细胞分选装置及方法与流程

文档序号:25541870发布日期:2021-06-18 20:38

技术特征:

1.细胞分选系统,其包含:

成像装置,所述成像装置包括束扫描器,所述束扫描器沿第一方向扫描束以获得包括细胞的荧光信息或细胞图像信息的细胞图像数据,沿与所述第一方向成角度的第二方向将所述束施加至在通道中流动的所述细胞;

与所述成像装置通信的数据处理和控制装置,所述数据处理和控制装置包括处理器,所述处理器被配置为处理由所述成像装置获得的所述细胞图像数据,以从经处理的细胞图像数据中确定与所述细胞相关的一种或多种特性,并且基于所确定的一种或多种特性与分选标准的比较来产生控制指令,其中所述控制指令是在所述细胞在所述通道中流动过程中产生的,并且指示基于从所述细胞图像数据确定的一种或多种细胞属性所确定的分选决定;和

与所述成像装置以及所述数据处理和控制装置通信的细胞分选装置,所述细胞分选装置包括从所述细胞在其中流动的通道分支的两个或更多个输出路径,并且所述细胞分选装置被配置为基于所述控制指令将所述细胞导向至所述两个或更多个输出路径之一中。

2.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述分选标准是预定的,并且所述数据处理和控制装置与客户端装置通信,以从所述客户端装置接收附加指令来调整预定的分选标准。

3.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述成像装置还包括:

led光源,其被配置为提供led光以穿过所述通道中的所述细胞;

第一空间遮罩,其包括在所述第二方向上分开的两个或更多个狭缝并且被配置为获得在通道中流动的单元的行进速度,和

其中已经通过所述细胞的所述led光在到达产生光电流的光检测器之前穿过所述第一空间遮罩。

4.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述成像装置还包括:

第二空间遮罩,其被设置在所述束的像平面上,并且可操作为光学窗口以阻挡不必要的光。

5.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述束扫描器包括声光偏转器(aod)束扫描器。

6.根据权利要求5所述的细胞分选系统,其中所述aod束扫描器可操作地与激光源耦合,所述激光源被配置为将输入光导向所述通道中的所述细胞。

7.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述成像系统还包括物镜,所述物镜被构造为使所述通道内的输入光照射或辅助从由所述输入光照射的所述细胞捕获所述细胞图像数据。

8.根据权利要求7所述的细胞分选系统,其中,所述成像系统还包括一个或多个光导元件,所述光导元件包括二向色镜,所述二向色镜用于将所述输入光导向至所述通道,将由所述细胞发射或散射的光导向至所述成像系统的图像平面,或者将所述输入光导向至所述通道以及将由所述细胞发射或散射的光导向至所述成像系统的图像平面。

9.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述成像系统包括光电倍增管(pmt),以基于对所述细胞发射或散射的光的检测来产生相应的时域信号。

10.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述数据处理和控制装置的处理器还被配置为将从所述成像系统获得的所述细胞图像数据转换成初始二维细胞图像,并进行相移校正中的至少一个以校正由施加到所述束扫描器的信号与相应的激光束光斑之间的时间延迟引起的误差,或者进行图像大小调整操作以校正由所述细胞行进速度的影响引起的误差。

11.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述处理器还被配置为进行以下操作:

为细胞创建所述分选标准的参数分布的代表;

从用户装置接收用户定义的分选标准,所述用户定义的分选标准包括用于所选择的一组代表的阈值;和

显示满足所述用户定义的分选标准的细胞。

12.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述数据处理和控制装置的处理器是现场可编程门阵列(fpga)、图形处理单元(gpu)、或fpga和gpu的组合。

13.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述成像装置被配置为产生所述细胞图像数据,所述细胞图像数据包括与所述细胞的荧光信息相对应的荧光时域波形或与所述细胞的细胞图像信息相对应的光学透射时域波形,所述光学透射时域波形获自散射并透射通过所述细胞之后剩余部分的光。

14.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中与所述细胞相关的所述一种或多种特性包括以下中的一种或多种:所述细胞的特征或所述细胞上的特征的量或大小、附着于所述细胞的一个或多个颗粒、或所述细胞或所述细胞的一部分的特定形态。

15.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中与所述细胞相关的所述一种或多种特性包括所述细胞的生理特性,其包括细胞生命周期阶段、所述细胞对蛋白质的表达或定位、所述细胞对基因的表达或定位、所述细胞的损伤或所述细胞对物质或颗粒的吞噬。

16.根据权利要求1所述的细胞分选系统,其中所述分选标准包括细胞轮廓、细胞大小、细胞形状、核大小、核形状、荧光图案或荧光颜色分布。

17.用于分选细胞的方法,其包括:

