連する特定のプローブに依存する。
【００３２】
複数の画像の取得に際して（それぞれが取得されるか、あるいは全てまたはいくつかが取得された後）、ステップ２０６において、１つ以上のカラールックアップテーブル（ＬＵＴｓ）が、単色画像の強度値に適用され、疑似カラー表現画像を生成し、これらの表現画像はステップ２０８において重ねられる。取得された重ね合わせ画像の１つ以上または全ての色合い、強度、彩度は、ステップ２１０において変換され、明視野のカラー構造の概観を備える画像を生成する。疑似カラーＬＵＴの典型的な応用は、単色画像のピクセルをグレースケールピクセル強度値に基づいてＲＧＢカラー強度値に関連付け、また、その逆である。また、そのような変換は、カラーコーディネートを変換し、相補的なカラーマッピングを生成する。一般に、画像変換は、大きなピクセル強度値を小さなピクセル強度値にマッピングする。たとえば、ピクセル強度値が８の強度値であらわされている画像において、強度値は、表１に示されるように再マッピングすることができる。
【００３３】
【表１】
0005540102.tif 000002
【００３４】
そのようなマッピングスキームは、他のビット深さ（たとえば、８ビット、１０ビット、１２ビット、１６ビット、その他など）にも拡張でき、また、与えられた色空間の異なる要素にも適用できる。
【００３５】
ステップ２１０において、暗く表示される画像値は明るく表示されるように変換され、明るく表示される画像値は暗く表示されるように変換される。ステップ２１０は、疑似明視野画像を生成するものと言うことができる。
【００３６】
画像変換のオーダーおよび疑似カラーＬＵＴは、必要に応じへ変更することができる。特定のカラーＬＵＴは、たとえば、暗視野画像が組織学的な染料に類似するカラーコントラストで表示されるように選択することができる。この戦略において、画像モードは、同一の構造を従来のＨ＆Ｅ染色のような従来の染色手順で生成される画像のように示すように注意深く選択される。ステップ２０８において、画像は、コントラスト要素のためのカラーマッピングまたは明視野表現への変換とともに、またはそれら無しで、重ねることができる。異なる構造をコントラスト表示する追加的なカラーマッピング画像は、ステップ２１２において、組み合わされた画像に適用することができる（典型的には組み合わされた画像に重ねられる）。組み合わされ、処理された画像は、ステップ２１４において記憶および／または表示することができる。これらのステップの１つまたはそれ以上は、便宜のために、省略、繰り返し、または他の順序で実行することができる。
【００３７】
多くの実際的な例において、複数モードコントラスト画像において、従来の組織学的な染色により生成される、特定の組織構造のカラーリングをシミュレートすることは有利となり得る。そのようなシミュレーションは、医師に馴染みのある分析的、診断的なセッティングを提供し、追加の情報を明らかにするための追加的な特定のマーカーと相関させることを可能にする。このシミュレーションは、光吸収染料の除去を可能にし、染色が他のマーカーの適用に干渉しないようにし、また、これらのマーカーにより発現される画像特徴の評価に干渉しないようにする。たとえば、屈折コントラストは、細胞外および膜プロテインを現わすのに用いることができ、ＤＡＰＩのような細胞核に特定の蛍光染色は、核クロマチン分布の詳細を発現させるのに用いることができる。したがって、エオシン（eosinophilicまたはprotein-specific）およびヘマトキシリン（核酸またはＤＮＡ-specific）に類似の手法で標本の特徴を明らかにするために、適切な画像処理とともに屈折／ＤＡＰＩの組み合わせを用いることができる。これらの画像が同一の標本について得られるので、それぞれの特徴は、空間的に記録することができ、また、分析の便宜のために表示される画像に取り込むことができる。最適化されたカラーマッピングを用いることができ、これは、好ましくは医療者に表示される画像が、医療トレーニングおよび経験におけるコンテキストにおいて関心のある特徴を最もよく明らかにすることを可能にする。そのようなカラーマッピングは、便宜的にＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ色空間で説明されるが、Ｈｕｎｔｅｒ１９４８Ｌ，ａ，ｂ色空間、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ色空間、ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ｕ＊ｖ、ＨＳＶ、ＨＳＩ、ＨＳＶ、ＨＳＢカラー、またはＲＧＢカラー、またはＣＭＹＫカラー値、またはＰＡＮＴＯＮＥ、ＭＵＮＳＥＬＬカラースケールを用いることもできる。
【００３８】
図３は、標本イメージングの代表的な方法３００を示し、これは、屈折率コントラストおよびＤＡＰＩ蛍光に基づく標本の特徴の試験を可能にする。ステップ３０２において、典型的には単色ＣＣＤカメラを用いて、標本における屈折コントラストのグレースケール強度マップ画像を記録する。ステップ３０４において、ＤＡＰＩ蛍光ベースの標本のグレースケール強度マップ画像が記録される。両方の画像を取得するのにカラーフィルタが用いられ、画像は、単色ＣＣＤ上のグレースケース画像としてピクセルのアレイにおいて強度値として記録される。ステップ３０６において、屈折率コントラスト画像は、白色光伝達照射のもとでのエオシンカラー吸収で生成される画像に類似の外観を備えるように、処理およびカラーマッピングされる。エオシン染色は、典型的には、細胞外マトリックスおよび膜におけるプロテイン部分の画像コントラストを生成する。いくつかの例において、ステップ３０６は、処理される画像が、医療者に主観的に好まれるＣＩＥ  Ｌ＊ａ＊ｂ色空間に定量化および変換されるエオシン染色に基づく外観を備えるように構成される。これらの好ましいカラーマップは、医療者のグループまたは個人の医療者に基づくようにすることができる。便宜的に、ステップ３０６により生成される画像は、変換された画像として説明する。エオシン染色に基づく処理に関して、そのような画像は、エオシン変換画像と言及する。そのような変換された画像は、表示される画像、記録される画像、またはその両者とすることができる。
