生体情報処理装置および方法、プログラム、記録媒体、並びに基板
【課題】蛍光の強度から、より正確に、定量的に発現量を知ることができる。
【解決手段】 蛍光強度取得部２２は、蛍光強度取得用ピックアップ４１のフォトダイオード５４が出力した各スポットからの蛍光強度の入力を受ける。蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、スポット位置−混合比率記憶部２６に記憶されている各スポットにおけるプローブとダミープローブとの比率、および画像処理部２４から供給された各スポットの画像から、蛍光の強度とそれに対応するハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式を算出する。本発明は、生体情報を処理する生体情報処理装置に適用できる。
【解決手段】 蛍光強度取得部２２は、蛍光強度取得用ピックアップ４１のフォトダイオード５４が出力した各スポットからの蛍光強度の入力を受ける。蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、スポット位置−混合比率記憶部２６に記憶されている各スポットにおけるプローブとダミープローブとの比率、および画像処理部２４から供給された各スポットの画像から、蛍光の強度とそれに対応するハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式を算出する。本発明は、生体情報を処理する生体情報処理装置に適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体情報処理装置および方法、プログラム、記録媒体、並びに基板に関し、特に、生体物質に関する情報の処理に適した生体情報処理装置および方法、プログラム、記録媒体、並びに基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、DNA(deoxyribonucleic acid)チップ若しくはDNAマイクロアレイ（以下、本明細書では両者を区別する必要がない場合、まとめて単にDNAチップと称する）の実用化が進んでいる。DNAチップは、多種・多数のDNAオリゴ鎖を、検出用核酸として基板表面に集積して固定したものである。DNAチップを用いて、基板表面のスポットに固定されたプローブと、細胞などから採取したサンプル中のターゲットとのハイブリダイゼーションを検出することにより、採取した細胞内における遺伝子発現を網羅的に解析することができる。
【０００３】
DNAチップを用いた遺伝子発現解析におけるハイブリダイゼーション検出技術の向上に伴い、単に、遺伝子発現の有無を検出するだけでなく、遺伝子発現量の定量的な測定が可能になりつつある。例えば、ハイブリダイゼーション検出の際に蛍光強度を定量的に測定することにより、遺伝子発現量を示す定量的な数値を取得する技術は、一部実用化されている。
【０００４】
従来、１つのエレメントに対して、エレメントの濃度（スポット中に含まれるエレメントの量）が異なるものを複数個チップ上にスポッティングするものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２１４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、遺伝子発現量が一定であっても、蛍光強度が変化する場合があり、正しい遺伝子発現量を求めることができるとは限らないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、蛍光の強度から、より正確に、定量的に発現量を知ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面は、第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度を取得する取得手段と、取得された反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、第１の生体物質および第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報を生成する生成手段とを備える生体情報処理装置である。
【０００９】
本発明の第１の側面においては、第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度が取得され、取得された反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、第１の生体物質および第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報が生成される。
【００１０】
取得手段は、第１の生体物質と第２の生体物質とが生体反応している複数の反応領域の蛍光の強度を取得するようにすることができる。
【００１１】
反応領域に照射する励起光の強度を制御する制御手段をさらに設け、取得手段は、制御された強度の励起光が照射された反応領域の蛍光の強度を取得するようにすることができる。
【００１２】
取得手段は、第２の生体物質と第３の生体物質との比率が基板上の位置に基づいて決められている反応領域の蛍光の強度を取得するようにすることができる。
【００１３】
第１の生体物質と第２の生体物質は、相互に相補的な塩基配列を有する遺伝子またはそれから派生する物質であり、関係情報は、第１の生体物質と第２の生体物質とのハイブリダイゼーションの情報であるようにすることができる。
【００１４】
ハイブリダイゼーションの情報は、第１の生体物質と第２の生体物質とがハイブリダイズして得られる蛍光の強度から関数に基づき一義的に決定される情報であるようにすることができる。
【００１５】
生成手段は、蛍光の強度と、第１の生体物質および第２の生体物質の生体反応の状態との関係をＢスプライン曲線で表す関係情報を生成するようにすることができる。
【００１６】
生成手段は、蛍光の強度の単位量の変化に対する、第１の生体物質および第２の生体物質の生体反応の状態の変化の大きさが所定の閾値を超える区間を示す区間情報を含む関係情報を生成するようにすることができる。
【００１７】
生成手段は、関係情報の信頼性を表す信頼度情報をさらに生成するようにすることができる。
【００１８】
信頼度情報は、第１の生体物質と第２の生体物質とが第１の測定時にハイブリダイズして得られる第１の蛍光の強度と、第２の測定時にハイブリダイズして得られる第２の蛍光の強度の設定された範囲の分散の逆数により規定されるようにすることができる。
【００１９】
本発明の第２の側面は、第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域が設けられている基板である。
【００２０】
本発明の第２の側面においては、複数の反応領域に、第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている。
【００２１】
反応領域における第２の生体物質と第３の生体物質との比率が位置に基づいて決められているようにすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、発現量を知ることができる。特に、蛍光の強度から、より正確に、定量的に発現量を知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本明細書において使用する用語の意味を説明する。
【００２４】
プローブとは、DNAチップなどのバイオアッセイ用の基板に固定された生体物質であって、ターゲットと生体反応するものをいう。
【００２５】
ターゲットとは、DNAチップなどのバイオアッセイ用の基板に固定された生体物質に生体反応する生体物質をいう。
【００２６】
生体物質とは、蛋白質、核酸、糖などの生体内において生成される物質の他、相互に相補的な塩基配列を有する遺伝子またはそれから派生する物質を含む。
【００２７】
生体反応とは、２以上の生体物質が生化学的に反応することをいう。その代表例は、ハイブリダイゼーションである。
【００２８】
ハイブリダイゼーションとは、相補的な塩基配列構造を備える核酸間の相補鎖（二本鎖）形成反応をいう。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態の生体情報処理装置の構成例を表している。この生体情報処理装置１は、DNAチップ１１、ピックアップ部２１、蛍光強度取得部２２、励起光強度設定部２３、画像処理部２４、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５、スポット位置−混合比率記憶部２６、並びに蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７により構成されている。
【００３０】
DNAチップ１１は、スポット１２とガイド１３を有している。図２は、DNAチップ１１のより詳細な構成例を表している。
【００３１】
DNAチップ１１は、その基板１１Ａ上に、反応槽１０１Ａと反応槽１０１Ｂを有している。基板１１Ａの図中下側の端部には、直線状の開始位置ガイド１３Ａが設けられ、図中上側の端部には、終了位置ガイド１３Ｂが設けられている。図１のガイド１３は、具体的には、この開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂにより構成される。
【００３２】
反応槽１０１Ａと反応槽１０１Ｂは、この開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの間に配置されている。
【００３３】
反応槽１０１Ａと反応槽１０１Ｂには、反応領域としての複数のスポット１２が形成されており、各スポット１２には、生体物質（第２の生体物質）としてのプローブ１１１、並びに生体物質（第３の生体物質）としてのダミープローブ１１２がそれぞれ所定の比率で固定されている。反応槽１０１Ａにサンプルが滴下された場合、プローブ１１１には、その塩基と相補的構成を有する塩基を有する生体物質（第１の生体物質）としてのターゲット１１１Ａがハイブリダイズする。ダミープローブ１１２には、ターゲット１１１Ａがハイブリダイズしない。
【００３４】
ハイブリダイズした（生体反応した）生体物質としてのプローブ１１１とターゲット１１１Ａには、インターカレータ１１３が結合されている。インターカレータ１１３は励起光が照射されると蛍光を発生する。
【００３５】
図２には、このように、各プローブ１１１に対してターゲット１１１Ａがハイブリダイズした状態が示されている。図２には便宜上、１つのスポット１２に１つのプローブ１１１またはダミープローブ１１２のみが示されているが、実際には１つのスポット１２に対して複数のプローブ１１１またはダミープローブ１１２が固定されている。また、各反応槽にはプローブ１１１またはダミープローブ１１２が固定された任意の数のスポット１２が、予め定められた所定の位置に配置されている。
【００３６】
プローブ１１１とハイブリダイズが飽和する十分な量のターゲット１１１Ａがスポット１２に滴下されると、ほぼ総てのプローブ１１１は、ターゲット１１１Ａとハイブリダイズする。それぞれのスポット１２におけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との比率が既知なので、スポット１２毎のハイブリダイズ量（正確には、スポット１２内のプローブの総数に対するハイブリダイズしている本数の比率）がわかる。
【００３７】
なお、反応槽１０１Ａおよび反応槽１０１Ｂを個々に区別する必要がない場合、単に反応槽１０１と称する。
【００３８】
図１のピックアップ部２１は、蛍光強度取得用ピックアップ４１、ガイド信号取得用ピックアップ部４２、コントロール部４３、対物座標計算部４４、および畳み込み展開部４５で構成されている。
【００３９】
蛍光強度取得用ピックアップ４１は、図２のDNAチップ１１の反応槽１０１の画像を取得するピックアップである。これに対して、ガイド信号取得用ピックアップ部４２は、開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂを読み取るためのピックアップである。
【００４０】
蛍光強度取得用ピックアップ４１は、対物レンズ５１、プリズム５２、半導体レーザ５３、およびフォトダイオード５４を有している。半導体レーザ５３より出射されたレーザ光（励起光）は、プリズム５２を介して対物レンズ５１に入射され、対物レンズ５１は、入射されたレーザ光を基板１１Ａ（スポット１２）上に照射する。対物レンズ５１はまた、スポット１２からの光をプリズム５２を介してフォトダイオード５４に入射する。各スポット１２には、複数のプローブ１１１またはダミープローブ１１２が固定されており、プローブ１１１とターゲット１１１Ａがハイブリダイゼーションした場合、さらに両者にはインターカレータ１１３が結合される。すなわち、ダミープローブ１１２とターゲット１１１Ａがハイブリダイゼーションしていない場合には、両者の間にインターカレータ１１３は存在せず、プローブ１１１とターゲット１１１Ａがハイブリダイゼーションした場合においてのみ、両者の間にインターカレータ１１３が存在する。インターカレータ１１３は、励起光が照射されると蛍光を発生する。対物レンズ５１により集光された蛍光はプリズム５２により励起光と分離されて、フォトダイオード５４に入射される。
【００４１】
ハイブリダイゼーションしている量が多ければ、それだけインターカレータ１１３の量も多く、したがって、そこから発生する蛍光量も多い。
【００４２】
それぞれのスポット１２におけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との総数を均等とすれば、上述したようにDNAチップ１１のスポット１２のそれぞれにおけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との比率が既知なので、スポット１２毎のハイブリダイズ量（正確には、スポット１２内のプローブの総数に対するハイブリダイズしている本数の比率）がわかる。
【００４３】
したがって、スポットの蛍光量とハイブリダイズ量との関係がわかる。これにより、蛍光の強度に基づいて、ハイブリダイゼーションの状態を測定する（ハイブリダイゼーションの情報を得る）ことが可能となる。
【００４４】
なお、それぞれのスポット１２におけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との総数が既知であれば、スポットの蛍光量とハイブリダイズしている数との関係がわかる。
【００４５】
コントロール部４３は、半導体レーザ５３の電流制御を行い、その励起光の強度を調整する。また、コントロール部４３は、フォトダイオード５４の出力（電流量変化）を読み取る。
【００４６】
畳み込み展開部４５は、フォトダイオード５４より出力された電流量変化に基づく信号をコントロール部４３から受け取り、ピクセル単位の画像データを生成する。
【００４７】
ガイド信号取得用ピックアップ４２は、対物レンズ６１、プリズム６２、半導体レーザ６３、およびフォトダイオード６４により構成されている。半導体レーザ６３は、コントロール部４３からの制御に基づいて、レーザ光を発生する（このレーザ光は、ガイド検出光として機能する）。プリズム６２は、半導体レーザ６３からのレーザ光を対物レンズ６１に入射し、対物レンズ６１はこのレーザ光を基板１１Ａに照射する。対物レンズ６１は、基板１１Ａからの反射光を受光し、プリズム６２はこの反射光を照射光から分離してフォトダイオード６４に出射する。フォトダイオード６４は、プリズム６２より入射された反射光を光電変換し、ガイド信号としてコントロール部４３に出力する。コントロール部４３は、フォトダイオード６４より入力されたガイド信号を対物座標計算部４４に出力する。ガイド１３（開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂ）は、基板１１Ａの他の領域に較べて反射率が高く（または低く）なるように形成されている。対物座標計算部４４は、コントロール部４３を介して、ガイド信号取得用ピックアップ４２より供給されたガイド信号のレベルに基づいて、開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの位置、並びに開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂに向けて等速度で移動されるガイド信号取得用ピックアップ４２の位置（座標）を計算する。
【００４８】
コントロール部４３は、対物座標計算部４４により計算されたガイド信号取得用ピックアップ４２の位置に基づいて、蛍光強度取得用ピックアップ４１（対物レンズ５１）の位置を制御する。ガイド信号取得用ピックアップ４２と蛍光強度取得用ピックアップ４１は、相互に所定の位置関係に固定されており、蛍光強度取得用ピックアップ４１を図２における開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの間における所定の位置に配置することは、とりもなおさずガイド信号取得用ピックアップ４２を開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの間の所定の位置に配置することになる。
【００４９】
蛍光強度取得部２２は、蛍光強度取得用ピックアップ４１のフォトダイオード５４が出力した各スポット１２（その座標（ｘ，ｙ））からの蛍光強度（pfx，y）の入力を受け、この蛍光強度に関するデータ（画像）を画像処理部２４に出力する。蛍光強度取得部２２はまた、蛍光強度取得用ピックアップ４１の対物レンズ５１の基板１１Ａ上の対物座標（ｘ，ｙ）並びに対物面積半径（ｒ）を制御する制御信号をコントロール部４３に出力する。蛍光強度取得部２２はさらに、励起光強度設定部２３からの設定に基づいて、励起光強度を制御する制御信号をコントロール部４３に出力する。コントロール部４３は、この制御信号に基づいて対物レンズ５１を制御する。これにより、対物レンズ５１が基板１１Ａ上の所定の座標（ｘ，ｙ）に配置され、対物レンズ５１より出射されるレーザ光の照射範囲の半径（対物面積半径）（ｒ）が所定の値に制御され、そのレーザ光の強度（励起光強度）が所定の値に調整される。
【００５０】
励起光強度設定部２３は、予め定めた励起光強度を蛍光強度取得部２２に出力する。蛍光強度取得部２２は、この励起光強度設定部２３からの励起光強度に基づいて半導体レーザ５３の電流を制御し、所定の強さの励起光を半導体レーザ５３より出射させる。
【００５１】
画像処理部２４は、蛍光強度取得部２２から供給された蛍光強度の画像から、既知であるスポット１２の位置を示すテンプレートによりスポット１２の画像と背景画像を分離し、ノイズを除去し、デブリ（観測を行う上において障害となる物質）の成分を除去し、スポット１２毎の画像に分解するなどして、得られたスポット１２毎の画像を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５に供給する。