通过扫描穿过所述细胞在其中沿第一方向行进的通道的束来获得细胞的时域信号数据,通过与所述第一方向成角度的第二方向扫描所述束;

将所述时域信号数据转换为二维细胞图像;和

处理所述二维细胞图像,以使用分选标准评估所述细胞的一种或多种特性,并产生控制指令,以基于从细胞在所述通道中流动过程中与所述细胞相对应的图像信号数据确定的一种或多种细胞属性,对所述细胞进行分选。

18.根据权利要求17所述的方法,其中所述二维细胞图像的处理包括:

为细胞创建所述分选标准的参数分布的代表;

从用户装置接收用户定义的分选标准,所述用户定义的分选标准包括用于所选择的一组代表的阈值;和

显示满足所述用户定义的分选标准的细胞。

19.根据权利要求18所述的方法,其中所述二维细胞图像的处理还包括在创建所述代表之前:

基于重建的二维细胞图像鉴定细胞的一种或多种特性。

20.根据权利要求19所述的方法,其中所述细胞的一种或多种特性包括以下中的一种或多种:所述细胞的特征或所述细胞上的特征的量或大小、附着于所述细胞的一个或多个颗粒、或所述细胞或所述细胞的一部分的特定形态。

21.根据权利要求19所述的方法,其中与所述细胞相关的所述一种或多种特性包括所述细胞的生理特性,其包括细胞生命周期阶段、所述细胞对蛋白质的表达或定位、所述细胞对基因的表达或定位、所述细胞的损伤或所述细胞对物质或颗粒的吞噬。

22.根据权利要求17所述的方法,其中所述分选标准包括细胞轮廓、细胞大小、细胞形状、核大小、核形状、荧光图案或荧光颜色分布。

23.根据权利要求17所述的方法,其中所获得的时域信号包括代表所述细胞的荧光信息的荧光时域信号和代表所述细胞的细胞图像信息的光学透射时域信号,所述光学透射时域信号是在所述光被散射之后剩余部分的光透射通过所述细胞而获得的。

24.根据权利要求17所述的方法,其还包括重建所述二维细胞图像,其中所述二维细胞图像的重建包括:

对所述二维细胞图像进行相移校正以校正由与所述束的扫描相关的时间延迟引起的误差。

25.根据权利要求17所述的方法,其还包括重建所述二维细胞图像,其中所述二维细胞图像的重建包括:

进行图像大小调整操作以校正由所述细胞行进速度的影响引起的误差。

26.根据权利要求21所述的方法,其中获得所述时域信号数据包括通过提供附加光源来获得所述细胞的行进速度,所述附加光源提供穿过第一空间遮罩的光,所述第一空间遮罩包括在所述第一方向上分开的两个或更多个狭缝。

27.细胞分选系统,其包含:

光源,所述光源被配置为将输入光导向沿第一方向在通道中流动的细胞;

束扫描器,所述束扫描器与所述光源可操作地耦合,并且被设置为朝向所述细胞扫描束,以获得所述细胞的细胞图像数据,所述细胞的细胞图像数据包括荧光或光透射信息以及细胞图像信息,所述束的扫描被配置为以相对于所述第一方向成角度的第二方向进行;

与所述束扫描器通信的数据处理和控制装置,所述数据处理和控制装置包括处理器,所述处理器被配置为处理由所述束扫描器获得的所述细胞图像数据,以检测与来自所获得的细胞图像数据的所述输入光的照射相关的图像特征,并且基于所检测到的图像特征与分选标准的比较来产生控制指令;和

与所述数据处理和控制装置通信的细胞分选装置,所述细胞分选装置包括从所述细胞在其中流动的通道分支的两个或更多个输出路径,并且所述细胞分选装置被配置为基于所述控制指令将所述细胞导向至所述两个或更多个输出路径之一中。

28.根据权利要求27所述的细胞分选系统,其中所述图像特征包括以下中的至少一个:多个被照射的颗粒、所述被照射的颗粒的大小、所述输入光的照射的空间分布、所述照射的密度、所述照射的暗度或所述照射的亮度。

29.根据权利要求27所述的细胞分选系统,其中所述分选标准是预定的,并且所述数据处理和控制装置与客户端装置通信,以从所述客户端装置接收附加指令来调整预定的分选标准。

30.根据权利要求27所述的细胞分选系统,其中所述数据处理和控制装置被配置为通过以下方式来处理所述细胞图像数据:重建所述细胞图像数据以进行相移校正,来校正由与所述束的扫描相关的时间延迟引起的误差,并且进行经重建细胞图像数据的大小调整以校正由所述细胞行进速度的影响引起的误差。

