JP7249542B2 - 電気反応計測装置、電気反応処理方法及びプログラム - Google Patents
電気反応計測装置、電気反応処理方法及びプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP7249542B2 JP7249542B2 JP2020505722A JP2020505722A JP7249542B2 JP 7249542 B2 JP7249542 B2 JP 7249542B2 JP 2020505722 A JP2020505722 A JP 2020505722A JP 2020505722 A JP2020505722 A JP 2020505722A JP 7249542 B2 JP7249542 B2 JP 7249542B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- potential
- principal component
- measurement
- electrode
- measurement electrodes
- 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.)
- Active
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 102
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 326
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 174
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 claims description 63
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 58
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 22
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 description 31
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 27
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 25
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 25
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 25
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 description 13
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 12
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 11
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 210000004748 cultured cell Anatomy 0.000 description 7
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- 101100129500 Caenorhabditis elegans max-2 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100083446 Danio rerio plekhh1 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000008925 spontaneous activity Effects 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 230000003936 working memory Effects 0.000 description 2
- 206010011416 Croup infectious Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 210000000227 basophil cell of anterior lobe of hypophysis Anatomy 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 201000010549 croup Diseases 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
- C12M1/3407—Measure of electrical or magnetical factor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
- C12M23/02—Form or structure of the vessel
- C12M23/12—Well or multiwell plates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/46—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of cellular or enzymatic activity or functionality, e.g. cell viability
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
本開示は、電気反応計測装置、電気反応処理方法及びプログラムに関する。
培養細胞及び組織の活動状態を非侵襲に評価したいという要求は、治療用の細胞及び組織の産生、薬効の試験等のために、培養細胞を医療又は産業に用いる多くの分野にある。しかしながら、従来から通常に行われる観察手段である顕微鏡による観察では、細胞及び組織の形状が変わるような活動以外の細胞活動の観察が困難である。例えば、特許文献１及び非特許文献１は、培養皿の底部表面に測定電極を露出させ、電極に接触している細胞の活動に伴う電気的な反応を測定することで、培養細胞及び組織の活動状態を評価する方法を開示している。また、特許文献２は、生体の電気反応を複数の電極で測定する際に、生体内の活動を抽出するために主成分分析を利用する方法を開示している。
Thomas Pfeiffer他著、「Rapid functional evaluation of beta-cells by extracellular recording membrane potential oscillations with microelectrode arrays」、Pfluegers Aechiv European Journal of Physiology、2011年12月、 Vol.462、Issue 6、p835-840
治療用の細胞及び組織の培養においては、治療に利用可能な細胞及び組織を選択する必要がある。また、細胞及び組織のような生体の電気反応は微弱であり、ノイズによって観測が困難である場合が多い。特許文献１及び非特許文献１の方法では、測定電極に複数の細胞及び組織の電気反応が反映される。複数の電極に共通のノイズと共通の信号とが記録される場合、特許文献２の方法では、記録された電気反応の成分がどの細胞又は組織の反応であったかを判断することが困難な場合がある。
本開示は、複数の測定電極に共通するノイズを低減する電気反応計測装置、電気反応処理方法及びプログラムを提供する。
本開示の一態様に係る電気反応計測装置は、培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された複数の測定電極における、少なくとも１つのリファレンス電極に対する電位を計測する電気反応計測装置であって、前記複数の測定電極と、前記少なくとも１つのリファレンス電極と、少なくとも１つの制御回路とを備え、前記複数の部屋には、計測対象物が配置され、前記少なくとも１つの制御回路は、前記複数の測定電極それぞれの前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、前記測定電極の合成された前記電位を、前記測定電極で測定された電位から減算し、減算後の電位を出力する。
本開示の一態様に係る電気反応処理方法は、培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された複数の測定電極における、少なくとも１つのリファレンス電極に対する電位を処理する電気反応計測装置であって前記複数の測定電極と前記少なくとも１つのリファレンス電極と少なくとも１つの制御回路とを備える電気反応計測装置による電気反応処理方法であって、前記複数の部屋には、計測対象物が配置され、前記少なくとも１つのリファレンス電極に対する前記複数の測定電極それぞれの電位を取得し、前記複数の測定電極それぞれの前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、前記測定電極それぞれの合成された前記電位を、前記測定電極について取得された前記電位から減算し、減算後の電位を出力する。
本開示の一態様に係るプログラムは、複数の測定電極と、少なくとも１つのリファレンス電極と、コンピュータとを備える電気反応計測装置において、計測対象物が配置される培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された前記複数の測定電極のそれぞれと、前記少なくとも１つのリファレンス電極との間の電位を取得し、前記複数の測定電極それぞれについての前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、前記測定電極の合成された前記電位を、前記測定電極について取得された前記電位から減算し、減算後の電位を出力することを前記コンピュータに実行させる。
なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc‐Read Only Memory）等の不揮発性の記録媒体を含む。
本開示の電気反応計測装置等によれば、複数の測定電極に共通するノイズを低減することが可能になる。
本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び／又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その１つ以上を得るために全てが必要ではない。
本開示に関係する発明者ら、つまり、本発明者らは、以下の知見に至った。本発明者らは、培養細胞及び培養組織の活動状態を非侵襲に評価する技術を検討した。本発明者らは、細胞等の様々な活動状態を評価するために、細胞等の電気的な反応を用いる技術に着目し検討した。しかしながら、特許文献１及び２並びに非特許文献１に開示されるような従来の技術では、細胞等に接触する測定電極を用いた電気反応の計測結果に、複数の細胞又は組織の電気反応が反映されることがある。さらに、複数の測定電極を用いた計測では、各測定電極での電気反応の計測結果に、共通のノイズ及び共通の信号が含まれ得る。これにより、各測定電極での計測結果は、当該測定電極と接触する細胞等の電気反応を正確に示すことができない。
このため、本発明者らは、複数の測定電極に共通するノイズを低減する技術を検討した。具体的には、本発明者らは、培養細胞又は組織の培養容器の形状と、電極の配置と、統計的手法とを用いてノイズを低減する技術を検討した。本発明者らは、培養容器中の複数のウェル等の部屋それぞれに、測定電極を配置し、各部屋の培養細胞又は組織に対して測定電極で計測された電位の時系列データから、主成分分析を用いて測定電極に共通の成分を抽出し、測定電極ごとに主成分の残差を求めることでノイズを低減することができることを見出した。そこで、本発明者らは、以下に示すような技術を考案した。
本開示の一態様に係る電気反応計測装置は、培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された複数の測定電極における、少なくとも１つのリファレンス電極に対する電位を計測する電気反応計測装置であって、少なくとも１つの制御回路を備え、前記複数の部屋には、計測対象物が配置され、前記少なくとも１つの制御回路は、前記複数の測定電極それぞれの前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、前記測定電極の合成された前記電位を、前記測定電極で測定された電位から減算し、減算後の電位を出力する。
上記態様によると、測定電極の主成分係数と主成分得点とから推定される主成分に対応する電位を合成したものは、当該測定電極におけるノイズを示し得る。さらに、このノイズは、主成分係数と主成分得点とから推定されているため、リファレンス電極に対する位置などの当該測定電極に特有の特徴を考慮したものであり、且つ複数の測定電極に共通するノイズである。このようなノイズを測定電極で測定された電位から減算した電位は、複数の測定電極に共通するノイズが効果的に低減されたものである。このように、電気反応計測装置は、各測定電極において、複数の測定電極に共通なノイズ成分を低減して、各測定電極で独自に記録された成分を抽出することができる。そして、電気反応計測装置は、１つのノイズ源から複数の測定電極に混入したノイズを抽出して低減し、測定電極ごとに異なる計測対象物由来の電気反応を正確に抽出することができる。
本開示の一態様に係る電気反応計測装置は、前記複数の測定電極と、前記少なくとも１つのリファレンス電極とをさらに備えてもよい。
本開示の一態様に係る電気反応計測装置は、前記複数の部屋を互いに電気的に隔てる隔壁をさらに備えてもよい。
上記態様によると、隔壁は、測定電極の電位が他の測定電極の電位に与える影響を抑えることができる。よって、各測定電極での電位の検出精度が向上するため、電気反応計測装置は、精度が高い処理結果を出力することができる。
本開示の一態様に係る電気反応計測装置において、前記測定電極は、前記部屋を囲む前記隔壁の内側に配置され、前記リファレンス電極は、前記隔壁に配置されてもよい。
上記態様によると、各測定電極とリファレンス電極との距離のばらつきを抑えることが可能になる。よって、各測定電極での電位は、リファレンス電極との距離に起因する影響、つまり、ばらつきを低減することができる。
本開示の一態様に係る電気反応計測装置において、前記少なくとも１つの制御回路は、前記主成分それぞれについて、計測された電位全体の分散に対する前記主成分の説明量を算出し、前記主成分のうち、前記説明量が大きいものから順に前記主成分の一部を抽出し、抽出された前記主成分について、前記主成分に対応する電位を合成してもよい。
上記態様によると、主成分は、説明量が大きい程、データ全体に共通するノイズによる電位変動を示しうる。説明量が大きいものから順、つまり降順に抽出された主成分に対応する電位から合成される合成電位は、ノイズの特徴を効果的に示す。よって、精度の高いノイズ除去が可能になる。
本開示の一態様に係る電気反応計測装置において、前記少なくとも１つの制御回路は、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも２つの主成分を算出し、前記主成分に対応する電位について、２つの前記主成分に対応する電位の相互相関係数を算出し、前記相互相関係数が所定の値以上である前記２つの主成分をグループ分けし、前記グループの説明量として、前記グループに含まれる全ての前記主成分の説明量の和を算出し、前記グループの説明量及び前記グループに含まれない前記主成分の前記説明量について、前記説明量の多いものから、前記グループ及び前記グループに含まれない前記主成分を抽出し、抽出された前記グループ及び前記グループに含まれない前記主成分に含まれる前記主成分に対応する電位の和を推定し、前記電位の和を、前記測定電極で測定された電位から減算してもよい。
上記態様によると、抽出されるグループに含まれる主成分同士は、相互相関係数が高い主成分であり、類似する。電位の和は、説明量が多いグループの主成分に対応する電位で構成され、類似する主成分に対応する電位を含む。これにより、位相ずれによって説明量が小さいノイズとして処理され得る主成分に対応する電位が、類似する主成分に対応する電位と一緒に、電位の和に含まれ、ノイズとして、測定電極で測定された電位から減算、つまり除去される。よって、精度の高いノイズ除去が可能になる。
本開示の一態様に係る電気反応処理方法は、培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された複数の測定電極における、少なくとも１つのリファレンス電極に対する電位を処理する電気反応処理方法であって、前記複数の部屋には、計測対象物が配置され、前記少なくとも１つのリファレンス電極に対する前記複数の測定電極それぞれの電位を取得し、前記複数の測定電極それぞれの前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、前記測定電極それぞれの合成された前記電位を、前記測定電極について取得された前記電位から減算し、減算後の電位を出力する。上記態様によると、本開示の一態様に係る電気反応計測装置と同様の効果が得られる。
