DE112019003466T5 - Spektralkalibriervorrichtung und spektralkalibrierverfahren - Google Patents

Abstract

Bereitgestellt werden eine Spektralkalibriervorrichtung und ein Spektralkalibrierverfahren, fähig zum Ausführen einer Spektralkalibrierung mit hoher Genauigkeit, selbst wenn Spitzen gleichzeitig zwischen Fluoreszenzfarbstoffen auftreten.Die Spektralkalibriervorrichtung zum Berechnen einer in der Farbumwandlungsverarbeitung verwendeten Farbumwandlungsmatrix umfasst eine Spektralsignal-Erfassungseinheit, die ein Spektralsignal von im Laufe der Zeit erfasster Fluoreszenz erfasst, eine Kandidatenberechnungseinheit, die einen Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix für jeden Wert eines Parameters, der von einer Frequenz abhängt, bei der Fluoreszenzspitzen von Fluoreszenzfarbstoffen gleichzeitig auftreten, auf der Basis des Spektralsignals berechnet, und eine Auswahleinheit, die eine Farbumwandlungsmatrix auf der Basis eines für jeden Kandidaten berechneten Bewertungswerts auswählt.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spektralkalibriervorrichtung und ein Spektralkalibrierverfahren für einen Kapillarelektrophorese-Sequencer.
• Bisheriger Stand der Technik
• Ein Kapillarelektropherese-Sequencer ist eine Vorrichtung, welche die durch Bestrahlung mit Erregungslicht erzeugte Fluoreszenz zum Erfassen dieser im Laufe der Zeit während der Elektrophorese einer Nukleinsäureprobe in einem freien Rohr, als Kapillare bezeichnet, streut und eine Nukleinsäure unter Verwendung eines erfassten Signals analysiert. Insbesondere werden ein Sequenzierprozess zum Bestimmen der eine Nukleinsäure darstellenden Basissequenz und ein Fragmentanalyseprozess zumn Vergleichen der Stranglängen von DNA-Fragmenten durchgeführt. Im Sequenzierprozess und Fragmentanalyseprozess wird eine Farbumwandlungsverarbeitung durchgeführt. Die Farbumwandlungsverarbeitung ist ein Prozess zum Umwandeln der Zeitreihendaten des Spektralsignals in die Zeitreihendaten von Fluoreszenz des Fluoreszenzfarbstoffs, der die Nukleinsäureprobe markiert, und Multiplizieren der Zeitreihendaten des erfassten Signals durch eine Pseudoinversmatrix der Farbumwandlungsmatrix entsprechend der Spektralempfindlichkeit von jedem Fluoreszenzfarbstoff.
• Der Prozess zum Erfassen einer Farbumwandlungsmatrix wird als Spektralkalibrierung bezeichnet und PTL 1 offenbart ein Spektralkalibrierverfahren unter Verwendung eines aus einer Vielzahl von molekularen chemischen Spezies, deren Spektren identifiziert werden können, erzeugten Elektrophoretogramms. Das heißt es wird ein Bereich mit Spektralempfindlichkeit durch Ranganalyse eines Teils der aus dem Elektrophoretogramm erzeugten Datenmatrix identifiziert, die aus dem identifizierten Bereich bestimmte reine Komponentenspektralempfindlichkeit wird in Gruppen unterteilt und ein repräsentatives Spektrum von jeder Gruppe und eine molekulare Spezies werden korreliert.
• Liste der Anführungen
• Patentliteratur
• PTL 1: WO 01/055699
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technische Aufgabe
• PTL 1 nimmt aber an, dass die die Fluoreszenzfarbstoffe darstellenden Spitzen ausreichend im Zeitbereich des Elektrophoretogramms getrennt sind, und die Genauigkeit der Spektralkalibrierung nimmt ab, wenn die Spitzen gleichzeitig zwischen den Fluoreszenzfarbstoffen auftreten. In einem Kapillarelektrophorese-Sequencer wird eine Kapillare kürzer, wenn die Vorrichtung miniaturisiert wird, so dass es schwierig wird, die Basis in der Kapillare zu trennen, und die Überlappung der Spitzen der erfassten Signale nimmt zu.
• Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung im Bereitstellen einer Spektralkalibriervorrichtung und eines Spektralkalibrierverfahrens, fähig zum Ausführen einer Spektralkalibrierung mit hoher Genauigkeit, selbst wenn Spitzen gleichzeitig zwischen Fluoreszenzfarbstoffen auftreten.
• Technische Lösung
• Zum Erfüllen der vorhergehenden Aufgabe stellt die Erfindung eine Spektralkalibriervorrichtung zum Berechnen einer in der Farbumwandlungsverarbeitung verwendeten Farbumwandlungsmatrix bereit. Die Spektralkalibriervorrichtung umfasst eine Spektralsignal-Erfassungseinheit, die ein Spektralsignal von im Laufe der Zeit erfasster Fluoreszenz erfasst, eine Kandidatenberechnungseinheit, die einen Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix für jeden Wert eines Parameters, der von einer Frequenz abhängt, bei der Fluoreszenzspitzen von Fluoreszenzfarbstoffen gleichzeitig auftreten, auf der Basis des Spektralsignals berechnet, und eine Auswahleinheit, die eine Farbumwandlungsmatrix auf der Basis eines für jeden Kandidaten berechneten Bewertungswerts auswählt.
• Die Erfindung stellt ein Spektralkalibrierverfahren zum Berechnen einer in der Farbumwandlungsverarbeitung verwendeten Farbumwandlungsmatrix bereit. Das Spektralkalibrierverfahren umfasst das Erfassen eines Spektralsignals von im Laufe der Zeit erfasster Fluoreszenz, das Berechnen eines Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix für jeden Wert eines Parameters, der von einer Frequenz abhängt, bei der eine Fluoreszenzspitze eines Fluoreszenzfarbstoffs auftritt, auf der Basis des Spektralsignals und das Auswählen einer Farbumwandlungsmatrix auf der Basis eines für jeden Kandidaten berechneten Bewertungswerts.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Gemäß der Erfindung können eine Spektralkalibriervorrichtung und ein Spektralkalibrierverfahren, fähig zum Ausführen einer Spektralkalibrierung mit hoher Genauigkeit, selbst wenn Spitzen gleichzeitig zwischen Fluoreszenzfarbstoffen auftreten, bereitgestellt werden.
• Figurenliste
• [1] 1 zeigt ein Hardwarekonfigurationsdiagrämm einer Spektralkalibriervorrichtung.
• [2] 2 zeigt ein Diagramm zum Erläutern eines Beispiels eines erfassten Spektralsignals und einer Beziehung zwischen einem Spektralsignal, einer Farbumwandlungsmatrix und einer vorübergehenden Aktivierung von Fluoreszenz.
• [3] 3 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer ersten Ausführungsform.
• [4] 4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Prozessablaufs der ersten Ausführungsform.
• [5] 5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Ablaufs einer Berechnungsverarbeitung eines Ausgangswerts in der ersten Ausführungsform.
• [6] 6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Ablaufs einer Berechnungsverarbeitung eines Kandidaten für eine Farbumwandlungsmatrix gemäß der ersten Ausführungsform.
