JP2009156715A - Biological substance detector - Google Patents
Biological substance detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009156715A JP2009156715A JP2007335424A JP2007335424A JP2009156715A JP 2009156715 A JP2009156715 A JP 2009156715A JP 2007335424 A JP2007335424 A JP 2007335424A JP 2007335424 A JP2007335424 A JP 2007335424A JP 2009156715 A JP2009156715 A JP 2009156715A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image information
- image
- extracted
- spot
- corrected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
Description
本発明は、生体物質検出装置に関し、詳細には、発光もしくは蛍光性質を有する検体を定着した複数のスポットを有する検査基盤の画像を取得して解析を行う生体物質検出装置に関するものである。 The present invention relates to a biological material detection apparatus, and more particularly to a biological material detection apparatus that acquires and analyzes an examination-based image having a plurality of spots on which a specimen having a luminescent or fluorescent property is fixed.
生化学・分子生物学分野においては、従来より、発光もしくは蛍光標識酵素で標識され検査基盤等の複数のスポット領域に分布された検体の画像を取得し、取得した画像から各スポット領域の検体を解析する生体物質検出装置がある。 In the field of biochemistry and molecular biology, conventionally, images of specimens that have been labeled with a luminescent or fluorescent labeling enzyme and distributed to multiple spot areas such as test bases are acquired, and specimens in each spot area are obtained from the acquired images. There is a biological material detection device to analyze.
たとえば特許文献1に、モノクロのCCDカメラで撮影した画像から、検体のスポットを含み且つそれぞれの面積が等しくなるような円形領域にて、スポットおよびその周辺の画素の輝度値を積算して、スポットの値とする方法が開示されている。
For example, in
しかしこの方法は、互いのスポットからの光が干渉しない場合には有効であるものの、スポット間の距離が近い場合にスポット間の光が干渉して誤差が生じる。図10は隣り合って定着された2つの検体A,検体Bのスポットのモノクロ画像情報における輝度分布を2次元で示したものである。検体A,検体Bは同じ発光スペクトルを持った標識酵素で標識され、同等の強度で発光するものである。図中、1005及び1006は各々、検体A及び検体Bのスポット中心位置である。1001及び1002は各々、検体A、検体Bについての、干渉を受けない理想的な輝度分布を示している。1003は、実際に取得される輝度分布を示しており、2つの検体A,Bが互いに干渉を起こしていることが表れている。検体Aを実際に解析するときは、輝度分布1003を用いて、解析領域1004の輝度値を積算して行うので、輝度分布1002の干渉の影響によって誤差を生じることとなる。検体Bについても同様である。
However, this method is effective when the light from each spot does not interfere, but when the distance between the spots is short, the light between the spots interferes to cause an error. FIG. 10 shows two-dimensionally the luminance distribution in monochrome image information of the spots of two specimens A and B fixed adjacent to each other. Sample A and sample B are labeled with a labeling enzyme having the same emission spectrum and emit light with the same intensity. In the figure,
このようなスポット間の干渉を低減するために、例えば特許文献2に、マイクロタイタープレートの複数のスポット領域(ウェル)の画像を取得する際に、CCDカメラ等の画像取得手段とマイクロタイタープレートとの間に各ウェルに対応した開口部を有する遮光プレートを配設して、隣り合うウェルからの発光もしくは蛍光を遮光するようにした装置が提案されている。
しかしながら、特許文献2の装置は、上述のようにマイクロタイタープレートに対して遮光プレートを用いているもので、検体のスポット間隔が微小となるマイクロアレイなどの検査基盤に対しては、遮光プレートの開口部の微小化と位置決めが非常に困難であり、適用し難い。 However, the apparatus of Patent Document 2 uses a light-shielding plate for a microtiter plate as described above, and the opening of the light-shielding plate is used for a test substrate such as a microarray in which the sample spot interval is minute. Miniaturization and positioning of the parts are very difficult and difficult to apply.
本発明は、上記問題を解決するもので、微小間隔でスポットされた検体を解析する際のスポット間の干渉による測定誤差を低減できる生体物質検出装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a biological material detection apparatus capable of reducing measurement errors due to interference between spots when analyzing a sample spotted at a minute interval.
上記課題を解決するために、本発明の生体物質検出装置は、発光もしくは蛍光性質を有する検体を定着した複数のスポットを有する検査基盤の画像を取得して生体物質の解析を行う生体物質検出装置であって、隣り合うスポットが異なる発光スペクトルで発光するように複数種類の標識酵素で標識した検体をアレイ状に定着した検査基盤を対象とし、前記検査基盤の画像をカラー画像情報として取得するカラー画像取得部と、前記カラー画像情報から前記標識酵素の種類毎に対応した画像情報を抽出し、抽出した複数の抽出画像情報を出力する画像抽出回路と、前記複数の抽出画像情報の各々に対応して設けられていて、各抽出画像情報間で定量的な評価が可能となるように各抽出画像情報を補正し、補正画像情報を出力する画像補正回路とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the biological material detection device of the present invention acquires a test-based image having a plurality of spots to which a specimen having luminescent or fluorescent properties is fixed, and analyzes the biological material. A color for acquiring an image of the test base as color image information for a test base in which specimens labeled with a plurality of types of labeling enzymes are fixed in an array so that adjacent spots emit light in different emission spectra. An image acquisition unit, an image extraction circuit that extracts image information corresponding to each type of the labeling enzyme from the color image information, outputs a plurality of extracted image information, and corresponds to each of the plurality of extracted image information An image correction circuit that corrects each extracted image information and outputs corrected image information so that quantitative evaluation can be performed between the extracted image information. Characterized by comprising.