本開示の一態様に係るプログラムは、計測対象物が配置される培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された複数の測定電極のそれぞれと、少なくとも１つのリファレンス電極との間の電位を取得し、前記複数の測定電極それぞれについての前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、前記測定電極の合成された前記電位を、前記測定電極について取得された前記電位から減算し、減算後の電位を出力することをコンピュータに実行させる。上記態様によると、本開示の一態様に係る電気反応計測装置と同様の効果が得られる。
なお、上記の全般的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読取可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又は記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の不揮発性の記録媒体を含む。また、装置は、１つ以上の装置で構成されてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよく、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されてもよい。本明細書及び特許請求の範囲では、「装置」とは、１つの装置を意味し得るだけでなく、複数の装置からなるシステムも意味し得る。
以下、本開示に係る電気反応計測装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。
［実施の形態１］
実施の形態１に係る電気反応計測装置１を説明する。実施の形態１に係る電気反応計測装置１は、隔壁によって各々が電気的に隔てられた複数の測定電極と、１つ以上のリファレンス電極とを有する培養容器と、電位取得部及び制御部を有する電位計測部と、記憶部及び信号処理部を有する処理部とを備える。電気反応計測装置１において、電位計測部は、培養容器の測定電極の各々とリファレンス電極との電位を取得する。電位計測部は、接地電位を基準とした測定電極の電位を取得してもよい。電位計測部は、接地電位を基準としたリファレンス電極の電位を取得してもよい。
実施の形態１に係る電気反応計測装置１を説明する。実施の形態１に係る電気反応計測装置１は、隔壁によって各々が電気的に隔てられた複数の測定電極と、１つ以上のリファレンス電極とを有する培養容器と、電位取得部及び制御部を有する電位計測部と、記憶部及び信号処理部を有する処理部とを備える。電気反応計測装置１において、電位計測部は、培養容器の測定電極の各々とリファレンス電極との電位を取得する。電位計測部は、接地電位を基準とした測定電極の電位を取得してもよい。電位計測部は、接地電位を基準としたリファレンス電極の電位を取得してもよい。
処理部は、測定電極ごとに得られた、接地電位を基準とする測定電極の電位と接地電位を基準とするリファレンス電極との電位の差である電位差の時間波形について、主成分分析を用いて複数の測定電極の電位差に共通する電位差の時間変動成分を抽出する。
さらに、処理部は、抽出された電位差の時間変動成分をノイズとして各測定電極の電位差の時間波形から除去することで、各測定電極の電位差に含まれるノイズを低減する。
以下において、測定電極の電位とリファレンス電極の電位との間の電位差を、単に「電位」ともいう。また、以下において、電位差の時間波形を「電位波形」ともいう。
［１－１．電気反応計測装置の構成］
実施の形態１に係る電気反応計測装置１の構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図２は、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の構成の一例を模式的に示す斜視図である。図１に示されるように、電気反応計測装置１は、計測部１００と、処理部２００とを備える。処理部２００は、計測部１００によって計測された電気信号のデータを処理する。計測部１００は、培養容器１１０と、培養容器１１０内の電極１２０と、電位計測部１３０とを備える。処理部２００は、記憶部２１０と、信号処理部２２０と、出力部２３０とを含む。
実施の形態１に係る電気反応計測装置１の構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の機能的な構成の一例を示すブロック図である。図２は、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の構成の一例を模式的に示す斜視図である。図１に示されるように、電気反応計測装置１は、計測部１００と、処理部２００とを備える。処理部２００は、計測部１００によって計測された電気信号のデータを処理する。計測部１００は、培養容器１１０と、培養容器１１０内の電極１２０と、電位計測部１３０とを備える。処理部２００は、記憶部２１０と、信号処理部２２０と、出力部２３０とを含む。
［１－１－１．計測部１００の構成］
計測部１００の構成を説明する。計測部１００は、培養容器１１０内の対象物の電気的な反応による電位の変化を処理部２００に出力する。対象物の例は、細胞及び組織等の生物学的材料である。これに限定するものではないが、本実施の形態では、培養容器１１０内で培養される培養細胞及び培養組織を、対象物とする。細胞及び培養細胞は、単一細胞、及び、細胞塊等の複数の細胞を含む。
計測部１００の構成を説明する。計測部１００は、培養容器１１０内の対象物の電気的な反応による電位の変化を処理部２００に出力する。対象物の例は、細胞及び組織等の生物学的材料である。これに限定するものではないが、本実施の形態では、培養容器１１０内で培養される培養細胞及び培養組織を、対象物とする。細胞及び培養細胞は、単一細胞、及び、細胞塊等の複数の細胞を含む。
図１、図３、図４Ａ及び図４Ｂを参照しつつ、培養容器１１０及び電極１２０の構成を説明する。なお、図３は、図２の培養容器１１０の構成の一例を模式的に示す斜視図であり、培養容器１１０の鳥瞰図である。図４Ａは、図３の培養容器１１０内のリファレンス電極１２０ａ及び測定電極１２０ｂの構成の一例を模式的に示す平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿った断面を模式的に示す断面側面図である。
図３に示されるように、培養容器１１０は、細胞及び組織を培養するための容器である。培養容器１１０は、細胞又は組織を含む培養液を保持する。このような培養容器１１０は、図３の例では、シャーレとも呼ばれる有底円筒状の培養皿であるが、培養用のプレート又は培養用のフラスコであってもよい。
図３、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、培養容器１１０は、その底壁１１０ａ上に、複数の部屋１４０ｂを有する区画部材１４０を含む。区画部材１４０は、格子状に延びる隔壁１４０ａを有し、隔壁１４０ａによって、複数の部屋１４０ｂを区画形成する。隔壁１４０ａは、各部屋１４０ｂを囲むように配置されている。部屋１４０ｂは、直方体状の空洞である。部屋１４０ｂは、ウェルとも呼ばれるため、本明細書及び特許請求の範囲においてウェルとも表記する。培養される細胞又は組織は、ウェル１４０ｂ内に配置される。
各ウェル１４０ｂは、底壁１１０ａに向かう下方と、その反対側の上方とに向かって開放し、側方において、隣のウェル１４０ｂと隔壁１４０ａによって物理的及び電気的に隔てられている。区画部材１４０は、樹脂及びガラス等の電気的な絶縁性を有する材料で構成されている。このため、隣り合うウェル１４０ｂ間の電気的な隔たりは、隔壁１４０ａによって大きくなる。つまり、隣り合うウェル１４０ｂ間での電気的な反応が伝わりにくくなる。本実施の形態では、区画部材１４０は、全体として板状の形状を有し、ウェルプレートとも呼ばれる。上方から下方に向かって見たウェル１４０ｂの平面形状は、矩形であるが、円形、楕円形、その他の多角形等のいかなる形状であってもよい。上述のような培養容器１１０及び区画部材１４０は、細胞又は組織を培養するたびに交換される。また、培養容器１１０及び区画部材１４０は、別々の部材で構成されてもよく、一体化された１つの部材で構成されてもよい。
図１、図３、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、電極１２０は、少なくとも１つのリファレンス電極１２０ａと、複数の測定電極１２０ｂ１、１２０ｂ２、・・・、１２０ｂｋ、・・・、１２０ｂｍ（ｍは２以上）とで構成されている。測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍは、接続される回路と互いに異にして構成されている。つまり、各測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの信号は、独立して電位計測部１３０のコネクタ１３２に出力される。なお、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍのことを、「測定電極１２０ｂ」とも表記する。本実施の形態では、１つのリファレンス電極１２０ａが、培養容器１１０の底壁１１０ａに配置されている。１つのリファレンス電極１２０ａは、１つの電極で構成されてもよく、複数電極からなる電極群で構成されてもよい。
リファレンス電極が複数の場合、複数のリファレンス電極を電気的に導通させることにより得られた１つの電位をリファレンス電位として電位波形を求めてもよい。
リファレンス電極が複数の場合、複数のリファレンス電極の複数の電位を平均化した電位をリファレンス電位として電位波形を求めてもよい。
リファレンス電極１２０ａは、底壁１１０ａを貫通して培養容器１１０内に露出し、培養容器１１０内の培養液と接触する。リファレンス電極１２０ａは、区画部材１４０の外側に配置され、どのウェル１４０ｂとも隔壁１４０ａによって隔てられている。このようなリファレンス電極１２０ａは、ウェル１４０ｂ内の細胞又は組織と接触しない。リファレンス電極１２０ａは、培養液と接触するように配置されればよい。このため、リファレンス電極１２０ａは、培養液と接触し且つ区画部材１４０の外側の位置であれば、培養容器１１０において、側壁等の底壁１１０ａ以外のいかなる位置に配置されてもよい。
図３、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、複数の測定電極１２０ｂは、培養容器１１０の底壁１１０ａに配置されている。各測定電極１２０ｂは、ウェル１４０ｂ内に配置される。具体的には、１つのウェル１４０ｂに１つの測定電極１２０ｂが配置されている。各測定電極１２０ｂは、底壁１１０ａを貫通してウェル１４０ｂ内に露出している。各測定電極１２０ｂは、ウェル１４０ｂ内の培養液と接触し、当該ウェル１４０ｂ内の細胞又は組織と接触する又は近傍に位置する。測定電極１２０ｂは、ウェル１４０ｂ内の細胞又は組織と接触する又は近傍に位置し且つ培養液と接触する位置であれば、隔壁１４０ａ等の底壁１１０ａ以外の位置に配置されてもよい。測定電極１２０ｂ及びリファレンス電極１２０ａはどちらも、培地に接触する位置に配置されればよい。
リファレンス電極１２０ａ、及び、各測定電極１２０ｂから延びる導線等の配線は、電位計測部１３０のコネクタ１３２と接続される。各配線は、培養容器１１０の底壁１１０ａに埋め込まれていてもよい。これにより、培養容器１１０をコネクタ１３２上に載置すると、コネクタ１３２と、リファレンス電極１２０ａ及び各測定電極１２０ｂとが、電気的に接続されるように構成することができる。
培養容器１１０内には培養液が保持されるが、図４Ｃに示されるように培養液の液面１５０が隔壁１４０ａの高さを超えた高さで保持される場合と、図４Ｄに示されるように培養液の液面１５０が隔壁１４０ａの高さを超えない高さで保持される場合とがある。図４Ｃに示されるように培養液の液面１５０が隔壁１４０ａの高さを超えた高さで保持される場合は、複数の測定電極１２０ｂとリファレンス電極１２０ａは培養液を通じて電気的につながっている。しかし、培養液による電気的なつながりは、絶縁性を有する隔壁１４０ａを迂回することにより、電極間の距離を大きくすることで電気的隔たりを大きくすることができる。一方、細胞又は組織は、測定電極１２０ｂに接触する又は近傍に配置されており、当該の細胞又は組織が配置されたウェル以外にある測定電極１２０ｂあるいはリファレンス電極１２０ａとの距離は、当該の細胞又は組織が配置されたウェルにある測定電極１２０ｂとの距離に比べて十分に大きいため、電気的隔たりは十分大きく、ある細胞又は組織が配置されたウェル以外にある測定電極１２０ｂでの電位検出あるいはリファレンス電極１２０ａでの電位検出に、当該の細胞又は組織の電気的反応が影響する可能性は無視しうる。一方、図４Ｄに示されるように培養液の液面１５０が隔壁１４０ａの高さを超えない高さで保持される場合、複数の測定電極１２０ｂの各々、および、リファレンス電極１２０ａは電気的につながっておらず、電気的隔たりは十分に大きい。
図１、図２及び図５を参照しつつ、電位計測部１３０の構成を説明する。なお、図５は、図１の計測部１００の電位計測部１３０の構成の一例を模式的に示す平面図である。電位計測部１３０は、測定電極１２０ｂに接触する又は測定電極１２０ｂの近傍にある、細胞又は組織の電位波形を取得する。図１及び図２に示されるように、電位計測部１３０は、電位取得部１３１と、コネクタ１３２と、制御部１３３とを備える。本実施の形態では、電位計測部１３０は、図２に示されるような板状のコネクタ装置３００の全体又は一部を構成する。コネクタ装置３００は、培養容器１１０がその載置面上に載置されるように構成され、コンピュータ装置４００と、有線又は無線通信を介して接続される。処理部２００は、コンピュータ装置４００の全体又は一部を構成する。
図１、図２及び図５に示されるように、コネクタ１３２は、コネクタ装置３００の載置面に配置された複数の端子１３２ａを有する。コネクタ１３２は、複数の端子１３２ａ、及び複数の端子１３２ａに接続された回路で構成される。複数の端子１３２ａは、コネクタ装置３００の載置面上に載置された培養容器１１０のリファレンス電極１２０ａ及び測定電極１２０ｂそれぞれから延びる導線等の配線と接触し電気的に接続される。コネクタ１３２は、リファレンス電極１２０ａ及び測定電極１２０ｂのそれぞれからつながる配線を、コネクタ装置３００の内部の回路に接続する。具体的には、コネクタ１３２は、コネクタ１３２の各端子１３２ａを上記配線に接触させることで、リファレンス電極１２０ａ及び測定電極１２０ｂを、電位計測部１３０の内部、つまり、電位取得部１３１に接続する。
電位取得部１３１は、コネクタ１３２によって回路に接続された培養容器１１０の測定電極１２０ｂそれぞれの電位とリファレンス電極１２０ａの電位との間の電位差を、予め定められたサンプリング周波数でサンプリングして、デジタイズして取得する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、測定電極１２０ｂとリファレンス電極１２０ａとの間の電位差を、「測定電極１２０ｂの電位」と表記する場合もある。
測定電極１２０ｂに接触する又は近傍の細胞又は組織は、培養環境の変化、例えば薬剤の添加等の化学的な変化、電気刺激、振動等によって引き起こされる活動や、細胞又は組織の自発的な活動を行う。上記自発的な活動の例は、細胞の分裂、自発放電及び自発的な化学物質の分泌等の活動である。当該活動に起因する、測定電極１２０ｂの電位とリファレンス電極１２０ａの電位の間の電位差の変化が、電位取得部１３１によって取得される。各測定電極１２０ｂは、区画部材１４０の隔壁１４０ａによって互いに電気的に隔てられ、各測定電極１２０ｂから延びる配線は互いに絶縁されている。このため、各ウェル１４０ｂにおける電位の変化は、他のウェル１４０ｂに伝わりにくく、他のウェル１４０ｂへの影響及び他のウェル１４０ｂからの影響を抑制した状態で、電位取得部１３１によって取得される。
制御部１３３は、電位取得部１３１の動作を制御する。さらに、制御部１３３は、電位取得部１３１によって取得された測定電極１２０ｂのそれぞれについてのサンプリング点ごとの、リファレンス電極の電位を基準とする電位の値を、処理部２００に出力し、処理部２００の記憶部２１０に記憶させる。
電位取得部１３１及び制御部１３３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサ、並びに、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read-Only Memory）等のメモリなどからなるコンピュータシステム（図示せず）により構成されてもよい。電位取得部１３１及び制御部１３３の一部又は全部の機能は、ＣＰＵ又はＤＳＰがＲＡＭを作業用のメモリとして用いてＲＯＭに記録されたプログラムを実行することによって達成されてもよい。また、電位取得部１３１及び制御部１３３の一部又は全部の機能は、電子回路又は集積回路等の専用のハードウェア回路によって達成されてもよい。電位取得部１３１及び制御部１３３の一部又は全部の機能は、上記のソフトウェア機能とハードウェア回路との組み合わせによって構成されてもよい。
［１－１－２．処理部２００の構成］
図１及び図２を参照しつつ、処理部２００の構成を説明する。処理部２００は、電位計測部１３０から出力される、リファレンス電極の電位を基準とする電位の計測結果から、複数の測定電極１２０ｂに共通するノイズを除去し、除去後の結果を出力する。処理部２００は、例えば、図２に示すようなコンピュータ装置４００の全部又は一部を構成する。処理部２００は、記憶部２１０と、信号処理部２２０と、出力部２３０とを備える。ここで、処理部２００は、制御回路の一例である。
図１及び図２を参照しつつ、処理部２００の構成を説明する。処理部２００は、電位計測部１３０から出力される、リファレンス電極の電位を基準とする電位の計測結果から、複数の測定電極１２０ｂに共通するノイズを除去し、除去後の結果を出力する。処理部２００は、例えば、図２に示すようなコンピュータ装置４００の全部又は一部を構成する。処理部２００は、記憶部２１０と、信号処理部２２０と、出力部２３０とを備える。ここで、処理部２００は、制御回路の一例である。
