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Diese
Patentanmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität der japanischen
Patentanmeldung Nr. 2004-124897 vom 21. April 2004, deren Inhalt
hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Biochip-Messverfahren und eine Biochip-Messvorrichtung
zum Messen von Daten eines Biochips mit einer Vielzahl von Orten
und insbesondere Verbesserungen an einem Biochip-Messverfahren und
einer Biochip-Messvorrichtung zum Messen eines Bildes für einen
Biochip wie etwa ein DNA-Mikroarray in einem breiten dynamischen
Bereich über
einen breiten Messbereich.
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Das
folgende Dokument betrifft eine Vorrichtung zum Messen eines Biochips über den
breiten Messbereich des Biochips.
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JP-A-2001-311690
wird als Stand der Technik genannt.
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4 und 5 sind schematische Ansichten, die ein
Beispiel einer Biochip-Messvorrichtung gemäß JP-A-2001-311690 zeigen. 5 zeigt eine Biochip-Messvorrichtung
des abtastlosen Typs, und 6 zeigt
eine Biochip-Messvorrichtung des Abtast-Typs, bei der ein DNA-Chip
in der Querrichtung abgetastet wird (in der Richtung, die orthogonal
zu der optischen Achse ist).
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In 5 wird ein von einer Lichtquelle 101 emittiertes
erregtes Licht (z.B. ein Laserstrahl) durch eine Linse 102 parallel
gerichtet, wobei es dann in der Form von parallelen Strahlen durch
ein Mikrolinsen-Array MA und eine Öffnung AP hindurchgeht und auf
einen diochroitischen Spiegel 103 fällt. Das Mikrolinsen-Array
MA mit einer Mikrolinse ML wird verwendet, um die Helligkeit zu
erhöhen,
kann aber auch weggelassen werden.
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Das
von dem dichroitischen Spiegel 103 reflektierte erregte
Licht wird durch eine Objektivlinse 106 konzentriert, um
eine Probenfläche
eines DNA-Chips 8 zu beleuchten.
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Aufgrund
dieses Beleuchtungslichts emittiert eine Probe eine Fluoreszenz
(mit einer anderen Wellenlänge
als das erregte Licht). Die Fluoreszenz geht zurück zu der Objektivlinse 106 und
fällt auf
den dichroitischen Spiegel. Die durch den dichroitischen Spiegel 103 durchgelassene
Fluoreszenz von der Probe geht durch ein Filter 5 hindurch,
das anderes Licht als die Fluoreszenz abschirmt, und tritt in eine Linse 108 ein.
Durch diese Linse 108 wird ein Fluoreszenzbild der Probenfläche des
DNA-Chips 8 auf einem Lichtdetektor 111 gebildet.
Der Lichtdetektor kann zum Beispiel eine Kamera sein.
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Eine
Biochip-Messvorrichtung des Abtasttyps wie in 6 gezeigt weist im Prinzip denselben Aufbau
wie in 5 auf, unterscheidet
sich jedoch dadurch, dass der DNA-Chip 8 in der Richtung
(des Pfeils MV) abgetastet wird, die senkrecht zu der Einfallsrichtung
des erregten Lichts ist, wobei ein Substrat aus Glas oder Kunststoff,
das die Fluoreszenz durchlassen kann, als Substrat für den DNA-Chip 8 verwendet
wird, um die DNA auf diesem Substrat anzuordnen (auf der unteren
Seite in der Figur).
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Eine
derartige Biochip-Messvorrichtung des abtastlosen Typs bzw. des
Abtasttyps kann Bilder von mehreren Orten auf dem DNA-Chip lesen.
Wenn ein dunkler Ort und ein heller Ort auf demselben DNA-Chip vorhanden
sind, wird die Leistung des erregten Lichts, die Verstärkung des
Lichtdetektors oder die Lichtempfangszeit des Lichtdetektors entsprechend
geändert
bzw. angepasst, um das Bild ungesättigt zu machen und von Rauschen
zu befreien.
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Die
oben beschriebene Biochip-Messvorrichtung weist jedoch die folgenden
Probleme auf.
