JP2006300798A - Biological data processor, biological data measuring method, program and recording medium - Google Patents

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康紀 大戸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently ensure a dynamic range of an estimable hybridized amount. <P>SOLUTION: In a case that a plurality of developed profile images acquired by scanning the spot 12 provided on a DNA chip 11 by exciting lights different in intensity are set to a processing target, in a preparation part 81, hybridized amounts of which the number is the same as that of the developed profile images are acquired from the fluorescence intensities of the developed profile images and a preliminarily prepared fluorescence intensity-hybridized amount conversion formula. One hybridized amount is calculated by applying weighting to the acquired hybridized amounts and the calculated hybridized amount is set as the estimate value of the hybridized amount produced in the spot 12. This biological data processor is adapted to an apparatus for measuring the fluorescence intensity of the DNA chip. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体情報処理装置および方法、プログラム並びに記録媒体に関し、特に、推定可能なハイブリダイズ量のダイナミックレンジを十分に確保することができるようにした生体情報処理装置および方法、プログラム並びに記録媒体に関する。   The present invention relates to a biological information processing apparatus and method, a program, and a recording medium, and in particular, a biological information processing apparatus and method, a program, and a recording medium that can sufficiently ensure a dynamic range of an estimation possible hybridization amount. About.

近年、DNA(deoxyribonucleic acid)チップ若しくはDNAマイクロアレイ(以下、本明細書では両者を区別する必要がない場合、まとめて単にDNAチップと称する)の実用化が進んでいる。DNAチップは、多種・多数のDNAオリゴ鎖を、検出用核酸として基板表面に集積して固定したものである。DNAチップを用いて、基板表面のスポットに固定されたプローブと、細胞などから採取したサンプル中のターゲットとのハイブリダイゼーションを検出することにより、採取した細胞内における遺伝子発現を網羅的に解析することができる。   In recent years, a DNA (deoxyribonucleic acid) chip or a DNA microarray (hereinafter simply referred to as a DNA chip when it is not necessary to distinguish between them) has been put into practical use. A DNA chip is a DNA chip in which various and many DNA oligo chains are integrated and immobilized on a substrate surface as nucleic acids for detection. Comprehensive analysis of gene expression in collected cells by detecting hybridization between probes immobilized on spots on the substrate surface and targets in samples collected from cells using a DNA chip Can do.

DNAチップを用いた遺伝子発現解析におけるハイブリダイゼーション検出技術の向上に伴い、単に、遺伝子発現の有無を検出するだけでなく、遺伝子発現量の定量的な測定が可能になりつつある。例えば、ハイブリダイゼーション検出の際に蛍光強度を定量的に測定することにより、遺伝子発現量を示す定量的な数値を取得する技術は、一部実用化されている。   With the improvement of hybridization detection technology in gene expression analysis using a DNA chip, it is becoming possible not only to detect the presence or absence of gene expression but also to quantitatively measure the gene expression level. For example, a technique for obtaining a quantitative numerical value indicating a gene expression level by quantitatively measuring fluorescence intensity at the time of hybridization detection has been partially put into practical use.

DNAチップなどによって得られた遺伝子発現量の解析方法、補正方法などに関する先行文献として、例えば、特許文献1乃至特許文献3がある。
特開2002−71688号公報 特表2002−267668号公報 特開2003−28862号公報
For example, Patent Documents 1 to 3 are prior art documents related to a method for analyzing and correcting a gene expression level obtained with a DNA chip or the like.
JP 2002-71688 A JP 2002-267668 Gazette JP 2003-28862 A

ところで、従来、スポットで発生したハイブリダイズの量を推定する作業においては、1種類の強度の励起光で得られた発現プロファイル画像のみが用いられていた。ここで、発現プロファイル画像は、DNAチップ上に励起光を照射し、発生した蛍光をスキャンすることによって得られた、ハイブリダイズの状態の観測対象となる画像である。   By the way, conventionally, in the operation of estimating the amount of hybridization generated at a spot, only an expression profile image obtained with one kind of excitation light has been used. Here, the expression profile image is an image that is an observation target of the hybridization state obtained by irradiating the DNA chip with excitation light and scanning the generated fluorescence.

したがって、対象とする発現プロファイル画像の励起光強度によっては、推定可能なハイブリダイズの量のダイナミックレンジを十分に確保することができないという問題があった。   Therefore, there is a problem that the dynamic range of the amount of hybridization that can be estimated cannot be sufficiently secured depending on the excitation light intensity of the target expression profile image.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、推定可能なハイブリダイズ量のダイナミックレンジを十分に確保することができるようにするものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is intended to ensure a sufficient dynamic range of the amount of hybridization that can be estimated.

本発明の側面は、基板上に設けられた反応領域に固定された第1の生体物質と、第1の生体物質に対してハイブリダイズする第2の生体物質とのハイブリダイズの状態を、励起光を照射したときに第1の生体物質と第2の生体物質がハイブリダイズした部分から発生された蛍光をスキャンして得られた発現プロファイル画像を用いて測定する生体情報処理装置であって、蛍光強度から、反応領域における第1の生体物質と第2の生体物質のハイブリダイズ量が励起光の強度毎に一義的に求められる情報である変換情報を記憶する記憶手段と、異なる強度の励起光により得られた複数の発現プロファイル画像を処理対象とする場合、発現プロファイル画像の取得に用いられたそれぞれの励起光の強度の複数の変換情報に基づいて、複数の発現プロファイル画像にそれぞれ含まれる、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量を推定する推定手段とを備える生体情報処理装置である。   According to an aspect of the present invention, a state of hybridization between a first biological material fixed to a reaction region provided on a substrate and a second biological material that hybridizes to the first biological material is excited. A biological information processing apparatus for measuring using an expression profile image obtained by scanning fluorescence generated from a portion where a first biological material and a second biological material are hybridized when irradiated with light, Storage means for storing conversion information, which is information for which the amount of hybridization between the first biological material and the second biological material in the reaction region is uniquely determined for each intensity of excitation light, and excitation with different intensities When a plurality of expression profile images obtained by light are to be processed, a plurality of expression profiles are obtained based on a plurality of pieces of conversion information of the intensity of each excitation light used for acquiring the expression profile images. Respectively included in the file image is a biological information processing apparatus and a estimating means for estimating a hybridized amount of the corresponding reaction region.

推定手段は、第1の強度の励起光により得られた発現プロファイル画像により表される第1の反応領域の蛍光強度から、第1の反応領域における第1のハイブリダイズ量を第1の強度の励起光の変換情報を用いて求めるとともに、第2の強度の励起光により得られた発現プロファイル画像により表される第1の反応領域に対応する第2の反応領域の蛍光強度から、第2の反応領域における第2のハイブリダイズ量を第2の強度の励起光の変換情報を用いて求め、求められた第1と第2のハイブリダイズ量に対して重み付けをすることによって、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量を推定するようにすることができる。   The estimation means calculates the first hybridization amount in the first reaction region from the fluorescence intensity of the first reaction region represented by the expression profile image obtained by the excitation light having the first intensity. From the fluorescence intensity of the second reaction region corresponding to the first reaction region represented by the expression profile image obtained by the excitation light of the second intensity, and using the conversion information of the excitation light, the second By calculating the second hybridization amount in the reaction region using the conversion information of the excitation light having the second intensity, and weighting the obtained first and second hybridization amounts, the corresponding reaction region is obtained. The amount of hybridization in can be estimated.

本発明においては、蛍光強度から、反応領域における第1の生体物質と第2の生体物質のハイブリダイズ量が励起光の強度毎に一義的に求められる情報である変換情報が記憶され、異なる強度の励起光により得られた複数の発現プロファイル画像を処理対象とする場合、発現プロファイル画像の取得に用いられたそれぞれの励起光の強度の複数の変換情報に基づいて、複数の発現プロファイル画像にそれぞれ含まれる、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量が推定される。   In the present invention, conversion information, which is information in which the amount of hybridization between the first biological material and the second biological material in the reaction region is uniquely determined for each intensity of excitation light, is stored from the fluorescence intensity, and the different intensities are stored. When processing multiple expression profile images obtained by the excitation light of each of the plurality of expression profile images based on multiple conversion information of the intensity of each excitation light used to acquire the expression profile image The amount of hybridization included in the corresponding reaction region is estimated.

本発明によれば、推定可能なハイブリダイズ量のダイナミックレンジを十分に確保することができる。   According to the present invention, it is possible to sufficiently ensure the dynamic range of the amount of hybridization that can be estimated.

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本明細書に記載の発明と、発明の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、請求項に記載されている発明をサポートする実施の形態が本明細書に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、発明に対応するものとして、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が発明に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明以外の発明には対応しないものであることを意味するものでもない。   Embodiments of the present invention will be described below. The correspondence relationship between the invention described in this specification and the embodiments of the invention is exemplified as follows. This description is intended to assure that embodiments supporting the claimed invention are described in this specification. Therefore, although there is an embodiment which is described in the embodiment of the invention but is not described here as corresponding to the invention, it means that the embodiment is not It does not mean that it does not correspond to the invention. Conversely, even if an embodiment is described herein as corresponding to an invention, that means that the embodiment does not correspond to an invention other than the invention. Absent.

さらに、この記載は、本明細書に記載されている発明の全てを意味するものではない。換言すれば、この記載は、本明細書に記載されている発明であって、この出願では請求されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により追加される発明の存在を否定するものではない。   Further, this description does not mean all the inventions described in this specification. In other words, this description is for the invention described in the present specification and not claimed in this application, i.e., the existence of an invention that will be filed in the future or added by amendment. There is no denial.

請求項1に記載の生体情報処理装置は、基板上に設けられた反応領域に固定された第1の生体物質(例えば、プローブ)と、前記第1の生体物質に対してハイブリダイズする第2の生体物質(例えば、ターゲット)とのハイブリダイズの状態を、励起光を照射したときに前記第1の生体物質と前記第2の生体物質がハイブリダイズした部分から発生された蛍光をスキャンして得られた発現プロファイル画像を用いて測定する生体情報処理装置であって、蛍光強度から、前記反応領域における前記第1の生体物質と前記第2の生体物質のハイブリダイズ量が励起光の強度毎に一義的に求められる情報である変換情報(例えば、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式)を記憶する記憶手段(例えば、図1の蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30)と、異なる強度の励起光により得られた複数の前記発現プロファイル画像を処理対象とする場合、前記発現プロファイル画像の取得に用いられたそれぞれの励起光の強度の複数の前記変換情報に基づいて、複数の前記発現プロファイル画像にそれぞれ含まれる、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量を推定する推定手段(例えば、図1の作成部81)とを備えることを特徴とする。   The biological information processing apparatus according to claim 1, wherein a second biological material (for example, a probe) fixed to a reaction region provided on a substrate and a second biological material that hybridizes to the first biological material. The fluorescence generated from the portion where the first biological material and the second biological material are hybridized when irradiated with excitation light is scanned for the state of hybridization with the biological material (for example, target). A biological information processing apparatus for measuring using the obtained expression profile image, wherein the amount of hybridization between the first biological material and the second biological material in the reaction region is determined for each intensity of excitation light based on fluorescence intensity. Storage means (for example, fluorescence intensity-hybridization amount conversion formula storage unit in FIG. 1) that stores conversion information (e.g., fluorescence intensity-hybridization amount conversion formula) that is uniquely determined by 0) and a plurality of the expression profile images obtained with excitation light having different intensities, based on the plurality of conversion information of the intensity of each excitation light used for acquiring the expression profile image. And an estimation means (for example, the creating unit 81 in FIG. 1) for estimating the amount of hybridization in the corresponding reaction region included in each of the plurality of expression profile images.