【００５２】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、スポット位置−混合比率記憶部２６に記憶されている各スポット１２におけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との比率、および画像処理部２４から供給された各スポット１２の画像から、蛍光の強度とそれに対応するハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式を算出する。また、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式の信頼度を算出する。
【００５３】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、算出した蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式および信頼度を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７に供給する。
【００５４】
なお、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式は、必ずしも式を構成せずとも、変換のためのデータであってもよい。
【００５５】
スポット位置−混合比率記憶部２６は、DNAチップ１１のスポット１２のそれぞれついて、スポット１２に固定されているプローブ１１１とダミープローブ１１２との比率を記憶する。
【００５６】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５から供給された蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式および信頼度を記憶する。
【００５７】
図３を参照して、遺伝子の発現量を定量的に測定する生体情報の処理を説明する。ステップＳ１１において、実際に測定する前の事前作業が行われ、ステップＳ１２において、遺伝子の発現量が定量的に測定される、実験過程が行われる。
【００５８】
次に、図４を参照して、図３のステップＳ１１の事前作業の処理について説明する。ステップＳ３１において、プローブが設計される。
【００５９】
ステップＳ３２において、ステップＳ３１の処理で設計されたプローブを固定したDNAチップが作成される。ステップＳ３３において、生体情報処理装置１は、DNAチップに所定の励起光を照射して得られた蛍光の蛍光強度とそれに対応する、プローブとターゲットとのハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する変換式である蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式を取得する。ステップＳ３４において、作成したDNAチップに、合成した所定のターゲットを所定の量ずつ滴下して、蛍光強度を取得することにより、複数のプローブの量と、これに結合する複数のターゲットのそれぞれの量との関係を示すプローブ−ターゲット結合強度行列が取得される。
【００６０】
図５は、図４のステップＳ３３の蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式取得の処理を説明するフローチャートである。ステップＳ５１において、プローブ１１１が設計される。また、プローブ１１１の塩基配列と相補的な塩基配列のターゲット１１１Ａが設計される。なお、実験過程において用いるプローブをプローブ１１１として用いるようにしてもよい。ステップＳ５２において、ダミープローブ１１２が設計される。ダミープローブ１１２は、ターゲット１１１Ａとハイブリダイズしない塩基配列とされる。すなわち、ターゲット１１１Ａに対する結合強度がより小さくなるように、ダミープローブ１１２が選択される。
【００６１】
ステップＳ５３において、プローブ１１１とダミープローブ１１２とを固定したDNAチップ１１が作成される。
【００６２】
ここで、プローブ１１１とダミープローブ１１２とが固定されるDNAチップ１１のスポット１２について説明する。図６乃至図８は、DNAチップ１１上のスポット１２の配置を説明する図である。
【００６３】
図６で示されるようにスポットセット１５１は、所定の数のスポット１２の集合である。１つのスポットセット１５１に属する複数のスポット１２のそれぞれのプローブ１１１とダミープローブ１１２の数の比率（以下、プローブ比率と称する）は、相互に異なる。例えば、スポット１２1乃至１２6のプローブ比率は、２０％を単位として変化させられる。
【００６４】
より具体的には、プローブ１１１を含む溶液１３１およびダミープローブ１１２を含む溶液１３２が用意される。そして、図７で示されるように、プローブ１１１とダミープローブ１１２との数の比率が０：１０になるように溶液１３１と溶液１３２が混合される。例えば、溶液１３１と溶液１３２の混合は、プローブ１１１およびダミープローブ１１２のモル数を基にして管理される。このように混合された溶液１３１と溶液１３２がスポット１２1に滴下されて、スポット１２1には、０：１０であるプローブ比率のプローブ１１１とダミープローブ１１２が固定される。すなわち、スポット１２1には、ダミープローブ１１２だけが固定される。
【００６５】
次に、プローブ１１１とダミープローブ１１２との数の比率が２：８になるように溶液１３１と溶液１３２が混合される。このように混合された溶液１３１と溶液１３２がスポット１２2に滴下されて、スポット１２2には、２：８であるプローブ比率のプローブ１１１とダミープローブ１１２が固定される。
【００６６】
同様に、プローブ１１１とダミープローブ１１２との数の比率を２０％を単位として変化させて、プローブ１１１とダミープローブ１１２との数の比率が４：６乃至１０：０のいずれかになるように混合された溶液１３１と溶液１３２がスポット１２3乃至１２6のそれぞれに滴下される。スポット１２3乃至１２6には、それぞれ、４：６乃至１０：０であるプローブ比率のプローブ１１１とダミープローブ１１２が固定される。
【００６７】
図８は、スポットセット１５１の配置を説明する図である。スポットセット１５１1には、プローブ比率を、それぞれ、０：１０、２：８、４：６、６：４、８：２、１０：０とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。スポットセット１５１1の上側のスポットセット１５１2には、プローブ比率を、それぞれ、４：６、６：４、８：２、１０：０、０：１０、２：８とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。さらに、スポットセット１５１2の上側のスポットセット１５１3には、プローブ比率を、それぞれ、８：２、１０：０、０：１０、２：８、４：６、６：４とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。
【００６８】
すなわち、スポットセット１５１2のスポット１２の配置は、スポットセット１５１1の左側の２つのスポット１２を右側に移動したものと同様である。より詳細に説明すれば、スポットセット１５１1におけるスポット１２のうち、左側の２つの、プローブ比率を０：１０または２：８としたスポット１２を、その順序を維持したまま、右側に移動してから、２つのスポット１２分だけスポットセット１５１全体を移動させたものと同様にスポットセット１５１2のスポット１２が配置される。言い換えれば、スポットセット１５１2のスポット１２の配置は、スポットセット１５１1を２進数のデータとし、それぞれのスポット１２をそのデータの１桁（１ビット）と見なした場合に、スポットセット１５１1に相当するデータを左側に２桁（２ビット）ローテイトシフトさせたときと同様とされる。
【００６９】
同様に、スポットセット１５１3のスポット１２の配置は、スポットセット１５１1の左側の４つのスポット１２を右側に移動したものと同様である。
【００７０】
また、スポットセット１５１1の下側のスポットセット１５１4には、プローブ比率を、それぞれ、１０：０、８：２、６：４、４：６、２：８、０：１０とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。言い換えれば、スポットセット１５１4のスポット１２の配置は、スポットセット１５１1のスポット１２の配置を左右逆にしたものと同様である。
【００７１】
スポットセット１５１4の下側のスポットセット１５１5には、プローブ比率を、それぞれ、６：４、４：６、２：８、０：１０、１０：０、８：２とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。スポットセット１５１5の下側のスポットセット１５１6には、プローブ比率を、それぞれ、２：８、０：１０、１０：０、８：２、６：４、４：６とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。
【００７２】
すなわち、スポットセット１５１5のスポット１２の配置は、スポットセット１５１4の左側の２つのスポット１２を右側に移動したものと同様であり、スポットセット１５１6のスポット１２の配置は、スポットセット１５１4の左側の４つのスポット１２を右側に移動したものと同様である。
【００７３】
このようにすることで、横１列に並ぶスポット１２のそれぞれのプローブ比率が異なると共に、縦１列に並ぶスポット１２のそれぞれのプローブ比率が異なるように、スポット１２を配置することができる。このような配置とすることで、DNAチップ１１におけるスポット１２の位置による蛍光強度の揺らぎを求めることができる。
【００７４】
以上のように、スポット１２（反応領域）のプローブ１１１（第２の生体物質）とダミープローブ１１２（第３の生体物質）との比率は、DNAチップ１１（基板）上の位置に基づいて決められている。
【００７５】
ステップＳ５４において、スポット位置−混合比率記憶部２６は、スポット毎の、プローブ１１１とダミープローブ１１２との比率であるプローブ比率を記憶する。
【００７６】
ステップＳ５５において、DNAチップ１１の各スポット１２に、十分な量のターゲット１１１Ａを含む溶液が滴下されて、プローブ１１１とターゲット１１１Ａとがハイブリダイズさせられる。
【００７７】
ステップＳ５６において、励起光強度設定部２３は、蛍光強度取得部２２に対して、励起光の強度を初期値に設定する。蛍光強度取得部２２は、励起光強度設定部２３からの設定に基づいて、励起光強度を初期値とする制御信号をコントロール部４３に出力する。コントロール部４３は、この制御信号に基づいて蛍光強度取得用ピックアップ４１の半導体レーザ５３から出射される励起光であるレーザ光の強度（励起光強度）を初期値となるように調整する。
【００７８】
ステップＳ５７において、ピックアップ部２１の蛍光強度取得用ピックアップ４１は、コントロール部４３の制御の基に、設定された強度の励起光をDNAチップ１１に照射する。ステップＳ５８において、ピックアップ部２１は、励起光がDNAチップ１１に照射されることにより生じた蛍光の強度を測定する。
【００７９】
具体的には、蛍光強度取得部２２は、コントロール部４３を介して蛍光強度取得用ピックアップ４１を駆動し、半導体レーザ５３にレーザ光を励起光として出射させる。この励起光は、プリズム５２を介して対物レンズ５１に入射され、対物レンズ５１は、これを基板１１Ａ上の反応槽１０１に照射する。
【００８０】
インターカレータ１１３は励起光が照射されると蛍光を発生する。この蛍光が対物レンズ５１により集光され、プリズム５２を介してフォトダイオード５４に入射される。フォトダイオード５４は蛍光に対応する電流を出力する。コントロール部４３は、この電流に対応する信号を畳み込み展開部４５により画像信号に変換させ、変換により生成された蛍光強度に対応する信号を、蛍光強度取得部２２に出力する。
【００８１】
コントロール部４３は、対物レンズ５１の位置を開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂの方向に向けて移動させる。このとき、ガイド信号取得用ピックアップ４２の半導体レーザ６３が出射するガイド検出光としてのレーザ光が、プリズム６２を介して対物レンズ６１に入射され、対物レンズ６１がこのガイド検出光を基板１１Ａに照射する。ガイド検出光の反射光の強度は、開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂに照射されたとき強くなる。この反射光が対物レンズ６１を介してプリズム６２に入射され、プリズム６２からフォトダイオード６４に入射される。対物座標計算部４４はコントロール部４３を介してフォトダイオード６４からのガイド信号を取得し、この信号に基づいて、ガイド信号取得用ピックアップ４２（したがって、それと一体化している蛍光強度取得用ピックアップ４１）が基板１１Ａの開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの間のいずれの位置に位置するのか、その座標を計算する。コントロール部４３はその座標に基づいてガイド信号取得用ピックアップ４２（蛍光強度取得用ピックアップ４１）を開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂまで一定の速度で移動させる（走査させる）。
【００８２】
このようにして、蛍光強度取得用ピックアップ４１が、図２において、開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂの位置まで移動されるとともに、さらに、その走査位置が、開始位置ガイド１３Ａ（終了位置ガイド１３Ｂ）と平行な方向（図中ｘ座標方向）に１ピッチ分だけ移動され、新たな移動位置において同様に、開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂまで移動される。このようにして、反応槽１０１の全体（総てのスポット１２）が走査され、各座標における画像信号が蛍光強度取得用ピックアップ４１より出力される。
【００８３】
このように、ステップＳ５７およびステップＳ５８において、コントロール部４３は、DNAチップ１１の総てのスポット１２の全体について、設定された一定の強度の励起光を照射し、総てのスポット１２における蛍光強度を取得できるように、蛍光強度取得用ピックアップ４１（対物レンズ５１）の位置（移動）を制御する。そして、ステップＳ５７およびステップＳ５８の処理により、ピックアップ部２１は、総てのスポット１２の蛍光強度の画像を蛍光強度取得部２２に供給する。蛍光強度取得部２２は、この画像を画像処理部２４に供給する。
【００８４】
ステップＳ５９において、画像処理部２４は、蛍光強度の画像からスポット１２の画像を抽出する。例えば、画像処理部２４は、蛍光強度の画像から、既知であるスポット１２の位置を示すテンプレートによりスポット１２の画像と背景画像を分離する。画像処理部２４は、スポット１２の画像と背景画像に分離された画像からノイズを除去する。さらに、画像処理部２４は、デブリの成分を除去するなどして、スポット１２毎の画像に分解する。画像処理部２４は、スポット１２毎の画像を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５に供給する。
【００８５】
ステップＳ６０において、励起光強度設定部２３は、蛍光強度取得部２２に対して、次の励起光の強度を設定する。ステップＳ６０において、励起光強度設定部２３は、前回の励起光の強度と同じ、次の励起光の強度を設定するか、または、前回の励起光の強度と異なる、次の励起光の強度を設定する。
【００８６】
ステップＳ６１において、蛍光強度取得部２２は、予め定めた所定の回数だけ測定したか否かを判定し、その回数だけ測定していないと判定された場合、手続きは、ステップＳ５７に戻り、前回と異なる励起光の強度で、スポット１２の画像を取得する処理を繰り返す。
【００８７】
ステップＳ５７乃至ステップＳ６０の処理が繰り返されることにより、同じ強度の励起光を照射した場合のスポット１２の蛍光の画像、および異なる強度の励起光を照射した場合のスポット１２の蛍光の画像が取得されることになる。
【００８８】
ステップＳ６１において、所定の回数だけ測定したと判定された場合、ステップＳ６２に進み、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、スポット位置−混合比率記憶部２６に記憶されている各スポット１２におけるプローブ比率、および画像処理部２４から供給された各スポット１２の画像から、蛍光の強度とそれに対応するハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)を算出する。さらに、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、信頼度confidencee(pf)を算出する。
【００８９】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)および信頼度confidencee(pf)を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７に供給する。蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５から供給された蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)および信頼度confidencee(pf)を記憶して、処理は終了する。
【００９０】
図９は、ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係の例を示す図である。図９において、横方向は、ハイブリダイズ量を示し、縦方向は、蛍光強度を示す。
【００９１】
曲線１７１は、ハイブリダイズ量に対する蛍光強度を示す。図９で示される１本の曲線１７１は、所定の強さ（一定の強さ）の励起光について求められる。ハイブリダイズ量が０である場合の蛍光強度１７２は、ノイズである背景蛍光値を示す。このノイズは、例えば、ダミープローブ１１２とターゲット１１１Ａとのミスハイブリダイズにより生じる。
【００９２】
例えば、図６のスポット１２1には、ダミープローブ１１２だけが固定されているので、スポット１２1の画像から、ノイズである背景蛍光値を示す蛍光強度１７２を求めることができる。これにより、ミスハイブリダイズなどにより生じるノイズを蛍光強度から除去することができる。
【００９３】
励起光の強度を変化させることによって、ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係を示す複数の曲線が求められる。
【００９４】
図１０は、励起光の強度を変化させた場合の、ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係を示す図である。図１０において、横方向は、蛍光強度を示し、縦方向は、ハイブリダイズ量を示す。
【００９５】