• [7] 7 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Ablaufs einer Kandidatenauswahlverarbeitung der ersten Ausführungsform.
• [8] 8 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Ablaufs einer Kandidatenauswahlverarbeitung einer zweiten Ausführungsform.
• [9] 9 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Ablaufs einer Kandidatenauswahlverarbeitung einer dritten Ausführungsform.
• [10] 10 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Mobilitätskorrekturverarbeitung.
• [11] 11 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels, wenn die Mobilitätskorrekturverarbeitung auf ein Farbumwandlungssignal umfassend Pull-up und Pull-down angewendet wird.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen Spektralkalibriervorrichtung und eines Spektralkalibrierverfahrens gemäß der Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen sind Komponenten mit der gleichen funktionalen Konfiguration mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine doppelte Beschreibung wird verzichtet.
• [Erste Ausführungsform]
• 1 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer Hardwarekonfiguration einer Spektralkalibriervorrichtung 1. In der Spektralkalibriervorrichtung 1 sind eine CPU (Central Processing Unit) 2, ein Hauptspeicher 3, eine Speichervorrichtung 4, ein Anzeigespeicher 5, eine Anzeigevorrichtung 6, ein Steuergerät 7, eine Eingabevorrichtung 8 und ein Netzwerkadapter 10 durch einen Systembus 11 verbunden, um Signale senden und empfangen zu können. Die Spektralkalibriervorrichtung 1 ist mit einem Kapillarelektrophorese-Sequencer 13 und einer Spektralsignal-Datenbank 14 über ein Netzwerk 12 verbunden, um Signale senden und empfangen zu können. Hier bezeichnet „Signale senden und empfangen zu können“ einen Zustand, in dem Signale zueinander oder von einem zum anderen gesendet und empfangen werden können, ungeachtet dessen, ob dies elektrisch oder optisch verdrahtet oder drahtlos erfolgt.
• Die CPU 2 ist eine Vorrichtung, die den Betrieb von jeder Komponente steuert. Die CPU 2 lädt ein in der Speichervorrichtung 4 gespeichertes Programm und die zum Ausführen des Programms erforderlichen Daten in den Hauptspeicher 3 und führt das Programm aus. Die Speichervorrichtung 4 ist eine Vorrichtung, die ein von der CPU 2 ausgeführtes Programm und zum Ausführen des Programms erforderliche Daten speichert, und insbesondere eine Aufzeichnungsvorrichtung, etwa eine Festplatte oder eine SSD (Solid State Disk), und eine Vorrichtung, die von einem Aufzeichnungsmedium wie einer IC-Karte, einer SD-Karte und einer DVDliest und auf dieses schreibt. Verschiedene Daten werden über das Netzwerk 12, etwa einem LAN (Local Area Network), gesendet und empfangen. Der Hauptspeicher 3 speichert das von der CPU 2 ausgeführte Programm und den Fortschritt der arithmetischen Verarbeitung.
• Der Anzeigespeicher 5 speichert vorübergehend Anzeigedaten zur Anzeige auf der Anzeigevorrichtung 6, etwa einem Flüssigkristallbildschirm. Die Eingabevorrichtung 8 ist eine Bedienungsvorrichtung, in der ein Bediener eine Bedienungsanweisung für die Spektralkalibriervorrichtung 1 erteilt, und insbesondere eine Tastatur, eine Maus oder dergleichen. Die Maus kann eine andere Zeigevorrichtung, etwa ein Trackpad oder ein Trackball, sein. Das Steuergerät 7 erfasst den Zustand der Tastatur und der Maus und gibt die erfasste Information und dergleichen an die CPU 2 aus. Wenn die Anzeigevorrichtung 6 ein Touchscreen ist, dient der Touchscreen ebenfalls als Eingabevorrichtung 8. Der Netzwerkadapter 10 dient zum Verbinden der Spektralkalibriervorrichtung 1 mit dem Netzwerk 12, etwa einem LAN, einer Telefonleitung oder dem Internet.
• Der Kapillarelektropherese-Sequencer 13 ist eine Vorrichtung, welche die durch Bestrahlung mit Erregungslicht erzeugte Fluoreszenz zum Erfassen dieser im Laufe der Zeit während der Elektrophorse einer Nukleinsäureprobe in der Kapillare streut und eine Nukleinsäure unter Verwendung eines Spektralsignals, welches das erfasste Signal ist, analysiert. Eine Nukleinsäureanalyse umfasst eine Farbumwandlungsverarbeitung, die das Spektralsignal in Zeitreihendaten der Fluoreszenz des Fluoreszenzfarbstoffs, der die Nucleinsäureprobe markiert, durch Multiplizieren des Spektralsignals mit einer Pseudoinversmatrix der Farbumwandlungsmatrix umwandelt. Die Spektralsignal-Datenbank 14 ist ein Datenbanksystem, das die vom Kapillarelektrophorese-Sequencer 13 erfassten Spektralsignale speichert.
• Die Beziehung zwischen dem Spektralsignal, der Farbumwandlungsmatrix und der vorübergehenden Aktivierung von Fluoreszenz ist nachfolgend in Bezug auf 2 beschrieben. 2(a) zeigt ein Beispiel des erfassten Spektralsignals, in dem die vertikale Achse die Signalstärke darstellt und die horizontale Achse die Zeit darstellt, und es ist die Wellenform für jeden Erfassungskanal entsprechend der gestreuten Wellenlänge dargestellt.
• 2(b) zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen einem Spektralsignal F, einer Farbumwandlungsmatrix S und einer vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz. Nukleinsäureproben, die sich in der Kapillare durch Elektrophorese bewegen, enthalten die vier Basentypen A (Adenin), G (Guanin), C (Cytosin) und T (Thymin) und die Basensequenz in der Nukleinsäureprobe kann durch Kenntnis der Bewegungsreihenfolge von jeder Base erfasst werden. Da verschiedene Fluoreszenzfarbstoffe jeder Base entsprechen, kann die Basensequenz durch Kenntnis der Bewegungsreihenfolge von jeder Basis aus der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz von jedem Fluoreszenzfarbstoff bestimmt werden.
• Das vom Kapillarelektrophorese-Sequencer 13 erfasste Spektralsignal F ist das Ergebnis des spektroskopischen Erfassens der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz ohne Dividieren dieser für jeden Fluoreszenzfarbstoff. Somit ergibt sich F = S × C, wenn die Farbumwandlungsmatrix S verwendet wird. Das heißt zum Ermitteln der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz aus dem Spektralsignal F reicht es aus, beide Seiten mit S⁺ zu multiplizieren, was eine Pseudoinversmatrix von S ist, um C = S⁺ × F zu berechnen, so dass eine Spektralkalibrierung erforderlich ist, die einen Prozess zum Erfassen der Farbumwandlungsmatrix S darstellt. F ist die Matrix der Reihe einer Wellenlängenkanalzahl n und der Spalte der Zeitzahl t, S ist die Matrix der Reihe der Wellenlängenkanalzahl n und der Spalte der Fluoreszenzfarbstoffzahl k und C ist die Matrix der Reihe der Fluoreszenzfarbstoffzahl k und der Spalte der Zeitzahl t.
