JP5870851B2 - 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
1:はじめに
1−1:蛍光強度の補正方法について
1−2:本実施形態の概要
2:実施形態の詳細
2−1:システムの構成例
2−2:装置の構成例
2−3:処理の流れ
2−4:実施例
2−5:マスク処理について
3:ハードウェア構成例
4:まとめ
はじめに、本実施形態に係る技術について詳細に説明するに先立ち、当該技術に関連する技術及び本実施形態に係る技術の概要について紹介する。具体的には、「逆行列法」や「制約付き最小二乗法」に基づく蛍光強度の補正方法などを紹介する。
まず、図1〜図4を参照しながら、蛍光強度の補正方法について簡単に説明する。図1〜図4は、蛍光強度の補正方法について説明するための説明図である。
以下、akを求めるための手順について具体的に説明する。
ここで、上記のような制約付き最小二乗法による強度補正方法の有効性について検討してみたい。様々な検証を経て、上述した制約付き最小二乗法による強度補正方法は、上記特許文献1に記載されている逆行列法に基づく強度補正方法よりも格段に精度が向上することが分かった。一方で、本件発明者は、上述した制約付き最小二乗法による強度補正方法を実施するに当たり、下記のような点にも配慮すべきであることに気づいた。
本実施形態に係る技術は、上述した「制限付き最小二乗法」や「先願手法」をさらに改良し、より高精度に目的のスペクトル成分を抽出できるようにする技術に関する。
以下、図5〜図10を参照しながら、本実施形態について詳細に説明する。
まず、図5を参照しながら、本実施形態に係るシステムの構成例について説明する。図5は、本実施形態に係るシステムの構成例を示した説明図である。
測定サンプルSとして用いる微小粒子としては、例えば、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいは、ラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などが利用される。
情報処理装置10は、測定ユニット20により測定された測定サンプルSの測定データを取得し、取得した測定データであるスペクトルの強度を補正する強度補正処理を実施する。図5の例では、情報処理装置10が、測定ユニット20とは別の装置として記載されているが、情報処理装置10の機能は、測定ユニット20を制御するコンピュータに実装されていてもよいし、測定ユニット20の筐体内に実装されていてもよい。なお、情報処理装置10の詳細な構成については後段において詳述する。
測定ユニット20は、測定サンプルSに対してレーザ光を照射し、測定サンプルSから発せられる蛍光やリン光等を測定したり、測定サンプルSによる散乱光を測定したり、測定サンプルSによる吸収スペクトルを測定したりする。測定ユニット20は、測定サンプルSの発光スペクトル、散乱スペクトル又は吸収スペクトルのいずれか1つ又は2つ以上を測定するものであってもよい。なお、本稿において、これらのスペクトルを「光の強度分布」と呼ぶことがある。
測定サンプルSとして用いる微小粒子は、蛍光スペクトルの測定に先立って、複数の蛍光色素により多重標識(多重染色)される。微小粒子の蛍光色素標識は、公知の任意の手法によって行うことができる。例えば、測定対象を細胞とする場合には、細胞表面分子に対する蛍光標識抗体と細胞とを混合し、細胞表面分子に抗体を結合させる。蛍光標識抗体は、抗体に直接蛍光色素を結合させたものであってもよく、ビオチン標識した抗体にアビジンを結合した蛍光色素をアビジン・ビオチン反応によって結合させたものであってもよい。また、抗体は、モノクローナル抗体又はポリクローナル抗体であってもよい。
以下、測定ユニット20及び情報処理装置10の構成について、より詳細に説明する。
測定ユニット20の一例であるフローサイトメーターは、図6に示したように、サンプルSの染色に利用された蛍光色素を励起可能な波長を有するレーザ光を、レーザ光源からマイクロ流路を流れる多重染色された微小粒子Sに対して射出する。また、フローサイトメーターに設けられた光検出器は、レーザ光の照射された微小粒子から放射される蛍光を、光電子増倍管等の光検出器により検出する。なお、図6の例では1台のレーザ光源しか描画されていないが、互いに異なる波長のレーザ光を発する複数のレーザ光源が設けられていてもよい。
次に、図8〜図10を参照しながら、情報処理装置10の構成について、より詳細に説明する。図8は、情報処理装置10による強度補正処理の概略を説明するための説明図である。図9は、情報処理装置10の構成を示したブロック図である。図10は、情報処理装置10が有する強度補正処理部103の詳細な構成を示したブロック図である。
ここで、図10を参照しながら、強度補正処理部103の構成について、より詳細に説明する。
