用于位置特定的多参数数据集的分析和比较的图形用户界面的制作方法

专利名称：用于位置特定的多参数数据集的分析和比较的图形用户界面的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及分析、显示和视觉比较位置特定的多参数数据集，更具体地，涉 及分析、显示和视觉比较由对生物样本的细胞术询问(cytometric interrogation)而得到 的数据集。
背景技术：
结合数字计算机和数字控制技术的最新发展，分析仪器被设计成自动询问多个样 本并且在询问期间测量两个或更多个参数。在典型的测量方案中，将样本放置于载体上的 位置处并且将载体载入到自动询问所述位置的仪器中。由于每个被询问的样本位于样本载 体上的已知位置处，因此可以将所收集的数据精确地称为位置特定数据。也可以由仪器阵 列产生位置特定数据，所述仪器阵列中的每个仪器以相对于其它仪器的已知的空间关系来 放置。 现代细胞仪是设计成用于自动分析载体上的多个样本的仪器的代表。这些设备通 常通过用一个或者多个激励光束照亮颗粒以及检测由颗粒-光束的相互作用产生的有色 光脉冲来询问含颗粒的样本。流式细胞仪聚焦所述激励光以定义在流式管中的至少一个激 励体积并且由流过管的流体使所述颗粒传输穿过所聚焦的光。扫描细胞仪中的颗粒基本上 是静止的，使所聚焦的激励光扫描经过所述颗粒。在两类仪器中，均可以通过组合不同波长 的光束形成多色激励光束。所述颗粒的信息通过有色光脉冲的波长、幅值和形状来提供。
细胞仪可以用于询问含颗粒的生物样本，所述生物样本包含从活体器官得到的分 子。这种样本中的颗粒可以由固体、液体或者气体介质包围且通常具有附着于所述颗粒 的荧光材料以便于它们的询问。商用的流式细胞仪包括毛细管流式仪器(诸如由位于加 利福尼亚州(CA)海达德市(Hayward)的Guava Technologies制造的EasyCyte-Plus和 PCA-96)以及传统鞘流式仪器(诸如由位于加利福尼亚州圣何西市的BDBiosciences制造 的FACSCalibur)。由位于马萨诸塞州剑桥市的Compucyte制造的iColor成像细胞仪是代 表性的扫描细胞仪。 高级应用需要具有大量检测器的细胞仪，如在Nature Reviewlmmunology (2004) 第4期第649 655页中的"Seventeen-colour FlowCytometry"(作者S. P. Perfetto 等)及在Nature Medicine (2003)第9期第112 117页中的"Beyond Six Colors, a New Era in Flow Cytometry"(作者S. C. DeRosa等)中所描述的细胞仪。在2004年1月27 日授予Clifford A. Oostman等人的美国专利6， 683， 357描述了用于高级应用的具有反射 滤波器系统的代表性的多激光细胞仪系统。Oostman的该专利的实施例可具有三个或者更多个激励体积以及多于十二个的检测器。 由于其复杂性，通常使用数字计算机来分析由使用细胞仪对多个样本之一进行的 询问所产生的数据。用于细胞术数据分析的商用软件包包括来自加利福尼亚州洛杉矶市的 DeNovo Software的FCS Express、来自斯坦福Shared FCS facility且经由加利福尼亚州 斯坦福市的斯坦福大学许可的Flow JO以及来自加利福尼亚州圣何塞市的BD Bioscience 的CellQuestPR0。在2001年l月23日颁发给Mario Roederer等的美国专利No. 6， 178,382 以及L. Herzenberg等在Nature Immunology (2006年7月，第7期，第681 685页)中发 表的"Interpreting flow cytometry data :aguide for the perplexed，，中也公开了有关 细胞术数据分析的技术。

发明内容
本发明针对向用户呈现输出数据以实现两个或者更多个数据集的视觉比较。本发 明还针对与提供这种比较的图形界面进行交互。 根据发明的一个实施例，用于计算机系统的图形用户界面(GUI)在多元位置特定 的热图的上下文中视觉地表示两个或者更多个输出数据集的数据。所述热图包括代表已经 被询问过以获得位置特定输入数据的样本位置组的图标，所述位置特定输入数据被进行分 析以产生输出数据集。所述热图中图标的空间排列在视觉上类似于样本的物理排列，以使 得每个图标与至少一个样本位置视觉关联。 此外，将至少一个所述图标划分成若干区域，以使得可以在不同的区域视觉地表 示来自不同数据集的数据且对它们进行比较。在某些实施例中，所述图标的形状可以与样 本位置的形状基本上相同，可以将所有的图标划分成区域，或者所述样本和图标的排列可 以是相同的。在其他实施例中，所述输出数据集可以包括来自两个或者更多个样本的数据 且所述区域的数量可以等于所分析的数据集的数量。可以由用户将数据集分配给所述图标 的区域以及由视觉色调或者颜色来表示数据值。可以通过在所述色调或者颜色上叠加阴影 线图案或者通过使用所述色调或者颜色代表所表示的量的对数来进一步增强所述色调或 者颜色表示的数字分辨率。