【００３９】
ステップ３０８において、ＤＡＰＩ記録画像は、処理され、白色光伝達照射におけるヘマトキシリン吸収に類似の外観に関連する画像を生成する。上述したように、この画像は、個別のまたはグループの好みに基づいて生成するようにすることができ、または、定量的なスペクトルカラー測定値およびディジタルカラー空間へのマッピングを用いてマッチングすることができる。ステップ３０８で得られる画像は、変換された画像または、ヘマトキシリン変換画像と言及されることがある。
【００４０】
変換画像は、典型的には、１つまたはそれ以上のカラーマップまたは特化されたルックアップテーブル（ＬＵＴｓ）を用いて生成される。画像は、一般に、変換画像が、相補的なカラー、変換された飽和度を備える画像、色合いおよび／または値を備えるように疑似カラー化されて変換される。組み合わされた画像は、ステップ３１２において、たとえば追加により相補的画像を結合することで生成され、ステップ３１４において表示または他の方法で解析される。
【００４１】
図３の方法は、図１０Ａ−１０Ｅに示される人間の前立腺標本画像に関して説明されている。図１０Ａ−１０Ｂは、それぞれグレースケール屈折コントラストおよびＤＡＰＩ蛍光コントラスト画像である。図１０Ｃ−１０Ｄは、それぞれ、図１０Ａ−１０Ｂの画像に基づく、エオシン変換画像およびヘマトキシリン変換画像である。図１０Ｅは、図１０Ｃ−１０Ｄの変換画像を結合させることで得られるマージ画像である。図１０Ｃのエオシン変換画像および１０Ｄのヘマトキシリン変換画像は、カラーＬＵＴおよび画像変換の適用により得られる。
【００４２】
ヘマトキシリンおよびエオシン染色組織の医師に好まれる色空間が得られ、好ましい画像外観を生成するように、屈折画像およびＤＡＰＩ対比染色の疑似カラーマッピングにより緊密にマッチさせる。そのようなカラーマッピングが図９に示されている。図９を参照すると、ＣＩＥ  Ｌ＊ａ＊ｂ色空間９００は、ａ＊−軸９０２、ｂ＊−軸９０４、およびＬ＊−軸９０６を含む。ＣＩＥ  Ｌ＊ａ＊ｂ座標系は、色空間９１０上に位置するように示されている。典型的には、カラーアーク９１２、９１４は、それぞれ、屈折率コントラスト（エオシン類似）、およびＤＡＰＩ蛍光コントラスト（ヘマトキシリン類似）に割り当てられている。組織におけるヘマトキシリンおよびエオシンによる白色光の吸収に類似するコントラストを生成するのに、カラーアーク９１２、０１４を選択することは有益である。カラーマッピングは、測定された強度（Ｌ＊−値）に基づいてａ＊，ｂ＊座標系を割り当てることで提供することができる。カラーアーク９１２は、カラー球体９１０の経度アークに対応し、これは、−ｂ−軸から約３０度の角度である。カラーアーク９１４は、カラー球体９１０の経度アークに対応し、これは、−ｂ−軸から約６０°である。他のアークを同様に使用することができる。選択される組織タイプにおけるＨ＆Ｅ染色様のコントラストを生成する、代表的な座標系の範囲は、下の表２に概要が示される。
【００４３】
【表２】
0005540102.tif 000003
【００４４】
計算環境
図１６および以下の説明は、本稿で説明される方法を実行するように構成されるソフトウェア（コンピュータプログラム）のための好適な計算環境の概略的、一般的な説明を提供する。これらの方法は、プログラムモジュール内に構造化されるコンピュータで実行可能な命令として実装することができる。プログラムモジュールは、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、およびデータ構造を含み、これらは、タスクを実行し、以下で説明される技術を実行するためのデータタイプを実装する。
【００４５】
図１６はデスクトップコンピュータの典型的な構成を示しているが、本発明は、他のコンピュータシステム構成、マイクロプロセッサベースのまたはプログラム可能な市販の電子機器、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ等において実装することができる。また、本発明は、分散計算環境において使用することができ、性能を増強するためにタスクは並列的に処理装置により実行される。たとえば、異常候補の特徴の測定に関するタスクは、複数のコンピュータ、単一のコンピュータ内の複数のプロセッサ、またはその両者で同時に実行することができる。分散計算環境において、プログラムモジュールは、ローカルメモリ記憶装置またはリモートメモリ記憶装置の両者に配置することができる。
【００４６】
図１６に示されるコンピュータシステムは、本稿で説明される技術を実装するのに好適であり、また、処理ユニット１６２１、システムメモリ１６２２、システムメモリ１６２２および処理ユニット１６２１を含む様々システムコンポーネントを相互接続するシステムバス１６２３、を備えるコンピュータ１６２０を含む。システムバスは、任意のいくつかのタイプバス構造を有することができ、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、およびバス構造を用いるローカルバスなどを含む。システムメモリは、読取専用メモリ（ＲＯＭ）１６２４およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１６２５を含む。非揮発性システム１６２６（たとえばＢＩＯＳ）は、ＲＯＭ１６２４内に記憶することができ、起動時のようなパソコン１６２０内のエレメント間の情報伝達のための基本的なルーチンを含む。パソコン１６２０は、さらに、たとえば、取り外し可能なディスクに読み書きするために、ハードディスクドライブ、取り外し可能なメモリ（サムドライブ、ｔｈｕｍｂ  ｄｒｉｖｅ（登録商標））、磁気ディスクドライブのような１つまたはそれ以上の他のコンピュータ読取可能な記憶装置１６３０を含むことができ、また、たとえばＣＤ−ＲＯＭディスクの読み出しまたは他の光学メディアへの読み書きのための光学ディスクドライブを含むことができる。ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、および光学ディスクドライブは、それぞれ、ハードディスクドライブインターフェース、磁気ディスクドライブインターフェース、および光学ドライブインターフェースにより、システムバス１６２３に接続することができ、または他のいくつかの方法で接続することができる。ドライブおよびそれらに関連するコンピュータで読み取り可能なメディアは、パソコン１６２０のためのデータ、データ構造、コンピュータ実行可能な命令（ダイナミックリンクライブラリおよび実行ファイルのようなプログラムコードを含む）等の揮発性保存を提供する。上記のコンピュータ読取可能なメディアの説明は、ハードディスク、取り外し可能な磁気ディスク、およびＣＤについて言及したが、コンピュータで読み取り可能な他のタイプのメディアを含むことができ、磁気カセット、フラッシュメモリカード、ディジタルビデオディスク等を含むこともできる。