記憶部２１０は、種々の情報の格納及び取り出しを可能にする。記憶部２１０は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどの半導体メモリ、ハードディスクドライブ、又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置によって実現される。記憶部２１０は、電位計測部１３０から処理部２００に出力される情報を、記憶する。具体的には、電位計測部１３０は、電位取得部１３１によって取得された測定電極１２０ｂそれぞれの電位をサンプリング点すなわち所定の時間ごとにサンプリングした、リファレンス電極の電位を基準とする電位の値を、記憶部２１０に出力する。このため、記憶部２１０は、各測定電極１２０ｂにおける所定の時間ごとの、リファレンス電極の電位を基準とする電位の値を、測定時刻と対応付けて記憶する。例えば、図６は、図１の処理部２００の記憶部２１０が記憶する内容の一例を示す。図６の例では、記憶部２１０において、各時間に各測定電極１２０ｂで計測された、リファレンス電極の電位を基準とする電位の値が記憶されている。なお、信号処理部２２０、出力部２３０で扱われる電位は、リファレンス電極の電位を基準とする電位である。
信号処理部２２０は、記憶部２１０に記憶された各測定電極１２０ｂの電位の値と時間軸とからなる電位波形を主成分分析することによって、複数の測定電極１２０ｂに共通するノイズ成分を除去する。信号処理部２２０の詳細な構成は、後述する。信号処理部２２０が含む後述する構成要素はそれぞれ、ＣＰＵ又はＤＳＰ等のプロセッサ、並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリなどからなるコンピュータシステム（図示せず）により構成されてもよい。各構成要素の一部又は全部の機能は、ＣＰＵ又はＤＳＰがＲＡＭを作業用のメモリとして用いてＲＯＭに記録されたプログラムを実行することによって達成されてもよい。また、各構成要素の一部又は全部の機能は、電子回路又は集積回路等の専用のハードウェア回路によって達成されてもよい。各構成要素の一部又は全部の機能は、上記のソフトウェア機能とハードウェア回路との組み合わせによって構成されてもよい。プログラムは、各構成要素に予め備えられたものであってもよく、アプリケーションとして、インターネット等の通信網を介した通信、モバイル通信規格による通信、その他の無線ネットワーク、有線ネットワーク、又は放送等で提供されるものであってもよい。
出力部２３０は、信号処理部２２０でノイズを除去された各測定電極１２０ｂの電位波形の信号を出力する。出力信号の例は、測定電極１２０ｂごとの電位波形を数値列としてあらわしたデータである。出力部２３０は、出力信号を、図示しない記憶媒体に出力し記憶させてもよい。又は、出力部２３０は、出力信号を、ディスプレイ又は印刷機に出力し、ディスプレイに表示させる、又は、印刷機に紙等の印刷媒体に表示させてもよい。又は、出力部２３０は、出力信号を、判定処理を行うソフトウェア又は回路に出力し判定させてもよい。判定の例は、電位波形に基づく細胞又は組織の活動性の良否の判定である。このような出力部２３０は、出力対象に信号を出力する回路で構成されてもよい。
図１を参照しつつ、信号処理部２２０の詳細な構成を説明する。信号処理部２２０は、記憶部２１０に記憶された測定電極１２０ｂそれぞれの所定の時間ごとの電位、すなわち時間軸上の電位波形について、複数の測定電極１２０ｂの複数の電位波形を、複数の変数のサンプル点ごとのデータ系列とみなす。具体的には、データ系列は、変数Ｘ１～Ｘｍを含み、変数Ｘ１～Ｘｍはそれぞれ、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの電位波形における同じ時間のサンプル点での電位である。例えば、変数Ｘｋ（ｋ＝１～ｍ、ｋ：整数）における値Ｘｋｌ（ｌ＝１～ｐ、ｌ：整数）は、測定電極１２０ｂｋの電位波形における、特定のサンプル点ｌの電位に対応する。サンプル点の電位は、例えば、所定の時間ごとに計測された電位である。変数Ｘｋは、Ｘｋｌ（ｌ＝１～ｐ）を要素とするベクトルで表すことができ、以下において、変数Ｘｋベクトルと表記する場合もある。すなわち、
Ｘ１＝（Ｘ１１ ・・・ Ｘ１ｌ ・・・ Ｘ１ｐ）、・・・、
Ｘｋ＝（Ｘｋ１ ・・・ Ｘｋｌ ・・・ Ｘｋｐ）、・・・、
Ｘｍ＝（Ｘｍ１ ・・・ Ｘｍｌ ・・・ Ｘｍｐ）と表記してもよい。ここで、ａをサンプル周期とすると、
Ｘ１１は時間ｔに測定された測定電極１２０ｂ１の電位、・・・、
Ｘ１ｌは時間ｔ＋（ｌ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂ１の電位、・・・、
Ｘ１ｐは時間ｔ＋（ｐ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂ１の電位であり、・・・、
Ｘｋ１は時間ｔに測定された測定電極１２０ｂｋの電位、・・・、
Ｘｋｌは時間ｔ＋（ｌ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂｋの電位、・・・、
Ｘｋｐは時間ｔ＋（ｐ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂｋの電位であり、・・・、
Ｘｍ１は時間ｔに測定された測定電極１２０ｂｍの電位、・・・、
Ｘｍｌは時間ｔ＋（ｌ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂｍの電位、・・・、
Ｘｍｐは時間ｔ＋（ｐ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂｍの電位である。
Ｘ１＝（Ｘ１１ ・・・ Ｘ１ｌ ・・・ Ｘ１ｐ）、・・・、
Ｘｋ＝（Ｘｋ１ ・・・ Ｘｋｌ ・・・ Ｘｋｐ）、・・・、
Ｘｍ＝（Ｘｍ１ ・・・ Ｘｍｌ ・・・ Ｘｍｐ）と表記してもよい。ここで、ａをサンプル周期とすると、
Ｘ１１は時間ｔに測定された測定電極１２０ｂ１の電位、・・・、
Ｘ１ｌは時間ｔ＋（ｌ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂ１の電位、・・・、
Ｘ１ｐは時間ｔ＋（ｐ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂ１の電位であり、・・・、
Ｘｋ１は時間ｔに測定された測定電極１２０ｂｋの電位、・・・、
Ｘｋｌは時間ｔ＋（ｌ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂｋの電位、・・・、
Ｘｋｐは時間ｔ＋（ｐ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂｋの電位であり、・・・、
Ｘｍ１は時間ｔに測定された測定電極１２０ｂｍの電位、・・・、
Ｘｍｌは時間ｔ＋（ｌ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂｍの電位、・・・、
Ｘｍｐは時間ｔ＋（ｐ－１）×ａに測定された測定電極１２０ｂｍの電位である。
さらに、信号処理部２２０は、変数Ｘ１～Ｘｍからなるデータ系列に対して主成分分析を行うことによって、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの電位波形に共通の成分を、主成分として抽出する。信号処理部２２０は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍに共通の主成分を、ノイズとみなす。
具体的には、信号処理部２２０は、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれで記録された電位をそれぞれのデータ系列とし、複数のデータ系列を含むデータとして主成分分析することによって、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれについて少なくとも１つの主成分を抽出して算出する。さらに、信号処理部２２０は、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれについて、当該測定電極の主成分から、主成分に対応する電位を推定する。つまり、信号処理部２２０は、抽出された各主成分について、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍで取得されたデータである変数Ｘ１～Ｘｍに対する係数（「主成分係数」とも呼ぶ）と、各測定時点すなわちサンプル点での主成分得点とに従って、測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）ごとの主成分による電位を推定する。
さらに、信号処理部２２０は、推定された測定電極１２０ｂｋごとの主成分による電位を合成し、当該測定電極１２０ｂｋで計測された電位から、当該測定電極１２０ｂｋの合成された電位を減じる。信号処理部２２０は、測定電極１２０ｂｋごとに計算された減算の残渣を、当該測定電極１２０ｂｋのノイズ除去結果として出力する。なお、例えば、複数の主成分のうち第ｉ主成分の主成分得点ｚｉは、変数Ｘ１～Ｘｍと、変数Ｘ１～Ｘｍに対する主成分係数ａｉ１～ａｉｍとを用いて、ｚｉ＝ａｉ１×Ｘ１＋ａｉ２×Ｘ２＋・・・＋ａｉｍ×Ｘｍと表すことができる。
Ｘ１＝（Ｘ１１ ・・・ Ｘ１ｌ ・・・ Ｘ１ｐ）、～、Ｘｍ＝（Ｘｍ１ ・・・ Ｘｍｌ ・・・ Ｘｍｐ）すると、(Ｚｉｌ ・・・ Ｚｉｌ ・・・ Ｚｉｐ)Ｔ＝ａｉ１×（Ｘｍ１ ・・・ Ｘｍｌ ・・・ Ｘｍｐ）Ｔ＋・・・＋ａｉｍ×（Ｘｍ１ ・・・ Ｘｍｌ ・・・ Ｘｍｐ）Ｔである。
このような信号処理部２２０は、主成分分析処理部２２１と、主成分合成部２２２と、共通ノイズ除去処理部２２３とを含む。主成分分析処理部２２１は、記憶部２１０に記憶された測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）ごとの電位の値について、全ての測定電極間の共分散行列又は相関行列を生成して、主成分分析を行う。主成分分析処理部２２１は、予め定められた数の主成分を抽出するまで主成分の抽出を続ける。又は、主成分分析処理部２２１は、抽出された主成分による全分散に対する説明量、すなわち抽出された主成分の累積寄与率が、予め定められた値を超えるまで主成分の抽出を続ける。つまり、主成分分析処理部２２１は、主成分それぞれについて、計測された電位全体の分散に対する主成分の説明量を算出し、主成分のうち、説明量が大きいものから順に主成分の一部を抽出する。
寄与率は、主成分の固有値が表す情報が、データの全ての情報の中で占める割合を示し、全分散に対する固有値の割合である。累積寄与率は、各主成分の寄与率を大きい順に加算した値である。上記の予め定められた累積寄与率の値の例は、７０％である。主成分分析処理部２２１は、抽出された各主成分の主成分係数及び主成分得点（「主成分スコア」とも呼ばれる）を主成分合成部２２２に出力する。全分散は、主成分分析に用いられる全ての測定電極で測定されたデータの分散である。
測定電極の数量は、主成分分析におけるデータの次元数に相当する。このため、例えば、主成分分析では、データ系列の変数Ｘ１～Ｘｍの数量と同じ数量の主成分が求められ得る。例えば、第１主成分は、変数によるあらゆる線形合成のうち、最大の分散を有する線形合成である。第２主成分は、第１主成分と無相関という条件のもと、線形合成のうちの最大の分散を有する線形合成である。第３主成分以下も同様に、その前の主成分と無相関という条件のもと、線形合成のうちの最大の分散を有する線形合成である。すなわち、変数の線形合成として、分散の大きい順に変換した直交成分が、主成分として得られる。主成分分析で得られる固有値は、主成分の分散である。主成分分析で得られる固有ベクトルは、変数Ｘ１～Ｘｍを用いて主成分を示す場合の、各変数Ｘ１～Ｘｍに掛ける重み係数である主成分係数を要素とするベクトルである。主成分得点は、固有ベクトルと変数Ｘ１～Ｘｍとを線形結合した値である。主成分分析の詳細については後述する。
主成分分析は下記の様に行ってもよい。主成分分析処理部２２１は、
時間ｔにおける電位の平均値であるａｖｇ１=（Ｘ１１＋・・・＋Ｘｋ１＋・・・+Ｘｍ１）／ｍ、・・・、
時間ｔ＋（ｌ－１）×ａにおける電位の平均値であるａｖｇｌ=（Ｘ１ｌ＋・・・＋Ｘｋｌ＋・・・+Ｘｍｌ）／ｍ、・・・、
時間ｔ＋（ｐ－１）×ａにおける電位の平均値であるａｖｇｐ=（Ｘ１ｐ＋・・・＋Ｘｋｐ＋・・・+Ｘｍｐ）／ｍを求める。
時間ｔにおける電位の平均値であるａｖｇ１=（Ｘ１１＋・・・＋Ｘｋ１＋・・・+Ｘｍ１）／ｍ、・・・、
時間ｔ＋（ｌ－１）×ａにおける電位の平均値であるａｖｇｌ=（Ｘ１ｌ＋・・・＋Ｘｋｌ＋・・・+Ｘｍｌ）／ｍ、・・・、
時間ｔ＋（ｐ－１）×ａにおける電位の平均値であるａｖｇｐ=（Ｘ１ｐ＋・・・＋Ｘｋｐ＋・・・+Ｘｍｐ）／ｍを求める。
主成分分析処理部２２１は、変数Ｘ１＝（Ｘ１１,・・・,Ｘ１ｌ,・・・,Ｘ１ｐ）、・・・、変数Ｘｋ＝（Ｘｋ１,・・・,Ｘｋｌ,・・・,Ｘｋｐ）、・・・、変数Ｘｍ＝（Ｘｍ１,・・・,Ｘｍｌ,・・・,Ｘｍｐ）に対する共分散行列Ｖを求める。
次に、主成分分析処理部２２１は、前記共分散行列の固有値λ１、固有値λ２、・・・、固有値λmを求める。
そして、主成分分析処理部２２１は、前記固有値λ１、λ２、・・・、λｍから最も大きい固有値λmax１の固有ベクトル（ｕ１max１ ｕ２max１ … ｕｍmax１）T、次に大きい固有値λmax2の固有ベクトル（ｕ１max2 ｕ２max2 … ｕｍmax2）T、・・・・を求める。
なお、主成分分析処理部２２１は、「抽出された主成分の累積寄与率が、予め定められた値を超えるまで主成分の抽出を続ける」のであるが、これを下記に例示する。
例えば、Ｘ１＝（Ｘ１１,Ｘ１２,Ｘ１３）、Ｘ２＝（Ｘ２１,Ｘ２２,Ｘ２３）、Ｘ３＝（Ｘ３１,Ｘ３２,Ｘ３３）に対する共分散行列Ｖは、
である。なお、
ａｖｇ１＝（Ｘ１１＋Ｘ２１＋Ｘ３１）／３であり、時間ｔにおける電圧値の平均値を示し、
ａｖｇ２＝（Ｘ１２＋Ｘ２２＋Ｘ３２）／３であり、時間ｔ＋ａにおける電圧値の平均値を示し、
ａｖｇ３＝（Ｘ１３＋Ｘ２３＋Ｘ３３）／３であり、時間ｔ＋２ａにおける電圧値の平均値を示す。
ａｖｇ１＝（Ｘ１１＋Ｘ２１＋Ｘ３１）／３であり、時間ｔにおける電圧値の平均値を示し、
ａｖｇ２＝（Ｘ１２＋Ｘ２２＋Ｘ３２）／３であり、時間ｔ＋ａにおける電圧値の平均値を示し、
ａｖｇ３＝（Ｘ１３＋Ｘ２３＋Ｘ３３）／３であり、時間ｔ＋２ａにおける電圧値の平均値を示す。
主成分分析処理部２２１が求めた共分散行列Ｖの固有値をλ１、λ２、λ３、
固有値λ１に対する固有ベクトルを
固有値λ１に対する固有ベクトルを
固有値λ２対する固有ベクトルを
とする。
ここで、累積寄与率が７０％であり、λ１＞λ２＞λ３、（λ１/ｓｕｍ）＜（７０／１００）、{（λ１＋λ２）/ｓｕｍ}＞（７０／１００）であった場合、主成分分析処理部２２１は、第１の主成分得点ｚ１、第２の主成分得点ｚ２を求める。つまり、主成分分析処理部２２１は、固有値λ３に対する固有ベクトルの要素を使用する第３の主成分得点ｚ３を求めなくともよい。
なお、
ｚ１ｌ＝ｕ１１×Ｘ１ｌ＋ｕ１２×Ｘ２ｌ＋ｕ１３×Ｘ３ｌ、（１≦ｌ≦ｐ）
ｚ２ｌ＝ｕ２１×Ｘ１ｌ＋ｕ２２×Ｘ２ｌ＋ｕ２３×Ｘ３ｌ、（１≦ｌ≦ｐ）
ｚ１ｌ＝ｕ１１×Ｘ１ｌ＋ｕ１２×Ｘ２ｌ＋ｕ１３×Ｘ３ｌ、（１≦ｌ≦ｐ）
ｚ２ｌ＝ｕ２１×Ｘ１ｌ＋ｕ２２×Ｘ２ｌ＋ｕ２３×Ｘ３ｌ、（１≦ｌ≦ｐ）
である。
主成分合成部２２２は、主成分分析処理部２２１で抽出された主成分の主成分係数及び主成分得点に基づいて、測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）ごとに、抽出された主成分によって説明される電位変化を合成する。つまり、主成分合成部２２２は、測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）ごとに、抽出された主成分について、主成分に対応する電位を合成する。合成された波形は、電位波形であり、測定電極１２０ｂｋごとに異なる。これは、各測定電極１２０ｂｋの抵抗値、各測定電極１２０ｂｋのノイズ源からの距離及び位置関係、各測定電極１２０ｂｋとリファレンス電極１２０ａとの距離及び位置関係等により、同一のノイズ成分であっても、測定電極１２０ｂｋそれぞれで取得された電位への影響が異なるためである。このような各測定電極１２０ｂｋの主成分に基づく合成波形は、測定電極１２０ｂｋそれぞれへのノイズの影響の大きさを考慮したノイズ成分を示し、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍに共通するノイズ成分である。これにより、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍに共通するノイズ成分は、測定電極１２０ｂｋそれぞれへのノイズの影響の大きさを考慮して、測定電極１２０ｂｋそれぞれについて求めることができる。
上述の例では固有ベクトル
が主成分であり、第１主成分の主成分係数はｕ１１、ｕ１２、ｕ１３である。
ここで、主成分合成部２２２の合成処理の詳細を説明する。上述したように、変数Ｘｋ（１≦ｋ≦ｍ、ｋ：整数）は、測定電極１２０ｂｋ（１≦ｋ≦ｍ、ｋ：整数）で計測された電位の時間方向ベクトルである。そして、主成分分析において、第ｉ主成分（１≦ｉ≦ｍ、i：整数）は、変数Ｘ１～Ｘｍに対して主成分分析を行い抽出された主成分のうち、寄与率が高い順（降順）に抽出されたｉ番目の主成分である。ただし、ｉ＝ｍの時、データのすべての分散が主成分によって説明される。このため、主成分を測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍに共通ノイズとしてデータから除去し、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍ固有のデータを残すためには、ｉ＜ｍであることが必要である。