- (1) Wenn der dynamische Helligkeitsbereich
breit ist, wird schwierig ein Bild mit einer entsprechenden Helligkeit
erhalten, die weder zu hell noch zu dunkel ist.
- (2) Wenn die Leistung des erregten Lichts, die Verstärkung des
Lichtdetektors oder die Lichtintegrationszeit des Lichtdetektors
geändert
wird, wird schwierig eine Korrelation zwischen mehreren Bildern
erhalten. Wenn zum Beispiel ein Lichtmultiplikator als Lichtdetektor
verwendet wird, muss dieselbe Probe unter verschiedenen Einstellungen
gemessen werden und muss die Beziehung zwischen den Bildern erfasst
werden, indem eine Regressionsberechnung unter Verwendung der verschiedenen
Messdaten durchgeführt wird,
weil die Verstärkung
eine nicht-Linearität aufweist.
Dies ist jedoch wegen des Zeitaufwands und der mangelnden Präzision unvorteilhaft. Wenn
durch das Ändern
der Einstellungen für
einen Ort viele Daten erhalten werden, kann nicht eindeutig bestimmt
werden, welche Daten verwendet werden sollen.
- (3) Das Bild muss digitalisiert werden, wobei jedoch viel Zeit
benötigt
wird, um eine Vielzahl von Bildern zu digitalisieren. Wenn die Anzahl
der Orte gleich M ist und N Bildschichten pro Ort vorgesehen werden,
sind M × N
Verarbeitungen erforderlich.
- (4) Weil eine Vielzahl von Bildschichten durch das Auge eines
Benutzers verglichen werden müssen,
kann der Benutzer diese schwierig als einen Biochip erfassen oder
vergleichen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Biochip-Messverfahren und eine Biochip-Messvorrichtung
anzugeben, die einen Biochip mit einem breiten dynamischen Bereich
von Orten in kurzer Zeit messen können, sodass der gesamte Biochip
einfach erfasst oder verglichen werden kann.
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Die
Erfindung gibt ein Biochip-Messverfahren zum Messen von Daten von
einem Biochip mit einer Vielzahl von Orten an, wobei das Verfahren
folgende Schritte umfasst: Erhalten einer Vielzahl von aufgenommenen
Bildern von einem Biochip mit jeweils unterschiedlichen Helligkeiten,
wobei die Bilder mit jeweils einer anderen Messeinstellung aufgenommen
werden; und Kombinieren der Bilder jedes Orts oder des numerischen
Werts jedes Orts auf der Basis der Helligkeit jedes Orts in jedem
aufgenommenen Bild, um synthetische Daten zu erzeugen, die dem Biochip
entsprechen.
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Auf
diese Weise wird der Biochip mit Orten eines breiten dynamischen
Bereichs korrekt und in kurzer Zeit gemessen, wobei der gesamte
Biochip einfach erfasst werden kann.
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Das
Biochip-Messverfahren umfasst weiterhin folgende Schritte: Vergleichen
der Helligkeit mit einem Sättigungspegel
oder einem Rauschpegel für jeden
Ort innerhalb der Vielzahl der aufgenommenen Bilder.
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Das
Biochip-Messverfahren umfasst weiterhin die folgenden Schritte:
wenn eine Helligkeit mit dem Sättigungspegel
für jeden
Ort verglichen wird, Ersetzen eines Bildes oder eines numerischen
Werts eines Orts, dessen Helligkeit den Sättigungspegel erreicht, durch
ein Bild oder einen numerischen Wert desselben Orts aus einem anderen
aufgenommenen Bild mit dem Ort, dessen Helligkeit geringer als der Sättigungspegel
ist, und wenn die Helligkeit mit dem Rauschpegel für jeden
Ort verglichen wird, Ersetzen eines Bildes oder eines numerischen
Werts eines Orts, dessen Helligkeit kleiner oder gleich dem Sättigungspegel
ist, durch ein Bild oder einen numerischen Wert desselben Orts aus
einem anderen aufgenommenen Bild mit dem Ort, dessen Helligkeit
größer als
der Rauschpegel ist.