【００４７】
オペレーティングシステム、１つ以上のアプリケーションプログラム、他のプログラムモジュールおよびプログラムデータを含む多数のプログラムモジュールをドライブおよびＲＡＭ１６２５内に保存することができる。ユーザーは、キーボードまたはマウスのようなポインティング装置のような１つ以上の入力装置１６４０を通して、パソコン１６２０に命令および情報を入力することができる。他の入力装置は、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、衛星用アンテナ、スキャナ等を含むことができる。これらおよび他の入力装置は、しばしばシステムバスに連結されるシリアルポートインターフェースを通じて処理ユニット１６２１に接続されるが、パラレルポート、ゲームポート、イーサネット、ＩＥＥＥ１３９４、ギガビットイーサネット、カメラリンク、またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）のような他のインターフェースには接続しないようにすることができる。モニタまたは他のタイプのディスプレイ装置のような１つまたはそれ以上の出力装置１６４５を、ディスプレイコントローラまたはビデオアダプタのようなインターフェースを介して、システムバス１６２３に接続することができる。モニタに加えて、典型的には、パソコンは、スピーカおよびプリンタのような他の周辺出力装置（図示せず）を含むことができる。
【００４８】
典型的には、ワイヤレス接続、ワイワ接続（たとえばイーサネット接続）のような１つ以上の通信接続部１６５０が設けられ、パソコン１６２０が通信ネットワークを介して通信できるようにする。さらに、パソコン１６２０は、様々な入力装置、出力装置、メモリおよび記憶媒体を含むが、いくつかの例において、いくつかのコンポーネントはネットワークを介したアクセスのためにリモートに配置される。たとえば、上述したように取得される処理された画像データは、表示、評価、および医療者によるさらなる処理のために、ネットワークなどを介して遠隔ターミナルまたは処理システムへ送ることができる。また、データ記憶媒体をリモートにすることもできる。パソコン１６２０は、データをメモリに記録し、データを本稿で説明される方法に沿って処理し、処理されたデータをローカルモニタに表示するように構成することができる。しかし、これらの機能は、必要に応じて異なる場所における異なる処理ユニットにより実行することができる。
【００４９】
上述のコンピュータシステムは、単なる例示として提供されている。本技術は、広範囲の他の構成において実装することができる。さらに、処理画像データを収集および解析する広範囲の異なるアプローチが可能である。たとえば、適切に、データが収集され、特性が測定され、色付けられ、明視野コンテキスト画像を提供するために処理され、異なるコンピュータシステム上に記憶および表示させることができる。さらに、様々なソフトウェアアスペクトをハードウェアに実装することがで、また逆も可能である。
【００５０】
組織解析および組織処理の最適化
組織学的プロトコルは、顕微鏡試験のために、組織構造を保護し、関心構造間のコントラストを増強することを意図している。これを達成するために、多くのアプローチを使用することができ、また、組織学的に用いられてきた。組織の固定は、様々な化学処理を含むことができ、限定するわけではないが、例として、ホルマリン、ブアン固定液、エタノール、グルタルアルデヒド、低温保存、マイクロ波、熱、アセトン、酸の使用、アルカリ溶液、洗浄剤、重金属および多くの他のクロスリンク剤または保存剤を含む。これらの異なる化学処理は、詳細を現わし、細胞および組織構造を保存し、ラべリングおよび抗原回復、また、病理学のための単一モードイメージングにおけるコントラストを増強するための努力のような他の目的のために用いられてきた。また、浸透させ、組織を固定し、構造の支持を提供するために用いられる材料、検鏡用切片作成法および超微小切片作成法は光学特性に寄与する。後の処理、染色、取付の戦略は、全て複数モードイメージングの光学的および化学的特性に寄与する。これを念頭に、複数モダリティイメージングパラメータを最適化する研究が行われ、組織病理学に一般に用いられる具体的な固定、埋め込み、ラべリング、および取付に特化した適切なイメージングモダリティを選択する研究が行われる。これは、なされる、異なる従来の手法を通じて準備された保管された組織を用いてなされ、また、画像品質を増強させるためのイメージングパラメータを調整することでなされる。
【００５１】
イメージングモダリティへの組織準備プロトコルを最適化する逆のアプローチも実行される。画質は、組織準備、ラべリング剤、イメージング装置の間の共同作用であり、複数モードイメージング戦略は、これを考慮に入れている。したがって、組織および保存、準備の方法は、光学または化学イメージングシステムの一部として考慮される。多くの重要な物理的および化学的ステップが組織病理学のための組織の処理に含まれる。自動化される組織処理の原理フェーズは、画質にインパクトを与える処理パイプラインにおける多くのパラメータを表す。相補的な情報を生成する特定のイメージングモダリティを最も増強するために、組織処理、ラべリング、取付の光学的および化学的品質は、注意深く制御されなければならない。特化された染色および試薬・化学作用の一貫性のために自動化装置および最適化されたプロトコルの使用は、コントラストおよび相補的なイメージングモダリティ間の構造／化学的分析の品質において有意な前進を可能にするために用いられる。本稿で説明される例のコンテキストにおいて、組織準備の方法、ホルマリン固定によるプロテインクロスリンク、パラフィン内への包埋、脱パラフィンステップ、核クロマチンの保護、対比染色、特定の分子プローブ、取付剤、組織準備に用いられるガラスなどの組織準備の方法は、全てイメージングの複数のモードに寄与するように用いられる。例においてイメージングの複数モードは、屈折コントラスト品質および蛍光信号および／または分子質量分解能を含む。