上記構成によれば、標識酵素の種類毎に対応した画像情報を抽出し、補正するようにしたことにより、隣接するスポット間の発光による干渉を低減することができる。
なお、「発光スペクトル」は、発光、蛍光の双方のスペクトルを意味することとする。「標識酵素で標識した検体」は、検体、すなわち複数の生体物質を含む検査対象物に、発光の標識化処理を酵素で行ったものを指し、検体の例はヒトの血液である。生体物質は、生体を構成する基本材料である生体高分子(核酸、タンパク質、多糖)や、これらの構成要素であるヌクレオチド、ヌクレオシド、アミノ酸、各種の糖など、ならびに脂質やビタミン、ホルモンなどを指す。
According to the above configuration, image information corresponding to each type of labeling enzyme is extracted and corrected, so that interference due to light emission between adjacent spots can be reduced.
“Emission spectrum” means both emission and fluorescence spectra. “Specimen labeled with a labeling enzyme” refers to a specimen, that is, a test object containing a plurality of biological substances, which is subjected to labeling treatment of luminescence with an enzyme. An example of the specimen is human blood. Biological substances refer to biological macromolecules (nucleic acids, proteins, polysaccharides) that are the basic materials that make up living organisms, and nucleotides, nucleosides, amino acids, various sugars, etc., and lipids, vitamins, hormones, etc. .
複数の補正画像情報を1つに合成して合成画像情報を出力する画像合成回路をさらに備えることができる。
画像補正回路は、標識酵素の発光スペクトルとカラー画像取得部の視感度特性とから補正係数を算出し、算出した補正係数を用いて各抽出画像情報を補正するように構成することができる。
An image combining circuit that combines a plurality of pieces of corrected image information into one and outputs combined image information can be further provided.
The image correction circuit can be configured to calculate a correction coefficient from the emission spectrum of the labeling enzyme and the visibility characteristic of the color image acquisition unit, and to correct each extracted image information using the calculated correction coefficient.
検査基盤に、標識酵素の種類毎に発光量を定量化するための基準スポットを設けたときには、画像補正回路は、標識酵素の種類毎の抽出画像情報から前記基準スポットを抽出し、その発光量を算出し、発光量値より補正係数を算出し、算出した補正係数を用いて、前記標識酵素の種類毎の基準スポットの発光量が等しくなるように、前記標識酵素の種類毎の抽出画像情報を補正するように構成することができる。 When a reference spot for quantifying the amount of luminescence for each type of labeled enzyme is provided on the inspection platform, the image correction circuit extracts the reference spot from the extracted image information for each type of labeled enzyme, and the amount of luminescence And calculating a correction coefficient from the light emission amount value, and using the calculated correction coefficient, the extracted image information for each type of the labeling enzyme so that the light emission amount of the reference spot for each type of the labeling enzyme becomes equal. Can be configured to correct.
本発明の生体物質検出装置によれば、検査基盤にスポットされた各検体を解析する際に、隣接するスポット間の発光による干渉を低減し、測定誤差を低減することができる。 According to the biological material detection apparatus of the present invention, when analyzing each specimen spotted on the examination base, interference due to light emission between adjacent spots can be reduced, and measurement errors can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の生体物質検出装置およびそれによる解析方法について図1から図6を用いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
A biological substance detection apparatus according to
図1は生体物質検出装置のシステム構成を示す。102はカラー画像取得部、103は画像抽出回路、104は第1の画像補正回路、105は第2の画像補正回路である。101は検査対象のスライドである。
FIG. 1 shows a system configuration of a biological material detection apparatus.
スライド101は、生化学反応によって発光する検体が小基盤上にアレイ状に定着されているもので、一般にマイクロアレイ、DNAチップと呼ばれるものである。検体は、隣り合う一方の検体ともう一方の検体とが異なる発光スペクトルで発光するように、複数種類の標識酵素で標識されアレイ状に定着(スポット)されている。ここでは、2種類の検体であって、異なる発光スペクトルを持つ標識酵素で標識された検体が用いられており、その一方の検体が第1のサンプルスポット211を形成し、もう一方の検体が第2のサンプルスポット212を形成している。これら第1のサンプルスポット211と第2のサンプルスポット212は、互いに隣り合わないように、縦方向・横方向に交互に配置されている。
The
カラー画像取得部102はスライド101を撮像して、カラー画像情報111を取得し、出力する。画像抽出回路103は、カラー画像情報111から、特定の波長領域の画像情報である第1の抽出画像情報112と、それとは異なる波長領域の画像情報である第2の抽出画像情報113とを抽出し、出力する。第1の画像補正回路104は、第1の抽出画像情報112を第2の抽出画像情報113と定量評価する為に補正を行い、第1の補正画像情報114を出力する。第2の画像補正回路105は、第1の画像補正回路104と同様に補正を行い、第2の補正画像情報115を出力する。
The color
この生体物質検出装置は、検体の発光スペクトルを2種類とした上述のスライド101に対応したシステム構成であるが、発光スペクトルが3種類以上の場合には、その波長領域の種類の数だけ抽出画像情報を出力することとし、それぞれの抽出画像情報に対して画像補正回路を備えるシステム構成とする。
This biological material detection apparatus has a system configuration corresponding to the above-described
以下、図1の生体物質検出装置による解析方法を説明する。
まず、図2に拡大して示す検査対象のスライド101を準備する。つまり、ガラス製(シリコン製でもよい)の小基盤上に、隣り合う第1のサンプルスポット211と第2のサンプルスポット212とが異なる発光スペクトルで発光するように、複数種類の標識酵素で標識した検体をアレイ状に定着する。
Hereinafter, an analysis method using the biological material detection apparatus of FIG. 1 will be described.