• Obgleich es ein Verfahren nach dem Stand der Technik zum Durchführen einer unabhängigen Komponentenanalyse am Spektralsignal F gibt, um die Farbumwandlungsmatrix S zu erfassen, ist die Genauigkeit der ermittelten Farbumwandlungsmatrix S unzureichend. Da verschiedene Fluoreszenzfarbstoffe auf jeder Base markiert sind, ist die Frequenz, bei der die Fluoreszenzspitzen von Fluoreszenzfarbstoffen zur gleichen Zeit auftreten, niedrig. Daher wird in dieser Ausführungsform eine Vielzahl von Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix S, in der die Frequenz, bei der die Fluoreszenzspitzen von Fluoreszenzfarbstoffen zur gleichen Zeit bei der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz auftreten, niedrig ist, berechnet und die Farbumwandlungsmatrix S wird aus der Vielzahl von Kandidaten auf der Basis des für jeden Kandidaten berechneten Bewertungswerts ausgewählt.
• Nachfolgend sind die Hauptteile dieser Ausführungsform in Bezug auf 3 beschrieben. Diese Hauptteile können aus spezieller Hardware oder auf der CPU 2 ausgeführter Software bestehen. In der folgenden Beschreibung ist ein Fall beschrieben, in dem der Hauptteil dieser Ausführungsform aus Software besteht. Diese Ausführungsform umfasst eine Spektralsignal-Erfassungseinheit 31, eine Ausgangswert-Berechnungseinheit 32, eine Kandidatenberechnungseinheit 33 und eine Auswahleinheit 34.
• Nachfolgend ist dieser Teil beschrieben.
• Die Spektralsignal-Erfassungseinheit 31 erfasst ein zur Spektralkalibrierung verwendetes Spektralsignal 30. Das Spektralsignal 30 kann ein in der Speichervorrichtung 4 gespeichertes Signal sein oder kann ein vom Kapillarelektrophorese-Sequencer 13 oder von der Spektralsignal-Datenbank 14 über den Netzwerkadapter 10 erfasstes Signal sein.
• Die Ausgangswert-Berechnungseinheit 32 berechnet die Ausgangswerte der Farbumwandlungsmatrix S und die vorübergehende Aktivierung C von Fluoreszenz. Das Spektralsignal 30 wird zum Berechnen des Ausgangswerts verwendet und es kann eine gewisse Vorverarbeitung vor der Berechnung des Ausgangswerts erfolgen. Als Vorverarbeitung werden beispielsweise Zackenentfernung, Basislinienentfernung, Normalisierung zwischen Wellenlängenkanälen und dergleichen durchgeführt, so dass die Genauigkeit in der folgenden Verarbeitung verbessert werden kann. Eine unabhängige Komponentenanalyse nach dem Stand der Technik wird zum Berechnen des Ausgangswerts der Farbumwandlungsmatrix S verwendet. Der Ausgangswert der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz wird unter Verwendung des Ausgangswerts der Farbumwandlungsmatrix S und des Spektralsignals F berechnet.
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 berechnet die Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix S. In der Berechnung der Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix S wird ein Parameter λ, der von der Frequenz des gleichzeitigen Auftretens, welche die Frequenz ist, bei der die Fluoreszenzspitzen des Fluoreszenzfarbstoffs zur gleichen Zeit auftreten, abhängt, in der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz verwendet. Der Parameter λ weist eine negative Korrelation mit der Frequenz des gleichzeitigen Auftretens auf. Das heißt wenn der Parameter λ klein ist, nimmt die Frequenz des gleichzeitigen Auftretens zu, und wenn der Parameter λ groß ist, nimmt die Frequenz des gleichzeitigen Auftretens ab. Kandidaten für die Farbumwandlungsmatrix S werden für jeden Wert des Parameters λ berechnet.
• Die Auswahleinheit 34 wählt eine Farbumwandlungsmatrix aus den für jeden Wert des Parameters λ berechneten Kandidaten auf der Basis des für jeden Kandidaten berechneten Bewertungswerts. Der für jeden Kandidaten berechnete Bewertungswert wird beispielsweise auf der Basis eines Elements der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz, berechnet unter Verwendung von jedem Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix, berechnet. Da es physikalisch unmöglich für das Element der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz ist, einen negativen Wert aufzuweisen, wird eine Kostenfunktion mit einem niedrigen Bewertungswert als ein Kandidat für solch eine Farbumwandlungsmatrix verwendet.
• Ein Beispiel des Ablaufs der von der Spektralkalibriervorrichtung 1 umfassend jeden der vorhergehenden Teile ausgeführten Verarbeitung ist nachfolgend in Bezug auf 4 beschrieben. Nachfolgend ist jeder Schritt beschrieben.
• (S401)
• Die Spektralsignal-Erfassungseinheit 31 erfasst das Spektralsignal 30. Das Spektralsignal 30 kann von der Speichervorrichtung 4 erfasst werden oder kann vom Kapillarelektrophorese-Sequencer 13 oder von der Spektralsignal-Datenbank 14 erfasst werden. Das Spektralsignal 30 ist eine Matrix bestehend aus der Reihe mit der Wellenlängenkanalzahl n und der Spalte mit einer Zeitzahl t und jedes Element ist x(t, n). Ferner gilt 1 ≦ t ≦ T, wobei T eine Zahl darstellend die Zahl von Punkten zur Erfassungszeit ist, beispielsweise T = 1000. Ferner gilt 1 ≦ n ≦ N, wobei N eine Zahl darstellend die Zahl von Wellenlängenkanälen ist, beispielsweise N = 20.
• (S402)
• Die Ausgangswert-Berechnungseinheit 32 berechnet die Ausgangswerte der Farbumwandlungsmatrix S und die vorübergehende Aktivierung C von Fluoreszenz aus dem Spektralsignal 30. Die Farbumwandlungsmatrix S ist eine Matrix bestehend aus der Reihe der Wellenlängenkanalzahl n und der Spalte der Fluoreszenzfarbstoffzahl k und jedes Element ist s(n, k). Ferner gilt 1 ≦ k ≦ K, wobei K eine Zahl darstellend die Zahl von Fluoreszenzfarbstoffen ist, beispielsweise K = 4. Ferner ist die vorübergehende Aktivierung C von Fluoreszenz eine Matrix bestehend aus der Reihe der Fluoreszenzfarbstoffzahl k und der Spalte der Zeitzahl t.
• Ein Beispiel für den Prozessablauf zum Berechnen der Ausgangswert der Farbumwandlungsmatrix S und der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz ist in 5 dargestellt und jeder Schritt in 5 ist nachfolgend beschrieben.
• (S501)
• Die Ausgangswert-Berechnungseinheit 32 entfernt das Zackensignal aus dem Spektralsignal 30. Das Entfernen des Zackensignals wird beispielsweise durch den folgenden Vorgang durchgeführt.
• (1) Zuerst wird das Differenzsignal v (t, n) in der Zeitrichtung von x(t, n) durch [Formel 1] berechnet.
• $$\nu \left(t,n\right)=x\left(t,n\right)-x\left(t-\mathrm{1,}n\right)$$

