细胞分析装置和细胞分析方法
【专利摘要】一种细胞分析装置，包括：第一统计图获取部，其构造成通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果来获取荧光强度的第一统计图；第二统计图获取部，其构造成获取基于表示第一统计图的最大值的荧光强度归一化的第二统计图；判定部，其构造成基于第一统计图和第二统计图中的一个来判定癌细胞是否存在；和输出部，其构造成输出通过判定部进行的判定的结果。
【专利说明】细胞分析装置和细胞分析方法
【技术领域】
[0001]本公开的主题涉及用于区分正常组织与癌组织的细胞分析装置和细胞分析方法。
【背景技术】
[0002]作为这种装置，存在一种装置，在该装置中，测量隔离并且细胞核染色的细胞，并且获取荧光强度的统计图(histogram)(例如，参见JP-A-2012-47594)。在该装置中，分布在荧光强度比正常细胞的荧光强度强的区域中的细胞的数量从获取的统计图中获得，并且基于细胞的数量和柱状图来判定癌症恶性肿瘤等级。
[0003]为了最小化用于去除癌细胞的外科手术中的切除程度，需要进一步提高癌细胞鉴别的精确度。
【发明内容】
[0004]本公开的主题可以提供一种使得能够以更高的精确度鉴别癌细胞的技术。
[0005]可以提供了一种细胞分析装置，包括:第一统计图获取部，该第一统计图获取部被构造成:通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果，获取荧光强度的第一统计图;第二统计图获取部，该第二统计图获取部被构造成获取第二统计图，该第二统计图基于表示所述第一统计图的最大值的荧光强度值被归一化；判定部，该判定部被构造成基于所述第一统计图和所述第二统计图中的一个，判定癌细胞是否存在；以及输出部，该输出部被构造成输出由所述判定部进行的所述判定的结果。
[0006]在表示所述第一统计图的所述最大值的所述荧光强度值在预定范围之外的情况下，所述判定部可以判定为所述癌细胞存在，并且，在表示所述第一统计图的所述最大值的所述荧光强度值在所述预定范围内的情况下，所述判定部可以基于所述第二统计图来判定所述癌细胞是否存在。
[0007]所述细胞分析装置可以还包括:分析部，该分析部构造成对所述第二统计图进行频率分析。所述判定部可以基于所述频率分析的结果来判定所述癌细胞是否存在。
[0008]所述频率分析可以包括快速傅里叶变换。
[0009]所述判定部可以将所述第二统计图的荧光强度值划分为多个区域，该多个区域中的每个区域都与各个碎片和多个癌细胞周期中的一个相对应，并且对于所述多个区域中的至少一个区域，所述判定部获取与所述癌细胞的存在/不存在有关的指标，并且无论所获取的所述第二统计图如何，所述荧光强度值都是恒定的，所述荧光强度值的每个荧光强度值与所述多个区域的各个边界相对应。
[0010]所述判定部可以基于与所述第二统计图有关的多个参数来判定所述癌细胞的存在/不存在，并且基于所述多个指标的组合来判定所述癌细胞是否存在。
[0011]还可以提供了一种细胞分析方法，包括:通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果来获取荧光强度的第一统计图；在表示所述第一统计图的最大值的荧光强度值在预定范围之外的情况下，判定为癌细胞存在；在表示所述第一统计图的所述最大值的所述荧光强度值在所述判定范围内的情况下，获取基于所述荧光强度值归一化的第二统计图，并且判定所述癌细胞是否存在；以及输出所述判定的结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是示出本公开的主题的实施例的细胞分析装置的构造的框图。
[0013]图2A和2B是示意性地示出通过细胞分析装置的第二统计图的获取的示意图。
[0014]图3A至3C是示出应用于第二统计图的频率分析的实例的视图。
[0015]图4A至4C是示出应用于第二统计图的频率分析的另一个实例的视图。