First, a
ここでは、標識酵素で標識した検体は、解析対象の生体物質(抗原)と、それに特異的に結合する特異的反応物質(抗体)と、これら生体物質と特異的反応物質のいずれかに予め結合された標識酵素とを含むものとしており、生体物質と特異的反応物質と標識酵素との複合体の生成量に応じた発光量で、つまり解析対象の生体物質の量に応じた発光量で標識酵素が発光する。標識酵素としては、発光色が異なる2種類のルシフェラーゼを用い、第1のサンプルスポット211は緑色で発光するルシフェラーゼで標識化し、第2のサンプルスポット212は赤色で発光するルシフェラーゼで標識化する。
Here, a specimen labeled with a labeling enzyme is preliminarily bound to a biological substance (antigen) to be analyzed, a specific reactive substance (antibody) that specifically binds to it, and either the biological substance or the specific reactive substance. Labeled with the amount of luminescence corresponding to the amount of the complex of the biological substance, the specific reactive substance and the labeling enzyme, that is, the amount of luminescence corresponding to the amount of the biological substance to be analyzed. The enzyme emits light. As the labeling enzyme, two types of luciferases having different emission colors are used, the
使用する標識酵素(ルシフェラーゼ)による相対発光スペクトルを図3に示す。301は緑色に発光するルシフェラーゼの発光スペクトル(第1の発光スペクトルと呼ぶ)である。302は赤色に発光するルシフェラーゼの発光スペクトル(第2の発光スペクトルと呼ぶ)である。第1の発光スペクトル301を波長λに対する関数L1(λ)と定義し、第2の発光スペクトル302を同じく関数L2(λ)と定義することとする。図中では、L2(λ)のピークを1として、それに対する強度(相対強度)を示している。第1の発光スペクトル301と第2の発光スペクトル302は予め分光計等によってスペクトル分布を測定しておく。このような発光スペクトルを持つルシフェラーゼとして、例えば東洋ビーネット株式会社製のマルチカラールック(登録商標)Ultra−HTS発光試薬がある。
FIG. 3 shows the relative emission spectrum of the labeling enzyme (luciferase) used. 301 is an emission spectrum of luciferase emitting green light (referred to as a first emission spectrum).
準備したスライド101を所定の位置にセットし、システムをスタートさせると、カラー画像取得部102がスライド101を撮像してカラー画像情報111を取得し、出力する。
When the
カラー画像取得部102としては一般のカラーCCDカメラを用いることができるが、ここでは図4に示すようなRGBの視感度特性を持つカラーCCDを用いることとする。図中、401は撮影対象の波長に対する青色の感度を示す青色感度曲線であり、同じく、402は緑色の感度を示す緑色感度曲線、403は赤色の感度を示す赤色感度曲線である。
Although a general color CCD camera can be used as the color
青色感度曲線401を波長λに対する関数Fb(λ)、緑色感度曲線402を同じく関数Fg(λ)、赤色感度曲線403を同じく関数Fr(λ)と定義することとする。図中では、Fr(λ)のピークを1として、それに対する感度(相対感度)を示している。青色感度曲線401と緑色感度曲線402と赤色感度曲線403は、予め分光計等によってスペクトル分布を測定しておく。
The
また、青色感度で取得された画像情報をIB、その輝度値をIB(m,n)、緑色感度で取得された画像情報をIG、その輝度値をIG(m,n)、赤色感度で取得された画像情報の輝度値をIR、その輝度値をIR(m,n)と定義することとする。mは横軸方向の画素位置、nは縦軸方向の画素位置である。カラー画像情報111の大きさは縦480画素、横640画素であり、mは0から639、nは0から479の画素位置をとる。
Also, the image information acquired with blue sensitivity is IB, the luminance value is IB (m, n), the image information acquired with green sensitivity is IG, the luminance value is acquired with IG (m, n), and the red sensitivity is acquired. The brightness value of the image information thus obtained is defined as IR, and the brightness value is defined as IR (m, n). m is a pixel position in the horizontal axis direction, and n is a pixel position in the vertical axis direction. The size of the
図5(a)(b)(c)は上述のように取得した画像情報における検体の輝度分布を示したものである。
説明を簡単にするために、検体のスポットを2個として、また両スポットにルシフェラーゼが同量結合しているとして、輝度分布を2次元で(つまり両スポットの中心位置を通るライン上の輝度値を)、示している。両スポットを、先と同様に、第1のサンプルスポット211,第2のサンプルスポット212と呼ぶ。
FIGS. 5A, 5B and 5C show the luminance distribution of the specimen in the image information acquired as described above.