ここで、第ｉ主成分の主成分係数を、主成分係数ａｉで表し、変数Ｘｋに対する主成分係数を、ａｉｋで表す。第ｉ主成分の主成分得点を、ｚｉで表す。そして、主成分得点ｚｉの算出では、下記の式１のように、抽出された各主成分に対して、変数Ｘ１～Ｘｍベクトルの要素を座標とするｍ次元空間に配置された、各サンプル点での変数Ｘ１～Ｘｍの座標値からなるデータを、主成分を座標とした空間へ変換した値を求めることになる。なお、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍのサンプル点ｌ（１≦ｌ≦ｐ、ｌ：整数）でのデータ（電位）からなる座標を、（Ｘ１ｌ，Ｘ２ｌ，Ｘ３ｌ，・・・，Ｘｋｌ，・・・，Ｘｍｌ）とする。
また、データの全分散は、変数Ｘ１～Ｘｍベクトルの要素を座標とする空間内での、座標（Ｘ１ｌ，Ｘ２ｌ，Ｘ３ｌ，・・・，Ｘｋｌ，・・・Ｘｍｌ）を取る全てのサンプル点のデータの分散である。主成分分析では、変数Ｘ１～Ｘｍベクトルを直交座標としてデータ空間を設定し、その座標軸を回転させて、データの分散を最大化する、すなわちデータの変動をもっともよく説明する軸を抽出していく計算である。分散に対する説明量又は寄与率は、ｍ次元のデータ空間内での分散に対して、主成分が説明しうる分散の比率を指す。
第ｉ主成分による測定電極１２０ｂｋでの（変数Ｘｋ軸上での）電位波形の合成は、以下のように説明できる。つまり、第ｉ主成分による測定電極１２０ｂｋでの第一合成波形Ｙｉｋは、第ｉ主成分の主成分得点ｚｉの系列の各要素に、変数Ｘｋに対する第ｉ主成分の主成分係数ａｉｋを乗じ、さらに、変数Ｘｋベクトルの要素Ｘｋｌ（ｌ＝１～ｐ）の平均値を加算することで求められる。具体的には、第一合成波形Ｙｉｋ上のサンプル点ｌでの値Ｙｉｋｌは以下の式２で求められる。各サンプル点ｌでの値Ｙｉｋｌから、第ｉ主成分による測定電極１２０ｂｋでの第一合成波形Ｙｉｋが生成される。
測定電極１２０ｂｋでの第１～第ｎ主成分（１≦ｉ≦ｎ、ｉ：整数、ｎ＜ｍ）を合成した電位波形である第二合成波形Ｙｋは、第一合成波形Ｙ１ｋ～Ｙｎｋの加算によって求められる。具体的には、第二合成波形Ｙｋ上のサンプル点ｌでの値（電位）Ｙｋｌは、以下の式３によって求められる。値Ｙｋｌは、サンプル点ｌにおける第１～第ｎ主成分による「ノイズ」を示す。各サンプル点ｌでの値Ｙｋｌによって形成される第二合成波形Ｙｋは、測定電極１２０ｂｋにおける第１～第ｎ主成分による「ノイズ」を示す。このようなノイズは、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍに共通するノイズ成分である。
上述したように、主成分合成部２２２は、各測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）について、各第ｉ主成分による第一合成波形における各サンプル点ｌの値Ｙｉｋｌを、第ｉ主成分の主成分得点ｚｉｋの系列の要素に、変数Ｘｋに対する第ｉ主成分の主成分係数ａｉｋを乗じたものに、変数Ｘｋの要素の平均値を加算することによって、算出する。さらに、主成分合成部２２２は、各測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）について、第１～第ｎ主成分による第二合成波形における各サンプル点ｌの値Ｙｋｌを、第１～第ｎ主成分による第一合成波形のサンプル点ｌの値Ｙｉｋｌを加算することによって、算出する。これにより、主成分合成部２２２は、各測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）についての第１～第ｎ主成分による第二合成波形を算出する。
共通ノイズ除去処理部２２３は、各測定電極１２０ｂｋについて、主成分合成部２２２によって合成された当該測定電極１２０ｂｋの抽出主成分による電位変化の合成波形（第二合成波形）、すなわちノイズを、当該測定電極１２０ｂｋの計測電位波形から減算し、残渣波形を求める。この残渣波形は、当該測定電極１２０ｂｋにおけるノイズを除去した後の電位波形を示す。なお、主成分分析処理部２２１で抽出された主成分が１つである場合は、主成分合成部２２２は第一合成波形を求め、第二合成波形を求める必要はない。
例えば、図７Ａ～図７Ｃは、図１の処理部２００の信号処理部２２０による電位波形の処理過程の一例を示す。図７Ａ～図７Ｃは、計算に用いた５つの測定電極１２０ｂｋ～１２０ｂｋ＋４の電位波形のうち、３つの測定電極の処理過程を示している。具体的には、図７Ａは、測定電極１２０ｂｋの処理過程を示し、図７Ｂは、測定電極１２０ｂｋ＋１の処理過程を示し、図７Ｃは、測定電極１２０ｂｋ＋２の処理過程を示す。図７Ａ～図７Ｃのグラフはいずれも、縦軸に電位（単位はμＶ）を示し、横軸に時間（秒）を示している。図７Ａ～図７Ｃのグラフそれぞれについて、上段のグラフＵＧは、処理前の電位波形を示す。中段のグラフＭＧは主成分分析により抽出された第１主成分～第３主成分を用いて合成されたノイズ成分を示す。つまり、ノイズ成分は、主成分合成部２２２について上述したｎ＝３の場合の第二合成波形に対応する。下段のグラフＬＧは、上段の処理前の電位波形から中段グラフＭＧのノイズ成分を除去した結果の電位波形を示す。中段グラフＭＧに示したノイズ成分は、測定電極ごとに、その大きさ及び波形で異なっているが、いずれもパルス様の周期性の成分を含み、この周期性の成分は、パルスの頻度が約６０Ｈｚであり、パルス自体の波形は急峻に変動する成分である。このようなノイズ成分を除去した結果、下段グラフＬＧの電位波形では、上段グラフＵＧでは確認しにくい、測定電極ごとに異なる周期のゆっくりした波形が確認できる。
［１－２．電気反応計測装置の動作］
次に、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の動作を説明する。図８は、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
次に、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の動作を説明する。図８は、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ１１００）
まず、計測部１００は、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれとリファレンス電極１２０ａとの電位を同時に取得する。さらに、計測部１００は、リファレンス電極１２０ａの電位と測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの電位との差を、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの電位として、予め定められた時間間隔で取得する。計測部１００は、処理部２００の記憶部２１０に、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍごとに、取得された電位と、取得された時間とを互いに対応させて記憶させる。記憶部２１０の記憶内容の例は、図６のように示される。
まず、計測部１００は、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれとリファレンス電極１２０ａとの電位を同時に取得する。さらに、計測部１００は、リファレンス電極１２０ａの電位と測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの電位との差を、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの電位として、予め定められた時間間隔で取得する。計測部１００は、処理部２００の記憶部２１０に、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍごとに、取得された電位と、取得された時間とを互いに対応させて記憶させる。記憶部２１０の記憶内容の例は、図６のように示される。
（ステップＳ１２００）
次いで、処理部２００の主成分分析処理部２２１は、ステップＳ１１００で記憶部２１０に記憶された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれについての電位及び時間の関係を示す時間波形である電位波形に対して、変数Ｘ１～Ｘｍを設定する。さらに、主成分分析処理部２２１は、変数Ｘ１～Ｘｍそれぞれについて、変数に対応する電位波形における所定の計測時間毎の電位又は所定の計測時刻の電位を、当該変数の観測値つまりデータ値に決定する。よって、変数Ｘ１～Ｘｍはそれぞれ、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの複数の電位を複数のデータ値として含むデータ系列である。主成分分析処理部２２１は、変数Ｘ１～Ｘｍ及びそのデータ系列を用いて主成分分析を行う。
次いで、処理部２００の主成分分析処理部２２１は、ステップＳ１１００で記憶部２１０に記憶された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれについての電位及び時間の関係を示す時間波形である電位波形に対して、変数Ｘ１～Ｘｍを設定する。さらに、主成分分析処理部２２１は、変数Ｘ１～Ｘｍそれぞれについて、変数に対応する電位波形における所定の計測時間毎の電位又は所定の計測時刻の電位を、当該変数の観測値つまりデータ値に決定する。よって、変数Ｘ１～Ｘｍはそれぞれ、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの複数の電位を複数のデータ値として含むデータ系列である。主成分分析処理部２２１は、変数Ｘ１～Ｘｍ及びそのデータ系列を用いて主成分分析を行う。
具体的には、主成分分析処理部２２１は、予め定められた数の主成分、又は、予め定められた全分散に対する主成分による説明量を超える主成分を抽出するまで、主成分分析を継続する。主成分分析の計算は一般的な計算方法による。例えば、主成分分析処理部２２１は、全ての測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの変数Ｘ１～Ｘｍのデータ系列に対して、電位の共分散行列を求め、さらに、分散共分散行列の固有ベクトル及び固有値を求める。ｍ個の固有値と、ｍ個の固有値それぞれに対応する固有ベクトルが算出される。主成分分析処理部２２１は、固有ベクトルを固有値の大きい順に整理し、固有ベクトルの要素を主成分の係数列とする。例えば、固有値が最も大きい固有ベクトルの要素は、第１主成分の係数列であり、ｋ番目に大きい固有値に対応する固有ベクトルの要素は、第ｋ主成分の係数列である。
主成分分析処理部２２１は、予め定められた数の主成分を抽出する際には、固有値の大きなものから順（降順）に予め定められた数の主成分を抽出する。主成分分析処理部２２１は、主成分の数を全分散に対する説明量すなわち累積寄与率によって決定する場合には、固有値を用いて寄与率及びその累積寄与率を求め、予め定められた累積寄与率を超える最小の累積寄与率を与える数の主成分を抽出する。主成分分析処理部２２１は、主成分に対応する固有ベクトルの要素を主成分係数とする。主成分分析処理部２２１は、求められた主成分における固有ベクトルの方向軸である主成分軸へ、各個別のデータすなわち各測定電極を軸とした各サンプル点での電位データを写像し、主成分軸上での各サンプル点の値を主成分得点として求める。
（ステップＳ１３００）
主成分合成部２２２は、ステップＳ１２００で抽出された予め定められた数の主成分について、主成分係数と主成分得点とを用いて、各測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍについて、測定時間すなわちサンプル点ごとに主成分による電位を求め、抽出された主成分によるノイズ波形を合成する。電位波形の合成では、各電位波形における同じサンプル点の電位が加算される。
主成分合成部２２２は、ステップＳ１２００で抽出された予め定められた数の主成分について、主成分係数と主成分得点とを用いて、各測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍについて、測定時間すなわちサンプル点ごとに主成分による電位を求め、抽出された主成分によるノイズ波形を合成する。電位波形の合成では、各電位波形における同じサンプル点の電位が加算される。
（ステップＳ１４００）
共通ノイズ除去処理部２２３は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの観測値である電位波形から、ステップＳ１３００で合成された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの主成分によるノイズ波形を減算することにより残渣を求める。つまり、共通ノイズ除去処理部２２３は、測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）の電位波形から、同じ測定電極１２０ｂｋのノイズ波形を減算する。主成分によって生成される電位が複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍに共通するノイズとみなされ、このようなノイズが観測値から減算されることで、観測値に含まれるノイズが除去される。このような計算により、共通ノイズ除去処理部２２３は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍごとに、計測時間又は計測時刻ごとに計算された残渣からなる電位の時間波形を算出し、それにより、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれでのノイズ除去後の電位波形を生成する。
共通ノイズ除去処理部２２３は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの観測値である電位波形から、ステップＳ１３００で合成された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの主成分によるノイズ波形を減算することにより残渣を求める。つまり、共通ノイズ除去処理部２２３は、測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）の電位波形から、同じ測定電極１２０ｂｋのノイズ波形を減算する。主成分によって生成される電位が複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍに共通するノイズとみなされ、このようなノイズが観測値から減算されることで、観測値に含まれるノイズが除去される。このような計算により、共通ノイズ除去処理部２２３は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍごとに、計測時間又は計測時刻ごとに計算された残渣からなる電位の時間波形を算出し、それにより、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれでのノイズ除去後の電位波形を生成する。
（ステップＳ１５００）
出力部２３０は、ステップＳ１４００で共通ノイズ除去処理部２２３によって算出された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれのノイズ除去後の電位波形を、電位と当該電位が計測された時間とを合わせた数値列とした信号で出力する。
出力部２３０は、ステップＳ１４００で共通ノイズ除去処理部２２３によって算出された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれのノイズ除去後の電位波形を、電位と当該電位が計測された時間とを合わせた数値列とした信号で出力する。
［１－３．電位計測部の構成及び動作］
計測部１００の電位計測部１３０の構成及び動作を説明する。図９は、図１の電位取得部１３１のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図９の例では、電位取得部１３１は、差動アンプ１３１ａとＡＤ（Analog-Digital）変換器１３１ｂとで構成される。
計測部１００の電位計測部１３０の構成及び動作を説明する。図９は、図１の電位取得部１３１のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図９の例では、電位取得部１３１は、差動アンプ１３１ａとＡＤ（Analog-Digital）変換器１３１ｂとで構成される。
差動アンプ１３１ａは、リファレンス電極１２０ａの電位を基準電位として、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの電位を、リファレンス電極１２０ａの基準電位との差として取り出す。
ＡＤ変換器１３１ｂは、アナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器１３１ｂは、予め定められた時間間隔でアナログ信号として入力される電位を、数値に変換する。予め定められた時間間隔は、例えば、１秒間に２００００回の時間間隔、０．５ミリ秒間隔等である。ＡＤ変換器１３１ｂは、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの間で同期して電位を数値に変換する。つまり、ＡＤ変換器１３１ｂは、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍにおいて同じ時刻に計測された電位を数値に変換する。