[0016]图5A和5B是示出使用多个指标判定癌细胞的存在/不存在的实例的视图。
[0017]图6是示出本公开的主题的实施例的细胞分析方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]在下文中，将参考附图具体描述本发明的实施例。
[0019]图1是示出本公开的主题的实施例的细胞分析装置I的构造的功能性框图。细胞分析装置I分析预处理的组织细胞，并且判定是否存在癌性细胞。预处理包括:通过搅拌等来隔离细胞的过程、通过表面活性剂来核隔离组织细胞、通过RNA去除剂来去除RNA、并且通过荧光染料/色素来给DNA细胞核染色。
[0020]细胞分析装置I连接到显示装置2。细胞分析装置I包括:第一统计图获取部11、第二统计图获取部12、分析部13、判定部14和输出部15。
[0021]第一统计图获取部11进行流式细胞分析。具体地，利用激光照射隔离并且细胞核染色的细胞分散在其中的悬浮液。作为染色处理的结果，细胞包含荧光染料，并且呈现出相对于激光的不同的突光强度。突光强度对应于包含在DNA中的染料的量,并且表不DNA的大小。
[0022]在流式细胞分析中，测量荧光强度的每个值的细胞的数量。结果，获取图2A所示的第一统计图。第一统计图的横坐标表示荧光强度的值，并且纵坐标表示细胞的数量。第一统计图的形状根据包含正常DNA的细胞的数量和包含癌性DNA的细胞的数量而改变。
[0023]在图2A中，利用实线表示从仅包含正常细胞的组织中获取的第一统计图H11，并且利用虚线表示从包含癌细胞的组织中获取的第一统计图H12。已知从正常细胞的获取的第一统计图在荧光强度从170到230的范围中具有最大值(最大细胞数量)。这里描述的数量仅仅是实例，并且能够根据装置等的设定情况而适当地改变。
[0024]判定部14基于由第一统计图获取部11获取的第一统计图对癌细胞的存在/不存在进行初步判定。具体地，如果第一统计图的最大值在荧光强度值的从170到230的范围(预定范围的实例)之外，则立即判定在分析对象中存在癌细胞。而且，这里描述的数量仅仅是实例，并且能够以与上述相似的方式适当地改变。
[0025]在图2A所示的实例中，例如，利用虚线表示的第一统计图H12在荧光强度值310附近具有最大值。因此，判定部14判定从其获取第一统计图H12的分析对象包含癌细胞。
[0026]如果判定部14判定癌细胞存在，则输出部15将判定的结果输出到显示装置2。显示装置2以诸如字符、符号或颜色这样的适当方式显示判定结果。
[0027]第二统计图获取部12获取基于表示第一统计图的最大值的荧光强度值归一化的第二统计图。该过程的对象是最大值处于荧光强度值从170到230的范围中的第一统计图。具体地，生成第二统计图，使得表示第一统计图中的最大值的荧光强度值被归一化为200，并且最大值被归一化为I。这里描述的数量仅仅是实例，并且能够适当改变。
[0028]在图2A所示的实例中，例如，由实线表示的第一统计图Hll在荧光强度值210的附近具有最大值(大约320)。图2B示出通过使第一统计图Hll归一化而获得的统计图。
[0029]分析部13对由第二统计图获取部12获取的第二统计图进行包括快速傅里叶变换的频率分析。
[0030]图3A示出从仅包含正常细胞的组织中获取的第二统计图H21。图3B示出通过对第二统计图H21进行快速傅里叶变换而获取的图案PU。图3C示出通过对图案Pll微分而获取的微分图案P21。而且该微分图案的获取是频率分析的实例。
[0031]图4A示出从包含癌细胞的组织中获取的第二统计图H22。图4B示出通过对第二统计图H22进行快速傅里叶变换而获取的图案P12。图4C表示通过对图案P12微分而获取的微分图案P22。
[0032]基于由分析部13进行的频率分析获取的图案和微分图案(频率分析的结果的实例)，所述判定部14判定是否存在癌性细胞。