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In
dem Biochip-Messverfahren wird ein Dispersionswert der Helligkeit
für den
Vergleich der Helligkeit mit dem Rauschpegel verwendet.
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Das
Biochip-Messverfahren umfasst weiterhin den folgenden Schritt: Bearbeiten
eines Bildes jedes Orts auf der Basis der Helligkeit jedes Orts,
und Wandeln des Bildes jedes Orts zu einem numerischen Wert, um
die synthetischen Daten zu erzeugen.
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Das
Biochip-Messverfahren umfasst weiterhin den folgenden Schritt: Wandeln
der Vielzahl von aufgenommenen Bildern und anschließendes Bearbeiten
des numerischen Werts jedes Orts auf der Basis des numerischen Werts
jedes Orts, um die Daten zu erzeugen.
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Das
Biochip-Messverfahren umfasst weiterhin den folgenden Schritt: Bearbeiten
des numerischen Werts jedes Orts und anschließendes Bearbeiten des Bildes
jedes Orts, um ein einzelnes Bild zu rekonstruieren.
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In
dem Biochip-Messverfahren wird die Beziehung zwischen der Messeinstellung
und der Helligkeit eines Bildes vor der Messung kalibriert.
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In
dem Biochip-Messverfahren wird die Beziehung zwischen der Messeinstellung
und der Helligkeit eines Bildes auf der Basis der Helligkeit einer Markierungssubstanz
kalibriert, die während
der Messung in die Probe gegeben wird.
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In
dem Biochip-Messverfahren ist die Messeinstellung derart, dass die
Helligkeit der Vielzahl von aufgenommenen Bildern mit gleicher Vergrößerung bzw.
mit verdoppelter, exponentieller, logarithmischer oder geometrischer
Progression wiedergegeben wird.
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In
dem Biochip-Messverfahren sind die Vielzahl von aufgenommenen Bildern
synthetische Zwischenbilder, die durch das Addieren oder Subtrahieren
der Vielzahl von aufgenommenen Bildern erzeugt werden.
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In
dem Biochip-Messverfahren wird die Messeinstellung variiert, indem
die Beleuchtungsleistung, die Verstärkung eines Lichtdetektors
oder die Messzeit variiert wird.
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In
dem Biochip-Messverfahren ist der Biochip ein Chip bzw. ein Mikroarray
aus DNA, RNA, Protein, Glycolipid oder Metabolit.
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Die
Erfindung gibt auch eine Biochip-Messvorrichtung Zum Messen von
Daten eines Biochips mit einer Vielzahl von Orten an, wobei die
Biochip-Messvorrichtung umfasst: einen Bildverarbeitungsabschnitt,
der unter Verwendung des Biochip-Messverfahrens
ein synthetisches Bild erzeugt.
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Gemäß dem Biochip-Messverfahren
und der Biochip-Messvorrichtung
wird der Biochip mit Orten in einem breiten dynamischen Bereich
korrekt innerhalb kurzer Zeit gemessen, wobei der gesamte Biochip
einfach erfasst werden kann.
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1A und 1B sind
Ansichten, die ein spezifisches Beispiel eines innerhalb kurzer
Zeit gemäß der Erfindung
aufgenommenen Bildes zeigen.
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2A und 2B sind
Ansichte, die ein spezifisches Beispiel eines über längere Zeit gemäß der Erfindung
aufgenommenen Bildes zeigen.
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3A und 3B sind
Ansichten, die ein spezifisches Beispiel eines synthetischen Bildes
zeigen, das durch ein Verfahren der Erfindung erzeugt wird.
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4 ist
eine schematische Ansicht, die den Hauptteil eines Beispiels einer
Biochip-Messvorrichtung zum Implementieren des Verfahrens der Erfindung
zeigt.
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5 ist
eine schematische Ansicht, die den Hauptteil eines Beispiels einer
herkömmlichen
Biochip-Messvorrichtung des abtastlosen Typs zeigt.