【００５２】
代表的なプローブ
複数モダリティコントラストに基づく疑似カラー明視野表現画像は、追加的な様々な信号生成方法を用いる検出スキームと組み合わせることができる。いくつかの代表的なプローブが説明されたが、開示される技術はこれらの例に限定されない。１つまたはそれ以上の関心ターゲットを特定にバインドするように構成されるいくつかのプローブは、光吸収、放射、蛍光寿命、化学ルミネセンス、電子的特性、化学的特性、光反応性（photoswichability）、断続光特性（intermittent blinking）、放射性特性、複屈折性、ラベルマス（label mass）のような多数の光学および化学−物理特性に基づいて検査される標識に関連付けることができる。
【００５３】
特定の結合部分および信号生成部分の共役のような信号を生成する部分を含む共役は、生物学的サンプル内の特定のターゲット分子を検出するのに用いることができる。信号生成部分は、検出可能なターゲットの存在および／または位置を示す信号を提供するために用いられる。信号生成部分の例は、非限定的な例として、ホースラディッシュペルオキシダーゼ、アルカリリン酸塩、酸ホスファターゼ、グルコースオキシダーゼ、βガラクトシダーゼ、βグルクロニダーゼ、βラクタマーゼのような酵素を含む。
【００５４】
信号生成部分が酵素を含む場合、クロマグネティック化合物、蛍光化合物、発光化合物は、検出可能な信号を生成するために用いることができる。クロマグネティック化合物の具体例は、di-aminobenzidine (DAB), 4-nitrophenylphospate (pNPP), fast red, bromochloroindolyl phosphate (BCIP), nitro blue tetrazolium (NBT), BCIP/NBT, fast red, AP Orange, AP blue, tetramethylbenzidine (TMB), 2,2'-azino-di-[3-ethylbenzothiazoline sulphonate] (ABTS), o -dianisidine, 4-chloronaphthol (4-CN), nitrophenyl-β-D-galactopyranoside (ONPG), o-phenylenediamine (OPD), 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-galactopyranoside (X-Gal), methylumbelliferyl-β-D-galactopyranoside (MU-Gal), p-nitorphenyl-α-D-galactopyranoside (PNP), 5-bromo-4-chloro-3-indolyl- β -D-glucuronide (X-Gluc), 3-amino-9-ethyl carbazol (AEC), fuchsin, iodonitrotetrazolium (INT), tetrazolium blue and tetrazolium violet  などである。
【００５５】
検出可能な共役の一つのタイプは、抗体および蛍光団の共有結合の共役である。蛍光団により吸収される波長の共役に向けてフォトンを導くことは、検出される蛍光を励起し、また、抗体の定性分析、定量分析、および／または位置特定のために用いられる。本明細書で説明されるいくつかの例は、半導体ナノ結晶（あるは量子ドットまたはＱＤｏｔとも称される）に基づく。量子ドット生物共役は、最も明るい従来の染料と比較できる量子出力により特徴付けられる。追加的に、これらの量子ドットベースの蛍光団は、従来の染料よりも１０倍から１０００倍の光を吸収する。量子ドットは、典型的には、安定な蛍光団であり、しばしば光退色に耐性があり、また、広範囲な励起、波長、および狭い放射スペクトルを備える。特定の波長における放射のような特定の放射特性を備える量子ドットを選択することができ、複数の異なる放射特性を備える複数の異なる量子ドットが複数の異なるターゲットを同定するのに用いられるようにする。量子ドットからの放射は、狭くまた対称であり、これは、多くの色が同時に用いられるという事実にも関わらず、他の色との重なりを最小化されることを意味し、隣接する検出チャネルへの最小の漏れ、減衰されるクローストークを生じさせる。対称なおよび調整可能な放射スペクトルは、粒子のサイズおよび材料組成により変化し、これは、実質的なスペクトルの重なりなく、柔軟で緊密な異なる量子ドットの間隔決めを可能にする。さらに、これらの吸収スペクトルは広く、これは、全ての量子ドットカラーバリアントを、単一の励起波長を用いて励起できるようにし、それによりサンプルの自発蛍光を最小化する。量子ドットは、量子閉じ込めによるサイズに依存する電子的および光学的特性を示すナノスケール粒子である。量子ドットは、たとえば、半導体材料（たとえば、カドミウムセレン化物、および鉛硫化物等）および晶子等（分子ビームエピタキシーを介して成長される）から構成されてきた。
【００５６】
様々な表面化学特性および蛍光特性を備える様々な量子ドットは、Invitrogen Corporation, Eugene, ORから商業的に入手可能である。（たとえば、米国特許第６８１５０６４号明細書、米国特許第６６４９１３８号明細書を参照。これらは参照により本明細書に組み込まれる。）量子ドットは、関心ターゲットのために選択される結合部分に結合され得る。ターゲットへの結合の後、量子ドットは、たとえば、蛍光特性、吸収特性、励起特性、または蛍光寿命などに基づいて検出できる。