[0033]例如，通过进行快速傅里叶变换获得的图案的曲线下的面积(AUC)可以用作为判定的指标。当将从正常细胞获取的图3B所示的图案Pll与从癌性组织获取的图4B所示的图案P12比较时，可以看出后者的图案的AUC值较小。因此，能够通过A⑶值比预定阈值小的事实来判定癌细胞的存在。
[0034]除了以上或代替以上，通过快速傅里叶变换获取的图案(pattern)的最大斜率值(SLOPE)或最小值的分布(OSC)可以用作为判定的指标。能够从通过快速傅里叶变换所获得的微分图案的最小值获取SLOPE。能够从微分图案中的最大值的分布(存在超过阈值的最大值的频率带宽)中获取0SC。
[0035]当将从正常细胞获取的图3C所示的微分图案P21与从癌性组织获取的图4C所示的微分图案P22比较时，可以看出后者的SLOPE值较小。因此，能够通过SLOPE值比预定阈值小的事实来判定癌细胞的存在。
[0036]当将从正常细胞获取的图3C所示的微分图案P21与从癌性组织获取的图4C所示的微分图案P22比较时，可以看出后者的OSC值较大。因此，能够通过OSC值比预定阈值大的事实来判定癌细胞的存在。
[0037]而且，如图3A和4A所示，第二统计图的荧光强度值划分为多个区域。多个区域包括:第一区域SC1、第二区域SC2、第三区域SC3、第四区域SC4和第五区域SC5。
[0038]第一区域SCl是染色体附着到的间质组织或碎片、即毁坏的细胞(废弃物)出现的区域。第二区域SC2是G0/G1期细胞(phase cell)组，S卩，具有正常的DNA量的细胞的出现的区域。第三区域SC3是S期细胞组出现的区域。第四区域SC4是G2/M期细胞组出现的区域。第五区域SC5是具有其它的DNA量的细胞组出现的区域。
[0039]能够通过这样划分为多个区域获取的指标的实例是所检测的细胞的总数、正常细胞的比率、恶性指数、碎片率和正常细胞的峰宽。所检测的细胞的总数表示在第一至第五区域SCl至SC5中出现的细胞的总数。正常细胞的比率表示在第二区域SC2中出现的细胞的数量与细胞的总数的比率。恶性指数表示在第三至第五区域SC3至SC5中出现的细胞的数量与细胞的总数的比率。碎片率表示在第一区域中出现的细胞的数量与细胞的总数的比率。正常细胞的峰宽表示在第二区域中出现的波形峰值的宽度(例如，细胞数量是最大值的5%以上的部分的宽度)。通过使用受试者操作特性(ROC)分析等来确定指数的阈值。
[0040]判定部14通过使用至少一个上面列出的指数来判定是否存在癌性细胞。输出部15将由判定部14进行判定的结果输出到显示装置2。显示装置2以诸如字符、符号或颜色这样的适当方式来显示判定结果。
[0041]图5A和5B示出通过使用多个指数的组合来判定癌细胞的存在/不存在的实例。图5A示出采用SLOPE和G2/M (在第四区域SC4中出现的细胞的数量与细胞的总数的比率)作为指标的实例。图5B示出采用SLOPE和OSC作为指标的实例。判定部14将由分析部13获取的数据映射到将两个指标用作坐标轴的二维坐标平面上，并且判定所述数据是否属于通过ROC分析等确定的阈值区域A。
[0042]如果由分析部13获取的数据属于阈值区域A，则判定部14判定要分析的组织包含癌细胞。输出部15将由判定部14进行判定的结果输出到显示装置2。显示装置2以诸如字符、符号或颜色等的适当方式显示判定结果。
[0043]图6是示出通过使用如此构造的细胞分析装置I来判定是否存在癌性细胞的方法的流程图。
[0044]首先，第一统计图获取部11进行流式细胞分析(步骤SI)。结果，通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果来获取荧光强度的第一统计图。
[0045]接着，判定部14判定表示第一统计图的最大值的荧光强度值是否在预定范围内(步骤S2)。如果判定为荧光强度值在预定范围之外(步骤2中的否)，则判定部14判定为在要分析的组织中存在癌细胞。判定结果经过输出部15输出到显示装置2 (步骤S3)。
[0046]如果判定部14判定表示第一统计图的最大值的荧光强度值在预定范围内(步骤S2中的是)，则第二统计图获取部12获取基于荧光强度值归一化的第二统计图(步骤S4)。
