JP4423039B2 - マイクロ流体デバイスにおける雑音を低減させるための方法および装置 - Google Patents

Description

発明の背景
Ｉ．発明の分野
この発明は一般的にマイクロ流体デバイスの分野に関する。より特定的に、この発明は、雑音を含む物質生データ画像での雑音を低減させるための方法および装置に関する。この発明はまた、少なくとも１の物質の測定値を求めるための方法および装置に関する。この物質生データ画像とは、マイクロ流体デバイス検出可能信号のマイクロ流路構造の一部である検出マイクロキャビティに連結した検出区域を含む調査区域から得られたものである。

物質生データ画像は、検出マイクロキャビティを含むマイクロ流路構造を通じて１つ以上の液体部分試料が処理された後に検出マイクロキャビティに存在する物質を反映する。以下を参照されたい。

ＩＩ．関連技術
この明細書中に引用されるあらゆる特許および特許出願は完全に引用により援用される。

Ａ．背景刊行物
円形基板上の個々の検出区域からの放射信号を測定するための検出装置がいくつかの先行する刊行物に記載されている。たとえば、ＥＰ３９２４７５（出光石油化学株式会社（Idemitsu Petrochemical Co.）、山路一隆（Yamaji Kazutaka）他）、ＵＳ５９９４１５０（イメーション・コーポレイション（Imation Corp.）、チャレナー（Challener）他）、ＵＳ５８９２５７７（グラスゴー大学大学役員会（The University Court of the University of Glasgow）、ゴードン（Gordon））、ＷＯ９７２１０９０（ガメラ、マイアン（Gamera, Mian）他）、ダッフィー（Duffy）他による「微小構成遠心分離マイクロ流体システム。特性記述および多重酵素検定（Microfabricated Centrifugal Microfluidic systems: Characterization and Multiple Enzymatic Assays）」（『化学年報（Anal. Chem.）』、７１号（１９９９年）、４６６９〜４６７８頁）、ＷＯ００４０８５７（アメルスハム・ファルマシア・ビオテック・アクチボラゲット（Amersham Pharmacia Biotech
AB）、ビヨルケステン（Bjoerkesten）他）を参照されたい。

Ｂ．背景技術およびその問題
この発明は、医学、化学、生化学、分子生物学などにおける試料処理、検定プロトコル、化学合成および／または生化学的合成などを含むプロセスの微小化の分野に属する。現在、この分野での重要な目標として、これらプロセスの経費を削減すること、たとえば検定ごとに必要な試薬の量を減少させたり、検定ごとの時間を短縮したりすることなどが挙げられる。その手法の１つが並列度を増加させることであり、これのためにたとえば、同一デバイス内で同様のプロセス走行を可能な限り多数統合することであらゆる走行を並列的に実行している。現在、遭遇される数多くの問題を解決するための技術開発に多数の研究グループおよび企業が関わっている。

ここにおける問題としては、許容可能な感度および再現性を維持しながら、各プロセスの実行に用いられるマイクロデバイスとの関係において検出器を構成する最適なやり方に
関するものがある。測定動作中に、検出器ユニットとマイクロ流体デバイスの検出区域とを互いに対して連続的に動かすことで測定ステップを行なう場合、上記問題は特に顕著なものとなり得る。

もう１つの問題は、マイクロ流体デバイスが歪んだディスクの形をとる場合に生じるが、それはこの場合光学的焦点を検出区域に対して適正な位置に維持することが困難となるからである。適切な配置をしなければ歪んだディスクは感度を減少させてしまう。この問題はディスクにプラスチック材料を用いた場合に特に当てはまる。

もう１つの問題は、試料の体積をμｌの範囲からｎｌの範囲に変え、同一デバイス内の並列度を高くしてプロセスプロトコルを実行した場合に、許容可能な感度および再現性をどう維持するかに関する。これらの状況下においては、マイクロ流体デバイスを作製するための材料と、デバイスを製造しその状態を整える間になされるさまざまな処理とのため、所望の信号と同じ種類でかつこれに匹敵またはこれを上回るサイズの信号アーチファクトが導入されやすいことを発明者は発見した。

近年、プラスチック材料によるマイクロ流体デバイスの製造が普及している。一般にこの種の材料は高い蛍光性（「自然蛍光性」）を有し、その放射波長は蛍光測定で通常用いられる波長のほとんどをカバーする。マイクロタイターウェルおよびその他の覆われていない微小構造と比較すると、この発明で用いられる種類の覆われたマイクロ流路構造の場合これらの問題はより深刻なものとなるが、それは励起し放出される放射物がプラスチック材料を通過しなければならないからである。透明なプラスチック材料の場合、検出区域／検出マイクロキャビティ間における「クロストーク」の問題も生じる。これと類似の問題が、測定されるべき放射が検出マイクロキャビティ内に生じる（たとえば化学発光や生物発光など）立体鏡での方法の場合に起こり得る。

もう１つ、より最近の問題としては、複数のマイクロ流路構造を含むマイクロ流体デバイスにおいて液体の流れを制御することで、デバイスの流路間における流れに関するばらつきを無視できるようにすることにこの発明の譲受人が最近成功したという事実に関する。この進歩のため、譲受人は小カラム（ｎｌカラム）内の流れ条件下で不均質なサンドイッチ免疫学的検定の固体相反応を実行することにより、ｎｌ体積のフェムトモル未満の範囲内にある抗原などの高感度分析物を、検定間でのばらつきを低くしつつ定量化できるようになった。しかしここから、免疫複合体などの親和性複合体の量を、カラムにおける流れ方向に沿った位置の関数として測定することに関する問題が生じた。これについてはＷＯ０２０７５３１２（ユロス・アクチボラゲット）と、ドイツ国ミュンヘンにおいて２００１年９月１６〜１９日に行なわれたプロテオミック・フォーラムにおいて２００１年９月１７日に発表した譲受人のポスターとを参照されたい。

発明の簡単な概要
この発明は上述の問題を解決する方法に向けられたものである。

第１の目的は、調査区域についての蓄積された測定データに存在する、すなわち検出区域の蓄積画像に存在する、電気的、化学的、光学的、およびゴミによる雑音を低減させることである。電気的雑音は検出機器により導入される。光学的雑音はディスク、ディスクの蓋（ある場合）、検出器ヘッド（たとえばレンズ）などの設計から生じる。化学的雑音は、ディスクの製造に用いられる化学物質および原料から生じ、さらに、信号を生じさせる物質を検出マイクロキャビティ内に置くために用いられたさまざまな試薬および溶液に関係する不所望の吸収を含む不所望の反応から生じる。ピーク雑音としては、ディスクの製造または処理に起因するものがある。また、さまざまな種類のゴミ、たとえば粒子、繊
維、毛髪などもまたピーク雑音を導入し得る。一般にこの発明が低減させる雑音は化学的雑音に関係するステップに起因するものであり、これはたとえば物質生データ画像が蛍光に基づく場合には外乱蛍光である。

第２の目的は、ここに記載される種類のマイクロ流体デバイスにおける１つ以上の検出区域から放射データを処理するための方法、ソフトウェアおよび装置を提供することである。

第３の目的は、個々の検出区域における副区域の関数として、所望の物質から導き出された放射を正確に積分できるようにする装置、ソフトウェアおよび方法を提供することである。特定的に、この目的は、マイクロ流体デバイスにおいて高精度で少量の物質を測定する際に現われ得ると発明者が認めた上述の諸問題を回避することに向けられたものである。

これら目的は特に、データ収集に用いられる検出器ヘッドの前で検出区域を動かすかまたはその逆をしている間に収集された放射データに当てはまり、検出区域はたとえば、検出器ヘッドの前で回転する円形ディスク表面上に存在する。

以上において、以下の発明の詳細な説明をよりよく理解できるようにこの発明の特徴点および技術的利点について概説した。以下、この発明の特許請求の範囲の主題をなすこの発明のさらなる特徴点および利点について説明する。当業者であれば、ここに記載する概念および特定の実施例は、この発明と同じ目的を達成するためにその他の構造を設計または変形するための基礎として容易に利用可能であることが認められるであろう。また当業者であれば、このような均等の構成は、前掲の特許請求の範囲に記載されたこの発明の意味および範囲から逸脱しないことが認識されるであろう。添付の図面を参照して以下の説明を検討することにより、この発明についてその構成および動作方法に関する特徴と考えられる新規の特徴点ならびにさらなる目的および利点がよりよく理解されるであろう。ただし各図面は例示および説明を目的として設けたものにすぎず、この発明の限界の規定を意図したものではないことを明確に理解すべきである。

次に、この発明がより完全に理解されるように、添付の図面と関連させながら以下の説明を参照する。

発明の詳細な説明
当業者であれば、この発明の範囲および意味から逸脱することなく本願に開示されたこの発明についてさまざまな実施例および変形例があり得ることが容易に明らかとなるであろう。

ここで用いられる「或る」という語の用法は、文および／または明細書における「含む」という用語とともに用いられる場合、「１の」を意味し得るが、さらにまた「１以上」、「少なくとも１の」および「１または１を上回る」の意味とも一致する。

ここで用いられる「回転」という用語はスピンを指す。しかし「回転」という用語はまたディスクの段階的な回転も含み得るが、これに限定されない。

ここで用いられる「試薬」という用語は分析物を含むがこれに限定されない。

ここで用いられる「環状に」という用語は、ディスクの中心まわり（円周方向）を指す。

「複数のマイクロ流路構造」という用語は２つ、３つまたはそれ以上のマイクロ流路構造を意味する。一般に「複数」という用語は≧１０たとえば≧５０または≧１００のマイクロ流路構造を意味する。

「雑音を除去」および「雑音を低減」という用語は、測定されたデータ（値）における雑音の寄与がゼロへ減少する、または無視できるほどになることを意味する。「減少／低減」および「除去」という語は本文中において交互に使用されるが、この明細書においてはこれら２語の意味に差はない。これらは等価とみなされるべきである。

図１に示すように、一般に検出装置は、複数の検出区域（図３の３１７ａ，ｂ，ｃなど）からの放射を測定するように適合され、これら複数の検出区域の各々は、マイクロ流体ディスク（図１の１０１、図３の３０１）における検出マイクロキャビティ（図３の３０６ａ，ｂ，ｃなど）と連結される。図１を参照すると、この装置は以下の（ａ）〜（ｄ）を含む。

（ａ）合焦区域を有する検出器ヘッド（１０２）およびディスクホルダ（１０５）。これらは、ディスクがディスクホルダ（１０５）内に置かれているときに、検出器ヘッド（１０２）すなわち合焦区域が、実質的に環状（手段Ｉ）および／または径方向（手段ＩＩ）にディスク（１０１）の表面を横切ることを可能にする手段とリンクされる。

（ｂ）特定の時間に合焦区域により覆われる部分区域の角度位置を認識するための角度整合システム（１０８，１０９）
（ｃ）特定の時間に合焦区域により覆われる部分区域の半径位置を認識するための、任意の径方向整合システム（１１０，１１１）
（ｄ）たとえばソフトウェアを伴うコンピュータなどの制御部（１１２）。この制御部は以下の（ｉ）および（ｉｉ）を制御する。

（ｉ） 合焦区域がディスクの環状領域内の検出区域（３１７ａ′，ｂ′，ｃ′など）を横切ることを引起こす手段Ｉおよび手段ＩＩ
（ｉｉ） 上記環状領域内の検出区域のうち少なくとも１つの中にある、合焦区域と実質的に同じサイズの個々の副区域から予め選択し放射を逐次収集する検出器ヘッド（１０２）。

特定の局面では、検出器ヘッドとディスクとが互いに対して動いて合焦区域がディスク表面を横切ることを可能にするための手段のうち少なくとも１つとディスクホルダ（１０５）とがリンクされることが企図される。したがってディスクホルダ（１０５）は手段Ｉもしくは手段ＩＩまたは手段Ｉおよび手段ＩＩの両方にリンクされる。

さらにまた、当業者であれば、手段Ｉ、手段ＩＩおよび検出器ヘッドを制御部と直接的または間接的にリンクできることが理解されるであろう。

手段Ｉは、ディスクおよび検出器が動く態様に関する３つの主要な変形例を含む。

（１） ディスクがその対称軸まわりを回転する。この変形例では、手段Ｉはスピナーモータ（１０３）と、ディスクホルダ（１０５）を担持するシャフト（１０４）とを含むことが好ましい。図１を参照されたい。