【００５７】
複数プローブを備える複数モードコントラストイメージングに適用できるコントラスト薬品の多くの例を使用することができ、上述した量子ドットに基づくタグを含み、また、イメージング質量分析のために構成されるタグは非常に有用である。これらのいわゆる「マスタグ（mass tag）」は、１つまたはそれ以上の関心化学基または分子への特定の結合のために構成でき、また、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）質量分析または他の質量分析技術を用いて後に検出される。１つ以上のマスタグは、評価される、または、上述した屈折率コントラストおよび／または蛍光を用いて評価された組織セクションのような標本に適用できる。一例において、リガンドまたは抗体は、ターゲット分子への結合のために選択され、また、金のナノ粒子または他のナノ粒子に固定される。ナノ粒子上に存在するリガンドまたは抗体は、ターゲットプロテインに結合する。ターゲットへの結合の後、ナノ粒子上の小さな分子は、飛行時間型レーザー脱離イオン化法質量分析（LDI-TOF MS）により後に分析される。米国特許７２０２４７２号明細書は、ターゲットへの特定の結合のために連結される抗体を備える代表的なナノ粒子を開示している。このようにして、それぞれのナノ粒子に結合する対応する特定の抗体またはリガンドを提供することで複数の検体を検出でき、典型的には、各ナノ粒子は、異なる質量サインを提供する。いくつかの例において、米国特許出願公開第２００９／００８８３３２号明細書に説明されているような光開裂性マスタグでラベルされた抗体を用いることができる。他の例において、米国特許出願公開第２００２／０１５０９２７号明細書に開示されているように、プローブはマスモディファイアに連結され、このマスモディファイアは、酵素を用いて開裂され、解放されたマスモディファイアが検出される。他の例において、国際公開ＷＯ００／６８４３４号に開示されているような、リポソーム被膜の特定の結合オリゴが提供され、それぞれはＭＡＬＤＩにより分離できる特定の識別マスを備える。国際公開ＷＯ００／６８４３４号は参照により本明細書に組み込まれる。
【００５８】
代表例
いくつかの追加の例において、ホルマリン固定、パラフィン包埋された、Ventana Medical Systems (Tucson, AZ)プロトコルに従って準備された組織学的な組織セクションの画像が得られた。図４、５、６、１０、１２、１３、２０、２１の例において、組織セクションは、前立腺切除から得られ、半導体ナノ結晶量子ドット（ＱＤｏｔ）および蛍光染料4’,6-diamidino-2-phenylindole（ＤＡＰＩ）対比染色により蛍光in situハイブリダイゼーション（ＦＩＳＨ）のために処理される。ＱＤｏｔ検出およびＤＡＰＩ蛍光は、３７０±２０ｎｍの波長範囲の紫外励起ビームで生成することができる。そのような励起ビームは、ＤＰＡＩのようなＵＶ吸収核対比染色の同時の複合励起および複合ＱＤｏｔプローブに非常に好適である。例示のコントラストスキームにおける屈折率コントラストは、暗視野に対して明るく、また、光吸収染料に依存せず、蛍光コントラストの同時視認および記録を可能にする。
【００５９】
図１のような顕微鏡システムを用いるそのような標本の直接の視認は、顕微鏡の接眼レンズに直接的に取り付けられるロングパス（４１０ｎｍ）フィルタを用いる直接の可視化に有用であることが分かった。結果として視認される画像は、金／銀組織学的構造の中で青く見える核を含む。伝達される光の経路内に１つまたはそれ以上の波長のフィルタを用いて、直接的な視認のための追加的な色（たとえば黄色または赤）を導入することができる。いずれかの照明（蛍光または透過暗視野）により提供されるコントラストは、他方から独立して単一のコントラスト法でイメージングできるようにするために有利に遮断することができる。光源強度（励起ビーム、暗視野照明場）は、直接的な２色可視化または標準化された積分時間での単一のセンサでの記録のためのコントラストをバランスさせるように制御できる。代表的な組み合わされた暗視野（すなわち屈折）／蛍光コントラスト画像は、２色の重なりの明視野表現で図４Ｂに示され、従来のＨ＆Ｅ染料で生成した標本と同一の連続セクションの画像（図４Ａ）とともに示されている。図４Ｂの画像は、カラーＬＵＴおよび画像変換の両方に基づいている。染色されていない組織セクション（図４Ｂ）において視認できるデータのタイプは、従来のＨ＆Ｅ染色画像と同様な手法において、前立腺上皮内新生組織形成（ＰＩＮ）前立腺ガンにおける異常な成長パターンの存在（図２０、図２１）の診断に用いることができ、また、分子プローブ位置測定のために試験することもできる。さらに、明瞭な核小体のような追加的な特徴は、ＤＡＰＩ蛍光単体では現れない。したがって、このような組み合わされた画像およびその処理は、診断および処置に有利であり、従来の染色ベースの画像と同一の情報を提供するだけでなく、追加的な情報を提供することができる。
【００６０】
これらの例において、デュアルコントラスト（屈折暗視野および蛍光）画像は、連続露出により単色ＣＣＤで記録され、青色ＤＡＰＩ蛍光波長またはより長い波長の屈折コントラスト光束を選択するために干渉フィルタを用いた。図５Ａは、ＤＡＰＩ蛍光を用いた単色画像であり、図５Ｂは、暗視野照明による屈折コントラストで得られた単色画像である。図５Ａ−５Ｂの画像の組み合わせに基づく追加の画像、図５Ｃは、図５Ａ−５Ｂの単色画像を重ね、コントラストカラールックアップテーブル（ＬＵＴｓ）に基づいて疑似カラーマッピングを適用することで得られる疑似カラー画像である。図５Ｄは、図５Ｃの画像を変換および色付けした後の、図５Ｃに対応する画像である。図５Ｄの画像は、図５Ｃの「明視野表現」と称することができる。
【００６１】