To simplify the explanation, assuming that there are two specimen spots and the same amount of luciferase is bound to both spots, the luminance distribution is two-dimensional (that is, the luminance value on the line passing through the center position of both spots). ). Both spots are referred to as a
501は画像情報IRの輝度分布、502は画像情報IGの輝度分布、503は画像情報IBの輝度分布である。504は第1のサンプルスポット211の中心位置であり、502は第1のサンプルスポット212の中心位置である。両スポットのルシフェラーゼの結合量が等しくても、前述したようにルシフェラーゼの発光スペクトル分布とカラーCCDカメラの各色の感度曲線が異なるため、同等の発光強度とはならない。
カラー画像取得部102からの出力を受けて、画像抽出回路103は、カラー画像情報111から、第1のサンプルスポット211の発光と第2のサンプルスポット212の発光とを分離して抽出する。
In response to the output from the color
第1のサンプルスポット211について抽出する画像情報の輝度値をI1(m,n)、第2のサンプルスポット212について抽出する画像情報の輝度値をI2(m,n)とすると、各々、以下に示す計算式(1)(2)で算出される。
Assuming that the luminance value of the image information extracted for the
画像抽出回路103は、I1(m,n)の輝度値を持つ画像情報を第1の抽出画像情報112として、またI2(m,n)の輝度値を持つ画像情報を第2の抽出画像情報113として、出力する。
The
(ステップ4)
画像抽出回路103からの出力を受けた第1の画像補正回路104,第2の画像補正回路105は、互いの第1の抽出画像情報112,第2の抽出画像情報113を定量評価できるように補正を行い、第1の補正画像情報114,第2の補正画像情報115を出力する。
(Step 4)
The first
補正に際しては、上述の発光スペクトル分布(L1(λ),L2(λ))と、カラーCCDカメラの前記発光スペクトルに対応する色の色感度曲線(Fb(λ),Fg(λ),Fr(λ))とを用いて補正係数を算出し、算出した補正係数を用いる。 In the correction, the above-described emission spectrum distribution (L1 (λ), L2 (λ)) and color sensitivity curves (Fb (λ), Fg (λ), Fr () corresponding to the emission spectrum of the color CCD camera are used. λ)) to calculate the correction coefficient, and use the calculated correction coefficient.
詳細にはまず、第1の抽出画像情報112の補正係数R1および第2の抽出画像情報113の補正係数R2を、以下に示す式(3)(4)によって算出する。
Specifically, first, the correction coefficient R1 of the first extracted
式(3)において、{a1×Fb(λ)+b1×Fg(λ)+c1×Fr(λ)}は、CCDカメラの各色の色感度曲線に式(1)に用いたのと同じ重み付けをして得られる輝度値を示している。従って、この輝度値を発光スペクトルL1(λ)と掛け合わせ、全波長領域において積算することにより、緑色で発光する一定量のルシフェラーゼの画像をカラーCCDカメラで取得して、式(1)で計算した時の輝度値を得ることができる。 In equation (3), {a1 × Fb (λ) + b1 × Fg (λ) + c1 × Fr (λ)} gives the same weighting as that used in equation (1) to the color sensitivity curve of each color of the CCD camera. The luminance value obtained is shown. Therefore, by multiplying this luminance value by the emission spectrum L1 (λ) and integrating in the entire wavelength region, a fixed amount of luciferase image that emits green light is acquired by the color CCD camera, and calculated by the equation (1). It is possible to obtain the brightness value when
つまり、式(3)は、L1(λ)の発光スペクトルを持つルシフェラーゼをモノクロカメラで撮影した場合に取得される輝度値の理想値を計算によって求めるものである。L1(λ)×Fb(λ)は青色成分を輝度値に変換する項、L1(λ)×Fg(λ)は緑色成分を輝度値に変換する項、L1(λ)×Fr(λ)は赤色成分を輝度値に変換する項である。式(1)では青・緑・赤の輝度値を合成する際に各色に重み付けをしているので、式(3)でも同じ重み付けをする。これによって、L1(λ)の発光スペクトルを式(1)と同じ重み付けで取得した輝度値を計算によって求めることができる。これが第1の抽出画像情報112の補正係数R1である。
That is, Equation (3) is obtained by calculating the ideal luminance value obtained when a luciferase having an emission spectrum of L1 (λ) is photographed with a monochrome camera. L1 (λ) × Fb (λ) is a term for converting a blue component into a luminance value, L1 (λ) × Fg (λ) is a term for converting a green component into a luminance value, and L1 (λ) × Fr (λ) is This is a term for converting a red component into a luminance value. In Equation (1), each color is weighted when the luminance values of blue, green, and red are combined. Therefore, the same weight is also given in Equation (3). As a result, the luminance value obtained by calculating the emission spectrum of L1 (λ) with the same weighting as in equation (1) can be obtained by calculation. This is the correction coefficient R1 of the first extracted
式(4)は、L2(λ)の発光スペクトルを持つルシフェラーゼをモノクロカメラで撮影した場合に取得される輝度値の理想値を計算によって求めるものである。上記と同様にして、L2(λ)の発光スペクトルを式(2)と同じ重み付けで取得した輝度値を計算によって求めることができる。これが第2の抽出画像情報113の補正係数R2である。
λ_maxは積分の上限を示す。全波長領域において積算するため理論上は無限大であるが、本実施の形態では有限の値として1000nmを採用する。したがって、R1は、a1=0、b1=1、c1=0、および、λ_max=1000を用いた式(3)′で表され、算出される。またR2は、a2=0、b2=0、c2=1、および、λ_max=1000を用いた式(4)′で表され、算出される。
Equation (4) is to calculate an ideal luminance value obtained when a luciferase having an emission spectrum of L2 (λ) is photographed with a monochrome camera. In the same manner as described above, the luminance value obtained by obtaining the emission spectrum of L2 (λ) with the same weighting as that of the expression (2) can be obtained by calculation. This is the correction coefficient R2 of the second extracted
λ_max indicates the upper limit of integration. Since the integration is performed in the entire wavelength range, it is theoretically infinite, but 1000 nm is adopted as a finite value in the present embodiment. Therefore, R1 is represented and calculated by Expression (3) ′ using a1 = 0, b1 = 1, c1 = 0, and λ_max = 1000. R2 is expressed and calculated by the equation (4) ′ using a2 = 0, b2 = 0, c2 = 1, and λ_max = 1000.