[0047]术语“基于表示第一统计图的最大值的荧光强度值归一化”是指已经参考图2A和2B描述的归一化。即，进行归一化，使得第一统计图的最大值具有第一预定值(在图2A和2B的实例中是I)(在纵坐标方向归一化)，并且进行进一步归一化，使得表示第一统计图的最大值的荧光强度值具有第二预定值(在图2A和2B的实例中是200)(在横坐标方向上归一化)。
[0048]接着，分析部13对获取的第二统计图进行包括快速傅里叶变换的频率分析(步骤S5)。结果，基于与第二统计图有关的多个参数获取与癌细胞的存在/不存在有关的至少一个指标。
[0049]然后，判定部14基于由频率分析获取的至少一个指标判定癌细胞的存在/不存在(步骤S6)。判定结果经过输出部15输出到显示装置2 (步骤S7)。
[0050]如上所述，根据该实施例的细胞分析装置1，第一统计图获取部11首先通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果来获取荧光强度的第一统计图，并且第二统计图获取部12获取基于表示第一统计图的最大值的荧光强度值而归一化的第二统计图。这里，进行归一化，使得第一统计图的最大值具有第一预定值(在纵坐标方向上归一化)，并且进行进一步归一化，使得表示第一统计图的最大值的荧光强度值具有第二预定值(在横坐标方向上归一化)。因此，能够抑制从每个分析对象获取的第二统计图的形状的统计离差(dispers1n)，并且能够以相同标准判定癌细胞的存在/不存在。因此，能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0051]而且，在该实施例的细胞分析装置I中，在与第一统计图的最大值对应的荧光强度值不在预定范围内的情况下，癌细胞的存在/不存在由判定部14判定，而不需要进行第二统计图的获取。即，判定部14构造成基于第一和第二统计图的任意一个来判定癌细胞是否存在。
[0052]对于能够明显判定癌细胞存在的分析对象，在省略第二统计图的获取的同时进行判定。因此，能够减少判定过程的负担，并且能够提高处理速度。当与最大值相对应的荧光强度值从预定范围偏离的第一统计图被归一化时，增大了与初始假设为判定对象的第二统计图的形状的偏离。当从归一化对象排除这样的分析对象时，能够最大地确保归一化的效果。因此，能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0053]该实施例的细胞分析装置I包括分析部13，该分析部13对第二统计图进行频率分析。判定部14基于频率分析的结果判定是否存在癌细胞。
[0054]如上所述，由于第二统计图也相对于荧光强度值归一化，所以无论分析对象，都能够在相同的条件下进行频率分析。因此，能够使通过频率分析获取的结果在相同条件下互相比较。因此，能够最大地确保频率分析的效果，并且能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0055]在该实施例的细胞分析装置I中，判定部14将第二统计图的荧光强度值划分为多个区域SCl至SC5，每个区域都与各个碎片和多个癌细胞周期相对应，并且所述判定部14获取多个区域SCl至SC5中的至少一个区域的与癌细胞的存在/不存在有关的指标。如上所述，第二统计图也相对于荧光强度值归一化。因此，无论所获取的第二统计图，每个都与多个区域SCl至SC5的各个边界相对应的荧光强度值是恒定的。
[0056]根据该构造，与根据获取的第二统计图的形状设定多个区域的现有技术相比较，能够消除判定人的主观性，而且，能够使基于多个区域的设定来判定癌细胞的存在/不存在自动化。因此，能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0057]在该实施例的细胞分析装置I中，如参考图5A和5B所描述地，判定部14能够基于与第二统计图有关的多个参数来获取与癌细胞的存在/不存在相关的多个指标，并且基于多个指标的组合来判定癌细胞的存在/不存在。