図２を参照した議論したように、複数の蛍光画像を得ることができ、また、組み合わせることができる。疑似明視野法を用いて、ＤＮＡシーケンスに特化したプローブの位置特定し示す能力は、図１８で説明されるステップに従って準備されたＤＡＰＩ対比染色前立腺組織に対して、EGR gene break-part FISH分析のコンテキストにおいて、3’5’ EGR break-partプローブを用いて試験された。変換の前に、プローブ強度レベルに疑似カラールックアップテーブルを適用する能力、および、追加的なカラースキームを重ねる能力は、疑似明視野で表現された屈折コントラストおよびＤＡＰＩ対比染色画像とともに、同時に、少なくとも２つの蛍光プローブを同定する十分なコントラストを生成することが分かった。５６５ｎｍおよび６５５ｎｍにおけるＱＤｏｔプローブ位置決定の連続取得は、ＤＡＰＩ染色されたサンプルから得られ、屈折コントラストおよびＤＡＰＩ対比染色の蛍光とともに図６に示される画像を生成するために処理される。図６の挿入部として示されるように、そのような取得は、明視野表現、およびデュアルプローブＦＩＳＨ位置測定を可能にする（それぞれ５６５ｎｍおよび６５５ｎｍにおけるプローブ位置測定に対応する緑および赤の領域を指す矢印を参照）。この場合、プローブ強度は疑似カラー、疑似明視野屈折率／ＦＡＰＩコントラスト画像上に重ねられる。従来のＨ＆Ｅ染色で得られるこれらの画像に類似する画像特徴は、ＱＤｏｔプローブにより発現される追加の分子染色体再配列とともに視認できる。
【００６２】
他の例において、プロテインに特定の免疫プローブ（CD20抗原のためのQD565、およびKi67抗原のためのCD655）が、ＤＡＰＩ対比染色扁桃組織セクションに適用され、図７に示される画像が生成された。組織準備およびコントラストの最適化に用いられる包括されるプロセスステップが図１８に概略説明されている。暗視野屈折率画像およびＤＡＰＩ蛍光ベース画像が取得され、重ねられ、図７（１ａ−３ａ）に示されるように疑似カラー疑似暗視野画像で表現された。各プローブ検出のために免疫プローブ蛍光ベース画像が取得され、図７（１ｂ−３ｂ）に示されるようにコントラストカラーにおける蛍光画像のように互いに重ねられた。図７（１ｂ−３ｂ）に示されるように、ＱＤ５６５およびＱＤ６５５プローブによるプローブ位置測定画像は、それぞれ緑および赤に疑似カラー化された。図７（１ａ−３ａ）および図７（１ｂ−３ｂ）の画像は、最終画像を生成するために組み合わされ、図７（１ｃ−３ｃ）のように組織構造コンテキストにおけるプローブ位置を明らかにする。
【００６３】
さらなる例は、明視野コンテキスト上でプローブ位置測定を重ねるための２つの方法を説明する。図８Ａは、疑似明視野画像の追加的なオーバーレイであり、図７の画像を取得する際に用いられたＤＡＰＩ対比染色された標本上でＱＤ５６５およびＱＤ６５５プローブを用いる蛍光プローブ画像を備える。図８Ｂは、減算のオーバーレイであり、プローブ画像のカラーマップは、疑似Ｈ＆Ｅ画像から減算されている。減算オーバーレイは、光吸収染色で得られた画像により緊密に近似させることができ、コントラスト生成および多重画像オーバーレイに有利となり得る。
【００６４】
他の例において、図１９に示される画像を生成するために、mRNA-specific ISHプローブ（１８ｓリボソームＲＮＡのためのＱＤ６０５および、ＨＥＲ２ｍＲＮＡのためのＱＤ６２５）が、ＤＡＰＩ対比染色Calu-3 異種移植片組織セクションに適用された。組織準備およびコントラスト最適化のための包括されるプロセスステップが図１８に概略説明されている。暗視野屈折画像およびＤＡＰＩ蛍光ベース画像が取得され、重ねられ、図示のように疑似カラーおよび疑似明視野画像で表現され、また、各プローブ検出のために蛍光ベース画像が取得され、明視野コンテキスト表現とともに組み合わせられる。図１９に示されるように、プローブ位置測定画像は、ＱＤ６０５プローブおよびＱＤ６２５プローブは、それぞれシアン（黒の矢印）および黒（緑の矢印）で疑似カラー化された。それゆえ、図１９の最終画像は、組織構造コンテキスト上でプローブ位置測定を明らかにする。
【００６５】
ビデオレートイメージングを示すために、２色イメージング法が試され、図１１に概略説明されるものに類似するイメージングビームスプリッタを用い、ＤＡＰＩ放射波長をより長い波長の屈折コントラストから分離し、正確に同一の視野の２つの波長要素を単一の単色ＣＣＤセンサ上に隣り合わせに投影した。第２のビームスプリッタの使用は、２色チャネルの同時の画像取得を可能にし、コンピュータディスプレイへの流れを可能にし、カメラの積算時間および読み出し時間に必要とされる時間だけに限定されるシーケンスの一時中断の記録への流れを可能にする。図１２は、同時に取得された同一の組織セクションの隣接する屈折率（暗視野）画像（Ａ）およびＤＡＰＩ画像（Ｂ）を含む。
【００６６】
相補的複数モード画像を生成するのに用いられる区別できる波長バンドの単色強度捕捉の使用は、ＤＡＰＩ対比染色のための個別のグレースケール強度画像、伝達される暗視野画像、および１つ以上のプローブ測定への特化されたルックアップテーブル有利な応用を可能にする。最低ピクセル強度をＲＧＢ空間において白にマッピングし、最高輝度ピクセルを与えられた色合いの完全飽和にマッピングする方法が、ストリーミング画像の取得のコンテキストにおいて試された。この伝達された暗視野画像の代替表現は、様々な大きさにおいて実時間においてナビゲートすることができ、また、スナップショット画像を記録することができる。図１３は、図１２の隣接する画像に基づく２つのカラーのオーバーレイ（疑似カラーおよび画像変換）を含む。（この画像は図１２の画像に関して回転されていることに注意されたい。）そのような画像は、迅速に生成されて重ねることができ、組織構造および対比染色のカラー明視野視認の「ライブ」の知覚を可能にする。このアプローチは、ライブプローブのオーバーレイへ拡張することができ、複数センサを用い、または光を複数波長バンドの光に分割することで、単一のセンサの異なる領域へ投影することで、または、複数の波長が１つ以上のセンサに投影される複数のセンサの組み合わせることで行うことができる。暗視野屈折画像および蛍光画像は、代替的に、連続検出フィルタ、連続照射、スペクトルイメージング装置を用いることで記録することができ、Malikらにより１９９６年、Hoytらにより２００２年に説明されている。これらの文献は参照により本明細書に組み込まれる。または、単一ショットベイヤーマスクカラーカメラを用いることで記録することができる。
【００６７】