可以从使用流式细胞仪或者扫描细胞仪对含颗粒的生物样本的 询问而得到所述数据集。 在替选实施例中，图形用户界面显示了由对样本排列中的样本进行询问而得到的 数据集分析的表示，并且也显示了所述分析的结果的表示。该实施例包括应用于数据集以 产生结果的至少一个分析的门或者可替选的图形表示。所述分析具有至少一个参数，用户 通过与图形呈现交互来控制所述参数，并且使用多元位置特定的热图向所述分析的结果提 供至少一个附加结果集。在热图中视觉地表示与参数的变化相关联的结果的变化。可选择 地，可以从菜单选择所述参数或者可以通过改变图形中的一、二、三维图像的形状来调整所 述参数。所述分析结果的视觉表示也可以跟踪分析参数的变化，从而允许用户观察与参数 的变化相关联的输出数据的变化。在热图中所分析和呈现的输入数据可以从使用流式或者 扫描细胞仪对含颗粒的生物样本的询问而得到。 本发明的另一方面涉及与图形界面交互。用户通过定义至少一个分析、指定用于 所述分析的测量单位、将所述分析应用于数据集以产生结果以及在图标区域中表示所述结 果来与界面交互。该方法可以应用于分析以及显示通过使用流式或者扫描细胞仪对含颗粒
5生物样本的询问而产生的数据的分析结果。 本发明还被实现为在计算机显示器上呈现两个或者更多个数据集，用于由用户进 行视觉比较，其中，所述数据集由对样本排列的询问的分析得到。所述呈现包括将所述样本 排列与显示器中的视觉图标进行映射，使得每个图标与至少一个样本相关联，并且每个视 觉图标与其他图标的空间关系类似于与所述视觉图标相关联的样本与其他样本的空间关 系，将所述图标再分成区域，且在所述图标的唯一区域中视觉地表示每个数据集。这种呈现 可以用于呈现从使用流式或者扫描细胞仪对含颗粒的生物样本的询问而得到的数据。


尽管所附权利要求阐明了本发明的具有特定性的特征，然而根据以下结合附图的
详细描述可以最好地理解本发明及其目标和优势，其中 图1示出了用于收集、划分以及检测细胞仪中的光的光学系统。
图2示出了在细胞仪数据集的分析中使用的门控直方图。 图3示出了在细胞仪数据集的分析中使用的门控点阵图(dot plot)。 图4示出了用于保持用于由细胞仪进行询问的液体样本的96孔样本盘(96iell
sample plate)。 图5示出了用于使用流式细胞仪对多个样本进行询问并且对询问数据进行分析、 显示和比较的系统。 图6示出了向64个样本孔中的相同样本加入六个细胞因子以确定细胞因子对样 本中的细胞过程的影响的图案。 图7示出了用于使用污染监控仪对在三个位置处的大气进行询问并且对询问数
据进行分析、显示和比较的系统。 图8示出了数字计算机的体系结构。 图9示出了在计算机显示器屏幕上的图标排列以及将图标划分成可用于视觉地 表示输出数据集的区域，所述图标排列类似于96孔样本盘中的孔的排列。
图10示出了使用视觉色调和阴影线图案的组合对数字值的视觉表示。
图11示出了在两个96孔样本盘的孔中的样本排列。 图12示出了与图11的样本盘上的位置相关联的方形图标的排列以及将所述图标 划分成可用于视觉表示数据集的区域，所述数据集是从通过对样本盘上的相关位置的询问 而获得的数据的分析得到的。 图13示出了与图11的样本盘上的位置相关联的菱形图标的排列，以及将所述图 标划分成可以用于视觉表示数据集的区域，所述数据集是从通过对样本盘上的相关位置的 询问而获得的数据的分析得到的。 图14是表示选择、分析和视觉表示通过分析位置特定流式细胞仪数据而获得的 结果的过程的流程图。 图15示出了在用户界面中的组选择屏。
图16示出了在用户界面中的分析定义屏。
图17示出了在用户界面中的热图定义屏。
图18表示在用户界面中的门修改屏。
具体实施例方式
这里在如下应用上下文中阐述本发明的特征在所述应用中，由流式细胞仪对多 个样本进行询问。本发明的这种应用是代表性的而非限制性的。本发明的可替选实施例可 以用于显示和比较从除了流式细胞仪之外的各种各样的询问得到的分析结果。
在流式细胞仪中，使用光学系统100根据波长对来自样本的光进行收集、分离并 且将其成像到检测器上，所述光学系统类似于图1所示的光学系统。光101通常由样本以 脉冲的形式发出，由透镜102收集并且被引导到双色分束器103，所述分色光束分离器根据 波长来分光101。所分开的光部分沿着检测路径104传播，所述检测路径包括聚焦透镜105、 带通滤波器106和检测器107。检测器107将所述光转换成电子信号，经由传统装置将所述 电子信号传送到电子处理单元(未示出)。 在典型的系统中，电子信号是模拟脉冲序列，且电子处理单元生成由检测器产生 的脉冲序列的数字表示。通常，根据所定义的格式将所述数字表示存储在数据传送设备上。 由国际细胞分析学会(ISAC)的标准委员会开发的文件细胞标准(或称FCS)格式是适合于 文件传送的许多数据存储格式中的一种。 可以将询问和记录来自单个颗粒的光脉冲的动作称作事件，对相似颗粒的询问 在检测器的子集中产生具有有限范围的幅值的脉冲。在具有N个检测器的细胞仪中，可 以由在N维数据空间中的N维向量或者点来表示在事件期间由所有检测器产生的脉冲 的幅值。在所述数据空间表示中，通过对在M维(M小于或者等于N)体积内具有点表示 (point-r印resentation)的事件的数量进行计数来分析输入数据。所述M维体积到具有 一、二或者三维的图形上的投射通常被称作"门"。 在具有单个激励源的仪器(诸如由加利福尼亚州海达德市的GuavaTechnologies