31.根据权利要求27所述的细胞分选系统,其中所述分选标准包括细胞轮廓、细胞大小、细胞形状、核大小、核形状、荧光图案或荧光颜色分布。

32.根据权利要求27所述的细胞分选系统,其中所述控制指令是在所述细胞在所述通道中流动过程中产生的,并且指示基于从所述细胞图像数据确定的一种或多种细胞属性所确定的分选决定。

33.根据权利要求27所述的细胞分选系统,其中所述细胞图像数据包括与所述荧光信息相对应的荧光时域波形和与所述细胞图像信息相对应的光学透射时域波形,所述光学透射时域波形获自散射并透射通过所述细胞之后剩余部分的光。

34.用于分选细胞的方法,其包括:

通过沿相对于第一方向形成角度的第二方向朝向通道扫描束,来获得沿所述第一方向在通道中流动的细胞的图像数据,所获得的图像数据包括与所述细胞的荧光信息相对应的荧光信号或与所述细胞的细胞图像信息相对应的光学透射信号;

通过检测与所获得的图像数据的单个参数或与所获得的图像数据的两个或更多个参数之间的相关性相对应的图像特征来处理所获得的图像数据,每个参数单独或共同地代表所述细胞的一种或多种特性;和

将检测到的图像特征与分选标准进行比较,并基于比较产生指令来对所述细胞进行分选。

35.根据权利要求34所述的方法,其中所获得的图像数据的所述单个参数包括以下中的至少一个:面积、周长、形状、长轴和短轴长度、圆度、同心度、纵横比、累积强度、平均强度、强度随空间的标准变化、粒度、纹理熵、纹理变化或光斑计数。

36.根据权利要求34所述的方法,其中所获得的图像数据的两个或更多个参数之间的相关性包括重叠面积、或者强度分布或强度变化的相关性中的至少一个。

37.根据权利要求34所述的方法,其中所述分选标准包括细胞轮廓、细胞大小、细胞形状、核大小、核形状、荧光图案或荧光颜色分布。

38.用于分选细胞的方法,其包括:

通过沿第一方向扫描穿过所述细胞在其中沿第二方向行进的通道的束来生成包括细胞的细胞荧光信息的荧光信号或包括所述细胞的细胞图像信息的光学透射信号,所述第一方向和所述第二方向彼此不平行;

检测与所述荧光信号或所述光学透射信号中的至少一个相关的细胞图像特征;

将检测到的细胞图像特征与分选标准进行比较,以产生分选指令来对细胞进行分选;和

基于所述分选指令,施加信号以将在所述通道中流动的所述细胞偏转到相对应的通道。

39.根据权利要求38所述的方法,其中所述细胞图像特征与所述细胞的一种或多种特性相关,所述特性包括细胞轮廓、细胞大小、细胞形状、核大小、核形状、荧光图案或荧光颜色分布。

40.根据权利要求38所述的方法,其中所述细胞图像特征包括与所述细胞相关的单个参数或与所述细胞相关的两个或更多个参数之间的相关性。

41.根据权利要求40所述的方法,其中与所述细胞相关的所述单个参数包括以下中的至少一个:面积、周长、形状、长轴和短轴长度、圆度、同心度、纵横比、累积强度、平均强度、强度随空间的标准变化、粒度、纹理熵、纹理变化或光斑计数。

42.根据权利要求40所述的方法,其中与所述细胞相关的两个或更多个参数之间的所述相关性包括重叠面积、强度分布或强度变化的相关性中的至少一个。

43.根据权利要求38所述的方法,其中所述分选标准包括以下中的至少一个:细胞轮廓、细胞大小、细胞形状、核大小、核形状、荧光图案或荧光颜色分布。


技术总结
提供了细胞分选系统,其包含:成像装置,所述成像装置包括束扫描器,所述束扫描器沿第一方向扫描束以获得包括细胞的荧光信息或细胞图像信息的所述细胞图像数据,沿与所述第一方向成角度的第二方向将所述束施加至在通道中流动的所述细胞;与所述成像装置通信的数据处理和控制装置,所述数据处理和控制装置包括处理器,所述处理器被配置为处理由所述成像装置获得的细胞图像数据,以从经处理的细胞图像数据中确定与所述细胞相关的一种或多种特性,并且基于所确定的一种或多种特性与分选标准的比较来产生控制指令;以及与所述成像装置以及所述数据处理和控制装置通信的细胞分选装置。

技术研发人员:卢煜华;顾义
受保护的技术使用者:加利福尼亚大学董事会
技术研发日:2019.09.16
技术公布日:2021.06.18
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