（２） 検出器ヘッド（合焦区域）がディスクの対称軸まわりを環状に動く。この変形例では、手段Ｉは、検出器ヘッドを担持する腕を有するシャフトおよびスピナーモータを
含むことが好ましい。一般にこのシャフトは、ディスクホルダの上に置かれるとディスクの対称軸と同じ方向にある。

（３） （１）と（２）との組合せ。

手段ＩＩもまた、ディスクおよび検出器ヘッドが動く態様に関する３つの主な変形例を含む。

（１） ディスクが検出器ヘッドの前で横方向に動く。この変形例では、手段ＩＩはディスクホルダを横方向に動かすためのモータを含むことが好ましい。

（２） 検出器ヘッド（合焦区域）がディスク表面上を横方向に動く。この変形例では、手段ＩＩは、検出器ヘッドを担持する線形フレーム（１０６）と、ディスクホルダ（１０５）に置かれたディスクの上にわたり合焦区域を径方向に動かすための駆動ユニット（１０７）とを含むことが好ましい。図１を参照されたい。

（３） （１）と（２）との組合せ。

図１にこの装置を示す。

Ｉ．手段Ｉおよび検出器ヘッド用角度整合システム
典型的な変形例では、検出器ヘッド（１０２）と、ディスクホルダ（１０５）を担持する回転可能シャフト（１０４）を有するモータ（１０３）（たとえばスピナー）とがフレーム構造（１１３）によって支持される。モータ（１０３）は回転速度を制御し、これはたとえば０〜１５，０００ｒｐｍの幅、たとえば６０〜５，０００ｒｐｍの幅で変えることができる。ディスクの回転は段階的なものであり得る。ディスクを回転させているとき、検出器ヘッドの合焦区域は、ディスク表面上で角度方向に隣接してある各部分区域を逐次走査する。図１の手段Ｉは上述の変形例（１）に従うものであり、モータ（１０３）およびシャフト（１０４）を含む。

ディスクホルダ（１０５）は上にディスクが置かれ得るプレートであることが好ましい。ディスクホルダはまたディスクをその周辺で保持する手段であってもよい。（ディスクが歪んだものである場合に）ディスクのぐらつきを抑えるために、ディスクの方を向いたプレートの側面（１１４）は、均一に分布した覆われていない浅い溝または流路開口部からなるシステムを含むことができ、これら開口部はディスクをプレートへ吸引できるようにするための真空システムと接続される。たとえばＰＣＴ／ＳＥ０２／０１６８２（ユロス・アクチボラゲット）を参照されたい。

検出区域はディスクの片方または両方の側面に存在し得る。ディスクホルダが図１に示すようなプレートの形をとり、マイクロ流体ディスクにおいてこれに対向する側面に検出区域がある場合、プレートを固定して放射の収集を乱さないようにすることが重要である。そして、プレートの直径をディスクの直径よりも小さくして、検出区域をプレートに覆われていない環状の領域内に位置付けることがあり得る。これに代えて、少なくとも検出区域において、測定に利用される放射に対して透光性を有する材料からプレートを形成してもよい。

角度整合システムは以下の（１）および／または（２）を含み得る。

（１） ディスクホルダ上に置かれたディスクの所定の角度位置が検出器ヘッド（１０２）の対物レンズの前にある（すなわち合焦区域により覆われる）ときを判断することを
可能にする手段
（２） ディスクホルダ（１０５）上に置かれた回転ディスク（１０１）に設けられたホーム位置マーク（３０５）が通過するときを検出できるホーム位置マーク検出器（１０８）。

ホーム位置マーク（図３の３０５）は、好ましくは、検出区域外の外周領域か、またはその他高い正確さをもって検出可能な位置に置かれる。ディスク表面における各々の特定の箇所の位置座標は、ホーム位置マークに対しての角度位置として、および円周もしくは対称軸に対してまたはその他ディスク上の任意の固定位置に対しての半径位置として与えられる。

一般にホーム位置マーク検出器（１０８）の位置はディスクの外側で、たとえばフレーム構造（１１３）上に固定される。

所定の角度位置が対物レンズの前にあるときを判断するための正確かつ好ましい代替例としては、ディスクの回転中にホーム位置マークからの角度距離を漸進的に与えるエンコーダを含めることがある。一般にこの種のエンコーダ（１０９）は手段Ｉ、たとえばモータ（１０３）、シャフト（１０４）またはディスクホルダ（１０５）に連結される。エンコーダをディスク（１０１）と直接連結すれば、極めて正確な判定が達成される見込みが高くなる。一般にエンコーダはシャフトの各回転を多数のグレード、たとえば＞５０００、たとえば＞１００００または＞２００００または＞３００００へと分割する。また、簡単であるが正確さに劣る代替例としては、予め設定された回転速度と、所定の位置からホーム位置マークまでの角度距離とから（すなわち予め設定された回転速度と角度位置座標から）必要とされる時間を算出する算出手段を含めることがある。この種の算出手段は制御部と連結され得る。

この角度整合システムは、対物レンズの前にあるディスクの部分についての角度位置座標を、±１°の正確さで、たとえば±０．１°以内または±０．０１°以内（一回転が３６０°の場合）でもたらすことができることが求められる。必要とされる厳密な正確さは、ディスクのサイズ、検出区域の半径位置、必要とされる感度、検出区域のサイズなどに依存することになる。

ＩＩ．手段ＩＩおよび検出器ヘッド用径方向整合システム
検出器ヘッド（１０２）は、フレーム構造（１１３）の上部であり得る線形フレーム（１０６）上を案内されて、第１の平面Ｐ１において、シャフト（１０４）の中心軸Ｃ．Ｌ．を通って横切りこれに対して径方向に走って、線形に変位し位置付けられる。線形フレーム（１０６）により、検出器ヘッドがこの線形変位に対し、制御されずに他の方向で動くことが防止される。この変位のための駆動ユニット（１０７）は並進応答機の形をとることができ、これは第１の平面Ｐ１（径方向の動き）での検出器ヘッド（１０２）の位置を増分的に変化させ、かつディスクホルダ（１０５）に置かれたマイクロ流体ディスクデバイスにおける径方向に隣接する各副区域を走査できるようにするためのものである。手段ＩＩは線形フレーム（１０６）および駆動ユニット（１０７）を含み、図１では変形例（２）に従っている。

駆動ユニット（１０７）はユニット（１１０）と連結されて線形変位を判断し、これに伴いまた、検出器ヘッド（１０２）の対物レンズの前にあるディスクの部分の半径位置座標を判断する。このユニット（１１０）は、応答機上で並進ホーム位置（１１１）に対する合焦区域（検出器ヘッドの対物レンズ）の並進位置および並進の動きを与えるエンコーダの形をとり得る。そしてこのホーム位置がディスクにおける一意の半径位置と関連付けられ得る。測定ユニット（１１０）は検出器ヘッド（合焦区域）の並進位置および並進の
動きを、用いられるディスクにおける半径位置座標に変換し、これは高い正確さをもって、典型的には１０μｍ以内、たとえば±１μｍまたは±０．１μｍ以内で行なわれる。

駆動ユニット（１０７）および平面Ｐ１の垂直方向の高さは合焦を目的として調整可能とされ得る。

ＩＩＩ．制御部
制御手段、たとえば電子的・プログラム可能制御手段（参照番号（１１２）で概略的に例示する）であってオペレータのインターフェイスおよびソフトウェアを有するもの（これ以上は開示しない）を、特に以下の（ａ）〜（ｈ）を目的として検出装置に割当てることができる。

（ａ） 利用される検出原理が照射を必要とする場合に照射し、かつ／または放射を収集することについての１組以上の開始位置／停止位置（角度方向および／または径方向）を認識する、
（ｂ） ディスク表面における検出区域またはその他の場所にある個々の副区域を識別する、
（ｃ） 同時的なディスクの回転と検出器ヘッド（１０２）の増分的な径方向変位とを制御する、
（ｄ） 検出区域／検出マイクロキャビティからの放射データを収集する、
（ｅ） 収集されたデータを処理および呈示する、および／または
（ｆ） 検出器ヘッドの対物レンズの前に特定の角度位置がある時間を回転速度から求める、
（ｇ） 収集したデータをデータ記憶装置１３０で蓄積しかつ読出す、
（ｈ） コンピュータソフトウェアアプリケーションおよびコンピュータプログラム記憶装置１２０において、或るコンピュータプログラム／コンピュータプログラム製品すなわちコンピュータソフトウェアアプリケーションを蓄積し、そこからソフトウェアアプリケーションを読出しかつアクセスする。

この発明は、コンピュータプログラム製品、すなわち、制御部１２０内の処理ユニットの内部メモリ記憶装置へ直接ロード可能なコンピュータソフトウェアアプリケーションとして実現され得る。上記コンピュータプログラム製品は、この発明に従う方法のステップを実行するためのソフトウェアコード手段を含む。

さらに、この発明はコンピュータ利用可能媒体に蓄積されたコンピュータプログラム製品に関するものであり、制御部１１２などのコンピュータ手段内の処理ユニットがこの発明の方法の各ステップの実行を制御することを引起こす可読プログラムを含む。

コンピュータ利用可能媒体は記録媒体、コンピュータメモリ、読出専用メモリまたは電気的キャリア信号である。

この装置におけるさまざまな部分に制御部（１１２）と通信（１１５）させることができる。好ましい変形例では、制御部は検出器ヘッドに指示してディスク表面の別個の予め選択された部分から放射を逐次収集させる。一般に、制御部は放射の収集を、意図された検出区域に先立つ或る位置、主に角度位置および／または半径位置で開始し、同検出区域の後の或る位置で収集を停止するようにプログラムされる。これら開始位置および停止位置によって調査区域が規定され、これは少なくとも、当該の物質からの放射がある検出区域または検出区域のうち該当する部分を包含することが求められる。図４も併せて参照されたい。蛍光を測定する場合のように放射が物質の照射を必要とする場合、制御手段はさらに照射についての開始位置および停止位置についての設定を規定する。一般にこれら後
者の設定は放射を収集する場合と実質的に同じである。

放射の収集についての開始信号および停止信号は、ディスクにおける、それぞれ収集を開始および停止させる角度位置と直接リンクされることが好ましい。これはまた、システムに内在し得るまたは予め設定され得る遅延を考慮に入れることを含み、すなわち開始信号および停止信号の起動は、合焦区域がそれぞれ開始位置および停止位置の前に位置付けられるよりも先になされる必要があり得る。角度整合システムがエンコーダを含む場合、開始位置および停止位置に対応するエンコーダ信号を用い、放射を収集する期間を規定する。代替例では、放射の収集の開始および停止は予め設定された回転速度とリンクされ、すなわち制御部は、開始位置および停止位置が対物レンズの前にあるべき時間を、予め設定された回転速度から算出する。

制御部は、所定のディスク回転数、たとえば１、２またはそれ以上の回転の後、好ましくは１回転の後に検出器ヘッド（合焦区域）の半径位置を変更するようにプログラムされ得る。

また制御部が、ディスクの１回の回転中に対物レンズ（合焦区域）の半径位置を変更できることもある。このような変形例では、或る共通の角度位置にあるすべての該当する副区域について放射が収集され、それからディスクを（単一のステップにて）後の角度位置へ回転させることを構想することができる。これに代わる変形例では、対物レンズ（合焦区域）はディスク表面を螺旋状に横切り、すなわち半径位置は１回の回転中に逐次変更される。

好ましい変形例では、収集された放射データは、たとえば制御ユニットにおいて、各々の個々の副区域について検索可能な形でデータ記憶装置１３０に蓄積される。このことは、放射を収集した後、収集したデータを、各々の個々の副区域からの放射の量を示す各々の調査区域および／または検出区域の三次元画像として提示することが可能となることを意味する。副区域同士が重なり合う場合には、データを適切に処理するために重なりの効果を考慮に入れ、検出区域における異なる部分（副区域）に関連付けられた放射の真の像が得られる。

ＩＶ．検出原理および検出器ヘッド
一般に、この発明で用いられるマイクロ流体デバイスでは、検出マイクロキャビティ内にある物質の極めて低い絶対量または濃度を検出する必要がある。したがって、この発明の多くの変形例において、検出区域／検出マイクロキャビティ当たり≦１０^-12モル、たとえば検出区域／検出マイクロキャビティ当たり≦１０^-15モルまたは≦１０^-18モルである物質量を検出し定量化することが検出原理により可能となることが必須である。

