(57)【要約】【課題】蛋白質結晶を高い精度で検出できる蛋白質結晶検出装置および蛋白質結晶検出方法を提供することを目的とする。【解決手段】結晶化容器に保持された蛋白質溶液中の蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出方法において、蛋白質溶液を複数の断面毎に撮像して得られた複数のレイヤー画像から蛋白質結晶の特徴部分を抽出した結晶特徴画像をレイヤー画像毎に生成し、特徴部分の画素数およびラベル数を数値化したレイヤー情報から、最も特徴部分が大きいレイヤー画像の画素数を示す代表画素数、ラベル毎の代表平均画素数、隣接する２つのレイヤー間における特徴部分の画素数の比率を示すレイヤー間非変動率などの判定パラメータを演算する。結晶化判定では、これらの判定パラメータを判定しきい値と比較して、蛋白質結晶とその他生成物を厚みの違いで識別することにより、蛋白質結晶の生成状況を判定する。【選択図】図１２
2006242690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶化容器に保持された蛋白質溶液中の蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出装置であって、
観察対象の結晶化容器がセットされる観察ステージと、前記観察ステージにおいて前記蛋白質溶液を合焦方向の位置が異なる複数の断面毎に撮像して複数のレイヤー画像を取り込むカメラと、前記カメラによって取り込まれた前記複数のレイヤー画像を記憶する観察画像記憶部と、前記観察画像記憶部に記憶された各レイヤー画像から蛋白質結晶の特徴部分を抽出した結晶特徴画像を各レイヤー画像毎に生成する結晶特徴画像生成部と、前記結晶特徴画像に含まれる蛋白質結晶の特徴部分を数値化したレイヤー情報を各レイヤー画像毎に求めるレイヤー情報抽出部と、各レイヤー画像単独の前記レイヤー情報および隣接する前記断面のレイヤー画像間における前記レイヤー情報の相対関係に基づいて、前記蛋白質溶液中の蛋白質結晶の生成状況を判定する結晶化判定部とを備えたことを特徴とする蛋白質結晶検出装置。
【請求項２】
前記結晶特徴画像は蛋白質結晶の特徴部分を抽出した二値化画像であり、前記レイヤー情報は、少なくとも前記二値化画像において蛋白質結晶の特徴部分に該当する画素の数とこれらの画素のかたまりであるラベルの数とを含むことを特徴とする請求項１記載の蛋白質結晶検出装置。
【請求項３】
前記結晶化判定部は、蛋白質結晶と蛋白質結晶以外の生成物の有無を判定することを特徴とする請求項１または２記載の蛋白質結晶検出装置。
【請求項４】
結晶化容器に保持された蛋白質溶液中の蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出方法であって、
観察対象の結晶化容器がセットされる観察ステージにおいて前記蛋白質溶液を合焦方向の位置が異なる複数の断面毎に撮像して複数のレイヤー画像を取り込む画像取込工程と、取り込まれた前記複数のレイヤー画像を記憶する画像記憶工程と、前記各レイヤー画像から蛋白質結晶の特徴部分を抽出した結晶特徴画像をレイヤー画像毎に生成する結晶特徴画像生成工程と、前記結晶特徴画像に含まれる蛋白質結晶の特徴部分を数値化したレイヤー情報を各レイヤー画像毎に求めるレイヤー情報抽出工程と、各レイヤー画像単独の前記レイヤー情報および隣接する前記断面のレイヤー画像間における前記レイヤー情報の相対関係に基づいて、前記蛋白質溶液中の蛋白質結晶の生成状況を判定するする結晶化判定工程とを含むことを特徴とする蛋白質結晶検出方法。
【請求項５】
前記結晶特徴画像生成工程において、蛋白質結晶の特徴部分を抽出した二値化画像を生成し、前記レイヤー情報が、少なくとも前記二値化画像において蛋白質結晶の特徴部分に該当する画素の数とこれらの画素のかたまりであるラベルの数とを含むことを特徴とする請求項４記載の蛋白質結晶検出方法。
【請求項６】