制造的EasyCyte Plus)中，事件可以产生来自四到六个不同的检测器的输出脉冲。这些检
测器通常测量由不同波长的前向散射、大角度散射和荧光发射所产生的光脉冲。 在可以使用来自单个检测器的脉冲对特定类型的颗粒进行识别的情况下，通常使
用如图2中所示的简单直方图110来定义门。在直方图110中，一维门111对应于横坐标
112的范围，并且落入所述门内的事件的数量等于在对应于横坐标112的范围的所述直方
图部分下面的面积113。 在需要来自两个检测器的数据用于颗粒识别的情况中，可以将所述数据显示为点 阵图，在所述点阵图中，在两个正交轴上示出所述脉冲幅值。在图3中示出了典型的点阵图 120。在图120中，将来自每个事件的脉冲幅值绘制为点121。通过照亮相似的颗粒而产生 的事件通常在点阵图上形成点121的点簇122。门表示为点阵图上的闭合图像123，且优化 图像123的大小、形状和位置以分离由具有特定特性的颗粒产生的点。通过对在门表示中 的点进行计数来确定由具有所期望的特性的颗粒引起的事件的数量。 现代细胞术测量通常需要在具有三维或者更多维的数据空间中定义的体积。例 如，比较简单的流式细胞仪，例如由加利福尼亚州海达德市的Guava Technologies制造的 EasyCyte Plus具有六个检测器(四个荧光检测器以及两个散射检测器)。在这种设备中， 单个事件可以在每个检测器中产生脉冲，并且通常在具有四到六个坐标的空间中进行数据 分析。这种空间的视觉表示是困难的，且因此用于流式细胞仪数据的分析的商用软件包使
7用一维和两维门的逻辑组合(与、或、非等)来定义体积。也可以通过将事件投射到三维云 图、两维直方图或者通过使用各种实验技术来定义门。 流式和扫描细胞仪以增加的频率用于需要询问大量样本的应用中。因此，所述 Guava EasyCyte Plus和其他细胞仪被设计成对在多孔样本盘或者可替选多样本载体中的 多个样本自动进行询问。图4是对具有形式为行和列的常规矩阵的样本孔131的96孔盘 130的示意性表示。类似于盘130的盘通常用于对多个液体样本的自动询问。使用六个检 测器，采用完整96-孔盘的单次运行产生96个六参数数据文件。 图5是可以用于使用流式细胞仪对多孔样本盘进行自动询问以及用于分析询问 数据的硬件和数据传送方案的示意性表示。在典型的测量中，由操作者(未示出)将类似于 图4中的盘130的多孔样本盘载入到流式细胞仪133的盘载体132中。由操作者将测量参 数、存储格式、样本说明和其他数据输入到细胞仪的数字控制单元134中。在一些仪器中， 所述数字控制单元134被合并到细胞仪成套设备中，或者可替选地，数字控制单元134可以 是计算机。 询问数据和其他信息通常以预定文件格式存储并且可以被传送到计算机135用 于分析和比较。或者，可以由数字控制单元134分析所述询问数据和其他信息。在计算机 135用于数据分析和比较的情况下，使用传统方法将数据从流式细胞仪133传送到计算机 135 ，所述方法包括但不限于光盘、磁盘驱动、闪盘驱动、以太网连接、USB连接、火线连接、无 线网络和互联网连接。 传统细胞仪分析成套设备允许用户从列表中，或者在一些情况中，从样本载体的 视觉表示中选择用于分析的数据文件组。这些成套设备也允许使用一个或者更多个公共门 定义来分析数据文件组，但是不允许用户视觉比较输出数据。而是将输出数据在电子表格 中制表和/或传送到通用视觉呈现应用。 询问大量样本的细胞仪用户通常将生物化合物加入到样本盘上的孔，使得包含特 定化合物的孔在样本盘上形成几何形状。例如，在图6中的中央表示140是样本盘中的64 个孔的方形排列的图，所述孔已被用相同的CD8+细胞样本填充。在外部盘表示144中的阴 影线区域142对应于孔的子排列，其中已将所指示的细胞因子加入了每个孔。中央盘表示 140示出了在每个孔中的细胞因子的组合。一旦根据图6中的图140将细胞因子加入到多孔 盘中的样本，则可以通过细胞仪(诸如Guava EasyCyte Plus流式细胞仪)以及存储在64 个输入数据文件中的结果使用单个自动运行来询问所述细胞因子。如果EasyCyte Plus仪 器的六个检测器被用于在询问期间记录数据，则可以将输入数据集中的每个事件表示为六 维向量。例如，通过在具有一维或者两维门的六维数据空间中定义体积并且对在位于门控 体积内的每个数据文件中的事件个数进行计数来完成这些文件针对CCR7表达式的分析。
传统细胞术分析成套设备以表格格式呈现分析结果，这使得操作者或者数据分析 者难于将输出信息与多孔盘中的样本的位置关联起来。例如，在图6的实验中，很难从输出 数据的表格式呈现中提取与孔的位置相关联的信息。 传统细胞术分析成套设备还强迫操作者或者数据分析者数字地比较来自不同样
本或者分析的输出数据。在期望比较来自若干个样本盘的数据或者同时评估通过将多个分
析应用到单个样本组而获得的结果的情况下，输出数据的数字比较既困难又费时。 在不具有比较两个或者更多个特定位置数据集的能力的情况下，对通过询问多个