請求項3に記載の生体情報処理方法は、基板上に設けられた反応領域に固定された第1の生体物質(例えば、プローブ)と、前記第1の生体物質に対してハイブリダイズする第2の生体物質(例えば、ターゲット)とのハイブリダイズの状態を、励起光を照射したときに前記第1の生体物質と前記第2の生体物質がハイブリダイズした部分から発生された蛍光をスキャンして得られた発現プロファイル画像を用いて測定する生体情報処理方法であって、蛍光強度から、前記反応領域における前記第1の生体物質と前記第2の生体物質のハイブリダイズ量が励起光の強度毎に一義的に求められる情報である変換情報(例えば、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式)を取得する取得ステップ(例えば、図8のステップS41)と、異なる強度の励起光により得られた複数の前記発現プロファイル画像を処理対象とする場合、前記発現プロファイル画像の取得に用いられたそれぞれの励起光の強度の複数の前記変換情報に基づいて、複数の前記発現プロファイル画像にそれぞれ含まれる、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量を推定する推定ステップ(例えば、図8のステップS45)とを含むことを特徴とする。   The biological information processing method according to claim 3, wherein a second biological material (for example, a probe) fixed to a reaction region provided on a substrate and a second biological material that hybridizes to the first biological material. The fluorescence generated from the portion where the first biological material and the second biological material are hybridized when irradiated with excitation light is scanned for the state of hybridization with the biological material (for example, target). A biological information processing method for measuring using the obtained expression profile image, wherein the amount of hybridization between the first biological material and the second biological material in the reaction region is determined for each intensity of excitation light based on fluorescence intensity. The acquisition step (for example, step S41 in FIG. 8) for acquiring conversion information (for example, fluorescence intensity-hybridization amount conversion formula) that is uniquely obtained from When processing a plurality of expression profile images obtained by light, a plurality of the expression profile images based on a plurality of the conversion information of the intensity of each excitation light used to acquire the expression profile image And an estimation step (for example, step S45 in FIG. 8) for estimating the amount of hybridization in the corresponding reaction region.

請求項4に記載のプログラム、および請求項5に記載の記録媒体に記録されているプログラムにおいても、各ステップが対応する実施の形態(但し一例)は、請求項3に記載の生体情報処理方法と同様である。   Also in the program according to claim 4 and the program recorded in the recording medium according to claim 5, the embodiment (however, an example) corresponding to each step is the biological information processing method according to claim 3. It is the same.

ここで、本明細書において使用する用語の意味を説明する。   Here, the meanings of terms used in this specification will be described.

プローブとは、DNAチップなどのバイオアッセイ用の基板に固定された生体物質であって、ターゲットと生体反応するものをいう。   A probe refers to a biological substance fixed on a bioassay substrate such as a DNA chip, which reacts biologically with a target.

ターゲットとは、DNAチップなどのバイオアッセイ用の基板に固定された生体物質に生体反応する生体物質をいう。   The target refers to a biological material that bioreacts with a biological material fixed on a bioassay substrate such as a DNA chip.

生体物質とは、蛋白質、核酸、糖などの生体内において生成される物質の他、相互に相補的な塩基配列を有する遺伝子またはそれから派生する物質を含む。   Biological substances include genes generated in vivo such as proteins, nucleic acids, and sugars, as well as genes having mutually complementary base sequences or substances derived therefrom.

生体反応とは、2以上の生体物質が生化学的に反応することをいう。その代表例は、ハイブリダイゼーションである。   Biological reaction means that two or more biological substances react biochemically. A typical example is hybridization.

ハイブリダイゼーションとは、相補的な塩基配列構造を備える核酸間の相補鎖(二本鎖)形成反応をいう。   Hybridization refers to a complementary strand (double strand) forming reaction between nucleic acids having a complementary base sequence structure.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態の生体情報処理装置の構成例を表している。この生体情報処理装置1は、DNAチップ11、ピックアップ部21、蛍光強度取得部22、励起光強度計算部23、ハイブリダイズ量推定部24、発現量計算部25、標準化部26、出力部27、発現プロファイルデータ記憶部28、表示部29Aを有するユーザインターフェース(UI)部29、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30、並びに機械的学習部31により構成されている。   FIG. 1 illustrates a configuration example of a biological information processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The biological information processing apparatus 1 includes a DNA chip 11, a pickup unit 21, a fluorescence intensity acquisition unit 22, an excitation light intensity calculation unit 23, a hybridization amount estimation unit 24, an expression amount calculation unit 25, a standardization unit 26, an output unit 27, It comprises an expression profile data storage unit 28, a user interface (UI) unit 29 having a display unit 29A, a fluorescence intensity-hybridization amount conversion type storage unit 30, and a mechanical learning unit 31.

DNAチップ11は、スポット12とガイド13を有している。図2は、DNAチップ11のより詳細な構成例を表している。   The DNA chip 11 has a spot 12 and a guide 13. FIG. 2 shows a more detailed configuration example of the DNA chip 11.

DNAチップ11は、その基板11A上に、発現解析用反応槽101と細胞数計数用反応槽102を有している。基板11Aの図中下側の端部には、直線状の開始位置ガイド13Aが設けられ、図中上側の端部には、終了位置ガイド13Bが設けられている。図1のガイド13は、具体的には、この開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13Bにより構成される。   The DNA chip 11 has an expression analysis reaction vessel 101 and a cell number counting reaction vessel 102 on the substrate 11A. A linear start position guide 13A is provided at the lower end of the substrate 11A in the figure, and an end position guide 13B is provided at the upper end in the figure. Specifically, the guide 13 shown in FIG. 1 includes a start position guide 13A and an end position guide 13B.

発現解析用反応槽101と細胞数計数用反応槽102は、この開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13Bの間に配置されている。   The expression analysis reaction tank 101 and the cell number counting reaction tank 102 are arranged between the start position guide 13A and the end position guide 13B.

発現解析用反応槽101には、反応領域としての複数のスポット12が形成されており、各スポット12には、生体物質(第1の生体物質)としてのハイブリダイズ検証用プローブ111、発現解析用プローブ112、並びに発現標準化用コントロールプローブ113が固定されている。発現解析用反応槽101にサンプルが滴下された場合、ハイブリダイズ検証用プローブ111には、その塩基と相補的構成を有する塩基を有する生体物質(第2の生体物質)としてのターゲット111Aがハイブリダイズする。同様に、発現解析用プローブ112には、その塩基と相補的構成を有する塩基を有する生体物質(第2の生体物質)としてのターゲット112Aがハイブリダイズする。また、発現標準化用コントロールプローブ113には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質(第2の生体物質)としてのターゲット113Aがハイブリダイズする。   In the expression analysis reaction tank 101, a plurality of spots 12 as reaction regions are formed, and in each spot 12, a hybridization verification probe 111 as a biological material (first biological material), an expression analysis A probe 112 and an expression standardization control probe 113 are fixed. When a sample is dropped into the expression analysis reaction tank 101, a target 111A as a biological material (second biological material) having a base having a complementary structure to the base is hybridized to the hybridization verification probe 111. To do. Similarly, the target 112A as a biological material (second biological material) having a base having a complementary structure to the base is hybridized to the expression analysis probe 112. In addition, the expression standardization control probe 113 is hybridized with a target 113A as a biological material (second biological material) having a base complementary to the base.

細胞数計数用反応槽102においては、生体物質(第1の生体物質)としてのハイブリダイズ検証用プローブ114と細胞数計数用コントロールプローブ115が、それぞれ反応領域としてのスポット12に取り付けられている。細胞数計数用反応槽102にサンプルが滴下された場合、ハイブリダイズ検証用プローブ114には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質(第2の生体物質)としてのターゲット114Aがハイブリダイズし、細胞数計数用コントロールプローブ115には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質(第2の生体物質)としてのターゲット115Aがハイブリダイズする。   In the cell number counting reaction tank 102, a hybridization verification probe 114 as a biological material (first biological material) and a cell number counting control probe 115 are respectively attached to a spot 12 as a reaction region. When a sample is dropped into the cell number counting reaction tank 102, a target 114A as a biological material (second biological material) having a base complementary to the base is hybridized to the hybridization verification probe 114. The target 115A as a biological material (second biological material) having a base complementary to the base hybridizes with the control probe 115 for counting the number of cells.

ハイブリダイズした(生体反応した)生体物質としてのプローブとターゲットには、インターカレータ116が結合されている。インターカレータ116は励起光が照射されると蛍光を発生する。   An intercalator 116 is bonded to a probe and a target as a hybridized (bioreacted) biological material. The intercalator 116 generates fluorescence when irradiated with excitation light.

図2には、このように、各プローブに対してターゲットがハイブリダイズした状態が示されている。なお、図2には便宜上、1つのスポット12に1つのプローブのみが示されているが、実際には1つのスポット12に対して同一種類の複数のプローブが固定されている。また、各反応槽には同一種類のプローブが固定された任意の数のスポットが、予め定められた所定の位置に配置されている。   FIG. 2 shows a state in which the target is hybridized to each probe as described above. In FIG. 2, for convenience, only one probe is shown for one spot 12, but actually, a plurality of probes of the same type are fixed to one spot 12. Further, in each reaction tank, an arbitrary number of spots to which the same type of probe is fixed are arranged at predetermined positions.

図1のピックアップ部21は、蛍光強度取得用ピックアップ41、ガイド信号取得用ピックアップ42、コントロール部43、対物座標計算部44、および畳み込み展開部45で構成されている。   The pickup unit 21 shown in FIG. 1 includes a fluorescence intensity acquisition pickup 41, a guide signal acquisition pickup 42, a control unit 43, an objective coordinate calculation unit 44, and a convolution expansion unit 45.

蛍光強度取得用ピックアップ41は、図2のDNAチップ11の発現解析用反応槽101と細胞数計数用反応槽102の画像を取得するピックアップである。これに対して、ガイド信号取得用ピックアップ42は、開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13Bを読み取るためのピックアップである。   The fluorescence intensity acquisition pickup 41 is a pickup that acquires images of the expression analysis reaction tank 101 and the cell number counting reaction tank 102 of the DNA chip 11 of FIG. On the other hand, the guide signal acquisition pickup 42 is a pickup for reading the start position guide 13A and the end position guide 13B.