前記結晶化判定工程において、蛋白質結晶と蛋白質結晶以外の生成物の有無を判定することを特徴とする請求項４または５記載の蛋白質結晶検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶化容器に保持された蛋白質溶液中の蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出装置および蛋白質結晶検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年遺伝子情報を医療などの分野に有効に利用するための取り組みが活発化しており、その基礎技術として遺伝子を構成する蛋白質の構造を解析する努力が行われている。この蛋白質の構造解析は、蛋白質を構成するアミノ酸が３次元の線状に連なった立体構造を特定するものであり、Ｘ線結晶構造解析などの方法によって行われる。
【０００３】
このような蛋白質の構造解析を行うためには、まず解析対象の蛋白質を結晶化することが求められ、この蛋白質結晶化の方法として蒸気拡散法が知られている。この方法では、結晶化対象の蛋白質を含む蛋白質溶液から蒸発する溶媒成分を同一容器内に収容された結晶化溶液によって吸収させることにより、蛋白質溶液を過飽和状態に保って結晶を徐々に生成させる。
【０００４】
結晶化を促進させるための結晶生育条件は現状では理論的に解明されていないため、各種の条件を変えながら多数の試験を系統的に実行した結果から最良の条件を求めるスクリーニングの手法が用いられ、従来より対象となる蛋白質溶液を各種の結晶生育条件、すなわち前述の結晶化溶液の種類・濃度や生育温度を変化させた幾通りもの条件下で、試験を反復実行する必要があった。
【０００５】
このような試験は、蛋白質溶液および結晶化溶液を収容した結晶化用マイクロプレートなどの結晶化容器を特定温度に設定された恒温室内に保管し、結晶化の有無や進行度合いを時間経過に伴って観察することによって行われる。この蛋白質結晶検出を目的とした観察作業を効率よく行うため、試験担当者が顕微鏡視野内で蛋白質溶液を目視観察することによって結晶化の進行状況をデータ化し記録する作業を画像認識によって行う蛋白質結晶検出装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この蛋白質結晶検出装置においては、観察対象の蛋白質溶液をカメラで撮像した画像を認識処理することにより、蛋白質結晶の特徴部分を検出するようにしている。
【特許文献１】特開２００４−３２３３３６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、上述の特許文献例に示す技術においては、溶液中の蛋白質結晶を精度良く検出する上で、次のような課題があった。すなわち蒸気拡散法による結晶生成過程おいては、蛋白質溶液中には結晶化に至らなかった沈殿物などの固形異物が蛋白質結晶とともに存在する。ところが、上述の蛋白質結晶観察蔵置では、検出対象の蛋白質結晶と結晶には至らないまま固化した沈殿物などの非結晶生成物とを画像上で明確に識別することが困難で、蛋白質結晶の検出精度を低下させることとなっていた。
【０００７】
そこで本発明は、蛋白質結晶を高い精度で検出できる蛋白質結晶検出装置および蛋白質結晶検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の蛋白質結晶検出装置は、結晶化容器に保持された蛋白質溶液中の蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出装置であって、観察対象の結晶化容器がセットされる観察ステー
ジと、前記観察ステージにおいて前記蛋白質溶液を合焦方向の位置が異なる複数の断面毎に撮像して複数のレイヤー画像を取り込むカメラと、前記カメラによって取り込まれた前記複数のレイヤー画像を記憶する観察画像記憶部と、前記観察画像記憶部に記憶された各レイヤー画像から蛋白質結晶の特徴部分を抽出した結晶特徴画像を各レイヤー画像毎に生成する結晶特徴画像生成部と、前記結晶特徴画像に含まれる蛋白質結晶の特徴部分を数値化したレイヤー情報を各レイヤー画像毎に求めるレイヤー情報抽出部と、各レイヤー画像単独の前記レイヤー情報および隣接する前記断面のレイヤー画像間における前記レイヤー情報の相対関係に基づいて、前記蛋白質溶液中の蛋白質結晶の生成状況を判定する結晶化判定部とを備えた。
【０００９】
本発明の蛋白質結晶検出方法は、結晶化容器に保持された蛋白質溶液中の蛋白質結晶を検出する蛋白質結晶検出方法であって、観察対象の結晶化容器がセットされる観察ステージにおいて前記蛋白質溶液を合焦方向の位置が異なる複数の断面毎に撮像して複数のレイヤー画像を取り込む画像取込工程と、取り込まれた前記複数のレイヤー画像を記憶する画像記憶工程と、前記各レイヤー画像から蛋白質結晶の特徴部分を抽出した結晶特徴画像をレイヤー画像毎に生成する結晶特徴画像生成工程と、前記結晶特徴画像に含まれる蛋白質結晶の特徴部分を数値化したレイヤー情報を各レイヤー画像毎に求めるレイヤー情報抽出工程と、各レイヤー画像単独の前記レイヤー情報および隣接する前記断面のレイヤー画像間における前記レイヤー情報の相対関係に基づいて、前記蛋白質溶液中の蛋白質結晶の生成状況を判定する結晶化判定工程とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蛋白質溶液を複数の断面で撮像して取り込まれた各レイヤー画像から生成した結晶特徴画像に含まれる蛋白質結晶の特徴部分を数値化したレイヤー情報を各レイヤー画像毎に求め、各レイヤー画像単独のレイヤー情報および隣接する断面のレイヤー画像間におけるレイヤー情報の相対関係に基づいて蛋白質結晶の生成状況を判定することにより、蛋白質結晶とその他の生成物とを精度良く識別して、蛋白質結晶を高い精度で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の透視斜視図、図３は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の断面図、図４は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの斜視図、図５，図７は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの部分断面図、図６（ａ）は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の観察部の部分断面図、図６（ｂ）は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの拡大部分断面図、図８は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の制御系の構成を示すブロック図、図９は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の蛋白質結晶検出処理機能を示す機能ブロック図、図１０は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置における観察動作のフロー図、図１１は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法を示すフロー図，図１２は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法における結晶化判定処理を示すフロー図、図１３は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの部分断面図、図１４は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー画像を示す図、図１５は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー微分画像を示す図，図１６は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー微分画像（マスク処理）を示す図，図１７は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー細線化画像を示す図，図１８は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー微分画像（ノイズ除去）を示す図、図１９、図２０，図２１は本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー二値化画像を示す図である。
【００１２】
まず図１、図２，図３を参照して、蛋白質結晶検出装置の全体構造を説明する。蛋白質結晶検出装置１は、蒸気拡散法により蛋白質溶液内で生成した蛋白質結晶を検出するために使用される専用の検出装置である。
【００１３】
図１、図２において、蛋白質結晶検出装置１は、箱形状の恒温室２内にストレージ部５、搬送ユニット７および観察部９を配置した構成となっている。恒温室２は内部雰囲気を設定温度に保持する温調機能を備えており、図１に示すように、恒温室２の前面には、内部アクセス用の扉３ａ、前面からの操作・点検用の小扉３ｂおよび内部点検用の窓２ｂ、表示パネルと操作・入力部とが一体となったいわゆるタッチパネル型の制御パネル４が配設されている。そして、恒温室２の側面には観察対象を内部へ搬入するための搬入口２ａが設けられている。搬入口２ａは、搬入口開閉機構（図示省略）によって開閉自在となっている。
【００１４】
次に図２，図３を参照して、恒温室２の内部構造を説明する。恒温室２の内部には、奥側壁面に沿って縦型棚形状のストレージ部５が配置されている。ストレージ部５は棚状に仕切られた複数の収納部５ａを備えており、収納部５ａには結晶化用のマイクロプレート６（以下、単に「結晶化プレート６」と略記する）が１つだけ収納される。結晶化プレート６は、蛋白質溶液中の蛋白質を結晶化させるために用いられる結晶化容器である。
【００１５】
ストレージ部５の前面には搬送ユニット７が配置されている。搬送ユニット７は、Ｘテーブル７Ｘ、Ｙテーブル７Ｙ、Ｚテーブル７Ｚ、回転ヘッド７Ｒ、プレート保持ヘッド８を備えている。Ｘテーブル７Ｘは、床面に水平姿勢でＸ方向（ストレージ部５に平行な方向）に配設されており、Ｘテーブル７Ｘに立設されたＺテーブル７Ｚには、Ｙテーブル７Ｙが水平姿勢で装着されている。Ｙテーブル７Ｙには回転ヘッド７Ｒが装着されており、回転ヘッド７Ｒの回転軸にはプレート保持ヘッド８が装着されている。Ｘテーブル７Ｘ、Ｙテーブル７Ｙ、Ｚテーブル７Ｚを駆動することにより、プレート保持ヘッド８はストレージ部５の前面でＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動する。また、回転ヘッド７Ｒを駆動することにより、保持ヘッド８の水平方向の向きを変更することができる。
【００１６】
そしてこのＸＹＺ方向の移動により、プレート保持ヘッド８は搬入口２ａから搬入される結晶化プレート６をアーム８ａによって挟んで保持し、ストレージ部５の指定された収納部５ａに収納する。収納部５ａで所定時間保持された結晶化プレート６は、プレート保持ヘッド８によって保持され、観察部９まで搬送される。搬送ユニット７は、結晶化プレート６をストレージ部５と観察ステージ９ｂとの間で搬送する搬送手段となっている。
【００１７】
観察部９は基台９ａ上に立設されたフレーム９ｃに、観察ステージ９ｂを水平姿勢で装着し、観察ステージ９ｂの上方にカメラ１０を配置した構成となっている。観察ステージ９ｂにはプレート保持ヘッド８によって搬送された結晶化プレート６が載置され、セットされる。観察ステージ９ｂに備えられたＸＹＺ移動機構を駆動することにより、結晶化プレート６はＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動する。そしてカメラ１０は、観察ステージ９ｂにセットされた結晶化プレート６の蛋白質溶液を観察して画像データに取り込む。
【００１８】
図４，図５を参照して、結晶化プレート６について説明する。図４に示すように、結晶化プレート６には複数のウェル６ａが格子状に形成されている。ウェル６ａは、円形の凹部の中心に円柱状の液保持部６ｂが設けられたいわゆるカルデラ状の液体収納用の凹部であり、ウェル６ａ内には、結晶化の対象となる試料、すなわち結晶化対象の蛋白質を含んだ蛋白質溶液１３と、結晶化に用いられる結晶化溶液１２とが分注される。
【００１９】
図５はこれらの試料を収容した１つのウェル６ａの断面を示している。ウェル６ａ内で
は、液保持部６ｂの頂部に設けられたポケット内に液滴状の蛋白質溶液１３が載置状態で保持されており、液保持部６ｂを囲むリング状の貯液部６ｃには、結晶化溶液１２が貯溜されている。後述するように結晶化の開始に際しては、液保持部６ｂに保持された蛋白質溶液１３に所定量の結晶化溶液１２を貯液部６ｃから取り出して分注して混合した後、各ウェル６ａ上面に密封用のシール部材１４が貼着される（図４参照）。
【００２０】
この状態の結晶化プレート６を所定の温度雰囲気下で保管することにより、蛋白質溶液１３中の溶媒成分を蒸発させ、これにより蛋白質溶液１３の蛋白質濃度を過飽和状態にまで高めて蛋白質結晶を生成する。このとき、蛋白質溶液１３から蒸発する溶媒と結晶化溶液１２に吸収される蒸気とが平衡状態を保ちながら蛋白質溶液１３からの溶媒の蒸発が緩やかに進行することにより、安定した結晶生成が行われる。
【００２１】
観察部９はこのような結晶生成過程の結晶化プレート６を観察することにより、各ウェル６ａにおける蛋白質結晶の有無や結晶化の度合いを検出する。すなわち、図６（ａ）に示すように、観察ステージ９ｂにセットされた結晶化プレート６をカメラ１０の下方に水平移動させて、観察対象のウェル６ａ内の液保持部６ｂをカメラ１０の撮像光軸に位置合わせするとともに、観察ステージ９ｂを昇降させてウェル６ａ内における撮像対象の断面位置をカメラ１０の合焦レベルｆに合わせる。そして下方の照明装置１１から照明光を照射した状態で、カメラ１０によって結晶化プレート６を撮像することにより、結晶化プレート６に保持された蛋白質溶液のレイヤー画像（図１４参照）が取り込まれる。
【００２２】
このカメラ１０による撮像において、観察ステージ９ｂのＺ位置を調整することにより、ウェル６ａの凹部内に保持された蛋白質溶液１３内における任意の水平断面の画像を取得することができる。すなわち観察ステージ９ｂを所定ピッチで合焦方向（Ｚ方向）に移動させながら、カメラ１０で蛋白質溶液１３を撮像することにより、図６（ｂ）に示すように、蛋白質溶液１３において合焦方向の位置が異なる複数の水平断面を示すレイヤーＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の画像（以下、「レイヤー画像」と略称する。）が各断面毎に取り込まれる。すなわち、カメラ１０は、観察ステージ９ｂにおいて蛋白質溶液１３を合焦方向の位置が異なる複数の断面毎に撮像し、各断面における画像を示す複数のレイヤー画像を取り込む。
【００２３】
なお、図４，図５は、結晶生成過程において蛋白質溶液１３を載置状態で下方から支持するシッティングドロップ法を用いた蒸気拡散法において用いられる結晶化プレート６の例を示しているが、これ以外にも、図７に示すようなウェル形状の結晶化プレート６０を使用してもよい。この結晶化プレート６０は、蛋白質溶液１３の液滴を垂下状態で保持するハンギングドロップ法において用いられる。
【００２４】
この例では、ウェル６０Ａは結晶化溶液１２を貯溜する貯液部を有するのみで液保持部は形成されておらず、結晶化対象の蛋白質溶液１３の液滴（所定量の結晶化溶液１２が混合されたもの）は、ウェル６０Ａを閉塞するガラス板１４Ａの裏面に垂下状態で保持される。すなわち蛋白質溶液１３が滴下されたガラス板１４Ａを反転して、結晶化溶液１２が分注されたウェル６０Ａを塞ぐように貼着してウェル６０Ａを密封する。
【００２５】
次に、図８を参照して、蛋白質結晶検出装置の制御系の構成を説明する。図８において、蛋白質結晶検出装置１は通信インターフェイス１７を備えており、通信インターフェイス１７は、ＬＡＮシステム１６を介して蛋白質結晶検出装置１内部の制御処理を行う処理部２０と、上位制御部であるホストコンピュータ１５との制御信号の授受を行う。
【００２６】
処理部２０は、データ記憶部２１に記憶された各種データに基づいて、プログラム記憶部２２に記憶された各種処理プログラムを実行することにより、後述する各種動作および
処理機能を実現する。ここでは、プログラム記憶部２２には、結晶検出プログラム２２ａ、観察動作プログラム２２ｂが記憶されており、これらのプログラムを実行することにより、後述する蛋白質溶液の観察動作および蛋白質溶液中の蛋白質結晶検出処理が行われる。
【００２７】
データ記憶部２１は、処理画像記憶部２１ａ、観察画像記憶部２１ｂ、結晶化情報記憶部２１ｃ、ストレージ情報記憶部２１ｄ、レイヤー情報記憶部２１ｅおよび結晶判定基準記憶部２１ｆを備えている。処理画像記憶部２１ａは、蛋白質結晶検出処理において各種の処理が行われた後の処理画像を記憶する。観察画像記憶部２１ｂは、観察ステージ９ｂにおいてカメラ１０によって蛋白質溶液１３を合焦方向の位置が異なる複数の断面毎に撮像して取り込まれた複数のレイヤー画像を記憶する（図１４参照）。後述する蛋白質結晶検出処理においては、観察画像記憶部２１ｂに記憶された各レイヤー画像が処理対象となる。
【００２８】
結晶化情報記憶部２１ｃは、結晶化情報、すなわち蛋白質結晶検出処理において結晶化が検出されたレイヤー画像の画像データや、レイヤー画像が取得されたプレート・ウェルを特定する情報および当該プレートを観察した観察時刻などの情報を記憶する。ストレージ情報記憶部２１ｄは、ストレージ部５における結晶化プレート６のストレージ情報、すなわち各収納部５ａと結晶化プレート６との対応関係を示すプレート配列データを記憶する。
【００２９】
レイヤー情報記憶部２１ｅは、各レイヤー画像から後述する一連の画像処理によって生成された画像（以下、「結晶特徴画像」と略称する。）に含まれる蛋白質結晶の特徴部分、すなわち後述する結晶化判定において蛋白質結晶であると判定される可能性のある部分を数値化した情報（以下、「レイヤー情報」と略称する。）を記憶する。結晶判定基準記憶部２１ｆは、レイヤー情報記憶部２１ｅに記憶されたレイヤー情報に基づいて蛋白質溶液中の蛋白質結晶の生成状況を判定する結晶化判定処理において、判定基準として用いられるしきい値データを記憶する。
【００３０】
また処理部２０には、表示部２３、操作・入力部２４、カメラ１０、照明装置１１、観察ステージ９ｂ、搬入口開閉機構２５，搬送ユニット７および温調ユニット２６が接続されている。温調ユニット２６は、ホストコンピュータ１５から処理部２０を経由して送られる温度指令に従って恒温室２の温度調整を行う。これにより、恒温室２内部の温度が設定温度に保たれる。
【００３１】
搬送ユニット７は、処理部２０からの制御信号に従って、恒温室２内における結晶化プレート６の搬送、すなわち恒温室２に設けられた搬入口２ａを介して搬入される結晶化プレート６をストレージ部５の所定の収納部５ａに収納する動作や、収納部５ａから結晶化プレート６を取り出して観察部９へセットする動作などの搬送動作を行う。搬入口開閉機構２５は、処理部２０からの制御信号に従って搬入口２ａの開閉を行う。
【００３２】
また処理部２０が観察ステージ９ｂ、照明装置１１、カメラ１０を制御することにより、観察ステージ９ｂに保持された結晶化プレート６の移動、照明装置１１による結晶化プレート６の照明、カメラ１０による蛋白質溶液の画像の取り込みが実行される。表示部２３は、カメラ１０によって取り込まれたレイヤー画像や各種の処理画像、データ入力時の案内画像などを制御パネル４の表示パネルに表示する。操作・入力部２４は、制御パネル４などの入力装置を操作することにより、処理部２０に対して操作指令やデータ入力を行う。
【００３３】
次に図９の機能ブロック図を参照して、蛋白質結晶検出処理機能について説明する。図
９において、微分処理部３０は、観察画像記憶部２１ｂに記憶されているレイヤー画像（図１４参照）を微分処理することにより、輝度変化の大きさを示す輝度変化情報から成るレイヤー微分画像を生成する（図１５参照）。ここで輝度変化情報とは、レイヤー画像を構成する各画素における輝度の変化率を数値（輝度変化値）で示すものである。
【００３４】
レイヤー画像中では、背景領域や照明光が透過した部分など観察対象が存在しない領域では輝度変化は小さく、検出対象の蛋白質結晶の輪郭に該当する部分では輝度変化は大きい。したがって上述のレイヤー微分画像においては、画像に取り込まれた観察対象物の輪郭が輝度変化の大きい部分として抽出される。但し、このレイヤー微分画像においては、検出目標である蛋白質結晶のみならず、蛋白質溶液内に存在する結晶以外の沈殿物などの固形異物や、ウェル６ａ内の液保持部６ｂの形状や液滴の輪郭なども同様に輝度変化の大きい部分として抽出されるため、これらの検出目標以外の輝度変化の大きい部分をノイズとして除去するノイズ除去処理（後述）が行われる。
【００３５】
微分画像記憶部３１は、微分処理部３０で生成されたレイヤー微分画像を記憶する。二値化処理部３２は、微分画像記憶部３１のレイヤー微分画像を特徴部分抽出用の閾値で二値化することにより、輝度変化情報のうち大きな輝度変化を示す輝度変化情報を、前述の特徴部分として残したレイヤー二値化画像を得る（図１８参照）。そして二値化画像記憶部３３は、二値化処理部３２で得られたレイヤー二値化画像を記憶する。ここで、二値化処理部３２による二値化処理の対象となるレイヤー微分画像に対しては、以下に説明するマスク処理、ノイズ除去処理が実行される。そして除去の対象となるノイズを認識することを目的として、ノイズ除去処理に先立ってノイズ抽出用の二値化処理および細線化処理が実行される。
【００３６】