  
• (2) Lege Δ = Δ_max fest. Ferner ist Δ_max der Maximalwert der Zeitzahl, Δ_min ist der Minimalwert der Zeitzahl, Δ_tol ist die Toleranz der Zeitzahl, θ1 ist der Schwellenwert des Spektralsignals x(t, n) und θ2 ist die Schwelle des Differenzsignals v (t, n).
• (3) Suche nach p, das [Formel 2] erfüllt, and wenn es solch ein p gibt, ersetze x(t, n) im Bereich von t ∈ [p-Δ_tol, p + Δ + Δ_tol] durch 0. $$\begin{array}{l}\frac{1}{\Delta }{\displaystyle \sum _{t\in \left[p,p+\Delta \right]}{\displaystyle \sum _{n}x\left(t,n\right)>{\theta }_1}}\\ \text{ und}\\ {\displaystyle \sum _n\nu \left(p,n\right)>{\theta }_2}\\ \text{ und}\\ {\displaystyle \sum _n\nu \left(p+\Delta ,n\right)<-{\theta }_2}\end{array}$$

  
• (4) Vermindere 1 von Δ, und wenn Δ < Δ_min beende, kehre andernfalls zu (3) zurück.
• Durch den vorhergehenden Vorgang wird das Spektralsignal x(t, n), aus dem das Zackensignal entfernt ist, erfasst. Wenn das Spektralsignal ein Zackensignal umfasst, ist es vorzuziehen, das Zackensignal zu entfernen, um die Genauigkeit der folgenden Verarbeitung zu verringern.
• (S502)
• Die Ausgangswert-Berechnungseinheit 32 entfernt die Basislinie aus dem Berechnungsergebnis x(t, n) von S501. Zum Entfernen der Basislinie wird ein Verfahren nach dem Stand der Technik, etwa das Subtrahieren des Minimalwerts des benachbarten Abschnitt zu jeder Zeit t von x(t, n) verwendet. Das Signal, aus dem die Basislinie entfernt wurde, wird auf z(t, n) festgelegt.
• (S503)
• Die Ausgangswert-Berechnungseinheit 32 normalisiert die Stärke zwischen Wellenlängenkanälen in Bezug auf das Berechnungsergebnis z(t, n) von S502. [Formel 3] und [Formel 4] werden für den Normalisierungsprozess verwendet und ein Normalisierungssignal f(t, n) wird erfasst.
• $$\sigma \left(n\right)=\sqrt{\frac{1}{T}{\displaystyle \sum _{t=1}^{T}z{\left(t,n\right)}^2}}$$

  
• $$f\left(t,n\right)=\frac{z\left(t,n\right)}{\sigma \left(n\right)}$$

  
• Wenn ein großer Unterschied in der Stärke zwischen den Wellenlängenkanälen besteht, wird der Wellenlängenkanal mit hoher Stärke überschätzt und der Wellenlängenkanal mit niedriger Stärke wird unterschätzt, was die Genauigkeit der folgenden Verarbeitung verringert. Daher ist es vorzuziehen, die Stärke zwischen Wellenlängenkanälen zu normalisieren.
• S501 bis S503 umfassen eine Vorverarbeitung für die folgende Verarbeitung und müssen nicht notwendigerweise ausgeführt werden. Sie werden aber vorzugsweise ausgeführt, um die Berechnungsgenauigkeit der folgenden Verarbeitung zu verbessern.
• (S504)
• Die Ausgangswert-Berechnungseinheit 32 berechnet den Ausgangswert der Farbumwandlungsmatrix S durch eine unabhängige Komponentenanalyse. Es ist vorzuziehen, das Berechnungsergebnis f(t, n) von S503 für die Eingabe der unabhängigen Komponentenanalyse zu verwenden. In der unabhängigen Komponentenanalyse wird ein Verfahren nach dem Stand der Technik, etwa Fast ICA, Auxiliary-Function-Based ICA und Natural-Gradient-Based ICA, verwendet.
• Vor der unabhängigen Komponentenanalyse wird das Differenzsignal g(t, n) = f(t, n) - f(t-1, n) in der Zeitrichtung aus dem Normalisierungssignal f(t, n) berechnet und das Differenzsignal g(t, n) kann für die unabhängige Komponentenanalyse verwendet werden. Die unabhängige Komponentenanalyse nimmt an, dass das Eingabesignal der Verteilung der Mittelwertfreiheit folgt. Da das Differenzsignal g(t, n) der Verteilung der Mittelwertfreiheit folgt, kann die unabhängige Komponentenanalyse wirksam funktionieren. Aus dem gleichen Grund kann das durch Subtrahieren des Durchschnittswert des Normalisierungssignals f(t, n) vom Normalisierungssignal f(t, n) ermittelte Signal für die unabhängige Komponentenanalyse verwendet werden.
• Ferner kann jedes Element b(n, k), das durch Unterwerfen von jedem Element a(n, k) der durch die unabhängige Komponentenanalyse ermittelten Farbumwandlungsmatrix S einer nicht-negativen Verarbeitung ermittelt wird, als Ausgangswert der Farbumwandlungsmatrix S verwendet werden. Beispielsweise wird [Formel 5] für die nicht-negative Verarbeitung verwendet.
• $$b\left(n,k\right)=\left|a\left(n,k\right)\right|$$

  
• Ferner werden als eine andere nicht-negative Verarbeitung eine Verarbeitung des Subtrahierens des Minimalwerts von a(n, k) von jedem a(n, k) und eine Verarbeitung des Ersetzens des negativen Werts in a(n, k) durch Null durchgeführt. Der Ausgangswert der Farbumwandlungsmatrix S kann berechnet werden. Der berechnete Ausgangswert der Farbumwandlungsmatrix S (n, k) wird in der Speichervorrichtung 4 oder dergleichen gespeichert.
• (S505)
• Die Ausgangswert-Berechnungseinheit 32 berechnet den Ausgangswert der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz unter Verwendung des Berechnungsergebnisses von S504. [Formel 6] wird zum Berechnen des Ausgangswerts von C verwendet.
• $$\text{C}={\text{S}}^{+}\text{F}$$