8样本位置而获得的数据的分析和显示是非常复杂的。在细胞分析术以及其他应用中，样本 位置通常具有相对于彼此固定的空间关系，并且进行所述询问和/或分析的个体可以通过 其对于其他样本的相对位置而快速识别样本的属性。图6所示出的实验是许多实验的代 表，在所述实验中，根据样本的位置将细胞因子或者其他物质加入到载体上的样本中并且 使用流式细胞仪来自动询问所述细胞因子或者其他物质。 在上述种类的数据分析的其他应用中，两个或者更多个仪器可以用于询问样本。 例如，可以通过在城市或者其他地理区域内的位置处的污染监测器的空间排列来测量空气 污染物的浓度，所述空气污染物包括PM2. 5、 PM10、臭氧和二氧化硫。可以通过将类似于仪 器位置排列的图标排列叠加到图上来容易地显示仪器的位置。图7是在代表性的污染监测 系统150中的硬件和通信通道的示意性说明。在所示出的系统中，用于监测两个或者更多 个污染物的仪器152被放置在不同的位置处。由中央计算机154控制所述仪器152，所述中 央计算机154也用于数据分析以及所分析的数据的比较。可以使用传统方法在中央计算机 154和监测仪器152之间传送信息。 这些计算机界面不能够使用户将输出数据与样本位置在视觉上关联起来并且比 较来自一个或者更多个样本位置的多个输出数据集。在传统的界面中，一般以表格形式呈 现输出数据集，由数字和/或字母数字字符标示特定位置。随后可以使用商用图形呈现成 套设备显示制成表的数据，但是这种成套设备不具有根据从中得到所述数据的样本位置同 时显示多个数据集的能力。这些用户界面仅允许显示单个数据集并且排除了两个或者更多 个数据集的视觉比较，在所述用户界面中，根据样本位置而视觉地呈现数据。
根据本发明，用户控制对数据的分析和显示以根据从中收集所述数据的样本位置 来实现多个数据集的视觉比较。由数字计算机提供所述视觉比较，所述数字计算机具有图 8所示出的基本体系结构或者能够执行图8体系结构的功能的可替选体系结构。在所示出 的体系结构160中，用户通常通过与由输入块166和输出块168表示的设备交互而控制中 央处理单元。例如，可以使用传统的键盘和指示设备、跟踪球、触摸屏显示器、数字化图形输 入板或者可替选的人界面设备来完成输入操作。将来自CPU162的输出引导到输出块168， 所述输出块168连接到显示器169并且也可以连接到一个或者更多个联网设备(诸如以太 网、互联网或者无线网络连接)和存储设备(诸如磁盘、闪盘或者光盘)。例如，适合于本发 明的实践的数字计算机包括一般用于常规仪器控制和数据分析的类型的台式或者便携式 个人计算机或者诸如大型计算机的多用户机。适当的显示器包括但不限于LCD(液晶显示 器)和TFT(薄膜晶体管)平板显示器、等离子显示器、CRT(阴极射线管)显示器、投影显 示器以及允许在传统电视机上查看计算机生成的图像的界面。 在一个实施例中，本发明提供用于多个位置特定数据集的同时显示和视觉比较的 用户界面。根据本发明，如图9所示出的，可以在计算机输出设备上使用新颖的位置特定的 多元热图显示来自两个或者更多个位置特定的询问数据的分析结果。在图9所示出的计算 机显示器200的屏幕210中，多元热图211用于视觉地呈现通过用流式细胞仪对在图4的 96孔样本盘130的孔131中的含颗粒生物样本进行询问获得的数据。在多元热图211中， 由圆形图标212的排列表示所述孔131，所述圆形图标的排列类似于96孔样本盘130中的 孔131的排列。所述图标和所述孔的排列的相似性允许与所述计算机界面交互的用户将界 面210中的每个图标212与样本孔视觉关联。
在位置特定多元热图211中，将每个图标212划分成如图标细节216中所示出的 四个区域214。将在图标细节216和图211中的区域214标记为W、X、Y和Z。在每个区域 中视觉地呈现包含由对来自至少一个样本的输入数据的分析而得到的结果的输出数据集。 在样本盘130的每个孔131包含使用流式细胞仪而被询问的样本的情况下，多元热图可以 用于视觉地呈现询问数据的四个不同的分析的结果。 在可替选情况中，其中对类似于96孔盘130的两个不同的样本盘的每个孔131 进行询问并且使用两种不同的分析对其进行分析，图标212的区域W和X可以用于表示通 过分析来自一个样本盘的数据而获得的结果，而图标212的区域Y和Z可以用于表示通过 分析来自另一个样本盘的数据而获得的结果。在另外的示例中，其中对类似于样本盘130 的四个不同的样本盘的每个孔131进行询问并且使用单个分析对其进行分析，可以在图标 212的唯一区域中视觉地呈现与每个盘上的孔相关联的数据集。 根据本发明，在图标中呈现的数据是由对通过询问与该图标相关联的样本位置而 获得的输入数据的分析得到的。因此，与样本位置相关联的信息在位置特定的、多元热图中 的输出数据的视觉呈现中是固有的。这可以与多元热图形成对比，在所述多元热图中，热图 内的元素或者图标的位置与实验性变量或者实验性变量的值相关联。 在每个区域内，可以使用公知的技术表示分析的结果。例如，可以将一系列数字幅 值视觉地呈现为视觉色调或者颜色的变化。当以这种形式在计算机显示器上呈现值时，具 有正常视力的用户可以在视觉上以近似10%的精确性来确定值。