ここで、第1のサンプルスポット211と第2のサンプルスポット212に上述したようにルシフェラーゼが同量結合して発光している場合、算出されるR1とR2との比は、第1の抽出画像情報112で取得される輝度値I1(m,n)と第2の抽出画像情報113で取得されるI2(m,n)との比を示す。したがって、以下の計算式(5)によって、I1(m,n)を補正することによって、I2(m,n)と直接比較できる画像情報の輝度値を求めることができる。
Here, when the same amount of luciferase is coupled to the
詳述する。上述したように、L1(λ)とL2(λ)は、同量のルシフェラーゼ発光させた場合に得られる発光スペクトルであり、これらL1(λ)とL2(λ)は相対的な特性を示す。また式(3)は、L1(λ)の発光スペクトルを持つルシフェラーゼを発光させてモノクロカメラで撮影した場合の輝度値の計算値であり、式(4)は、L2(λ)の発光スペクトルを持つルシフェラーゼを同量発光させてモノクロカメラで撮影した場合の輝度値の計算値である。 Detailed description. As described above, L1 (λ) and L2 (λ) are emission spectra obtained when the same amount of luciferase is emitted, and these L1 (λ) and L2 (λ) show relative characteristics. Equation (3) is a calculated value of the luminance value when a luciferase having the emission spectrum of L1 (λ) is emitted and photographed with a monochrome camera. Equation (4) is the emission spectrum of L2 (λ). This is a calculated value of the brightness value when the same amount of luciferase is emitted and photographed with a monochrome camera.
したがって、式(3)の値R1と式(4)の値R2の比をとると、同量のルシフェラーゼを発光させた場合にカメラで取得される輝度値の比となる。ルシフェラーゼの量を比較するためには、式(3)もしくは式(4)の値を用いて正規化する必要がある。 Therefore, when the ratio between the value R1 in the expression (3) and the value R2 in the expression (4) is taken, the ratio of the luminance values acquired by the camera when the same amount of luciferase is emitted. In order to compare the amount of luciferase, it is necessary to normalize using the value of formula (3) or formula (4).
ここで、I1(m,n)とI2(m,n)はそれぞれ、L1(λ)の成分、L2(λ)の成分を抽出した画像となっているが、抽出するという手法をとっているので、同量のルシフェラーゼが撮影されたとしても、式(3)と式(4)で示したように同じ輝度値にはならない。I1(m,n)中のL1(λ)成分のルシフェラーゼの量とI2(m,n)中
のL2(λ)成分のルシフェラーゼの量とを輝度値にて比較するためには、理想的な比率(つまり、式(3)と式(4))で正規化する必要がある。以下の式(5)は、式(3)、つまりR2を1として正規化するための計算を行っている。式(6)は、R2で正規化するため、そのままである。
Here, I1 (m, n) and I2 (m, n) are images obtained by extracting the component of L1 (λ) and the component of L2 (λ), respectively. Therefore, even if the same amount of luciferase is photographed, the same luminance value is not obtained as shown in equations (3) and (4). In order to compare the amount of luciferase of the L1 (λ) component in I1 (m, n) and the amount of luciferase of the L2 (λ) component in I2 (m, n) in terms of luminance values, it is ideal. It is necessary to normalize with a ratio (that is, Expression (3) and Expression (4)). The following formula (5) performs calculation for normalizing formula (3), that is, R2 is 1. Since Expression (6) is normalized by R2, it remains as it is.