同図に示されるように、蛍光強度が与えられると対応するハイブリダイズ量は関数（曲線１９１乃至曲線１９４）に基づき一義的に決定される。ただし、同図に示されるように、図中最も上側に示される曲線１９１が、蛍光強度のレベルが最も弱い場合の曲線を表し、以下、より下側の曲線１９２、曲線１９３と、順次励起光強度のレベルが強くなり、最も下側の曲線１９４が励起光強度のレベルが最も強い場合の曲線を表している。
【００９６】
図１１で示されるように、各曲線１９１乃至１９４は、いずれも図中左側の端部の領域の部分１９１Ａ乃至１９４Ａと、図中右側の端部の領域の部分１９１Ｂ乃至１９４Ｂにおいて、蛍光強度のわずかな変化に対して、ハイブリダイズ量が著しく変化しているので、これらの領域においては、蛍光強度に対応するハイブリダイ量を一義的に決定することが困難になる。したがって、これらの部分１９１Ａ乃至１９４Ａ、並びに部分１９１Ｂ乃至１９４Ｂを除く中央の部分だけが、蛍光強度に対応するハイブリダイズ量の演算に利用される。
【００９７】
例えば、各曲線１９１乃至１９４の微分値が求められる。その微分値が、外部から与えた閾値または予め定めた閾値を超えるか否かが判定される。微分値が閾値を超えると判定された部分１９１Ａ乃至１９４Ａ、並びに部分１９１Ｂ乃至１９４Ｂの区間が低信頼度区間とされる。各曲線１９１乃至１９４の残りの区間が高信頼度区間とされる。
【００９８】
このように、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、蛍光の強度の単位量の変化に対する、ターゲット１１１Ａ（第１の生体物質）およびプローブ１１１（第２の生体物質）の生体反応の状態の変化の大きさが所定の閾値を超える区間を示す区間情報を含む蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式（関係情報）を生成する。
【００９９】
曲線１９１乃至１９４は、各スポット１２の蛍光強度pfとハイブリダイズ量の関係を規定する式である蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）を表している。
【０１００】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、このような、蛍光強度pfとハイブリダイズ量の関係を規定する式である蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）を算出する。例えば、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、Ｂスプライン曲線で表す蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）を算出する。モデル曲線としてのＢスプライン曲線は、３次Ｂスプライン曲線を用いることができる。なお、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）をｎ次曲線で補間するようにしてもよい。
【０１０１】
また、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、信頼度confidencee(pf)を算出する。
【０１０２】
図１２は、信頼度confidencee(pf)を説明する図である。信頼度confidencee(pf)は、次の式（１）で表される。
【０１０３】
confidencee(pf)=Wc×Wsat×variance(pf)-1 ・・・（１）
【０１０４】
式（１）における重み係数ｗcは、図１１の曲線１９１乃至１９４の部分１９１Ａ乃至１９４Ａ，１９１Ｂ乃至１９４Ｂ以外の区間（高信頼度区間）の重み係数を表し、重み係数ｗsatは、図１１の曲線１９１乃至１９４の部分１９１Ａ乃至１９４Ａ，１９１Ｂ乃至１９４Ｂの区間（低信頼度区間）の重みを表す。
【０１０５】
１つのDNAチップ１１について、同じ励起光強度による２回の測定における対応するスポット１２の対応するピクセルの蛍光強度を、１回目の測定の蛍光強度を横軸とし、２回目の測定の蛍光強度を縦軸とする座標空間にプロットすると、図１２に示されるように、２回の測定の蛍光強度により規定される点２１１は傾きが４５度の直線２１２の近傍に散在する。理想的には、対応するスポット１２の対応する位置のピクセルの蛍光強度は一致するので、点２１１は、直線２１２上に位置することになる。しかしながら、実際にはばらつきが発生し、完全に直線２１２上に位置するわけではなく、その近傍に分布することになる。その分布２１４のばらつきは、蛍光強度が比較的小さい場合に大きく、大きい場合に小さくなる傾向がある。すなわち、蛍光強度が小さい値ph1の設定された範囲２１３においては、分散が比較的大きく、蛍光強度が値ph1より大きい値ph2では、分散の値がそれより小さくなり、蛍光強度がさらに大きい値ph3では、範囲２１３の分散が最も小さくなる。式（１）の分散（variance(pf)）は、あらかじめ設定された所定の範囲２１３の内部に位置する点２１１の分散として計算された値とされる。すなわち、式（１）のconfidence(pf)（信頼度情報）は、２つの生体物質（第１の生体物質と第２の生体物質）が第１の測定時にハイブリダイズして得られる第１の蛍光強度と、第２の測定時にハイブリダイズして得られる第２の蛍光強度の設定された範囲の分散の逆数（１／variance(pf)）により規定される。
【０１０６】
このように、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、信頼度confidencee(pf)を算出する。蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、ピクセルの蛍光強度に対するハイブリダイズ量と、ピクセルの蛍光強度に対する測定点の分散を曲線によってモデル化すると言える。信頼度confidencee(pf)を算出することにより、DNAチップ１１におけるスポット１２の位置による揺らぎを求めることができる。
【０１０７】
以上のように、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５によって算出された蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)および信頼度confidencee(pf)が蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７に記憶される。
【０１０８】
実験過程の処理において、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)に基づいて、蛍光の強度から、より正確に、定量的に発現量を知ることができるようになる。また、信頼度confidencee(pf)に基づいて、より信頼できる、定量的な発現量を知ることができるようになる。
【０１０９】
次に、実験過程の処理および実験過程の処理を実行する装置について説明する。
【０１１０】
遺伝子発現量の定量的な測定は、図１３に示される実験過程処理装置３０１により行われる。
【０１１１】
実験過程処理装置３０１は、調整部３２１、ハイブリダイズ部３２２、取得部３２３、発現量推定部３２４、標準化部３２５、出力部３２６、および記憶部３２７により構成されている。
【０１１２】
調整部３２１はターゲットの調整を行う。ハイブリダイズ部３２２はプローブとターゲットとのハイブリダイズを行う。取得部３２３は蛍光強度を取得する。発現量推定部３２４は発現量の推定処理を行う。標準化部３２５はデータの標準化を行う。出力部３２６は発現プロファイルデータを出力する。記憶部３２７は発現プロファイルデータを記憶する。
【０１１３】
図１４は、図１３の実験過程処理装置３０１の一部を構成する生体情報処理装置の構成例を表している。図１で示される生体情報処理装置１と同様の部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１１４】
この生体情報処理装置３３１は、DNAチップ３５１、ピックアップ部２１、蛍光強度取得部３５２、励起光強度計算部３５３、ハイブリダイズ量推定部３５４、発現量計算部３５５、標準化部３５６、出力部３５７、発現プロファイルデータ記憶部３５８、表示部３５９Ａを有するユーザインターフェース（UI）部３５９、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部３６０、並びに機械的学習部３６１により構成されている。
【０１１５】
なお、実験過程処理装置３０１の取得部３２３、発現量推定部３２４、標準化部３２５、出力部３２６および記憶部３２７が、生体情報処理装置３３１により構成されている。具体的には、取得部３２３は、ピックアップ部２１、蛍光強度取得部３５２、励起光強度計算部３５３、および蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部３６０により構成され、発現量推定部３２４は、ハイブリダイズ量推定部３５４、発現量計算部３５５、および機械的学習部３６１により構成され、標準化部３２５は標準化部３５６により構成され、出力部３２６は出力部３５７により構成され、記憶部３２７は発現プロファイルデータ記憶部３５８により構成される。
【０１１６】
DNAチップ３５１は、スポット３７１とガイド３７２を有している。図１５は、DNAチップ３５１のより詳細な構成例を表している。
【０１１７】
DNAチップ３５１は、その基板３５１Ａ上に、発現解析用反応槽４０１と細胞数計数用反応槽４０２を有している。基板３５１Ａの図中下側の端部には、直線状の開始位置ガイド３７２Ａが設けられ、図中上側の端部には、終了位置ガイド３７２Ｂが設けられている。図１４のガイド３７２は、具体的には、この開始位置ガイド３７２Ａと終了位置ガイド３７２Ｂにより構成される。
【０１１８】
発現解析用反応槽４０１と細胞数計数用反応槽４０２は、この開始位置ガイド３７２Ａと終了位置ガイド３７２Ｂの間に配置されている。
【０１１９】
発現解析用反応槽４０１には、反応領域としての複数のスポット３７１が形成されており、各スポット３７１には、生体物質としてのハイブリダイズ検証用プローブ４１１、発現解析用プローブ４１２、並びに発現標準化用コントロールプローブ４１３が固定されている。発現解析用反応槽４０１にサンプルが滴下された場合、ハイブリダイズ検証用プローブ４１１には、その塩基と相補的構成を有する塩基を有する生体物質としてのターゲット４１１Ａがハイブリダイズする。同様に、発現解析用プローブ４１２には、その塩基と相補的構成を有する塩基を有する生体物質としてのターゲット４１２Ａがハイブリダイズする。
【０１２０】
また、発現標準化用コントロールプローブ４１３には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質としてのターゲット４１３Ａがハイブリダイズする。
【０１２１】
細胞数計数用反応槽４０２においては、生体物質としてのハイブリダイズ検証用プローブ４１４と細胞数計数用コントロールプローブ４１５が、それぞれ反応領域としてのスポット３７１に取り付けられている。細胞数計数用反応槽４０２にサンプルが滴下された場合、ハイブリダイズ検証用プローブ４１４には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質としてのターゲット４１４Ａがハイブリダイズし、細胞数計数用コントロールプローブ４１５には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質としてのターゲット４１５Ａがハイブリダイズする。
【０１２２】
ハイブリダイズした（生体反応した）生体物質としてのプローブとターゲットには、インターカレータ４１６が結合されている。インターカレータ４１６は励起光が照射されると蛍光を発生する。
【０１２３】
図１５には、このように、各プローブに対してターゲットがハイブリダイズした状態が示されている。なお、図１５には便宜上、１つのスポット３７１に１つのプローブのみが示されているが、実際には１つのスポット３７１に対して同一種類の複数のプローブが固定されている。また、各反応槽には同一種類のプローブが固定された任意の数のスポットが、予め定められた所定の位置に配置されている。
【０１２４】
図１４のピックアップ部２１は、蛍光強度取得用ピックアップ４１、ガイド信号取得用ピックアップ４２、コントロール部４３、対物座標計算部４４、および畳み込み展開部４５で構成されている。
【０１２５】
蛍光強度取得部３５２は、蛍光強度取得用ピックアップ４１のフォトダイオード５４が出力した各スポット３７１（その座標（ｘ，ｙ））からの蛍光強度（pfx，y）の入力を受け、この蛍光強度に関するデータをハイブリダイズ量推定部３５４の励起光強度推定部３８１に出力する。蛍光強度取得部３５２はまた、蛍光強度取得用ピックアップ４１の対物レンズ５１の基板３５１Ａ上の対物座標（ｘ，ｙ）、対物面積半径（ｒ）、並びに励起光強度を制御する制御信号をコントロール部４３に出力する。コントロール部４３は、この制御信号に基づいて対物レンズ５１を制御する。これにより、対物レンズ５１が基板３５１Ａ上の所定の座標（ｘ，ｙ）に配置され、対物レンズ５１より出射されるレーザ光の照射範囲の半径（対物面積半径）（ｒ）が所定の値に制御され、そのレーザ光の強度（励起光強度）が所定の値に調整される。
【０１２６】
蛍光強度取得部３５２は、コントロール部４３から供給された蛍光強度を、励起光強度計算部３５３に出力する。励起光強度計算部３５３は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部３６０に記憶されている変換式に基づいて、プリスキャン時に蛍光強度取得部３５２から入力された蛍光強度に基づいて、最適な励起光強度を計算し、その計算して得られた励起光強度を蛍光強度取得部３５２に出力する。本スキャン時、蛍光強度取得部３５２は、この励起光強度計算部３５３からの励起光強度に基づいて半導体レーザ５３の電流を制御し、所定の強さの励起光を半導体レーザ５３より出射させる。
【０１２７】
ハイブリダイズ量推定部３５４は、励起光強度推定部３８１、作成部３８２、画像処理部３８３、検証部３８４、並びにハイブリダイズ量計算部３８５により構成されている。
【０１２８】
励起光強度推定部３８１は、蛍光強度取得部３５２より供給された蛍光強度に基づく画像データ、または発現プロファイルデータ記憶部３５８にあらかじめ記憶されている発現プロファイルデータなどの画像情報の入力を受け、必要に応じて励起光強度を推定する処理を行う。作成部３８２は励起光強度推定部３８１からのデータに基づいて、蛍光強度からハイブリダイズ量を一義的に決定する式hybridize(pf)を作成する。画像処理部３８３は、作成部３８２より入力された画像データを処理し、検証部３８４とユーザインターフェース部３５９に出力する。ユーザインターフェース部３５９は、画像処理部３８３より入力された画像を表示部３５９Ａに表示する。画像処理部３８３は、ユーザインターフェース部３５９を介して、ユーザより指示される入力に基づいて、DNAチップ３５１の画像からデブリ（観測を行う上において障害となる物質）の成分を除去し、各スポット３７１毎の画像へ分解する処理を行う。
【０１２９】
検証部３８４は、画像処理部３８３より入力された画像データのうち、ハイブリダイズ検証用プローブ４１１，４１４のスポット３７１におけるハイブリダイズ量に基づいて、ハイブリダイズが正しく行われていることを検証する。
【０１３０】
ハイブリダイズ量計算部３８５は、スポット内領域を分割し、スポット内領域単位でハイブリダイズ値と信頼度の計算を行い、スポット単位でのハイブリダイズ値と信頼度を出力する。
【０１３１】
発現量計算部３５５は、ハイブリダイズ量計算部３８５からの出力に基づいて、プローブに対するターゲットの結合強度を求めることで、蛍光強度に対応する発現量を推定する。標準化部３５６は発現標準化用コントロールプローブ４１３と細胞数計数用コントロールプローブ４１５を利用した標準化処理を行う。出力部３５７は標準化されたデータを発現プロファイルデータ記憶部３５８に供給する。発現プロファイルデータ記憶部３５８は、出力部３５７より供給されたデータを、発現プロファイルデータとして記憶する。発現プロファイルデータ記憶部３５８に記憶されたデータは、必要に応じて、ユーザインターフェース部３５９に供給され、表示部３５９Ａに表示される。発現量計算部３５５より出力されたデータも必要に応じて、表示部３５９Ａに表示される。
【０１３２】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部３６０は、生体情報処理装置１によって取得された、蛍光強度とそれに対応する、プローブとターゲットとのハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する変換式である蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式をあらかじめ記憶している。
【０１３３】
機械的学習部３６１は、機械的学習の手段としてのSVM（Support Vector Machine）３９１とスポット除去パターンデータベース３９２を有している。SVM３９１は学習モード時、ユーザインターフェース部３５９と発現プロファイルデータ記憶部３５８からのデータに基づいて学習を行い、学習結果をスポット除去パターンデータベース３９２に記憶させる。SVM３９１はまた、判定モード時、発現プロファイルデータ記憶部３５８からのデータを、スポット除去パターンデータベース３９２に記憶されているパターンに基づいて判定し、その判定結果をハイブリダイズ量計算部３８５に出力する。
【０１３４】
なお、SVMについては、Nello Cristianini, John Shawe-Taylor, An Introduction to Support Vector Machines and other kernel-based learning methods, Cambridgeに詳細な説明がある。
【０１３５】
また、機械的学習としては、SVMのほかにニューラルネットワークなどを採用することも可能である。
【０１３６】
次に、図１３の実験過程処理装置３０１による、図３のステップＳ１２の実験過程の処理を、図１６のフローチャートを参照して説明する。
【０１３７】
最初に、ステップＳ３１１において、調整部３２１はターゲットを調整する。具体的には、細胞が含まれるサンプルが取り出され、その中から蛋白質を変性させて除去する処理が行われ、RNA（ribonucleic acid）の抽出、断片化、並びにDNA(deoxyribonucleic acid)の抽出、断片化によりターゲット（発現解析用プローブ４１２に対するターゲット４１２Ａ）が生成される。
【０１３８】