我们发现如果由视觉色 调或者颜色的变化来表示所述值的对数，则可以以增加的精度视觉地表示较大动态范围的 值。我们还发现可以通过将阴影线图案叠加到视觉色调或者颜色表示上而有利地增加线性 和对数表示的精确性。 图10示出了使用光学密度和阴影线图案的组合来表示数字值。在阴影线光学密 度标度220的最上行中，零表示是非阴影的，并且由不同的阴影线图案以两个单位的增量 来表示从两个单位到八个单位的值。沿方向222从最上行221向下移动标度220，相邻行 中的光学密度的增加表示十个单位的增量。以此方式，标度220以十个光学密度级和四 个阴影线图案视觉地表示从零到98个单位的值。在图10的图解中，将变化密度的点画 (stippling)应用于每列图标以显示变化的辉度标度或者颜色。在图10中使用点画来满足 对美国专利申请中的附图的要求所施加的限制。然而，在发明的典型实施例中，用连续视觉 色调或者颜色中的变化来取代由图10的标度220中的点画的变化密度来示出的光学密度 的变化，以便于在传统计算机显示器上的不同值的视觉区分。使用具有大量阴影线图案的 标度可以进一步增加分辨率。 在与发明保持一致的位置特定的、多元热图的可替选实施例中，可以呈现与两个 或者更多个样本位置的排列相关联的输出数据。图11示出了在两个96孔盘上的样本位置 224、226的两种不同的排列。图12示出了可以用于显示输出数据的若干个可替选的多元位 置特定热图中的一个，所述输出数据由对来自图11中的孔的输入数据的询问和分析而得 到。在图230中，在五列的第一组232中的方形图标236表示在样本盘224上的样本孔。在 五列的第二组234中的方形图标238表示在样本盘226上的样本孔。在图230中，省略了 空列的表示，且数字标签239用于指示样本盘和样本盘上的列，所述样本盘上的列由图230 上的列来表示。
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在图230中的五列的第一组232中的图标236的区域中视觉地呈现来自通过询问 样本盘224上的样本位置而获得的数据的两种分析的结果。在标记为'W'的图标的区域中 呈现来自一种分析的结果，而在标记为'X'的图标的区域中呈现来自另一分析的结果。
类似地，在第二列组234中的图标238的区域中视觉地表示来自通过询问样本盘 226上的样本位置而获得的数据的两种分析的结果。在标记为'Y'的图标的区域中呈现来 自一种分析的结果，在标记为'Z'的图标的区域中呈现来自另一分析的结果。相同的分析 可被任选地用于产生在区域'W'和'Y'中表示的输出数据，并且类似地，第二分析可被任选 地用于产生在区域'X'和'Z'中的输出数据。 在图230的每个区域内，使用公知技术视觉地表示分析结果。通常地，将数字量值 视觉地表示为视觉色调或者颜色的变化。在所表示的值覆盖大范围的情况下，可以通过表 示所述值的对数来增加表示的精确性。可以通过将阴影线图案叠加到色调或者颜色表示上 来增加对数和线性表示的分辨率。 图13示出了本发明的另一实施例，其中在5列的位置特定的多元热图240中呈现 通过询问和分析来自盘224和226上的样本位置的数据而获得的结果。在本实施例中，样 本位置与被划分成四个区域的菱形的图标242相关联。在标记为'W'和'X'的区域中视觉 地表示来自对样本盘224上的样本位置进行询问和分析的数据，并且在标记为'Y'和'Z' 的区域中视觉地表示来自在样本盘226上的样本位置的数据。在每个区域内，可以使用如 之前所描述的各种技术来视觉地表示分析结果。 尽管图9、12和13示出了位置特定的多元热图发明的关键特征，然而本发明可以 使用广泛的样本位置和图标排列、图标形状和用于将图标划分成区域的方案来实践。所示 出的96孔样本盘中的样本的排列代表可以在位置特定多元热图中表示的样本排列的小的 子集。 —般而言，样本排列可以是非对称的且可以不具有任何可辨认的图案，或者它们
可以是以圆形、方形、矩形、三角形或者其他复杂的图案对称排列的。图标可以具有任何的
闭合形状，包括椭圆形、具有三条或者更多条边的规则和不规则多边形，或者图标可以具有
类似于物体、动物、人类、科学仪器或者地理特征的轮廓的形状。可以将图标划分成任何数
量的区域并且图标内的区域的面积可以近似相等但不是必须相等。可以由直的或者不规则
线、弧或者其他分界线将图标划分成任何数量的区域。实验性地，已发现具有八个或者更少
分界线的图标的图相对于具有更多数量的区域的图具有数字分辨率方面的优势。可以以任
何形式排列图标，所述形式允许界面的用户将所述图标与样本位置视觉关联。 在位置特定的多元热图中的结果的量化视觉表示要求将每个分析结果集分配给
图中的区域。它还要求将测量单位分配给每个集并且针对每个区域中的视觉表示指定值的
范围。所述界面可以自动分配测量单位并且针对每个区域指定数字值的范围，或者用户可
以通过与界面中的一个或者更多个控制面板交互而执行这些任务。控制面板可以允许使用
键盘输入范围和单位，或者它可以允许用户使用指示设备来移动界面中的滑动器、旋钮或