[0058]根据该构造，能够多边地分析相同的第二统计图。因此，能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0059]为了有助于理解本发明而描述了该实施例，并且不意在限制本发明。当然，能够在不背离本发明的精神的情况下对本发明做出修改和改进，并且包括等同的实施例。
[0060]在该实施例中，分析部13对第二统计图进行快速傅里叶变换作为频率分析，并且获取由快速傅里叶变换获取的图案的微分图案。频率分析不总是需要包括这两个过程。根据需要的指标，可以省略微分图案的获取。当能够从第二统计图自身判定癌细胞的存在/不存在时，可以省略频率分析。频率分析的其它有用实例是最大熵方法、自动回归模型、自动回归移动平均模型、短时间傅里叶变换、小波变换和维格纳分布。
[0061]在该实施例中，由判定部4获取并且由输出部15输出的判定结果由显示装置2以适当的方式显示。由判定部14获取的判定结果不总是需要以可见的方式显示。输出部15可以连接到适当的外部装置以输出与外部装置对应的格式的信号。外部装置的实例是声音输出装置、打印机和数据存储装置。
[0062]根据本公开的主题的方面，提供了一种细胞分析装置，包括:第一统计图获取部，该第一统计图获取部被构造成通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果，获取荧光强度的第一统计图；第二统计图获取部，该第二统计图获取部被构造成获取第二统计图，该第二统计图基于表示所述第一统计图的最大值的荧光强度值被归一化；判定部，该判定部被构造成基于所述第一统计图和所述第二统计图中的一个，判定癌细胞是否存在；以及输出部，该输出部被构造成输出由所述判定部进行的所述判定的结果。
[0063]根据本发明的方面，还提供了一种细胞分析方法，包括:通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果来获取荧光强度的第一统计图；在表示所述第一统计图的最大值的荧光强度值在预定范围之外的情况下，判定为癌细胞存在；在表示所述第一统计图的所述最大值的荧光强度值在所述判定范围内的情况下，获取基于所述荧光强度值归一化的第二统计图，并且判定所述癌细胞是否存在；以及输出所述判定的结果。
[0064]根据该构造，在第二统计图的获取中，进行归一化使得第一统计图的最大值具有第一预定值(在纵坐标方向上归一化)，并且进行进一步归一化，使得表示第一统计图的最大值的荧光强度值具有第二预定值(在横坐标方向上归一化)。因此，能够抑制从各个分析对象获取的第二统计图的形状的统计离差，并且能够以相同标准判定癌细胞的存在/不存在。因此，能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0065]如果表示第一统计图的最大值的荧光强度值在预定范围之外，则能够判定为癌细胞明显存在。对于已经进行了判定的分析对象，可以省略第二统计图的获取，从而能够减少判定过程的负担，并且能够提高处理速度。当与最大值对应的荧光强度值从预定范围偏离的第一统计图归一化时，增大了与初始假设为判定对象的第二统计图的形状的偏离。当从归一化对象排除这样的分析对象时，能够最大地确保归一化的效果。因此，能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0066]还提供了一种分析部，该分析部构造成对所述第二统计图进行频率分析，并且所述判定部基于所述频率分析的结果来判定所述癌细胞是否存在。所述频率分析可以包括快速傅里叶变换。