蛍光強度取得用ピックアップ41は、対物レンズ51、プリズム52、半導体レーザ53、およびフォトダイオード54を有している。半導体レーザ53より出射されたレーザ光(励起光)は、プリズム52を介して対物レンズ51に入射され、対物レンズ51は、入射されたレーザ光を基板11A(スポット12)上に照射する。対物レンズ51はまた、スポット12からの光をプリズム52を介してフォトダイオード54に入射する。各スポット12には、複数のプローブが固定されており、プローブとターゲットがハイブリダイゼーションした場合、さらに両者にはインターカレータ116が結合される。すなわち、プローブとターゲットがハイブリダイゼーションしていない場合には、両者の間にインターカレータ116は存在せず、ハイブリダイゼーションした場合においてのみ、両者の間にインターカレータ116が存在する。インターカレータ116は、励起光が照射されると蛍光を発生する。対物レンズ51により集光された蛍光はプリズム52により励起光と分離されて、フォトダイオード54に入射される。   The fluorescence intensity acquisition pickup 41 includes an objective lens 51, a prism 52, a semiconductor laser 53, and a photodiode 54. Laser light (excitation light) emitted from the semiconductor laser 53 is incident on the objective lens 51 via the prism 52, and the objective lens 51 irradiates the incident laser light on the substrate 11A (spot 12). The objective lens 51 also makes the light from the spot 12 incident on the photodiode 54 via the prism 52. A plurality of probes are fixed to each spot 12, and when the probe and the target are hybridized, an intercalator 116 is further coupled to both. That is, when the probe and the target are not hybridized, there is no intercalator 116 between them, and only when they are hybridized, there is an intercalator 116 between them. The intercalator 116 generates fluorescence when irradiated with excitation light. The fluorescence condensed by the objective lens 51 is separated from the excitation light by the prism 52 and is incident on the photodiode 54.

ハイブリダイゼーションしている量が多ければ、それだけインターカレータ116の量も多く、したがって、そこから発生する蛍光量も多い。したがって、蛍光の強度に基づいて、ハイブリダイゼーションの状態を測定する(ハイブリダイゼーションの情報を得る)ことが可能となる。   The greater the amount of hybridization, the greater the amount of intercalator 116, and hence the greater the amount of fluorescence generated therefrom. Therefore, it is possible to measure the state of hybridization (obtain information on hybridization) based on the intensity of fluorescence.

コントロール部43は、半導体レーザ53の電流制御を行い、その励起光の強度を調整する。また、コントロール部43は、フォトダイオード54の出力(電流量変化)を読み取る。   The control unit 43 controls the current of the semiconductor laser 53 and adjusts the intensity of the excitation light. Further, the control unit 43 reads the output (current amount change) of the photodiode 54.

畳み込み展開部45は、フォトダイオード54より出力された電流量変化に基づく信号をコントロール部43から受け取り、ピクセル単位の画像データを生成する。   The convolution developing unit 45 receives a signal based on the change in the amount of current output from the photodiode 54 from the control unit 43, and generates image data in units of pixels.

ガイド信号取得用ピックアップ42は、対物レンズ61、プリズム62、半導体レーザ63、およびフォトダイオード64により構成されている。半導体レーザ63は、コントロール部43からの制御に基づいて、レーザ光を発生する(このレーザ光は、ガイド検出光として機能する)。プリズム62は、半導体レーザ63からのレーザ光を対物レンズ61に入射し、対物レンズ61はこのレーザ光を基板11Aに照射する。対物レンズ61は、基板11Aからの反射光を受光し、プリズム62はこの反射光を照射光から分離してフォトダイオード64に出射する。フォトダイオード64は、プリズム62より入射された反射光を光電変換し、ガイド信号としてコントロール部43に出力する。コントロール部43は、フォトダイオード64より入力されたガイド信号を対物座標計算部44に出力する。ガイド13(開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13B)は、基板11Aの他の領域に較べて反射率が高く(または低く)なるように形成されている。対物座標計算部44は、コントロール部43を介して、ガイド信号取得用ピックアップ42より供給されたガイド信号のレベルに基づいて、開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13Bの位置、並びに開始位置ガイド13Aから終了位置ガイド13Bに向けて等速度で移動されるガイド信号取得用ピックアップ42の位置(座標)を計算する。   The guide signal acquisition pickup 42 includes an objective lens 61, a prism 62, a semiconductor laser 63, and a photodiode 64. The semiconductor laser 63 generates laser light based on control from the control unit 43 (this laser light functions as guide detection light). The prism 62 makes the laser light from the semiconductor laser 63 incident on the objective lens 61, and the objective lens 61 irradiates the substrate 11A with this laser light. The objective lens 61 receives the reflected light from the substrate 11A, and the prism 62 separates the reflected light from the irradiation light and emits it to the photodiode 64. The photodiode 64 photoelectrically converts the reflected light incident from the prism 62 and outputs it as a guide signal to the control unit 43. The control unit 43 outputs the guide signal input from the photodiode 64 to the objective coordinate calculation unit 44. The guides 13 (the start position guide 13A and the end position guide 13B) are formed so that the reflectance is higher (or lower) than other areas of the substrate 11A. The objective coordinate calculation unit 44 determines the positions of the start position guide 13A and the end position guide 13B and the start position guide 13A based on the level of the guide signal supplied from the guide signal acquisition pickup 42 via the control unit 43. The position (coordinates) of the guide signal acquisition pickup 42 moved at a constant speed toward the end position guide 13B is calculated.

コントロール部43は、対物座標計算部44により計算されたガイド信号取得用ピックアップ42の位置に基づいて、蛍光強度取得用ピックアップ41(対物レンズ51)の位置を制御する。ガイド信号取得用ピックアップ42と蛍光強度取得用ピックアップ41は、相互に所定の位置関係に固定されており、蛍光強度取得用ピックアップ41を図2における開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13Bの間における所定の位置に配置することは、とりもなおさずガイド信号取得用ピックアップ42を開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13Bの間の所定の位置に配置することになる。   The control unit 43 controls the position of the fluorescence intensity acquisition pickup 41 (objective lens 51) based on the position of the guide signal acquisition pickup 42 calculated by the objective coordinate calculation unit 44. The guide signal acquisition pickup 42 and the fluorescence intensity acquisition pickup 41 are fixed to each other in a predetermined positional relationship, and the fluorescence intensity acquisition pickup 41 is arranged between the start position guide 13A and the end position guide 13B in FIG. The guide signal acquisition pickup 42 is disposed at a predetermined position between the start position guide 13A and the end position guide 13B.

蛍光強度取得部22は、蛍光強度取得用ピックアップ41のフォトダイオード54が出力した各スポット12(その座標(x,y))からの蛍光強度(pfx,y)の入力を受け、この蛍光強度に関するデータをハイブリダイズ量推定部24の作成部81に出力する。蛍光強度取得部22はまた、蛍光強度取得用ピックアップ41の対物レンズ51の基板11A上の対物座標(x,y)、対物面積半径(r)、並びに励起光強度を制御する制御信号をコントロール部43に出力する。コントロール部43は、この制御信号に基づいて対物レンズ51を制御する。これにより、対物レンズ51が基板11A上の所定の座標(x,y)に配置され、対物レンズ51より出射されるレーザ光の照射範囲の半径(対物面積半径)(r)が所定の値に制御され、そのレーザ光の強度(励起光強度)が所定の値に調整される。 The fluorescence intensity acquisition unit 22 receives the input of the fluorescence intensity (pf x, y ) from each spot 12 (its coordinates (x, y)) output from the photodiode 54 of the fluorescence intensity acquisition pickup 41, and receives this fluorescence intensity. Is output to the creation unit 81 of the hybridization amount estimation unit 24. The fluorescence intensity acquisition unit 22 also receives control signals for controlling the objective coordinates (x, y), the objective area radius (r), and the excitation light intensity of the objective lens 51 of the fluorescence intensity acquisition pickup 41 on the substrate 11A. Output to 43. The control unit 43 controls the objective lens 51 based on this control signal. Thereby, the objective lens 51 is arranged at predetermined coordinates (x, y) on the substrate 11A, and the radius (objective area radius) (r) of the irradiation range of the laser light emitted from the objective lens 51 becomes a predetermined value. The laser light intensity (excitation light intensity) is adjusted to a predetermined value.

蛍光強度取得部22は、コントロール部43から供給された蛍光強度を、励起光強度計算部23に出力する。励起光強度計算部23は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30に記憶されている蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式に基づいて、最適な励起光強度を計算し、その計算して得られた励起光強度を蛍光強度取得部22に出力する。蛍光強度取得部22は、この励起光強度計算部23からの励起光強度に基づいて半導体レーザ53の電流を制御し、所定の強さの励起光を半導体レーザ53より出射させる。   The fluorescence intensity acquisition unit 22 outputs the fluorescence intensity supplied from the control unit 43 to the excitation light intensity calculation unit 23. The excitation light intensity calculation unit 23 calculates the optimum excitation light intensity based on the fluorescence intensity-hybridization amount conversion equation stored in the fluorescence intensity-hybridization amount conversion equation storage unit 30, and obtains the calculation result. The obtained excitation light intensity is output to the fluorescence intensity acquisition unit 22. The fluorescence intensity acquisition unit 22 controls the current of the semiconductor laser 53 based on the excitation light intensity from the excitation light intensity calculation unit 23 and causes the semiconductor laser 53 to emit excitation light having a predetermined intensity.

ハイブリダイズ量推定部24は、作成部81、画像処理部82、検証部83、並びにハイブリダイズ量計算部84により構成されている。   The hybridization amount estimation unit 24 includes a creation unit 81, an image processing unit 82, a verification unit 83, and a hybridization amount calculation unit 84.

作成部81は蛍光強度取得部22からのデータに基づいて、式hybridize(pf)を作成し、作成した式hybridize(pf)から求められるハイブリダイズ量を、ハイブリダイズ量の推定値とする。   The creation unit 81 creates an expression hybridize (pf) based on the data from the fluorescence intensity acquisition unit 22, and uses the hybridization amount obtained from the created expression hybridize (pf) as an estimated value of the hybridization amount.

後述するように、異なる励起光強度を用いて得られた複数の発現プロファイル画像が処理対象の画像として供給されてきた場合、作成部81においては、それぞれの励起光強度の蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式(それぞれの励起光強度における蛍光強度とハイブリダイズ量の関係を表す式)が蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30から読み出され、読み出された蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式に基づいて式hybridize(pf)が作成される。作成された式hybridize(pf)から求められたハイブリダイズ量は、蛍光強度取得部22から供給されてきた画像データとともに画像処理部82に出力される。   As will be described later, when a plurality of expression profile images obtained using different excitation light intensities have been supplied as images to be processed, the creation unit 81 has the fluorescence intensity-hybridization amount of each excitation light intensity. A conversion equation (an equation representing the relationship between the fluorescence intensity and the hybridization amount at each excitation light intensity) is read from the fluorescence intensity-hybridization amount conversion equation storage unit 30, and the read fluorescence intensity-hybridization amount conversion equation is read out. Based on, the expression hybridize (pf) is created. The amount of hybridization determined from the created expression hybridize (pf) is output to the image processing unit 82 together with the image data supplied from the fluorescence intensity acquisition unit 22.

