(57)【要約】【課題】低輝度の撮像において、撮像に要する時間を短縮した、核酸分析装置を提供する。【解決手段】複数の核酸試料を配置させるサンプルガラス９と、サンプルガラス９上に配置した核酸試料に励起光を照射する照射部と、核酸試料の各塩基に対応して発光する蛍光を撮像する撮像センサ１と、核酸試料と撮像センサ１との間に位置する複数のフィルタであって、各塩基に対応する各蛍光の波長の光を通過させるフィルタと、核酸試料と撮像センサとの間の光路上にどのフィルタを位置させるかを制御するための蛍光フィルタ制御回路４と、を有し、さらに、蛍光フィルタ毎の露光時間を格納する露光時間設定レジスタ６を備え、露光時間は、フィルタ間で撮像センサの輝度が同一となるように規定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の核酸試料を配置させる基板と、
基板上に配置した核酸試料に励起光を照射する照射部と、
核酸試料の各塩基に対応して発光する蛍光を撮像する撮像センサと、
核酸試料と撮像センサとの間に位置する複数の蛍光フィルタであって、各塩基に対応する各蛍光の波長の光を通過させる蛍光フィルタと、
核酸試料と撮像センサとの間の光路上にどの蛍光フィルタを位置させるかを制御するための制御回路と、を有し、
さらに、蛍光フィルタ毎の露光時間を格納する記録部を備え、露光時間は、蛍光フィルタ間で撮像センサの輝度が同一となるように規定されていることを特徴とする、核酸分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
蛍光フィルタは、回転することにより核酸試料と撮像センサとの間の光路上に位置する蛍光フィルタを選択可能であり、
蛍光フィルタの回転停止と、撮像の開始のタイミングを同期させることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項３】
請求項１において、
蛍光フィルタは、回転することにより核酸試料と撮像センサとの間の光路上に位置する蛍光フィルタを選択可能であり、
撮像の終了のタイミングと、蛍光フィルタの回転開始のタイミングを同期させることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項４】
請求項１において、
蛍光フィルタ毎の露光時間は、外部のホストコンピュータから読み出し、読み出したデータを記録部に書き込むことを特徴とする核酸分析装置。
【請求項５】
請求項４において、
外部のホストコンピュータから読み出した後、核酸試料の撮像中は外部のホストコンピュータとの通信を遮断することを特徴とする核酸分析装置。
【請求項６】
請求項５において、
核酸試料の撮像終了後、撮像したデータを外部のホストコンピュータへ送信することを特徴とする核酸分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上における試薬とＤＮＡ試料の化学反応による蛍光をカメラによって撮影し、撮影結果を用いてＤＮＡ試料の解析を行うクラスタ方式の核酸分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラスタ方式の核酸分析装置（ＤＮＡ解析装置）では、増幅させたＤＮＡの試料を、基板上で試薬と加熱／冷却を繰り返して反応させ、励起光を照射した際に発生する蛍光を、ＣＣＤセンサやＣ−ＭＯＳセンサといった撮像センサを搭載したカメラによって撮像を行い、カメラによって取得したデータをもとにＤＮＡ試料の解析を行う。
【０００３】
基板上の同一の位置に対して、赤、黄、緑、青のいずれか１色の発光色のみを透過させる４色の蛍光フィルタを順次透過させ、４枚の画像を１セットとなるよう撮影を行う。ここで、４枚の画像のセットを１パネルと呼ぶ。１パネル撮影後に基板を移動させて次の観察箇所を撮像センサのセンサ領域に移動させて、次のパネルを撮影するといった動作を繰り返す。１サンプルにつき撮影点の数は、数百点に及ぶ。
【０００４】
これら、撮像を行った画像データから、蛍光発光の配列、数量等の情報を抽出し、ＤＮＡ解析を行う。
【０００５】
特許文献１には、複数の画像の画像データの各々に適正に重み付けをして合成することによって合成画像の暗部におけるノイズを抑止し、輝度の線形性を保ち、しかも擬似輪郭の発生を防いで高品質の画像を生成することができる画像処理装置を提供する旨が開示されている。
【０００６】
具体的には、露光量の異なる複数の画像データを合成して合成画像を生成する画像処理装置において、画像データＡ、Ｂ、Ｃの合成の割合を調整するための重みを画像データＡ、Ｂ、Ｃに付加する重み付け部を備え、重み付け部が、画像データＡ、Ｂ、Ｃの輝度に関するデータ同士を足し合わせて合成輝度データを生成する明るさ情報算出部と、合成輝度データに基づいて画像データに付加される重みを決定する重み付け計算部と、を設けられている。