式(5)に示すC1(m,n)は、第1の抽出画像情報112を補正してできる、第1の補正画像情報114の輝度値である。式(6)に示すC2(m,n)は、第2の抽出画像情報113を補正してできる、第2の補正画像情報115の輝度値である。このC2(m,n)では、I2(m,n)をそのまま用いており、補正係数による補正を行っていない。上述の通り、I1(m,n)をI2(m,n)と同じ比較ができるように補正したためである。式(5)(6)より式(5)′(6)′を得る。なお、I2(m,n)をI1(m,n)と同じ比較できるように補正しても構わないし、I2(m,n)とI1(m,n)を両方補正しても構わない。
C1 (m, n) shown in Expression (5) is a luminance value of the first corrected
得られた第1の補正画像情報114と第2の補正画像情報115を用いて解析を行う際、第1のサンプルスポット211に関しては輝度分布601の所定の解析領域1004の輝度値の積算値を用いて解析する。同様に、第2のサンプルスポット212に関しては輝度分布602の所定の解析領域の輝度値の積算値を用いて解析する。
When analysis is performed using the obtained first corrected
解析領域1004は隣合ったスポットの間に設ける。領域を大きくすれば目的のスポットからの光を取る量が大きくなる一方、隣のスポットからの干渉の影響が大きくなるのであるが、前者であるシグナル成分(S)と、後者であるノイズ成分(N)とにつき、S/Nが最大となる領域を解析領域1004とする。実際には、予め、それぞれのルシフェラーゼをスポットしたスライドを用意しておき、互いが干渉を起さない状態で画像(IA,IB)を取得し、2つの画像を合成して合成画像(IC)を作成する。合成する際には、それぞれのスポットを測定する条件と同じ間隔となるようにする。IA中のルシフェラーゼのスポットを中心として円形の領域を広げていき、円形の領域中の総輝度値をS、ICの同領域中の総輝度値をS+Nとし、S/Nを求める。そして、このS/Nが最大となる領域を解析領域1004とする。
The
以上のようにして第1のサンプルスポット211の検体を輝度分布601の解析領域1004の積算値を用いて解析する場合、輝度分布603の積算値との差は全積算値(図中の斜線部分)の3%以下となる。先の図10に示した解析領域1004(同じ発光スペクトルを持つ標識酵素を用いたもの)の積算値を用いる場合と比較すると3分の1程度の誤差となる。第1の補正画像情報114において、スポット領域外からの発光によるノイズ、つまり第2のサンプルスポット212での発光による影響がされるためである。同様に、第2のサンプルスポット212の検体を輝度分布602の所定の解析領域の積算値を用いて解析する場合も、第2の補正画像情報115において、第1のサンプルスポット211での発光による影響が低減されるため、誤差が低減される。
When the specimen of the
以上は、第1のサンプルスポット211と第2のサンプルスポット212という2個のスポットにルシフェラーゼが同量結合して発光している場合について説明したが、同量でない場合や、3個以上のスポットを設ける場合も、同じ手法を用いることができる。
The above describes the case where the same amount of luciferase is bound to two spots, the
以上説明したように、実施の形態1の生体物質検出装置によれば、異なる発光スペクトルの標識酵素で標識された2種類の検体がアレイ状にスポットされたスライド101の撮像画像から、第1の抽出画像情報112と第2の抽出画像情報113とを抽出し、発光スペクトルと撮像手段の感度曲線とを用いてそれぞれを補正するようにしたことにより、隣接するスポット間の発光による干渉で生じる測定誤差を低減させることができる。
(実施の形態2)
図7は本発明の実施の形態2の生体物質検出装置のシステム構成を示す。
As described above, according to the biological material detection apparatus of the first embodiment, from the captured image of the
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows a system configuration of the biological material detection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
この実施の形態2の生体物質検出装置が実施の形態1のものと異なるところは、第1および第2の基準スポット803,804が設けられたスライド701を検査対象としており、それに対応して、第1の画像補正回路702及び第2の画像補正回路703がスライド701の第1および第2の基準スポット803,804の発光量を基に補正を行うように構成されている点、その補正画像情報からグレースケールの画像情報を合成する画像合成回路704が設けられている点である。
The difference between the biological material detection device of the second embodiment and that of the first embodiment is that the
図中、711は第1の画像補正回路702で補正された第1の補正画像情報、712は第2の画像補正回路703で補正された第2の補正画像情報、713は画像合成回路704で合成された合成画像情報(グレースケールの画像情報)である。実施の形態1と同様の構成あるいは動作を有する物は同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
In the figure,
図8は検査対象のスライド701を拡大して示す。スライド701には、実施の形態1で説明した第1のサンプルスポット211及び第2のサンプルスポット212が形成されている。それぞれ、解析対象の生体物質の量に応じた発光量で発光する。第1の基準スポット803は第1の画像補正回路702での補正の基準となるものであり、第1のサンプルスポット211と同じ発光スペクトルを持つ。同様に、第2の基準スポット804は第2の画像補正回路703での補正の基準となるものであり、第2のサンプルスポット212と同じ発光スペクトルを持つ。
FIG. 8 shows an enlarged view of the
第1の基準スポット803及び第2の基準スポット804は、図示したように第1のサンプルスポット211及び第2のサンプルスポット212を定着した領域とは別途の基準スポット領域801に形成してもよいし、同じ領域に設けてもよい。同じ領域に設ける場合は、第1の基準スポット803と第1のサンプルスポット211とが隣り合わないように、また第2の基準スポット804と第2のサンプルスポット212とが隣り合わないように配置する。
The
第1の基準スポット803と第2の基準スポット804を形成する際には、それぞれルシフェラーゼを同量だけ結合させる。第1及び第2のサンプルスポット211,212、第1及び第2の基準スポット803,804においてルシフェラーゼが結合する量は、解析対象の生体物質の量に依存するので、第1及び第2の基準スポット803,804には、解析対象の生体物質と同等の結合能を有していて、含有量が既知のハウスキーピング遺伝子によって生成される蛋白質(例えば、GAPDH(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase)、β−アクチン、β2−マイクログロブリン)を供給してもよいし、あるいは、生体物質の含有量が予め分かっているサンプルから分取して供給してもよい。
When forming the
以下、図7の生体物質検出装置による解析方法を説明する。
実施の形態1と同様にして、カラー画像取得部102がスライド701のカラー画像情報111を取得し、出力し、画像抽出回路103が前記カラー画像情報111から第1の抽出画像情報112及び第2の抽出画像情報113を抽出する。これら第1の抽出画像情報112及び第2の抽出画像情報113の輝度値はI1(m,n)とI2(m,n)である。
Hereinafter, an analysis method using the biological material detection apparatus of FIG. 7 will be described.