画像処理部82は、作成部81より入力された画像データを処理し、検証部83とユーザインターフェース部29に出力する。ユーザインターフェース部29は、画像処理部82より入力された画像を表示部29Aに表示する。画像処理部82は、ユーザインターフェース部29を介して、ユーザより指示される入力に基づいて、DNAチップ11の画像からデブリ(観測を行う上において障害となる物質)の成分を除去し、スポット12毎の画像へ分解する処理を行う。   The image processing unit 82 processes the image data input from the creation unit 81 and outputs the processed image data to the verification unit 83 and the user interface unit 29. The user interface unit 29 displays the image input from the image processing unit 82 on the display unit 29A. The image processing unit 82 removes components of debris (substance that is an obstacle to observation) from the image of the DNA chip 11 based on an input instructed by the user via the user interface unit 29, and the spot 12 A process of disassembling each image is performed.

検証部83は、画像処理部82より入力された画像データのうち、ハイブリダイズ検証用プローブ111,114のスポット12におけるハイブリダイズ量に基づいて、ハイブリダイズが正しく行われていることを検証する。   The verification unit 83 verifies that the hybridization is correctly performed based on the amount of hybridization in the spot 12 of the hybridization verification probes 111 and 114 in the image data input from the image processing unit 82.

ハイブリダイズ量計算部84は、スポット単位のハイブリダイズ量を推定するとともに、所定の方法でその信頼度を求める。ハイブリダイズ量と信頼度は発現量計算部25に出力される。   The hybridizing amount calculation unit 84 estimates the hybridizing amount in spot units and obtains the reliability by a predetermined method. The amount of hybridization and the reliability are output to the expression level calculator 25.

発現量計算部25は、ハイブリダイズ量計算部84からの出力に基づいて、プローブに対するターゲットの結合強度を求めることで、蛍光強度に対応する発現量を推定する。標準化部26は発現標準化用コントロールプローブ113と細胞数計数用コントロールプローブ115を利用した標準化処理を行う。出力部27は標準化されたデータを発現プロファイルデータ記憶部28に供給する。発現プロファイルデータ記憶部28は、出力部27より供給されたデータを、発現プロファイルデータとして記憶する。発現プロファイルデータ記憶部28に記憶されたデータは、必要に応じて、ユーザインターフェース部29に供給され、表示部29Aに表示される。発現量計算部25より出力されたデータも必要に応じて、表示部29Aに表示される。   The expression level calculation unit 25 estimates the expression level corresponding to the fluorescence intensity by obtaining the binding strength of the target to the probe based on the output from the hybridization level calculation unit 84. The standardization unit 26 performs a standardization process using the expression standardization control probe 113 and the cell number counting control probe 115. The output unit 27 supplies the standardized data to the expression profile data storage unit 28. The expression profile data storage unit 28 stores the data supplied from the output unit 27 as expression profile data. The data stored in the expression profile data storage unit 28 is supplied to the user interface unit 29 as necessary and displayed on the display unit 29A. Data output from the expression level calculation unit 25 is also displayed on the display unit 29A as necessary.

蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30は、蛍光強度とそれに対応するハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する変換情報としての変換式(必ずしも式を構成せずとも、変換のためのデータであってもよい)をあらかじめ記憶している。   The fluorescence intensity-hybridization amount conversion formula storage unit 30 is a conversion formula as conversion information for uniquely determining the relationship between the fluorescence intensity and the corresponding hybridization amount (although it is not always necessary to construct a formula, (May be data).

図3は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30に記憶されている蛍光強度とハイブリダイズ量の関係を規定する式hybridizee(pf)の例を示す図である。 Figure 3 is a fluorescence intensity - is a diagram showing an example of a formula hybridize e (pf) which defines the hybridized amount conversion equation fluorescence intensity stored in the storage unit 30 and the hybridized amount relational.

同図に示されるように、蛍光強度が与えられると、対応するハイブリダイズ量は関数(曲線121乃至124)に基づき一義的に決定される。ただし、同図に示されるように、図中最も上側に示される曲線121が、励起光強度のレベルが最も弱い場合の曲線を表し、以下、より下側の曲線122、曲線123と、順次励起光強度のレベルが強くなり、最も下側の曲線124が励起光強度のレベルが最も強い場合の曲線を表している。すなわち、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30には、蛍光強度からハイブリダイズ量を一義的に求めることのできる蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式が、励起光強度毎に用意される。   As shown in the figure, when the fluorescence intensity is given, the corresponding hybridization amount is uniquely determined based on the function (curves 121 to 124). However, as shown in the figure, the curve 121 shown on the uppermost side in the figure represents the curve when the level of the excitation light intensity is the weakest. Hereinafter, the lower curve 122, the curve 123, and the excitation are sequentially shown. The light intensity level becomes strong, and the lowermost curve 124 represents the curve when the excitation light intensity level is strongest. That is, the fluorescence intensity-hybridization amount conversion formula storage unit 30 is provided with a fluorescence intensity-hybridization amount conversion formula that can uniquely determine the hybridization amount from the fluorescence intensity for each excitation light intensity.

曲線121乃至124は、いずれも、点線で示す図中左側の端部の領域の部分121A乃至124Aと、図中右側の端部の領域の部分121B乃至124Bにおいて、蛍光強度のわずかな変化に対して、ハイブリダイズ量が著しく変化しているので、これらの領域においては、蛍光強度に対応するハイブリダイ量を一義的に決定することが困難になる。   Each of the curves 121 to 124 shows a slight change in the fluorescence intensity in the portion 121A to 124A on the left end portion in the drawing and the portion 121B to 124B on the right end portion in the drawing. Thus, since the amount of hybridization has changed significantly, it is difficult to uniquely determine the amount of hybridization corresponding to the fluorescence intensity in these regions.

したがって、これらの部分121A乃至124A、並びに部分121B乃至124Bから蛍光強度を入力として求められるハイブリダイズ量は信頼度が低いといえることから、例えば、このような信頼度の低い区間を除く、中央の実線の区間だけが、蛍光強度に対応するハイブリダイズ量の演算に利用される。   Therefore, since the hybridization amount obtained by inputting the fluorescence intensity from these portions 121A to 124A and the portions 121B to 124B can be said to be low in reliability, for example, in the center except for such a low reliability section. Only the solid line section is used for the calculation of the amount of hybridization corresponding to the fluorescence intensity.

図1の説明に戻り、機械的学習部31は、機械的学習の手段としてのSVM(Support Vector Machine)91とスポット除去パターンデータベース92を有している。SVM91は学習モード時、ユーザインターフェース部29と発現プロファイルデータ記憶部28からのデータに基づいて学習を行い、学習結果をスポット除去パターンデータベース92に記憶させる。SVM91はまた、判定モード時、発現プロファイルデータ記憶部28からのデータを、スポット除去パターンデータベース92に記憶されているパターンに基づいて判定し、その判定結果をハイブリダイズ量計算部84に出力する。   Returning to the description of FIG. 1, the mechanical learning unit 31 includes an SVM (Support Vector Machine) 91 and a spot removal pattern database 92 as means for mechanical learning. In the learning mode, the SVM 91 performs learning based on data from the user interface unit 29 and the expression profile data storage unit 28, and stores the learning result in the spot removal pattern database 92. In the determination mode, the SVM 91 also determines the data from the expression profile data storage unit 28 based on the pattern stored in the spot removal pattern database 92 and outputs the determination result to the hybridization amount calculation unit 84.

遺伝子発現量の定量的な測定は、図4に示される実験過程処理装置131により行われる。図1の生体情報処理装置1は、この図4の実験過程処理装置131の一部を構成している。   The quantitative measurement of the gene expression level is performed by the experimental process processor 131 shown in FIG. The biological information processing apparatus 1 in FIG. 1 constitutes a part of the experimental process processing apparatus 131 in FIG.

すなわち、実験過程処理装置131は、調整部141、ハイブリダイズ部142、取得部143、発現量推定部144、標準化部145、出力部146、および記憶部147により構成されている。このうち、取得部143、発現量推定部144、標準化部145、出力部146および記憶部147が、生体情報処理装置1により構成されている。具体的には、取得部143は、ピックアップ部21、蛍光強度取得部22、励起光強度計算部23、および蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30により構成され、発現量推定部144は、ハイブリダイズ量推定部24、発現量計算部25、および機械的学習部31により構成され、標準化部145は標準化部26により構成され、出力部146は出力部27により構成され、記憶部147は発現プロファイルデータ記憶部28により構成される。   That is, the experimental process processing device 131 includes an adjustment unit 141, a hybridization unit 142, an acquisition unit 143, an expression level estimation unit 144, a standardization unit 145, an output unit 146, and a storage unit 147. Among these, the acquisition unit 143, the expression level estimation unit 144, the standardization unit 145, the output unit 146, and the storage unit 147 are configured by the biological information processing apparatus 1. Specifically, the acquisition unit 143 includes a pickup unit 21, a fluorescence intensity acquisition unit 22, an excitation light intensity calculation unit 23, and a fluorescence intensity-hybridization amount conversion expression storage unit 30, and the expression level estimation unit 144 includes: The hybridizing amount estimating unit 24, the expression amount calculating unit 25, and the mechanical learning unit 31 are configured, the standardizing unit 145 is configured by the standardizing unit 26, the output unit 146 is configured by the output unit 27, and the storage unit 147 is expressed. The profile data storage unit 28 is used.

調整部141はターゲットの調整を行う。ハイブリダイズ部142はプローブとターゲットとのハイブリダイズを行う。取得部143は蛍光強度を取得する。発現量推定部144は発現量の推定処理を行う。標準化部145はデータの標準化を行う。出力部146は発現プロファイルデータを出力する。記憶部147は発現プロファイルデータを記憶する。   The adjustment unit 141 adjusts the target. The hybridizing unit 142 performs hybridization between the probe and the target. The acquisition unit 143 acquires the fluorescence intensity. The expression level estimation unit 144 performs expression level estimation processing. The standardization unit 145 standardizes data. The output unit 146 outputs expression profile data. The storage unit 147 stores expression profile data.

次に、図4の実験過程処理装置131の処理を、図5のフローチャートを参照して説明する。   Next, the process of the experimental process processor 131 of FIG. 4 will be described with reference to the flowchart of FIG.

最初に、ステップS11において、調整部141はターゲットを調整する。具体的には、細胞が含まれるサンプルが取り出され、その中から蛋白質を変性させて除去する処理が行われ、RNA(ribonucleic acid)の抽出、断片化、並びにDNA(deoxyribonucleic acid)の抽出、断片化によりターゲット(発現解析用プローブ112に対するターゲット112A)が生成される。   First, in step S11, the adjustment unit 141 adjusts the target. Specifically, a sample containing cells is taken out, the protein is denatured and removed from the sample, RNA (ribonucleic acid) extraction, fragmentation, DNA (deoxyribonucleic acid) extraction, fragment The target (target 112A for the expression analysis probe 112) is generated.