者其他控制表示。 图14是详述过程300中的主要步骤的流程图，所述过程用于使用本发明来定义分 析并且视觉地比较通过将分析应用于数据而得到的结果，其中所述数据是通过使用细胞仪 询问至少一个多孔盘中的生物样本而得到的。在本发明的一个实施例中，由与包括多个交互式显示器或者"屏幕"的计算机界面交互的用户执行该过程。用户通常使用传统计算机 键盘和诸如鼠标或者跟踪球的指示设备来与界面交互。鼠标或者跟踪球允许用户进行标准 界面操作，包括"指示和点击"以及"点击和拖动"操作。然而，在本发明的一些实施例中， 用户可以通过可替选的人界面设备与界面进行交互，所述可替选的人界面设备包括触摸屏 显示器、数字化图形输入板、触摸板和运动传感器。 在过程300中，用户最初通过指定样本位置或者其他输入数据集标识符来定义用 于分析的输入数据集组。这可以通过例如与图15所示出的组定义屏400的交互来完成。在 屏400中，通过激活"选择盘"("SELECTPLATE")按钮405并且选择在盘列表框413中的 盘指示符410中的一个来指定组。对在界面内的按钮的激活和指示符的选择通常是通过将 光标放在所述指示符之上并且用鼠标在所述按钮或者指示符上"点击"或者通过使用可替 选的人界面设备来执行类似操作来完成的。 在选择盘之后，用户激活"选择孔"("SELECT WELLS")按钮415并且从所显示的 盘中指定将包括在组中的孔。在界面屏400中，通过选择在示意性盘表示422中的孔表示 组(诸如阴影孔表示组418)来指定孔。通常，通过使用利用鼠标或者可替选人界面设备的 标准"指示和点击"操作来选择孔。可以通过激活"选择盘"("SELECT PLATE")按钮405、 选择盘指示符410中的不同的一个、激活"选择孔"按钮415并且从盘表示422中选择孔表 示组来将来自另外盘的孔加入到所述组。当选择了组中的所有孔时，通常将组名输入到"组 名"("GROUP NAME")框425中并且通过激活"完成"("DONE")按钮428来关闭所述组。 激活"完成"按钮也产生包含在组列表框430中的组名的组指示符428。
在过程300中，指定和命名组的步骤之后是定义分析以及将测量单位应用于该分 析的步骤。可以通过与如图16所示出的分析定义屏500的交互来完成该步骤。当之前已 定义了所述分析时，用户可以取消该分析并且使用应用框505中的应用指示符508中的一 个来选择该分析。或者，用户可以通过激活按钮并且在应用框505中输入参数、在单位分配 框507中输入参数并且与门定义图形530和热图540交互来定义新的分析。
为了创建新的分析，用户激活应用框505中的"创建"("Create")按钮502。创 建按钮502的激活将空白分析指示符509加入到分析指示符508。然后使用类似于图2的 直方图110以及图3的点阵图120的直方图或者点阵图来定义所述分析中的每个门。在屏 500中，用户可以指定6个或者更少的单独门定义。使用逻辑操作符"与(AND)"来自动组 合门，使得分析A满足以下逻辑方程式 A =(门1)与(门2)与(门3)与(门4)与(门5)与(门6)。
类似地通过用逻辑操作符"与"来组合所定义的门以定义具有少于6个门的分析。
在可替选实施例中，屏500包括功能定义框(未示出)，该框允许用户输入逻辑门 定义方程式。示例性功能定义框具有由下拉菜单或者直接输入字段来分离的门列表，使用 户能够通过从下拉菜单选择逻辑操作符或者在输入字段输入所述逻辑操作符来指定门定 义方程式。或者，所述功能定义框包含用户可以在该处直接输入门定义方程式的字段。
为了在分析中定义门，用户最初通过激活图形选择按钮520中的一个来指定门编 号并且通过激活点阵图'D'按钮510或者直方图'H'按钮512来选择图形类型。在图16 中，已经激活了点阵图按钮510。 结合点阵图按钮510或者直方图按钮512激活图形选择按钮520中的一个导致在门定义窗口 530中显示合适类型的图形。通过激活一个或者更多个垂直轴指定框533以及 一个或者更多个水平轴指定框535来选择用于门定义窗口中的图形的轴。通过激活盘指示 符538中的一个并且随后选择盘图540中的样本位置来选择用于门定义过程的数据。在屏 500中，已将所选择的样本位置545画上了阴影线。根据选择，在门定义窗口 530中以所选 择的轴在图形550中绘制来自指定样本位置545的输入数据。通过激活门形状555中的一 个并且通过点击以及拖动手柄565而调整图像560的位置、大小和取向来定义门。
激活门按钮520并且重复门定义过程直至定义了所述分析中所有的门。然后通过 激活单位分配框507中的"％正"("% Positive")按钮562、"平均"("mean")按钮564 或者"平均比率"("Mean ratio")按钮566将单位分配给所述分析。如果如在屏500中 那样，激活"％正"按钮562，则不需要附加信息来将单位分配给区域。在激活"平均"按钮 564的情况中，必须在参数框570中指定轴或者参数。在激活了 "平均比率"按钮566的情 况中，必须在参数框570中指定轴或者参数，必须在参考分析框572中指定参考分析并且必 须在参考运行框574中指定参考样本位置和盘。通过在分析指示符框509中输入分析名并 且激活应用框505中的"保存"("Save")按钮570来终止所述分析定义过程。