ステップＳ３１２において、ハイブリダイズ部３２２はハイブリダイズする処理を実行する。具体的には、ステップＳ３１１の処理で生成されたターゲットが入った溶液に、さらにハイブリダイズ検証用プローブ４１１，４１４に対するターゲット４１１Ａ，４１４Ａ、発現標準化用コントロールプローブ４１３に対するターゲット４１３Ａ、並びに細胞数計数用コントロールプローブ４１５に対するターゲット４１５Ａが加えられ、この溶液を発現解析用反応槽４０１と細胞数計数用反応槽４０２に滴下することで、ターゲットとプローブとがハイブリダイズされる。そして、インターカレータ４１６が導入され、ハイブリダイズしたターゲットとプローブに結合され、図１５に示されるようなDNAチップ３５１が得られる。同図に示されるように、発現解析用反応槽４０１のスポット３７１では、発現解析用プローブ４１２に対してターゲット４１２Ａがハイブリダイズしている他、発現標準化用コントロールプローブ４１３に対してターゲット４１３Ａがハイブリダイズしており、ハイブリダイズ検証用プローブ４１１に対してターゲット４１１Ａがハイブリダイズしている。そして、それらの２本鎖結合したプローブとターゲットの間にはインターカレータ４１６が結合している。
【０１３９】
同様に、細胞数計数用反応槽４０２のスポット３７１においても、ハイブリダイズ検証用プローブ４１４に対してターゲット４１４Ａがハイブリダイズしており、細胞数計数用コントロールプローブ４１５に対してターゲット４１５Ａがハイブリダイズしている。そして、これらのハイブリダイズしたプローブとターゲットの間にも、インターカレータ４１６が結合されている。
【０１４０】
ステップＳ３１３において、取得部３２３は蛍光強度を取得する。具体的には、蛍光強度取得部３５２は、コントロール部４３を介して蛍光強度取得用ピックアップ４１を駆動し、半導体レーザ５３にレーザ光を励起光として出射させる。この励起光は、プリズム５２を介して対物レンズ５１に入射され、対物レンズ５１は、これを基板３５１Ａ上の発現解析用反応槽４０１に照射する。
【０１４１】
インターカレータ４１６は励起光が照射されると蛍光を発生する。この蛍光が対物レンズ５１により集光され、プリズム５２を介してフォトダイオード５４に入射される。フォトダイオード５４は蛍光に対応する電流を出力する。コントロール部４３は、この電流に対応する信号を畳み込み展開部４５により画像信号に変換させ、変換により生成された蛍光強度に対応する信号を、蛍光強度取得部３５２に出力する。
【０１４２】
コントロール部４３は、対物レンズ５１の位置を開始位置ガイド３７２Ａから終了位置ガイド３７２Ｂの方向に向けて移動させる。このとき、ガイド信号取得用ピックアップ４２の半導体レーザ６３が出射するガイド検出光としてのレーザ光が、プリズム６２を介して対物レンズ６１に入射され、対物レンズ６１がこのガイド検出光を基板３５１Ａに照射する。ガイド検出光の反射光の強度は、開始位置ガイド３７２Ａと終了位置ガイド３７２Ｂに照射されたとき強くなる。この反射光が対物レンズ６１を介してプリズム６２に入射され、プリズム６２からフォトダイオード６４に入射される。対物座標計算部４４はコントロール部４３を介してフォトダイオード６４からのガイド信号を取得し、この信号に基づいて、ガイド信号取得用ピックアップ４２（したがって、それと一体化している蛍光強度取得用ピックアップ４１）が基板３５１Ａの開始位置ガイド３７２Ａと終了位置ガイド３７２Ｂの間のいずれの位置に位置するのか、その座標を計算する。コントロール部４３はその座標に基づいてガイド信号取得用ピックアップ４２（蛍光強度取得用ピックアップ４１）を開始位置ガイド３７２Ａから終了位置ガイド３７２Ｂまで一定の速度で移動させる（走査させる）。
【０１４３】
このようにして、蛍光強度取得用ピックアップ４１が、図１５において、開始位置ガイド３７２Ａから終了位置ガイド３７２Ｂの位置まで移動されるとともに、さらに、その走査位置が、開始位置ガイド３７２Ａ（終了位置ガイド３７２Ｂ）と平行な方向（図中ｘ座標方向）に１ピッチ分だけ移動され、新たな移動位置において同様に、開始位置ガイド３７２Ａから終了位置ガイド３７２Ｂまで移動される。このようにして、発現解析用反応槽４０１と細胞数計数用反応槽４０２の全体が走査され、各座標における画像信号が蛍光強度取得用ピックアップ４１より出力される。
【０１４４】
ステップＳ３１４において、発現量推定部３２４は発現量推定処理を実行する。この発現量推定処理の詳細は、図１７を参照して後述するが、この処理によりハイブリダイズ量と信頼度の計算が行われ、発現量が計算される。
【０１４５】
次に、ステップＳ３１５において、標準化部３２５（標準化部３５６）により、データを標準化する処理が行われる。この標準化としては、発現標準化用コントロールプローブ４１３による標準化と、細胞数計数用コントロールプローブ４１５による標準化が行われる。
【０１４６】
さらに、ステップＳ３１６において、出力部３２６（出力部３５７）は、発現プロファイルデータを出力する。具体的には、以上のようにして得られた画像データが、記憶部３２７（発現プロファイルデータ記憶部３５８）に供給され、記録される。
【０１４７】
次に、図１７のフローチャートを参照して、図１６のステップＳ３１４の発現量推定処理について説明する。ステップＳ３３１において、励起光強度推定部３８１は画像情報を入力する。具体的には、蛍光強度取得部３５２より画像情報が入力される。ステップＳ３３２において、励起光強度推定部３８１は、ステップＳ３３１で入力された画像情報に励起光強度情報があるか（含まれているか）を判定する。
【０１４８】
励起光強度推定部３８１が蛍光強度取得部３５２より入力する画像情報は、セットとなる画像の枚数の他、各スポットの画像の励起光強度、縦横ピクセル数、および蛍光画像により構成されている画像データと、スポット位置テンテンプレート画像、スポット数、プローブ遺伝子インデックスなどにより構成されている共通データとからなる。
【０１４９】
したがって、少なくとも蛍光強度取得部３５２より供給される画像情報の場合、画像データに励起光強度が含まれているので、励起光強度情報があると判定される。これに対して、発現プロファイルデータ記憶部３５８からそこに記憶されている発現プロファイル画像が供給される場合、それが蛍光強度取得部３５２から供給され、記憶された画像である場合には上述したように励起光強度情報が存在するが、そうでない場合（他の装置から供給された画像データである場合）には、励起光強度情報が存在しないことがある。
【０１５０】
ステップＳ３３２において、励起光強度情報が存在しないと判定された場合、ステップＳ３３３において、励起光強度推定部３８１は、励起光強度を推定する処理を実行する。
【０１５１】
この励起光強度を推定する処理は、少なくとも２つの異なる強度の励起光に基づいて測定が行われた画像情報（画像データ）である場合に実行可能となる。励起光強度情報が存在する場合、または存在しないとしても、異なる少なくとも２つの励起光強度に基づく画像情報（画像データ）が存在しない場合、励起光強度を推定することができない。このため、これらの場合には、ステップＳ３３３の処理はスキップされる。
【０１５２】
次に、ステップＳ３３４において、作成部３８２は、入力された画像情報が複数の励起光強度で撮影した画像の画像情報かを判定する。複数の励起光強度で撮影した画像の画像情報である場合には、ステップＳ３３５において、作成部３８２は、蛍光強度に基づいてハイブリダイズ量を決定する式（２）（hybridize（pf））を作成する。
【０１５３】
【数１】
【０１５４】
ステップＳ３３４において、入力された画像データは、複数の励起光強度で撮影した画像の画像データではないと判定された場合には、ステップＳ３３５の処理は実行できないのでスキップされる。
【０１５５】
式hybridizee（pf）は、各スポットの蛍光強度とハイブリダイズ量の関係を規定する。蛍光強度が与えられると対応するハイブリダイズ量は関数に基づき一義的に決定される。ただし、励起光強度が変化すると、蛍光強度のレベルも変化する。
【０１５６】
式（２）中の式hybridizes（pfs）と式hybridizew（pfw）は、それぞれ、得られたデータのうちの、励起光強度が強い方の式hybridizee（pf）と、弱い方の式hybridizee（pf）を表している。
【０１５７】
次に、ステップＳ３３６において、画像処理部３８３は画像処理を行う。この処理により、DNAチップ３５１の画像からスポット境界を跨ぐデブリ領域が除去され、画像は各スポット毎の画像に分解される。
【０１５８】
ステップＳ３３７において、検証部３８４は、ハイブリダイズを検証する処理を実行する。具体的には、図１５に示されるように、発現解析用反応槽４０１にはハイブリダイズ検証用プローブ４１１が、また細胞数計数用反応槽４０２にはハイブリダイズ検証用プローブ４１４が、それぞれスポット３７１に固定されている。ハイブリダイズ検証用プローブ４１１，４１４の蛍光値を測定することで、その蛍光値が、例えばあらかじめ設定されている基準値以上であれば、正しいハイブリダイズ処理が行われていることを検証することができる。
【０１５９】
ステップＳ３３８において、ハイブリダイズ量計算部３８５は、ハイブリダイズ量と信頼度の計算を行う。この処理によりスポット内領域にデブリが存在する場合、スポット内領域が複数の領域に分割され、各スポット内領域毎に、そして最終的にはスポット単位で、ハイブリダイズ値と信頼度が計算される。
【０１６０】
ステップＳ３３９において、発現量計算部３５５は、ステップＳ３３８の処理で、ハイブリダイズ量計算部３８５により計算されたハイブリダイズ値と信頼度に基づいて、発現量を計算する処理を実行する。この処理に基づいて、計算された（取得された）蛍光値に対応する発現量が計算される。
【０１６１】
このように、複数の遺伝子それぞれの発現量を定量的に測定することができる。
【０１６２】
以上、DNAチップのハイブリダイゼーションを測定する場合の実施形態を説明したが、本発明はDNAチップに限らず、各種の生体物質が、他の所定の生体物質と生体結合したかどうかを測定する場合に適用することが可能である。
【０１６３】
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。この場合、例えば、生体情報処理装置１または生体情報処理装置３３１は、図１８に示されるようなパーソナルコンピュータ９０１により構成される。
【０１６４】
図１８において、CPU（Central Processing Unit）９２１は、ROM（Read Only Memory）９２２に記憶されているプログラム、または記憶部９２８からRAM（Random Access Memory）９２３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM９２３にはまた、CPU９２１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【０１６５】
CPU９２１、ROM９２２、およびRAM９２３は、バス９２４を介して相互に接続されている。このバス９２４にはまた、入出力インタフェース９２５も接続されている。
【０１６６】
入出力インタフェース９２５には、キーボード、マウスなどよりなる入力部９２６、CRT(Cathode Ray Tube)、LCD(Liquid Crystal display)などよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部９２７、ハードディスクなどより構成される記憶部９２８、モデムなどより構成される通信部９２９が接続されている。通信部９２９は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
【０１６７】
入出力インタフェース９２５にはまた、必要に応じてドライブ９３０が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいは半導体メモリなどのリムーバブルメディア９３１が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部９２８にインストールされる。
【０１６８】
一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０１６９】
この記録媒体は、図１８に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ（Mini-Disc）（商標）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア９３１により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM９２２や、記憶部９２８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０１７０】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１７１】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置（または特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物を意味し、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは問わない。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】本発明の実施形態の生体情報処理装置の構成例を表す図である。
【図２】DNAチップのより詳細な構成例を表す図である。
【図３】生体情報の処理を説明するフローチャートである。
【図４】事前作業の処理を説明するフローチャートである。
【図５】蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式取得の処理を説明するフローチャートである。
【図６】スポットの配置を説明する図である。
【図７】スポットの配置を説明する図である。
【図８】スポットの配置を説明する図である。
【図９】ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係の例を示す図である。
【図１０】ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係の例を示す図である。
【図１１】蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）を説明する図である。
【図１２】信頼度confidencee(pf)を説明する図である。
【図１３】実験過程処理装置の構成例を表すブロック図である。
【図１４】生体情報処理装置の構成例を表すブロック図である。
【図１５】DNAチップの構成例を表す斜視図である。
【図１６】実験過程の処理を説明するフローチャートである。
【図１７】発現量推定処理を説明するフローチャートである。
【図１８】パーソナルコンピュータの構成例を表すブロック図である。
【符号の説明】
【０１７３】
１１ DNAチップ， ２１ ピックアップ部， ２２ 蛍光強度取得部， ２３ 励起光強度設定部， ２４ 画像処理部， ２５ 蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部， ２６ スポット位置−混合比率記憶部， ２７ 蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部， １１１ プローブ， １１２ ダミープローブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体情報処理装置および方法、プログラム、記録媒体、並びに基板に関し、特に、生体物質に関する情報の処理に適した生体情報処理装置および方法、プログラム、記録媒体、並びに基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、DNA(deoxyribonucleic acid)チップ若しくはDNAマイクロアレイ（以下、本明細書では両者を区別する必要がない場合、まとめて単にDNAチップと称する）の実用化が進んでいる。DNAチップは、多種・多数のDNAオリゴ鎖を、検出用核酸として基板表面に集積して固定したものである。DNAチップを用いて、基板表面のスポットに固定されたプローブと、細胞などから採取したサンプル中のターゲットとのハイブリダイゼーションを検出することにより、採取した細胞内における遺伝子発現を網羅的に解析することができる。
【０００３】
DNAチップを用いた遺伝子発現解析におけるハイブリダイゼーション検出技術の向上に伴い、単に、遺伝子発現の有無を検出するだけでなく、遺伝子発現量の定量的な測定が可能になりつつある。例えば、ハイブリダイゼーション検出の際に蛍光強度を定量的に測定することにより、遺伝子発現量を示す定量的な数値を取得する技術は、一部実用化されている。
【０００４】
従来、１つのエレメントに対して、エレメントの濃度（スポット中に含まれるエレメントの量）が異なるものを複数個チップ上にスポッティングするものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２１４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、遺伝子発現量が一定であっても、蛍光強度が変化する場合があり、正しい遺伝子発現量を求めることができるとは限らないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、蛍光の強度から、より正確に、定量的に発現量を知ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面は、第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度を取得する取得手段と、取得された反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、第１の生体物質および第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報を生成する生成手段とを備える生体情報処理装置である。
【０００９】
本発明の第１の側面においては、第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度が取得され、取得された反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、第１の生体物質および第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報が生成される。
【００１０】
取得手段は、第１の生体物質と第２の生体物質とが生体反応している複数の反応領域の蛍光の強度を取得するようにすることができる。
【００１１】
反応領域に照射する励起光の強度を制御する制御手段をさらに設け、取得手段は、制御された強度の励起光が照射された反応領域の蛍光の強度を取得するようにすることができる。
【００１２】
取得手段は、第２の生体物質と第３の生体物質との比率が基板上の位置に基づいて決められている反応領域の蛍光の強度を取得するようにすることができる。
【００１３】
第１の生体物質と第２の生体物質は、相互に相補的な塩基配列を有する遺伝子またはそれから派生する物質であり、関係情報は、第１の生体物質と第２の生体物質とのハイブリダイゼーションの情報であるようにすることができる。
