[发明专利]用于单通道全细胞分割的系统和方法

说明书

本公开涉及用于生物样本的样本图像的单通道全细胞分割的计算机实现系统及其关联方法。可利用一个或多个非核细胞标记着色剂对生物样本染色，以及该系统和方法配置成将利用一个或多个非核细胞标记着色剂所染色的生物样本的样本图像变换为被分割的图像，所述被分割的图像具有一个或多个细胞，所述一个或多个细胞具有所描绘的核区域和细胞质区域。

技术领域

本文所公开的主题一般涉及生物样本的图像的全细胞分割，以及更特别地涉及利用一个或多个非核细胞标记着色剂所染色的生物样本的图像的单通道全细胞分割。

背景技术

细胞是全部活体中基本结构、功能和生物单位。另外，细胞包含若干亚细胞区室(例如核、细胞质和膜)和细胞器(例如线粒体)。用来对细胞进行成像、分割和研究的能力对于研究和临床研究是主要的。一个示例是用来了解正常和病理条件中的细胞动力学的研究。另一个示例是药物发现，其中测量不同药物治疗条件对细胞的影响是重要的。另一个示例是用于使用时移显微镜检查来研究活细胞的细胞动力学的活细胞成像。高分辨率荧光显微镜检查中的最近进步为细胞及其亚细胞结构的详尽可视化作好准备。显微镜检查中的进步伴随着计算能力的进步以及用于图像分割的计算机视觉和图像处理方面的技术的发展，这准许准确和高吞吐量的细胞分析。

细胞分割以及特别是全细胞分割在过去数十年内一直是许多研究的焦点。如本文所使用的，术语分割表示生物单位(例如细胞)的边界的识别。例如，在全细胞分割中，在样本图像内描绘细胞的边界和细胞的亚亚细胞区室(例如核、细胞质和/或膜)。通过全细胞分割过程，样本图像被变换成具有所描绘的区域的被分割的图像。可使用显微镜(例如荧光显微镜)来得到样本图像。实现准确分割通常因样本图像的复杂度以及没有明显边界的组织结构的高密度而可能具有挑战性的。在某些分析技术中，分割用来识别用于生物标记定量和特征提取(例如形态特征和表型)的区域和/或单位。例如，细胞分析工作流程可涉及细胞分割、细胞水平定量和数据分析。细胞分割步骤可使用多个结构标记来分割不同亚细胞区室，并且然后在全细胞分割中描绘细胞边界。在第二步骤中，在细胞水平(例如用于每个细胞的平均或总强度)和亚细胞水平来定量每个生物标记。然后，通常在数据分析阶段的开始在图像或主体水平来合计这些细胞水平测量。虽然全细胞分割促进执行详尽细胞水平定量，但是现有细胞分析工作流程具有某些缺点。例如，来自细胞分割步骤的误差可引起定量误差。另外，图像的详尽细胞分割和细胞水平定量可能是费时的，其中处理时间可根据图像中的细胞的数量和组织特性在图像之间改变。另外，通常要求细胞分割的手动审核，这也是费时的。

通常使用细胞分割的若干技术。用于全细胞分割的现有技术通常依靠用于执行分割的仪器(例如显微镜)的两个或更多个通道，并且在本文中称作“二通道全细胞分割”或者“多通道全细胞分割”。例如，许多现有技术依靠将核细胞标记(该核细胞标记特别对第一通道中的核进行染色)以及第二通道(该第二通道与第一通道是不同的)中的一个或多个非核细胞标记用于全细胞分割。与核细胞标记相反，非核细胞标记表示没有特别对核进行染色的细胞标记，例如膜和/或细胞质标记。相应地，这类二通道或多通道全细胞分割技术要求两个或更多个通道，其中第一通道被保留以用于核细胞标记，而第二和/或另外的通道用于非核细胞标记。

但是，给定大多数显微镜的有限数量的通道，非常经常期望仅将单个通道用于分割，使得通道的其余部分可以可用于用来研究不同生物现象的其它分析生物标记。此外，特别是在活细胞成像中，通常存在用来使用仪器(例如显微镜)的单个通道来执行全细胞分割(本文中称作“单通道全细胞分割”)，并且避免使用核细胞标记的期望，由于核细胞标记对细胞所具有的毒性作用以及可从其使用中所产生的形态中的变化，所述核细胞标记特别对核(例如DAPI(4',6-二脒基-2-苯基吲哚))进行染色。