ステップS12において、ハイブリダイズ部142はハイブリダイズする処理を実行する。具体的には、ステップS11の処理で生成されたターゲットが入った溶液に、さらにハイブリダイズ検証用プローブ111,114に対するターゲット111A,114A、発現標準化用コントロールプローブ113に対するターゲット113A、並びに細胞数計数用コントロールプローブ115に対するターゲット115Aが加えられ、この溶液を発現解析用反応槽101と細胞数計数用反応槽102に滴下することで、ターゲットとプローブとがハイブリダイズされる。そして、インターカレータ116が導入され、ハイブリダイズしたターゲットとプローブに結合され、図2に示されるようなDNAチップ11が得られる。同図に示されるように、発現解析用反応槽101のスポット12では、発現解析用プローブ112に対してターゲット112Aがハイブリダイズしている他、発現標準化用コントロールプローブ113に対してターゲット113Aがハイブリダイズしており、ハイブリダイズ検証用プローブ111に対してターゲット111Aがハイブリダイズしている。そして、それらの2本鎖結合したプローブとターゲットの間にはインターカレータ116が結合している。   In step S12, the hybridizing unit 142 executes a hybridizing process. Specifically, in the solution containing the target generated in step S11, the targets 111A and 114A for the hybridization verification probes 111 and 114, the target 113A for the expression standardization control probe 113, and the cell count counter A target 115A for the control probe 115 is added, and this solution is dropped into the expression analysis reaction tank 101 and the cell number counting reaction tank 102, whereby the target and the probe are hybridized. Then, the intercalator 116 is introduced and combined with the hybridized target and probe to obtain the DNA chip 11 as shown in FIG. As shown in the figure, in the spot 12 of the expression analysis reaction tank 101, the target 112A is hybridized to the expression analysis probe 112, and the target 113A is hybridized to the expression standardization control probe 113. The target 111A is hybridized with the probe 111 for hybridization verification. And the intercalator 116 has couple | bonded between the probe and target which couple | bonded those double strands.

同様に、細胞数計数用反応槽102のスポット12においても、ハイブリダイズ検証用プローブ114に対してターゲット114Aがハイブリダイズしており、細胞数計数用コントロールプローブ115に対してターゲット115Aがハイブリダイズしている。そして、これらのハイブリダイズしたプローブとターゲットの間にも、インターカレータ116が結合されている。   Similarly, also in the spot 12 of the cell number counting reaction tank 102, the target 114A is hybridized to the hybridization verification probe 114, and the target 115A is hybridized to the cell number counting control probe 115. ing. An intercalator 116 is also coupled between these hybridized probe and target.

ステップS13において、取得部143は蛍光強度を取得する。この処理において、取得部143を構成する蛍光強度取得部22は、コントロール部43を介して蛍光強度取得用ピックアップ41を駆動し、半導体レーザ53にレーザ光を励起光として出射させる。この励起光は、プリズム52を介して対物レンズ51に入射され、対物レンズ51は、これを基板11A上の発現解析用反応槽101に照射する。   In step S13, the acquisition unit 143 acquires the fluorescence intensity. In this process, the fluorescence intensity acquisition unit 22 constituting the acquisition unit 143 drives the fluorescence intensity acquisition pickup 41 via the control unit 43 and causes the semiconductor laser 53 to emit laser light as excitation light. The excitation light is incident on the objective lens 51 via the prism 52, and the objective lens 51 irradiates the expression analysis reaction tank 101 on the substrate 11A.

インターカレータ116は励起光が照射されると蛍光を発生する。この蛍光が対物レンズ51により集光され、プリズム52を介してフォトダイオード54に入射される。フォトダイオード54は蛍光に対応する電流を出力する。コントロール部43は、この電流に対応する信号を畳み込み展開部45により画像信号に変換させ、変換により生成された蛍光強度に対応する信号を、蛍光強度取得部22に出力する。   The intercalator 116 generates fluorescence when irradiated with excitation light. This fluorescence is collected by the objective lens 51 and is incident on the photodiode 54 via the prism 52. The photodiode 54 outputs a current corresponding to the fluorescence. The control unit 43 causes the convolutional expansion unit 45 to convert a signal corresponding to the current into an image signal, and outputs a signal corresponding to the fluorescence intensity generated by the conversion to the fluorescence intensity acquisition unit 22.

コントロール部43は、対物レンズ51の位置を開始位置ガイド13Aから終了位置ガイド13Bの方向に向けて移動させる。このとき、ガイド信号取得用ピックアップ42の半導体レーザ63が出射するガイド検出光としてのレーザ光が、プリズム62を介して対物レンズ61に入射され、対物レンズ61がこのガイド検出光を基板11Aに照射する。ガイド検出光の反射光の強度は、開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13Bに照射されたとき強くなる。この反射光が対物レンズ61を介してプリズム62に入射され、プリズム62からフォトダイオード64に入射される。対物座標計算部44はコントロール部43を介してフォトダイオード64からのガイド信号を取得し、この信号に基づいて、ガイド信号取得用ピックアップ42(したがって、それと一体化している蛍光強度取得用ピックアップ41)が基板11Aの開始位置ガイド13Aと終了位置ガイド13Bの間のいずれの位置に位置するのか、その座標を計算する。コントロール部43はその座標に基づいてガイド信号取得用ピックアップ42(蛍光強度取得用ピックアップ41)を開始位置ガイド13Aから終了位置ガイド13Bまで一定の速度で移動させる(走査させる)。   The control unit 43 moves the position of the objective lens 51 from the start position guide 13A toward the end position guide 13B. At this time, laser light as guide detection light emitted from the semiconductor laser 63 of the guide signal acquisition pickup 42 is incident on the objective lens 61 via the prism 62, and the objective lens 61 irradiates the substrate 11A with this guide detection light. To do. The intensity of the reflected light of the guide detection light increases when it is applied to the start position guide 13A and the end position guide 13B. This reflected light is incident on the prism 62 via the objective lens 61, and is incident on the photodiode 64 from the prism 62. The objective coordinate calculation unit 44 acquires a guide signal from the photodiode 64 via the control unit 43, and on the basis of this signal, the guide signal acquisition pickup 42 (therefore, the fluorescence intensity acquisition pickup 41 integrated therewith). Is located between the start position guide 13A and the end position guide 13B of the substrate 11A. Based on the coordinates, the control unit 43 moves (scans) the guide signal acquisition pickup 42 (fluorescence intensity acquisition pickup 41) from the start position guide 13A to the end position guide 13B at a constant speed.

このようにして、蛍光強度取得用ピックアップ41が、図2において、開始位置ガイド13Aから終了位置ガイド13Bの位置まで移動されるとともに、さらに、その走査位置が、開始位置ガイド13A(終了位置ガイド13B)と平行な方向(図中x座標方向)に1ピッチ分だけ移動され、新たな移動位置において同様に、開始位置ガイド13Aから終了位置ガイド13Bまで移動される。このようにして、発現解析用反応槽101と細胞数計数用反応槽102の全体が走査され、各座標における画像信号が蛍光強度取得用ピックアップ41より出力される。   In this way, the fluorescence intensity acquisition pickup 41 is moved from the start position guide 13A to the end position guide 13B in FIG. 2, and the scanning position is further changed to the start position guide 13A (end position guide 13B). ) In the direction parallel to () in the figure (x-coordinate direction) by one pitch, and similarly, from the start position guide 13A to the end position guide 13B at the new movement position. In this manner, the entire expression analysis reaction tank 101 and cell number counting reaction tank 102 are scanned, and image signals at respective coordinates are output from the fluorescence intensity acquisition pickup 41.

図6は、蛍光強度取得部22により得られる画像データのフォーマットの例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a format of image data obtained by the fluorescence intensity acquisition unit 22.

画像データは、スポット毎に、スキャン時の励起光強度、プローブ遺伝子配列を指定するインデックス、1つのスポット全体の画像の縦横のピクセル数、蛍光画像(励起光を照射して撮影した画像)から構成される。このようなフォーマットからなる画像データが蛍光強度取得部22からハイブリダイズ量推定部24に出力され、それに基づいて各種の処理が行われる。例えば、同じDNAチップ11を、異なる強度の励起光を用いてスキャンすることによって取得された図6のフォーマットを有する複数の画像データがハイブリダイズ量推定部24に出力される。   The image data consists of the excitation light intensity at the time of scanning, the index that specifies the probe gene sequence, the number of pixels in the vertical and horizontal directions of the image of the entire spot, and the fluorescence image (image taken by irradiating excitation light) for each spot. Is done. Image data having such a format is output from the fluorescence intensity acquisition unit 22 to the hybridization amount estimation unit 24, and various processes are performed based thereon. For example, a plurality of pieces of image data having the format of FIG. 6 acquired by scanning the same DNA chip 11 using excitation light having different intensities are output to the hybridization amount estimation unit 24.

同じ過程で得られたDNAチップ11(各スポット12に同じ種類のプローブが同じ量だけ固定されているDNAチップ11)を異なる強度の励起光を用いてスキャンすることによって取得された複数の画像データを比較した場合、対応するスポットのデータに注目したときには(図6に示すような画像データが複数ある状態で、例えば、同じスポットであるスポットS1のデータを比較した場合)、励起光強度と蛍光画像を表すデータのみが異なるデータとなる。なお、上述したように、画像データに現れる蛍光強度の違いは励起光強度の違いによって生じるものであり、同じ過程で得られたDNAチップ11間では対応するスポット12において実際に生じているハイブリダイズの量は同じである。 A plurality of image data obtained by scanning the DNA chip 11 (DNA chip 11 in which the same amount of probes of the same type is fixed to each spot 12 by the same amount) using different excitation lights. When comparing the data of the corresponding spots (when there are a plurality of image data as shown in FIG. 6, for example, when the data of the spot S 1 which is the same spot is compared), the excitation light intensity and Only data representing the fluorescence image is different data. As described above, the difference in the fluorescence intensity appearing in the image data is caused by the difference in the excitation light intensity, and the hybridization actually occurring in the corresponding spots 12 between the DNA chips 11 obtained in the same process. The amount of is the same.

ステップS14において、発現量推定部144は発現量推定処理を実行する。この発現量推定処理については、図7のフローチャートを参照して後述するが、この処理によりハイブリダイズ量と信頼度の計算が行われ、発現量が計算される。   In step S14, the expression level estimation unit 144 executes an expression level estimation process. The expression level estimation process will be described later with reference to the flowchart of FIG. 7, and the hybridization level and reliability are calculated by this process, and the expression level is calculated.