典型的な検出原理には、たとえば放射能、放射（たとえば光）の吸収、蛍光、化学発光、生物発光、散乱光などの分光計検出が含まれ得る。放射が照射を必要とする変形例については、照射と放射との間における波長、偏極、寿命、散乱、強度などの変化が、検出マイクロキャビティ内の関心の向けられた物質の存在の関数として測定され得る。典型的な例には発光原理および蛍光原理が含まれるがこれに限定はされず、このうちレーザ導入蛍光（ＬＩＦ）が好ましい。

検出器ヘッドについての詳細は、同時継続出願のＰＣＴ／ＳＥ０２／０１６７８および対応の米国特許出願連続番号第１０／０６２，２５８号に記載されている。

一般に、検出器ヘッドの合焦区域のサイズは、調査区域および／または検出区域のサイズよりも小さい。一般に一方向（方向１）における合焦区域の幅は調査区域および／また
は検出区域の対応する幅の実質的に≦１／５たとえば≦１／１０であり、垂直方向（方向２）ではこれと同じまたはそれ以上の限界内である。ピックアップ・ヘッド（２００）の形をとる好適な検出器ヘッドを図２に例示し、これはレーザ源（２０１）を含み、そのビームは二色性鏡（２０２）に反射されて、対物レンズ（２０５）を通って、検出マイクロキャビティ（２０３）のうちヘッドの前に位置付けられた部分に合焦される。こうして生じた落射蛍光は二色性鏡を通過し、当該の蛍光色素に対して選択的な帯域通過フィルタ（２０６）を通過し、最後に、非球面レンズ（２０８）により光電子倍増管（ＰＭＴ）（２０７）の入口に合焦される。レーザビームの入口と二色性鏡との間、およびＰＭＴ（２０７）の前にピンホール（２０９および２１０）を位置付ける。ピンホール（２１０）のサイズおよび位置は、レーザビームの合焦区域が検出マイクロキャビティの内側になるように適合される。ピンホール（２０９）のサイズは、合焦区域から発した放出光が優先的にＰＭＴ（２０７）へ通過するように適合される。二色性鏡に代えてガラス円板などに設けた鏡となる箇所を用いることもある。

Ｖ．マイクロ流体デバイス
この発明のさまざまな局面で用いられるマイクロ流体デバイスは、液体部分試料が移送および／または処理される複数のマイクロ流路構造を含む。一般にこのデバイスはディスクの形をとる。上記構造は覆われているが、これは上記構造の内部が雰囲気と接するのが主に別個の流入口および／または流出口および／または通気口を介してであるという意味においてである。各々のマイクロ流路構造は、１つ以上の検出マイクロキャビティと、場合によりさらに１つ以上の反応マイクロキャビティと、これらの部分を互いに接続するマイクロ導管とを含む。反応マイクロキャビティが検出マイクロキャビティと一致することもある。マイクロ流路構造内での処理の結果は、検出マイクロキャビティと直接的または間接的に連結された検出区域からの放射として測定される。

マイクロ流体デバイス／マイクロ流路構造内で液体部分試料を移送するにはさまざまな原理が利用可能である。すなわち、たとえばディスクをスピンさせることによる慣性力（遠心力）を用いることができる。その他の種類の力としては、毛細管力、動電学による力、動水力学による力などがある。

対称軸を有し回転を意図したマイクロ流体デバイスは上述のホーム位置マークを有し得る。

「マイクロ流路」、「マイクロ導管」などの用語では、流路構造が≦１０³μｍ好ましくは≦１０²μｍの断面寸法の１つ以上のキャビティおよび／または流路／導管を含むことが企図されている。一般にその下限は、マイクロ流路を通過することになる部分試料の最大の試薬および成分のサイズよりもはるかに大きい。一般にマイクロキャビティ／マイクロ室の体積は≦１０００ｎｌ、たとえば≦５００ｎｌまたは≦１００ｎｌまたは≦５０ｎｌまたは≦２５ｎｌであり、これは特に検出マイクロキャビティに当てはまる。液体のための流入ポートに直接接続された室／キャビティ、たとえば試料および／または洗浄液体を加えることを意図したマイクロ室／マイクロキャビティはこれよりはるかに大きいことがあり得る。マイクロフォーマットとは、デバイス内で移送される１つ、２つ、３つまたはそれ以上の液体部分試料の体積がμｌ範囲内、すなわち≦１０００μｌたとえば≦１
００μｌまたは≦５０μｌ内であることを意味し、これにはｎｌ範囲（ナノフォーマット）たとえば≦１０００ｎｌまたは≦５００ｎｌまたは≦１００ｎｌまたは≦５０ｎｌも含まれるがこれらに限定はされない。

マイクロ流体デバイスには、さまざまな材料たとえばプラスチック、ガラス、シリコーンポリマーなどを用いることができる。検出区域は、検出器の利用する検出原理に合わせて透明／透光性であることが求められる。製造上の都合からプラスチック材料がはるかに好ましいが、それは通常材料の原価が安く、大量生産が複製などにより容易に可能であるからである。プラスチック材料を伴う典型的な製造プロセスとしては、型押や成形などにより複製するプロセスと、この後、こうして得られた開いたマイクロ流路構造を覆うための上部の蓋を取付けるプロセスがある。たとえばＷＯ９１１６９６６（ファルマシア・ビオテック・アクチボラゲット（Pharmacia Biotech AB）、エーマンおよびエクストレーム（Oehman & Ekstroem））を参照されたい。しかしいくつかの敏感な検出原理はプラスチック材料によって妨害を受ける恐れがある。その高い自然蛍光性は、蛍光物質の低い絶対量を測定する場合には通常の蛍光技術にとって不都合である。つまりデバイスの材料を、用いられる検出原理と合致させることが重要であるということである。この発明の優先日の時点では、好ましいディスク材料はポリカーボネートなどのプラスチック材料および、重合性炭素−炭素二重または三重結合と飽和有枝直鎖または環式アルキルおよび／またはアルキレン基とからなるモノマー系のプラスチック材料である。典型的な例としては、日本国の日本ゼオン製のゼオネックス（Zeonex）（登録商標）およびゼオノア（Zeonor）（登録商標）があり、このうち後者が好ましい。たとえばＷＯ００５６８０８（ユロス・アクチボラゲット、ラルソン、オックリンドおよびデランド（Larsson, Ocklind and Derand））を参照されたい。これはここに引用により援用される。この関連においては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコーンポリマーはプラスチック材料とはみなされない。

黒色のプラスチック材料、たとえば黒鉛粉末またはカーボンブラックを含有するものは光を吸収し、このためその自然蛍光性は低いことが知られている。黒色プラスチック材料内では光の移送が妨げられる。黒色プラスチック材料は、蛍光および発光の測定による場合にマイクロ流体デバイスで極めて効率的である。この場合、黒色プラスチック材料は検出区域では避けるべきである。

複製により得られるほとんどのディスクの場合のように蓋が必要である場合、起源の異なるプラスチックの蓋を用いることができ、これにはたとえばメリネックス（Melinex）（登録商標）１２ＰＥＴおよびメリネックス（登録商標）１７ＯＰＰ（米国のデュポン（Du Pond）社）などがある。

自然蛍光性の観点から、透明プラスチック材料の最適な組合せは、複製でのゼオノア（登録商標）と蓋としてのメリネックス（登録商標）１７ＯＰＰとであると考えられる。この材料の組合せは４８０〜６５０ｎｍの幅での励起波長に有用であろう。

好ましくは、複数の検出マイクロキャビティおよび対応する調査区域および／または検出区域はサブグループをなすように配され、１つのサブグループにおけるすべての要素が同じ径方向の距離および／または同じ角度位置に位置付けられ、かつ／または等しい長さ寸法および／または断面寸法を有するようにする。各々のサブグループ内では、少なくとも２つ、３つまたはそれ以上の検出マイクロキャビティ（検出区域）、たとえば≧１０または≧２５または≧５０の検出マイクロキャビティ（検出区域）があり得る。

この発明の装置における検出区域のサイズは一般に１×１０²〜２×１０⁶μｍ²の範囲、たとえば１×１０³〜１０⁵μｍ²の範囲内である。長さおよび／または幅は典型的に０
．５×１０〜５×１０⁴μｍの範囲、たとえば１×１０〜１０⁴μｍの範囲内である。

円形ディスクに適合された設計マイクロ流路構造（３０１ａ，ｂ，ｃなど）を図３に示す。これら構造は共通の分配流路（３０２）および共通の廃棄流路（３０３）により互いにリンクされる。共通の対称軸まわりのマイクロ流路構造の配向は明白である。ディスクの周縁（３０４）はホーム位置マーク（３０５）を有する。組合された反応／検出マイクロキャビティ（３０６ａ，ｂ，ｃなど）の各々は、下流方向では共通の廃棄流路（３０３）と連通し、上流方向では、別個の接続部を介して、共通の分配流路（３０２）および別個の体積測定ユニット（３０７ａ，ｂ，ｃなど）と連通する。表面検出区域（３１７ａ，ｂ，ｃなど）が各々の検出マイクロキャビティと連結される。共通の分配流路（３０２）の一端および中間の位置には流入ポート（それぞれ３０８および３０９）が設けられる。各々の体積測定ユニット（３０７ａ，ｂ，ｃなど）には別の種類の流入ポート（３１０）が位置付けられる。また、各々のマイクロ流路構造（３０１ａ，ｂ，ｃなど）には、共通の廃棄流路（３０３）への流出口があり、また共通の分配流路（３０２）の他端に流出ポート（３１８）がある。雰囲気と通じる流入通気口（３１１）が共通の通気流路（３１２）経由で共通の分配流路と接続される。その他の雰囲気への通気口（３１３および３１４）が、各々の反応／検出マイクロキャビティ（３０６ａ，ｂ，ｃなど）と共通の廃棄流路（３０３）との間で、共通の廃棄流路（３０３）の中および接続マイクロ導管の中に設けられる。各々のマイクロ流路構造（３０１ａ，ｂ，ｃなど）の中には３１５および３１６で適当な弁を位置付ける。

好ましい円形ディスクの直径は従来のＣＤとほぼ同じであるが、これより大きくてもまたは小さくてもよく、たとえば３００％までまたはそれ以上および１０％までまたはそれ以下であり得る。

ＶＩ．マイクロ流体デバイス内で実行されるプロセス
個々のマイクロ流路構造内で実行されるプロセスは、検定プロトコル、有機化学または生化学的合成プロトコルなどを含む。一般にこれらプロトコルは、必要な試薬／反応物を含有する１つ以上の液体部分試料をマイクロ流路構造内へ導入するステップを含む。検定プロトコルの場合には、部分試料のうち１つは、分析物についての少なくとも１つの特性、たとえば種類、形および／または量に関して特性記述されていない試料である。

上記プロセスは、収集されるべき放射に関連した物質を、静的な条件下または流れ条件下で検出マイクロキャビティ内に形成および／または保持するステップを含む。この保持のための反応系は均質であることも不均質であることもあり、すなわち所望の物質が液体相と固体相との間で仕切られていることもまたは仕切られていないこともある。流れ条件で、かつマイクロ流体デバイスがディスクの形をとる場合、検出マイクロキャビティ内の流れ方向はディスクの周縁の方へ（外方へ）もしくはその中心へ（内方へ）、または実質的にディスクの円周と平行であり得る。その他の方向を用いることもある。

プロセスプロトコルでは、互いに相互の親和性を有する反応物間での特定の反応を利用し、こうして（ａ）検出マイクロキャビティ内で固体相へと不動化された親和性複合体を形成させるか、または（ｂ）検出マイクロキャビティ内で溶性または不溶性であり得る１つ以上の他の反応生成物を得ることができる。しばしば、反応物を選択することも含め反応条件を適切に選択することにより、得られる生成物および／または過剰の試薬を或る信号で検出可能とすることがあり、この信号は（ａ）上述の検出区域から測定され、かつ（ｂ）マイクロ流路構造内へ導入された開始液体部分試料についての１つ以上の特性と関係付けられ得るものである。このような特性のうち典型的なものとしては、特定の反応物（たとえば分析物）の種類、形状および、活動などの量があり、この反応物にはたとえば酵素などの親和性反応物が含まれる。「１つ以上の特性に関係付けられ得る」という用語は
、たとえばｐＨ、イオン強度、洗浄剤などの反応変数が、反応生成物を形成するのに用いられる反応にどのような影響を与え得るかについての判定をも含む。一般には、放射能、蛍光、化学発光、生物発光、酵素による活動、色原体、光散乱（濁度測定）などに基づく検出原理が利用され、そのために用いる反応物としてはたとえば、それ自体が検出可能であることまたは検出可能な群へ変換可能であることのいずれかによって検出を可能とする群を有する反応物がある。一般に、利用されるプロセスプロトコルは、検出可能な反応物が複合体またはその他の或る反応生成物に組込まれることを意味する。たとえばＷＯ０２０７５３１２（ユロス・アクチボラゲット）を参照されたい。検出区域を介してマイクロキャビティ内に形成および／または保持ならびに測定され得る検出可能な生成物や試薬などは、この明細書の他の部分において一まとめに「物質」と呼ぶ。