【００１４】
ハイブリダイゼーションの情報は、第１の生体物質と第２の生体物質とがハイブリダイズして得られる蛍光の強度から関数に基づき一義的に決定される情報であるようにすることができる。
【００１５】
生成手段は、蛍光の強度と、第１の生体物質および第２の生体物質の生体反応の状態との関係をＢスプライン曲線で表す関係情報を生成するようにすることができる。
【００１６】
生成手段は、蛍光の強度の単位量の変化に対する、第１の生体物質および第２の生体物質の生体反応の状態の変化の大きさが所定の閾値を超える区間を示す区間情報を含む関係情報を生成するようにすることができる。
【００１７】
生成手段は、関係情報の信頼性を表す信頼度情報をさらに生成するようにすることができる。
【００１８】
信頼度情報は、第１の生体物質と第２の生体物質とが第１の測定時にハイブリダイズして得られる第１の蛍光の強度と、第２の測定時にハイブリダイズして得られる第２の蛍光の強度の設定された範囲の分散の逆数により規定されるようにすることができる。
【００１９】
本発明の第２の側面は、第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域が設けられている基板である。
【００２０】
本発明の第２の側面においては、複数の反応領域に、第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている。
【００２１】
反応領域における第２の生体物質と第３の生体物質との比率が位置に基づいて決められているようにすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、発現量を知ることができる。特に、蛍光の強度から、より正確に、定量的に発現量を知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本明細書において使用する用語の意味を説明する。
【００２４】
プローブとは、DNAチップなどのバイオアッセイ用の基板に固定された生体物質であって、ターゲットと生体反応するものをいう。
【００２５】
ターゲットとは、DNAチップなどのバイオアッセイ用の基板に固定された生体物質に生体反応する生体物質をいう。
【００２６】
生体物質とは、蛋白質、核酸、糖などの生体内において生成される物質の他、相互に相補的な塩基配列を有する遺伝子またはそれから派生する物質を含む。
【００２７】
生体反応とは、２以上の生体物質が生化学的に反応することをいう。その代表例は、ハイブリダイゼーションである。
【００２８】
ハイブリダイゼーションとは、相補的な塩基配列構造を備える核酸間の相補鎖（二本鎖）形成反応をいう。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態の生体情報処理装置の構成例を表している。この生体情報処理装置１は、DNAチップ１１、ピックアップ部２１、蛍光強度取得部２２、励起光強度設定部２３、画像処理部２４、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５、スポット位置−混合比率記憶部２６、並びに蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７により構成されている。
【００３０】
DNAチップ１１は、スポット１２とガイド１３を有している。図２は、DNAチップ１１のより詳細な構成例を表している。
【００３１】
DNAチップ１１は、その基板１１Ａ上に、反応槽１０１Ａと反応槽１０１Ｂを有している。基板１１Ａの図中下側の端部には、直線状の開始位置ガイド１３Ａが設けられ、図中上側の端部には、終了位置ガイド１３Ｂが設けられている。図１のガイド１３は、具体的には、この開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂにより構成される。
【００３２】
反応槽１０１Ａと反応槽１０１Ｂは、この開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの間に配置されている。
【００３３】
反応槽１０１Ａと反応槽１０１Ｂには、反応領域としての複数のスポット１２が形成されており、各スポット１２には、生体物質（第２の生体物質）としてのプローブ１１１、並びに生体物質（第３の生体物質）としてのダミープローブ１１２がそれぞれ所定の比率で固定されている。反応槽１０１Ａにサンプルが滴下された場合、プローブ１１１には、その塩基と相補的構成を有する塩基を有する生体物質（第１の生体物質）としてのターゲット１１１Ａがハイブリダイズする。ダミープローブ１１２には、ターゲット１１１Ａがハイブリダイズしない。
【００３４】
ハイブリダイズした（生体反応した）生体物質としてのプローブ１１１とターゲット１１１Ａには、インターカレータ１１３が結合されている。インターカレータ１１３は励起光が照射されると蛍光を発生する。
【００３５】
図２には、このように、各プローブ１１１に対してターゲット１１１Ａがハイブリダイズした状態が示されている。図２には便宜上、１つのスポット１２に１つのプローブ１１１またはダミープローブ１１２のみが示されているが、実際には１つのスポット１２に対して複数のプローブ１１１またはダミープローブ１１２が固定されている。また、各反応槽にはプローブ１１１またはダミープローブ１１２が固定された任意の数のスポット１２が、予め定められた所定の位置に配置されている。
【００３６】
プローブ１１１とハイブリダイズが飽和する十分な量のターゲット１１１Ａがスポット１２に滴下されると、ほぼ総てのプローブ１１１は、ターゲット１１１Ａとハイブリダイズする。それぞれのスポット１２におけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との比率が既知なので、スポット１２毎のハイブリダイズ量（正確には、スポット１２内のプローブの総数に対するハイブリダイズしている本数の比率）がわかる。
【００３７】
なお、反応槽１０１Ａおよび反応槽１０１Ｂを個々に区別する必要がない場合、単に反応槽１０１と称する。
【００３８】
図１のピックアップ部２１は、蛍光強度取得用ピックアップ４１、ガイド信号取得用ピックアップ部４２、コントロール部４３、対物座標計算部４４、および畳み込み展開部４５で構成されている。
【００３９】
蛍光強度取得用ピックアップ４１は、図２のDNAチップ１１の反応槽１０１の画像を取得するピックアップである。これに対して、ガイド信号取得用ピックアップ部４２は、開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂを読み取るためのピックアップである。
【００４０】
蛍光強度取得用ピックアップ４１は、対物レンズ５１、プリズム５２、半導体レーザ５３、およびフォトダイオード５４を有している。半導体レーザ５３より出射されたレーザ光（励起光）は、プリズム５２を介して対物レンズ５１に入射され、対物レンズ５１は、入射されたレーザ光を基板１１Ａ（スポット１２）上に照射する。対物レンズ５１はまた、スポット１２からの光をプリズム５２を介してフォトダイオード５４に入射する。各スポット１２には、複数のプローブ１１１またはダミープローブ１１２が固定されており、プローブ１１１とターゲット１１１Ａがハイブリダイゼーションした場合、さらに両者にはインターカレータ１１３が結合される。すなわち、ダミープローブ１１２とターゲット１１１Ａがハイブリダイゼーションしていない場合には、両者の間にインターカレータ１１３は存在せず、プローブ１１１とターゲット１１１Ａがハイブリダイゼーションした場合においてのみ、両者の間にインターカレータ１１３が存在する。インターカレータ１１３は、励起光が照射されると蛍光を発生する。対物レンズ５１により集光された蛍光はプリズム５２により励起光と分離されて、フォトダイオード５４に入射される。
【００４１】
ハイブリダイゼーションしている量が多ければ、それだけインターカレータ１１３の量も多く、したがって、そこから発生する蛍光量も多い。
【００４２】
それぞれのスポット１２におけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との総数を均等とすれば、上述したようにDNAチップ１１のスポット１２のそれぞれにおけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との比率が既知なので、スポット１２毎のハイブリダイズ量（正確には、スポット１２内のプローブの総数に対するハイブリダイズしている本数の比率）がわかる。
【００４３】
したがって、スポットの蛍光量とハイブリダイズ量との関係がわかる。これにより、蛍光の強度に基づいて、ハイブリダイゼーションの状態を測定する（ハイブリダイゼーションの情報を得る）ことが可能となる。
【００４４】
なお、それぞれのスポット１２におけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との総数が既知であれば、スポットの蛍光量とハイブリダイズしている数との関係がわかる。
【００４５】
コントロール部４３は、半導体レーザ５３の電流制御を行い、その励起光の強度を調整する。また、コントロール部４３は、フォトダイオード５４の出力（電流量変化）を読み取る。
【００４６】
畳み込み展開部４５は、フォトダイオード５４より出力された電流量変化に基づく信号をコントロール部４３から受け取り、ピクセル単位の画像データを生成する。
【００４７】
ガイド信号取得用ピックアップ４２は、対物レンズ６１、プリズム６２、半導体レーザ６３、およびフォトダイオード６４により構成されている。半導体レーザ６３は、コントロール部４３からの制御に基づいて、レーザ光を発生する（このレーザ光は、ガイド検出光として機能する）。プリズム６２は、半導体レーザ６３からのレーザ光を対物レンズ６１に入射し、対物レンズ６１はこのレーザ光を基板１１Ａに照射する。対物レンズ６１は、基板１１Ａからの反射光を受光し、プリズム６２はこの反射光を照射光から分離してフォトダイオード６４に出射する。フォトダイオード６４は、プリズム６２より入射された反射光を光電変換し、ガイド信号としてコントロール部４３に出力する。コントロール部４３は、フォトダイオード６４より入力されたガイド信号を対物座標計算部４４に出力する。ガイド１３（開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂ）は、基板１１Ａの他の領域に較べて反射率が高く（または低く）なるように形成されている。対物座標計算部４４は、コントロール部４３を介して、ガイド信号取得用ピックアップ４２より供給されたガイド信号のレベルに基づいて、開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの位置、並びに開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂに向けて等速度で移動されるガイド信号取得用ピックアップ４２の位置（座標）を計算する。
【００４８】
コントロール部４３は、対物座標計算部４４により計算されたガイド信号取得用ピックアップ４２の位置に基づいて、蛍光強度取得用ピックアップ４１（対物レンズ５１）の位置を制御する。ガイド信号取得用ピックアップ４２と蛍光強度取得用ピックアップ４１は、相互に所定の位置関係に固定されており、蛍光強度取得用ピックアップ４１を図２における開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの間における所定の位置に配置することは、とりもなおさずガイド信号取得用ピックアップ４２を開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの間の所定の位置に配置することになる。
【００４９】
蛍光強度取得部２２は、蛍光強度取得用ピックアップ４１のフォトダイオード５４が出力した各スポット１２（その座標（ｘ，ｙ））からの蛍光強度（pfx，y）の入力を受け、この蛍光強度に関するデータ（画像）を画像処理部２４に出力する。蛍光強度取得部２２はまた、蛍光強度取得用ピックアップ４１の対物レンズ５１の基板１１Ａ上の対物座標（ｘ，ｙ）並びに対物面積半径（ｒ）を制御する制御信号をコントロール部４３に出力する。蛍光強度取得部２２はさらに、励起光強度設定部２３からの設定に基づいて、励起光強度を制御する制御信号をコントロール部４３に出力する。コントロール部４３は、この制御信号に基づいて対物レンズ５１を制御する。これにより、対物レンズ５１が基板１１Ａ上の所定の座標（ｘ，ｙ）に配置され、対物レンズ５１より出射されるレーザ光の照射範囲の半径（対物面積半径）（ｒ）が所定の値に制御され、そのレーザ光の強度（励起光強度）が所定の値に調整される。
【００５０】
励起光強度設定部２３は、予め定めた励起光強度を蛍光強度取得部２２に出力する。蛍光強度取得部２２は、この励起光強度設定部２３からの励起光強度に基づいて半導体レーザ５３の電流を制御し、所定の強さの励起光を半導体レーザ５３より出射させる。
【００５１】
画像処理部２４は、蛍光強度取得部２２から供給された蛍光強度の画像から、既知であるスポット１２の位置を示すテンプレートによりスポット１２の画像と背景画像を分離し、ノイズを除去し、デブリ（観測を行う上において障害となる物質）の成分を除去し、スポット１２毎の画像に分解するなどして、得られたスポット１２毎の画像を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５に供給する。
【００５２】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、スポット位置−混合比率記憶部２６に記憶されている各スポット１２におけるプローブ１１１とダミープローブ１１２との比率、および画像処理部２４から供給された各スポット１２の画像から、蛍光の強度とそれに対応するハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式を算出する。また、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式の信頼度を算出する。
【００５３】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、算出した蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式および信頼度を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７に供給する。
【００５４】
なお、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式は、必ずしも式を構成せずとも、変換のためのデータであってもよい。
【００５５】
スポット位置−混合比率記憶部２６は、DNAチップ１１のスポット１２のそれぞれついて、スポット１２に固定されているプローブ１１１とダミープローブ１１２との比率を記憶する。
【００５６】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５から供給された蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式および信頼度を記憶する。
【００５７】
図３を参照して、遺伝子の発現量を定量的に測定する生体情報の処理を説明する。ステップＳ１１において、実際に測定する前の事前作業が行われ、ステップＳ１２において、遺伝子の発現量が定量的に測定される、実験過程が行われる。
【００５８】
次に、図４を参照して、図３のステップＳ１１の事前作業の処理について説明する。ステップＳ３１において、プローブが設計される。
【００５９】
ステップＳ３２において、ステップＳ３１の処理で設計されたプローブを固定したDNAチップが作成される。ステップＳ３３において、生体情報処理装置１は、DNAチップに所定の励起光を照射して得られた蛍光の蛍光強度とそれに対応する、プローブとターゲットとのハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する変換式である蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式を取得する。ステップＳ３４において、作成したDNAチップに、合成した所定のターゲットを所定の量ずつ滴下して、蛍光強度を取得することにより、複数のプローブの量と、これに結合する複数のターゲットのそれぞれの量との関係を示すプローブ−ターゲット結合強度行列が取得される。
【００６０】
図５は、図４のステップＳ３３の蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式取得の処理を説明するフローチャートである。ステップＳ５１において、プローブ１１１が設計される。また、プローブ１１１の塩基配列と相補的な塩基配列のターゲット１１１Ａが設計される。なお、実験過程において用いるプローブをプローブ１１１として用いるようにしてもよい。ステップＳ５２において、ダミープローブ１１２が設計される。ダミープローブ１１２は、ターゲット１１１Ａとハイブリダイズしない塩基配列とされる。すなわち、ターゲット１１１Ａに対する結合強度がより小さくなるように、ダミープローブ１１２が選択される。
【００６１】
ステップＳ５３において、プローブ１１１とダミープローブ１１２とを固定したDNAチップ１１が作成される。
【００６２】
ここで、プローブ１１１とダミープローブ１１２とが固定されるDNAチップ１１のスポット１２について説明する。図６乃至図８は、DNAチップ１１上のスポット１２の配置を説明する図である。
【００６３】
図６で示されるようにスポットセット１５１は、所定の数のスポット１２の集合である。１つのスポットセット１５１に属する複数のスポット１２のそれぞれのプローブ１１１とダミープローブ１１２の数の比率（以下、プローブ比率と称する）は、相互に異なる。例えば、スポット１２1乃至１２6のプローブ比率は、２０％を単位として変化させられる。
【００６４】
より具体的には、プローブ１１１を含む溶液１３１およびダミープローブ１１２を含む溶液１３２が用意される。そして、図７で示されるように、プローブ１１１とダミープローブ１１２との数の比率が０：１０になるように溶液１３１と溶液１３２が混合される。例えば、溶液１３１と溶液１３２の混合は、プローブ１１１およびダミープローブ１１２のモル数を基にして管理される。このように混合された溶液１３１と溶液１３２がスポット１２1に滴下されて、スポット１２1には、０：１０であるプローブ比率のプローブ１１１とダミープローブ１１２が固定される。すなわち、スポット１２1には、ダミープローブ１１２だけが固定される。
【００６５】
次に、プローブ１１１とダミープローブ１１２との数の比率が２：８になるように溶液１３１と溶液１３２が混合される。このように混合された溶液１３１と溶液１３２がスポット１２2に滴下されて、スポット１２2には、２：８であるプローブ比率のプローブ１１１とダミープローブ１１２が固定される。