屈折率、蛍光、または他の方法を用いる光学ベースコントラストは、図１および図１１の顕微鏡システムに用いることができ、この方法で評価される標本は、質量分析装置におけるマスタグを用いるさらなる分析のために準備することができる。代表的な例において、コートされていない、また、マトリックスコートされたマウスの腎臓組織が標準質量分析イメージングプロトコルを用いて準備された。角対比染色は使用されなかったが、グロスセクション形態学、および組織の存在を、組織のエッジにおける屈折率の差に基づいて、また、蛍光検出光学サブシステムを用いて自己蛍光を検出することにより、イメージングすることも可能である。代表的なセクションは図１４に示されている。露出した組織エッジの屈折率は、このエッジが明るく見えるようにし、また青の自己発光が組織自身に関連つけられる。図１５は、質量分析のためにイオン化マトリックスを堆積させた後のマウスの腎臓組織の暗視野／自己蛍光画像の組み合わせを説明する画像を含む。マトリックス結晶は黄色に見え、自己蛍光は青に見える。これらの画像は、イオン化マトリックスの提供の後でも暗視野画像および蛍光画像を得ることができることを示している。
【００６８】
追加の議論
いくつかの開示された例において、暗視野屈折率コントラストおよび蛍光が同時に用いられ、蛍光核対比染料で染色された組織サンプルにおける複数モダリティコントラストを備える画像を生成する。このアプローチは、ＩＨＣ、ＦＩＳＨ、およびｍＲＮＡ−ＩＳＨのための多重分子特定プローブの使用おいて有利であり、同一の組織セクション上で、病理学的条件の決定のために、ＱＤｏｔ検出を備え、また、質量分析イメージングのために準備された組織をイメージングするのに用いることができる。この複数モダリティコントラストスキームは、Ｈ＆Ｅのような組織学的な明視野染色／対比染色の組み合わせのルーチンに類似する手法で、相補的な構造コンテキスト情報を提供することを実証している。屈折率コントラストを通じて視認される構造は、プロテインの部分を含み、また、そのような画像は、構造的な異常および病理学的に有意な公知の成長パターンを可視化することを可能にし、核小体、細胞外マトリックス、および細胞、核膜のような構造を含む。そのような構造に沿う蛍光照射は見えない。屈折率／蛍光コントラスを用いる可視化される特定の構造は、同一の組織セクション上の分子プローブ信号の観察のためのコンテキストを提供し、また、組織のスクリーニング、前ガンおよびガンの状態の診断において医師を支援する。暗視野屈折率コントラストは、特に有利であり、このアプローチは、暗視野に対して明るい特徴を提供し、光吸収染料を用いない。屈折コントラストは、特定の組織固定、埋め込み、および染色プロトコルを用いて準備される透明組織セクションにおけるガンマーカーの位置測定に用いられる複数蛍光放射プローブとの直接の組み合わせと両立できる。この方法は、ＱＤｏｔの定量的なスペクトルイメージングに組み合わされるときに、プローブ化学作用または定量化に干渉しない。屈折コントラストの照射波長を、プローブ放射から赤シフトされる波長に制限することにより、この照射法は、多重プローブのスペクトル画像データ取得のコンテキストにおいて同時に使用することができる。蛍光に組み合わされる屈折コントラストは、組織コンテキストのイメージングを可能にし、また、イメージング質量分析を意図する透明組織の病理学的状態のイメージングを可能にする。
【００６９】
組み合わされたコントラスト方法（屈折コントラストおよび蛍光）は、直接的に接眼レンズを通して、コントラストカラーにおいて同時に可視化することができる。さらに、２色画像データは、実時間出力のためのストリームにより記録および／または表示することができ、また、有利に関心領域のスナップショット記録をすることができる。単色カメラによる同時の複数波長取得を使用することは、暗視野屈折画像および蛍光核対比染色画像のストリーミンググレースケール強度画像に特化されたカラールックアップテーブルを適用する有利な手段を提供する。特定の組織タイプのコンテキストにおいて医師に好まれる知られたカラー値に対応する、ＣＩＥＬ＊ａ＊ｂルックアップテーブルの適用は、医師に対して、組織構造の表現をさらに洗練する。注意深い組織処理、複数モードコントラスト取得、および画像データ取得は、従来のヘマトキシリンおよびエオシン（Ｈ＆Ｅ）で染色された組織セクションから得られるものに類似する情報を提供することができる。そのような画像は、核内、細胞質、細胞外遺伝子、ｍＲＮＡ発現、プロテイン抗原マーカーに関連付けられるプローブベースの画像データ、および他の染色されない人間の組織への特定のプローブに関連付けられるプローブベースの画像データと組み合わせることができる。好適なカラーマッピングおよび画像変換を用いることで、画像データは、訓練された病理学従事者に馴染みのある方法で表現および表示され、また、同一の視野から、マススペクトルデータのような光学的に活性なまたは化学的に分解できるデータを、馴染みあるコンテキスト上に重ねることができる。
【００７０】
結論
上述したように、複数モダリティコントラストは、細胞および組織内で、保護、増強、および、発現される。これらのコントラスト要素は、透過白色光照明のもとで波長吸収染料を用いて生成された画像に類似する画像を生成するように組み合わせ、表現することができる。複数モードコントラスト画像は、特別な処理を通じて組織内に組み込まれた様々な光学特性および化学的特性を利用する。コントラストコンポーネントは、効果的にセグメント化され、同一の解剖学的構造および組織化学を明らかにするため組織学的に用いられる伝統的なコントラスト手法に基づいて、工学的カラースキームを用いて、ディジタル的に表現され、それにより、医療訓練および経験への関連性を提供する。結果として得られる構造コンテキストは、病理学決定に用いることができ、また、多重分子および化学マーカーのためのコンテキストを提供することができる。このアプローチは、このアプローチでなければ取得するのが困難または不可能な重要な相関情報を提供する。いくつかの例において、屈折率から得られる暗視野コントラストおよびＤＡＰＩ対比染色画像は、従来のＨ＆Ｅ染色で得ら得る画像に類似の画像を生成するように組み合わせられる。これらの複数モードデータ画像は、組織セクションの病理学的解釈において有効であるように示された。さらに、そのような複数モード画像データは、モニタへストリーミングすることができ、組織学サンプルのライブナビゲーションを可能にする。他の例において、この構造的コンテキストは、後に同一の組織セクション上に配置される、遺伝子ＤＮＡプローブ（ＦＩＳＨ）、ｍＲＮＡ表現のサイト（ｍＲＮＡ−ＩＳＨ）、および、免疫組織化学（ＩＨＣ）プローブ、の分子位置決定と組み合わせられる。また、複数モードコントラストは、質量分析のために準備された組織セクションの評価およびマッピングに用いることができる。