この関連で一般的な反応物は親和性の対からなる要素を含み、これにはたとえば（ａ）抗原／付着体および対応する抗体であってその抗原としての活性残存物を含むもの、（ｂ）レクチンおよび対応する炭水化物構造、（ｃ）自然リガンドおよび対応する変異体、（ｄ）相補の核酸であって合成オリゴヌクレオチドなどの合成変異体を含むもの、（ｅ）Ｉｇ（Ｆｃ）結合タンパク質およびプロテインＡ、プロテインＧおよびその他のＩｇ（Ｆｃ）受容体、（ｆ）反対の電荷のイオン対、酵素と基質、抑制剤、補因子、補酵素などであって酵素と結合できるものなどがある。自然の親和性の相互作用を多少とも模倣する合成変異体もまた含まれる。

この発明の一局面は、マイクロ流体デバイスの検出マイクロキャビティ内にある物質の量を判定するための方法および対応する装置であって、この検出マイクロキャビティに連結された検出区域から物質に関連した放射を収集するステップを含む。この方法は以下のステップ（ａ）〜（ｅ）を含むことを特徴とする。

（ａ） 以下の（ｉ）および（ii）を用意するステップ。

（ｉ） たとえばディスクの形をとるマイクロ流体デバイスであって、以下の（Ａ）および（Ｂ）を含むもの。

（Ａ） 複数のマイクロ流路構造。その各々は、流入ポートと、検出マイクロキャビティと、上記流入ポートを上記検出マイクロキャビティに接続するマイクロ導管とを有する。

（Ｂ） この明細書内の他のところで述べた、複数の検出区域およびこれに関連した調査区域。上記検出区域の各々は、（１）上記検出マイクロキャビティのうち１つと関連付けられ、（２）上記デバイスの表面に存在し、かつ（３）上記放射に対して透光性／透明である。

（ii） 上記調査区域および上記検出区域の各々についての個々の副区域からの放射を収集できる検出装置。

（ｂ） 上記複数のマイクロ流路構造のうち少なくとも１つにある１つ以上の液体部分試料を処理するステップ。これにより、上記物質および／または上記物質を検出マイクロキャビティ内に保持するために必要な１つ以上の試薬が、上記１つ以上の部分試料のうち少なくとも１つの中に存在する場合、上記物質は、上記複数のマイクロ流路構造のうち上記少なくとも１つの各々についての検出マイクロキャビティ内に保持される。

（ｃ） ステップ（ｂ）が実行されたマイクロ流路構造の一部をなす検出マイクロキャビティに連結された調査区域および／または検出区域を走査するステップ。これにより、
各々の走査された調査区域または検出区域における個々の副区域からの放射を入手する。上記走査の実行には上記検出装置が用いられる。

（ｄ） 各々の走査された調査区域または検出区域における副区域の関数として放射を積分するステップ。これにより各々の調査区域または検出区域からの放射の量を入手する。

（ｅ） ステップ（ｄ）で入手された量の各々につき、各々のマイクロ流路構造に用いられるプロセスプロトコルに含まれていた反応変数を特性記述する。

反応変数の特性記述についてのさらなる詳細については上で述べており、またＷＯ０２０７５３１２（ユロス・アクチボラゲット）に述べている。この特性記述はたとえば、各々の検出マイクロキャビティにおける絶対項または相対項での物質の量を、ステップ（ｄ）で入手された量の各々から求めることを含む。この関連における物質は、そこから放射が直接導き出される物質であり得るが、または、分析物など、ステップ（ｂ）で用いられる液体部分試料の１つにおけるその量が、ステップ（ｄ）で求められる放射の量と関連付けられる物質であることもある。測定されるのは反応の結果であるため、分析物はステップ（ｂ）の後では検出マイクロキャビティ内に存在しても存在しなくてもよい。

ステップ（ｃ）は、検出マイクロキャビティにある特定の物質の量に起因する放射における変化を示す放射強度の収集を含む。これには真の強度値が含まれるだけでなく、その他の変化、たとえば屈折、散乱、偏極面および蛍光の寿命（半減期なども含む）などにおける変化もまた含まれる。

マイクロ流体ディスクおよびステップ（ｂ）と（ｃ）についてはこの明細書内の他のところで説明してある。ディスクを回転させるなどによる環状の走査に加え、ステップ（ｃ）はまた、検出区域上にわたる１行以上の検出素子を含む線形検出器ヘッドを横方向に動かすことによる走査など非環状の走査も含む。またＣＣＤカメラによる画像化も含まれる。マイクロ流体ディスクは環状であっても、その他或る幾何学的形状、たとえば三角形、四角形など、さらにまた不規則な形状を有していてもよい。

ステップ（ｄ）は各々の検出区域にわたる積分を意味し、すなわち主に、デバイスのうちこの検出区域を取囲む表面部分について入手された値から外れた放射値を有する副区域にわたる積分を意味する。これに代えて、検出マイクロキャビティのうち当該の物質の存在が顕著でない部分に対応する、検出区域のすべてまたはその選択された部分を除外することもある。上記積分するステップは、（ａ）検出区域の端縁、たとえば検出マイクロキャビティの流入端に対応する端部に開始位置および／または停止位置を見つけるサブステップと、（ｂ）実際に積分をするサブステップとを含む。一変形例では、サブステップ（ａ）の実行には、検出区域に沿った位置に対する副区域ごとの放射の量について屈曲点を決定する。上流端において、検出区域の輪郭部分は湾曲していることがあるため、この発明はまた、積分の際に検出区域の周の湾曲を勘案することが求められることを示唆する。好ましい変形例でサブステップ（ａ）は、検出区域の画素をバックグラウンドから区分する閾値を決定することを含み、これは、たとえば検出マイクロキャビティに粒子床（particle bed）を充填する場合、粒子床の画素をバックグラウンド画素から区分する閾値である。これを行なうには、最適な閾値を定めたり、中間または平均バックグラウンドを判定したり、またはその他でバックグラウンドを判定するやり方を用いたりすることができる（「最適な閾値を定める」ことについてはたとえば参照文献［１］「デジタル画像処理（Digital Image Processing）」、第２版、ゴンザレス（Gonzales）ＲＣ他編集、３５４頁を参照されたい）。この場合サブステップ（ｂ）は選択された画素を積分することを意味し、すなわちこれは、閾値を上回る放射値を有しかつ主要グループ（検出区域）に属する
画素であって、つながった画素の主要グループに属さない閾値超の雑音画素を除外したものである。一般に積分するステップは、検出区域の一端たとえば流入端に対応する画素から開始する。

好ましい変形例では、サブステップ（ａ）とサブステップ（ｂ）との間に、この方法をさらに改良するための追加のサブステップを設けることが好ましい。このサブステップにはたとえば以下のものがある。

（ｉ） 算出された閾値からバイナリ画像を生成するサブステップ。

（ii） Ｈ（high）のバイナリ画素を異なるグループへとラベル付け（すなわち画像をラベル付け）するサブステップ。各々のグループは、互いに境界を接する（互いの近くにある）画素からなる。検出区域からのバイナリＨの画素により主要グループが規定される。

（iii） 任意に、主要グループに属さないバイナリＨの画素をすべて除去するサブステップ。

実際に積分するステップ（主ステップ（ｄ））はこの場合、主要グループのバイナリＨの画素についての放射値を積分することを意味する。

極めて小さい体積および量で作業する場合には、デバイスを製造する材料および前処理の手順により、ピーク雑音であってピークの外側にある副区域からくる放射に匹敵する雑音の形をとる放射アーチファクトが導入される場合があることを発明者は発見した。したがってステップ（ｄ）はさらにピーク雑音を除去するサブステップを含み得る。一般にこれは、外れた放射（ピーク）をより明白にする第１のサブステップを意味する。これを行なうやり方としてラプラス・フィルタリングやポイント検出などがある。たとえば参照文献［１］、「デジタル画像処理」、第２版、ゴンザレス ＲＣ他編集、３３３，３３４，３３９頁（１９８７年）を参照されたい。この後のサブステップにて、たとえば局所区域などに基づく端縁検出または端縁リンクを含めて各々のピークの幅および位置を算出する。たとえば参照文献［１］、「デジタル画像処理」、第２版、ゴンザレス ＲＣ他編集、３３４，３４４頁（１９８７年）を参照されたい。次のサブステップにて、取囲む副区域から内挿することでピーク雑音を除去する。ピークを除去するプロセス全体の代替的なやり方としては、形態学的開放、局所的度数分布図領域における非線形フィルタリング演算などがある。これらピーク雑音を除去するためのサブステップは実際の積分に先立って行なわれる。

ステップ（ｅ）は従来のものであり、一般には積分した値を１つ以上の標準についての値と比較することを含む。一般に標準値は、標準物質の既知の量について積分された値であり、これはほとんどの場合、調査の対象となっている物質と同じである。

走査するステップ（ｃ）および積分するステップ（ｄ）は、この発明の一局面についてのいくつかの革新的な変形例においては任意のものであり得る。すなわち、所望の物質が検出マイクロキャビティ内に不均一に分布している場合にはこれらステップを含めることが好ましい。典型的な場合には、これが起こり得るのは物質が流れ条件下で検出マイクロキャビティ内に保持される場合であり、これはたとえばこの物質が蛍光物質に先立ちマイクロキャビティ内に導入された固体相に捕獲されることによる。

物質が検出マイクロキャビティ内に均質に分布する場合、走査するステップ（ｃ）および積分するステップ（ｄ）に代えて、検出区域における選択された副区域についての放射
強度を収集するステップと、これら強度が検出区域からの放射の総量をたとえば平均値または最大値として表わすようにするステップとを用いることもできる。次に、走査および積分により得られた値と同じ態様でこれら値に対してステップ（ｅ）を実行することができる。このようにこの方法を実行するやり方もまたこの発明の一部である。

一般に、検出マイクロキャビティ内の物質の分布が均質となるのは、検出マイクロキャビティ内で物質が平衡溶液の中に存在し、かつ／または、マイクロキャビティ内において、検出されるべき物質を形成または生成する均質に分布した反応物間で反応が起こる場合である。

上の各段落で述べた局面の革新的な方法は、先行するステップ［それぞれ（ａ）〜（ｃ）もしくは（ａ）〜（ｄ）］の直後にステップ（ｄ）および／もしくはステップ（ｅ）を実行すること、ならびに／または、走査および／もしくは積分からのデータが、これより前の時間に、たとえば異なる地理的場所でおよび／もしくは異なる人により入手されていることを含む。

マイクロ流体デバイスの検出マイクロキャビティ内の物質の量を求めるための上述の方法では、積分するステップ（ｄ）にて、走査するステップ（ｃ）で得た検出放射強度における雑音寄与を減少させることが必要であり得る。

以下、この発明の好ましい実施例を記載する。

雑音を含む物質生データ画像での雑音を低減させる方法
粒子床を用いて検出可能なものについてのアルゴリズムまたは自動化された方法を以下に示す。このアルゴリズムは、関心が向けられた各々の走査される調査区域／検出区域／粒子床について開始され得る。

以下、コンパクトディスク（ＣＤ）と比較され得るディスク形式のマイクロ流体デバイス（図３を参照）を含む特定の例に関してこの発明をより詳細に説明する。このデバイスはディスク平面と垂直な対称軸を有し、粒子の床を含む検出マイクロキャビティ（図３を参照、参照番号３０６ａ，ｂ，ｃなど）の各々につき対称軸からの径方向の流れ方向を有する。この種のマイクロ流体デバイスを以下ＣＤと呼ぶ。検出され測定される信号は、抗体蛍光色素共役（抗体蛍光色素）からの蛍光であり得る。各々の床によりディスクの表面に検出区域（図３を参照、参照番号３１７ａ，ｂ，ｃなど）が規定される。たとえばＷＯ０２０７５３１２（ユロス・アクチボラゲット）を参照されたい。検出区域は調査区域の一部であり、調査区域もまた、検出区域まわりの規定された小領域を含む。この例にて概説する原理は他のデバイスにも適合可能である。これら原理はまた、本文の他の場所で述べるように他の種類の放射に対しても適用可能である。

