JP4740952B2 - 光信号解析装置および光信号解析方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第一実施形態による光信号解析装置を概略的に示している。光信号解析装置100は、複数の光照射部L1,L2,・・・,Lnと、複数の光検出部D1,D2,・・・,Dnと、データ解析部32とを備えている。
試料についての測定データとして、二つの測定点P1とP2におけるデジタルデータすなわち二つの測定点P1とP2の光の揺らぎ信号を取得する。取得した二つの測定点P1とP2のデジタルデータは直接計算に用いられるが、補間方法により図2と図3に示した通りの連続信号で表示することができる。
取得データが存在するか否かを判断し、Yesの場合はステップS2に進み、Noの場合はイメージング判断ステップS14に入る。
読み込みデータ数をカウントする。このデータ総数は、チャンネル計算、総合計算などに用いる。
マルチプルτ方式のプロットτ値(チャンネル値)とチャンネル数などを計算する。マルチプルτ方式は読み込んだデータの総数によりチャンネル数を決める。具体的な計算方法は図5に示す通りである。つまり、ビンタイムτ0を基準値として最初の16個のチャンネル値とし、以降の8個ごとのチャンネル値はビンタイムτ0が2倍に増える値を基準値とする。図5は、ビンタイムτ0を基準値とする一般的なチャンネル値を示し、図6は、ビンタイムτ0が2μ秒の場合のチャンネル値を示している。
ステップS4では測定点P1のデータ再構成を行ない、ステップS5では測定点P2のデータ再構成を行なう。つまり、基準値(増分)が異なる各チャンネルの最初チャンネルのデータを計算する。測定点P1と測定点P2の測定データIP1とIP2に対して、和計算処理を行なう。チャンネル16以降の遅延時間τは、8チャンネルごとに基準値(増分)を2倍に増しているため(ステップS3を参照)、各チャンネルのデータは基準値(増分)が2倍に増える前の二つのデータ和からなる。具体的なデータの変化は図7の通りである。二つの測定点P1とP2において、それぞれの和計算の処理を行なうことにより、取得データから次々と新しい基準値(増分)を有するチャンネルのデータが形成され、新しいデータ形態が構成される。しかし、実際のデータ再構成処理では、最初チャンネル以外のチャンネルのデータは、最初チャンネルのデータを移動させることで構成される。
データの総和を計算する。つまり、測定点P1と測定点P2の測定データIP1とIP2に対して、マルチプルτ方式の各チャンネル値位置におけるそれぞれ変数のデータ総和を計算する。
同じ測定点におけるデータ間の積和計算を行なう。つまり、測定点P1と測定点P2の測定データIP1とIP2に対して、測定点P1の場合、図8に示されるように、同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置のデータと0列目データとの掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、図5に示される各段のチャンネルに対応する測定点P1のデータ列において、最初のデータとほかの各データとの積の和を求める。また、測定点P2に対しても同様な計算処理を行なう。
同じ測定点におけるデータ積和計算の回数をカウントする。つまり、データ積和計算の回数のカウントは、ステップS8とS9の計算と同時に行なう。
異なる測定点間のデータの積和計算を行なう。つまり、測定点P1の0列目データと測定点P2のデータとの積和計算を行なう。図9に示されるように、測定点P2の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置のデータと測定点P1の0列目のデータとの掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1のデータ列と測定点P2のデータ列において、測定点P1のデータ列の最初のデータと測定点P2のデータ列の各データとの積の和を求める。
異なる測定点間のデータ積和計算の回数をカウントする。つまり、データ積和計算の回数のカウントは、ステップS12の計算と同時に行なう。
演算終了およびイメージング判断を行なう。Yesの場合には総合相関計算のステップS15に入り、Noの場合にはデータ取得判断のステップS1に戻る。
データの読み込みが終了した場合(またはステップS14がYesの場合)、上述した諸計算結果に基づいて、二つの測定点P1とP2のそれぞれの自己相関関数の推定と二つの測定点P1とP2の間の点間相互相関関数の推定とを行なう。つまり、P1→P2とP1→P1とP2→P2の各相関方向に対してそれぞれ異なる解析式を用いて相関関数を推定する。
各最終計算結果に基づいて、点間相互相関関数のカーブ表示などの処理を行なう。
図10は、本発明の第二実施形態による光信号解析装置を概略的に示している。光信号解析装置200は、単一の光照射部Lと、単一の光検出部Dと、データ解析部32とを備えている。
試料についての測定データとして、二つの測定点P1とP2における時系列測定データを取得する。取得した時系列混在データの補間方法による連続信号は図11に示した通りである。
取得データが存在するか否かを判断し、Yesの場合はステップS2に進み、Noの場合はイメージング判断のステップS18に入る。
読み込みデータ数をカウントする。このデータ総数は、チャンネル計算、総合計算などに用いる。