次に、図11を参照しながら、本実施形態に係る強度補正処理の流れについて説明する。図11は、本実施形態に係る強度補正処理の流れを示した流れ図である。この強度補正処理は、主に情報処理装置10の各機能ブロックにより実行される。
ここで、図12〜図15を参照しながら、上述した強度補正処理を、多重染色された細胞の蛍光スペクトルに対して適用する場合について説明する。図12及び図13は、本実施形態に係る強度補正方法を利用した蛍光強度補正処理の流れについて示した流れ図である。
ここで、図14及び図15を参照しながら、基底ベクトルの生成処理について説明する。図14及び図15は、本実施形態に係る情報処理方法を利用した基底ベクトルの生成処理について説明するための説明図である。
ここで、一実施例を示す。
上記のように、本実施形態に係る強度補正方法を適用することにより、より高い精度で強度補正結果を得ることができる。しかしながら、より精度を向上させるためには、細胞の自家発光や装置に由来するノイズ(以下、ノイズ等)の影響を考慮する必要がある。
次に、図43を参照しながら、本開示の実施形態に係る情報処理装置10のハードウェア構成について、詳細に説明する。図43は、本開示の実施形態に係る情報処理装置10のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
なお、本稿で開示した技術は、例えば、下記のように表現することができる。
所定の蛍光特性を有する染色物質で単染色された粒子を蛍光測定して得られる単染色データと、無染色の粒子を蛍光測定して得られる無染色データとを比較対象として、周波数帯毎に統計的な検定を実施する検定部と、
各周波数帯について、前記単染色データと前記無染色データとの間に有意な差がない場合には当該単染色データを0又は所定値に設定するマスク処理部と、
複数の染色物質で染色された粒子を蛍光測定して得られる複染色データが、各染色物質に対応する前記単染色データの分布を表す基底ベクトルの線形結合で表わされるとして、当該線形結合の結合係数を推定する推定部と、
を備える、
情報処理装置。
前記推定部は、前記基底ベクトルが所定の確率分布に従うものとしてモデル化し、前記単染色データから推定される基底ベクトルを用いて前記結合係数を推定する、
上記(1)に記載の情報処理装置。
前記検定部は、所定の危険度pの下で前記単染色データと前記無染色データとに差がない、という帰無仮説が棄却されるか否かをt−検定により判定する、
上記(1)又は(2)に記載の情報処理装置。
蛍光測定の対象となるサンプルに無染色の粒子と単染色された粒子とが含まれる場合に、無染色の粒子で構成される無染色クラスタと、単染色された粒子で構成される単染色クラスタとにクラスタリングするクラスタリング部をさらに備え、
前記検定部は、前記無染色クラスタに対応する観測データを前記無染色データとして用い、前記単染色クラスタに対応する観測データを前記単染色データとして用いて前記統計的な検定を実施する、
上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の情報処理装置。
前記推定部は、前記染色物質から発せられる蛍光以外の光について当該光の強度成分が前記所定の確率分布とは異なる他の所定の確率分布に従うものとしてモデル化し、前記単染色データから推定される基底ベクトルを用いて前記結合係数を推定する、
上記(2)に記載の情報処理装置。
前記染色物質は、蛍光色素である、
上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の情報処理装置。
所定の蛍光特性を有する染色物質で単染色された粒子を蛍光測定して得られる単染色データと、無染色の粒子を蛍光測定して得られる無染色データとを比較対象として、周波数帯毎に統計的な検定を実施するステップと、
各周波数帯について、前記単染色データと前記無染色データとの間に有意な差がない場合には当該単染色データを0又は所定値に設定するステップと、
複数の染色物質で染色された粒子を蛍光測定して得られる複染色データが、各染色物質に対応する前記単染色データの分布を表す基底ベクトルの線形結合で表わされるとして、当該線形結合の結合係数を推定するステップと、
を含む、
情報処理方法。
所定の蛍光特性を有する染色物質で単染色された粒子を蛍光測定して得られる単染色データと、無染色の粒子を蛍光測定して得られる無染色データとを比較対象として、周波数帯毎に統計的な検定を実施する検定機能と、
各周波数帯について、前記単染色データと前記無染色データとの間に有意な差がない場合には当該単染色データを0又は所定値に設定するマスク処理機能と、
複数の染色物質で染色された粒子を蛍光測定して得られる複染色データが、各染色物質に対応する前記単染色データの分布を表す基底ベクトルの線形結合で表わされるとして、当該線形結合の結合係数を推定する推定機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