[0067]如上所述，由于第二统计图也相对于荧光强度值归一化，所以无论分析对象如何，都能够在相同条件下进行频率分析。因此，能够使通过频率分析获取的结果在相同条件下互相比较。因此，能够最大地确保频率分析的效果，并且能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0068]所述判定部可以将所述第二统计图的荧光强度值划分为多个区域，该多个区域中的每个区域都与各个碎片和多个癌细胞周期中的一个相对应，并且对于所述多个区域中的至少一个区域所述判定部获取与所述癌细胞的存在/不存在有关的指标。如上所述，第二统计图也相对于荧光强度值归一化。因此，无论获取的所述第二统计图如何，每个都与所述多个区域的各个边界对应的荧光强度值是恒定的。
[0069]根据该构造，与根据获取的第二统计图的形状设定多个区域的现有技术相比较，能够消除判定人的主观性，而且，能够使基于多个区域的设定来判定癌细胞的存在/不存在自动化。因此，能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
[0070]所述判定部可以基于与所述第二统计图有关的多个参数来获取与所述癌细胞的存在/不存在有关的多个指标，并且基于所述多个指标的组合来判定所述癌细胞是否存在。
[0071]根据该构造，能够同时分析相同的第二统计图。因此，能够以更高的精确度鉴别癌细胞。
【权利要求】
1.一种细胞分析装置，包括: 第一统计图获取部，该第一统计图获取部被构造成通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果，获取荧光强度的第一统计图； 第二统计图获取部，该第二统计图获取部被构造成获取第二统计图，该第二统计图基于表示所述第一统计图的最大值的荧光强度值被归一化； 判定部，该判定部被构造成基于所述第一统计图和所述第二统计图中的一个，判定癌细胞是否存在；以及 输出部，该输出部被构造成输出由所述判定部进行的所述判定的结果。
2.根据权利要求1所述的细胞分析装置，其中 所述判定部 在表示所述第一统计图的所述最大值的所述荧光强度值在预定范围之外的情况下，判定为所述癌细胞存在，并且 在表示所述第一统计图的所述最大值的所述荧光强度值在所述预定范围内的情况下，基于所述第二统计图来判定所述癌细胞是否存在。
3.根据权利要求1或2所述的细胞分析装置，还包括: 分析部，该分析部被构造成对所述第二统计图进行频率分析，其中 所述判定部基于所述频率分析的结果来判定所述癌细胞是否存在。
4.根据权利要求3所述的细胞分析装置，其中，所述频率分析包括快速傅里叶变换。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的细胞分析装置，其中 所述判定部将所述第二统计图的荧光强度值划分为多个区域，该多个区域中的每个区域都与各个碎片和多个癌细胞周期中的一个相对应，并且对于所述多个区域中的至少一个区域，所述判定部获取与所述癌细胞的存在/不存在有关的指标，并且 无论所获取的所述第二统计图如何，所述荧光强度值都是恒定的，所述荧光强度值的每个荧光强度值与所述多个区域的各个边界相对应。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的细胞分析装置，其中，基于与所述第二统计图有关的多个参数，所述判定部获取与所述癌细胞的存在/不存在有关的多个指标，并且基于所述多个指标的组合，所述判定部判定所述癌细胞是否存在。
7.—种细胞分析方法,包括: 通过使用细胞核染色的细胞的数量的测量结果，获取荧光强度的第一统计图； 在表示所述第一统计图的最大值的荧光强度值在预定范围之外的情况下，判定为癌细胞存在； 在表示所述第一统计图的所述最大值的所述荧光强度值在所述判定范围内的情况下，获取基于所述荧光强度值归一化的第二统计图，并且判定所述癌细胞是否存在；以及输出所述判定的结果。
【文档编号】G06T7/00GK104458679SQ201410479791
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2013年9月19日
【发明者】武田朴, 久保宽嗣, 塩山高広, 铃木茜, 野村健一, 加藤洋, 日向奈惠 申请人:日本光电工业株式会社