在过程300中，通过将分析应用于输入数据集组而产生输出数据集。为了使用位 置特定的、多元热图来显示并且视觉地比较两个或者更多个输出数据集，必须将所述数据 集分配给图中的区域并且针对每个集指定测量单位以及所显示的值的范围的边界。用户可 以通过与如图17所示出的用户界面中的屏600交互来产生输出数据集并且将它们分配给 在位置特定的、多元热图中的区域。使用该屏，用户通过激活热图框610中的'+ '按钮603 或者按钮605来指定要包括在视觉呈现中的输出数据集的数量。通过激活'+ '按钮将 区域增加到热图的图标615和图标表示617并且通过激活按钮移除所述区域。在典型 的情况中，图标最初具有单个区域(未划分的图标)，且用户重复地激活所述'+ '以获得所 期望数量的区域。以与热图615中的图标相同的方式划分热图框610中的图标表示617。通 过将组指示符620和分析指示符625拖到图标表示617中的一个区域来指定输出数据集。 例如，在屏600中，已经将组指示符021382 PBMC A1-12620和分析指示符MAP Kinase 625 拖到图标表示617的区域X 627中以定义输出数据集，所述输出数据集通过将MAP Kinase 分析应用于组021382 PBMC A1-12而产生。 将组指示符和分析指示符拖到热图表示617的区域中使如通过在屏600中的图标 表示617的区域X 627中绘制阴影线所示出的区域激活，视觉地表示了热图615的区域X中 的输出数据集值并且显示了定义所述分析的图形640。由用户界面自动确定数据集中的最 大数值并且在热图615的区域X中视觉地表示在零和数据集中的最大值之间的值的范围。 可以通过将其他组/应用组合拖放到图标表示617的区域W、Y和Z中来将附加输出数据集 分配给热图615的区域。 在分配并且视觉地表示在位置特定、多元热图615的区域中两个或者更多个输出 数据集之后，可以通过扩大热图615使得其填充计算机显示器的屏幕来便于所述数据集的 比较。当以这种形式显示时，所发明的热图允许用户比较数据集的全局特征并且使这些特 征与从中得到输出数据的样本位置相关联。 在某些情况中，数据比较可以指示门定义或者所表示的输出值的范围需要优化。 用户可以通过与类似于图18的屏700的屏进行交互来完成这个任务。在屏700中，通过激
13活图标表示708中的分析指示符702或者区域705来指定应用。在所指定的分析内，使用 图形按钮710中的一个来选择要优化的特定门。 一旦指定了分析和门，则在屏中显示包含 定义门边界的图像715的图形713。除了图像715之外，图形713也显示了来自通过激活多 元热图720中的图标718而指定的孔的输入数据的图示。在屏700中，阴影线图案指示已 激活表示对应于样本位置E6的样本位置718的图标。 为了优化所述门边界，用户可以使用手柄722来调整图像715的大小、形状和位 置。或者，可以使用范围框725调整在热图的区域中所表示的值的范围，所述热图表示所选 择的输出数据集。在范围框725内，可以通过在最大框727和阈值框730中输入值或者通 过放置滑动器733和735来指定在所选择的区域中用于视觉显示的最大值和最小值。也可 以通过用户与屏700交互来调整单位分配框740中的参数。 有利的是，可以实时更新热图720中的输出数据的视觉表示以反应门边界、范围 或者单位的调整。本发明的这个特征允许用户迅速估计分析参数优化对所显示的数据中的 关系的影响并且有效地利用在优化过程期间的这种知识。 可以在各种各样的传统计算机平台上实施本发明的实施例，所述计算机平台包括 台式和便携式个人计算机。可以使用许多不同的编程语言对实施进行编程，并且有利地针 对特定计算机平台有利地优化用于在该特定平台上实施的编程语言。例如，可以在个人计 算机上实施图14至图18的用户界面，所述个人计算机使用Qt来运行C++的Leopard或者 Windows操作系统，所述Qt是来自挪威奥斯陆的Trolltech的用于交叉平台应用开发的开 发框架。同时显示可被实施为网格视图(例如，Qt框架中的QTableView)。图形重现代码 根据由用于实验的协议定义的分析结果绘制每个网格元素。 尽管在用于流式细胞术数据的分析的实施例中示出了本发明的特征，但是在数据 分析和显示领域的技术人员将意识到的是，其可以用于分析和比较来自各种各样的源的位 置特定数据。这些包括但不限于在固定地理位置处的空气、地面和水污染水平的分析的视 觉呈现、在生产车间内的特定位置处的过程变量的分析、田地内的农业参数的分析以及其 他分析，在所述其他分析中，通过询问位置排列中的样本获得输入数据，所述位置排列可以 由用户界面中的图标排列来表示。
权利要求
一种用于计算机系统的图形用户界面，提供由对样本排列的询问而得到的数据集的分析的视觉表示，其中所述视觉表示使得能够识别所述数据集之间的关系，所述界面包括图标排列，类似于所述样本排列，以使得每个图标与样本中的至少一个视觉关联；和被划分成区域的所述图标中的至少一个，所述图标的每个区域提供关于数据集的分析的信息，其中所述数据集包括由对与所述图标视觉关联的样本的询问而得到的数据。