  
• S⁺ ist eine Pseudoinversmatrix von S und F ist eine Matrix, deren Elemente die Normalisierungssignale f(t, n) sind. Der berechnete Ausgangswert der vorübergehenden Aktivierung von C(k, t) von Fluoreszenz wird in der Speichervorrichtung 4 oder dergleichen gespeichert.
• Nachfolgend wird wiederum 4 erläutert.
• (S403)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 berechnet die Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix. Die Kandidaten für die Farbumwandlungsmatrix werden für jeden Wert des Parameters λ berechnet, der von der Frequenz von gleichzeitigem Auftreten der Fluoreszenzspitzen des Fluoreszenzfarbstoffs bei der vorübergehenden Aktivierung C von Fluoreszenz abhängt. Der Parameter λ ist beispielsweise auf 1,01, 1,02,..., 1,10 festgelegt.
• Ein Beispiel für den Prozessablauf zum Berechnen der Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix ist in 6 dargestellt und jeder Schritt in 6 ist nachfolgend beschrieben.
• (S601)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 legt einen Parameter λ fest, der von der Frequenz abhängt, mit dem die Fluoreszenzspitzen des Fluoreszenzfarbstoffs zur gleichen Zeit auftreten. Beispielsweise wird A = 1,01 festgelegt.
• (S602)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 liest die Ausgangswerte der Farbumwandlungsmatrix S (n, k) und die vorübergehende Aktivierung C(k, t) von Fluoreszenz aus der Speichervorrichtung 4 oder dergleichen aus.
• (S603)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 normalisiert die Farbumwandlungsmatrix S(n, k) in Bezug auf die Wellenlängenkanalzahl n. Beispielsweise wird [Formel 7] zur Normalisierung verwendet und P(n|k) wird als ein Ergebnis der Normalisierung berechnet.
• $$P\left(n\mid k\right)=\frac{S\left(n,k\right)}{{\displaystyle {\sum }_{n}S\left(n,k\right)}}$$

  
• Ferner kann [Formel 8] statt [Formel 7] verwendet werden. $$P\left(n\mid k\right)=\frac{S\left(n,k\right)-\xi {\displaystyle {\sum }_{k\prime }P\left(n\mid k\prime \right)}}{{\displaystyle {\sum }_n\left(S\left(n,k\right)-\xi {\displaystyle {\sum }_{k\prime }P\left(n\mid k\prime \right)}\right)}},$$

  

  wobei ξ eine spezifizierte positive Zahl ist.
• Wenn [Formel 8] verwendet wird, kann die Ähnlichkeit zwischen der Wellenlängenempfindlichkeit von jedem Fluoreszenzfarbstoff entsprechend jeder Spalte der Farbumwandlungsmatrix S(n, k) durch ξ angepasst werden.
• (S604)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 normalisiert die vorübergehende Aktivierung C(k, t) von Fluoreszenz umfassend den Parameter λ in Bezug auf die Fluoreszenzfarbstoffzahl k. Beispielsweise wird [Formel 9] zur Normalisierung verwendet und P (k|t) wird als ein Ergebnis der Normalisierung berechnet. $$P\left(k\mid t\right)=\frac{\tilde{C}\left(k,t\right)}{{\displaystyle {\sum }_k\tilde{C}\left(k,t\right)}},\text{ wobei }\tilde{C}\left(k,t\right)={\left(\frac{C\left(k,t\right)}{{\displaystyle {\sum }_{k}C\left(k,t\right)}}\right)}^2$$

  
• Bei einem Parameter λ größer als 1,0 und Verwendung von [Formel 9] wird die Frequenz des gleichzeitigen Auftretens entsprechend der Größe des Parameters λ gedämpft und die Farbumwandlungsmatrix S(n, k) sowie die vorübergehende Aktivierung C(k, t) von Fluoreszenz im nächsten Schritt werden aktualisiert.
• Ferner kann [Formel 10] oder [Formel 11] statt [Formel 9] verwendet werden.
• $$P\left(k\mid t\right)=\frac{\tilde{C}\left(k,t\right)}{{\displaystyle {\sum }_k\tilde{C}\left(k,t\right)}},\text{ wobei }\tilde{C}\left(k,t\right)=\frac{C\left(k,t\right)}{{\displaystyle {\sum }_{k}C\left(k,t\right)}+\lambda }$$

  
• $$P\left(k\mid t\right)=\frac{\tilde{C}\left(k,t\right)}{{\displaystyle {\sum }_k\tilde{C}\left(k,t\right)}},$$

  

  wobei $\tilde{C}\left(k,t\right)=\text{max}\left(\frac{C\left(k,t\right)}{{\displaystyle {\sum }_{k}C\left(k,t\right)}}-\lambda \mathrm{,0}\right)+\epsilon ,$

  

  ε ist eine ausreichend kleine positive Zahl.
• Wenn [Formel 10] oder [Formel 11] verwendet wird, ist ein Aktualisieren zur vorübergehenden Aktivierung C(k, t) von Fluoreszenz mit einer niedrigen Stärke und wenigen Spitzen einfach, so dass ein äußerst genaues Ergebnis erzielt werden kann, wenn das Rauschen stark ist.
• (S605)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 aktualisiert die Farbumwandlungsmatrix S (n, k) und die vorübergehende Aktivierung C(k, t) von Fluoreszenz. [Formel 12] und [Formel 13] werden zum Aktualisieren der Farbumwandlungsmatrix S(n, k) verwendet und [Formel 12] und [Formel 14] werden zum vorübergehenden Aktivieren C(k, t) von Fluoreszenz verwendet.
• $$P\left(k\mid t,n\right)=\frac{P\left(n\mid k\right)P\left(k\mid t\right)}{{\displaystyle {\sum }_{k\prime }P\left(n\mid k\prime \right)P\left(k\prime \mid t\right)}}$$

  
• $$S\left(n,k\right)={\displaystyle \sum _{t}F\left(n,t\right)P\left(k\mid t,n\right)}$$

  
• $$C\left(k,t\right)={\displaystyle \sum _{n}F\left(n,t\right)P\left(k\mid t,n\right)}$$