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6 ist
eine schematische Ansicht, die den Hauptteil eines Beispiels einer
herkömmlichen
Biochip-Messvorrichtung des Abtasttyps zeigt.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung betrifft eine Biochip-Messvorrichtung
und ein Biochip-Messverfahren, die Daten eines Biochips mit einer
Vielzahl von Orten messen.
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform des
Biochip-Messverfahrens
gemäß der Erfindung beschrieben.
In der Ausführungsform
werden eine Vielzahl von aufgenommenen Bildern eines Biochips mit
unterschiedlichen Helligkeiten, die mit unterschiedlichen Messeinstellungen
aufgenommen werden, selektiv und teilweise auf der Basis des Helligkeitswerts
jedes Orts in jedem aufgenommenen Bild verwendet, wobei die Bilder
jedes Orts oder der numerische Wert jedes Orts kombiniert werden,
um synthetische Daten in Entsprechung zu dem Biochip zu erzeugen.
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Im
Folgenden wird ein Messschritt beschrieben.
- (1)
Eine Vielzahl von Bildern werden aufgenommen, wobei die Einstellungen
(z.B. die Bildaufnahmezeit) geändert
werden, ohne dass die Position eines DNA-Chips auf der Biochip-Messvorrichtung verschoben
wird.
- (2) Die Position eines Orts (eines Punkts aus erregtem Licht)
in jedem Bild wird unter Verwendung von bekannter Information zu
der Ortsposition auf dem DNA-Chiparray bestimmt.
- (3) Die folgende Ersetzung wird durchgeführt, wobei die Helligkeit für alle Orte
in jedem Bild geprüft wird.
(3.1)
Zuerst wird das hellste fotografierte Bild vorbereitet, zum Beispiel
das unter Verwendung einer CCD-Kamera
als Lichtdetektor mit einer Bildaufnahmezeit von T1 Sekunden (z.B.
30 Sekunden) aufgenommene Bild.
(3.2) Ein Ort mit einer gesättigten
Helligkeit wird gesucht, und das Bild des Orts (als Bilddaten oder einfach
Daten bezeichnet) wird in der Einheit des Orts durch das um eine
Stufe dunkler fotografierte Bild ersetzt, zum Beispiel durch das
mit einer Bildaufnahmezeit von T2 Sekunden (z.B. 10 Sekunden) aufgenommene
Bild desselben Orts. Dabei werden Informationen zu dem Ersetzungsort
und die Bildaufnahmezeit (T1 und T2) separat aufgezeichnet.
(3.3)
Es wird nochmals einem Ort gesucht, dessen Helligkeit gesättigt ist.
Das heißt,
es wird nach einem Ort gesucht, dessen Helligkeit nach der oben
genannten Ersetzung gesättigt
ist. Für
den Ort mit gesättigter
Helligkeit wird das Bild in der Einheit des Orts durch das um eine
Stufe dunkler aufgenommene Bild ersetzt, zum Beispiel durch das
mit einer Aufnahmezeit T3 (z.B. 1 Sekunde) aufgenommene Bild desselben
Orts. Dabei werden Information zu dem Ersetzungsort und den Bildaufnahmezeiten
T1 und T3 separat aufgezeichnet.
(3.4) Die vorstehend genannten
Schritte werden wiederholt, bis ein Zustand erreicht wird, in dem alle
Orte ungesättigt
sind. Ggf. wird eine erneute Messung ggf. unter dunkleren Bedingungen durchgeführt.
- (4) Der folgende Schritt wird unter Verwendung des Ersetzungsbildes
und der aufgezeichneten Informationen durchgeführt.
(4.1) Die Umwandlungsrate
K1 wird derart bestimmt, dass der hellste Ort die maximale Gradation
(in diesem Fall 65535) für
einen vorbestimmten dynamischen Bereich des Bildes (z.B. 16 Bit) nicht überschreitet.
Zum Beispiel: K1 = 0,9.
(4.2) Das endgültige synthetische Bild wird
erstellt, indem die Helligkeit jedes Orts in dem ersetzten Bild
unter Verwendung dieser Umwandlungsrate K1 und der Aufnahmezeitinformationen (T1
bis T3) für
jeden Ort gewandelt wird.