As in the first embodiment, the color
次に、第1の画像補正回路702及び第2の画像補正回路703が互いの画像情報を定量評価できるよう補正を行う。
このためにまず、標識酵素(ルシフェラーゼ)の種類毎の基準スポットの発光量を求める。つまり、第1の画像補正回路702は、第1の補正画像情報112から第1の基準スポット803を抽出し、発光量を計算する。この発光量は、第1の基準スポット803のピーク値としてもよいし、第1の基準スポット803中の輝度値を積算した値としてもよい。算出した値を補正係数R1とする。同様に、第2の画像補正回路703は、第2の補正画像情報113から第2の基準スポット804を抽出し、発光量を計算する。算出した値を補正係数R2とする。
Next, correction is performed so that the first
For this purpose, first, the amount of light emitted from the reference spot for each type of labeling enzyme (luciferase) is determined. That is, the first
次に、標識酵素の種類毎の基準スポットの発光量が等しくなるように、前記標識酵素の種類毎の抽出画像情報を補正する。つまり、第1の画像補正回路702は、実施の形態1で説明した式(5)に補正係数R1とR2を当てはめることにより、取得画像を補正した第1の補正画像情報711(C1(m,n))を得る。同様に、第2の画像補正回路703は、実施の形態1で説明した式(6)に補正係数R1とR2を当てはめることにより、取得画像を補正した第2の補正画像情報712(C2(m,n))を得る。第1および第2の画像補正回路702,703は各々、第1の補正画像情報711,第2の補正画像情報712を出力する。
Next, the extracted image information for each type of labeling enzyme is corrected so that the amount of light emitted from the reference spot for each type of labeling enzyme becomes equal. That is, the first
その後に、画像合成回路704が、第1の補正画像情報711と第2の補正画像情報712を合成して合成画像情報713を作成する。つまり各座標の輝度値を求める際に、第1の補正画像情報711におけるその座標の輝度値と第2の補正画像情報712におけるその座標の輝度値とを比較し、より大きい輝度値をとって、合成画像情報713の輝度値とする。
Thereafter, the
図9において、901は合成画像情報713の輝度分布である。603は、実施の形態1で説明した、第2のサンプルスポット212の干渉を受けていない場合の、理想となる第1のサンプルスポット211の輝度分布を示している。同様に、604は、第1のサンプルスポット211の干渉を受けていない場合の、理想となる第2のサンプルスポット212の輝度分布を示す。合成画像情報713は、第1のサンプルスポット211と第2のサンプルスポット212との干渉の量を低減させたグレースケールの画像情報となっている。
In FIG. 9,
1色のルシフェラーゼで発光する検体をスポットして通常のモノクロカメラで取得する従来法では、各スポット間が干渉した画像となるのに対し、本方法では、2枚の補正画像を作成するので、各補正画像は隣り合ったスポット間の干渉が低減されたものとなり、この2枚の補正画像を合成するので、従来と同様に全てのスポットが1枚の画像中に収まり、かつ、スポット間の干渉が低減されたグレースケールの画像となるのである。 In the conventional method of spotting a specimen that emits light with one color luciferase and acquiring it with a normal monochrome camera, an image in which the spots interfere with each other is produced. In this method, two corrected images are created. Each corrected image has reduced interference between adjacent spots, and since the two corrected images are combined, all the spots are contained in one image as in the prior art, and between the spots. This is a gray scale image with reduced interference.
このため、この1つのグレースケールの画像情報によって、解析を行うことができる。第1のサンプルスポット211に関しては輝度分布603の解析領域1004の輝度値の積算値を用いて解析し、第2のサンプルスポット212に関しては輝度分布604の所定の解析領域1004の輝度値の積算値を用いて解析することができるのである。
For this reason, it is possible to perform analysis using this single grayscale image information. The
以上説明したように、実施の形態2の生体物質検出装置によれば、スライド701に第1の基準スポット802及び第2の基準スポット803を設けるようにしたことにより、予め標識酵素の発光スペクトルの詳細な情報とカラー画像取得部102の詳細な感度特性が得られなくても、隣接した第1及び第2のサンプルスポット211,212の発光による干渉、それによって生じる測定誤差を低減させることができる。
As described above, according to the biological material detection apparatus of the second embodiment, the first reference spot 802 and the
また画像合成回路704によって合成画像情報713を作成するようにしたことにより、この1つの合成画像情報713のみによって、つまり2つ以上の画像情報を用いるのでなく、解析を行うことができる。このことは、これまでの1種類の酵素標識方式で用いて解析手段を使用できることを意味する。合成画像情報713というグレースケールの画像1枚にまとめることができ、かつスポット間の干渉は低減されるため、従来よりある、1枚の画像を解析する解析手段を用いることが可能なのである。上記の実施の形態1では、用いたルシフェラーゼの色数だけ画像を作成するため、実際の解析はそれぞれの画像毎に行う必要があり、各色毎に解析手段を設けなければならないのに較べて、有利である。
Further, since the
本発明にかかる生体物質検出装置は、スポット間における互いの発光の干渉を低減させることができるので、検査基盤に高密度にスポットした検体の解析装置等として有用である。 Since the biological material detection apparatus according to the present invention can reduce interference of light emission between spots, it is useful as an analysis apparatus for a specimen spotted at a high density on a test substrate.
101 スライド
111 カラー画像情報
112 第1の抽出画像情報
113 第2の抽出画像情報
114 第1の補正画像情報
115 第2の補正画像情報
211 第1のサンプルスポット
212 第2のサンプルスポット
301 第1の発光スペクトル
302 第2の発光スペクトル
401 青色感度曲線
402 緑色感度曲線
403 赤色感度曲線
501 画像情報IRの輝度分布
502 画像情報IGの輝度分布
503 画像情報IBの輝度分布
504 検体Cのスポット中心位置
505 検体Dのスポット中心位置
601 第1の補正画像情報の輝度分布
602 第2の補正画像情報の輝度分布
603 輝度分布
604 輝度分布
701 スライド
702 第1の画像補正回路
703 第2の画像補正回路
704 画像合成回路
711 第1の補正画像情報
712 第2の補正画像情報
713 合成画像情報
801 基準スポット領域
803 第1の基準スポット
804 第2の基準スポット
901 合成画像情報の輝度分布
1001 輝度分布
1002 輝度分布
1003 取得輝度分布
1004 解析領域
1005 検体Aのスポット中心位置
1006 検体Bのスポット中心位置
101
Claims (4)
隣り合うスポットが異なる発光スペクトルで発光するように複数種類の標識酵素で標識した検体をアレイ状に定着した検査基盤を対象とし、前記検査基盤の画像をカラー画像情報として取得するカラー画像取得部と、
前記カラー画像情報から前記標識酵素の種類毎に対応した画像情報を抽出し、抽出した複数の抽出画像情報を出力する画像抽出回路と、
前記複数の抽出画像情報の各々に対応して設けられていて、各抽出画像情報間で定量的な評価が可能となるように各抽出画像情報を補正し、補正画像情報を出力する画像補正回路とを備えたことを特徴とする生体物質検出装置。 A biological substance detection apparatus for acquiring and analyzing an image of a test base having a plurality of spots to which a specimen having a luminescent or fluorescent property is fixed,
A color image acquisition unit for acquiring an image of the test base as color image information for a test base in which specimens labeled with a plurality of types of labeling enzymes are fixed in an array so that adjacent spots emit light in different emission spectra; ,
An image extraction circuit that extracts image information corresponding to each type of the labeling enzyme from the color image information, and outputs a plurality of extracted image information;
An image correction circuit that is provided corresponding to each of the plurality of extracted image information, corrects each extracted image information so that quantitative evaluation can be performed between the extracted image information, and outputs corrected image information A biological material detection device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007335424A JP2009156715A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Biological substance detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007335424A JP2009156715A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Biological substance detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009156715A true JP2009156715A (en) | 2009-07-16 |
Family
ID=40960893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007335424A Pending JP2009156715A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Biological substance detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009156715A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015049759A1 (en) * | 2013-10-03 | 2015-04-09 | 株式会社日立製作所 | Cartridge for airborne substance sensing device, and airborne substance sensing device |
WO2016203617A1 (en) * | 2015-06-18 | 2016-12-22 | オリンパス株式会社 | Light emission observation method |
JPWO2016189628A1 (en) * | 2015-05-25 | 2018-03-08 | オリンパス株式会社 | Luminescence measurement method |
-
2007
- 2007-12-27 JP JP2007335424A patent/JP2009156715A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015049759A1 (en) * | 2013-10-03 | 2015-04-09 | 株式会社日立製作所 | Cartridge for airborne substance sensing device, and airborne substance sensing device |
US10309876B2 (en) | 2013-10-03 | 2019-06-04 | Hitachi, Ltd. | Cartridge for airborne substance sensing device, and airborne substance sensing device |
JPWO2016189628A1 (en) * | 2015-05-25 | 2018-03-08 | オリンパス株式会社 | Luminescence measurement method |
WO2016203617A1 (en) * | 2015-06-18 | 2016-12-22 | オリンパス株式会社 | Light emission observation method |
JPWO2016203617A1 (en) * | 2015-06-18 | 2018-04-05 | オリンパス株式会社 | Luminescence observation method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11070750B2 (en) | Digitally enhanced microscopy for multiplexed histology | |
CN102667473B (en) | The pathology of the enhancing for organizing measure and multi-modal contrast and the light field background of multiple analyte detection reproduce | |
EP2943761B1 (en) | Multispectral imaging system and methods | |
US6456734B1 (en) | Calibration of fluorescence resonance energy transfer in microscopy | |
US10527549B2 (en) | Cross-talk correction in multiplexing analysis of biological sample | |
US11747280B2 (en) | System level calibration | |
Schutz-Geschwender et al. | Quantitative, two-color Western blot detection with infrared fluorescence | |
Levenson et al. | Modern Trends in Imaging X: Spectral Imaging in Preclinical Research and Clinical Pathology | |
KR20140045802A (en) | Method and system for measurement of analytes in samples | |
US20100144544A1 (en) | Fluorescence labelling | |
JP2009156715A (en) | Biological substance detector | |
Timlin | [6] Scanning microarrays: current methods and future directions | |
CN111602172A (en) | Color unmixing with scatter correction | |
Levenson et al. | Spectral imaging in preclinical research and clinical pathology | |
Nieman et al. | Hyperspectral imaging system for quantitative identification and discrimination of fluorescent labels in the presence of autofluorescence | |
EP3929276A1 (en) | Nucleic acid sequence measurement device, nucleic acid sequence measurement method, and nucleic acid sequence measurement apparatus | |
Picket et al. | Turning photons into results: principles of fluorescent microarray scanning |