マルチプルτ方式のプロットτ値(チャンネル値)とチャンネル数などを計算する。マルチプルτ方式は読み込んだデータの総数によりチャンネル数を決める。具体的な計算方法は第一実施形態の図5に示した通りである。つまり、ビンタイムτ0を基準値として最初の16個のチャンネル値とし、以降の8個ごとのチャンネル値はビンタイムτ0が2倍に増える値を基準値とする。
測定点の識別を行なう。つまり、同時に測定した測定点数と測定点番号を判断する。ステップS4で測定点がP1の場合には、入力データが測定点P1の有効なデータとしてステップS6以降で処理され、測定点P2のデータはステップS5でゼロとして処理される。また、ステップS4で測定点がP2の場合には、入力データが測定点P2の有効なデータとしてステップS6以降で処理され、測定点P1のデータはステップS5でゼロとして処理される。また、測定点P1とP2以外の場合には、同様に測定点P1のデータはステップS5でゼロとして補間処理される。
データ抽出を行なう。つまり、測定点ごとにデータを分割する。複数測定点において、測定点を時系列で切り替えながら測定した場合、複数測定点のデータが混在している時系列混在データが得られる。ここで、時系列混在データを測定点ごとのデータに分割する。例えば、測定点P1とP2において、図11のようなP1→P2→P1の順にデータ測定が行われた場合、測定したデータにはP1、P2の二つの測定データが時系列で配列される。このデータを図15のような具体的なデータ表に例え、測定点ごとのデータ分割方法を説明する。測定点P1において、まず、混在データから測定点P1のデータだけを抽出する。次に、そのほかの測定点(測定点P2)に相当する位置にはデータ0を埋め込む。その結果、図16に示される測定点P1の分割データテーブルが作成される。同様に、測定点P2に対して、異なる分割データテーブルを作成する。つまり、光検出器28から出力される揺らぎ信号に基づいて二つの測定点P1とP2からのそれぞれの光に対応する二つの擬似データが生成される。この擬似データは、時分割の検出によって発生する信号が欠落する期間が所定値のデータによって補間されている。その結果、二つの測定点P1とP2に対して、二枚の分割データテーブルが構成される。
時分割の検出によって発生する信号またはデータが欠落する期間の解析結果に対する影響を防止するため、信号またはデータが欠落する期間と、それ以外の期間との間で異なる重み付けを行なう。このための重み係数テーブルを作成する。つまり、測定点ごとに重み係数の分割を行なう。複数測定点において、測定点を時系列で切り替えながら測定した場合、測定データには、データの大きさを表す部分のほかにデータの測定点位置を表す部分が含まれている。この部分も測定点ごとに分割するが、複数測定点測定のマルチプルτ方式では重み係数として計算に用いる。二つの測定点P1とP2に対してデータ測定が行われた場合、データ数1個(重み係数=1)で表す。まず、データ信号の分割と同様に、測定点P1に対する重み係数だけを抽出する。次に、その他の測定点に相当する位置には0という重み係数を埋め込む。その結果、図17に示される測定点P1の分割重み係数テーブルが作成される。同様に、測定点P2に対して、それぞれの異なる分割重み係数テーブルを作成する。つまり、二つの測定点P1とP2に対して、二枚の分割重み係数テーブルが構成される。
データ再構成を行なう。つまり、基準値(増分)が異なる各チャンネルの最初チャンネルのデータを計算する。測定点P1と測定点P2の分割データテーブルにより、測定点ごとに和計算処理を行なう。チャンネル16以降の遅延時間τは、8チャンネルごとに基準値(増分)を2倍に増しているため(第一実施形態のステップS4とS5を参照)、各チャンネルのデータは基準値(増分)が2倍に増える前の二つのデータ和からなる。具体的なデータの変化は図18の通りである。二つの測定点P1とP2において、それぞれの和計算の処理を行なうことにより、データ分割テーブルから次々と新しい基準値(増分)を有するチャンネルのデータが形成され、新しいデータ形態が構成される。
重み係数再構成を行なう。つまり、基準値(増分)が異なる各チャンネルの最初チャンネルの重み係数を計算する。測定点P1と測定点P2の分割重み係数テーブルにより、測定点ごとに和計算処理を行なう。重み係数テーブルの変化はステップS8と同様に、和計算処理の経過とともに、次々と新しい基準値(増分)を有するチャンネルの重み係数が形成され(図19)、新しい重み係数形態が構成される。
測定点P1の抽出データIP1に対して、データ間の積和計算を行なう。つまり、図20に示されるように、測定点P1の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置のデータと0列目データとの掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1のデータ列において、最初のデータとほかの各データとの積の和を求める。次に、測定点P2の抽出データIP2に対して、データ間の積和計算を行なう。つまり、同様な処理を測定点P2において行ない、測定点P2の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置のデータと0列目データとの掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P2のデータ列において、最初のデータとほかの各データとの積の和を求める。