ステップS15において、標準化部145(標準化部26)により、データを標準化する処理が行われる。この標準化としては、発現標準化用コントロールプローブ113による標準化と、細胞数計数用コントロールプローブ115による標準化が行われる。発現標準化用コントロールプローブ113による標準化は、次のようにして行われる。   In step S15, the standardization unit 145 (standardization unit 26) performs processing for standardizing data. As the standardization, standardization by the expression standardization control probe 113 and standardization by the cell number counting control probe 115 are performed. Standardization by the expression standardization control probe 113 is performed as follows.

すなわち、図2には、発現標準化用コントロールプローブ113が1箇所にのみ図示されているが、実際には、この発現標準化用コントロールプローブ113は、発現解析用反応槽101のあらかじめ定められた所定の複数の位置(例えば、発現解析用反応槽101の4隅と略中央の5ヶ所)に分散して配置されている。そして、この各位置に配置された発現標準化用コントロールプローブ113の蛍光値に基づいて、補正用曲面が、例えば、Bスプライン曲面に基づいて演算され、その補正用曲面によって得られる蛍光値により各ピクセルの蛍光値を割り算することで正規化が行われる。この正規化により、発現解析用反応槽101内のスポット12の位置によるハイブリダイゼーションのばらつきが補正される。   That is, in FIG. 2, the expression standardization control probe 113 is shown only in one place, but actually, this expression standardization control probe 113 is a predetermined predetermined in the expression analysis reaction tank 101. It is distributed and arranged at a plurality of positions (for example, four corners of the expression analysis reaction tank 101 and approximately five at the center). Then, based on the fluorescence value of the expression standardization control probe 113 arranged at each position, a correction curved surface is calculated based on, for example, a B-spline curved surface, and each pixel is calculated based on the fluorescence value obtained by the correction curved surface. Normalization is performed by dividing the fluorescence value. By this normalization, variation in hybridization due to the position of the spot 12 in the reaction tank 101 for expression analysis is corrected.

また、細胞数計数用コントロールプローブ115による標準化は、細胞数計数用コントロールプローブ115に対するハイブリダイズ量の値(細胞数計数用コントロール115に基づく蛍光値)により、細胞数計数用反応槽102上の各スポット12上のピクセルの蛍光値を割り算することにより行われる。細胞数計算用コントロールプローブ115としては、発現解析用プローブ112を抽出した生体のゲノム中の反覆配列(例えば、人間でいえばAlu配列)が用いられる。この処理により、取得された遺伝子の発現量を一定の細胞数当たりの値に換算することができる。   Further, the standardization by the cell number counting control probe 115 is performed based on the value of the amount of hybridization to the cell number counting control probe 115 (fluorescence value based on the cell number counting control 115). This is done by dividing the fluorescence value of the pixel on the spot 12. As the control probe 115 for calculating the number of cells, a repetitive sequence (for example, Alu sequence for humans) in the genome of the living body from which the expression analysis probe 112 is extracted is used. By this processing, the expression level of the acquired gene can be converted into a value per certain number of cells.

さらに、ステップS16において、出力部146(出力部27)は、発現プロファイルデータを出力する。具体的には、以上のようにして得られた画像データが、記憶部147(発現プロファイルデータ記憶部28)に供給され、記録される。   Furthermore, in step S16, the output unit 146 (output unit 27) outputs the expression profile data. Specifically, the image data obtained as described above is supplied to the storage unit 147 (expression profile data storage unit 28) and recorded.

次に、図7のフローチャートを参照して、図5のステップS14において行われる発現量推定処理について説明する。   Next, the expression level estimation process performed in step S14 of FIG. 5 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS31において、作成部81は画像情報(画像データ)を入力する。具体的には、蛍光強度取得部22より画像情報が入力される。   In step S31, the creation unit 81 inputs image information (image data). Specifically, image information is input from the fluorescence intensity acquisition unit 22.

ステップS32において、作成部81は、入力された画像情報が複数の励起光強度で撮影した画像の画像情報かを判定する。複数の励起光強度で撮影した画像の画像情報である場合には、ステップS33に進み、作成部81は、複数の励起光強度で撮影した画像に基づいて式hybridize(pf)を作成してハイブリダイズ量の推定を行い、得られた推定値を、画像情報とともに画像処理部82に出力する。ステップS33において行われる処理については図8のフローチャートを参照して後述する。   In step S <b> 32, the creation unit 81 determines whether the input image information is image information of an image captured with a plurality of excitation light intensities. If it is image information of an image photographed with a plurality of excitation light intensities, the process proceeds to step S33, where the creating unit 81 creates an expression hybridize (pf) based on the images photographed with a plurality of excitation light intensities and hybridizes. The amount of soybean is estimated, and the obtained estimated value is output to the image processing unit 82 together with the image information. The process performed in step S33 will be described later with reference to the flowchart of FIG.

ステップS32において、入力された画像データは、複数の励起光強度で撮影した画像の画像データではないと判定された場合には、ステップS33の処理は実行できないのでスキップされる。   If it is determined in step S32 that the input image data is not image data of an image captured with a plurality of excitation light intensities, the process of step S33 cannot be executed and is skipped.

ステップS34において、画像処理部83は画像処理を行う。この処理により、DNAチップ11の画像からスポット境界を跨ぐデブリ領域が除去され、画像は各スポット毎の画像に分解される。   In step S34, the image processing unit 83 performs image processing. By this process, a debris region straddling the spot boundary is removed from the image of the DNA chip 11, and the image is decomposed into an image for each spot.

ステップS35において、検証部83は、ハイブリダイズを検証する処理を実行する。具体的には、図2に示されるように、発現解析用反応槽101にはハイブリダイズ検証用プローブ111が、また細胞数計数用反応槽102にはハイブリダイズ検証用プローブ114が、それぞれスポット12に固定されている。ハイブリダイズ検証用プローブ111,114としては、実験対象としている生物種にない遺伝子配列が用いられる。例えば、実験対象が動物である場合(発現解析用プローブ112が動物の遺伝子である場合)には、ハイブリダイズ検証用プローブ111,114として植物の葉緑素遺伝子が用いられ、ターゲット111A,114Aとしては、その相補配列が用いられる。   In step S35, the verification unit 83 executes a process for verifying hybridization. Specifically, as shown in FIG. 2, a hybridization verification probe 111 is provided in the expression analysis reaction tank 101, and a hybridization verification probe 114 is provided in the cell number counting reaction tank 102, respectively. It is fixed to. As the hybridization verification probes 111 and 114, gene sequences that do not exist in the biological species to be experimented are used. For example, when the experiment target is an animal (when the expression analysis probe 112 is an animal gene), a plant chlorophyll gene is used as the hybridization verification probes 111 and 114, and the targets 111A and 114A are as follows: Its complementary sequence is used.

すなわち、このハイブリダイズ検証用プローブ111,114と、ターゲット111A,114Aは、発現解析用プローブ112とそのターゲット112Aのハイブリダイズとは無関係に、確実にハイブリダイズを起こすものが用いられる。しかも、その実験対象とは全く異なる種のものが用いられるため、ハイブリダイズ検証用プローブ111,114が充分ハイブリダイズしている場合には、この実験において(測定において)ハイブリダイズが確実に起きていることを検証することができる。逆に、ハイブリダイズ検証用プローブ111,114が充分ハイブリダイズしていない場合には、この測定は何らかの原因によりハイブリダイズが発生し難い環境になっている可能性がある。そこで、ハイブリダイズ検証用プローブ111,114の蛍光値を測定することで、その蛍光値が、例えばあらかじめ設定されている基準値以上であれば、正しいハイブリダイズ処理が行われていることを検証することができる。   That is, as the hybridization verification probes 111 and 114 and the targets 111A and 114A, those that reliably cause hybridization regardless of the hybridization of the expression analysis probe 112 and the target 112A are used. In addition, since a completely different species from that of the experiment target is used, when the hybridization verification probes 111 and 114 are sufficiently hybridized, in this experiment (in the measurement), the hybridization surely occurred. Can be verified. On the contrary, when the hybridization verification probes 111 and 114 are not sufficiently hybridized, there is a possibility that this measurement is an environment in which hybridization is difficult to occur for some reason. Therefore, by measuring the fluorescence value of the hybridization verification probes 111 and 114, if the fluorescence value is equal to or higher than a preset reference value, it is verified that correct hybridization processing is being performed. be able to.

ステップS36において、ハイブリダイズ量計算部84は、ハイブリダイズ量と信頼度の計算を行い、得られたハイブリダイズ量と信頼度を発現量計算部25に出力する。また、ハイブリダイズ量計算部84は、例えば、ステップS33においてハイブリダイズ量が推定されている場合には、その推定値の信頼度を計算し、得られた信頼度を、ハイブリダイズ量の推定値とともに発現量計算部25に出力する。   In step S <b> 36, the hybridization amount calculation unit 84 calculates the hybridization amount and reliability, and outputs the obtained hybridization amount and reliability to the expression amount calculation unit 25. In addition, for example, when the hybridization amount is estimated in step S33, the hybridization amount calculation unit 84 calculates the reliability of the estimated value, and uses the obtained reliability as the estimated value of the hybridization amount. At the same time, it is output to the expression level calculator 25.

ステップS37において、発現量計算部25は、ハイブリダイズ量計算部84から供給されてきたハイブリダイズ量と信頼度に基づいて、発現量を計算する処理を実行する。この処理に基づいて、計算された(取得された)蛍光値に対応する発現量が計算される。   In step S <b> 37, the expression level calculation unit 25 executes a process of calculating the expression level based on the hybridization level and the reliability supplied from the hybridization level calculation unit 84. Based on this processing, the expression level corresponding to the calculated (acquired) fluorescence value is calculated.

次に、図8のフローチャートを参照して、図7のステップS33において行われる式hybridize(pf)の作成処理について説明する。   Next, the process of creating the expression hybridize (pf) performed in step S33 of FIG. 7 will be described with reference to the flowchart of FIG.

異なる励起光強度により得られた複数の画像データ(複数の発現プロファイル画像のデータ)が供給されてきたとき、ステップS41において、作成部81は、それらの励起光強度の蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30から読み出す。   When a plurality of image data (data of a plurality of expression profile images) obtained with different excitation light intensities have been supplied, in step S41, the creating unit 81 converts the fluorescence intensity-hybridization amount of these excitation light intensities. The equation is read from the fluorescence intensity-hybridization amount conversion equation storage unit 30.

この例においては、2つの異なる励起光強度で得られた画像データが作成部81に供給され、処理対象とされているものとする。また、図9の実線で示す曲線のように、曲線124により蛍光強度とハイブリダイズ量の関係が表される式hybridizes(pf)と、曲線122により蛍光強度とハイブリダイズ量の関係が表されるhybridizew(pf)が、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部30から読み出されたものとする。 In this example, it is assumed that image data obtained with two different excitation light intensities is supplied to the creation unit 81 and is a processing target. Also, as in the curve indicated by a solid line in FIG. 9, the formula hybridize s (pf) the relationship of the fluorescence intensity of hybridizing amount is represented by the curve 124, the relationship between fluorescence intensity and hybridizing amount is represented by curve 122 It is assumed that hybridize w (pf) is read from the fluorescence intensity-hybridization amount conversion expression storage unit 30.