物質生データ画像の生成
ここの記載における第III章「制御部」で説明したように、制御手段（図１、参照番号１１２）が走査および検出を制御するようにプログラムされる。

各々の検出区域は検出器ヘッドにより走査される。この検出器ヘッドは、マイクロキャビティ内に存在する物質から導き出される検出可能な物理的特性を検出することができ、これには放射能、蛍光、化学発光、生物発光、酵素による活動、光散乱、光吸収、光反射などにより引起こされる放射などがある。測定データはデータ記憶装置に蓄積される。これは処理ユニットに接続されたまたは接続可能な画像データ記憶装置であって、制御手段に含まれるか、または他の可能な実施例では別個のコンピュータシステムに組込まれるかのいずれかであり得る。各々の調査区域は識別子で識別され、これはアドレスとして用い
ることができる。この識別子により、システムおよび制御手段は、ＣＤ上において各々の単一の調査区域およびその検出区域の場所を突き止めて、画像記憶装置に蓄積された対応する測定データをリンクすることができる。

次に図４を参照して、各々の調査区域４０２は所定の開始半径位置Ｘスタートと、所定の開始角度位置Ｙスタートと、所定の停止角度位置Ｙストップと、所定の停止半径位置Ｘストップとを有する。データ収集の開始は、意図された検出区域に先立つ位置、主に角度位置および／または半径位置で行なわれ、収集は同検出区域の後の位置で終了する。したがって調査区域は、検出区域４０４を取囲む外部区域４０６も覆うことになる。調査区域４０２の径方向の走査は検出器によりディスクの周回ごとになされる。開始半径位置Ｘスタートは、スピンの開始位置であるスピンスタート（図示せず）から数えたディスクの周回数／回転数である。調査区域の走査が開始するとき、調査区域の最後の角度走査を実行する径方向の終了位置は、スピン開始位置から数えた周回の数である。角度方向での調査区域の走査を開始するのは、開始半径位置により規定される周回の最中に、ＣＤ上のホームマークに対して検出器位置およびディスクのスピン方向により規定される角度方向での開始角度位置においてである。径方向の走査は停止角度位置で停止される。

一般に、回転可能デバイスの調査区域は（ａ）ＣＤの外側の位置からその中心へ内方に進むにつれてわずかに狭くなり、かつ（ｂ）わずかに円弧の形状であるので、図４はこの意味において概略的なものである。たとえば、各々の周回についてのＹスタート位置が常に同じ角度位置にあること（これはＹストップ位置にも当てはまる）と比較されたい。

周回中には、開始角度位置から停止角度位置まで、当該の調査区域からの収集データの流れからこれに対応する測定データの流れを生成され、これは記憶装置に蓄積される。これを開始半径値から停止半径値まで周回ごとに繰返す。制御部１２０の処理ユニットは正しく識別された検出区域に測定データをリンクし、異なる調査区域および／または検出区域からの測定データが混合されることをなくす。各々の走査された調査区域には、これに対応する組の収集された測定データがある。処理ユニットはデータをこのような順序で、各々の測定データの組において位置ごとに組織化するため、画像処理部が組内で或る測定値を突き止めることが可能となる。したがって測定データの組は、電子的および／またはデジタル式に蓄積された画像といくらか類似する。画像は画素と呼ばれる微小な要素により規定される。各々の画素は調査区域での測定区域の位置に対応する。

走査、検出および蓄積が終了すると、調査区域の測定データを、処理ユニットの使用する表示／プロット用ソフトウェアプログラムを用いて三次元の図でプロットすることができ、水平面はｘおよびｙの２つの次元、この場合径方向であるｘ軸と、ｘ軸に垂直な角度方向であるｙ軸とにより規定される。正のｘ方向は、検出区域４０４の流入口４０８からその流出口まで検出区域を通じての主流れ方向（下流）として規定される。正のＹ方向は、半径（すなわち流れ方向）に対して直交／垂直の走査方向として規定される。ｘ軸およびｙ軸により規定される水平面と垂直な第３の次元ｚ軸は測定値（たとえば蛍光強度の測定値）の大きさである。測定データにより、ピークおよび谷を有する測定データの表面が規定される。上述のように、この三次元の図は、各々の画素について規定された強度値を有する画像と実質的に類似しており、したがって測定データの表面は、測定信号が導き出される物質を含む調査区域／検出区域／粒子床の画像と呼ばれる。本願の記載においては、画像は、調査区域／検出区域／粒子床に属する蓄積された検出器測定データである。ここで画素は、調査区域／検出区域内の別個の測定データとして規定され、各々の画素は測定強度値すなわち画素値を有し得る。画像の分解能は、調査区域内におけるｙ方向の別個の測定点の数と、ｘ方向の周回の数とに依存する。走査の周回および測定点の密度が増加するにつれて分解能は増大し、したがって画素の面積は減少することになる。電磁気の放出源がレーザであれば、可能な最小画素面積は、調査区域でのレーザビームの最小断面積
により制約される。

調査区域の走査中に検出プロセスにより画素強度を求めて、これを調査区域の生データ画像を表わすデジタル画素データとして蓄積する。

調査区域／検出区域についての測定データの表面と底面との間の、底面における二軸により規定される空間が体積を構成する。この体積の全体または一部は、化学プロセスについての所望の測定値すなわち反応変数を表わすことができる。この値を算出するのに用いる数学的方法としては、たとえば検出区域の区域全体または検出区域における１つの副区域４１０（図４）もしくは或る数の副区域にわたる測定データを加算または積分することが挙げられる。しばしば、検出区域内の、ここで正規化区域と呼ぶ副区域すなわち所定の数の画素についての量を算出することが目的となる。分散は特に検出区域からの蛍光などのバックグラウンド放射に依存する。

検出表面の理想的な像では、検出器からの測定生データ信号の中に雑音のあるバックグラウンドの寄与がないため、当該の区域は滑らかである。この像は、物質信号からの測定データ、すなわち検出され測定された生データ信号への物質の寄与のみを含む。しかし現実には、物質生データ画像は測定物質データに加えて雑音データも含んでいる。この雑音は表面に雑音ピークなどの不整を引起こすため、１つまたは多数の雑音ピークがある区域における体積を算出しても、その結果化学プロセスについての真の測定値は得られないことは明らかである。

したがって、測定値を算出する前に物質生データ画像での雑音の寄与を可能な限り減少させることが必要である。

この発明の方法は、上述の種類のマイクロ流体装置の検出区域から導き出される物質生データ画像での雑音の寄与を減少させるための方法を提供する。この方法は、画像内のさまざまな種類の外乱および雑音を低減させるための或る数の主ステップを含む。

この方法は、物質生データ画像の物質生データ情報から雑音を除去するものである。各々の画像は、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体構造における１つの検出マイクロキャビティと、上記検出マイクロキャビティの中にある１の物質とに関連したものである。物質生データ情報を入手するには、検出マイクロキャビティに連結された検出区域に関連付けられた調査区域を走査可能な検出装置を用いる。この検出装置は、上述の或る数の検出可能な物理的特性、たとえば調査区域から放射を放出する蛍光や発光などのうち少なくとも１つを検出して、検出可能な活動の大きさに比例する出力を生成することが可能である。この出力は、データ記憶装置内で組になった物質生データとして蓄積可能な測定データへ変換される。この方法は、物質生データ画像における異なる雑音信号寄与を任意の順序で段階的に除去するように以下のステップを任意の順序で含むことができる。

−バックグラウンド放射を減少させる（ステップα）
−ピーク外乱を減少させる（ステップβ）
−上記調査区域内で検出区域を突き止める（ステップχ）
−バイナリアーチファクトを除去する（ステップδ）
−検出区域における不所望の区域を除去する（ステップε）
−雑音の多い画像にデフォルト検出区域を適用する（ステップφ）。

ステップα〜φはその各々が或る数のサブステップを含む。ステップα〜φは１つのアルゴリズムと見なされ得るが、あらゆる画像についてステップα〜φすべてを実行する必要はない。一般にステップの順序および種類は予め選択され、特に各々個々のステップで
必要な感度および正確さに依存する。一般的には、高い感度が望まれる場合、より多くのステップを含めることが必要となる。

以下にこれら異なるステップをより詳細に説明する。

ステップα：バックグラウンド放射の減少およびバックグラウンド処理画像の構成
ここでの目的は、画像中に目で見える電気的、光学的、およびゴミによる雑音を除去することである。発明の方法のうちこの部分は主に２つの変形例を含む。

第１の変形例ではバックグラウンド放射画像を用いる。図５では、第１の変形例を概略的にフローチャートで示す。以下のステップを用いることができる。

−利用可能であればバックグラウンド放射画像へアクセスし、または利用可能でなければバックグラウンド放射画像を生成する（ステップα′１）
−利用可能であれば対応する物質生データ画像へアクセスし、または利用可能でなければ物質生データ画像を生成する（ステップα′２）
−これら２つの画像を相互に関係付けて相関画像を生成する（ステップα′３）
−最大画素値の位置を突き止める（ステップα′４）
−これら画像を適正に位置付けし、対応する画素値から差し引き、こうして生成されたバックグラウンド処理画像を蓄積する（ステップα′５）。

次にこの第１の変形例についてより詳細に説明する。

第１の変形例では、第１のステップすなわちステップα′１にて、ディスクを走査して放射たとえば蛍光強度を測定し、ここで検出区域からの測定信号を上昇させる物質の存在はなく、たとえばこれは物質の量を求めるための方法におけるステップ（ｂ）、すなわち、放射関連の物質を保持してから抗体蛍光色素などでディスクの検出区域／粒子床を処理するステップに先立つ。調査区域／検出区域すべてが走査され、対応する組の測定データの各々がバックグラウンド放射画像において蓄積される。抗体蛍光色素を用いる場合、対応する画像はバックグラウンド蛍光画像と呼ばれる。この画像はバックグラウンド放射雑音信号およびその他の雑音信号の測定データを含む。好ましい変形例では、バックグラウンド放射画像の走査は、放射を引起こす物質を検出マイクロキャビティの中に形成および／または保持するステップと可能な限り近く実行される。好ましくはないが、製造業者がたとえば同じ種類の多くのＣＤの平均に基づき得るバックグラウンド放射画像を提供することもある。

第２のステップであるステップα′２は、この第１の変形例では、上述した物質の量を求める方法におけるステップ（ｃ）と同じである。物質は今や検出マイクロキャビティ内に存在して、たとえば、粒子床を抗体蛍光色素などで処理した後などで場合によっては既に洗浄されている粒子床内に保持される。この画像が上述の物質生データ画像である。

バックグラウンド放射画像および対応する物質生データ画像が既に存在しかつ利用可能に蓄積されていれば、これに伴いステップα′１およびステップα′２ではこれら画像へアクセス（たとえばコピーまたは読出による）するだけでよく、走査および検出のプロセスによってこれらを再び生成する必要はない。

これら２つの画像は同一条件下で検出される、たとえば、検出原理が蛍光に基づく場合には同一レーザ電力および同一検出器感度で検出されることが求められる。

第１の変形例における第３のステップであるステップα′３では、二次元相関を用いて
２つの次元において上記２つの画像を相互に関係付け、これが相関画像を規定する。二次元相関の使用は信号処理の技術では周知である。参照文献［１］、９０〜９２頁を参照されたい。こうして、このステップの結果として相関画像が得られる。

この変形例における第４のステップであるステップα′４では、相関画像における最大強度値を有する画素の位置を突き止める。これを行なうには単純な比較アルゴリズムを用いればよく、現在最大の値が蓄積されて次のデータと比較される。上記次のデータとしては、たとえば、以前の画素データのいずれともまだ比較されていない強度値がある。最大画素値すなわち最大強度値を有する画素の位置が蓄積されて次のステップであるステップα′５で使用される。

ステップα′５では、識別された画素位置を用いてバックグラウンド放射画像を相関画像の適正な位置へ動かす。画像のうち重なっている部分が画素ごとに差し引かれる。

これら５つのステップの結果として新たな画像、すなわちバックグラウンド処理画像が得られる。

物質生データ画像は所望の物質放射データを含む。測定信号を上昇させる物質がマイクロキャビティ内に導入（ステップ（ｂ）の一部）されることで新たな雑音が導入されていなければ、雑音除去のプロセスは停止できる。