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Zum
Beispiel wird die Helligkeit wie folgt reduziert.
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Für den gesättigten
Ort mit der Aufnahmezeit T1 wird die Helligkeit mit einer Vergrößerung von
K1 × (T3/T1)
= 0,9/30 erhöht.
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Für den gesättigten
Ort mit der Aufnahmezeit T2 wird die Helligkeit mit einer Vergrößerung von
K1 × (T3/T2)
= 0,9/10 erhöht.
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Für den gesättigten
Ort mit der Aufnahmezeit T3 wird die Helligkeit mit einer Vergrößerung von
K1 erhöht.
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Auf
diese Weise kann der dunklere Ort, an dem das Bild nicht mit der
Aufnahmezeit T3 aufgenommen wird, auf der Anzeige als endgültiges synthetisches
Bild dargestellt werden. Der Grund hierfür ist, dass das bei T3 beträchtliche
Hintergrundrauschen an dem Ort für
T1 geringer wiedergegeben wird. Für den bei T1 gesättigten
und nicht verglichenen Ort kann die Helligkeit einfach auf der Anzeige des
endgültigen
synthetischen Bildes verglichen werden. Weil es sich um eine einzelne
Bildschicht handelt, ist die Bildanalyse für die Digitalisierung einfach, sodass
keine Regressions-Berechnung zum Messen (Kalibrierung) erforderlich
ist.
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Auf
diese Weise kann der dunklere Ort, an dem das Bild nicht mit der
Aufnahmezeit T3 aufgenommen wird, auf der Anzeige als endgültiges synthetisches
Bild dargestellt werden. Der Grund hiefür ist, dass das bei T3 beträchtliche
Hintergrundrauschen an dem Ort für
T1 geringer wiedergegeben wird. Auch für den bei T1 gesättigten
und nicht verglichenen Ort kann die Helligkeit einfach auf der Anzeige
des endgültigen
synthetischen Bildes verglichen werden.
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Weil
es sich bei dem synthetischen Bild um eine einzelne Bildschicht
handelt, ist nur eine einfache Analyse für die Digitalisierung erforderlich.
In diesem Fall ist keine Regressions-Berechnung für die Messung
(Kalibrierung) erforderlich.
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1A bis 3B zeigen
ein spezifisches Beispiel des aufgenommenen Bildes und des endgültigen synthetischen
Bildes. 1A zeigt ein mit einer kurzen
Aufnahmezeit (T1) aufgenommenes Bild. 1B zeigt
die Helligkeitspegel-Wiedergabe
für die Orte
A, B und C, die in 1A umkreist sind. Die Helligkeit
der Orte A und B liegt zwischen dem Rauschpegel und dem Sättigungspegel,
sodass das Bild betrachtet werden kann und die Differenz in der
Helligkeit zwischen den Orten deutlich ist. Weil jedoch die Helligkeit
des Ortes C unter dem Rauschpegel liegt, kann das Bild nicht betrachtet
werden.
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2A und 2B zeigen
mit einer langen Aufnahmezeit (T2) aufgenommene Bilder. Was die Helligkeit
der Orte A, B und C betrifft, sind die Orte A und B ohne Unterschied
in der Helligkeit wie in 2B gezeigt
gesättigt,
während
der Ort C einen Zwischenpegel zwischen der gesättigten Helligkeit und dem
Rauschen aufweist, sodass das Bild betrachtet werden kann.
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Wenn
diese zwei aufgenommenen Bilder einer Bildverarbeitung unter Verwendung
des Verfahrens der Erfindung unterzogen werden, wird ein synthetisches
Bild wie in 3A gezeigt erzeugt. Das heißt, in dem
am hellsten aufgenommenen Bild von 2A werden
die Bilder an den Orten A und B mit gesättigter Helligkeit durch in 1A um
eine Stufe dunkler aufgenommene Bilder an denselben Orten ersetzt.