  
• (S606)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 bestimmt, ob die spezifizierte Zahl von Malen erreicht wurde; wenn sie erreicht ist, fährt der Prozess mit S607 fort, und wenn nicht, kehrt der Prozess zu S603 zurück.
• (S607)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 berechnet die Farbumwandlungsmatrix R_λ(n, k) = σ(n) S (n, k) für den in S601 festgelegten Parameter λ. Durch Multiplizieren von S(n, k) mit σ(n), verwendet im Wellenlängenkanalstärken-Normalisierungsprozess, wird die Farbumwandlungsmatrix R_λ (n, k) entsprechend dem Signal z(t, n) vor dem Normalisierungsprozess ermittelt.
• (S608)
• Die Kandidatenberechnungseinheit 33 bestimmt, ob der Parameter λ zu aktualisieren ist, und wenn sie aktualisiert, kehrt der Prozess zu S601 zurück, um den Parameter λ zurückzusetzen, so dass beispielsweise λ = 1,02 gilt; wenn sie nicht aktualisiert, endet der Prozess von S403. Der Parameter λ wird beispielsweise in der Größenordnung von 1,01, 1,02,..., 1,10 festgelegt.
• In S403 kann die Kandidatenberechnungseinheit 33 den Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix durch Verwendung einer Bayes-Schätzung berechnen. Das heißt die Farbumwandlungsmatrix S (n, k), die eine a-posteriori-Wahrscheinlichkeit, definiert durch [Formel 15] definiert, und die vorübergehende Aktivierung C(k, t) von Fluoreszenz werden durch Verwendung eines Markow-Ketten-Monte-Carlo-Verfahrens, etwa Gibbs-Sampling und Metropolis-Hastings-Sampling, ermittelt.
• $$\begin{array}{l}p\left(S,C\mid F,\Theta \right)={\displaystyle \prod _t{\displaystyle \prod _{n}Normal}}\left(f\left(t,n\right);{\displaystyle \sum _{k}S\left(n,k\right)C\left(k,t\right),{\sigma }_{noise}{}^2}\right)\\ \times {\displaystyle \prod _n{\displaystyle \prod _{k}Gamma\left(S\left(n,k\right);ak,\beta k\right)}}\\ \times {\displaystyle \prod _t{\displaystyle \prod _{k}Gamma\left(C\left(k,t\right);\mathrm{1.0,}\lambda \right)}}\\ \text{wobei }\mathrm{\Theta =}\left({\sigma }_{noise}{}^2,ak,\beta k,\lambda \right)\end{array}$$

  
• Hier sind αk und βk Parameter der Gammaverteilung. Wenn eine Bayes-Schätzung verwendet wird, kann das Problem der Ausgangswertabhängigkeit gelöst werden, so dass eine äußerst genaue Farbumwandlungsmatrix ermittelt werden kann.
• Nachfolgend wird wiederum 4 erläutert.
• (S404)
• Die Auswahleinheit 34 wählt eine Farbumwandlungsmatrix aus einer Vielzahl von Kandidaten R_λ (n, k) der in S403 berechneten Farbumwandlungsmatrix auf Basis des für jeden Kandidaten berechneten Bewertungswerts aus. Ein Beispiel für den Prozessablauf zum Auswählen der Farbumwandlungsmatrix aus den Kandidaten ist in 7 dargestellt und jeder Schritt in 7 ist nachfolgend beschrieben.
• (S701)
• Die Auswahleinheit 34 berechnet das Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) für jeden Parameter λ. Das Farbumwandlungssignal y_λ (t, k) wird durch [Formel 16] unter Verwendung des Kandidaten R_λ(n, k) der Farbumwandlungsmatrix und des Signals z(t, n) vor dem Normalisierungsprozess berechnet.
• $${\text{Y}}_{\lambda }={\text{R}}_{\lambda }{}^{+}\text{Z}$$

  
• Y_λ ist eine Matrix, deren Elemente das Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) sind, R_λ+ ist eine Pseudoinversmatrix des Kandidaten R_λ (n, k) der Farbumwandlungsmatrix und Z ist eine Matrix, deren Elemente Signale z(t, n) vor dem Normalisierungsprozess sind.
• (S702)
• Die Auswahleinheit 34 extrahiert den Pull-down im in S701 berechneten Farbumwandlungssignal y_A(t, k). Wenn das Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) von einem Fluoreszenzfarbstoff eine ausreichend große Spitze zu einer bestimmten Zeit aufweist, wird die negative Wertspitze des Farbumwandlungssignals y_λ(t, k) von einem anderen Fluoreszenzfarbstoff zur gleichen Zeit als „Pulldown“ bezeichnet. Der Pull-down kann nicht physisch auftreten und wird durch einen im Kandidaten R_A(n, k) der zum Berechnen des Farbumwandlungssignals y_λ(t, k) verwendeten Farbumwandlungsmatrix enthaltenen Fehler verursacht. Daher wird in diesem Schritt der im Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) enthaltene Pull-down extrahiert und jeder Kandidat R_λ (n, k) der Farbumwandlungsmatrix wird im nächsten und in den folgenden Schritten auf der Basis des extrahierten Pull-downs bewertet. Wenn der Kandidat R_λ(n, k) der Farbumwandlungsmatrix einen Fehler enthält, tritt ein Pull-up, der eine positive Spitze ist, zusammen mit einem Pull-down auf; dies wird aber in dieser Ausführungsform nicht berücksichtigt.
• Der Pull-down im Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) wird durch Suchen nach einer Zeit, wenn das Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) von jedem Fluoreszenzfarbstoff ein negativer Wert ist, extrahiert und der Differenzwert y_λ(t, k) - y_λ(t-1, k) in der Zeitrichtung von y_λ(t, k) ändert sich von negativ zu positiv.
• (S703)
• Die Auswahleinheit 34 berechnet die Kostenfunktion c_λ auf der Basis des in S702 extrahierten Pull-downs. Beispielsweise wird [Formel 17] zum Berechnen der Kostenfunktion c_λ verwendet.
• $$c\_\lambda =\left|\frac{{\displaystyle {\sum }_{m}dm}}{{\displaystyle {\sum }_{m}em}}-D\right|$$

