流式细胞术数据分割结果的评价系统和方法
【专利说明】流式细胞术数据分割结果的评价系统和方法 相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求2012年11月16日提交的美国临时专利申请No. 61/727,474的优先 权的权益，该专利申请的内容以引用方式并入本文。
【背景技术】
[0002] 本发明的实施例涉及流式细胞术，具体地讲，涉及用于评估通过边界放置技术获 得的结果的品质的系统和方法。
[0003] 对造血功能障碍进行流式细胞术免疫表型分型是一项复杂且要求高的任务，需要 相关人员充分了解细胞谱系、发育途径和生理变化，以及在血液病理学方面具有丰富经验。
[0004] 流式细胞术通过将细胞悬浮在流体的料流中并使其经过电子检测装置而允许每 秒对数千个颗粒进行同时多参数分析。可将生成的数据绘制成直方图并分成多个区域。所 述区域是在一个或两个参数的直方图上围绕所关注群体绘出或定位的形状。示例性区域形 状包括二维的多边形、圆圈、椭圆、不规则形状，等等。以数据形式例示的个体事件对应于独 特的参数组合，并且在存在此类组合的多个实例的情况下累积。当使用一个区域来限制或 分离绘制或定位在直方图上的细胞或事件，使得那些分离的细胞或事件可以在后续的直方 图中显现时，将该过程称为"门控"。在涉及一个或多个区域的被称为"门控"的一系列顺序 步骤中，可基于荧光强度对累积成直方图的数据进行分离或聚类。在一些情况下，使用布林 (Boolean)逻辑（与（AND)、或（OR)、非（NOT))将门彼此结合。常见技术涉及按顺序使用 门。在一些情况下，并行地执行门。
[0005] 在过去十年中，检测仪器和试剂技术的进步已使得能够对数十个表面标记物和细 胞内标记物以及数十个信号传导分子进行同时单细胞测量，这使得流式细胞术在医学和系 统生物学中发挥越来越重要的作用。
[0006] 然而，用来解译流式细胞术数据的传统分析工具的功能已不能满足流式细胞术应 用快速扩展的需求，使得科学家们面临从数百万细胞的集合中人工识别出20维数据形式 的所关注细胞群体的艰巨任务。
[0007] 贝克曼库尔特公司（Beckman Coulter)的tetraCXP系统软件、stemCXP和 CytoDifT CXP软件是自动化流式细胞术解决方案的非限制性例子。这些软件提供了一种用 于在多维空间中分离出所关注群体和向用户报告该群体的百分率和其他临床参数的门控 算法。对共有特定功能的同源细胞群体的自动识别称为自动门控。这些解决方案降低了对 高专业性的要求，并缩短了对流式细胞术数据进行手动门控所需的处理时间。额外的有益 效果包括人工成本降低、分析的一致性，以及用户引起的错误减少。
[0008] 一项2005年进行的涉及15家机构的研宄（H. T. Maecker, A. Rinfret, P. D'Souza, et al.，''Standardization of cytokine flow cytometry assays, BMC Immunology, vol. 6, article 13, 2005 (H. T. Maecker、A. Rinfret、P. D，Souza 等人，"细胞因 子流式细胞术测定法的标准化"，《BMC免疫学》，第6卷，第13章，2005年））表明，即便使用 的是相同的样品和试剂并且样品的制备过程是标准化的，平均实验室间变异系数仍然为在 17%至44%的范围内。即便所有分析均由精通流式细胞术的人员执行，所述变异中的大多 数仍是门控引起的。
[0009] 因此，尽管流式细胞术测定技术为血液学领域提供了实际益处，但仍期待其有进 一步的发展和改进。本发明的实施例对这些尚未解决的需求中的至少一些提供了解决方 案。
【发明内容】