図9に示すように、式hybridizes(pf)を用いることによって、蛍光強度pfsからハイブリダイズ量hybridizes(pfs)が一義的に求められ、また、式hybridizew(pf)を用いることによって、蛍光強度pfwからハイブリダイズ量hybridizew(pfw)が一義的に求められる。蛍光強度pfs,pfwは、処理対象の画像データにより表される、対応するあるスポット12の蛍光強度である。 As shown in FIG. 9, by using the formula hybrid s (pf), the hybridize amount hybrid s (pf s ) is uniquely determined from the fluorescence intensity pf s , and the formula hybrid w (pf) is used. Thus, the hybridizing amount hybrid w (pf w ) is uniquely determined from the fluorescence intensity pf w . The fluorescence intensities pf s and pf w are the fluorescence intensities of a corresponding spot 12 represented by the image data to be processed.

対応するスポット12で発生しているハイブリダイズの量は同じであるから、本来、ハイブリダイズ量hybridizes(pfs)とハイブリダイズ量hybridizew(pfw)は一致するはずであるが、何らかの要因で図9に示すように異なる量として測定されることがあり、この場合、以降の処理において、2つのハイブリダイズ量hybridizes(pfs),hybridizew(pfw)の合成(重み付け)が行われ、実際に生じていると考えられるハイブリダイズ量が推定される。 Since the amount of hybridization occurring in the corresponding spot 12 is the same, the hybridizing amount hybridize s (pf s ) and the hybridizing amount hybridize w (pf w ) are supposed to coincide with each other. 9 may be measured as different amounts as shown in FIG. 9. In this case, in the subsequent processing, the two hybridizing amounts hybridize s (pf s ) and hybridize w (pf w ) are combined (weighted). The amount of hybridization that is considered to have actually occurred is estimated.

図8の説明に戻り、ステップS42において、作成部81は、式hybridizes(pf)(曲線124)に設定されている飽和領域との境界点の蛍光強度である蛍光強度uppersとlowersを設定する。また、作成部81は、式hybridizew(pf)(曲線122)に設定されている飽和領域との境界点の蛍光強度である蛍光強度upperwとlowerwを設定する。 Returning to the description of FIG. 8, in step S42, the creation unit 81 calculates the fluorescence intensities upper s and lower s which are the fluorescence intensities at the boundary point with the saturation region set in the expression hybrid s (pf) (curve 124). Set. In addition, the creation unit 81 sets fluorescence intensity upper w and lower w , which are the fluorescence intensity at the boundary point with the saturated region set in the expression hybrid w (pf) (curve 122).

上述したように、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式を表す曲線の両端部には、蛍光強度からハイブリダイズ量を正しく決定することができない領域(飽和領域)が設定されている。ここで設定される蛍光強度uppersとlowers、蛍光強度upperwとlowerwを図10に示す。 As described above, regions (saturation regions) where the hybridization amount cannot be correctly determined from the fluorescence intensity are set at both ends of the curve representing the fluorescence intensity-hybridization amount conversion formula. FIG. 10 shows the fluorescence intensity upper s and lower s and the fluorescence intensity upper w and lower w set here.

ステップS43において、作成部81は、ステップS42で設定した蛍光強度uppersとlowers、並びに蛍光強度pfsの位置関係から重みWsを選択する。また、作成部81は、ステップS44において、ステップS42で設定した蛍光強度upperwとlowerw、並びに蛍光強度pfwの位置関係から重みWwを選択する。 In step S43, the creation unit 81 selects the weight W s from the positional relationship between the fluorescence intensities upper s and lower s and the fluorescence intensity pf s set in step S42. In step S44, the creation unit 81 selects the weight W w from the positional relationship between the fluorescence intensity upper w and lower w and the fluorescence intensity pf w set in step S42.

例えば、重みWsとWwは下式(1),(2)によりそれぞれ求められる。

Figure 2006300798
For example, the weights W s and W w are obtained by the following expressions (1) and (2), respectively.
Figure 2006300798

すなわち、式(1)に示されるように、蛍光強度pfsが蛍光強度lowers未満である場合、重みWsは1とされ、蛍光強度pfsが蛍光強度lowers以上、蛍光強度uppers未満である場合、重みWsは(uppers−pfs)/(uppers−lowers)とされる。また、蛍光強度pfsが蛍光強度uppers以上である場合、重みWsは0とされる。 That is, as shown in equation (1), when the fluorescence intensity pf s is less than the fluorescence intensity lower s, the weight W s is 1, the fluorescence intensity pf s fluorescence intensity lower s or more, less than the fluorescence intensity upper s , The weight W s is (upper s −pf s ) / (upper s −lower s ). Further, when the fluorescence intensity pf s is equal to or greater than the fluorescence intensity upper s , the weight W s is set to zero.

同様に、式(2)に示されるように、蛍光強度pfwが蛍光強度lowerw未満である場合、重みWwは0とされ、蛍光強度pfwが蛍光強度lowerw以上、蛍光強度upperw未満である場合、重みWwは(pfw−lowerw)/(upperw−lowerw)とされる。また、蛍光強度pfwが蛍光強度upperw以上である場合、重みWwは1とされる。 Similarly, as shown in Equation (2), when the fluorescence intensity pf w is less than the fluorescence intensity lower w , the weight W w is set to 0, the fluorescence intensity pf w is greater than or equal to the fluorescence intensity lower w , and the fluorescence intensity upper w If it is less, the weight W w is (pf w −lower w ) / (upper w −lower w ). Further, when the fluorescence intensity pf w is greater than or equal to the fluorescence intensity upper w , the weight W w is set to 1.

ステップS45において、作成部81は、ステップS43とS44で選択した重みWsとWwをそれぞれ下式(3)に代入することによって式hybridize(pf)を作成する。また、作成部81は、代入して得られた値(hybridize(pf))を、2つの画像データから求められたハイブリダイズ量の推定値とする。

Figure 2006300798
In step S45, the creation unit 81 creates an expression hybridize (pf) by substituting the weights W s and W w selected in steps S43 and S44 into the following expression (3), respectively. Further, the creating unit 81 uses the value (hybridize (pf)) obtained by the substitution as an estimated value of the hybridization amount obtained from the two image data.
Figure 2006300798

すなわち、図11に示すように、ハイブリダイズ量hybridizes(pfs)に重みWsが、ハイブリダイズ量hybridizew(pfw)に重みWwがそれぞれ作用され、ハイブリダイズ量hybridize(pf)が求められる。式(1),(2)から重みWsとWwが求められることにより、それらの重みWsとWwが作用されて推定されたハイブリダイズ量は、ハイブリダイズ量hybridizes(pfs)とhybridizew(pfw)の間の量となる。ハイブリダイズ量の推定値が求められた後、処理は図7のステップS33に戻り、それ以降の処理が行われる。 That is, as shown in FIG. 11, the weight W s acts on the hybridizing amount hybridize s (pf s ) and the weight W w acts on the hybridizing amount hybrid w (pf w ), respectively, and the hybridizing amount hybridize (pf) becomes Desired. By obtaining the weights W s and W w from the equations (1) and (2), the hybridized amount estimated by the action of the weights W s and W w is the hybridized amount hybrid s (pf s ). And hybridize w (pf w ). After the estimated value of the hybridization amount is obtained, the process returns to step S33 in FIG. 7 and the subsequent processes are performed.

複数の励起光強度で撮影された画像データから、以上のようにしてそれぞれのスポット12のハイブリダイズ量が推定されるようにすることにより、推定可能なハイブリダイズ量のダイナミックレンジを十分に確保することが可能となる。   By estimating the hybridizing amount of each spot 12 from the image data photographed with a plurality of excitation light intensities as described above, a sufficient dynamic range of the hybridizing amount that can be estimated is ensured. It becomes possible.

すなわち、図10の式hybridizes(pf)だけを用いることによってハイブリダイズ量、しかも、信頼できるハイブリダイズ量を測定することができる範囲は、ハイブリダイズ量hybridizes(lowers)からhybridizes(uppers)までの範囲であり、同様に、式hybridizew(pf)だけを用いることによって信頼できるハイブリダイズ量を測定することができる範囲は、ハイブリダイズ量hybridizew(lowerw)からhybridizew(upperw)までの範囲であるところ、この2つの式から求められたハイブリダイズ量を合成することによって、ハイブリダイズ量hybridizes(lowers)からhybridizew(upperw)までの範囲を、信頼できるハイブリダイズ量を推定することができる範囲として確保することが可能になる。 That is, by using only the hybridize s (pf) equation in FIG. 10, the range in which the hybridizing amount and the reliable hybridizing amount can be measured is from the hybridizing amount hybridize s (lower s ) to hybridize s (upper s ). Similarly, the range in which a reliable hybridizing amount can be measured by using only the formula hybrid w (pf) is the hybridizing amount hybridize w (lower w ) to hybridize w (upper In the range up to w ), by synthesizing the hybridizing amount obtained from these two equations, the range from hybridizing amount hybrids s (lower s ) to hybridize w (upper w ) can be trusted. It can be ensured as a range in which the soybean amount can be estimated.

また、式(1),(2)に従って重みWsとWwが選択され、それが作用されることにより、求められるハイブリダイズ量の推定値が、飽和領域内の値になることを防止することができ、推定値の信頼度を向上させることができる。 Further, the weights W s and W w are selected according to the expressions (1) and (2) and are applied to prevent the estimated value of the amount of hybridization to be a value in the saturation region. And the reliability of the estimated value can be improved.

以上においては、合成されるハイブリダイズ量が2つである場合について説明したが、当然、2以上の所定の数のハイブリダイズ量が合成され、1つのハイブリダイズ量の推定値が得られるようにしてもよい。   In the above description, the case where two hybridized amounts are synthesized has been described. Naturally, a predetermined number of hybridized amounts of two or more are synthesized to obtain an estimated value of one hybridized amount. May be.

以上、DNAチップのハイブリダイゼーションを測定する場合の実施形態を説明したが、本発明はDNAチップに限らず、各種の生体物質が、他の所定の生体物質と生体結合したかどうかを測定する場合に適用することが可能である。   As described above, the embodiment in the case of measuring the hybridization of the DNA chip has been described. However, the present invention is not limited to the DNA chip. In the case of measuring whether various biological materials are biologically bound to other predetermined biological materials. It is possible to apply to.

上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。この場合、例えば、生体情報処理装置1は、図12に示されるようなパーソナルコンピュータにより構成される。   The series of processes described above can be executed by hardware or can be executed by software. In this case, for example, the biological information processing apparatus 1 is configured by a personal computer as shown in FIG.