【００７１】
屈折コントラストは都合のよい例であるが、他の方法も同様に好適である。以下の表３は、病理学的決定のための分子情報に組み合わせられる有用な組織構造コンテキストを提供するために組み合わせることができる、相補的な情報を生成するのに用いることができるコントラストモダリティを記載している。表４は、組織上の免疫細胞化学、ＤＮＡ、およびｍＲＮＡプローブの分子ラべリングに用いられる、自動化される組織準備の本質的なフェーズを記載している。これらの標準化されたフェーズの詳細は、病理学的決定のための複数モードイメージングを可能にする光学的および化学的品質に影響を与える。
【００７２】
【表３】
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【００７３】
【表４】
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【００７４】
このようなコントラストモダリティを用い、診断方法は、組織内の医療診断を特徴付けるために２つまたはそれ以上のコントラストのモダリティを提供することを含み、２つ以上のコントラストのモダリティは、相補的な相関情報を提供し、また、２つ以上のモダリティは、組織レベルの構造、解剖学、または形態学に関するコンテキスト情報を提供する。典型的には、２つ以上のモダリティに関連付けられる画像は、医療訓練および医療従事者に馴染みのある手法で表現される（たとえば、疑似Ｈ＆Ｅ）。そのような画像（表現の前、途中、後）は、同時にまたは連続的に記録することができ、ディスプレイ上に表現するようにストリーミングすることができ、案内のために組織のライブでの可視化を可能にする。いくつかの例において、２つまたはそれ以上の独立した照明経路が用いられる。他の例において、伝達される暗視野屈折コントラスト画像が取得され、または、入射光蛍光コントラストで同時に処理される。いくつかの用途において、暗視野屈折コントラストは、用いられる光の波長を制限することによりセグメント化される。他の例において、入射光蛍光コントラストは、透過暗視野コントラストと同時に用いられる。
【００７５】
いくつかの例において、相補的なコントラスト画像は、２色以上で色付けされた要素において、接眼レンズを通して直接的に見るために提供され、またはディスプレイに向けられる。いくつかの場合、２つ以上の相補的なコントラストコンポーネントを単一の取得において得ることは好都合であり、また、単一のスペクトル取得における複数の照明経路の相補的なコンポーネントを同時に記録することは好都合である。いくつかの例において、相補的なコンポーネントは、同時に、波長をセグメント化し、および光学経路を分割することにより記録することができる。
【００７６】
他の例において、相補的なコントラストコンポーネントは、組織学的染色明視野コンテキストを提供するように表現され、典型的には、光吸収染色スライドの医師に好みから生成されるカラーマップに基づく。いくつかの例において、エオシン好性のプロテイン部分の屈折イメージングにエオシンのようなカラーマップが用いられる。典型的には、エオシンカラーマップが提供され、画像変換がこれに続く。追加的に、核酸部分の蛍光ＤＡＰＩイメージングにヘマトキシリンのようなカラーマップを用いることができ、これに画像変換が続く。これらおよび他の相補的なコントラストコンポーネントは、色付けすることができ、ストリーミングすることができる。変換されたエオシンカラーマップおよび変換されたヘマトキシリンカラーマップを提供することができ、組み合わされた画像を明視野コンテキストで表示することができる。
【００７７】
空間的に配置されたプローブ位置測定および化学マップは、構造的な明視野コンテキスト上に重ねることができ、プローブ位置測定は、構造的明視野コンテキスト上のプローブ位置測定および化学マップの視認のために割り当てられた色とすることができる。イメージングモダリティ、カラールックアップテーブル、変換、および標本準備は、病理学者の好みに基づく選択された画像表現を提供するように構成することができる。物理的、光学的、化学的な組織セクションの準備手順は、複数モードのイメージング戦略に従って構成することができる。同一の暗視野屈折照明セッティングに複数の光学倍率を用いることができ、また、後続のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析イメージングのための構造的コンテキストを提供するために、複数モード画像コントラストを用いることができる。
【００７８】
本明細書の上記の開示および例は、説明の便宜のためのものであり、技術的範囲を限定するものではない。添付の特許請求の範囲により包含されるすべてのものを特許として請求するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４Ａ−１４Ｂ】
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【図１５Ａ−１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図４Ａ−Ｂ】
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【図５Ａ−Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ−Ｂ】
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【図１３】
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