2. 根据权利要求1所述的图形用户界面，其中将所有图标均划分成区域，每个区域表 示数据集的分析，所述数据集包括来自与所述图标视觉关联的样本的数据。
3. 根据权利要求1所述的图形用户界面，其中样本和图标的排列相同。
4. 根据权利要求1所述的图形用户界面，其中每个数据集包括由对两个或者更多个样 本的询问而得到的数据。
5. 根据权利要求1所述的图形用户界面，其中每个图标包括的区域的个数等于所分析 的数据集的个数，所述所分析的数据集包括由对与所述图标视觉关联的样本的询问而得到 的数据。
6. 根据权利要求1所述的图形用户界面，其中所述样本是含颗粒的生物样本。
7. 根据权利要求1所述的图形用户界面，其中使用流式细胞仪和扫描细胞仪中的一种 来询问所述样本。
8. 根据权利要求1所述的图形用户界面，其中所述信息的视觉表示是颜色和视觉色调 中之一的变化。
9. 根据权利要求8所述的图形用户界面，其中在所述视觉表示之上叠加阴影线图案。
10. 根据权利要求8所述的图形用户界面，其中所述视觉表示与所述信息呈对数关系。
11. 根据权利要求1所述的图形用户界面，还包括每个所述数据集的表示，以使得可以 由用户将关于每个所述数据集的分析的信息分配给所述区域，使所述表示中的每一个与所 述区域中的一个相关联。
12. 根据权利要求1所述的图形用户界面，其中使所述图标成形为在视觉上看起来具 有与所述样本基本上相同的形状。
13. —种用于计算机的图形用户界面，用于定义由对样本排列中的样本进行询问而得 到的数据集的分析并且视觉表示所述分析的结果，其中所述视觉表示使得能够识别不同数 据集之间的关系，所述界面包括应用于数据集以生成结果集的分析的图形呈现，所述分析具有至少一个参数，用户通 过与所述图形呈现进行交互来控制所述至少一个参数；禾口位置特定的多元热图，包括所述结果集和至少一个附加结果集的视觉呈现，由此所述 用户通过查看所述热图来确定改变所述参数对所述数据集之间的关系的影响。
14. 根据权利要求13所述的图形用户界面，其中所述样本是含颗粒的生物样本。
15. 根据权利要求13所述的图形用户界面，其中使用流式细胞仪和扫描细胞仪中的一 种询问所述样本。
16. 根据权利要求13所述的图形用户界面，其中所述结果集的视觉呈现跟踪可变分析 参数的变化。
17. 根据权利要求13所述的图形用户界面，其中通过调整图形中的图像的形状来改变所述可变分析参数。
18. 根据权利要求17所述的图形用户界面，其中所述几何图像和图形具有一、二或者三维。
19. 根据权利要求13所述的图形用户界面，其中通过激活屏幕上的按钮来选择所述可 变分析参数。
20. —种用于与显示两个或者更多个数据集的计算机的图形界面交互的方法，其中所 述图形界面包括图标排列，所述图标排列类似于样本排列，以使得每个图标与样本中的至 少一个视觉关联，且所述图标被划分成区域，所述图标的每个区域视觉表示由对所述样本 排列进行询问而得到的数据集中的一个的分析的结果，所述方法包括以下步骤定义至少一个分析； 指定用于所述分析的测量单位； 将所述分析应用于数据集以产生结果；以及 在所述图标的区域中表示所述结果。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述样本是含颗粒的生物样本。
22. 根据权利要求20所述的方法，其中使用流式细胞仪或扫描细胞仪询问所述样本。
23. —种在计算机显示器上呈现两个或者更多个数据集用于由用户进行视觉比较的方 法，所述数据集由对样本排列的询问的分析得到，所述方法包括以下步骤使所述样本排列与所述显示器中的视觉图标相映射，以使得每个图标与至少一个样本 相关联，且每个视觉图标相对于其他图标的空间关系类似于与所述视觉图标相关联的样本 相对于其他样本的空间关系；将所述图标划分成区域；以及在所述图标的特定区域中视觉表示每个数据集。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述样本是含颗粒的生物样本。
25. 根据权利要求23所述的方法，其中使用流式细胞仪和扫描细胞仪中的一种来询问 所述样本。
全文摘要
一种在计算机上的用户图形界面，其提供对位置特定数据的分析以及对分析结果的呈现，用于由用户进行视觉比较。将分析结果视觉呈现为图标，所述图标被再划分成区域且被排列，使得用户能够将每个图标与数据位置相关联。所述图标和区域中的结果的视觉呈现允许用户在视觉上根据位置比较在两个或者更多个数据集中的分析结果。所述图形用户界面还提供通过用户与所述分析的图形表示的交互而对所述分析的定义和调整。在一些情况中，所述结果的视觉呈现跟踪分析调整，因此用户可以视觉地观察调整对结果的影响。描述了一种用于与界面交互以定义分析并且表示结果的方法以及一种使用界面呈现两个或者更多个数据集的方法。所述界面可以用于分析并且视觉地比较来自许多源的位置特定数据的结果，且所述界面在流式细胞术应用中被示出。
文档编号G06F3/048GK101790713SQ200880018263
公开日2010年7月28日 申请日期2008年4月16日 优先权日2007年4月17日
发明者乔治·J·狄克逊, 大卫·安德鲁·京, 尼尔·基尔科因, 阿默杜·约瑟夫·卡皮奥内, 雷·勒菲弗 申请人:番石榴技术公司