測定点P1の抽出重み係数WP1に対して、重み係数間の積和計算を行なう。つまり、測定点P1の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置の重み係数と0列目重み係数との掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1の重み係数列において、最初の重み係数とほかの各重み係数との積の和を求める。次に、測定点P2の抽出重み係数WP2に対して、重み係数間の積和計算を行なう。つまり、同様な処理を測定点P2において行ない、測定点P2の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置の重み係数と0列目重み係数との掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P2の重み係数列において、最初の重み係数とほかの各重み係数との積の和を求める。
測定点P1の抽出データIP1と重み係数WP1に対して、0列目データと重み係数との積和計算を行なう。つまり、測定点P1の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置の重み係数と0列目データとの掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1のデータ列と重み係数列において、データ列の最初のデータと重み係数列の各重み係数との積の和を求める。次に、測定点P2の抽出データIP2と重み係数WP2に対して、データと重み係数との積和計算を行なう。つまり、同様な処理を測定点P2において行ない、測定点P2の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置の重み係数と0列目データとの掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1のデータ列と重み係数列において、データ列の最初のデータと重み係数列の各重み係数との積の和を求める。
測定点P1の抽出重み係数WP1とデータIP1に対して、0列目重み係数とデータとの積和計算を行なう。つまり、測定点P1の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置のデータと0列目重み係数との掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1のデータ列と重み係数列において、重み係数列の最初の重み係数とデータ列の各データとの積の和を求める。次に、測定点P2の抽出重み係数WP2とデータIP2に対して、重み係数とデータとの積和計算を行なう。つまり、同様な処理を測定点P2において行ない、測定点P2の同じ基準値(増分)を有するチャンネル位置のデータと0列目重み係数との掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P2のデータ列と重み係数列において、重み係数列の最初の重み係数とデータ列の各データとの積の和を求める。
測定点P1と測定点P2の抽出データIP1とIP2に対して、二つの測定点P1とP2のデータ間の積和計算を行なう。つまり、図21に示されるように、同じ基準値(増分)を有する測定点P2のチャンネル位置のデータと測定点P1の0列目データとの掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1のデータ列と測定点P2のデータ列において、測定点P1のデータ列の最初のデータと測定点P2のデータ列の各データとの積の和を求める。
測定点P1と測定点P2の抽出重み係数WP1、WP2に対して、二つの測定点P1とP2の重み係数間の積和計算を行なう。つまり、同じ基準値(増分)を有する測定点P2のチャンネル位置の重み係数と測定点P1の0列目の重み係数との掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1の重み係数列と測定点P2の重み係数列において、測定点P1の重み係数列の最初の重み係数と測定点P2の重み係数列の各重み係数との積の和を求める。
測定点P1の抽出データIP1と測定点P2の重み係数WP2に対して、測定点P1の0列目データと測定点P2の重み係数間の積和計算を行なう。つまり、同じ基準値(増分)を有する測定点P2のチャンネル位置の重み係数と測定点P1の0列目のデータとの掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P1のデータ列と測定点P2の重み係数列において、測定点P1のデータ列の最初のデータと測定点P2の重み係数列の各重み係数との積の和を求める。
測定点P1の抽出重み係数WP1と測定点P2の抽出データIP2に対して、測定点P1の0列目重み係数と測定点P2のデータとの積和計算を行なう。つまり、同じ基準値(増分)を有する測定点P2のチャンネル位置のデータと測定点P1の0列目の重み係数との掛け算をし、その和を算出する。言い換えれば、各段のチャンネルに対応する測定点P2のデータ列と測定点P1の重み係数列において、測定点P2のデータ列の最初のデータと測定点P1の重み係数列の各重み係数との積の和を求める。
演算終了とイメージングの判断を行なう。Yesの場合には総合相関計算に入り、Noの場合にはデータ取得ステップS1に戻る。
データの読み込みが終了した場合(ステップS21がYesの場合)、上述した諸計算結果に基づいて、二つの測定点P1とP2のおのおのの自己相関関数の推定と二つの測定点P1とP2の間の点間相互相関関数の推定とを行なう。つまり、P1→P2とP1→P1とP2→P2の各相関方向に対してそれぞれ異なる解析式を用いて相関関数を推定する。