【００６６】
同様に、プローブ１１１とダミープローブ１１２との数の比率を２０％を単位として変化させて、プローブ１１１とダミープローブ１１２との数の比率が４：６乃至１０：０のいずれかになるように混合された溶液１３１と溶液１３２がスポット１２3乃至１２6のそれぞれに滴下される。スポット１２3乃至１２6には、それぞれ、４：６乃至１０：０であるプローブ比率のプローブ１１１とダミープローブ１１２が固定される。
【００６７】
図８は、スポットセット１５１の配置を説明する図である。スポットセット１５１1には、プローブ比率を、それぞれ、０：１０、２：８、４：６、６：４、８：２、１０：０とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。スポットセット１５１1の上側のスポットセット１５１2には、プローブ比率を、それぞれ、４：６、６：４、８：２、１０：０、０：１０、２：８とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。さらに、スポットセット１５１2の上側のスポットセット１５１3には、プローブ比率を、それぞれ、８：２、１０：０、０：１０、２：８、４：６、６：４とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。
【００６８】
すなわち、スポットセット１５１2のスポット１２の配置は、スポットセット１５１1の左側の２つのスポット１２を右側に移動したものと同様である。より詳細に説明すれば、スポットセット１５１1におけるスポット１２のうち、左側の２つの、プローブ比率を０：１０または２：８としたスポット１２を、その順序を維持したまま、右側に移動してから、２つのスポット１２分だけスポットセット１５１全体を移動させたものと同様にスポットセット１５１2のスポット１２が配置される。言い換えれば、スポットセット１５１2のスポット１２の配置は、スポットセット１５１1を２進数のデータとし、それぞれのスポット１２をそのデータの１桁（１ビット）と見なした場合に、スポットセット１５１1に相当するデータを左側に２桁（２ビット）ローテイトシフトさせたときと同様とされる。
【００６９】
同様に、スポットセット１５１3のスポット１２の配置は、スポットセット１５１1の左側の４つのスポット１２を右側に移動したものと同様である。
【００７０】
また、スポットセット１５１1の下側のスポットセット１５１4には、プローブ比率を、それぞれ、１０：０、８：２、６：４、４：６、２：８、０：１０とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。言い換えれば、スポットセット１５１4のスポット１２の配置は、スポットセット１５１1のスポット１２の配置を左右逆にしたものと同様である。
【００７１】
スポットセット１５１4の下側のスポットセット１５１5には、プローブ比率を、それぞれ、６：４、４：６、２：８、０：１０、１０：０、８：２とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。スポットセット１５１5の下側のスポットセット１５１6には、プローブ比率を、それぞれ、２：８、０：１０、１０：０、８：２、６：４、４：６とした６つのスポット１２が図中の左から順に配置されている。
【００７２】
すなわち、スポットセット１５１5のスポット１２の配置は、スポットセット１５１4の左側の２つのスポット１２を右側に移動したものと同様であり、スポットセット１５１6のスポット１２の配置は、スポットセット１５１4の左側の４つのスポット１２を右側に移動したものと同様である。
【００７３】
このようにすることで、横１列に並ぶスポット１２のそれぞれのプローブ比率が異なると共に、縦１列に並ぶスポット１２のそれぞれのプローブ比率が異なるように、スポット１２を配置することができる。このような配置とすることで、DNAチップ１１におけるスポット１２の位置による蛍光強度の揺らぎを求めることができる。
【００７４】
以上のように、スポット１２（反応領域）のプローブ１１１（第２の生体物質）とダミープローブ１１２（第３の生体物質）との比率は、DNAチップ１１（基板）上の位置に基づいて決められている。
【００７５】
ステップＳ５４において、スポット位置−混合比率記憶部２６は、スポット毎の、プローブ１１１とダミープローブ１１２との比率であるプローブ比率を記憶する。
【００７６】
ステップＳ５５において、DNAチップ１１の各スポット１２に、十分な量のターゲット１１１Ａを含む溶液が滴下されて、プローブ１１１とターゲット１１１Ａとがハイブリダイズさせられる。
【００７７】
ステップＳ５６において、励起光強度設定部２３は、蛍光強度取得部２２に対して、励起光の強度を初期値に設定する。蛍光強度取得部２２は、励起光強度設定部２３からの設定に基づいて、励起光強度を初期値とする制御信号をコントロール部４３に出力する。コントロール部４３は、この制御信号に基づいて蛍光強度取得用ピックアップ４１の半導体レーザ５３から出射される励起光であるレーザ光の強度（励起光強度）を初期値となるように調整する。
【００７８】
ステップＳ５７において、ピックアップ部２１の蛍光強度取得用ピックアップ４１は、コントロール部４３の制御の基に、設定された強度の励起光をDNAチップ１１に照射する。ステップＳ５８において、ピックアップ部２１は、励起光がDNAチップ１１に照射されることにより生じた蛍光の強度を測定する。
【００７９】
具体的には、蛍光強度取得部２２は、コントロール部４３を介して蛍光強度取得用ピックアップ４１を駆動し、半導体レーザ５３にレーザ光を励起光として出射させる。この励起光は、プリズム５２を介して対物レンズ５１に入射され、対物レンズ５１は、これを基板１１Ａ上の反応槽１０１に照射する。
【００８０】
インターカレータ１１３は励起光が照射されると蛍光を発生する。この蛍光が対物レンズ５１により集光され、プリズム５２を介してフォトダイオード５４に入射される。フォトダイオード５４は蛍光に対応する電流を出力する。コントロール部４３は、この電流に対応する信号を畳み込み展開部４５により画像信号に変換させ、変換により生成された蛍光強度に対応する信号を、蛍光強度取得部２２に出力する。
【００８１】
コントロール部４３は、対物レンズ５１の位置を開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂの方向に向けて移動させる。このとき、ガイド信号取得用ピックアップ４２の半導体レーザ６３が出射するガイド検出光としてのレーザ光が、プリズム６２を介して対物レンズ６１に入射され、対物レンズ６１がこのガイド検出光を基板１１Ａに照射する。ガイド検出光の反射光の強度は、開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂに照射されたとき強くなる。この反射光が対物レンズ６１を介してプリズム６２に入射され、プリズム６２からフォトダイオード６４に入射される。対物座標計算部４４はコントロール部４３を介してフォトダイオード６４からのガイド信号を取得し、この信号に基づいて、ガイド信号取得用ピックアップ４２（したがって、それと一体化している蛍光強度取得用ピックアップ４１）が基板１１Ａの開始位置ガイド１３Ａと終了位置ガイド１３Ｂの間のいずれの位置に位置するのか、その座標を計算する。コントロール部４３はその座標に基づいてガイド信号取得用ピックアップ４２（蛍光強度取得用ピックアップ４１）を開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂまで一定の速度で移動させる（走査させる）。
【００８２】
このようにして、蛍光強度取得用ピックアップ４１が、図２において、開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂの位置まで移動されるとともに、さらに、その走査位置が、開始位置ガイド１３Ａ（終了位置ガイド１３Ｂ）と平行な方向（図中ｘ座標方向）に１ピッチ分だけ移動され、新たな移動位置において同様に、開始位置ガイド１３Ａから終了位置ガイド１３Ｂまで移動される。このようにして、反応槽１０１の全体（総てのスポット１２）が走査され、各座標における画像信号が蛍光強度取得用ピックアップ４１より出力される。
【００８３】
このように、ステップＳ５７およびステップＳ５８において、コントロール部４３は、DNAチップ１１の総てのスポット１２の全体について、設定された一定の強度の励起光を照射し、総てのスポット１２における蛍光強度を取得できるように、蛍光強度取得用ピックアップ４１（対物レンズ５１）の位置（移動）を制御する。そして、ステップＳ５７およびステップＳ５８の処理により、ピックアップ部２１は、総てのスポット１２の蛍光強度の画像を蛍光強度取得部２２に供給する。蛍光強度取得部２２は、この画像を画像処理部２４に供給する。
【００８４】
ステップＳ５９において、画像処理部２４は、蛍光強度の画像からスポット１２の画像を抽出する。例えば、画像処理部２４は、蛍光強度の画像から、既知であるスポット１２の位置を示すテンプレートによりスポット１２の画像と背景画像を分離する。画像処理部２４は、スポット１２の画像と背景画像に分離された画像からノイズを除去する。さらに、画像処理部２４は、デブリの成分を除去するなどして、スポット１２毎の画像に分解する。画像処理部２４は、スポット１２毎の画像を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５に供給する。
【００８５】
ステップＳ６０において、励起光強度設定部２３は、蛍光強度取得部２２に対して、次の励起光の強度を設定する。ステップＳ６０において、励起光強度設定部２３は、前回の励起光の強度と同じ、次の励起光の強度を設定するか、または、前回の励起光の強度と異なる、次の励起光の強度を設定する。
【００８６】
ステップＳ６１において、蛍光強度取得部２２は、予め定めた所定の回数だけ測定したか否かを判定し、その回数だけ測定していないと判定された場合、手続きは、ステップＳ５７に戻り、前回と異なる励起光の強度で、スポット１２の画像を取得する処理を繰り返す。
【００８７】
ステップＳ５７乃至ステップＳ６０の処理が繰り返されることにより、同じ強度の励起光を照射した場合のスポット１２の蛍光の画像、および異なる強度の励起光を照射した場合のスポット１２の蛍光の画像が取得されることになる。
【００８８】
ステップＳ６１において、所定の回数だけ測定したと判定された場合、ステップＳ６２に進み、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、スポット位置−混合比率記憶部２６に記憶されている各スポット１２におけるプローブ比率、および画像処理部２４から供給された各スポット１２の画像から、蛍光の強度とそれに対応するハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)を算出する。さらに、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、信頼度confidencee(pf)を算出する。
【００８９】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)および信頼度confidencee(pf)を蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７に供給する。蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５から供給された蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)および信頼度confidencee(pf)を記憶して、処理は終了する。
【００９０】
図９は、ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係の例を示す図である。図９において、横方向は、ハイブリダイズ量を示し、縦方向は、蛍光強度を示す。
【００９１】
曲線１７１は、ハイブリダイズ量に対する蛍光強度を示す。図９で示される１本の曲線１７１は、所定の強さ（一定の強さ）の励起光について求められる。ハイブリダイズ量が０である場合の蛍光強度１７２は、ノイズである背景蛍光値を示す。このノイズは、例えば、ダミープローブ１１２とターゲット１１１Ａとのミスハイブリダイズにより生じる。
【００９２】
例えば、図６のスポット１２1には、ダミープローブ１１２だけが固定されているので、スポット１２1の画像から、ノイズである背景蛍光値を示す蛍光強度１７２を求めることができる。これにより、ミスハイブリダイズなどにより生じるノイズを蛍光強度から除去することができる。
【００９３】
励起光の強度を変化させることによって、ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係を示す複数の曲線が求められる。
【００９４】
図１０は、励起光の強度を変化させた場合の、ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係を示す図である。図１０において、横方向は、蛍光強度を示し、縦方向は、ハイブリダイズ量を示す。
【００９５】
同図に示されるように、蛍光強度が与えられると対応するハイブリダイズ量は関数（曲線１９１乃至曲線１９４）に基づき一義的に決定される。ただし、同図に示されるように、図中最も上側に示される曲線１９１が、蛍光強度のレベルが最も弱い場合の曲線を表し、以下、より下側の曲線１９２、曲線１９３と、順次励起光強度のレベルが強くなり、最も下側の曲線１９４が励起光強度のレベルが最も強い場合の曲線を表している。
【００９６】
図１１で示されるように、各曲線１９１乃至１９４は、いずれも図中左側の端部の領域の部分１９１Ａ乃至１９４Ａと、図中右側の端部の領域の部分１９１Ｂ乃至１９４Ｂにおいて、蛍光強度のわずかな変化に対して、ハイブリダイズ量が著しく変化しているので、これらの領域においては、蛍光強度に対応するハイブリダイ量を一義的に決定することが困難になる。したがって、これらの部分１９１Ａ乃至１９４Ａ、並びに部分１９１Ｂ乃至１９４Ｂを除く中央の部分だけが、蛍光強度に対応するハイブリダイズ量の演算に利用される。
【００９７】
例えば、各曲線１９１乃至１９４の微分値が求められる。その微分値が、外部から与えた閾値または予め定めた閾値を超えるか否かが判定される。微分値が閾値を超えると判定された部分１９１Ａ乃至１９４Ａ、並びに部分１９１Ｂ乃至１９４Ｂの区間が低信頼度区間とされる。各曲線１９１乃至１９４の残りの区間が高信頼度区間とされる。
【００９８】
このように、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、蛍光の強度の単位量の変化に対する、ターゲット１１１Ａ（第１の生体物質）およびプローブ１１１（第２の生体物質）の生体反応の状態の変化の大きさが所定の閾値を超える区間を示す区間情報を含む蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式（関係情報）を生成する。
【００９９】
曲線１９１乃至１９４は、各スポット１２の蛍光強度pfとハイブリダイズ量の関係を規定する式である蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）を表している。
【０１００】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、このような、蛍光強度pfとハイブリダイズ量の関係を規定する式である蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）を算出する。例えば、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、Ｂスプライン曲線で表す蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）を算出する。モデル曲線としてのＢスプライン曲線は、３次Ｂスプライン曲線を用いることができる。なお、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）をｎ次曲線で補間するようにしてもよい。
【０１０１】
また、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、信頼度confidencee(pf)を算出する。
【０１０２】
図１２は、信頼度confidencee(pf)を説明する図である。信頼度confidencee(pf)は、次の式（１）で表される。
【０１０３】
confidencee(pf)=Wc×Wsat×variance(pf)-1 ・・・（１）
【０１０４】
式（１）における重み係数ｗcは、図１１の曲線１９１乃至１９４の部分１９１Ａ乃至１９４Ａ，１９１Ｂ乃至１９４Ｂ以外の区間（高信頼度区間）の重み係数を表し、重み係数ｗsatは、図１１の曲線１９１乃至１９４の部分１９１Ａ乃至１９４Ａ，１９１Ｂ乃至１９４Ｂの区間（低信頼度区間）の重みを表す。
【０１０５】
１つのDNAチップ１１について、同じ励起光強度による２回の測定における対応するスポット１２の対応するピクセルの蛍光強度を、１回目の測定の蛍光強度を横軸とし、２回目の測定の蛍光強度を縦軸とする座標空間にプロットすると、図１２に示されるように、２回の測定の蛍光強度により規定される点２１１は傾きが４５度の直線２１２の近傍に散在する。理想的には、対応するスポット１２の対応する位置のピクセルの蛍光強度は一致するので、点２１１は、直線２１２上に位置することになる。しかしながら、実際にはばらつきが発生し、完全に直線２１２上に位置するわけではなく、その近傍に分布することになる。その分布２１４のばらつきは、蛍光強度が比較的小さい場合に大きく、大きい場合に小さくなる傾向がある。すなわち、蛍光強度が小さい値ph1の設定された範囲２１３においては、分散が比較的大きく、蛍光強度が値ph1より大きい値ph2では、分散の値がそれより小さくなり、蛍光強度がさらに大きい値ph3では、範囲２１３の分散が最も小さくなる。式（１）の分散（variance(pf)）は、あらかじめ設定された所定の範囲２１３の内部に位置する点２１１の分散として計算された値とされる。すなわち、式（１）のconfidence(pf)（信頼度情報）は、２つの生体物質（第１の生体物質と第２の生体物質）が第１の測定時にハイブリダイズして得られる第１の蛍光強度と、第２の測定時にハイブリダイズして得られる第２の蛍光強度の設定された範囲の分散の逆数（１／variance(pf)）により規定される。
【０１０６】
このように、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、信頼度confidencee(pf)を算出する。蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５は、ピクセルの蛍光強度に対するハイブリダイズ量と、ピクセルの蛍光強度に対する測定点の分散を曲線によってモデル化すると言える。信頼度confidencee(pf)を算出することにより、DNAチップ１１におけるスポット１２の位置による揺らぎを求めることができる。