図12において、CPU(Central Processing Unit)201は、ROM(Read Only Memory)202に記憶されているプログラム、または記憶部208からRAM(Random Access Memory)203にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM203にはまた、CPU201が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。   In FIG. 12, a CPU (Central Processing Unit) 201 executes various processes according to a program stored in a ROM (Read Only Memory) 202 or a program loaded from a storage unit 208 to a RAM (Random Access Memory) 203. To do. The RAM 203 also appropriately stores data necessary for the CPU 201 to execute various processes.

CPU201、ROM202、およびRAM203は、バス204を介して相互に接続されている。このバス204にはまた、入出力インタフェース205も接続されている。   The CPU 201, the ROM 202, and the RAM 203 are connected to each other via the bus 204. An input / output interface 205 is also connected to the bus 204.

入出力インタフェース205には、キーボード、マウスなどよりなる入力部206、CRT(Cathode Ray Tube)、LCD(Liquid Crystal display)などよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部207、ハードディスクなどより構成される記憶部208、モデムなどより構成される通信部209が接続されている。通信部209は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。   The input / output interface 205 includes an input unit 206 including a keyboard and a mouse, a display including a CRT (Cathode Ray Tube) and an LCD (Liquid Crystal display), an output unit 207 including a speaker, and a hard disk. A communication unit 209 including a storage unit 208 and a modem is connected. The communication unit 209 performs communication processing via a network including the Internet.

入出力インタフェース205にはまた、必要に応じてドライブ210が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいは半導体メモリなどのリムーバブルメディア211が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部208にインストールされる。   A drive 210 is connected to the input / output interface 205 as necessary, and a removable medium 211 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory is appropriately attached, and a computer program read from them is It is installed in the storage unit 208 as necessary.

一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。   When a series of processing is executed by software, a program constituting the software executes various functions by installing a computer incorporated in dedicated hardware or various programs. For example, a general-purpose personal computer is installed from a network or a recording medium.

この記録媒体は、図12に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク(フロッピディスクを含む)、光ディスク(CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む)、光磁気ディスク(MD(Mini-Disk)を含む)、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア211により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM202や、記憶部208に含まれるハードディスクなどで構成される。   As shown in FIG. 12, the recording medium is distributed to provide a program to the user separately from the apparatus main body, and includes a magnetic disk (including a floppy disk) on which the program is recorded, an optical disk (CD- Not only is it composed of removable media 211 consisting of ROM (compact disk-read only memory), DVD (digital versatile disk), magneto-optical disk (including MD (mini-disk)), or semiconductor memory. The program is configured by a ROM 202 in which a program is recorded and a hard disk included in the storage unit 208 provided to the user in a state of being incorporated in the apparatus main body in advance.

なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。   In the present specification, the step of describing the program recorded on the recording medium is not limited to the processing performed in chronological order according to the described order, but is not necessarily performed in chronological order. It also includes processes that are executed individually.

本発明の実施形態としての生体情報処理装置の構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the example of a structure of the biometric information processing apparatus as embodiment of this invention. DNAチップの構成例を表す斜視図である。It is a perspective view showing the structural example of a DNA chip. 蛍光強度とハイブリダイズ量の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between fluorescence intensity and the amount of hybridization. 実験過程処理装置の構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structural example of an experimental process processing apparatus. 実験過程の処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process of an experiment process. 画像データのフォーマットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the format of image data. 発現量推定処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an expression level estimation process. 式hybridize(pf)の作成処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the creation process of expression hybridize (pf). 蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a fluorescence intensity-hybridization amount conversion type | formula. 蛍光強度uppersとlowers、蛍光強度upperwとlowerwの例を示す図である。It is a figure which shows the example of fluorescence intensity upper s and lower s , and fluorescence intensity upper w and lower w . 重み付けの例を示す図である。It is a figure which shows the example of weighting. パーソナルコンピュータの構成例を表すブロック図である。And FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a personal computer.

符号の説明Explanation of symbols

1 生体情報処理装置, 11 DNAチップ, 21 ピックアップ部, 22 蛍光強度取得部, 23 励起光強度計算部, 24 ハイブリダイズ量推定部, 25 発現量計算部, 28 発現プロファイルデータ記憶部, 29 ユーザインターフェース部, 30 蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部, 81 作成部, 82 画像処理部, 83 検証部, 84 ハイブリダイズ量計算部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Biological information processing apparatus, 11 DNA chip, 21 Pickup part, 22 Fluorescence intensity acquisition part, 23 Excitation light intensity calculation part, 24 Hybridization amount estimation part, 25 Expression amount calculation part, 28 Expression profile data storage part, 29 User interface , 30 fluorescence intensity-hybridization amount conversion type storage unit, 81 creation unit, 82 image processing unit, 83 verification unit, 84 hybridization amount calculation unit

Claims (5)

基板上に設けられた反応領域に固定された第1の生体物質と、前記第1の生体物質に対してハイブリダイズする第2の生体物質とのハイブリダイズの状態を、励起光を照射したときに前記第1の生体物質と前記第2の生体物質がハイブリダイズした部分から発生された蛍光をスキャンして得られた発現プロファイル画像を用いて測定する生体情報処理装置において、
蛍光強度から、前記反応領域における前記第1の生体物質と前記第2の生体物質のハイブリダイズ量が励起光の強度毎に一義的に求められる情報である変換情報を記憶する記憶手段と、
異なる強度の励起光により得られた複数の前記発現プロファイル画像を処理対象とする場合、前記発現プロファイル画像の取得に用いられたそれぞれの励起光の強度の複数の前記変換情報に基づいて、複数の前記発現プロファイル画像にそれぞれ含まれる、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量を推定する推定手段と
を備えることを特徴とする生体情報処理装置。
When the excitation light is applied to the hybridized state between the first biological material fixed in the reaction region provided on the substrate and the second biological material that hybridizes to the first biological material. In a biological information processing apparatus for measuring using an expression profile image obtained by scanning fluorescence generated from a portion where the first biological material and the second biological material are hybridized to each other,
Storage means for storing conversion information, which is information that is uniquely determined for each intensity of excitation light, from the fluorescence intensity, the amount of hybridization between the first biological material and the second biological material in the reaction region;
When processing a plurality of the expression profile images obtained by excitation light having different intensities, based on a plurality of the conversion information of the respective excitation light intensities used for acquiring the expression profile image, A biological information processing apparatus comprising: estimation means for estimating the amount of hybridization in a corresponding reaction region included in each of the expression profile images.
前記推定手段は、第1の強度の励起光により得られた前記発現プロファイル画像により表される第1の反応領域の蛍光強度から、前記第1の反応領域における第1のハイブリダイズ量を前記第1の強度の励起光の前記変換情報を用いて求めるとともに、第2の強度の励起光により得られた前記発現プロファイル画像により表される前記第1の反応領域に対応する第2の反応領域の蛍光強度から、前記第2の反応領域における第2のハイブリダイズ量を前記第2の強度の励起光の前記変換情報を用いて求め、求められた前記第1と第2のハイブリダイズ量に対して重み付けをすることによって、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量を推定する
ことを特徴とする請求項1に記載の生体情報処理装置。
The estimation means calculates the first hybridization amount in the first reaction region from the fluorescence intensity of the first reaction region represented by the expression profile image obtained by the excitation light having the first intensity. A second reaction region corresponding to the first reaction region represented by the expression profile image obtained by the excitation light having the second intensity and obtained using the conversion information of the excitation light having the first intensity. From the fluorescence intensity, the second hybridization amount in the second reaction region is determined using the conversion information of the excitation light having the second intensity, and the obtained first and second hybridization amounts are calculated. The biological information processing apparatus according to claim 1, wherein the amount of hybridization in the corresponding reaction region is estimated by weighting the information.
基板上に設けられた反応領域に固定された第1の生体物質と、前記第1の生体物質に対してハイブリダイズする第2の生体物質とのハイブリダイズの状態を、励起光を照射したときに前記第1の生体物質と前記第2の生体物質がハイブリダイズした部分から発生された蛍光をスキャンして得られた発現プロファイル画像を用いて測定する生体情報処理方法において、
蛍光強度から、前記反応領域における前記第1の生体物質と前記第2の生体物質のハイブリダイズ量が励起光の強度毎に一義的に求められる情報である変換情報を取得する取得ステップと、
異なる強度の励起光により得られた複数の前記発現プロファイル画像を処理対象とする場合、前記発現プロファイル画像の取得に用いられたそれぞれの励起光の強度の複数の前記変換情報に基づいて、複数の前記発現プロファイル画像にそれぞれ含まれる、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量を推定する推定ステップと
を含むことを特徴とする生体情報処理方法。
When the excitation light is applied to the hybridized state between the first biological material fixed in the reaction region provided on the substrate and the second biological material that hybridizes to the first biological material. In a biological information processing method for measuring using an expression profile image obtained by scanning fluorescence generated from a portion where the first biological material and the second biological material are hybridized to each other,
An acquisition step of acquiring conversion information, which is information that is uniquely determined for each intensity of excitation light, from the fluorescence intensity, the amount of hybridization between the first biological material and the second biological material in the reaction region;
When processing a plurality of the expression profile images obtained by excitation light having different intensities, based on a plurality of the conversion information of the respective excitation light intensities used for acquiring the expression profile image, A biological information processing method, comprising: an estimation step of estimating the amount of hybridization in the corresponding reaction region included in each of the expression profile images.
基板上に設けられた反応領域に固定された第1の生体物質と、前記第1の生体物質に対してハイブリダイズする第2の生体物質とのハイブリダイズの状態を、励起光を照射したときに前記第1の生体物質と前記第2の生体物質がハイブリダイズした部分から発生された蛍光をスキャンして得られた発現プロファイル画像を用いて測定する処理をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
蛍光強度から、前記反応領域における前記第1の生体物質と前記第2の生体物質のハイブリダイズ量が励起光の強度毎に一義的に求められる情報である変換情報を取得する取得ステップと、
異なる強度の励起光により得られた複数の前記発現プロファイル画像を処理対象とする場合、前記発現プロファイル画像の取得に用いられたそれぞれの励起光の強度の複数の前記変換情報に基づいて、複数の前記発現プロファイル画像にそれぞれ含まれる、対応する反応領域におけるハイブリダイズ量を推定する推定ステップと
を含むことを特徴とするプログラム。
When the excitation light is applied to the hybridized state between the first biological material fixed in the reaction region provided on the substrate and the second biological material that hybridizes to the first biological material. In a program for causing a computer to execute a process of measuring using an expression profile image obtained by scanning fluorescence generated from a portion where the first biological material and the second biological material are hybridized,
An acquisition step of acquiring conversion information, which is information that is uniquely determined for each intensity of excitation light, from the fluorescence intensity, the amount of hybridization between the first biological material and the second biological material in the reaction region;
When processing a plurality of the expression profile images obtained by excitation light having different intensities, based on a plurality of the conversion information of the respective excitation light intensities used for acquiring the expression profile image, An estimation step of estimating the amount of hybridization in the corresponding reaction region, each included in the expression profile image.
請求項4に記載のプログラムが記録されている記録媒体。   A recording medium on which the program according to claim 4 is recorded.
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