Weil die anderen Orte in 2A nicht
gesättigt
sind, wird keine Ersetzung vorgenommen. Danach wird die Umwandlungsrate
K1 wie oben genannt erfasst, wobei die Helligkeit des ersetzten
Bildes an jedem Ort auf der Basis der Umwandlungsrate K1 und der
Zeitinformationen für
jeden Ort gewandelt wird, um das synthetische Bild von 3A zu
erzeugen.
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In
diesem Fall ist wie in 3B gezeigt der Rauschpegel an
den Orten A und B kleiner als an dem Ort C.
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Der
umkreiste Teil D in 3A, der wie weiter unten erläutert in
einer anderen Ausführungsform nützlich ist,
wird hier nicht näher
beschrieben.
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4 ist
eine schematische Ansicht des Hauptteils eines Beispiels der Biochip-Messvorrichtung,
die das oben beschriebene Biochip-Messverfahren implementiert. In
der Ausführungsform
wird die Biochip-Messvorrichtung des abtastlosen Typs wie in 5 gezeigt
zum Messen von Daten eines Biochips mit einer Vielzahl von Orten
verwendet. Die Unterschiede im Vergleich zu 5 bestehen
darin, dass eine Kamera 120 als Lichtdetektor 111 verwendet
wird und zusätzlich
ein Bildverarbeitungsabschnitt 200 vorgesehen ist.
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Die
Kamera 120 kann ein fluoreszierendes Bild auf der Probenfläche für eine gesetzte
Bildaufnahmezeit aufnehmen. Der Bildverarbeitungsabschnitt 200 umfasst
einen Steuerabschnitt zum Voreinstellen der Bildaufnahmezeit der
Kamera 120 und zum Ansteuern der Kamera, um das Bild für die voreingestellte
aufzunehmen, einen Speicherabschnitt (nicht gezeigt) zum Speichern
der durch die Kamera 120 aufgenommenen Bilder, während die
Bildaufnahmezeit jeweils geändert
wird, einen Ortspositions-Erfassungsabschnitt (nicht gezeigt) zum
Erfassen der Position des Orts in jedem Bild auf der Basis von bekannten
Informationen und einen Bildverarbeitungsabschnitt (nicht gezeigt)
zum Durchführen
der Verarbeitung zum Erzeugen des synthetischen Bildes unter Verwendung
des Verfahrens der Erfindung durch das Lesen der gespeicherten Bilder.
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Im
Folgenden wird der Betrieb der Biochip-Messvorrichtung mit diesem
Aufbau beschrieben. Dabei entspricht der Betrieb zum Emittieren
eines erregten Lichts aus der Lichtquelle 101 auf die Probenfläche sowie
zum Aufnehmen eines Bildes der Probenfläche durch die Kamera 102 dem
Lesen in 5 und wird hier nicht näher erläutert. Es
wird nur der inhärente
Betrieb der Erfindung beschrieben.
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Beim
Fotografieren des Bildes auf der Probenfläche ist die Position der Probe
fixiert. Die Bilder der Probenfläche
werden nacheinander mit der voreingestellten Bildaufnahmezeit aufgenommen
und in dem Bildverarbeitungsabschnitt 200 gespeichert.
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In
dem Bildverarbeitungsabschnitt 200 wird die Position jedes
Orts in jedem Bild unter Verwendung von bekannten Informationen
zu der Position des Orts auf dem Biochip erfasst und bestimmt.
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Nach
dem Aufnehmen werden die Leuchtenergien für alle Orte in jedem aufgenommenen
Bild untersucht, wobei das am hellten aufgenommene Bild aus den
aufgenommenen Bildern gewählt
wird. Weiterhin wird nach einem Ort mit gesättigter Helligkeit in diesem
Bild gesucht. Wenn ein Ort mit gesättigter Helligkeit vorhanden
ist, wird das Bild des Orts durch das um eine Stufe dunkler aufgenommene
Bild an demselben Ort ersetzt. Nach dem Ersetzen werden die Bildaufnahmezeiten
für das
Bild vor und nach der Ersetzung in Assoziation mit dem Ort in dem
Bildverarbeitungsabschnitt 200 gespeichert.