第２の変形例では、バックグラウンド放射データの中間値が用いられる。図６に第１の変形例を概略的にフローチャートで示す。以下のステップを用いることができる。

−物質生データ画像へアクセスまたはこれを生成する（ステップα″１）
−バックグラウンド放射データについての中間値を求める（ステップα″２）
−中間値を物質生データ画像の画素値から差し引き、こうして得られたバックグラウンド処理画像を蓄積する（ステップα″３）。

次に、バックグラウンド放射を減少させ、バックグラウンド処理画像を構成する第２の変形例についてより詳細に説明する。

蛍光などのバックグラウンド放射を除去する、特に検出区域の外側の調査区域に存在する電気的および光学的雑音を除去するための第２の変形例を、上述した５ステップの代わりに用いることが可能である。この代替的な変形例が良好に動作する条件は、検出区域の外側に大きなサイズの不所望のオブジェクトがなく、バックグラウンド信号強度が画像内で一定であることである。後で説明するように、この変形例にはディスクの走査が１回だけでよいという利点がある。

この代替的な変形例における第１のステップであるステップα″１が開始するのは、検出マイクロキャビティ内へ放射関連の物質を組込んだ後とするべきである。物質の量を求めるための上述の方法においては、これはたとえば検出区域の抗体蛍光色素による処理後に対応し、すなわちステップ（ｃ）においてとなる。上述のように、検出区域での放射の走査の際、物質生データ画像の画素値が検出され判定されてデジタル画素データとして蓄積される。物質生データ画像が既に存在しかつ利用可能に蓄積されていれば画像のコピー／読出をするだけでよく、走査および検出のプロセスによりこれらを再び生成する必要はない。

第２のステップであるステップα″２では、調査区域のうち少なくとも検出区域外の部分についての画素値の中間値を算出し、これをバックグラウンド放射値として、たとえば
バックグラウンド蛍光についての値として用いる。中間値はバックグラウンド放射（強度）についての推定値である。

ステップα″３では、物質生データを画素ごとに減算などにより中間値寄与だけ減少させ、これをすべての画素が処理されバックグラウンド処理画像が得られるまで行なう。

中間値を求めるステップの代わりに、或る他の形の平均値を求めて、この値を後の各ステップにおいて中間値の代わりに用いることもあり得る。

α′とα″の方法のいずれにおいても、各々の走査された調査区域についてのバックグラウンド処理画像、すなわち、蛍光などのバックグラウンド放射を減少させた画像が得られる。革新的な方法における他のステップではこれらの方法を別個にまたは組合せて用いることが可能だが、現在のところ前者が好ましい。

ステップβ：ピーク外乱の減少
発明のこの局面による方法は、ゴミや化学薬品に起因するピーク外乱およびその他のアーチファクトを減少させる、たとえば繊維に起因するピークを減少させるための１つ以上のステップを含み得る。一般に外乱ピークの振幅は比較的高く、その分布は比較的狭い。しかし理想的な検出区域の画像は滑らかでかつ外乱ピークを含まないものである。

図７では、ピーク外乱を減少させるためのステップβをフローチャートで概略的に示す。以下のステップを用いることができる。

−２つの次元でラプラシアンフィルタを用い、以前に蓄積された画像、典型的にはバックグラウンド処理画像からラプラシアン処理画像を生成する（ステップβ１）
先のステップで生成された画像、典型的にはバックグラウンド処理画像から外乱閾値を算出する（ステップβ２）
−閾値を算出するために用いた画像に対して外乱閾値限界を適用することにより、バイナリ符号化ラプラシアン処理画像を生成する（ステップβ３）
−クラスタ内に開始点を見つける（ステップβ４）
−上記開始点を取囲む最小矩形区域を判定する（ステップβ５）
−各々のピーク区域内で内挿値を算出し、ピークの元のデータを置換し、こうして得られた外乱フィルタリング画像を蓄積する（ステップβ６）。

次に、ピーク外乱を減少させるプロセスをより詳細に説明する。

すなわち第１のステップであるステップβ１では、放射強度画像、たとえば上述のバックグラウンド処理画像を、ラプラシアンフィルタにより２つの次元で処理できる。これは参照文献［１］より以前から知られていた標準的な方法である。このステップの結果として、バックグラウンド処理画像でのピークが増幅される。この結果をバックグラウンド画像において最大放射（強度）で正規化する。このステップによりラプラシアン処理画像が得られる。

第２のステップであるステップβ２では、ステップβ１で用いられた画像から算出された推計学的なバックグラウンド雑音の標準偏差および標準統計関数平均を用いて外乱閾値限界を求める。このステップにより画像の外乱ピークが増大する。

第３のステップであるステップβ３では、上記ラプラシアン処理画像をバイナリ符号化する。この符号化のプロセスでは、閾値限界以上の画素強度／値は２つの対応するバイナリ値の一方、たとえば「１」または「正」にセットされ、外乱閾値限界よりも小さい画素
強度はバイナリ値の他方、たとえば「０」または「負」にセットされる。ステップβ２で求めた外乱閾値限界をステップβ３で用いて符号化を行なうことができる。このステップにより、ピークの高強度画素が、先にクラスタと呼んだグループとして現われる、画像が生成される。

第４のステップであるステップβ４では、ラプラシアン処理画像を処理して、各々のピーク内で最大の値を有する画素を見つけることができる。これのためにはバイナリラプラシアン処理画像におけるクラスタからの位置情報を用いる。クラスタ内で最大の値を有する各々の画素を中心／開始点として規定する。クラスタについてのその他の画素はバイナリラプラシアン処理画像においてＬ（Low）にセットされる。このステップの結果としてクラスタ画像が得られる。

第５のステップであるステップβ５では、クラスタ画像内で規定された開始点を用いて最小矩形区域を判定する。これのために異なる区域サイズを用いて反復的に試験する。ラプラシアン処理画像に対して働くこの反復作業を停止するのは、先立つステップにおける規定に従い、以前に実行されたラプラシアン・フィルタリングの結果として、最小矩形区域が負の強度値または０値の画素のみを含んだときである。上記画素は対応する開始点を取囲んで、この位置と、対応する外乱ピークの区域と、このピーク区域の外側にある境界画素とを規定する。

第６のステップであるステップβ６では、バックグラウンド処理画像の外乱ピークを除去するために、対応するピークの境界画素間において内挿値で各々のピーク区域内の元のデータを置換する。内挿値は適当な内挿関数を用いて算出され、線形および非線形の関数がともに可能な選択肢である。

こうしてこのプロセスにより、検出区域の放射強度たとえば蛍光強度の「外乱フィルタリング画像」が生成される。

ステップχ：大域的閾値の判定
発明のこの部分の目的は、測定物質信号、すなわち検出区域内の物質からの信号をバックグラウンド信号から分離する大域的閾値を求めることにより、放射強度画像たとえばバイナリ外乱フィルタリング画像をもたらすことである。たとえば検出区域画素はバイナリＨたとえば「１」と等しく、画像の残りはバイナリＬたとえば「０」と等しくされる。

以下のステップの目的は有効な大域的閾値を求めることである。これを行なうために、異なる閾値を試験する反復作業を行なう。大域的閾値が有効となるのは、調査区域のうち検出区域につながっていない部分にある画素であってその強度が検出区域内の画素より高いものがごく少数でしかないときである。

図８では、大域的閾値を求めるためのステップχをフローチャートで概略的に示す。以下のステップを用いることができる。

−ｙ総和グラフを生成する（ステップχ１）
−ｙ総和グラフを中間フィルタリングする（ステップχ２）
−検出区域の中心位置を判定する（ステップχ３）
−検出区域の径方向の端縁を判定する（ステップχ４）
−ｘ総和グラフを生成する（ステップχ５）
−ｘ総和グラフを中間フィルタリングする（ステップχ６）
−端縁曲線を求める（相関）（ステップχ７）
−端縁曲線における外乱ピークを抑制する（ステップχ８）
−検出区域の開始位置および終了位置を判定する（ステップχ９）
−大域的閾値の開始値を判定する（ステップχ１０）
−上記大域的閾値を、正しい検出区域幅を与える値へ調整する（ステップχ１１）。

−上記大域的閾値を用いてバイナリ符号化外乱フィルタリング画像を生成する（ステップχ１２）。

次にこのプロセスをより詳細に説明する。

第１のステップであるステップχ１では、放射強度画像、典型的には外乱フィルタリング画像において画素値を径方向でラインごとに総和し、こうして放射強度たとえば蛍光強度のｙ方向（回転するディスク上での角度方向）における一次元ｙ総和グラフが得られる。グラフ上の各々のｙ座標は、同じｙ座標を有する径方向での画素値の和となる。

第２のステップであるステップχ２では、たとえば中間フィルタ関数により、ｙ総和グラフをフィルタリングして外乱ピークを除去する。

第３のステップであるステップχ３では、ｙ方向（回転するディスク上での角度方向）における検出区域の中心を算出して突き止める。これのために、或る相関ならびに相関長さへの入力値としての既知の検出区域幅およびフィルタリングされたｙ総和グラフを用いる。通常これにより１つの大きなピークのあるグラフが得られる。

第４のステップであるステップχ４では、最大ピークの中心を検出区域の中心にセットする。こうして、中心および検出区域／粒子床幅についての既知のデータを用い、粒子床端縁の位置および径方向の延長を算出することが可能となる。これにより径方向の境界／端縁画素がわかる。

第５のステップであるステップχ５では、先のステップで求められた限界（境界）を用い、画像において放射強度をｙ方向（回転するディスク上での角度方向）で総和して、放射強度のｘ方向（径方向）でのｘ総和グラフ（径方向総和グラフ）を得る。この画素値の総和は、ステップχ１と同じやり方によって同じ平面内で直交する方向に行なわれる。

次のステップであるステップχ６では、ｘ総和グラフを中間フィルタ関数によりフィルタリングして外乱ピークを除去する。

第７のステップであるステップχ７では、階段関数と、フィルタリングされたｘ総和グラフとの相関を用いてｘ方向での検出区域の開始を判定する。この数学的プロセスの結果として端縁曲線が得られる。図９を参照されたい。

ステップχ８では、上記端縁曲線を傾斜（ramp）関数で乗算することで、流入口と反対にある端縁近くにある外乱ピークを抑制する。

ステップχ９の目的は検出区域の開始位置を見つけることであり、これのために、フィルタリングされた端縁曲線（ステップχ８からのもの）での最高の正ピーク中心を見つけ、最小検出区域長さを用いて検出区域の終了位置を算出する。

こうして検出区域端縁、境界画素のおおよその位置がわかる。

第１０のステップであるステップχ１０では、画像処理（参照文献［１］、３６０頁以下）のために最適な閾値技術を用いて大域的閾値を求める。バックグラウンドおよび粒子
床ピークは同じ分散で正規分布すると仮定する。外乱フィルタリング画像から、推定バックグラウンド強度を、（区域Ａ１＋Ａ３での中間バックグラウンド強度または区域Ａ２での中間強度バックグラウンド）の最大値として算出する。図１３に区域Ａ１，Ａ２，Ａ３の位置および配向を例示する。推定物質強度を検出区域の中間値として算出する。反復ステップについての開始値を、推定バックグラウンド強度と推定物質強度との平均として算出する。

ステップχ１１では、推定物質強度で規定される最大強度値と、推定バックグラウンド強度で規定される最小値との間で大域的閾値を反復的に調整することにより、検出区域の適当な位置の内側におけるｙ方向（角度方向）での画素の平均数を検出区域幅と等しくする。

ステップχ１２では、こうして算出された大域的閾値を用いて、蓄積された画像、特に蓄積された外乱フィルタリング画像をバイナリ符号化することによってバイナリ符号化外乱フィルタリング画像が得られる。

ステップδ：検出区域の外側にあるバイナリオブジェクトの除去
以下のステップδ１〜δ２の目的は、検出区域の外側にある外乱を除去することである。以下のアルゴリズムは上記バイナリ符号化外乱フィルタリング画像のデータを処理し、ここではすべてのオブジェクトが１すなわちバイナリＨにセットされる。さらに、おおよそのものとして算出された検出区域位置の境界内には除去すべきオブジェクトはなく、検出区域が画像の最大の区域であると仮定する。