所定の蛍光特性を有する染色物質で単染色された粒子を蛍光測定して得られる単染色データと、無染色の粒子を蛍光測定して得られる無染色データとを比較対象として、周波数帯毎に統計的な検定を実施する検定機能と、
各周波数帯について、前記単染色データと前記無染色データとの間に有意な差がない場合には当該単染色データを0又は所定値に設定するマスク処理機能と、
複数の染色物質で染色された粒子を蛍光測定して得られる複染色データが、各染色物質に対応する前記単染色データの分布を表す基底ベクトルの線形結合で表わされるとして、当該線形結合の結合係数を推定する推定機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラムが記録された、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体。
上記の強度補正処理部103は、検定部、マスク処理部、推定部、クラスタリング部の一例である。
20 測定ユニット
101 測定データ取得部
103 強度補正処理部
105 表示制御部
107 記憶部
111 パラメータ設定制御部
113 強度係数・基底ベクトル推定部
115 補正強度出力部
Claims (8)
- 所定の蛍光特性を有する染色物質で単染色された粒子を蛍光測定して得られる単染色データと、無染色の粒子を蛍光測定して得られる無染色データとを比較対象として、周波数帯毎に統計的な検定を実施する検定部と、
各周波数帯について、前記単染色データと前記無染色データとの間に有意な差がない場合には当該単染色データを0又は所定値に設定するマスク処理部と、
複数の染色物質で染色された粒子を蛍光測定して得られる複染色データが、各染色物質に対応する前記単染色データの分布を表す基底ベクトルの線形結合で表わされるとして、当該線形結合の結合係数を推定する推定部と、
を備える、
情報処理装置。 - 前記推定部は、前記基底ベクトルが所定の確率分布に従うものとしてモデル化し、前記単染色データから推定される基底ベクトルを用いて前記結合係数を推定する、
請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記検定部は、所定の危険度pの下で前記単染色データと前記無染色データとに差がない、という帰無仮説が棄却されるか否かをt−検定により判定する、
請求項1又は2に記載の情報処理装置。 - 蛍光測定の対象となるサンプルに無染色の粒子と単染色された粒子とが含まれる場合に、無染色の粒子で構成される無染色クラスタと、単染色された粒子で構成される単染色クラスタとにクラスタリングするクラスタリング部をさらに備え、
前記検定部は、前記無染色クラスタに対応する観測データを前記無染色データとして用い、前記単染色クラスタに対応する観測データを前記単染色データとして用いて前記統計的な検定を実施する、
請求項1〜3の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 前記推定部は、前記染色物質から発せられる蛍光以外の光について当該光の強度成分が前記所定の確率分布とは異なる他の所定の確率分布に従うものとしてモデル化し、前記単染色データから推定される基底ベクトルを用いて前記結合係数を推定する、
請求項2に記載の情報処理装置。 - 前記染色物質は、蛍光色素である、
請求項1〜5の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 所定の蛍光特性を有する染色物質で単染色された粒子を蛍光測定して得られる単染色データと、無染色の粒子を蛍光測定して得られる無染色データとを比較対象として、周波数帯毎に統計的な検定を実施するステップと、
各周波数帯について、前記単染色データと前記無染色データとの間に有意な差がない場合には当該単染色データを0又は所定値に設定するステップと、
複数の染色物質で染色された粒子を蛍光測定して得られる複染色データが、各染色物質に対応する前記単染色データの分布を表す基底ベクトルの線形結合で表わされるとして、当該線形結合の結合係数を推定するステップと、
を含む、
情報処理方法。 - 所定の蛍光特性を有する染色物質で単染色された粒子を蛍光測定して得られる単染色データと、無染色の粒子を蛍光測定して得られる無染色データとを比較対象として、周波数帯毎に統計的な検定を実施する検定機能と、
各周波数帯について、前記単染色データと前記無染色データとの間に有意な差がない場合には当該単染色データを0又は所定値に設定するマスク処理機能と、
複数の染色物質で染色された粒子を蛍光測定して得られる複染色データが、各染色物質に対応する前記単染色データの分布を表す基底ベクトルの線形結合で表わされるとして、当該線形結合の結合係数を推定する推定機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
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