以上のように構成された電位取得部１３１を含む電位計測部１３０の動作を、図１０を参照しつつ説明する。なお、図１０は、実施の形態１に係る電気反応計測装置１における電位計測部１３０の動作の一例を示すフローチャートである。図１０は、図８のステップＳ１１００の処理の詳細の一例を示すフローチャートでもある。
（ステップＳ１１１０）
まず、差動アンプ１３１ａは、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの電位とリファレンス電極１２０ａの電位とを同時に取得する。
まず、差動アンプ１３１ａは、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの電位とリファレンス電極１２０ａの電位とを同時に取得する。
（ステップＳ１１２０）
次いで、差動アンプ１３１ａは、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれとリファレンス電極１２０ａとの電位の差を求める。つまり、差動アンプ１３１ａは、測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）とリファレンス電極１２０ａとの電位差を求める。この差動アンプ１３１ａの動作は差動増幅とも呼ばれる。上述したように、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれから差動アンプ１３１ａに出力される信号は、区画部材１４０の絶縁作用等によって、互いに対して独立している。
次いで、差動アンプ１３１ａは、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれとリファレンス電極１２０ａとの電位の差を求める。つまり、差動アンプ１３１ａは、測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）とリファレンス電極１２０ａとの電位差を求める。この差動アンプ１３１ａの動作は差動増幅とも呼ばれる。上述したように、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれから差動アンプ１３１ａに出力される信号は、区画部材１４０の絶縁作用等によって、互いに対して独立している。
（ステップＳ１１３０）
次いで、ＡＤ変換器１３１ｂは、ステップＳ１１２０で差動アンプ１３１ａによって求められた測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれとリファレンス電極１２０ａとの電位差を、予め定められた時間間隔で取得し、数値化する。時間間隔は、制御部１３３によって決定されてもよい。さらに、制御部１３３は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍ間において、電位取得の時間又は時刻の同期を行ってもよい。
次いで、ＡＤ変換器１３１ｂは、ステップＳ１１２０で差動アンプ１３１ａによって求められた測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれとリファレンス電極１２０ａとの電位差を、予め定められた時間間隔で取得し、数値化する。時間間隔は、制御部１３３によって決定されてもよい。さらに、制御部１３３は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍ間において、電位取得の時間又は時刻の同期を行ってもよい。
（ステップＳ１１４０）
次いで、ＡＤ変換器１３１ｂは、ステップＳ１１３０で数値化された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの電位差を、電位が数値化された時間又は時刻の情報と合わせて記憶部２１０に出力する。上記のような電位が数値化された時間又は時刻は、当該電位の計測時間又は計測時刻とされてもよい。
次いで、ＡＤ変換器１３１ｂは、ステップＳ１１３０で数値化された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの電位差を、電位が数値化された時間又は時刻の情報と合わせて記憶部２１０に出力する。上記のような電位が数値化された時間又は時刻は、当該電位の計測時間又は計測時刻とされてもよい。
［１－４．効果］
上述したように、実施の形態１に係る電気反応計測装置１において、培養容器１１０中で測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍのそれぞれが区画部材１４０の隔壁１４０ａによって隔てられている。このような電気反応計測装置１は、１つの測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）に１つの細胞又は組織が接触又は近傍に配置されている場合、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍで同時に計測された電位波形に対して主成分分析を行う。さらに、電気反応計測装置１は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれについて主成分から合成される電位波形を、測定電極共通のノイズとみなし、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの計測された電位波形からノイズの電位波形を減算する。これにより、電気反応計測装置１は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれに配置された細胞又は組織が活動する様を反映する電気反応を、当該細胞又は組織ごとに独立して精度よく計測することができる。このように、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの計測信号に影響を与える、細胞又は組織の外部からのノイズが除去されるため、細胞又は組織の独自の活動による電気反応がより精度よく計測されることが可能になる。よって、ユーザは、上記のような電気反応を用いた電気反応計測装置１の出力結果から、細胞又は組織の活動の良否を判定しやすくなる。また、細胞又は組織の電気反応に基づいて、細胞又は組織の活動の良否を機械学習によって自動判定する技術に電気反応計測装置１が適用される場合、自動判定の処理の機械学習が容易になり、判定精度を高めることが可能になる。機械学習を用いない判定方式に電気反応計測装置１が適用される場合でも、判定基準が定義しやすく。判定精度を高めることが可能になる。電気反応計測装置１は、細胞又は組織の活動の良否の判定を容易にし且つ精度を向上することで、例えば、再生医療のための細胞又は組織の選別を容易にする。
上述したように、実施の形態１に係る電気反応計測装置１において、培養容器１１０中で測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍのそれぞれが区画部材１４０の隔壁１４０ａによって隔てられている。このような電気反応計測装置１は、１つの測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）に１つの細胞又は組織が接触又は近傍に配置されている場合、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍで同時に計測された電位波形に対して主成分分析を行う。さらに、電気反応計測装置１は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれについて主成分から合成される電位波形を、測定電極共通のノイズとみなし、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの計測された電位波形からノイズの電位波形を減算する。これにより、電気反応計測装置１は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれに配置された細胞又は組織が活動する様を反映する電気反応を、当該細胞又は組織ごとに独立して精度よく計測することができる。このように、複数の測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの計測信号に影響を与える、細胞又は組織の外部からのノイズが除去されるため、細胞又は組織の独自の活動による電気反応がより精度よく計測されることが可能になる。よって、ユーザは、上記のような電気反応を用いた電気反応計測装置１の出力結果から、細胞又は組織の活動の良否を判定しやすくなる。また、細胞又は組織の電気反応に基づいて、細胞又は組織の活動の良否を機械学習によって自動判定する技術に電気反応計測装置１が適用される場合、自動判定の処理の機械学習が容易になり、判定精度を高めることが可能になる。機械学習を用いない判定方式に電気反応計測装置１が適用される場合でも、判定基準が定義しやすく。判定精度を高めることが可能になる。電気反応計測装置１は、細胞又は組織の活動の良否の判定を容易にし且つ精度を向上することで、例えば、再生医療のための細胞又は組織の選別を容易にする。
（実施の形態１の変形例１）
実施の形態１に係る電気反応計測装置１における電極１２０の変形例１を説明する。実施の形態１では、培養容器１１０に配置される電極１２０は、１つのリファレンス電極１２０ａと１つ以上の測定電極１２０ｂとを備えたが、本変形例では、複数のリファレンス電極と、１つ以上の測定電極とを備える。本変形例では、複数のリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４は、共通の回路に接続されている、つまり、回路上で共通化されている。測定電極１２０ｂはそれぞれ、実施の形態１と同様に、互いに独立した回路に接続されている。
実施の形態１に係る電気反応計測装置１における電極１２０の変形例１を説明する。実施の形態１では、培養容器１１０に配置される電極１２０は、１つのリファレンス電極１２０ａと１つ以上の測定電極１２０ｂとを備えたが、本変形例では、複数のリファレンス電極と、１つ以上の測定電極とを備える。本変形例では、複数のリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４は、共通の回路に接続されている、つまり、回路上で共通化されている。測定電極１２０ｂはそれぞれ、実施の形態１と同様に、互いに独立した回路に接続されている。
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照しつつ、変形例１に係るリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４及び測定電極１２０ｂの構成を説明する。なお、図１１Ａは、実施の形態１に係る電気反応計測装置１における電極の変形例１を、図４Ａと同様に示す模式的な平面図である。図１１Ｂは、図１１ＡのＸＩＢ－ＸＩＢ線に沿った断面を模式的に示す断面側面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４及び測定電極１２０ｂに接続される回路の配線が、破線を用いて模式的に示されている。
本実施の形態１の変形例１においても、図４Ｃおよび図４Ｄに示したような培養液の液面の違いが考慮される。培養液の液面が隔壁１４０ａを超えた高さで保持される場合は、複数の測定電極１２０ｂおよび複数のリファレンス電極１２０ａは培養液を通じて電気的につながっている。しかしながら、実施の形態１の図４Ｃと同様、隔壁１４０ａによる電気的な隔たりは十分大きい。また、本実施の形態１の変形例１では、複数のリファレンス電極１２０ａについては図１１Ａ、図１１Ｂに示したように、電気回路として接続されており、電気的に共通となっている。一方、培養液の液面が隔壁１４０ａの高さを超えない高さで保持される場合、複数の測定電極１２０ｂの各々は培養液による電気的つながりがなく電気的隔たりは十分大きい。さらに、測定電極１２０ｂと複数のリファレンス電極１２０ａとの間も培養液による電気的つながりはなく、電気的隔たりは十分に大きい。図１１Ａ、図１１Ｂの例では複数のリファレンス電極１２０ａは培養液によって電気的につながる構成となっているが、培養液による電気的つながりのみでなく、電気回路として接続されており、電気的に共通となっている。
図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるように、培養容器１１０内には、回路上で共通化された複数のリファレンス電極１２０ａ１、１２０ａ２、１２０ａ３及び１２０ａ４と、各々回路を異にする複数の測定電極１２０ｂとが配置されている。図１１Ａの例では、４つのリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４が、区画部材１４０つまりウェル１４０ｂ全体を取り囲むように、区画部材１４０の周りに等間隔に配置されている。リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４は、実施の形態１と同様に、培養容器１１０の底壁１１０ａに配置されている。これにより、区画部材１４０の各ウェル１４０ｂから、当該ウェル１４０ｂに最も近いリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４までの距離は、実施の形態１よりも小さくなる。つまり、ウェル１４０ｂ同士の間において、当該距離のばらつきが小さくなる。また、各ウェル１４０ｂから４つのリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４までの距離の和及び平均値に関しても、ウェル１４０ｂ同士の間におけるばらつきが小さくなる。よって、ウェル１４０ｂ同士の間において、ウェル１４０ｂからリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４までの距離のばらつきが、小さくなる。また、測定電極１２０ｂの構成は、実施の形態１と同様である。
図１１Ａに破線で示されるように、リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４の回路は共通化されている。これにより、リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４での電位は異なるが、接続される回路が共通化されることで、全てのリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４の電位は共通化される、つまり、リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４の基準電位が共通化される。なお、リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４は、１つの配線を介し電位計測部１３０のコネクタ１３２に接続され、リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４の電位は、電位取得部１３１で１つの電位としてまとめられて取得される。これにより、電位取得部１３１で取得される測定電極１２０ｂとリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４との間の電位差は、測定電極１２０ｂとリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４それぞれとの電位差を平均化等によりまとめられた値を示し、リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４と測定電極１２０ｂとの位置関係に起因する影響が抑えられた値を示す。
上述したように、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の変形例１によれば、培養容器１１０内の複数のリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４は、ウェル１４０ｂ全体を取り囲むように等間隔に配置され、さらに、リファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４の回路が共通化される。これにより、複数の測定電極１２０ｂにおいて、測定電極１２０ｂとリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４との距離のばらつきが小さくなる。複数の測定電極１２０ｂに共通に影響するノイズの位相が、測定電極１２０ｂとリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４との距離に応じて変化して、当該ノイズが主成分として抽出されにくくなることが抑えられる。すなわち、複数のリファレンス電極１２０ａ１～１２０ａ４を、ウェル１４０ｂ全体を取り囲むように、例えば等間隔に配置することで、主成分分析によるノイズ除去をより精度よく行うことが可能になる。変形例１における電極の構成により、測定電極１２０ｂそれぞれに配置された細胞又は組織が活動する様を反映する電気反応は、当該細胞又は組織ごとに独立してより精度よく計測されることができる。細胞又は組織の独自の活動による電気反応がより精度よく計測されることができるため、ユーザ又は自動判定による細胞又は組織の活動の良否の判定が容易になる。
（実施の形態１の変形例２）
実施の形態１に係る電気反応計測装置１における電極１２０の変形例２を説明する。本変形例では、リファレンス電極の構成が、実施の形態１及び変形例１と異なる。具体的には、リファレンス電極は、ウェル１４０ｂの隔壁１４０ａに配置されている。
実施の形態１に係る電気反応計測装置１における電極１２０の変形例２を説明する。本変形例では、リファレンス電極の構成が、実施の形態１及び変形例１と異なる。具体的には、リファレンス電極は、ウェル１４０ｂの隔壁１４０ａに配置されている。