【０１０７】
以上のように、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部２５によって算出された蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)および信頼度confidencee(pf)が蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部２７に記憶される。
【０１０８】
実験過程の処理において、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee(pf)に基づいて、蛍光の強度から、より正確に、定量的に発現量を知ることができるようになる。また、信頼度confidencee(pf)に基づいて、より信頼できる、定量的な発現量を知ることができるようになる。
【０１０９】
次に、実験過程の処理および実験過程の処理を実行する装置について説明する。
【０１１０】
遺伝子発現量の定量的な測定は、図１３に示される実験過程処理装置３０１により行われる。
【０１１１】
実験過程処理装置３０１は、調整部３２１、ハイブリダイズ部３２２、取得部３２３、発現量推定部３２４、標準化部３２５、出力部３２６、および記憶部３２７により構成されている。
【０１１２】
調整部３２１はターゲットの調整を行う。ハイブリダイズ部３２２はプローブとターゲットとのハイブリダイズを行う。取得部３２３は蛍光強度を取得する。発現量推定部３２４は発現量の推定処理を行う。標準化部３２５はデータの標準化を行う。出力部３２６は発現プロファイルデータを出力する。記憶部３２７は発現プロファイルデータを記憶する。
【０１１３】
図１４は、図１３の実験過程処理装置３０１の一部を構成する生体情報処理装置の構成例を表している。図１で示される生体情報処理装置１と同様の部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１１４】
この生体情報処理装置３３１は、DNAチップ３５１、ピックアップ部２１、蛍光強度取得部３５２、励起光強度計算部３５３、ハイブリダイズ量推定部３５４、発現量計算部３５５、標準化部３５６、出力部３５７、発現プロファイルデータ記憶部３５８、表示部３５９Ａを有するユーザインターフェース（UI）部３５９、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部３６０、並びに機械的学習部３６１により構成されている。
【０１１５】
なお、実験過程処理装置３０１の取得部３２３、発現量推定部３２４、標準化部３２５、出力部３２６および記憶部３２７が、生体情報処理装置３３１により構成されている。具体的には、取得部３２３は、ピックアップ部２１、蛍光強度取得部３５２、励起光強度計算部３５３、および蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部３６０により構成され、発現量推定部３２４は、ハイブリダイズ量推定部３５４、発現量計算部３５５、および機械的学習部３６１により構成され、標準化部３２５は標準化部３５６により構成され、出力部３２６は出力部３５７により構成され、記憶部３２７は発現プロファイルデータ記憶部３５８により構成される。
【０１１６】
DNAチップ３５１は、スポット３７１とガイド３７２を有している。図１５は、DNAチップ３５１のより詳細な構成例を表している。
【０１１７】
DNAチップ３５１は、その基板３５１Ａ上に、発現解析用反応槽４０１と細胞数計数用反応槽４０２を有している。基板３５１Ａの図中下側の端部には、直線状の開始位置ガイド３７２Ａが設けられ、図中上側の端部には、終了位置ガイド３７２Ｂが設けられている。図１４のガイド３７２は、具体的には、この開始位置ガイド３７２Ａと終了位置ガイド３７２Ｂにより構成される。
【０１１８】
発現解析用反応槽４０１と細胞数計数用反応槽４０２は、この開始位置ガイド３７２Ａと終了位置ガイド３７２Ｂの間に配置されている。
【０１１９】
発現解析用反応槽４０１には、反応領域としての複数のスポット３７１が形成されており、各スポット３７１には、生体物質としてのハイブリダイズ検証用プローブ４１１、発現解析用プローブ４１２、並びに発現標準化用コントロールプローブ４１３が固定されている。発現解析用反応槽４０１にサンプルが滴下された場合、ハイブリダイズ検証用プローブ４１１には、その塩基と相補的構成を有する塩基を有する生体物質としてのターゲット４１１Ａがハイブリダイズする。同様に、発現解析用プローブ４１２には、その塩基と相補的構成を有する塩基を有する生体物質としてのターゲット４１２Ａがハイブリダイズする。
【０１２０】
また、発現標準化用コントロールプローブ４１３には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質としてのターゲット４１３Ａがハイブリダイズする。
【０１２１】
細胞数計数用反応槽４０２においては、生体物質としてのハイブリダイズ検証用プローブ４１４と細胞数計数用コントロールプローブ４１５が、それぞれ反応領域としてのスポット３７１に取り付けられている。細胞数計数用反応槽４０２にサンプルが滴下された場合、ハイブリダイズ検証用プローブ４１４には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質としてのターゲット４１４Ａがハイブリダイズし、細胞数計数用コントロールプローブ４１５には、その塩基と相補的構成の塩基を有する生体物質としてのターゲット４１５Ａがハイブリダイズする。
【０１２２】
ハイブリダイズした（生体反応した）生体物質としてのプローブとターゲットには、インターカレータ４１６が結合されている。インターカレータ４１６は励起光が照射されると蛍光を発生する。
【０１２３】
図１５には、このように、各プローブに対してターゲットがハイブリダイズした状態が示されている。なお、図１５には便宜上、１つのスポット３７１に１つのプローブのみが示されているが、実際には１つのスポット３７１に対して同一種類の複数のプローブが固定されている。また、各反応槽には同一種類のプローブが固定された任意の数のスポットが、予め定められた所定の位置に配置されている。
【０１２４】
図１４のピックアップ部２１は、蛍光強度取得用ピックアップ４１、ガイド信号取得用ピックアップ４２、コントロール部４３、対物座標計算部４４、および畳み込み展開部４５で構成されている。
【０１２５】
蛍光強度取得部３５２は、蛍光強度取得用ピックアップ４１のフォトダイオード５４が出力した各スポット３７１（その座標（ｘ，ｙ））からの蛍光強度（pfx，y）の入力を受け、この蛍光強度に関するデータをハイブリダイズ量推定部３５４の励起光強度推定部３８１に出力する。蛍光強度取得部３５２はまた、蛍光強度取得用ピックアップ４１の対物レンズ５１の基板３５１Ａ上の対物座標（ｘ，ｙ）、対物面積半径（ｒ）、並びに励起光強度を制御する制御信号をコントロール部４３に出力する。コントロール部４３は、この制御信号に基づいて対物レンズ５１を制御する。これにより、対物レンズ５１が基板３５１Ａ上の所定の座標（ｘ，ｙ）に配置され、対物レンズ５１より出射されるレーザ光の照射範囲の半径（対物面積半径）（ｒ）が所定の値に制御され、そのレーザ光の強度（励起光強度）が所定の値に調整される。
【０１２６】
蛍光強度取得部３５２は、コントロール部４３から供給された蛍光強度を、励起光強度計算部３５３に出力する。励起光強度計算部３５３は、蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部３６０に記憶されている変換式に基づいて、プリスキャン時に蛍光強度取得部３５２から入力された蛍光強度に基づいて、最適な励起光強度を計算し、その計算して得られた励起光強度を蛍光強度取得部３５２に出力する。本スキャン時、蛍光強度取得部３５２は、この励起光強度計算部３５３からの励起光強度に基づいて半導体レーザ５３の電流を制御し、所定の強さの励起光を半導体レーザ５３より出射させる。
【０１２７】
ハイブリダイズ量推定部３５４は、励起光強度推定部３８１、作成部３８２、画像処理部３８３、検証部３８４、並びにハイブリダイズ量計算部３８５により構成されている。
【０１２８】
励起光強度推定部３８１は、蛍光強度取得部３５２より供給された蛍光強度に基づく画像データ、または発現プロファイルデータ記憶部３５８にあらかじめ記憶されている発現プロファイルデータなどの画像情報の入力を受け、必要に応じて励起光強度を推定する処理を行う。作成部３８２は励起光強度推定部３８１からのデータに基づいて、蛍光強度からハイブリダイズ量を一義的に決定する式hybridize(pf)を作成する。画像処理部３８３は、作成部３８２より入力された画像データを処理し、検証部３８４とユーザインターフェース部３５９に出力する。ユーザインターフェース部３５９は、画像処理部３８３より入力された画像を表示部３５９Ａに表示する。画像処理部３８３は、ユーザインターフェース部３５９を介して、ユーザより指示される入力に基づいて、DNAチップ３５１の画像からデブリ（観測を行う上において障害となる物質）の成分を除去し、各スポット３７１毎の画像へ分解する処理を行う。
【０１２９】
検証部３８４は、画像処理部３８３より入力された画像データのうち、ハイブリダイズ検証用プローブ４１１，４１４のスポット３７１におけるハイブリダイズ量に基づいて、ハイブリダイズが正しく行われていることを検証する。
【０１３０】
ハイブリダイズ量計算部３８５は、スポット内領域を分割し、スポット内領域単位でハイブリダイズ値と信頼度の計算を行い、スポット単位でのハイブリダイズ値と信頼度を出力する。
【０１３１】
発現量計算部３５５は、ハイブリダイズ量計算部３８５からの出力に基づいて、プローブに対するターゲットの結合強度を求めることで、蛍光強度に対応する発現量を推定する。標準化部３５６は発現標準化用コントロールプローブ４１３と細胞数計数用コントロールプローブ４１５を利用した標準化処理を行う。出力部３５７は標準化されたデータを発現プロファイルデータ記憶部３５８に供給する。発現プロファイルデータ記憶部３５８は、出力部３５７より供給されたデータを、発現プロファイルデータとして記憶する。発現プロファイルデータ記憶部３５８に記憶されたデータは、必要に応じて、ユーザインターフェース部３５９に供給され、表示部３５９Ａに表示される。発現量計算部３５５より出力されたデータも必要に応じて、表示部３５９Ａに表示される。
【０１３２】
蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部３６０は、生体情報処理装置１によって取得された、蛍光強度とそれに対応する、プローブとターゲットとのハイブリダイズ量との関係を一義的に決定する変換式である蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式をあらかじめ記憶している。
【０１３３】
機械的学習部３６１は、機械的学習の手段としてのSVM（Support Vector Machine）３９１とスポット除去パターンデータベース３９２を有している。SVM３９１は学習モード時、ユーザインターフェース部３５９と発現プロファイルデータ記憶部３５８からのデータに基づいて学習を行い、学習結果をスポット除去パターンデータベース３９２に記憶させる。SVM３９１はまた、判定モード時、発現プロファイルデータ記憶部３５８からのデータを、スポット除去パターンデータベース３９２に記憶されているパターンに基づいて判定し、その判定結果をハイブリダイズ量計算部３８５に出力する。
【０１３４】
なお、SVMについては、Nello Cristianini, John Shawe-Taylor, An Introduction to Support Vector Machines and other kernel-based learning methods, Cambridgeに詳細な説明がある。
【０１３５】
また、機械的学習としては、SVMのほかにニューラルネットワークなどを採用することも可能である。
【０１３６】
次に、図１３の実験過程処理装置３０１による、図３のステップＳ１２の実験過程の処理を、図１６のフローチャートを参照して説明する。
【０１３７】
最初に、ステップＳ３１１において、調整部３２１はターゲットを調整する。具体的には、細胞が含まれるサンプルが取り出され、その中から蛋白質を変性させて除去する処理が行われ、RNA（ribonucleic acid）の抽出、断片化、並びにDNA(deoxyribonucleic acid)の抽出、断片化によりターゲット（発現解析用プローブ４１２に対するターゲット４１２Ａ）が生成される。
【０１３８】
ステップＳ３１２において、ハイブリダイズ部３２２はハイブリダイズする処理を実行する。具体的には、ステップＳ３１１の処理で生成されたターゲットが入った溶液に、さらにハイブリダイズ検証用プローブ４１１，４１４に対するターゲット４１１Ａ，４１４Ａ、発現標準化用コントロールプローブ４１３に対するターゲット４１３Ａ、並びに細胞数計数用コントロールプローブ４１５に対するターゲット４１５Ａが加えられ、この溶液を発現解析用反応槽４０１と細胞数計数用反応槽４０２に滴下することで、ターゲットとプローブとがハイブリダイズされる。そして、インターカレータ４１６が導入され、ハイブリダイズしたターゲットとプローブに結合され、図１５に示されるようなDNAチップ３５１が得られる。同図に示されるように、発現解析用反応槽４０１のスポット３７１では、発現解析用プローブ４１２に対してターゲット４１２Ａがハイブリダイズしている他、発現標準化用コントロールプローブ４１３に対してターゲット４１３Ａがハイブリダイズしており、ハイブリダイズ検証用プローブ４１１に対してターゲット４１１Ａがハイブリダイズしている。そして、それらの２本鎖結合したプローブとターゲットの間にはインターカレータ４１６が結合している。
【０１３９】
同様に、細胞数計数用反応槽４０２のスポット３７１においても、ハイブリダイズ検証用プローブ４１４に対してターゲット４１４Ａがハイブリダイズしており、細胞数計数用コントロールプローブ４１５に対してターゲット４１５Ａがハイブリダイズしている。そして、これらのハイブリダイズしたプローブとターゲットの間にも、インターカレータ４１６が結合されている。
【０１４０】
ステップＳ３１３において、取得部３２３は蛍光強度を取得する。具体的には、蛍光強度取得部３５２は、コントロール部４３を介して蛍光強度取得用ピックアップ４１を駆動し、半導体レーザ５３にレーザ光を励起光として出射させる。この励起光は、プリズム５２を介して対物レンズ５１に入射され、対物レンズ５１は、これを基板３５１Ａ上の発現解析用反応槽４０１に照射する。
【０１４１】
インターカレータ４１６は励起光が照射されると蛍光を発生する。この蛍光が対物レンズ５１により集光され、プリズム５２を介してフォトダイオード５４に入射される。フォトダイオード５４は蛍光に対応する電流を出力する。コントロール部４３は、この電流に対応する信号を畳み込み展開部４５により画像信号に変換させ、変換により生成された蛍光強度に対応する信号を、蛍光強度取得部３５２に出力する。
【０１４２】
コントロール部４３は、対物レンズ５１の位置を開始位置ガイド３７２Ａから終了位置ガイド３７２Ｂの方向に向けて移動させる。このとき、ガイド信号取得用ピックアップ４２の半導体レーザ６３が出射するガイド検出光としてのレーザ光が、プリズム６２を介して対物レンズ６１に入射され、対物レンズ６１がこのガイド検出光を基板３５１Ａに照射する。ガイド検出光の反射光の強度は、開始位置ガイド３７２Ａと終了位置ガイド３７２Ｂに照射されたとき強くなる。この反射光が対物レンズ６１を介してプリズム６２に入射され、プリズム６２からフォトダイオード６４に入射される。対物座標計算部４４はコントロール部４３を介してフォトダイオード６４からのガイド信号を取得し、この信号に基づいて、ガイド信号取得用ピックアップ４２（したがって、それと一体化している蛍光強度取得用ピックアップ４１）が基板３５１Ａの開始位置ガイド３７２Ａと終了位置ガイド３７２Ｂの間のいずれの位置に位置するのか、その座標を計算する。コントロール部４３はその座標に基づいてガイド信号取得用ピックアップ４２（蛍光強度取得用ピックアップ４１）を開始位置ガイド３７２Ａから終了位置ガイド３７２Ｂまで一定の速度で移動させる（走査させる）。
【０１４３】
このようにして、蛍光強度取得用ピックアップ４１が、図１５において、開始位置ガイド３７２Ａから終了位置ガイド３７２Ｂの位置まで移動されるとともに、さらに、その走査位置が、開始位置ガイド３７２Ａ（終了位置ガイド３７２Ｂ）と平行な方向（図中ｘ座標方向）に１ピッチ分だけ移動され、新たな移動位置において同様に、開始位置ガイド３７２Ａから終了位置ガイド３７２Ｂまで移動される。このようにして、発現解析用反応槽４０１と細胞数計数用反応槽４０２の全体が走査され、各座標における画像信号が蛍光強度取得用ピックアップ４１より出力される。
【０１４４】
ステップＳ３１４において、発現量推定部３２４は発現量推定処理を実行する。この発現量推定処理の詳細は、図１７を参照して後述するが、この処理によりハイブリダイズ量と信頼度の計算が行われ、発現量が計算される。
【０１４５】
次に、ステップＳ３１５において、標準化部３２５（標準化部３５６）により、データを標準化する処理が行われる。この標準化としては、発現標準化用コントロールプローブ４１３による標準化と、細胞数計数用コントロールプローブ４１５による標準化が行われる。
【０１４６】
さらに、ステップＳ３１６において、出力部３２６（出力部３５７）は、発現プロファイルデータを出力する。具体的には、以上のようにして得られた画像データが、記憶部３２７（発現プロファイルデータ記憶部３５８）に供給され、記録される。
【０１４７】
次に、図１７のフローチャートを参照して、図１６のステップＳ３１４の発現量推定処理について説明する。ステップＳ３３１において、励起光強度推定部３８１は画像情報を入力する。具体的には、蛍光強度取得部３５２より画像情報が入力される。ステップＳ３３２において、励起光強度推定部３８１は、ステップＳ３３１で入力された画像情報に励起光強度情報があるか（含まれているか）を判定する。
【０１４８】
励起光強度推定部３８１が蛍光強度取得部３５２より入力する画像情報は、セットとなる画像の枚数の他、各スポットの画像の励起光強度、縦横ピクセル数、および蛍光画像により構成されている画像データと、スポット位置テンテンプレート画像、スポット数、プローブ遺伝子インデックスなどにより構成されている共通データとからなる。
【０１４９】
したがって、少なくとも蛍光強度取得部３５２より供給される画像情報の場合、画像データに励起光強度が含まれているので、励起光強度情報があると判定される。これに対して、発現プロファイルデータ記憶部３５８からそこに記憶されている発現プロファイル画像が供給される場合、それが蛍光強度取得部３５２から供給され、記憶された画像である場合には上述したように励起光強度情報が存在するが、そうでない場合（他の装置から供給された画像データである場合）には、励起光強度情報が存在しないことがある。