[0010] 本发明的实施例涵盖用于告知流式细胞术用户通过自动直方图门控技术产生的 结果的有效性的系统和方法。通常情况下，使用某些度量来评价门控技术。因此，在自动直 方图门控作为流式细胞术规程的一部分产生了折衷结果的情况下，本发明的实施例提供基 于度量的机制来告知用户此类情况。
[0011] 采用这种方式，通过向用户提供有关测试结果的有效性是否可靠的信息，自动化 的有益效果得到保留或增强。作为非限制性例子，可疑的结果是由硬件故障、设置不正确、 样品制备不当、样品过度老化、情况高度异常等引起的。
[0012] 当观察到可疑结果时，实验室工作人员通常可能需要对样品进行仔细检视，以决 定采取适当的行动方案。作为使此类检视技术自动化的组成部分，本发明的实施例涵盖提 供度量的技术，所述度量用作决策规则的输入，以便为流式细胞术结果验证过程中涉及的 决策过程提供支持。
[0013] 本发明的一些实施例涵盖用于计算度量的系统和方法，该度量与其他参数结合使 用，以评估单管式或多管式流式细胞术分析结果的品质。在一些情况下，所述度量用作决策 规则的输入，以便在自动化系统中强化对有问题的样品的检视过程。
[0014] 根据一些实施例，度量是指界定于下限（例如，0)和上限（例如，100)之间的某数 值。在某些实施例中，处于下界处或接近下界的数值与所述度量描述的特征的低水平或完 全缺失相关。相反，在一些实施例中，处于上界处或接近上界的数值与所述特征的高水平或 充分存在相关。
[0015] 本发明的一些实施例还涵盖通过使用与度量的显著性有关的信息来转换原始度 量的系统和方法。在一些情况下，显著性是基于与用于计算所述度量的数据有关的特征来 确定的。
[0016] 在一个方面，本发明的实施例涵盖用于评估边界品质的系统和方法，所述边界用 于从累积事件的集合中分离出事件子集，其中所述子集对应于共有某物理性质的所关注群 体，所述集合对应于样品颗粒。评估边界品质的示例性方法包括：获得累积事件的集合的 图线，其中所述累积事件的集合包括事件的子集；以及利用所述边界使所述事件的子集与 所述累积事件的集合中的其他事件隔离。此外，所述方法包括确定所述边界的品质评估度 量。在一些情况下，所述图线包括直方图。在一些情况下，放置边界被自动进行。在一些情 况下，放置边界被手动执行。在一些情况下，品质评估度量以事件的子集与所述边界之间的 距离为基础。在一些情况下，品质评估度量以事件的子集与特征点之间的距离为基础。在 一些情况下，所述特征点包括的成员选自所述子集的平均数和所述子集的众数。根据一些 实施例，品质评估度量可能以落在该边界上的多个事件为基础。在一些情况下，所述边界至 少部分地限定与所关注群体对应的区域。根据一些实施例，品质评估度量可能以针对所述 子集计算出的统计参数与理论分布之间的比较为基础。在一些情况下，所述统计参数为平 均值或标准偏差。在一些情况下，所述理论分布为高斯分布。根据一些实施例，所述比较基 于表征统计参数和理论分布的相似度量度，其中该相似度量度是基于成对事件距离的总和 或相关系数计算的。根据一些实施例，边界品质评估技术可以包括确定基于群体的度量，其 中所述基于群体的度量是多个独立度量的组合的函数。所述多个独立度量的组合可以包括 第一独立度量和第二独立度量。在一些情况下，第一独立度量包括品质评估度量。在一些 情况下，所述函数包括集成算子。在一些情况下，所述集成算子可以是平均算子、最小算子、 或最大算子。在一些情况下，第一独立度量以落在所述边界上的多个事件为基础，第二独立 度量以针对所述子集计算出的统计参数与理论分布之间的比较为基础。在一些情况下，第 一独立度量与所述所关注群体对应，第二独立度量与另一个所关注群体对应。
[0017] 在另一方面，本发明的实施例涵盖用于评估数据分割技术的品质的系统和方法。 评估数据分割技术的品质的示例性方法可包括：获得累积事件的集合的数据，其中所述累 积事件的集合与样品颗粒对应；以及使用数据分割技术分割所述累积事件的集合的子集的 数据，其中所述子集与所关注群体对应，