各最終計算結果に基づいて、点間相互相関関数のカーブ表示などの処理を行なう。
Claims (22)
- 試料内の複数の測定点から発せられる光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段により検出された前記複数の測定点からの光の揺らぎにそれぞれ対応する複数の揺らぎ信号を利用して前記複数の測定点の二つの間における分子相互作用を解析する解析手段とを具備し、
前記解析手段は、データの和、データ間の積の和、及び各点に対する積和計算の回数を計算し、更に、各測定点についての計算結果に基づいて、自己相関及び測定点間の相互相関演算を行い、二つの測定点を繰り返し測定して得られた時系列の測定データを、測定点ごとにデータテーブルと重み係数テーブルとに分割し、少なくとも二点間相互相関を推定してこの二点間における分子の移動を観察することを特徴とする光信号解析装置。 - 前記光検出手段により検出される光は、蛍光・燐光・反射光・散乱光・化学発光・生物発光のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の光信号解析装置。
- 励起光を前記複数の測定点に照射する励起光照射手段をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の光信号解析装置。
- 前記励起光照射手段は、単一の光照射部で構成されることを特徴とする請求項3に記載の光信号解析装置。
- 前記光照射部は、前記複数の測定点に励起光を時分割に照射することを特徴とする請求項4に記載の光信号解析装置。
- 前記光検出手段は、単一の光検出部で構成されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかひとつに記載の光信号解析装置。
- 前記光検出部は、前記複数の測定点からの光を時分割に検出することを特徴とする請求項6に記載の光信号解析装置。
- 前記解析手段は、前記光検出手段により検出された前記揺らぎ信号に基づいて、前記複数の測定点からの光にそれぞれ対応する複数の擬似信号または擬似データを生成することを特徴とする請求項4に記載の光信号解析装置。
- 前記解析手段は、前記時分割の検出によって信号またはデータが欠落する期間、前記擬似信号または擬似データを、所定値の信号またはデータによって補間することを特徴とする請求項8に記載の光信号解析装置。
- 前記解析手段は、前記複数の擬似信号または擬似データの二つの間の相互相関関数を推定することを特徴とする請求項8に記載の光信号解析装置。
- 前記解析手段は、前記相互相関関数を推定するにあたり、前記時分割の検出によって信号またはデータが欠落する期間の解析結果に対する影響を防止する影響防止手段をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の光信号解析装置。
- 前記影響防止手段は、前記時分割の検出によって信号またはデータが欠落する期間と、それ以外の期間との間で異なる重み付けを行うことを特徴とする請求項11に記載の光信号解析装置。
- 試料内の複数の測定点から発せられる光を検出する光検出工程と、
前記複数の測定点からの光の揺らぎにそれぞれ対応する複数の揺らぎ信号を利用して前記複数の測定点の二つの間における分子相互作用を解析する解析工程とを有し、
前記解析工程は、データの和、データ間の積の和、及び各点に対する積和計算の回数計算を含み、更に、各測定点についての計算結果に基づく自己相関及び測定点間の相互相関演算を含み、二つの測定点を繰り返し測定して得られた時系列の測定データを、測定点ごとにデータテーブルと重み係数テーブルとに分割し、少なくとも二点間相互相関を推定してこの二点間における分子の移動を観察することを特徴とする光信号解析方法。 - 前記光検出工程において検出される光は、蛍光・燐光・反射光・散乱光・化学発光・生物発光のいずれかであることを特徴とする請求項13に記載の光信号解析方法。
- 前記複数の測定点に励起光を照射する励起光照射工程をさらに有することを特徴とする請求項13に記載の光信号解析方法。
- 前記励起光照射工程において、前記複数の測定点に励起光を時分割に照射することを特徴とする請求項15に記載の光信号解析方法。
- 前記光検出工程において、前記複数の測定点からの光を時分割に検出することを特徴とする請求項15に記載の光信号解析方法。
- 前記解析工程において、前記複数の揺らぎ信号に基づいて、前記複数の測定点からの光にそれぞれ対応する複数の擬似信号または擬似データを生成することを特徴とする請求項16または請求項17に記載の光信号解析方法。
- 前記解析工程において、前記時分割の検出によって信号またはデータが欠落する期間、前記擬似信号または擬似データを、所定値の信号またはデータによって補間することを特徴とする請求項18に記載の光信号解析方法。
- 前記解析工程において、前記複数の擬似信号または擬似データの二つの間の相互相関関数を推定することを特徴とする請求項18に記載の光信号解析方法。
- 前記解析工程は、前記相互相関関数を推定するにあたり、前記時分割検出によって信号またはデータが欠落する期間の解析結果に対する影響を防止する影響防止工程をさらに有することを特徴とする請求項20に記載の光信号解析方法。
- 影響防止工程は、前記時分割の検出によって信号またはデータが欠落する期間と、それ以外の期間との間で異なる重み付けを行うことを特徴とする請求項21に記載の光信号解析方法。
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