【０１５０】
ステップＳ３３２において、励起光強度情報が存在しないと判定された場合、ステップＳ３３３において、励起光強度推定部３８１は、励起光強度を推定する処理を実行する。
【０１５１】
この励起光強度を推定する処理は、少なくとも２つの異なる強度の励起光に基づいて測定が行われた画像情報（画像データ）である場合に実行可能となる。励起光強度情報が存在する場合、または存在しないとしても、異なる少なくとも２つの励起光強度に基づく画像情報（画像データ）が存在しない場合、励起光強度を推定することができない。このため、これらの場合には、ステップＳ３３３の処理はスキップされる。
【０１５２】
次に、ステップＳ３３４において、作成部３８２は、入力された画像情報が複数の励起光強度で撮影した画像の画像情報かを判定する。複数の励起光強度で撮影した画像の画像情報である場合には、ステップＳ３３５において、作成部３８２は、蛍光強度に基づいてハイブリダイズ量を決定する式（２）（hybridize（pf））を作成する。
【０１５３】
【数１】
【０１５４】
ステップＳ３３４において、入力された画像データは、複数の励起光強度で撮影した画像の画像データではないと判定された場合には、ステップＳ３３５の処理は実行できないのでスキップされる。
【０１５５】
式hybridizee（pf）は、各スポットの蛍光強度とハイブリダイズ量の関係を規定する。蛍光強度が与えられると対応するハイブリダイズ量は関数に基づき一義的に決定される。ただし、励起光強度が変化すると、蛍光強度のレベルも変化する。
【０１５６】
式（２）中の式hybridizes（pfs）と式hybridizew（pfw）は、それぞれ、得られたデータのうちの、励起光強度が強い方の式hybridizee（pf）と、弱い方の式hybridizee（pf）を表している。
【０１５７】
次に、ステップＳ３３６において、画像処理部３８３は画像処理を行う。この処理により、DNAチップ３５１の画像からスポット境界を跨ぐデブリ領域が除去され、画像は各スポット毎の画像に分解される。
【０１５８】
ステップＳ３３７において、検証部３８４は、ハイブリダイズを検証する処理を実行する。具体的には、図１５に示されるように、発現解析用反応槽４０１にはハイブリダイズ検証用プローブ４１１が、また細胞数計数用反応槽４０２にはハイブリダイズ検証用プローブ４１４が、それぞれスポット３７１に固定されている。ハイブリダイズ検証用プローブ４１１，４１４の蛍光値を測定することで、その蛍光値が、例えばあらかじめ設定されている基準値以上であれば、正しいハイブリダイズ処理が行われていることを検証することができる。
【０１５９】
ステップＳ３３８において、ハイブリダイズ量計算部３８５は、ハイブリダイズ量と信頼度の計算を行う。この処理によりスポット内領域にデブリが存在する場合、スポット内領域が複数の領域に分割され、各スポット内領域毎に、そして最終的にはスポット単位で、ハイブリダイズ値と信頼度が計算される。
【０１６０】
ステップＳ３３９において、発現量計算部３５５は、ステップＳ３３８の処理で、ハイブリダイズ量計算部３８５により計算されたハイブリダイズ値と信頼度に基づいて、発現量を計算する処理を実行する。この処理に基づいて、計算された（取得された）蛍光値に対応する発現量が計算される。
【０１６１】
このように、複数の遺伝子それぞれの発現量を定量的に測定することができる。
【０１６２】
以上、DNAチップのハイブリダイゼーションを測定する場合の実施形態を説明したが、本発明はDNAチップに限らず、各種の生体物質が、他の所定の生体物質と生体結合したかどうかを測定する場合に適用することが可能である。
【０１６３】
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。この場合、例えば、生体情報処理装置１または生体情報処理装置３３１は、図１８に示されるようなパーソナルコンピュータ９０１により構成される。
【０１６４】
図１８において、CPU（Central Processing Unit）９２１は、ROM（Read Only Memory）９２２に記憶されているプログラム、または記憶部９２８からRAM（Random Access Memory）９２３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM９２３にはまた、CPU９２１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【０１６５】
CPU９２１、ROM９２２、およびRAM９２３は、バス９２４を介して相互に接続されている。このバス９２４にはまた、入出力インタフェース９２５も接続されている。
【０１６６】
入出力インタフェース９２５には、キーボード、マウスなどよりなる入力部９２６、CRT(Cathode Ray Tube)、LCD(Liquid Crystal display)などよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部９２７、ハードディスクなどより構成される記憶部９２８、モデムなどより構成される通信部９２９が接続されている。通信部９２９は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
【０１６７】
入出力インタフェース９２５にはまた、必要に応じてドライブ９３０が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいは半導体メモリなどのリムーバブルメディア９３１が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部９２８にインストールされる。
【０１６８】
一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０１６９】
この記録媒体は、図１８に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ（Mini-Disc）（商標）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア９３１により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM９２２や、記憶部９２８に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０１７０】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１７１】
また、本明細書において、システムとは、複数の装置（または特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物を意味し、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは問わない。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】本発明の実施形態の生体情報処理装置の構成例を表す図である。
【図２】DNAチップのより詳細な構成例を表す図である。
【図３】生体情報の処理を説明するフローチャートである。
【図４】事前作業の処理を説明するフローチャートである。
【図５】蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式取得の処理を説明するフローチャートである。
【図６】スポットの配置を説明する図である。
【図７】スポットの配置を説明する図である。
【図８】スポットの配置を説明する図である。
【図９】ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係の例を示す図である。
【図１０】ハイブリダイズ量と蛍光強度との関係の例を示す図である。
【図１１】蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式hybridizee（pf）を説明する図である。
【図１２】信頼度confidencee(pf)を説明する図である。
【図１３】実験過程処理装置の構成例を表すブロック図である。
【図１４】生体情報処理装置の構成例を表すブロック図である。
【図１５】DNAチップの構成例を表す斜視図である。
【図１６】実験過程の処理を説明するフローチャートである。
【図１７】発現量推定処理を説明するフローチャートである。
【図１８】パーソナルコンピュータの構成例を表すブロック図である。
【符号の説明】
【０１７３】
１１ DNAチップ， ２１ ピックアップ部， ２２ 蛍光強度取得部， ２３ 励起光強度設定部， ２４ 画像処理部， ２５ 蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式算出部， ２６ スポット位置−混合比率記憶部， ２７ 蛍光強度−ハイブリダイズ量変換式記憶部， １１１ プローブ， １１２ ダミープローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、前記第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度を取得する取得手段と、
取得された前記反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報を生成する生成手段と
を備える生体情報処理装置。
【請求項２】
前記取得手段は、前記第１の生体物質と前記第２の生体物質とが生体反応している複数の前記反応領域の蛍光の強度を取得する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項３】
前記反応領域に照射する励起光の強度を制御する制御手段をさらに備え、
前記取得手段は、制御された強度の前記励起光が照射された前記反応領域の蛍光の強度を取得する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項４】
前記取得手段は、前記第２の生体物質と前記第３の生体物質との比率が基板上の位置に基づいて決められている前記反応領域の蛍光の強度を取得する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項５】
前記第１の生体物質と前記第２の生体物質は、相互に相補的な塩基配列を有する遺伝子またはそれから派生する物質であり、
前記関係情報は、前記第１の生体物質と前記第２の生体物質とのハイブリダイゼーションの情報である
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項６】
前記ハイブリダイゼーションの情報は、前記第１の生体物質と前記第２の生体物質とがハイブリダイズして得られる蛍光の強度から関数に基づき一義的に決定される情報である
請求項５の生体情報処理装置。
【請求項７】
前記生成手段は、蛍光の強度と、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態との関係をＢスプライン曲線で表す前記関係情報を生成する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項８】
前記生成手段は、蛍光の強度の単位量の変化に対する、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態の変化の大きさが所定の閾値を超える区間を示す区間情報を含む前記関係情報を生成する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項９】
前記生成手段は、前記関係情報の信頼性を表す信頼度情報をさらに生成する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項１０】
前記信頼度情報は、前記第１の生体物質と前記第２の生体物質とが第１の測定時にハイブリダイズして得られる第１の蛍光の強度と、第２の測定時にハイブリダイズして得られる第２の蛍光の強度の設定された範囲の分散の逆数により規定される
請求項９の生体情報処理装置。
【請求項１１】
第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、前記第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度を取得する取得ステップと、
取得された前記反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報を生成する生成ステップと
を含む生体情報処理方法。
【請求項１２】
第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、前記第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度の取得を制御する取得制御ステップと、
取得された前記反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報を生成する生成ステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプログラムが記録されている記録媒体。
【請求項１４】
第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、前記第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域が設けられている基板。
【請求項１５】
前記反応領域における前記第２の生体物質と前記第３の生体物質との比率が位置に基づいて決められている
請求項１４の基板。
【請求項１】
第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、前記第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度を取得する取得手段と、
取得された前記反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報を生成する生成手段と
を備える生体情報処理装置。
【請求項２】
前記取得手段は、前記第１の生体物質と前記第２の生体物質とが生体反応している複数の前記反応領域の蛍光の強度を取得する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項３】
前記反応領域に照射する励起光の強度を制御する制御手段をさらに備え、
前記取得手段は、制御された強度の前記励起光が照射された前記反応領域の蛍光の強度を取得する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項４】
前記取得手段は、前記第２の生体物質と前記第３の生体物質との比率が基板上の位置に基づいて決められている前記反応領域の蛍光の強度を取得する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項５】
前記第１の生体物質と前記第２の生体物質は、相互に相補的な塩基配列を有する遺伝子またはそれから派生する物質であり、
前記関係情報は、前記第１の生体物質と前記第２の生体物質とのハイブリダイゼーションの情報である
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項６】
前記ハイブリダイゼーションの情報は、前記第１の生体物質と前記第２の生体物質とがハイブリダイズして得られる蛍光の強度から関数に基づき一義的に決定される情報である
請求項５の生体情報処理装置。
【請求項７】
前記生成手段は、蛍光の強度と、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態との関係をＢスプライン曲線で表す前記関係情報を生成する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項８】
前記生成手段は、蛍光の強度の単位量の変化に対する、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態の変化の大きさが所定の閾値を超える区間を示す区間情報を含む前記関係情報を生成する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項９】
前記生成手段は、前記関係情報の信頼性を表す信頼度情報をさらに生成する
請求項１の生体情報処理装置。
【請求項１０】
前記信頼度情報は、前記第１の生体物質と前記第２の生体物質とが第１の測定時にハイブリダイズして得られる第１の蛍光の強度と、第２の測定時にハイブリダイズして得られる第２の蛍光の強度の設定された範囲の分散の逆数により規定される
請求項９の生体情報処理装置。
【請求項１１】
第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、前記第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度を取得する取得ステップと、
取得された前記反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報を生成する生成ステップと
を含む生体情報処理方法。
【請求項１２】
第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、前記第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域の蛍光の強度の取得を制御する取得制御ステップと、
取得された前記反応領域の蛍光の強度に基づいて、蛍光の強度と、前記第１の生体物質および前記第２の生体物質の生体反応の状態との関係を表す関係情報を生成する生成ステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプログラムが記録されている記録媒体。
【請求項１４】
第１の生体物質に生体反応する第２の生体物質と、前記第１の生体物質に生体反応しない第３の生体物質とがそれぞれ所定の比率で固定されている複数の反応領域が設けられている基板。
【請求項１５】
前記反応領域における前記第２の生体物質と前記第３の生体物質との比率が位置に基づいて決められている
請求項１４の基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−３００７９７（Ｐ２００６−３００７９７Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２４５６９（Ｐ２００５−１２４５６９）
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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