図１２Ａ及び図１２Ｂを参照しつつ、変形例２に係るリファレンス電極２２０ａ及び測定電極１２０ｂの構成を説明する。なお、図１２Ａは、実施の形態１に係る電気反応計測装置１における電極の変形例２を、図４Ａと同様に示す模式的な平面図である。図１２Ｂは、図１２ＡのＸＩＩＢ－ＸＩＩＢ線に沿った断面を模式的に示す断面側面図である。図１２Ａ及び図１２Ｂでは、リファレンス電極２２０ａ及び測定電極１２０ｂに接続される回路の配線が、破線を用いて模式的に示されている。
図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるように、培養容器１１０内には、区画部材１４０の隔壁１４０ａに配置された１つのリファレンス電極２２０ａと、実施の形態１と同様の隔壁１４０ａの内側の複数の測定電極１２０ｂとが配置されている。図１２Ａの例では、リファレンス電極２２０ａは、隔壁１４０ａにおいて、培養容器１１０の底壁１１０ａと反対側の隔壁１４０ａの上に配置されている。具体的には、リファレンス電極２２０ａは、隔壁１４０ａの上部全体にわたって配置され、隔壁１４０ａと同様に、網目状の電極、具体的には格子状の電極を構成している。リファレンス電極２２０ａは、上方から下方に向かって見たとき、各測定電極１２０ｂ及び各ウェル１４０ｂを取り囲むように配置されている。このため、リファレンス電極２２０ａと測定電極１２０ｂとの距離は、実施の形態１及び変形例１よりも大きく低減され、測定電極１２０ｂの間で当該距離の差はほとんどない。なお、図１２Ａでは、リファレンス電極２２０ａは、隔壁１４０ａの上部全面にわたって配置されていたが、隔壁１４０ａの交差部分等に部分的に配置されてもよい。さらに、リファレンス電極２２０ａは、隔壁１４０ａと培養容器１１０の底壁１１０ａとの間に配置されてもよい。また、リファレンス電極２２０ａは、１つの回路に接続されており、接続される回路を共通化する。
リファレンス電極２２０ａは、ウェル１４０ｂの周囲の隔壁１４０ａの上部にあり、ウェル１４０ｂ内の組織又は細胞と接触しない。培養液の液面が隔壁１４０ａの高さ以上に満たされている場合、リファレンス電極２２０ａは培養液と接触する。このため、リファレンス電極２２０ａ及び測定電極１２０ｂを用いた電位計測の際、培養液は、その液面が隔壁１４０ａの高さ以上になるように、培養容器１１０内に満たされる。
上述のようなリファレンス電極２２０ａの構成により、全ての測定電極１２０ｂについて、測定電極１２０ｂとリファレンス電極２２０ａとの距離がほぼ等しい。リファレンス電極２２０ａは、１つの配線を介して電位計測部１３０のコネクタ１３２に接続され、リファレンス電極２２０ａの電位は、電位取得部１３１で基準電位として取得される。
本実施の形態１の変形例２においては、図１２Ａ、図１２Ｂに示したようにリファレンス電極２２０ａは隔壁１４０ａの上部にあり、培養液は隔壁１４０ａの高さを超える高さで保持される。従って、複数の測定電極１２０ｂおよびリファレンス電極１２０ａは培養液を通じて電気的につながっている。しかしながら、実施の形態１の図４Ｃと同様、隔壁１４０ａによる複数の測定電極１２０ｂの各々の電気的な隔たりは十分大きい。
上述したように、実施の形態１に係る電気反応計測装置１の変形例２によれば、培養容器１１０内の１つのリファレンス電極２２０ａは、ウェル１４０ｂの隔壁１４０ａ上部に配置される。これにより、複数の測定電極１２０ｂにおいて、測定電極１２０ｂとリファレンス電極２２０ａとの距離のばらつきは、ほとんどなくなる。複数の測定電極１２０ｂに共通に影響するノイズは、測定電極１２０ｂとリファレンス電極２２０ａとの距離に起因して、主成分として抽出されにくくなることが抑えられる。すなわち、網目状のリファレンス電極２２０ａが各ウェル１４０ｂを取り囲むように配置されることで、主成分分析によるノイズ除去をより精度よく行うことが可能になる。変形例２における電極の構成により、測定電極１２０ｂそれぞれに配置された細胞又は組織が活動する様を反映する電気反応は、当該細胞又は組織ごとに独立してより精度よく計測されることができる。細胞又は組織の独自の活動による電気反応がより精度よく計測されることができるため、ユーザ又は自動判定による細胞又は組織の活動の良否の判定が容易になる。
（実施の形態２）
実施の形態２に係る電気反応計測装置を説明する。実施の形態２に係る電気反応計測装置では、処理部２００Ａの信号処理部２２０Ａの構成が実施の形態１と異なる。以下において、実施の形態２について、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
実施の形態２に係る電気反応計測装置を説明する。実施の形態２に係る電気反応計測装置では、処理部２００Ａの信号処理部２２０Ａの構成が実施の形態１と異なる。以下において、実施の形態２について、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
実施の形態１では、処理部２００の信号処理部２２０は、主成分分析により、多くの測定電極１２０ｂに共通する成分をノイズとして抽出した。実施の形態２では、処理部２００Ａの信号処理部２２０Ａは、主成分分析によって抽出された主成分の合成波形同士の類似度を、相互相関関数を用いて判定し、類似した合成波形を、位相がずれたに過ぎない同一のノイズであるとしてグルーピングして、除去する。これにより、測定電極１２０ｂの間で電位に位相差があるため、分散の説明量が小さい主成分として抽出され且つ除去されずに残るノイズを、波形の類似度に基づいてまとめて除去することができる。
［２－１．電気反応計測装置の信号処理部の構成］
実施の形態２に係る電気反応計測装置の処理部２００Ａの信号処理部２２０Ａの構成を説明する。図１３は、実施の形態２に係る電気反応計測装置における信号処理部２２０Ａの機能的な構成の一例を示すブロック図である。図１３に示されるように、処理部２００Ａは、記憶部２１０と、信号処理部２２０Ａと、出力部２３０とを含む。信号処理部２２０Ａは、主成分分析処理部２２１と、主成分合成部２２２と、相互相関関数処理部２２４と、グルーピング処理部２２５と、共通ノイズ除去処理部２２３とを含む。主成分分析処理部２２１及び主成分合成部２２２の構成は、実施の形態１と同様である。
実施の形態２に係る電気反応計測装置の処理部２００Ａの信号処理部２２０Ａの構成を説明する。図１３は、実施の形態２に係る電気反応計測装置における信号処理部２２０Ａの機能的な構成の一例を示すブロック図である。図１３に示されるように、処理部２００Ａは、記憶部２１０と、信号処理部２２０Ａと、出力部２３０とを含む。信号処理部２２０Ａは、主成分分析処理部２２１と、主成分合成部２２２と、相互相関関数処理部２２４と、グルーピング処理部２２５と、共通ノイズ除去処理部２２３とを含む。主成分分析処理部２２１及び主成分合成部２２２の構成は、実施の形態１と同様である。
相互相関関数処理部２２４は、主成分合成部２２２によって合成された、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの主成分による電位波形の合成波形である第一合成波形に対して、２つの測定電極間で、２つの異なる主成分の第一合成波形について相互相関関数を適用することにより相互相関係数を求める。例えば、測定電極１２０ｂｋの第ｉ主成分による第一合成波形Ｙｉｋと、測定電極１２０ｂｋ＋１の第ｊ主成分による第一合成波形Ｙｊｋ＋１との間で、相互相関係数が求められる。つまり、相互相関関数処理部２２４は、主成分に対応する電位としての第一合成波形について、２つの主成分に対応する第一合成波形の相互相関係数を算出する。
グルーピング処理部２２５は、相互相関関数処理部２２４によって算出された、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍ間の異なる主成分の相互相関係数の絶対値が予め定められた閾値以上である場合、２つの主成分は、互いに位相がずれたに過ぎない同一の主成分であるとして、１つのグループに含めるグループ化をする。つまり、グルーピング処理部２２５は、相互相関係数が所定の値以上である２つの主成分を１つのグループにまとめるグループ分けをする。
グルーピング処理部２２５は、グループ化された主成分のグループについて、当該グループに含まれるすべての主成分について、各主成分の全分散に対する寄与率を合計し、グループの説明量とする。つまり、グルーピング処理部２２５は、グループの説明量として、当該グループに含まれる全ての主成分の説明量の和を算出する。
グルーピング処理部２２５は、グループを説明量の大きさに従って大きい順に並び替え、上位から予め定められたグループ数のグループ、又は、説明量が大きいほうからグループの説明量を累積していった値が、予め定められた値を超えるグループを選択し、選択されたグループに含まれる主成分を全て、除去対象のノイズとして決定する。つまり、グルーピング処理部２２５は、説明量の多いものから、グループ及びグループに含まれない主成分を抽出し、抽出されたグループ及びグループに含まれない主成分に含まれる主成分に対応する電位の和を、ノイズとして推定する。
共通ノイズ除去処理部２２３は、グルーピング処理部２２５によって決定された主成分について、全ての測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍについて、測定された電位波形から、当該主成分ごとに合成された第一合成波形である電位波形を差し引くことで、ノイズを除去し、ノイズ除去後の電位波形を出力部２３０へ出力する。つまり、各測定電極１２０ｂｋ（ｋ＝１～ｍ）で測定された電位波形について、当該測定電極１２０ｂｋに対応し且つグルーピング処理部２２５によって決定された主成分それぞれに対応する第一合成波形Ｙｉｋの和を、当該測定電極１２０ｂｋで測定された電位波形つまり電位から減算する。
［２－２．電気反応計測装置の動作］
上述のように構成された信号処理部２２０Ａを含む実施の形態２に係る電気反応計測装置の動作を、図１４を参照しつつ説明する。図１４は、実施の形態２に係る電気反応計測装置の動作の一例を示すフローチャートである。
上述のように構成された信号処理部２２０Ａを含む実施の形態２に係る電気反応計測装置の動作を、図１４を参照しつつ説明する。図１４は、実施の形態２に係る電気反応計測装置の動作の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ１１００）
主成分分析処理部２２１は、実施の形態１のステップＳ１１００と同様に、ステップＳ１１００の処理を行う。
主成分分析処理部２２１は、実施の形態１のステップＳ１１００と同様に、ステップＳ１１００の処理を行う。
（ステップＳ２１００）
主成分分析処理部２２１は、実施の形態１のステップＳ１２００と同様に、ステップＳ２１００の処理を行う。
主成分分析処理部２２１は、実施の形態１のステップＳ１２００と同様に、ステップＳ２１００の処理を行う。
（ステップＳ２２００）
主成分合成部２２２は、実施の形態１のステップＳ１３００と同様に、ステップＳ２２００の処理を行う。
主成分合成部２２２は、実施の形態１のステップＳ１３００と同様に、ステップＳ２２００の処理を行う。
（ステップＳ２３００）
相互相関関数処理部２２４は、ステップＳ２２００で主成分合成部２２２によって合成された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍごとの各主成分の電位波形である第一合成波形に対して、２つの測定電極間で、２つの異なる主成分の電位波形である第一合成波形について相互相関係数を求める。図１５Ａ及び図１５ＢはステップＳ２３００で求められた相互相関係数の一例である。なお、図１５Ａ及び図１５Ｂは、実施の形態２に係る電気反応計測装置における相互相関関数処理部２２４の計算結果の一部の一例を示す図である。ステップＳ２３００の動作の詳細は後述する。
相互相関関数処理部２２４は、ステップＳ２２００で主成分合成部２２２によって合成された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍごとの各主成分の電位波形である第一合成波形に対して、２つの測定電極間で、２つの異なる主成分の電位波形である第一合成波形について相互相関係数を求める。図１５Ａ及び図１５ＢはステップＳ２３００で求められた相互相関係数の一例である。なお、図１５Ａ及び図１５Ｂは、実施の形態２に係る電気反応計測装置における相互相関関数処理部２２４の計算結果の一部の一例を示す図である。ステップＳ２３００の動作の詳細は後述する。
（ステップＳ２４００）
グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２３００で相互相関関数処理部２２４によって算出された、２つの測定電極間の異なる主成分の相互相関係数の絶対値が、予め定められた閾値以上である主成分の組みあわせを抽出し、これらをグループにまとめるグループ化をする。グルーピング処理部２２５は、グループごとに、当該クループに含まれる主成分の全分散に対する寄与率を合計し、グループの説明量とする。グルーピング処理部２２５は、グループを説明量の大きさに従って大きい順に並び替え、上位からの予め定められたグループ数のグループ、又は、説明量が大きいほうからグループの説明量を累積していった値が予め定められた値を超えるグループを選択し、選択されたグループに含まれる主成分を全て、除去対象のノイズとして決定する。ステップＳ２４００の動作の詳細は後述する。
グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２３００で相互相関関数処理部２２４によって算出された、２つの測定電極間の異なる主成分の相互相関係数の絶対値が、予め定められた閾値以上である主成分の組みあわせを抽出し、これらをグループにまとめるグループ化をする。グルーピング処理部２２５は、グループごとに、当該クループに含まれる主成分の全分散に対する寄与率を合計し、グループの説明量とする。グルーピング処理部２２５は、グループを説明量の大きさに従って大きい順に並び替え、上位からの予め定められたグループ数のグループ、又は、説明量が大きいほうからグループの説明量を累積していった値が予め定められた値を超えるグループを選択し、選択されたグループに含まれる主成分を全て、除去対象のノイズとして決定する。ステップＳ２４００の動作の詳細は後述する。
（ステップＳ２５００）
共通ノイズ除去処理部２２３は、ステップＳ２４００で除去対象のノイズとして決定された主成分について、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの観測値である電位波形から、ステップＳ２３００で合成された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの当該主成分に対応する第一合成波形であるノイズ波形を減算することにより残渣を求める。共通ノイズ除去処理部２２３は、ステップＳ２４００で決定された全ての主成分についての第一合成波形を減算した残渣の時間波形を、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれでのノイズ除去後の電位波形とし、出力部２３０に出力する。
共通ノイズ除去処理部２２３は、ステップＳ２４００で除去対象のノイズとして決定された主成分について、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの観測値である電位波形から、ステップＳ２３００で合成された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれの当該主成分に対応する第一合成波形であるノイズ波形を減算することにより残渣を求める。共通ノイズ除去処理部２２３は、ステップＳ２４００で決定された全ての主成分についての第一合成波形を減算した残渣の時間波形を、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれでのノイズ除去後の電位波形とし、出力部２３０に出力する。
（ステップＳ１５００）
出力部２３０は、ステップＳ２５００で共通ノイズ除去処理部２２３によって算出された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれのノイズ除去後の電位波形を、電位と当該電位が計測された時間とを合わせた数値列とした信号で出力する。
出力部２３０は、ステップＳ２５００で共通ノイズ除去処理部２２３によって算出された測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍそれぞれのノイズ除去後の電位波形を、電位と当該電位が計測された時間とを合わせた数値列とした信号で出力する。
［２－３．ステップＳ２３００の詳細］
図１６を参照しつつ、ステップＳ２３００における相互相関関数処理部２２４の詳細な動作を説明する。図１６は、図１４のステップＳ２３００の処理の詳細の一例を示すフローチャートである。
図１６を参照しつつ、ステップＳ２３００における相互相関関数処理部２２４の詳細な動作を説明する。図１６は、図１４のステップＳ２３００の処理の詳細の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ２３０１）
相互相関関数処理部２２４は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍのうちから抽出される２つの測定電極のペアの全ての組み合わせについて、２つの測定電極の各主成分の第一合成波形同士の相互相関係数の算出を終了したか否かを判定する。相互相関関数処理部２２４は、上記算出が終了している場合（ステップＳ２３０１においてｙｅｓ）、ステップＳ２４００へ進む。相互相関関数処理部２２４は、上記算出が終了していない場合（ステップＳ２３０１においてｎｏ）、ステップＳ２３０２へ進む。
