[发明专利]辅助组织样本分析的载玻片图像颜色反卷积系统及方法

说明书

一种组织分析系统和方法，用于通过估计从染色系统配置获得的染料分量图像，对从染色生物组织样品获得的RGB数字图像进行光谱反卷积，其中假设参考染料向量从已知的颜色分布中采样。染色系统的染料差异性的先验知识被用作初始参考染料向量及其差异性的统计分布。基于初始参考染料向量分布，组织分析系统确定输入图像的参考染料向量和染料分量图像。然后基于参考染料向量和染料分量图像对图像进行反卷积。

技术领域

本公开总体上涉及用于癌症组织诊断的数字病理学中的成像系统和方法。更具体地，本公开涉及HE染色的载玻片图像的颜色反卷积，所述载玻片图像被数字捕获为多色通道图像，例如红、绿和蓝(RGB)通道图像，用于同时估计染料分量图像和识别化验的生理学上可信的参考染料向量。

背景技术

在诸如组织切片、血液、细胞培养物等生物样本的分析中，生物样本被安置在载玻片上并用染料和生物标记物的一种或多种组合进行染色，并且对所得的组织载玻片进行观察或成像以供进一步分析。组织载玻片可以包括生物样本，例如来自人类受试者的组织切片，其用包含荧光团或色原体的染料处理，所述荧光团或色原体与结合样本中的蛋白质、蛋白质片段或其他靶的抗体结合。

观察组织切片有助于各种过程，包括疾病的诊断、治疗反应的评估，以及抗疾病新药的开发。在扫描组织载玻片时，包括颜色通道的多个图像数据通道被导出，每个观察到的通道包括多个信号的混合。

化验染色最常见的例子之一是苏木精-伊红(HE)染色，其包括两种有助于识别组织解剖信息的染料。H染料主要用通常呈蓝色的颜色来对细胞核染色，而E染料主要作为细胞质的通常呈粉红色的染料。特殊的染色化验可以根据组织中的靶物质的化学特性、生物特性或病理特性来识别这些靶物质。

免疫组织化学(IHC)化验包括一种或多种与抗体结合的染料，所述抗体与样本中的蛋白质、蛋白质片段或其他感兴趣的结构(以下称为靶)结合。将样本中的靶与染料结合的抗体和其他化合物(或物质)在本文中被称为生物标记物。

对于HE或特殊染色化验，生物标记物与染料(例如苏木精复染)有固定的关系，而对于IHC化验，可以针对生物标记物利用染料的选择来开发和创建新的化验。生物样本在成像前根据化验进行制备。在向组织施加单个光源、一系列多个光源或任何其他输入光谱源时，组织载玻片可以由观察者评估，通常通过显微镜，或者可以从化验中获取图像数据用于进一步处理。

在这样的采集中，导出多个通道(例如颜色通道)的图像数据，每个所观察的通道包括多个信号的混合，其中每个信号代表组织中特定的染料表达，并且信号的数量对应于用于对组织进行染色的染料数量。所述图像数据的处理可以包括颜色反卷积的方法，也称为光谱解混、颜色分离等，用于从观察到的一个或多个图像数据通道中确定特定染料的局部浓度。对于在显示器上描绘的通过自动方法处理的图像数据，或者对于由观察者观察的组织载玻片，可以确定染色组织的局部外观与所应用的染料和生物标记物之间的关系，以确定染色组织中生物标记物分布的模型。

通常，颜色反卷积用于确定一个或多个所观察的通道中特定染料的浓度。扫描图像的每个像素由图像值的向量或颜色向量表示，并且每种染料对应于参考染料向量，本文中也称为参考向量，并且被称为参考光谱。一个像素处的局部染料浓度由参考染料向量的比例因子表示。

然而，根据常规的颜色反卷积方法，包含具有不同浓度的多个共定位染料的像素的颜色向量被假定为所有当前染料的参考光谱的线性组合。通常，荧光成像颜色通道直接提供图像向量和参考光谱。在明场成像中，染色组织发出的光强度被转换到光密度空间，这是捕获的RGB图像数据的对数转换，不同染料的混合也由贡献参考光谱的线性加权组合来表示。