  
• Hier ist m die Zahl des extrahierten Pull-downs, dm ist der Absolutwert der Stärke von jedem Pull-down, em ist die maximale Stärke von anderen Fluoreszenzfarbstoffen zur gleichen Zeit der Pull-down und D ist die vorbestimmte Toleranz des Pull-downs. Gemäß [Formel 17] kann der Berechnungsfehler aufgrund der Teilung durch Null durch Durchführen des Divisionsvorgangs durch die Summe der maximalen Stärken vermieden werden.
• Die Kostenfunktion c_A auf der Basis des Pull-downs ist nicht auf [Formel 17] beschränkt und kann eine Funktion sein, welche die Gesamtfläche des Pull-downs bewerten kann.
• (S704)
• Die Auswahleinheit 34 wählt die Farbumwandlungsmatrix R_A(n, k) aus den Kandidaten durch die in S703 berechnete Kostenfunktion c_λ aus. Wenn die Kostenfunktion c_λ die [Formel 17] ist, wird die Farbumwandlungsmatrix R_λ (n, k) ausgewählt, welche die Kostenfunktion c_λ minimiert.
• Gemäß dem zuvor beschriebenen Prozessablauf kann eine geeignete Farbumwandlungsmatrix R_λ(n, k) erzielt werden, selbst wenn Spitzen gleichzeitig zwischen den Fluoreszenzfarbstoffen auftreten. Das heißt selbst wenn die Zeitauflösung des Spektralsignals niedrig ist oder die Frequenz von zwischen verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffen überlappenden Fluoreszenzspitzen hoch ist, kann die Spektralkalibrierung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Insbesondere ist diese Ausführungsform wirksam für einen kleinen Kapillarelektrophorese-Sequencer mit einer kleinen Kapillare und einer kurzen Messzeit.
• [Zweite Ausführungsform]
• In der ersten Ausführungsform wurde beschrieben, dass die Farbumwandlungsmatrix R_λ(n, k) durch Verwenden der Kostenfunktion c_A auf der Basis des Pull-downs im Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) ausgewählt wird. In dieser Ausführungsform wird beschrieben, dass die Kostenfunktion c_λ auf der Basis des durch Unterziehen des Farbumwandlungssignals y_λ(t, k) der Entfaltungsverarbeitung ermittelten Entfaltungssignals verwendet wird. Da die Gesamtkonfiguration dieser Ausführungsform die gleiche ist wie die der ersten Ausführungsform, wird auf eine Beschreibung von dieser verzichtet.
• Nachfolgend ist der Kandidatenauswahlprozess dieser Ausführungsform in Bezug auf 8 beschrieben. Der Prozessablauf von 8 wird in S403 von 4 ausgeführt.
• (S801)
• Ähnlich wie in S701 berechnet die Auswahleinheit 34 das Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) für jeden Parameter λ.
• (S802)
• Die Auswahleinheit 34 führt eine Entfaltungsverarbeitung am in S801 berechneten Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) durch. Für die Entfaltungsverarbeitung wird eine blinde Entfaltungsverarbeitung nach dem Stand der Technik oder dergleichen verwendet. Durch die Entfaltungsverarbeitung wird das Entfaltungssignal für jeden Parameter A berechnet.
• (S803)
• Die Auswahleinheit 34 berechnet die Kostenfunktion c_λ auf der Basis des in S802 berechneten Entfaltungssignals.
• (S804)
• Die Auswahleinheit 34 wählt die Farbumwandlungsmatrix R_A(n, k) aus den Kandidaten durch die in S803 berechnete Kostenfunktion c_A aus.
• Gemäß dem zuvor beschriebenen Prozessablauf kann eine geeignete Farbumwandlungsmatrix R_λ (n, k) erzielt werden, selbst wenn Spitzen gleichzeitig zwischen den Fluoreszenzfarbstoffen auftreten. Da das Entfaltungssignal einen höheren Trenngrad aufweist als das Farbumwandlungssignal, kann der Pull-down einfacher erfasst werden.
• [Dritte Ausführungsform]
• In der ersten Ausführungsform wurde beschrieben, dass die Farbumwandlungsmatrix durch Verwenden der Kostenfunktion der Basis des Pull-downs im Farbumwandlungssignal ausgewählt wird. In dieser Ausführungsform wird beschrieben, dass eine Kostenfunktion auf der Basis eines durch Unterziehen des Farbumwandlungssignals der Mobilitätskorrekturverarbeitung ermittelten Mobilitätskorrekturverarbeitungssignals verwendet wird. Da die Gesamtkonfiguration dieser Ausführungsform die gleiche ist wie die der ersten Ausführungsform, wird auf eine Beschreibung von dieser verzichtet.
• Nachfolgend ist der Kandidatenauswahlprozess dieser Ausführungsform in Bezug auf 9 beschrieben. Der Prozessablauf von 9 wird in S403 von 4 ausgeführt.
• (S901)
• Ähnlich wie in S701 berechnet die Auswahleinheit 34 das Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) für jeden Parameter λ.
• (S902)
• Die Auswahleinheit 34 führt eine Mobilitätskorrekturverarbeitung am in S901 berechneten Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) durch. Die Mobilitätskorrekturverarbeitung ist ein Prozess zum Bewegen des Fluoreszenzspektrums von jedem Fluoreszenzfarbstoff in der Zeitrichtung, so dass die Fluoreszenzspitzen des Fluoreszenzfarbstoffs gleichmäßig beabstandet sind. 10 zeigt ein Beispiel der Mobilitätskorrekturverarbeitung für die Fluoreszenzspektren der vier Fluoreszenzfarbstoffe A, G, C und T. 10(a) zeigt ein Beispiel des Fluoreszenzspektrums vor der Mobilitätskorrekturverarbeitung, in dem die Fluoreszenzspitzen ungleichmäßig beabstandet sind. 10(b) zeigt ein Beispiel des Fluoreszenzspektrums nach der Mobilitätskorrekturverarbeitung. Der Fluoreszenzfarbstoff A und der Fluoreszenzfarbstoff C werden in der positiven Zeitrichtung bewegt, der Fluoreszenzfarbstoff G bleibt unverändert und der Fluoreszenzfarbstoff T wird in der negativen Zeitrichtung bewegt, so dass die Fluoreszenzspitzen gleichmäßig beabstandet sind.
• Wenn der Kandidat R_λ(n, k) der Farbumwandlungsmatrix einen Fehler enthält, umfasst das Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) einen Pull-up 1101 und einen Pull-down 1102 wie in 11(a) dargestellt. Wenn die Mobilitätskorrekturverarbeitung auf das Farbumwandlungssignal y_λ(t, k) umfassend den Pull-up 1101 und den Pull-down 1102 angewendet wird, ist das Spitzenintervall gestört wie in 11(b) dargestellt. In dieser Ausführungsform wird die Mobilitätskorrekturverarbeitung in diesem Schritt durchgeführt, um die Störung des Spitzenintervalls zu nutzen. Für die Mobilitätskorrekturverarbeitung wird ein Verfahren nach dem Stand der Technik verwendet und ein Mobilitätskorrektursignal h_λ(t, k) wird für jeden Parameter λ von der Mobilitätskorrekturverarbeitung berechnet.
• (S903)
• Die Auswahleinheit 34 berechnet die Kostenfunktion c_λ auf der Basis des in S902 berechneten Mobilitätskorrektursignals h_λ(t, k). Nachfolgend ist ein Beispiel des Berechnungsverfahrens der Kostenfunktion c_λ beschrieben.
• (1) Das Zeitreihensignal u_λ(t) wird durch Integrieren von h_λ(t, k) in der k-Richtung ermittelt. Das heißt das Mobilitätskorrektursignal h_λ (t, k) wird behandelt, ohne durch den Fluoreszenzfarbstoff unterschieden zu werden.
• (2) An u_λ(t) wird eine diskrete Fourier-Transformation durchgeführt, um U_λ,(ω) zu ermitteln, ω ist aber ein diskretisierter Frequenzindex.
• (3) Berechne das Leistungsspektrum V_λ(ω) = |U_λ(ω)|².
• (4) Finde den maximalen Wert W_λ von V_λ(ω) für ω im spezifizierten Bereich [ω_begin, ω_end] . W_λ stellt die Stärke der Frequenzkomponente entsprechend dem Spitzenintervall dar, wenn keine Störung vorliegt.
• (5) Berechne im spezifizierten Bereich [ω_begin, ω_end], den integrierten Wert E_λ = Σ (V_λ (ω)) von V_λ(ω) über die ω-Richtung. E_λ ist die Leistung umfassend alle Frequenzkomponenten des Spitzenintervalls des Mobilitätskorrektursignals h_λ(t, k) und nimmt mit der Störung des Spitzenintervalls zu.
• (6) Berechne c_λ = E_λ/W_λ als eine Kostenfunktion.
• (S904)
• Die Auswahleinheit 34 wählt die Farbumwandlungsmatrix R_λ(n, k) aus den Kandidaten durch die in S903 berechnete Kostenfunktion c_λ aus. Die Kostenfunktion c_λ dieser Ausführungsform ist die Stärke der Frequenzkomponente entsprechend dem Spitzenintervall, wenn keine Störung vorliegt, und ist ein durch Teilen der Leistung umfassend alle Frequenzkomponenten ermittelter Wert. Daher wird er größer, wenn der Spitzenintervall gestört wird. Somit wird die Farbumwandlungsmatrix R_λ (n, k), welche die Kostenfunktion c_λ minimiert, aus den Kandidaten ausgewählt.
• Gemäß dem zuvor beschriebenen Prozessablauf kann eine geeignete Farbumwandlungsmatrix R_λ (n, k) erzielt werden, selbst wenn Spitzen gleichzeitig zwischen den Fluoreszenzfarbstoffen auftreten. Da die Kostenfunktion c_λ dieser Ausführungsform kein Erfassen von Pull-downs oder Pull-ups erfordert, kann eine geeignete Farbumwandlungsmatrix R_λ (n, k) ausgewählt werden, selbst wenn das Erfassen von Pull-downs oder Pull-ups aufgrund einer starken Störung erschwert ist.
  Zuvor wurde die Vielzahl von Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst verschiedene Modifikationen. Beispielsweise wurden die zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausführlich auf eine klar verständliche Weise der Erfindung beschrieben und sind nicht die mit allen beschriebenen Konfigurationen beschränkt. Zusätzlich können einige der Konfigurationen einer bestimmten Ausführungsform durch die Konfiguration der anderen Ausführungsform ersetzt werden. Ferner kann die Konfiguration von einer Ausführungsform der Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Es können andere Konfigurationen für einen Teil der Konfiguration von jeder Ausführungsform hinzugefügt, entfernt und ersetzt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Spektralkalibriervorrichtung