【０００７】
特許文献２には、経時的に輝度が変化する試料を正確に測定することができる顕微鏡撮像装置およびそれを用いた生体試料観察システムを提供する旨が開示されている。
【０００８】
具体的には、被検査物を保持するステージと、被検査物を照明する照明手段と、被検査物の画像を撮影する撮像素子と、ステージと撮像手段とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、撮像手段が、被検査物に対応した蓄積電荷を発生させるとともに、ステージと撮像手段との相対移動に対応して蓄積電荷を転送し、順次前記蓄積電荷を加算して累積するタイム・ディレイ・インテグレーション方式での撮像が可能な撮像素子を備え、被検査物の撮像の前に行われる被検査物のプレスキャンにより求められた被検査物の検出強度から、撮像の露出時間を決定する計算手段を有する顕微鏡撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−４９５４７号公報
【特許文献２】特開２００６−２３４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
核酸分析装置では、撮像する蛍光はフィルタを透過させるため、一般的な風景画像等に比べ低輝度であり、かつフィルタの種類によって、得られる蛍光発光の輝度が異なる。
【００１１】
ＤＮＡの解析は、一連の撮像プロセスによって取得した画像を使用して行われる。また、１回のサンプルでの撮像枚数も多いため（数万点〜数十万点）、解析の精度、スループットの向上を図るためには、短時間で多くの画像を正確に取得する必要がある。
【００１２】
特許文献１に示す方法で、必要な輝度を持った蛍光発光画像を得ようとした場合、１枚の計測結果を得るためには、１〜数枚の撮像が必要となる。結果、総撮像時間は、各測定に１枚ずつ画像を取得する場合に比べ、数倍の時間が必要となってくる。
【００１３】
特許文献２に示す方法においても、フィルタ毎の励起光照射強度を決定するための事前撮像を行うため、撮像枚数が増加する。また、励起光の強度を変更した際に、光源がそれに追従して変化、安定するまでのタイムラグを考慮しなければならず、これも計測時間の増加の要因となる。
【００１４】
本発明は、上記の問題を解決するものであり、低輝度の撮像を行う装置において、撮像〜解析までの時間の短縮を図った、核酸分析装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の核酸分析装置は、複数の核酸試料を配置させる基板と、基板上に配置した核酸試料に励起光を照射する照射部と、核酸試料の各塩基に対応して発光する蛍光を撮像する撮像センサと、核酸試料と撮像センサとの間に位置する複数の蛍光フィルタであって、各塩基に対応する各蛍光の波長の光を通過させる蛍光フィルタと、核酸試料と撮像センサとの間の光路上にどの蛍光フィルタを位置させるかを制御するための制御回路と、を有し、さらに、蛍光フィルタ毎の露光時間を格納する記録部を備え、露光時間は、蛍光フィルタ間で撮像センサの輝度が同一となるように規定されている。
【発明の効果】
【００１６】
カメラ本体に、露光時間をフィルタの色毎に設定し、フィルタの切り替えと連動して自動的に露光時間を変えることによって、複数の画像を取得したり、プレスキャンしたりすることなく、蛍光の種類による輝度変化に対応した撮像が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示す図面。
【図２】測定の全体動作を示すタイミングチャート。
【図３】４色（１パネル）測定動作を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の核酸分析装置を、図面を用いて説明する。本発明の核酸分析装置は、図１に示すように、カメラ本体部１３、ＰＣ等のホストコントローラ７、蛍光フィルタ部８、蛍光フィルタ制御回路４、サンプルガラス（基板）９、対物レンズ１０、およびカメラレンズ１１により構成される。
【００１９】
蛍光フィルタ部８は、円周状に配置された４色のフィルタを備えており、蛍光フィルタ部８が回転することにより、カメラレンズ１１に入射する光の波長を切り替えることができる。
【００２０】
カメラ本体部１３には、ＣＣＤセンサ、またはＣ−ＭＯＳセンサ等の撮像センサ１、撮像センサ１に対して、露光、信号読み出しの制御を行うタイミング制御回路２、撮像センサ１から出力したアナログの画像信号をデジタルの画像データに変換するアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路３、ホストコントローラ７と通信を行い、露光時間設定レジスタ６に対してレジスタの設定を行う制御用マイコン５、フィルタ毎の露光時間を設定する複数個の露光時間設定レジスタ６が含まれる。
【００２１】
核酸分析装置による、撮像（データ取得）の一連の流れは、図２に示すように、反応の工程において、試薬とＤＮＡサンプル試料を混合させたものをサンプルガラス９上にビーズで固定し、これを加熱と冷却を繰り返すことで反応させる。サンプルが試薬と反応した後に、４色測定（撮像）を実行する。以上を１サイクルとして、１回の解析の中で、１つの試料に対して、数十サイクルもの回数、反応と４色測定を繰り返す。
【００２２】
４色測定の動作を図３に示す。４色測定は、サンプルガラス９が乗ったステージ（不図示）を対物レンズ１０の下まで移動させた後、蛍光フィルタ部８を４色、赤、黄、青、緑の順番に切り替えながら、画像を撮影する（４色で１パネルとする）。１パネルの撮影後、次の測定位置にステージを移動し、次のパネルを測定し、全部で数百パネルの測定を行う。以上のように、ＤＮＡ解析にあたっては、１回の解析で数万点〜数十万点もの計測（撮像）が実行されることになる。
【００２３】
１パネル測定時の動作を、以下に説明する。測定は、励起光照射チューブ１２を通して試料サンプルに励起光を照射し、その際に試料サンプルが発生させる蛍光発光を、蛍光フィルタ部８を通し、カメラレンズ１１で拡大した後、撮像する。ホストコントローラ７は、測定開始前に、通信によりカメラ本体部１３内部の制御用マイコン５を経由して、カメラ本体部１３内部の露光時間設定レジスタに４色の露光時間の設定を、あらかじめ行っておく。
【００２４】
サンプル試料が反応終了した後、測定を開始する。ホストコントローラ７は、蛍光フィルタ制御回路４に対して、撮像開始の信号を出力し、計測が開始される。測定が開始されると、ステージ移動によりサンプルグラス９の測定点が対物レンズ１０下に移動する。
【００２５】
ステージ移動と連動して蛍光フィルタ制御回路４は、回転式の４色の蛍光フィルタ部８の赤色フィルタが対物レンズ１０に対応する位置に移動するよう、４色の蛍光フィルタ部を回転させる。フィルタが切り替わり、回転が停止すると、蛍光フィルタ制御回路４は停止信号をカメラのタイミング制御回路２へと出力する。タイミング制御回路２は、その停止信号を受け、測定開始前にホストコントローラ７から露光時間設定レジスタ６に設定された露光時間の信号を、撮像センサ１へと出力し、露光を実行する。
【００２６】
露光が終了した後、撮像センサ１からアナログの映像信号が読み出され、Ａ／Ｄ変換回路３により、画像データへと変換された後に、ホストコントローラ７へと送られる。露光が終了すると、タイミング制御回路２は、露光終了信号を蛍光フィルタ制御回路４へ出力するとともに、次に撮像するフィルタの露光時間を露光時間設定レジスタ６から取り込む。露光終了信号を受けた蛍光フィルタ制御回路４は、蛍光フィルタ部８の回転を開始し、次の色の蛍光フィルタへと切り替える（画像データのホストコントローラへ転送は、フィルタを回転している間に終了する）。なお、蛍光フィルタの回転と、画像転送を並列で実行することで、時間短縮を図っている。そして、蛍光フィルタの切り替えが終了した後に、再び同様の測定動作を繰り返す。４色の蛍光フィルタを切り替え、１パネルの測定が終了すると、ステージは次のサンプルガラス９の測定点に移動し、次のパネルの測定を実行する。その際、露光時間は最初に撮像する色のフィルタの設定時間に戻される。
【００２７】
以上の実施形態により、蛍光フィルタの切り替えと連動して、４色のフィルタ毎に露光時間の設定を切り替えることで、蛍光発光の濃淡が調整され、解析に適した画像を効果的に取得できる。また、蛍光フィルタの動作と撮像を回路間の信号により同期させることで、フィルタ切り替え後、すぐに撮像可能となるため、無駄な時間を排除でき、撮像時間の短縮も可能となる。さらに、フィルタの切り替え、露光時間の変更、撮像の一連の動作は、タイミング制御回路と蛍光フィルタ制御回路の間で行うため、ホストコントローラの制御にかかる負荷を分散することができる。よって、クラスタ方式ＤＮＡ解析装置に適したカメラシステムを構築できる。
【符号の説明】
【００２８】
１  撮像センサ
２  タイミング制御回路
３  アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路
４  蛍光フィルタ制御回路
５  制御用マイコン
６  露光時間設定レジスタ
７  ホストコントローラ
８  蛍光フィルタ部
９  サンプルガラス
１０  対物レンズ
１１  カメラレンズ
１２  励起光照射チューブ
１３  カメラ本体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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