相互相関関数処理部２２４は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍのうちから抽出される２つの測定電極のペアの全ての組み合わせについて、２つの測定電極の各主成分の第一合成波形同士の相互相関係数の算出を終了したか否かを判定する。相互相関関数処理部２２４は、上記算出が終了している場合（ステップＳ２３０１においてｙｅｓ）、ステップＳ２４００へ進む。相互相関関数処理部２２４は、上記算出が終了していない場合（ステップＳ２３０１においてｎｏ）、ステップＳ２３０２へ進む。
（ステップＳ２３０２）
相互相関関数処理部２２４は、主成分の相互相関係数を未だ算出していない測定電極の組み合わせのうちから１つの組み合わせを選択する。
相互相関関数処理部２２４は、主成分の相互相関係数を未だ算出していない測定電極の組み合わせのうちから１つの組み合わせを選択する。
（ステップＳ２３０３）
相互相関関数処理部２２４は、ステップＳ２３０２で選択された２つの測定電極の主成分の間において、互いに異なる主成分同士の全ての組み合わせについて、相互相関係数の算出が終了したか否かを判定する。相互相関関数処理部２２４は、上記算出が終了している場合（ステップＳ２３０３においてｙｅｓ）、ステップＳ２３０１へ戻る。相互相関関数処理部２２４は、上記算出が終了していない場合（ステップＳ２３０３においてｎｏ）、ステップＳ２３０４へ進む。
相互相関関数処理部２２４は、ステップＳ２３０２で選択された２つの測定電極の主成分の間において、互いに異なる主成分同士の全ての組み合わせについて、相互相関係数の算出が終了したか否かを判定する。相互相関関数処理部２２４は、上記算出が終了している場合（ステップＳ２３０３においてｙｅｓ）、ステップＳ２３０１へ戻る。相互相関関数処理部２２４は、上記算出が終了していない場合（ステップＳ２３０３においてｎｏ）、ステップＳ２３０４へ進む。
（ステップＳ２３０４）
相互相関関数処理部２２４は、相互相関係数を未だ算出していない主成分の組み合わせのうちから１つの組み合わせを選択する。
相互相関関数処理部２２４は、相互相関係数を未だ算出していない主成分の組み合わせのうちから１つの組み合わせを選択する。
（ステップＳ２３０５）
相互相関関数処理部２２４は、ステップＳ２３０４で選択された主成分の組み合わせについて、２つの主成分の第一合成波形同士の相互相関係数を計算する。
相互相関関数処理部２２４は、ステップＳ２３０４で選択された主成分の組み合わせについて、２つの主成分の第一合成波形同士の相互相関係数を計算する。
相互相関関数処理部２２４は、ステップＳ２３０３からステップＳ２３０５の処理を繰り返すことで、２つの測定電極の主成分について、全ての異なる主成分の組み合わせにおける、電位の第一合成波形の相互相関係数を求めることができる。
図１５Ａ及び図１５Ｂは相互相関係数の計算結果の一例である。図１５Ａの例は、測定電極１２０ｂｋと測定電極１２０ｂｋ＋１との組み合わせにおける主成分間の相互相関係数を表に示す。図１５Ｂの例は、測定電極１２０ｂｋ＋２と測定電極１２０ｂｋ＋３との組み合わせにおける主成分間の相互相関係数を表に示す。相互相関関数処理部２２４は、異なる測定電極の同一の主成分の間では相互相関係数を算出せず、異なる測定電極の異なる主成分の間で相互相関係数を算出する。
相互相関関数処理部２２４は、ステップＳ２３０１からステップＳ２３０５の処理を繰り返すことで、全ての測定電極の組み合わせ及び全ての主成分の組み合わせについて、図１５Ａ及び図１５Ｂのように相互相関係数を求めることができる。
［２－４．ステップＳ２４００の詳細］
図１７を参照しつつ、ステップＳ２４００におけるグルーピング処理部２２５の詳細な動作を説明する。図１７は、図１４のステップＳ２４００の処理の詳細の一例を示すフローチャートである。
図１７を参照しつつ、ステップＳ２４００におけるグルーピング処理部２２５の詳細な動作を説明する。図１７は、図１４のステップＳ２４００の処理の詳細の一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ２４０１）
グルーピング処理部２２５は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの組み合わせそれぞれについて、主成分の各組み合わせの相互相関係数の絶対値を算出し、当該測定電極の組み合わせに含まれる全ての主成分の組み合わせについて、主成分の組み合わせごとに相互相関係数の絶対値を平均する。例えば、図１５Ａ及び図１５Ｂの例の場合、第１主成分及び第２主成分の組み合わせについて、グルーピング処理部２２５は、測定電極１２０ｂｋの第１主成分と測定電極１２０ｂｋ＋１の第２主成分との相互相関係数の絶対値、測定電極１２０ｂｋの第２主成分と測定電極１２０ｂｋ＋１の第１主成分との相互相関係数の絶対値、測定電極１２０ｂｋ＋２の第１主成分と測定電極１２０ｂｋ＋３の第２主成分との相互相関係数の絶対値、及び、測定電極１２０ｂｋ＋２の第２主成分と測定電極１２０ｂｋ＋３の第１主成分との相互相関係数の絶対値のように、第１主成分及び第２主成分の間で算出された全ての相互相関係数の絶対値の平均値を求める。また、図１８は、図１５Ａ及び図１５Ｂの例について、主成分の組み合わせごとに相互相関係数の絶対値の平均を計算した結果の一例である。相互相関係数の絶対値は、０以上１以内の範囲の値をとり、１に近い程、２つの主成分が類似することを示す。
グルーピング処理部２２５は、測定電極１２０ｂ１～１２０ｂｍの組み合わせそれぞれについて、主成分の各組み合わせの相互相関係数の絶対値を算出し、当該測定電極の組み合わせに含まれる全ての主成分の組み合わせについて、主成分の組み合わせごとに相互相関係数の絶対値を平均する。例えば、図１５Ａ及び図１５Ｂの例の場合、第１主成分及び第２主成分の組み合わせについて、グルーピング処理部２２５は、測定電極１２０ｂｋの第１主成分と測定電極１２０ｂｋ＋１の第２主成分との相互相関係数の絶対値、測定電極１２０ｂｋの第２主成分と測定電極１２０ｂｋ＋１の第１主成分との相互相関係数の絶対値、測定電極１２０ｂｋ＋２の第１主成分と測定電極１２０ｂｋ＋３の第２主成分との相互相関係数の絶対値、及び、測定電極１２０ｂｋ＋２の第２主成分と測定電極１２０ｂｋ＋３の第１主成分との相互相関係数の絶対値のように、第１主成分及び第２主成分の間で算出された全ての相互相関係数の絶対値の平均値を求める。また、図１８は、図１５Ａ及び図１５Ｂの例について、主成分の組み合わせごとに相互相関係数の絶対値の平均を計算した結果の一例である。相互相関係数の絶対値は、０以上１以内の範囲の値をとり、１に近い程、２つの主成分が類似することを示す。
（ステップＳ２４０２）
グルーピング処理部２２５は、主成分の組み合わせのうち、ステップＳ２４０１で求めた相互相関係数の絶対値の平均が、予め定められた値を超える、主成分の組み合わせを抽出する。予め定められた値は、例えば０．７である。図１８の例では、第１主成分及び第３主成分の組み合わせ、並びに、第３主成分及び第４主成分の組み合わせが該当する。
グルーピング処理部２２５は、主成分の組み合わせのうち、ステップＳ２４０１で求めた相互相関係数の絶対値の平均が、予め定められた値を超える、主成分の組み合わせを抽出する。予め定められた値は、例えば０．７である。図１８の例では、第１主成分及び第３主成分の組み合わせ、並びに、第３主成分及び第４主成分の組み合わせが該当する。
（ステップＳ２４０３）
グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２４０２で抽出された主成分の組み合わせをグループ化する、つまり、グループ分けする。このとき、まず、グルーピング処理部２２５は、抽出された２つの組み合わせを１つのグループとする。さらに、グルーピング処理部２２５は、図１８の例のように、抽出された２つの組み合わせの間で、含まれる主成分に重なりがある場合、重なる主成分を含む２つの組み合わせを１つのグループにまとめる。すなわち、図１８の例の場合、グルーピング処理部２２５は、第１主成分及び第３主成分、第３主成分及び第４主成分において、重なる主成分に第３主成分を決定し、第１主成分、第３主成分及び第４主成分を１つのグループとする。よって、１組の主成分のいずれかの主成分と重なりがある主成分の組が１つのグループにまとめられ、当該１組の主成分のいずれの主成分とも重なりがない主成分の組は、別のグループにまとめられる。また、いずれのグループにも含まれなかった主成分は、クループ化されない主成分として扱われる。
グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２４０２で抽出された主成分の組み合わせをグループ化する、つまり、グループ分けする。このとき、まず、グルーピング処理部２２５は、抽出された２つの組み合わせを１つのグループとする。さらに、グルーピング処理部２２５は、図１８の例のように、抽出された２つの組み合わせの間で、含まれる主成分に重なりがある場合、重なる主成分を含む２つの組み合わせを１つのグループにまとめる。すなわち、図１８の例の場合、グルーピング処理部２２５は、第１主成分及び第３主成分、第３主成分及び第４主成分において、重なる主成分に第３主成分を決定し、第１主成分、第３主成分及び第４主成分を１つのグループとする。よって、１組の主成分のいずれかの主成分と重なりがある主成分の組が１つのグループにまとめられ、当該１組の主成分のいずれの主成分とも重なりがない主成分の組は、別のグループにまとめられる。また、いずれのグループにも含まれなかった主成分は、クループ化されない主成分として扱われる。
（ステップＳ２４０４）
グルーピング処理部２２５は、２つ以上の主成分を含む主成分のグループについて、当該グループに含まれる各主成分のデータ全体の分散に対する寄与率を算出し、当該グループの各主成分の寄与率の合計を、当該グループの説明量とする。さらに、グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２４０３でグループ化されなかった主成分をそれぞれ、１つのグループとして、当該グループの説明量を上記と同様に算出する。１つの主成分からなるグループの説明量は、当該主成分の寄与率である。
グルーピング処理部２２５は、２つ以上の主成分を含む主成分のグループについて、当該グループに含まれる各主成分のデータ全体の分散に対する寄与率を算出し、当該グループの各主成分の寄与率の合計を、当該グループの説明量とする。さらに、グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２４０３でグループ化されなかった主成分をそれぞれ、１つのグループとして、当該グループの説明量を上記と同様に算出する。１つの主成分からなるグループの説明量は、当該主成分の寄与率である。
（ステップＳ２４０５）
グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２４０３でグループ化されたグループの説明量と、ステップＳ２４０３でグループ化されなかった主成分それぞれのグループの説明量とを合わせ、説明量の大きいものから順（降順）に予め定められた数のグループを抽出する。又は、グルーピング処理部２２５は、説明量の大きいものから順（降順）に、説明量を累積して、予め定められた説明量を超えるまでのグループを抽出する。このように、グループ化されなかった各主成分も１つのグループとして扱われ、全てのグループの説明量を用いて、グループの抽出が行われる。このように抽出されたグループには、ステップＳ２４０３でグループ化され且つ２つ以上の主成分を含むグループ、及び、ステップＳ２４０３でグループ化されず且つ１つの主成分を含むグループが、含まれ得る。
グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２４０３でグループ化されたグループの説明量と、ステップＳ２４０３でグループ化されなかった主成分それぞれのグループの説明量とを合わせ、説明量の大きいものから順（降順）に予め定められた数のグループを抽出する。又は、グルーピング処理部２２５は、説明量の大きいものから順（降順）に、説明量を累積して、予め定められた説明量を超えるまでのグループを抽出する。このように、グループ化されなかった各主成分も１つのグループとして扱われ、全てのグループの説明量を用いて、グループの抽出が行われる。このように抽出されたグループには、ステップＳ２４０３でグループ化され且つ２つ以上の主成分を含むグループ、及び、ステップＳ２４０３でグループ化されず且つ１つの主成分を含むグループが、含まれ得る。
（ステップＳ２４０６）
グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２４０５で抽出されたグループに含まれる主成分の全てを、ノイズとして除去する成分として決定する。
グルーピング処理部２２５は、ステップＳ２４０５で抽出されたグループに含まれる主成分の全てを、ノイズとして除去する成分として決定する。
［２－５．効果］
上述したように、実施の形態２に係る電気反応計測装置は、主成分の合成波形の相互相関係数を求めて、相互相関係数に基づく合成波形の類似度によって主成分をグルーピングする。つまり、電気反応計測装置は、測定電極の位置、及び、測定電極とリファレンス電極との距離等に起因してノイズの位相がずれることで異なる主成分として抽出され得る同じ主成分を、グループピングしてノイズ除去の対象とする。よって、電気反応計測装置は、影響の大きいノイズが位相ずれによって説明量が小さく且つ影響の小さいノイズとして除去されずに、出力データに残ることを防ぐことができる。
上述したように、実施の形態２に係る電気反応計測装置は、主成分の合成波形の相互相関係数を求めて、相互相関係数に基づく合成波形の類似度によって主成分をグルーピングする。つまり、電気反応計測装置は、測定電極の位置、及び、測定電極とリファレンス電極との距離等に起因してノイズの位相がずれることで異なる主成分として抽出され得る同じ主成分を、グループピングしてノイズ除去の対象とする。よって、電気反応計測装置は、影響の大きいノイズが位相ずれによって説明量が小さく且つ影響の小さいノイズとして除去されずに、出力データに残ることを防ぐことができる。
［３．その他］
以上、１つ又は複数の態様に係る電気反応計測装置について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、異なる実施の形態及び変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
以上、１つ又は複数の態様に係る電気反応計測装置について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、異なる実施の形態及び変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
また、上述したように、本開示の技術は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読取可能な記録ディスク等の記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の不揮発性の記録媒体を含む。
例えば、上記実施の形態に係る電気反応計測装置に含まれる各処理部は典型的には集積回路であるＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）として実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
なお、上記実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵなどのプロセッサ等のプログラム実行部が、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
また、上記構成要素の一部又は全部は、脱着可能なＩＣ（Integrated Circuit）カード又は単体のモジュールから構成されてもよい。ＩＣカード又はモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカード又はモジュールは、上記のＬＳＩ又はシステムＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、ＩＣカード又はモジュールは、その機能を達成する。これらＩＣカード及びモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。
本開示の電気反応処理方法は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＣＰＵ、プロセッサ、ＬＳＩなどの回路、ＩＣカード又は単体のモジュール等によって、実現されてもよい。
さらに、本開示の技術は、ソフトウェアプログラム又はソフトウェアプログラムからなるデジタル信号によって実現されてもよく、プログラムが記録された非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体であってもよい。また、上記プログラムは、インターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。
また、上記で用いた序数、数量等の数字は全て、本開示の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本開示は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本開示の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本開示の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを１つの機能ブロックとして実現したり、１つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