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Nach
dem Ersetzen des Bildes sucht der Bildverarbeitungsabschnitt 200 in
dem ersetzten Bild erneut nach einem Ort mit gesättigter Helligkeit. Wenn kein
Bild mit gesättigter
Helligkeit vorhanden ist, wird das Bild des Orts durch das um eine
Stufe dunkler aufgenommene Bild an demselben Ort ersetzt. Die Bildaufnahmezeiten
für das
Bild vor und nach der Ersetzung werden in Assoziation mit dem Ort
in dem Bildverarbeitungsabschnitt 200 gespeichert.
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Der
Ersetzungsschritt wird wiederholt, bis der Ort mit der gesättigten
Helligkeit verschwindet.
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Dann
führt der
Bildverarbeitungsabschnitt 200 den folgenden Schritt durch,
wobei das ersetzte Bild und die aufgezeichneten Informationen verwendet
werden, um das synthetische Bild zu erzeugen.
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Zuerst
wird die Umwandlungsrate K1 derart bestimmt, dass der hellste Ort
die maximale Gradation hinsichtlich eines dynamischen Bereichs des
Bildes nicht überschreitet.
Das synthetische Bild wird erzeugt, indem die Helligkeit jedes Orts
in dem ersetzten Bild gewandelt wird, wobei die Umwandlungsrate
und die Zeitinformationen für
jeden Ort verwendet werden.
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Das
Biochip-Messverfahren und die Biochip-Messvorrichtung der Erfindung
sind nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, sondern können auf
verschiedene Weise modifiziert oder geändert werden, ohne dass dadurch
der Erfindungsumfang verlassen wird. Die Modifikationen werden nachfolgend
erläutert.
- (1) Die Differenz in der Helligkeit zwischen
den aufgenommenen Bildern kann vorgesehen werden, indem nicht nur
die Bildaufnahmezeit, sondern auch die Leistung des erregten Lichts
(des Lasers) oder die Verstärkung
der Kamera (des Lichtdetektors) angepasst wird. Die Beziehung zwischen
der Messeinstellung des Lesers und der Helligkeit (Gradation) wird
zuvor bestimmt.
- (2) Das Ersetzen des Bildes kann nicht mit dem heller aufgenommenen
Bild (z.B. dem Bild mit der Bildaufnahmezeit von 30 Sekunden) wie
in der Ausführungsform,
sondern mit dem dunkler aufgenommenen Bild (z.B. dem Bild mit einer
Bildaufnahmezeit von 1 Sekunde) beginnen.
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Wenn
in diesem Fall kein Ort an der Position gesehen wird, an der er
sich befinden sollte, wenn also der Durchschnittswert der Helligkeit
des Orts beinahe dem Hintergrund (Hintergrundlicht) entspricht,
das an einer Position ohne Probe gemessen wird, dann wird davon
ausgegangen, dass der Ort in dem Rauschen begraben ist, sodass der
Ort durch einen um eine Stufe helleren Ort ersetzt wird. Die Bestimmung,
ob der Ort in dem Rauschen begraben ist oder nicht, kann korrekter
vorgenommen werden, indem eine Analyse der Varianz unter Verwendung
einer Dispersion in der Standardabweichung der Helligkeit durchgeführt wird.
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Für das Hintergrundlicht
kann eine andere Position als der Ort (D in 3A) oder
ein Ort, von dem bekannt ist, dass er nicht mit der Probe verbunden
ist (Ort ohne Punkt oder Ort mit einem offensichtlich nicht in der
Probe vorhandenen Genpunkt), verwendet werden.
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Eine Möglichkeit
zum Erzeugen des heller aufgenommenen Bildes (nachfolgend als helles
Bild bezeichnet) und des dunkler aufgenommenen Bildes (nachfolgend
als dunkles Bild bezeichnet) ist die folgende.