図１０に、検出区域の外側にあるバイナリオブジェクトを除去するためのステップδをフローチャートで概略的に示す。

第１のステップであるステップδ１では、上記バイナリ符号化外乱フィルタリング画像にあるオブジェクトすべてをラベル付けし、各々のオブジェクトにおけるつながった画素の数すなわち面積を求める。ラベル付けは画像処理で公知の方法である。

第２のステップであるステップδ２では、おおよその検出区域位置の内側にある最大のオブジェクトを除くすべてのオブジェクトを除去することによりバイナリ検出区域画像を生成する。

ステップε：検出区域における不所望の区域の除去
しばしば、検出区域内にある「正規化された」区域の量すなわち所定の画素量を算出することが目的となる。これを行なうことで、同じマイクロ流体デバイス上での検出区域間の分散を最小限にする。この分散は特に検出区域からの蛍光などのバックグラウンド放射に依存する。検出区域内の強度信号の三次元分布は、検出区域長さの小さなばらつきから独立していると仮定する。対応する検出マイクロキャビティの流入口に最も近いであろう検出区域の部分から導出された物質信号。用いられるアルゴリズムは、ＣＤの内部から始まるバイナリ検出区域画像における正規化された区域（（検出区域幅）を（最小検出区域長さ）で乗算したもの）内の画素のみを含む新たなバイナリ画像を生成するためのプロセスである。

図１１では、検出区域における不所望の区域を除去するためのステップεをフローチャートで概略的に示す。

第１のステップであるステップε１では正規化区域画像を生成する。これのために、バイナリ検出区域画像において、正規化された区域（（検出区域幅）を（最小検出区域長さ
）で乗算したもの）の場所の外側にあるバイナリＨで示された画素すべてをバイナリ「Ｌ」にセットする。

第２のステップであるステップε２では、この発明のプロセスで以前に生成され蓄積された外乱フィルタリング画像と正規化区域画像との中にある各々の対応する画素を互いに乗算し、正規化区域に対して算出たとえば積分を行なう。

ステップφ：雑音の多い画像におけるデフォルト検出区域の適用
上述の方法は、物質信号を隠してしまう極めて雑音の多い画像に対しては良好には機能せず、または全く機能しない。以下のアルゴリズムは、処理された画像がすべて同じ組の検出区域たとえば同じＣＤに由来する場合に機能する。これにより検出区域が角度位置で良好に規定され、径方向では極めて良好に規定される。

調査区域内の検出区域の位置を突き止めるためのアルゴリズムの際に、信頼度の高い検出区域の位置すべてが蓄積される。

図１２では、雑音の多い画像にデフォルト検出区域を適用するためのステップφをフローチャートで概略的に示す。

雑音の多い画像にデフォルト検出区域を適用する方法は以下のステップを含み得る。

ステップφ１ 高信頼度の基準を満たす、あらゆる判定された検出区域位置（ステップχ）を自動的に保存する
ステップφ２ 平均検出区域位置を算出する
ステップφ３ １つ以上の所定の条件が満たされていれば、平均検出区域位置を自動的に使用する。

或る検出区域についての平均位置が、以下の条件すべてを満たす算出検出区域すべてに自動的に適用されることになる。

・その開始角度位置は、［検出区域幅］により乗算された［量］よりも大きい程度で平均開始位置から異なり、ここで［量］は０〜１から選択される。

・正規化区域画像における、あらゆる半径についての角度方向でのバイナリＨ画素の平均数は、［検出区域幅］により乗算された［量］よりも小さく、ここで［量］は０〜１から選択される。

・停止角度位置と開始位置との差は［検出区域幅］により乗算された［量］よりも大きく、ここで［量］は１〜１０から選択される。

・正規化区域画像における、あらゆる半径についての角度方向でのバイナリＨ画素の数は、［最小検出区域長さ］により乗算された［検出区域幅］により乗算された［量］よりも小さく、ここで［量］は０〜１から選択される。

一般に、収集された放射に関連付けられた物質の量を求めるための方法におけるステップ（ｄ）および（ｅ）、ならびに上述の他の個々の方法ステップまたはその組合せはいずれも、たとえば制御部またはその他に含められる適当なソフトウェアにより行なわれ、たとえばこれはここに記載した革新的な装置と物理的に連結されない。

この発明はまた、革新的な方法のステップ（ａ）〜（ｃ）により組立てられた、放射デ
ータを処理するためのコンピュータプログラムに関する局面を含む。このような局面の１つでは、コンピュータプログラム製品は、
（１） 上述のステップ（ｄ）のために記載されたサブステップのうち１つ以上を含む、このステップのシーケンス変形例に対応するプログラムコード要素を含み、
（２） 適当なハードウェアにインストールされると、回転可能であるかどうかにかかわらずあらゆる種類のマイクロ流体デバイスにおいて、上記ステップ（ｃ）を行なうことで得られたデータに対して上述のサブステップのシーケンスを上記ハードウェア（コンピュータ）が実行することを引起こすことができる。

他のコード要素、たとえばステップ（ｅ）に対応するものを含めることで、シーケンス（ｄ）〜（ｅ）を実行することもできる。もう１つ、コンピュータプログラムに関する局面として、コンピュータプログラム可読手段に蓄積されたコンピュータプログラム製品があり、この製品はロードされると、蓄積されたコンピュータプログラム製品にあるコード要素に対応するステップのシーケンスをコンピュータが実行することを可能にする。さらにもう１つのコンピュータプログラムに関する局面は、革新的なコンピュータプログラム製品のうち少なくとも１つを有するャリアである。このキャリアはコンピュータメモリ、読出専用メモリまたは電気信号キャリアであり得る。

この発明は、請求項１から請求項１６のいずれかに記載のステップを実行するためのソフトウェアコード手段を含む、検出装置における制御部内の処理ユニットの内部メモリ記憶装置内へ直接ロード可能なコンピュータプログラム製品として実現され得る。

さらにこの発明は、請求項１から請求項１６のいずれかに記載のステップの実行をコンピュータ手段内の処理ユニットが制御することを引起こすための可読プログラムを含むコンピュータ利用可能媒体に蓄積されたコンピュータプログラム製品に関する。

上記コンピュータ利用可能媒体は、記録媒体、コンピュータメモリ、読出専用メモリまたは電気キャリア信号である。

この発明についてのいくつかの革新的な局面は、前掲の特許請求の範囲においてより詳細に規定される。この発明およびその利点について詳細に説明したが、前掲の特許請求の範囲に規定されたこの発明の意味および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更、置換および変形がここで可能であると理解されるであろう。さらに本願の範囲は、この明細書内で記載されたプロセス、機械、製造、材料組成、手段、方法およびステップの特定の実施例に限定されることを意図してはいない。当業者であればこの発明の開示から容易に認識するであろうように、現在存在するかまたは後に開発されることになるプロセス、機械、製造、材料組成、手段、方法またはステップであって、ここに記載の対応する各実施例と実質的に同じ機能を実行または実質的に同じ結果を達成するものがこの発明に従って利用可能であり得る。したがって前掲の特許請求の範囲は、その範囲内においてこのようなプロセス、機械、製造、材料組成、手段、方法またはステップを含むことを意図している。

この発明の装置およびその主要部分を概略的に示す図である。 ディスク（マイクロ流体デバイス）の上に配置された検出器ヘッドを示す断面図である。 円形のディスクにおいて用いられ得る１組のマイクロ流路構造を示す図である。 調査区域および検出区域を示す図である。 この発明に従う方法ステップαの第１の変形例α′を示すフローチャートである。 この発明に従う方法ステップαの第２の変形例α″を示すフローチャートである。 この発明に従う方法ステップβを示すフローチャートである。 この発明に従う方法ステップχを示すフローチャートである。 端縁曲線を示す図である。 この発明に従う方法ステップδを示すフローチャートである。 この発明に従う方法ステップεを示すフローチャートである。 この発明に従う方法ステップφを示すフローチャートである。 調査区域および検出区域ならびにこれを取囲む区域Ａ１〜Ａ３を示す図である。

Claims (31)