本開示の技術は、細胞又は組織等の生物学的な対象物の電気的反応を計測する装置に広く利用可能である。例えば、本開示の技術は、インキュベータ内での細胞又は組織の電気的反応の観測に有用である。
１ 電気反応計測装置
１１０ 培養容器
１２０ 電極
１２０ａ，１２０ａ１～１２０ａ４，２２０ａ リファレンス電極
１２０ｂ，１２０ｂ１～１２０ｂｍ 測定電極
１３０ 電位計測部
１３１ 電位取得部
１３１ａ 差動アンプ
１３１ｂ ＡＤ変換器
１３２ コネクタ
１３３ 制御部
１５０ 液面
２００，２００Ａ 処理部
２１０ 記憶部
２２０，２２０Ａ 信号処理部
２２１ 主成分分析処理部
２２２ 主成分合成部
２２３ 共通ノイズ除去処理部
２２４ 相互相関関数処理部
２２５ グルーピング処理部
２３０ 出力部
１１０ 培養容器
１２０ 電極
１２０ａ，１２０ａ１～１２０ａ４，２２０ａ リファレンス電極
１２０ｂ，１２０ｂ１～１２０ｂｍ 測定電極
１３０ 電位計測部
１３１ 電位取得部
１３１ａ 差動アンプ
１３１ｂ ＡＤ変換器
１３２ コネクタ
１３３ 制御部
１５０ 液面
２００，２００Ａ 処理部
２１０ 記憶部
２２０，２２０Ａ 信号処理部
２２１ 主成分分析処理部
２２２ 主成分合成部
２２３ 共通ノイズ除去処理部
２２４ 相互相関関数処理部
２２５ グルーピング処理部
２３０ 出力部
Claims (7)
- 培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された複数の測定電極における、少なくとも１つのリファレンス電極に対する電位を計測する電気反応計測装置であって、
前記複数の測定電極と、
前記少なくとも１つのリファレンス電極と、
少なくとも１つの制御回路とを備え、
前記複数の部屋には、計測対象物が配置され、
前記少なくとも１つの制御回路は、
前記複数の測定電極それぞれの前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、
前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、
前記測定電極の合成された前記電位を、前記測定電極で測定された電位から減算し、
減算後の電位を出力する
電気反応計測装置。 - 前記複数の部屋を互いに電気的に隔てる隔壁をさらに備える
請求項１に記載の電気反応計測装置。 - 前記測定電極は、前記部屋を囲む前記隔壁の内側に配置され、
前記リファレンス電極は、前記隔壁に配置される
請求項２に記載の電気反応計測装置。 - 前記少なくとも１つの制御回路は、
前記主成分それぞれについて、計測された電位全体の分散に対する前記主成分の説明量を算出し、
前記主成分のうち、前記説明量が大きいものから順に前記主成分の一部を抽出し、
抽出された前記主成分について、前記主成分に対応する電位を合成する
請求項１～３のいずれか一項に記載の電気反応計測装置。 - 前記少なくとも１つの制御回路は、
前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも２つの主成分を算出し、
前記主成分に対応する電位について、２つの前記主成分に対応する電位の相互相関係数を算出し、
前記相互相関係数が所定の値以上である前記２つの主成分をグループ分けし、
前記グループの説明量として、前記グループに含まれる全ての前記主成分の説明量の和を算出し、
前記グループの説明量及び前記グループに含まれない前記主成分の前記説明量について、前記説明量の多いものから、前記グループ及び前記グループに含まれない前記主成分を抽出し、
抽出された前記グループ及び前記グループに含まれない前記主成分に含まれる前記主成分に対応する電位の和を推定し、
前記電位の和を、前記測定電極で測定された電位から減算する
請求項１～３のいずれか一項に記載の電気反応計測装置。 - 培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された複数の測定電極における、少なくとも１つのリファレンス電極に対する電位を処理する電気反応計測装置であって前記複数の測定電極と前記少なくとも１つのリファレンス電極と少なくとも１つの制御回路とを備える電気反応計測装置による電気反応処理方法であって、
前記複数の部屋には、計測対象物が配置され、
前記少なくとも１つのリファレンス電極に対する前記複数の測定電極それぞれの電位を取得し、
前記複数の測定電極それぞれの前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、
前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、
前記測定電極それぞれの合成された前記電位を、前記測定電極について取得された前記電位から減算し、
減算後の電位を出力する
電気反応処理方法。 - 複数の測定電極と、少なくとも１つのリファレンス電極と、コンピュータとを備える電気反応計測装置において、
計測対象物が配置される培養容器中の複数の部屋それぞれに配置された前記複数の測定電極のそれぞれと、前記少なくとも１つのリファレンス電極との間の電位を取得し、
前記複数の測定電極それぞれについての前記電位を主成分分析することによって、前記複数の測定電極それぞれについて少なくとも１つの主成分を算出し、
前記複数の測定電極それぞれについて、前記測定電極の前記主成分から前記主成分に対応する電位を推定し、推定された前記電位を合成し、
前記測定電極の合成された前記電位を、前記測定電極について取得された前記電位から減算し、
減算後の電位を出力することを
前記コンピュータに実行させるプログラム。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018046060 | 2018-03-13 | ||
| JP2018046060 | 2018-03-13 | ||
| PCT/JP2019/006439 WO2019176489A1 (ja) | 2018-03-13 | 2019-02-21 | 電気反応計測装置、電気反応処理方法及びプログラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2019176489A1 JPWO2019176489A1 (ja) | 2021-03-11 |
| JP7249542B2 true JP7249542B2 (ja) | 2023-03-31 |
Family
ID=67906564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020505722A Active JP7249542B2 (ja) | 2018-03-13 | 2019-02-21 | 電気反応計測装置、電気反応処理方法及びプログラム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11932836B2 (ja) |
| JP (1) | JP7249542B2 (ja) |
| CN (1) | CN111344389A (ja) |
| WO (1) | WO2019176489A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002031617A (ja) | 2000-07-13 | 2002-01-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 細胞外記録用一体化複合電極 |
| JP2014512925A (ja) | 2011-05-04 | 2014-05-29 | カーディオインサイト テクノロジーズ インコーポレイテッド | 信号の加算平均 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100370247C (zh) * | 2002-05-13 | 2008-02-20 | 松下电器产业株式会社 | 生物样本的活动信号测量装置和测量方法 |
| JP2004166692A (ja) * | 2002-10-28 | 2004-06-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 一体型電極及び当該一体型電極を備える細胞固定化器 |
| EP1718200B1 (en) * | 2004-02-05 | 2016-04-13 | Dermal Devices INC. | Apparatus for measuring blood glucose using sub-dermal body tissue impedance measurements |
| US20090036794A1 (en) * | 2005-12-29 | 2009-02-05 | Rikshospitalet-Radiumhospitalet Hf | Method and apparatus for determining local tissue impedance for positioning of a needle |
| WO2009013876A1 (ja) * | 2007-07-20 | 2009-01-29 | Panasonic Corporation | 電気化学測定用電極板、およびこの電極板を有する電気化学測定装置、ならびにこの電極板を用いて目的物質を定量する方法 |
| JP2011509697A (ja) | 2007-12-04 | 2011-03-31 | ジーイー・ヘルスケア・リミテッド | 画像解析 |
| KR20170115907A (ko) * | 2016-04-08 | 2017-10-18 | 고려대학교 산학협력단 | 패턴인식을 통한 엑소좀의 라만 신호 분류 방법 및 세포 진단 방법 |
-
2019
- 2019-02-21 WO PCT/JP2019/006439 patent/WO2019176489A1/ja active Application Filing
- 2019-02-21 CN CN201980005661.4A patent/CN111344389A/zh active Pending
- 2019-02-21 JP JP2020505722A patent/JP7249542B2/ja active Active
-
2020
- 2020-07-02 US US16/920,356 patent/US11932836B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002031617A (ja) | 2000-07-13 | 2002-01-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 細胞外記録用一体化複合電極 |
| JP2014512925A (ja) | 2011-05-04 | 2014-05-29 | カーディオインサイト テクノロジーズ インコーポレイテッド | 信号の加算平均 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11932836B2 (en) | 2024-03-19 |
| CN111344389A (zh) | 2020-06-26 |
| WO2019176489A1 (ja) | 2019-09-19 |
| JPWO2019176489A1 (ja) | 2021-03-11 |
| US20200333285A1 (en) | 2020-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pachitariu et al. | Kilosort: realtime spike-sorting for extracellular electrophysiology with hundreds of channels | |
| Makarov et al. | Disentanglement of local field potential sources by independent component analysis | |
| Maccione et al. | Experimental investigation on spontaneously active hippocampal cultures recorded by means of high-density MEAs: analysis of the spatial resolution effects | |
| CN110575164B (zh) | 脑电信号伪迹去除方法及计算机可读存储介质 | |
| JP5542285B2 (ja) | 化合物を分析するための方法 | |
| US10517540B1 (en) | Systems and methods to reduce data and complexity in neural signal processing chain | |
| EP3859329A1 (en) | Method, computer system, and program for predicting characteristic of target | |
| JP2736326B2 (ja) | 単一神経活動電位計測装置 | |
| Leavitt et al. | Structure of spike count correlations reveals functional interactions between neurons in dorsolateral prefrontal cortex area 8a of behaving primates | |
| JP7249542B2 (ja) | 電気反応計測装置、電気反応処理方法及びプログラム | |
| Windolf et al. | Robust online multiband drift estimation in electrophysiology data | |
| US11969250B2 (en) | Scalable multi-resolution electrode array for sensing and stimulating the brain | |
| Kajikawa et al. | Coding of FM sweep trains and twitter calls in area CM of marmoset auditory cortex | |
| CN1831806A (zh) | 模型函数间或相关时通用线性模型增量计算的方法和装置 | |
| KR101631479B1 (ko) | 세포 스페로이드의 전기적 특성을 분석하기 위한 전극 구조체 | |
| WO2021230138A1 (ja) | 解析方法および解析装置 | |
| KR101915302B1 (ko) | 증강된 해상도 데이터 생성 장치 및 방법 | |
| Kapucu et al. | Quantification and automatized adaptive detection of in vivo and in vitro neuronal bursts based on signal complexity | |
| Eiber et al. | A ‘Total Unique Variation Analysis’ for Brain-Machine Interfaces | |
| Sarmiento-Álvarez et al. | Fetal electrocardiogram extraction using hybrid BSS technique: COMBI and MULTICOMBI algorithms | |
| Rasmussen et al. | Model Order Estimation for Independent Component Analysis of Epoched EEG Signals. | |
| Raisiardali | Design and synthesis of digital circuit for microelectrode arrays in 180nm CMOS technology and real-time stimulation artifact removal algorithm | |
| Pizzi et al. | Using Granger Causality to assess the interaction between brain areas during different consciousness states | |
| Cserpán | Theoretical methods for exploring the neurophysiological behavior of single neurons based on experimental data | |
| Bigelow et al. | Visual modulation of spectrotemporal receptive fields in mouse auditory cortex |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221213 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230124 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230207 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230307 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7249542 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |