(57)【要約】  本発明は粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置に関する。特に粒子の平行移動速度および回転速度が測定される。
2009544024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置において、
当該のモバイル装置は、試料区画と、光源と、ディジタル画像を形成するイメージセンサと、該ディジタル画像を処理し、該ディジタル画像の検出領域に対する粒子変動に基づく相関関数を計算するコンピュータユニットと、計算結果を表示する表示手段とを有する
ことを特徴とする溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置。
【請求項２】
溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置において、
当該のモバイル装置は、試料区画と、光源と、ディジタル画像を形成するイメージセンサと、該ディジタル画像を処理し、該ディジタル画像の検出領域に対する粒子変動に基づく相関関数を計算するリモートコンピュータユニットと、該リモートコンピュータユニットへ前記ディジタル画像を伝送する伝送手段と、計算結果を表示する表示手段とを有する
ことを特徴とする溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置。
【請求項３】
当該のモバイル装置は移動電話機である、請求項１または２記載のモバイル装置。
【請求項４】
さらに、当該のモバイル装置に適合するアダプタモジュールが設けられており、該アダプタモジュールが前記試料区画と付加的な光学素子とを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のモバイル装置。
【請求項５】
前記試料区画は一方向試料区画であり、当該のモバイル装置または前記アダプタモジュールに取り外し可能に取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のモバイル装置。
【請求項６】
前記光源は移動電話機に集積されたフラッシュ光源である、請求項１から５までのいずれか１項記載のモバイル装置。
【請求項７】
前記イメージセンサはＣＣＤディテクタまたはＣＭＯＳディテクタである、請求項１から６までのいずれか１項記載のモバイル装置。
【請求項８】
モバイル装置を用いた粒子のダイナミックパラメータの測定方法において、
溶液中に複数の粒子を含む流体を試料として準備し、
該試料を前記モバイル装置での測定に適した試料区画へ導通させ、
該試料のディジタル画像を前記モバイル装置において形成し、
該ディジタル画像の検出領域に対する粒子変動につき相関分析を適用することにより、前記モバイル装置内のコンピュータユニットにおいてまたはリモートコンピュータユニットにおいて前記ディジタル画像を処理し、
前記モバイル装置に分析結果を表示する
ことを特徴とする粒子のダイナミックパラメータの測定方法。
【請求項９】
ディジタル動画像をイメージセンサにより形成する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記相関関数は複数の検出領域に対する粒子変動に基づいている、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記イメージセンサはＣＣＤディテクタまたはＣＭＯＳディテクタである、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
背景雑音を低減する、請求項８から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記粒子は精子である、請求項８から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記ディジタル動画像は複数の画像、有利には少なくとも１０個の画像から成る画像シーケンスを含む、請求項８から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記画像シーケンスを０．５ｓｅｃ〜１０ｓｅｃの時間範囲内、有利には１ｓｅｃ〜２ｓｅｃの時間範囲内で形成する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から６までのいずれか１項記載のモバイル装置を用いる、請求項８から１５までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置に関する。粒子のダイナミックパラメータは例えば精子の平行移動速度および回転速度である。
【０００２】
本発明は溶液中の粒子、特に生物学的単位のダイナミクスまたは運動性に関するパラメータの形成に用いられるモバイル装置に関する。生物学的単位の例として、細胞および精子を含む細胞器官が挙げられる。精液中の精子のダイナミックパラメータおよび数の分析は精子の特性を識別し、男性生殖能を評価する手段を構成するために重要である。
【０００３】
平行移動速度（ヴェロシティ）という場合、粒子が検出領域内または検出体積内で１つまたは複数の方向に運動する方向運動において、移動経路の長さが観察長さよりいちじるしく長くなる運動の速度を考察している。平行移動運動に対して、ブラウン運動という場合には、粒子の全方向での確率論的運動において、移動経路の長さが観察長さよりいちじるしく短くなる運動を考察している。
【０００４】
精子の運動性を求める方法は米国特許第５１１６１２５号明細書に記載されており、ここではダイナミックレーザー光散乱を基礎としたアナライザが用いられている。
【０００５】
精子の運動性を測定する他の方法として、ビデオカメラを用いて精子を監視し、個別の軌跡をコンピュータベースで解析することにより、精子の運動を分析する手法が挙げられる。コンピュータを利用したこのタイプの解析は手動の試験に比べて高速に適応度パラメータを形成することができるが、幾つかの欠点を有する。特に、精子の濃度が増大すると取得パラメータに対する有意分散が増大することが大きな問題点である。
【０００６】
ＰＣＴ欧州出願第２００６／０００３６９号明細書には、粒子、例えば精子の濃度および運動性を測定する装置および方法が記載されている。ここではディジタル画像の検出領域に対する粒子変動に相関分析が適用されている。
【０００７】
本発明の基礎とする課題は、溶液中の粒子のダイナミックパラメータを単純かつ高速に検出できるモバイル装置を提供することである。
【０００８】
他の利点については後述する。
【０００９】
発明の概要
本発明の第１の構成では、溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置において、当該のモバイル装置は、試料区画と、光源と、ディジタル画像を形成するイメージセンサと、該ディジタル画像を処理し、該ディジタル画像の検出領域に対する粒子変動に基づく相関関数を計算するコンピュータユニットと、計算結果を表示する表示手段とを有する。
【００１０】
本発明の第２の構成では、溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置において、当該のモバイル装置は、試料区画と、光源と、ディジタル画像を形成するイメージセンサと、該ディジタル画像を処理し、該ディジタル画像の検出領域に対する粒子変動に基づく相関関数を計算するリモートコンピュータユニットと、該リモートコンピュータユニットへ前記ディジタル画像を伝送する伝送手段と、計算結果を表示する表示手段とを有する。
【００１１】
本発明の第３の構成では、モバイル装置を用いた粒子のダイナミックパラメータの測定方法において、溶液中に複数の粒子を含む流体を試料として準備し、該試料を前記モバイル装置での測定に適した試料区画に導通させ、該試料のディジタル画像を前記モバイル装置において形成し、該ディジタル画像の検出領域に対する粒子移動につき相関分析を適用することにより、前記モバイル装置のコンピュータユニットにおいてまたはリモートコンピュータユニットにおいて前記ディジタル画像を処理し、前記モバイル装置において分析結果を表示する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のモバイル装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明のモバイル装置の第２の実施例を示す図である。
【図３】モバイル装置がウェブベースのデータ通信網を用いた無線通信によりリモートコンピュータユニットと通信する様子を示す図である。
【００１３】
本発明の装置および方法は運動する粒子の分析、特に精子、バクテリア、ウィルス粒子その他の分析に適している。有利には、本発明の装置および方法は精子の分析に用いられる。
【００１４】
本発明のモバイル装置はポータブル装置であり、重量約１０００ｇ以下、特に有利には重量約５００ｇ以下である。特に有利な実施形態では、モバイル装置は移動電話機である。モバイル装置には、有利には、ディジタルフォト機能および／またはディジタルカメラ機能が用意されている。この場合、モバイル装置にはディジタル画像を形成するための光源およびイメージセンサが集積されている。イメージセンサは例えばＣＭＯＳディテクタまたはＣＣＤディテクタなどの２次元検出器マトリクスである。ディテクタは少なくとも１メガピクセル、有利には特定の要求に応じて２〜３メガピクセル以上を有している。
【００１５】
当該のモバイル装置には試料区画および付加的な光学素子を取り付けることのできるアダプタモジュールが設けられている。付加的な光学素子の例として光フォーカシング装置および付加的なレンズが挙げられる。試料区画は有利には一方向試料区画であり、モバイル装置またはアダプタモジュールに取り外し可能に取り付けられている。
【００１６】
本発明の有利な実施形態ではモバイル装置は移動電話機であるが、これにイメージセンサで形成されたディジタル画像を処理して相関関数を計算するコンピュータユニットを設けることができる。計算結果はモバイル装置のディスプレイ、例えばＬＥＤディスプレイに表示することができる。
【００１７】
有利な実施形態では、モバイル装置はディジタル画像をリモートコンピュータユニットへ伝送する伝送手段を有する。ディジタル画像の伝送は例えばＧＳＭ／３Ｇ／ＧＰＲＳコネクションを用いたオンラインデータ伝送によって実行される。この場合にはリモートコンピュータユニットが画像の相関関数およびパラメータを計算する。有利には計算もオンラインで行われる。計算されたパラメータ値は中央のコンピュータユニットから移動電話機へ伝送され、そこで表示される。画像および／またはパラメータ値は画像ファイル、例えばＭＭＳファイルまたはこれと同等のフォーマットとして伝送される。
【００１８】
相関関数の計算から取得されるパラメータは、例えば、粒子数、平均粒子速度、速度分布、運動粒子の割合および／または非運動粒子の割合などを含む。
【００１９】
有利には、求めるべき粒子を含む流体が試料として準備される。試料、例えば精漿中の精子は付加的に適切な媒体によって希釈される。当該の試料は有利には一方向試料区画である試料区画に配置される。試料区画はモバイル装置に取り外し可能に取り付けられる。試料の内容物はイメージセンサで撮影される。例えばモバイル装置の適切なディテクタ、例えばＣＭＯＳディテクタまたはＣＣＤディテクタのピクセルスクリーンによって、場合により付加的な光学素子、例えばレンズを用いて、撮影が行われる。有利には、スクリーンにイメージングされた試料は拡大されている。倍率は対象物およびピクセルサイズに応じて異なるが、有利には５〜２０倍のオーダーである。測定の際には１０〜２００個の画像シーケンスを連続して撮影すると有利である。さらに有利には、１ｓｅｃ当たり１０〜５０フレームのフレーム速度で５０〜１００個の個別画像を撮影する。各フレームは、移動電話機に集積されたコンピュータユニットにおいて分析されるかまたはリモートコンピュータユニットへ伝送されてそこで分析される。この場合、画像の相関関数および所望のパラメータがオンラインで計算される。得られたパラメータ値は中央のコンピュータユニットからモバイル装置へ伝送される。
【００２０】
本発明はまた、上述したモバイル装置を用いた粒子のダイナミックパラメータまたは運動性パラメータの測定方法に関する。第１の方法では、検出フィールドにおいて粒子の形成したイベントが検出され、当該のイベントの変動に基づく時間相関関数が計算される。第２の方法では、粒子の時間変動について、ディジタル画像の検出領域に対する相関分析が行われる。第３の方法では、ディジタル画像を形成できるディテクタを用いて粒子が検出され、ディジタル画像の検出領域に対する時間変動に基づいて相関分析が適用される。第４の方法では、粒子を含む溶液が準備され、光源とディジタル画像を形成できるディテクタと計算手段とを用いて、相関分析が適用される。つまり、ディジタル画像の検出領域に対する粒子の時間変動に基づいて１つまたは複数の時間相関関数が計算される。
【００２１】
本発明では、関心粒子を表すイベントの変動が検出フィールドにおいて検出される。有利には、ディジタル動画像における粒子の時間変動が相関分析を用いて分析され、１つまたは複数の相関関数が形成される。当該の相関関数から、拡散時間、平行移動速度、回転周波数ならびに体積単位当たりの粒子数すなわち濃度などの粒子のダイナミックパラメータに関する情報が得られる。上述したダイナミックパラメータにより粒子の運動性が評価される。本発明によって評価可能な溶液中の粒子または要素は分子レベルから巨視的（肉眼的）レベルまでのサイズを有する。粒子が精子である場合、計算される重要なダイナミックパラメータは例えば運動性に関する泳動速度、回転周波数および濃度である。
【００２２】
本発明の新規な特徴点はディジタル動画像における粒子変動に相関分析を適用することである。ディジタル動画像は例えば１０個以上の個別画像、有利には５０個以上の個別画像から成る。関心粒子を含む溶液のディジタル動画像が特に適切なディテクタを用いて形成される。ディテクタはディジタル画像を形成可能であり、計算手段に接続されている。当該のディテクタは例えばイメージセンサである。ディジタル画像は計算手段によって複数の測定領域または複数の検出領域へ分割される。これにより、時間の関数として、検出領域の境界を越える粒子数の変動または濃度の変動が形成される。検出領域における粒子数は平均値の周辺でランダムに変化する。ディジタル画像の検出領域に対する粒子数の変動は、粒子を表す変動信号の相関関数によって分析される。したがって、当該の変動は、ダイナミックパラメータおよび粒子数を求めるための１つまたは複数の時間相関関数を計算する基礎となる。所定の時間にわたって粒子はディジタル画像内を移動し、検出領域の境界を越えて出たり入ったりする。本発明のイメージセンサは運動する粒子のディジタル画像を形成することのできるセンサであり、画像平面すなわちｘ軸およびｙ軸の平面に所定の空間的分解能を有する。イメージセンサにより、所定の時間にわたって所定の分解能を有する一連のディジタル画像（一連のフレーム）が形成され、動画像が取得され、これがさらに相関分析によって分析される。本発明によれば、溶液中の粒子のダイナミックパラメータはディジタル画像ないしディジタル動画像が形成されるときに同時に評価されるが、本発明の方法を適切な記憶手段に記憶されたディジタル動画像に適用することもできる。
【００２３】
イメージセンサによって形成されるディジタル画像の情報は特に粒子からの送信光、散乱光または放出光に由来している。通常は、関心粒子に関連しないイベントは適切なタイプのディジタル画像分析を用いてフィルタリングにより除去される。画像分析ツールによりイメージセンサからの所望されない情報が抑圧され、記録された粒子変動に基づく時間相関関数が計算される。１つのディジタル画像に複数の検出領域が存在する場合、同一の検出領域からそれぞれの時間相関関数が同時に計算される。
【００２４】
ディジタル画像の検出領域のイベントの変動および／または粒子数の変動は特定の時間範囲における複数の時点τ１，τ２，τ３で監視される。取得された相関関数は基本的に時間スケールで見たイベントの自己類似性を記述する関数となっている。つまり、検出された粒子は時間的に相関されている。簡単に言えば、時間相関関数Ｇ’（τ）は
Ｇ’（τ）＝＜I（ｔ）＊I（ｔ＋τ）＞
によって得られる。ここで、尖った括弧は所定の時間または所定数の検出領域にわたる平均を表しており、Iは検出された粒子によって形成された信号を表している。
【００２５】
相関関数が計算された後、τ＝０での相関関数の値から濃度が導出される。当該の濃度は検出領域における粒子数の逆数である。
【００２６】
光学素子が対象物平面、例えば試料区画とイメージセンサの画像平面とのあいだの光路に配置される場合、ディジタル画像によって溶液の所定の領域における局所的な粒子だけでなくフォーカシングされた全ての粒子が表される。したがって、ディジタル画像は特に光学素子の焦点深度によって定められる体積単位当たりの試料情報を提供する。
【００２７】
一般には、時間相関関数Ｇ’（τ）は濃度および運動性に関して平均自乗強度＜Ｉ２＞によって正規化され、
Ｇ（τ）＝１＋１／Ｎ［ｆ（運動性）］  ここでＧ（τ）＝Ｇ’（τ）／＜Ｉ２＞
として表される。
【００２８】
前掲の式において、振幅範囲１／Ｎは体積単位当たりの粒子数Ｎの逆数によって定められる値であり、関数ｆ（運動性）は平行移動運動および回転運動を記述している。変動理論から明らかなように、平均粒子数が低下すると変動は増大する。
【００２９】
関連する時間フレーム内のディジタル画像でのイベントの変動および／または粒子の変動は、正確な時間相関関数の計算が可能となる大きさでなければならない。したがって、ディジタル画像の１つまたは複数の検出領域は検出領域の境界付近で適正な変動が得られるように選定されなければならない。一般に、高度な変動は良好な時間相関関数を形成する。ディジタル動画像は全て同じ大きさおよび形状の複数の検出領域またはそれぞれ異なる大きさおよび形状の複数の検出領域に適切に分割される。
【００３０】
計算手段によりディジタル画像が１０個以上の検出領域、例えば１００個の検出領域に分割されるとする。ここで各検出領域はイメージセンサの幾つかのピクセルを表す。所定の時間範囲内の複数の時点τ１，τ２（例えば時点τ１，τ２での画像フレーム）などで、検出領域Ａ１の関心粒子を表す強度が当該の検出領域Ａ１に対する相関関数Ｇ１を計算するために用いられる。同時に残りの９８個の相関関数Ｇ３〜Ｇ１００も計算される。
【００３１】
複数の相関関数が得られると、平均相関関数は容易に形成される。
【００３２】
ディジタル画像は有利にはディジタル画像を形成することのできるディテクタ、例えばイメージセンサによって形成される。センサまたはディテクタの形成したディジタル出力は運動する粒子のダイナミックパラメータを抽出するために用いられる。特に本発明ではディジタル出力に対して相関分析が適用される。アナログフォーマットで取得および記憶された画像を相関分析の処理のためにディジタルフォーマットへ変換してもよい。ここでのディジタル画像は複数の時間分解能画像すなわち複数のフレームによって適切に形成されたディジタル動画像である。イメージセンサは迅速な画像撮影能力を有しており、コンピュータ分析に用いられるディジタル画像を形成することができる。当該のイメージセンサは所定の空間分解能および時間分解能を有し、検出光のスペクトル全体に対して高い感度を有する。適切なイメージセンサはモバイル装置に組み込むことのできるセンサであり、例えばソリッドステート型イメージセンサまたはソリッドステート型イメージディテクタである。ソリッドステート型イメージセンサは特に有利である。ソリッドステート型イメージセンサはフォトサイトと称される複数の光感応性ダイオードを含むシリコンチップである。シャッタが開放されている短い時間中に、各ピクセルは自身に当たる光の強度または輝度を電荷の累積によって記録する。ディジタルの時間分解能画像は、通常、それぞれ数μｍサイズの多数のピクセルを含む。各ピクセルはイメージセンサの１つのフォトサイトに相応する。したがって、画像の分解能はその大部分がイメージセンサのフォトサイト数によって定められる。イメージセンサの分解能は本発明にとって重要な要素ではなく、約１０００画素〜約２０万画素の広い範囲を取りうる。ただしイメージセンサの分解能はなるべく高いほうが好ましい。
【００３３】
通常、ソリッドステート型イメージセンサはチャージカプルドデバイスＣＣＤおよびコンプリメンタリメタルオキサイドセミコンダクタディテクタＣＭＯＳである。どちらの種類のイメージセンサも光子を捕捉して電子へ変換するシリコン半導体である。ＣＣＤイメージセンサおよびＣＭＯＳイメージセンサは基本的なデザインに関しては類似しているが、フォトサイトの電荷すなわち電子をセンサから抽出する手法が異なっている。高い感度が必要な場合には、ＣＭＯＳアバランシェフォトダイオードイメージセンサが用いられる。
【００３４】
ソリッドステート型センサ、例えばシリコンフォトダイオードは約２００ｎｍ〜約１２００ｎｍの広いスペクトル範囲の光に対して感応性を有する。
【００３５】
ディジタル画像の分解能は基本的にはイメージセンサの分解能に対応する。つまりイメージセンサの各ピクセルがディジタル画像の１ピクセルを表す。しかし、ソフトウェアによってディジタル画像にピクセルを追加し、分解能を向上させることができる。光学的手段、例えば対物レンズおよび接眼レンズを含むレンズ系などの１つまたは複数の光学素子を導入することにより、溶液中の粒子を拡大して観察することができる。こうして、画像平面（イメージセンサの平面）の粒子は対象物平面に存在する生理学的粒子に比べて拡大される。また、光学的手段によって、画像平面の粒子を対象物平面の粒子よりも小さくしてもよい。こうした構成は粒子がイメージセンサの全領域の面積に匹敵する投影面積を有する場合に有利である。ディジタル画像の検出領域の最小面積はイメージセンサの個々のピクセルの面積から全てのピクセルの面積までの範囲によって定められる。典型的には、ディジタル画像の検出領域の大きさおよび形状はディジタル画像における関心粒子の投影面積よりも大きい。試料のうち分析される部分が特に光学的手段へ供給される。光学的手段には対物レンズ、投影レンズおよび光源を含む複合型の顕微鏡機構が適している。光源はイメージセンサに適合する波長の送信光、散乱光または放出光を送出する。光学的手段、例えば光学素子が対象物平面とイメージセンサの画像平面とのあいだの光路に配置される場合、試料の分析部分の体積は基本的に対物レンズおよびその増倍度によって定められる。これら双方が光路に対して放射方向の体積を制限するからである。
【００３６】
また、測定体積は軸線方向では基本的に光学的手段の焦点深度によって制限される。
【００３７】
光源は、電磁放射のエネルギが分析すべき粒子に重大な影響を与えず、イメージセンサによって粒子が検出可能であるかぎり、いずれの波長のものであってもよい。光は可視光など例えば約２００ｎｍ〜約１２００ｎｍの広範囲の波長を含むことも単色光などの狭い範囲の波長を含むこともできる。単色光ないし狭い範囲の波長の光をそのまま用いることもできるし、広い範囲の波長の光を発光する光源と適切なフィルタ、例えば単色フィルタとを用いて単色光または狭い範囲の波長の光を形成することもできる。有利には、コヒーレント光を形成する単色光源、例えばレーザー光源も用いることができる。適切な光源は、特に、キセノン光源、高圧低圧水銀光源、タングステン光源、ハロゲン光源、青色ダイオードなどの発光ダイオードＬＥＤ、レーザー光源およびレーザーダイオード光源である。所定のタイプの運動、例えば回転運動の分析に対しては、光が偏光されていると有利である。本発明では特定のタイプの照明を選択する必要はないので、正確な時間相関関数を形成することのできるものであればいずれのタイプの照明を用いてもよい。
【００３８】
粒子からの放出光、例えば蛍光がイメージセンサで捕捉される場合、対象物平面と画像平面とのあいだの光路に配置された光学的手段は、放出光から励起光を分離するために、顕微鏡および付加的なフィルタとともに適合化される。入射光を蛍光とする顕微鏡により、試料は対物レンズを介して励起光によって照明される。ダイクロイックビームスプリッタは対象物とイメージセンサとのあいだの光路に配置され、波長に応じた光を透過または反射する。励起に用いられる光源は通常レーザーである。関心粒子に蛍光を励起できるレーザーであればいずれのものでも利用可能であり、例えばアルゴンレーザー、アルゴンクリプトンレーザー、シングルラインＨｅ‐Ｎｅレーザー、レーザーダイオードなどが用いられる。励起される要素の体積が充分であれば、水銀高圧ランプまたはハロゲンランプなどの非コヒーレント光源を用いることもできる。蛍光が検出される場合、適切な信号雑音比を有することが望ましい。焦点をはずれた蛍光はフレアとなり、信号の有意性をいちじるしく低減させる。このため、試料の測定体積は基本的には対物レンズの放射方向でのアパーチャおよび対物レンズの倍率によって定められ、軸線方向で制限される。軸線方向での測定体積の制限は有利には対象物および画像平面に接合するアパーチャ（ピンホール）を設けることによって行われる。また、個々のフォトサイト（ピクセル）から成るイメージセンサは、ディテクタが対象物平面に接続された画像平面に位置している場合、アパーチャおよびディテクタとしても機能することができる。入射光をエピ蛍光とする顕微鏡は分子量が１０００００メガダルトンより小さい粒子を分析する際に有利である。こうした小さい粒子の例は小胞または細胞器官などの生分子である。さらに、測定体積は約１０−１６リットル〜約１０−１０リットル、有利には約１０−１５リットル〜約１０−１２リットルである。小さい測定体積を得るには、対物レンズの開口数ＮＡが約０．７より大きいものが適している。また開口数が約１．０より大きいとさらに有利である。
【００３９】
さらに、蛍光測定が行われる場合、受精プロセスおよび／またはその他の機能にとって重要な表面タンパク質などの特異的遺伝子生成物の表現型に関連する特異的性質が蛍光強度の変動分析を用いて計算される。これに加えて、精液全体に対する精子のパーセンテージならびに精子当たりの分子数で表される特異的表現型のレベルが測定される。同様に、核酸の分量も分析される。
【００４０】
本来の光源は有利には光路に配置された回折素子を配置することによって複数の光源へ分割される。個別の光路の数は有利にはディジタル画像における検出領域の数に等しく選定される。
【００４１】
試料区画は広汎な形状を有することができ、粒子溶液の特性が所定の時間にわたって大きく変化しさえしなければ、閉鎖型であっても開放型であってもよい。有利には、試料保持手段が或る特定のレベルの温度を維持する手段に適合化される。あらかじめ定められた温度での溶液を維持するために、生物学的系の分析、例えば精子の分析が重要である。有利には、光学的手段が試料コンテナとイメージセンサとのあいだの光路に配置されている場合、光路の方向での試料コンテナのサイズは光学的手段の焦点深度に等しいかそれより小さい。有利には、試料コンテナはモバイル装置またはモバイル装置に接続されるアダプタモジュールに取り外し可能に取り付けられる。
【００４２】
本発明のモバイル装置は唯一のディジタル画像を形成する唯一のディテクタを有する構成のみに限定されない。つまり、粒子からの放出光（蛍光など）を捕捉することのできるＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなど、複数個の画像を形成する複数個のディテクタを備えていてもよい。第２のディテクタには短い応答時間で所定の現象を捕捉できる高感度のディテクタが適する。例えばＣＭＯＳＡＰＤなどのアバランシェフォトダイオードディテクタが有利である。２つ以上のディテクタを有する場合、少なくとも１つの他のビームスプリッタが光路に配置される。
【００４３】
回折性の光学的手段を用いることにより、光源を複数の光源に分割し、複数の測定体積を形成することができる。体積単位当たりの粒子のダイナミックパラメータは、回折性の光学的手段によって形成された光源の数に相応する数の測定フィールドを有するイメージセンサを用いて計算される。上述した適切な位置検出器が利用される。回折性の光学的手段は光源とビームスプリッタとのあいだに配置される。
【００４４】
本発明では精子または精液が測定される。精子の適応度は泳動速度および回転周波数によって定められる。また、精子数はτ＝０のときの相関関数の振幅によって定められるので、濃度も計算される。精子の全体濃度には死んでしまった精子または動かない精子も含まれるので、検出領域内の精子数は検出フィールドひいては検出装置に対して運動する精子を機械的にまたは計算的にレンダリングすることによって測定される。さらに、イメージセンサを用いることにより、精子の視覚的画像が形成される。精子は、精子の所定の特性に対して特異性を有する抗体などの蛍光染色マーカまたは染色共役マーカによってレーベリングされる。所定の特性とはＤＮＡ，表面に存在するレセプタ、精子の頭部・体部・尾部に関するタンパク質などである。精子の蛍光レーベリングは通常蛍光マーカ、例えば抗体を結合することにより実行されるが、このことは当分野の技術者に公知である。適切な蛍光染料は可視光のスペクトル範囲すなわち約３５０ｎｍ〜約７５０ｎｍに吸収最大値を有する。例えばローダミングリーン，ＴＭＲ，ローダミンＢ，ローダミン６Ｇ，Ｃｙ２，Ｃｙ２，Ｃｙ５などのシアニン，テキサスレッドなどである。特定の放射を形成してＤＮＡ（遺伝子材料）などの核酸を視覚化するために、ＤＮＡに特異的に作用する染料が用いられる。例えばエチジウムブロマイド、プロピジウムイオダイド、アクリジン染料、遺伝子プローブなどの核特異性分子などが用いられる。
【００４５】
本発明の或る実施例では、装置は位相造影複合型顕微鏡およびＣＣＤディテクタまたはＣＭＯＳディテクタなどのイメージセンサを有する。精子または精液が測定される場合、画像全体の倍率すなわち対象物と中間画像との比は約１０倍〜約３０倍の範囲にあると適切である。このようにすれば、約３μｍの精子の頭部は中間画像の画像平面において３０μｍ〜９０μｍのサイズを有する。イメージセンサは中間画像の平面に配置される。イメージセンサのディジタル画像は複数の検出領域に分割される。有利には、検出領域はディジタル画像における粒子のサイズ以上のサイズを有し、相関分析を用いて、正確なダイナミックパラメータを計算するのに充分な粒子数の変動が得られるようになっている。正確な相関関数を計算できるのであれば、検出領域の形状はさほど重要ではない。検出領域は円形または長方形などどのような形状であってもよい。さらに、イメージセンサはビデオ画像を分析するためのソフトウェアおよびハードウェアを含む計算手段に接続されている。コンピュータ画面では試料のディジタル動画像が形成される。適切な画像分析を適用することにより、無関係なカテゴリの粒子などの背景雑音がフィルタリング除去され、関連する粒子の変動のみが相関関数の計算の基礎として用いられる。また、イメージセンサによる粒子の記録と時間相関関数の計算とはほぼ同時に行われる。
【００４６】
上述した点についてはＰＣＴ欧州出願第２００６／０００３６９号明細書に詳しく記載されており、当該の文献は本発明に関連するので本願の参考文献とする。
【００４７】
図１には本発明のモバイル装置の第１の実施例、例えば移動電話機が示されている。モバイル装置２はディテクタ４、例えばＣＭＯＳディテクタまたはＣＣＤディテクタを含む。モバイル装置にはレンズなどの光学素子８を含む試料区画６が取り付けられている。図２にはディテクタ１４を備えたモバイル装置１２が示されている。モバイル装置１２にはレンズアレイなどの光学素子１８を含む試料区画１６が取り付けられている。図３にはモバイル装置２２がＧＳＭ／ＧＰＲＳ／３Ｇウェブベースのデータ通信網を用いた無線通信によりリモートコンピュータユニット２４と通信する様子が示されている。
【図１】
2009544024.tif 000003
【図２】
2009544024.tif 000004
【図３】
2009544024.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月9日(2008.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置において、
当該のモバイル装置は、試料区画と、光源と、ディジタル画像を形成するイメージセンサと、該ディジタル画像を処理してパラメータを取得するコンピュータユニットと、計算結果を表示する表示手段とを有しており、
前記コンピュータユニットにより、前記ディジタル画像の検出領域に対する粒子数の時間変動につき相関分析が適用され、粒子数の時間変動に基づく１つまたは複数の時間相関関数が計算される
ことを特徴とする溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置。
【請求項２】
溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置において、
当該のモバイル装置は、試料区画と、光源と、ディジタル画像を形成するイメージセンサと、該ディジタル画像を処理してパラメータを取得するリモートコンピュータユニットと、該リモートコンピュータユニットへ前記ディジタル画像を伝送する伝送手段と、計算結果を表示する表示手段とを有しており、
前記リモートコンピュータユニットにより、前記ディジタル画像の検出領域に対する粒子数の時間変動につき相関分析が適用され、粒子数の時間変動に基づく１つまたは複数の時間相関関数が計算される
ことを特徴とする溶液中の粒子のダイナミックパラメータを測定するモバイル装置。
【請求項３】
当該のモバイル装置は移動電話機である、請求項１または２記載のモバイル装置。
【請求項４】
さらに、当該のモバイル装置に適合するアダプタモジュールが設けられており、該アダプタモジュールが前記試料区画と付加的な光学素子とを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のモバイル装置。
【請求項５】
前記試料区画は一方向試料区画であり、当該のモバイル装置または前記アダプタモジュールに取り外し可能に取り付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のモバイル装置。
【請求項６】
前記光源は移動電話機に集積されたフラッシュ光源である、請求項１から５までのいずれか１項記載のモバイル装置。
【請求項７】
前記イメージセンサはＣＣＤディテクタまたはＣＭＯＳディテクタである、請求項１から６までのいずれか１項記載のモバイル装置。
【請求項８】
モバイル装置を用いた粒子のダイナミックパラメータの測定方法において、
溶液中に複数の粒子を含む流体を試料として準備し、
該試料を前記モバイル装置での測定に適した試料区画へ導通させ、
該試料のディジタル画像を前記モバイル装置において形成し、
該ディジタル画像の検出領域に対する粒子数の時間変動に対して相関分析を適用し、粒子数の時間変動に基づく１つまたは複数の時間相関関数を計算することにより、前記モバイル装置内のコンピュータユニットにおいてまたはリモートコンピュータユニットにおいて前記ディジタル画像を処理し、
前記モバイル装置に分析結果を表示する
ことを特徴とする粒子のダイナミックパラメータの測定方法。
【請求項９】
ディジタル動画像をイメージセンサにより形成する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記相関関数は複数の検出領域に対する粒子変動に基づいている、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記イメージセンサはＣＣＤディテクタまたはＣＭＯＳディテクタである、請求項８から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
背景雑音を低減する、請求項８から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記粒子は精子である、請求項８から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記ディジタル動画像は複数の画像、有利には少なくとも１０個の画像から成る画像シーケンスを含む、請求項８から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記画像シーケンスを０．５ｓｅｃ〜１０ｓｅｃの時間範囲内、有利には１ｓｅｃ〜２ｓｅｃの時間範囲内で形成する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から６までのいずれか１項記載のモバイル装置を用いる、請求項８から１５までのいずれか１項記載の方法。
【国際調査報告】
2009544024.tif 000006
2009544024.tif 000007
2009544024.tif 000008