1. マイクロ流体デバイスのマイクロ流路構造の或る検出マイクロキャビティと前記検出マイクロキャビティに存在する或る物質とに関連した物質データおよび雑音データを含む画像、典型的には物質生データ画像における雑音を低減させる方法であって、前記物質生データ情報は、検出区域に関連付けられた調査区域における放射データを走査および収集することができる検出装置を用いて入手され、収集された前記放射データは、物質生データとしての前記物質の量についての測定データとして、データ記憶装置において組をなして蓄積され、前記方法は、
   バックグラウンド放射データを含みかつ物質データ情報を含まない画像すなわちバックグラウンド放射画像を用いて（ステップα′）、またはバックグラウンド放射データについての算出された中間値を用いて（ステップα″）バックグラウンド放射データを減少させるステップと、
   利用可能であればバックグラウンド放射画像へアクセスし、または利用可能でなければバックグラウンド放射画像を生成するステップ（ステップα′１）と、
   利用可能であれば対応する物質生データ画像へアクセスし、または利用可能でなければ物質生データ画像を生成するステップ（ステップα′２）と、
   前記画像２つを相互に関係付けて相関画像を生成するステップ（ステップα′３）と、
   前記相関画像における最大画素の強度の値の位置を突き止めるステップ（ステップα′４）と、
   特定された画素位置を用いることによって前記画像を適正に整列させ、対応する物質生データ画素値からバックグラウンド放射画像を差し引き、こうして生成されたバックグラウンド処理画像を蓄積するステップ（ステップα′５）とを含むことを特徴とする、方法。
2. 利用可能であれば対応する物質生データ画像へアクセスし、または利用可能でなければ物質生データ画像を生成するステップ（ステップα″１）と、
   バックグラウンド放射についての中間値を求めるステップ（ステップα″２）と、
   中間値寄与を物質生データ画像の画素値から差し引き、こうして得られたバックグラウンド処理画像を蓄積するステップ（ステップα″３）とを含むことを特徴する、請求項１に記載の方法。
3. ピーク外乱を減少させるステップ（ステップβ）を含み、ピーク雑音は取囲む副区域から内挿することで除去されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記ピーク外乱を減少させるステップ（ステップβ）が、
   ２つの次元においてラプラシアンフィルタを用い、以前に蓄積された画像、典型的にはバックグラウンド処理画像からラプラシアン処理画像を生成するステップ（ステップβ１）と、
   以前に蓄積された画像、典型的にはバックグラウンド処理画像から外乱閾値を算出するステップ（ステップβ２）と、
   推計学的なバックグラウンド雑音の標準偏差および標準統計関数平均を用いて計算される外乱閾値限界を用いてバイナリ符号化ラプラシアン処理画像を生成するステップ（ステップβ３）と、
   ピークの高強度画素であるクラスタ内に開始点を見つけるステップ（ステップβ４）と、
   前記開始点を取囲む最小矩形区域を判定するステップ（ステップβ５）と、
   各々の外乱ピークの区域内で内挿値を算出し、前記ピークの元のデータを置換し、こうして得られた外乱フィルタリング画像を蓄積するステップ（ステップβ６）とを含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 大域的閾値を求めるステップ（ステップχ）は、調査区域のうちその強度が検出区域内の画素より高いものがごく少数でしかなくなるまで異なる閾値を試験する反復作業を行なうことにより有効な大域的閾値を判定するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記大域的閾値を求めるステップ（ステップχ）が、
   ｙ総和グラフを生成するステップ（ステップχ１）と、
   ｙ総和グラフを中間フィルタリングするステップ（ステップχ２）と、
   検出区域の中心位置を判定するステップ（ステップχ３）と、
   検出区域の径方向の端縁を判定するステップ（ステップχ４）と、
   ｘ総和グラフを生成するステップ（ステップχ５）と、
   ｘ総和グラフを中間フィルタリングするステップ（ステップχ６）と、
   端縁曲線を求める（相関）ステップ（ステップχ７）と、
   前記端縁曲線における外乱ピークを抑制するステップ（ステップχ８）と、
   前記検出区域の開始位置および終了位置を判定するステップ（ステップχ９）と、
   前記大域的閾値の開始値を判定するステップ（ステップχ１０）と、
   前記大域的閾値を、正しい検出区域幅を与える値へ調整するステップ（ステップχ１１）と、
   前記大域的閾値を用いてバイナリ符号化外乱フィルタリング画像を生成するステップ（ステップχ１２）とを含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記検出区域の外側にあるバイナリオブジェクトを除去するステップ（ステップδ）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 前記検出区域の外側にあるバイナリオブジェクトを除去するステップ（ステップδ）が、
   蓄積された外乱フィルタリング画像をバイナリ符号化することで得られるバイナリ符号化外乱フィルタリング画像にあるオブジェクトすべてをラベル付けし、各々のオブジェクトにおけるつながった画素の数を求めるステップ（ステップδ１）と、
   おおよその検出区域位置の内側にある最大のオブジェクトを除くすべてのオブジェクト
   を除去することによりバイナリ検出区域画像を生成するステップ（ステップδ２）とを含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記検出区域における不所望の区域を除去するステップ（ステップε）を含み、前記検出区域における不所望の区域を除去するステップ（ステップε）が、検出区域位置の内側にある最大のオブジェクトを除くすべてのオブジェクトを除去することにより生成されるバイナリ検出区域画像において、所定の画素量を表わす正規化区域（（最小検出区域長さ）により乗算された（検出区域幅））の場所の外側にあるバイナリＨで示された画素すべてをバイナリ「Ｌ」へセットすることにより正規化区域画像を生成するステップ（ステップε１）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 前記検出区域における不所望の区域を除去するステップ（ステップε）が、
    この発明のプロセスで以前に生成され蓄積された外乱フィルタリング画像と前記正規化区域画像との中にある各々の対応する画素を互いに乗算し、前記正規化区域に対して算出たとえば積分を行なうステップ（ステップε２）を含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 雑音の多い画像にデフォルト検出区域を適用するステップ（ステップφ）を含み、
    前記雑音の多い画像にデフォルト検出区域を適用するステップが、
    高信頼度の検出区域位置を保存するステップ（ステップφ１）と、
    平均検出区域位置を算出するステップ（ステップφ２）と、
    前記平均検出区域位置をデフォルト検出区域として使用するステップ（ステップφ３）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
12. マイクロ流体デバイスおよび検出装置を用いて少なくとも１の物質の測定値を求める方法であって、前記マイクロ流体デバイスが、流入ポートおよび検出マイクロキャビティを各々が有する複数のマイクロ流路構造と、前記検出マイクロキャビティの１つに各々が連結された複数の検出区域とを含み、前記検出装置が前記検出区域の各々にある個々の副区域からの放射を収集することができ、前記方法は、
    （ａ） マイクロ流路構造によって前記複数のマイクロ流路構造のうち少なくとも１つにある１つ以上の液体部分試料を処理するステップを含み、こうして前記物質が、前記複数のマイクロ流路構造のうち前記少なくとも１つの各々についての検出マイクロキャビティ内に保持され、さらに、
    （ｂ） ステップ（ａ）が実行されたマイクロ流路構造の一部をなす検出マイクロキャビティに連結された検出区域を走査するステップを含み、こうして各々の走査された検出区域内の個々の副区域（画素）からの放射が入手され、前記走査が前記検出装置を用いて実行され、さらに、
    （ｃ） 制御部によって各々の走査された検出区域内の副区域の関数として放射を積分し、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法を実行するステップを含み、こうして各々の検出区域からの放射の量が入手され、さらに、
    （ｄ） ステップ（ｃ）で入手された量の各々につき、前記制御部によって、各々のマイクロ流路構造について用いられたプロセスプロトコルに含められた反応変数を特性記述するステップを含む、方法。
13. 積分が、単に各々の検出区域の一部すなわち正規化区域に対して行なわれる、請求項１２に記載の方法。
14. 検出装置の制御部などのコンピュータ手段内の処理ユニットの内部メモリ記憶装置にロード可能なコンピュータプログラムであって、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法を実行または制御するためのソフトウェアコード手段を含む、コンピュータプログ
    ラム。
15. 前記コンピュータ利用可能媒体が記録媒体であることを特徴とする、請求項１４に記載のコンピュータプログラム。
16. 前記コンピュータ利用可能媒体がコンピュータメモリであることを特徴とする、請求項１４に記載のコンピュータプログラム。
17. 前記コンピュータ利用可能媒体が読出専用メモリであることを特徴とする、請求項１４に記載のコンピュータプログラム。
18. 前記コンピュータ利用可能媒体が電気的キャリア信号であることを特徴とする、請求項１４に記載のコンピュータプログラム。
19. マイクロ流体デバイスのマイクロ流体構造の或る検出マイクロキャビティと前記検出マイクロキャビティに保持された或る物質とに関連した物質データおよび雑音データを含む画像、好ましくは物質生データ画像における雑音を低減させるための装置であって、前記物質生データ情報は、前記検出マイクロキャビティに連結された検出区域に関連付けられた調査区域における放射データを走査および収集することができる検出装置を用いて入手され、収集された前記放射データは、物質生データとしての前記物質の量についての測定データとして、データ記憶装置において組をなして蓄積され、前記装置はさらに前記装置を制御するための処理ユニットを含み、前記装置は、
    バックグラウンド放射データを含みかつ物質データ情報を含まない画像、典型的にはバックグラウンド放射画像を用いて（ステップα′）、またはバックグラウンド放射データについての算出された中間値を用いて（ステップα″）バックグラウンド放射データを減少させるためのコンピュータ手段と、
    バックグラウンド放射画像へアクセスするためのコンピュータ手段およびバックグラウンド放射画像を生成するためのコンピュータ手段（ステップα′１）と、
    対応する物質生データ画像へアクセスするためのコンピュータ手段および物質生データ画像を生成するためのコンピュータ手段（ステップα′２）と、
    前記画像２つを相互に関係付けて相関画像を生成するためのコンピュータ手段（α′３）と、
    最大画素値の位置を突き止めるためのコンピュータ手段（ステップα′４）と、
    前記画像を適正に位置付けるためのコンピュータ手段、対応する画素値から差し引くためのコンピュータ手段およびこうして生成されたバックグラウンド処理画像を蓄積するためのメモリ記憶手段（ステップα′５）とを含むことを特徴とする、装置。
20. 対応する物質生データ画像へアクセスするためのコンピュータ手段およびバックグラウンド放射画像を生成するためのコンピュータ手段（ステップα″１）と、
    バックグラウンド放射データについての中間値を求めるためのコンピュータ手段（ステップα″２）と、
    前記中間値寄与を物質生データ画像の画素値から差し引くためのコンピュータ手段およびこうして得られたバックグラウンド処理画像を蓄積するためのメモリ記憶手段（ステップα″３）とを含むことと特徴とする、請求項１９に記載の装置。
21. ピーク外乱を減少させるためのコンピュータ手段（ステップβ）を含み、ピーク雑音は取囲む副区域から内挿することで除去されることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
22. 前記ピーク外乱を減少させるためのコンピュータ手段（ステップβ）が、
    ２つの次元においてラプラシアンフィルタを用い、以前に蓄積されたバックグラウンド処理画像からラプラシアン処理画像を生成するための処理ユニット手段（ステップβ１）と、
    前記バックグラウンド処理画像から外乱閾値を算出するための処理ユニット手段（ステップβ２）と、
    推計学的なバックグラウンド雑音の標準偏差および標準統計関数平均を用いて計算される外乱閾値限界を用いてバイナリ符号化ラプラシアン処理画像を生成するための処理ユニット手段（ステップβ３）と、
    ピークの高強度画素であるクラスタ内に開始点を見つけるための処理ユニット手段（ステップβ４）と、
    前記開始点を取囲む最小矩形区域を判定するための処理ユニット手段（ステップβ５）と、
    各々の外乱ピークの区域内で内挿値を算出し、前記ピークの元のデータを置換し、こうして得られた外乱フィルタリング画像を蓄積するための処理ユニット手段（ステップβ６）とを含むことを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
23. 大域的閾値を求めるためのコンピュータ手段（ステップχ）は、調査区域のうちその強度が検出区域内の画素より高いものがごく少数でしかなくなるまで異なる閾値を試験する反復作業を行なうことにより有効な大域的閾値を判定する判定手段を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
24. 前記大域的閾値を求めるためのコンピュータ手段（ステップχ）が、
    ｙ総和グラフを生成するための処理ユニット手段（ステップχ１）と、
    ｙ総和グラフを中間フィルタリングするための処理ユニット手段（ステップχ２）と、
    検出区域の中心位置を判定するための処理ユニット手段（ステップχ３）と、
    検出区域の径方向の端縁を判定するための処理ユニット手段（ステップχ４）と、
    ｘ総和グラフを生成するための処理ユニット手段（ステップχ５）と、
    ｘ総和グラフを中間フィルタリングするための処理ユニット手段（ステップχ６）と、
    端縁曲線を求める（相関）ための処理ユニット手段（ステップχ７）と、
    前記端縁曲線における外乱ピークを抑制するための処理ユニット手段（ステップχ８）と、
    前記検出区域の開始位置および終了位置を判定するための処理ユニット手段（ステップχ９）と、
    前記大域的閾値の開始値を判定するための処理ユニット手段（ステップχ１０）と、
    前記大域的閾値を、正しい検出区域幅を与える値へ調整するための処理ユニット手段（ステップχ１１）と、
    前記大域的閾値を用いてバイナリ符号化外乱フィルタリング画像を生成するための処理ユニット手段（ステップχ１２）とを含むことを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
25. 前記検出区域の外側にあるバイナリオブジェクトを除去するためのコンピュータ手段（ステップδ）を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
26. 前記検出区域の外側にあるバイナリオブジェクトを除去するためのコンピュータ手段（ステップδ）が、
    蓄積された外乱フィルタリング画像をバイナリ符号化することで得られるバイナリ符号化外乱フィルタリング画像にあるオブジェクトすべてをラベル付けし、各々のオブジェクトにおけるつながった画素の数を求めるための処理ユニット手段（ステップδ１）と、
    おおよその検出区域位置の内側にある最大のオブジェクトを除くすべてのオブジェクトを除去することによりバイナリ検出区域画像を生成するための処理ユニット手段（ステップδ２）とを含むことを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
27. 前記検出区域における不所望の区域を除去するためのコンピュータ手段（ステップε）を含み、前記検出区域における不所望の区域を除去するための手段（ステップε）が、検出区域位置の内側にある最大のオブジェクトを除くすべてのオブジェクトを除去することにより生成されるバイナリ検出区域画像において、所定の画素量を表わす正規化区域（（最小検出区域長さ）により乗算された（検出区域幅））の場所の外側にあるバイナリＨで示された画素すべてをバイナリ「Ｌ」にセットすることにより正規化区域画像を生成するための処理ユニット手段（ステップε１）を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
28. 前記検出区域における不所望の区域を除去するための手段（ステップε）が、
    この発明のプロセスで以前に生成され蓄積された外乱フィルタリング画像と前記正規化区域画像との中にある各々の対応する画素を互いに乗算し、前記正規化区域に対して算出たとえば積分を行なうための処理ユニット手段（ステップε２）を含むことを特徴とする、請求項２７に記載の装置。
29. 雑音の多い画像にデフォルト検出区域を適用するためのコンピュータ手段（ステップφ）を含み、
    前記雑音の多い画像にデフォルト検出区域を適用するためのコンピュータ手段が、
    高信頼度の検出区域位置を有するための処理ユニット手段（ステップφ１）と、
    平均検出区域位置を算出するための処理ユニット手段（ステップφ２）と、
    前記平均検出区域位置をデフォルト検出区域として使用するための処理ユニット手段（ステップφ３）とを含むことを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
30. 少なくとも１の物質の測定値を求めるための装置であって、
    （ａ） マイクロ流体デバイスおよび検出装置を含み、前記マイクロ流体デバイスが、流入ポートおよび検出マイクロキャビティを各々が有する複数のマイクロ流路構造と、前記検出マイクロキャビティの１つに各々が連結された複数の検出区域とを含み、前記検出装置が、前記検出区域の各々にある個々の副区域からの放射を収集することができ、さらに、
    （ｂ） 各々の走査された検出区域内の副区域の関数として放射を積分するための手段を含み、こうして各々の検出区域からの放射の量を入手し、さらに、
    （ｃ） 放射を積分するための手段から入手された量の各々につき、各々のマイクロ流路構造について用いられたプロセスプロトコルに含められた反応変数を特性記述するための手段と含み、
    前記放射を積分するための手段は、請求項１９から請求項２９のいずれかに記載の装置を含む、装置。
31. 前記放射を積分するための手段によって積分された副区域が正規化区域であることを特徴とする、請求項３０に記載の装置。

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