2

CPU

3

Hauptspeicher

4

Speichervorrichtung

5

Anzeigespeicher

6

Anzeigevorrichtung

7

Steuergerät

8

Eingabevorrichtung

10

Netzwerkadapter

11

Systembus

12

Netzwerk

13

Kapillarelektrophorese-Sequencer

14

Spektralsignal-Datenbank

30

Spektralsignal

31

Spektralsignal-Erfassungseinheit

32

Ausgangswert-Berechnungseinheit

33

Kandidatenberechnungseinheit

34

Auswahleinheit

35

Farbumwandlungsmatrix

1101

Pull-up

1102

Pull-down

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 01/055699 [0004]

Claims (8)

1. Spektralkalibriervorrichtung zum Berechnen einer in der Farbumwandlungsverarbeitung verwendeten Farbumwandlungsmatrix, umfassend: eine Spektralsignal-Erfassungseinheit, die ein Spektralsignal von im Laufe der Zeit erfasster Fluoreszenz erfasst; eine Kandidatenberechnungseinheit, die einen Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix für jeden Wert eines Parameters, der von einer Frequenz abhängt, bei der Fluoreszenzspitzen von Fluoreszenzfarbstoffen gleichzeitig auftreten, auf der Basis des Spektralsignals berechnet; und eine Auswahleinheit, die eine Farbumwandlungsmatrix auf der Basis eines für jeden Kandidaten berechneten Bewertungswerts auswählt.
2. Spektralkalibriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswahleinheit einen Pull-down aus dem durch Verwenden von jedem Kandidaten der für jeden Wert des Parameters berechneten Farbumwandlungsmatrix berechneten Farbumwandlungssignal extrahiert und den Bewertungswert unter Verwendung einer Kostenfunktion auf der Basis des Pull-downs berechnet.
3. Spektralkalibriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswahleinheit eine Entfaltungsverarbeitung am unter Verwenden von jedem Kandidaten der für jeden Wert des Parameters berechneten Farbumwandlungsmatrix berechneten Farbumwandlungssignal zum Erfassen eines Entfaltungssignals ausführt und den Bewertungswert unter Verwendung einer Kostenfunktion auf der Basis des Entfaltungssignals berechnet.
4. Spektralkalibriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswahleinheit eine Mobilitätskorrekturverarbeitung am unter Verwenden von jedem Kandidaten der für jeden Wert des Parameters berechneten Farbumwandlungsmatrix berechneten Farbumwandlungssignal zum Erfassen eines Mobilitätskorrektursignals ausführt und den Bewertungswert unter Verwendung einer Kostenfunktion auf der Basis des Mobilitätskorrektursignals berechnet.
5. Spektralkalibrierverfahren zum Berechnen einer in der Farbumwandlungsverarbeitung verwendeten Farbumwandlungsmatrix, umfassend: Erfassen eines Spektralsignals von im Laufe der Zeit erfasster Fluoreszenz; Berechnen eines Kandidaten der Farbumwandlungsmatrix für jeden Wert eines Parameters, der von einer Frequenz abhängt, bei der eine Fluoreszenzspitze eines Fluoreszenzfarbstoffs auftritt, auf der Basis des Spektralsignals; und Auswählen einer Farbumwandlungsmatrix auf der Basis eines für jeden Kandidaten berechneten Bewertungswerts.
6. Spektralkalibrierverfahren nach Anspruch 5, wobei beim Auswählen ein Pull-down aus dem durch Verwenden von jedem Kandidaten der für jeden Wert des Parameters berechneten Farbumwandlungsmatrix berechneten Farbumwandlungssignal extrahiert wird und der Bewertungswert unter Verwendung einer Kostenfunktion auf der Basis des Pull-downs berechnet wird.
7. Spektralkalibrierverfahren nach Anspruch 5, wobei beim Auswählen eine Entfaltungsverarbeitung am unter Verwenden von jedem Kandidaten der für jeden Wert des Parameters berechneten Farbumwandlungsmatrix berechneten Farbumwandlungssignal zum Erfassen eines Entfaltungssignals ausgeführt wird und der Bewertungswert unter Verwendung einer Kostenfunktion auf der Basis des Entfaltungssignals berechnet wird.
8. Spektralkalibrierverfahren nach Anspruch 5, wobei beim Auswählen eine Mobilitätskorrekturverarbeitung am unter Verwenden von jedem Kandidaten der für jeden Wert des Parameters berechneten Farbumwandlungsmatrix berechneten Farbumwandlungssignal zum Erfassen eines Mobilitätskorrektursignals ausgeführt wird und der Bewertungswert unter Verwendung einer Kostenfunktion auf der Basis des Mobilitätskorrektursignals berechnet wird.

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