(3.1) Die numerischen
Werte von Parametern zum Ändern
des Lichts oder Schattens eines Bildes (z.B. der Integrationszeit,
der Laserleistung) werden mehrfach mit denselben Einstellungen gemessen,
wobei das dunkelste Bild eine Bildschicht verwendet (z.B. ein mit
einer Bildaufnahmezeit von einer Sekunde), während die helleren Bilder nacheinander
die zusätzlichen
Bilder verwenden (zum Beispiel werden zwei Schichten aus Bildern
mit einer Bildaufnahmezeit von einer Sekunde oder zehn Schichten
aus Bildern mit einer Bildaufnahmezeit von einer Sekunde hinzugefügt).
(3.2)
Der Parameter zum Ändern
der Helligkeit wird derart gewählt,
dass die Helligkeit jeweils verdoppelt wird (z.B. eine Sekunde,
zwei Sekunden, vier Sekunden, acht Sekunden und sechzehn Sekunden).
Die in dieser Reihe erzeugten Bilder verwenden die Bitverschiebungsoperation der
Division, um das synthetische Bild zu erzeugen, weil die Helligkeit
jeweils verdoppelt ist (z.B. entspricht eine Teilung durch 4 einer
Umwandlung von 16 Bit zu 4 Bit). Diese Operation kann unter Verwendung
einer CPU schnell durchgeführt
werden, wobei die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers gering ist.
(3.3)
Wenn die Parameterreihe eine logarithmisch, exponentiell oder geometrisch
fortschreitende Reihe ist, wird ein breiterer dynamischer Beriech
mit einer kleineren Anzahl von Bildschichten erhalten.
(3.4)
Es kann eine Bestimmung vorgenommen werden, nachdem ein neues synthetisches
Zwischenbild durch die Hinzufügung
einer Anzahl von Bildern erzeugt wird. Zum Beispiel können die
helleren Orte in einer Gruppe von Bildern, die mit jeweils verdoppelten
oder logarithmisch fortschreitenden Parametern gemessen wurden,
eine Addition (Addition/Subtraktion) von zuvor gemessenen dunkleren
Orten verwenden. Wenn kein additives Bild verwendet wird, wird das
dunkler aufgenommene Bild verworfen, wenn das am hellsten aufgenommene
Bild verwendet wird, wobei aber die gemessenen Daten effektiv und
genau genutzt werden können,
indem die Addition durchgeführt
wird.
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Wenn
zum Beispiel drei mit Bildaufnahmezeiten von jeweils 1 Sekunde,
10 Sekunden und 30 Sekunden aufgenommene Bilder vorhanden sind, wird
eine Reihe von 1 Sekunde, 10 Sekunden, 11 Sekunden (= eine Sekunde
+ 10 Sekunden), 30 Sekunden, 31 Sekunden (= 30 Sekunden + 1 Sekunde),
40 Sekunden (=30 Sekunden + 10 Sekunden) und 41 Sekunden (= 30 Sekunden
+ 11 Sekunden) erzeugt. Weiterhin kann ein subtraktives Bild von
9 Sekunden (= 10 Sekunden – 1
Sekunde) vorgesehen werden.
- (4) Die Operationssequenz
kann wie folgt sein.
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Bei
dem oben beschriebenen Verfahren wird ein Digitalisierungsprozess
nach der Synthese der Bilder durchgeführt. Dadurch wird der Digitalisierungsprozess
für jeden
Ort weit unter N (Schichten) × N
(Orten) Male reduziert. Das Bild kann jedoch erneut synthetisiert
werden, indem die Operation zuvor durchgeführt, wird, die erneute Synthetisierung
dann auf der Basis des Operationsergebnisses vorgenommen wird. In
diesem Fall ist eine längere
Operationszeit erforderlich, wobei aber das Gesamtbild einfach durch
eine Bildschicht erfasst werden kann.
- (5) Die
Kalibrierung des Lesers kann wie folgt durchgeführt werden.
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Bei
dem oben erläuterten
Verfahren wird die Beziehung zwischen der Messeinstellung und der Helligkeit
des Bildes vor der Messung kalibriert, wobei Markierungsmoleküle vor der
Messung in einer Messprobenflüssigkeit
gemischt werden können
und wobei die Messeinstellung zum Zeitpunkt der Messung durch die
Markierungsmoleküle
kalibriert werden kann.