まずマスク処理について説明する。マスク情報記憶部３６は、マスク情報、すなわち本来観察対象とする蛋白質溶液のレイヤー画像中に含まれるノイズのうち、容器である結晶化プレート６の形状に由来して現れる容器ノイズを微分画像から除去するためのマスク情報（ここでは、液保持部６ｂに設けられたポケットの径寸法）を記憶する。容器ノイズとは、レイヤー画像内において蛋白質溶液を保持する結晶化容器である結晶化プレート６の形状（液保持部６ｂの形状）に由来してレイヤー微分画像に現れる輝度変化情報である。マスク処理部３５は、マスク情報記憶部３６に記憶されたマスク情報に基づき、微分画像から容器ノイズを除去するマスク処理を行う。これにより、容器ノイズが除去されたレイヤー微分画像が得られる（図１６参照）。
【００３７】
次にノイズ除去処理について説明する。ここで行われるノイズ除去処理は、上述のマスク処理では除去できないノイズ、例えば液保持部６ｂ頂部のポケット内に現れる蛋白質溶液の液滴の輪郭など、予め教示することができないノイズを対象としたものである。このため、ここでは微分画像中の情報からどの部分がノイズであるかをノイズ認識処理部３８によって認識し、このノイズ認識結果に基づきノイズ除去処理部３７が微分画像中のノイズ除去を行う。これにより、ノイズが除去されたレイヤー微分画像が得られる（図１６参照）。
【００３８】
ここでは、ノイズ認識の手法として、レイヤー微分画像を細線化したレイヤー細線化画像中の線の形状的特徴に基づき、これらの線が蛋白質結晶を示す図形の輪郭などの形状を示す形状線であるか、もしくは液滴の輪郭など明らかに蛋白質結晶を示す図形とは異なる線であるかを識別するようにしている。
【００３９】
すなわちここに示すノイズ認識においては、まず二値化処理部３９により、微分画像記憶部３１に記憶されたレイヤー微分画像をノイズ抽出用の閾値で二値化処理する。そして細線化処理部４０は、二値化処理されたレイヤー二値化画像を細線化処理する。すなわち
、レイヤー二値化画像中の各線要素を１画素幅の細い線に置き換える。これにより、レイヤー微分画像中の輝度変化が大きい部分を示す範囲が細線化された複数の線から成るレイヤー細線化画像が生成され（図１７参照）、生成されたレイヤー細線化画像は、細線化画像記憶部４１に記憶される。
【００４０】
ノイズ認識処理部３８は、細線化画像記憶部４１のレイヤー細線化画像に含まれる複数の線の形状を個々に認識することにより、ノイズとみなす線を検出する。ノイズ除去処理部３７は、微分画像記憶部３１に記憶されたレイヤー微分画像から、ノイズ認識処理部３８でノイズとみなされて検出された線に該当する輝度変化情報を除去する。
【００４１】
ここで、ノイズ認識処理部３８がノイズとみなす線を検出する手法として、以下に概説する複数のアルゴリズムを用いている。すなわち、線の長さおよび分岐数を求め、長さが所定値を超え且つ分岐数が少ない線をノイズとみなす第１のアルゴリズム、線の長さおよび直線性を認識し、長さが所定値を超え且つ直線性が高い線をノイズとみなす第２のアルゴリズム、さらには線の長さおよび当該線の近似直線に対する分散度合いを求め、長さが所定値を超え且つ分散度合いが小さい線をノイズとみなす第３のアルゴリズムの３つを必要に応じて使い分け、または併用するようにしている。
【００４２】
なお、マスク処理部３５による容器ノイズ除去処理、ノイズ除去処理部３７によるノイズ除去処理においては、上記例では微分画像記憶部３１に記憶された微分画像を処理対象として実行する例を示しているが、二値化画像記憶部３３に記憶されたレイヤー二値化画像を対象としてマスク処理部３５による容器ノイズ除去処理、ノイズ除去処理部３７によるノイズ除去処理を実行するように構成してもよい。
【００４３】
レイヤー情報抽出部３４は、二値化画像記憶部３３に記憶されたレイヤー二値化画像から、前述のレイヤー情報を抽出する処理を行う。抽出されたレイヤー情報は、レイヤー情報記憶部２１ｅに記憶される。そして結晶化判定部４３は、レイヤー情報記憶部２１ｅに記憶されたレイヤー情報に基づいて、蛋白質溶液中の蛋白質結晶の生成状況を判断する。
【００４４】
上記構成において、図９に示す鎖線枠４２で包括される各要素、すなわち微分処理部３０，微分画像記憶部３１，二値化処理部３２，二値化画像記憶部３３，マスク処理部３５，マスク情報記憶部３６，ノイズ除去処理部３７，ノイズ認識処理部３８，二値化処理部３９，細線化処理部４０．細線化画像記憶部４１は、観察画像記憶部２１ｂに記憶された各レイヤー画像から、蛋白質結晶の特徴部分を抽出した結晶特徴画像、すなわちレイヤー二値化画像を各レイヤー画像毎に生成する結晶特徴画像生成部４２を構成している。
【００４５】
この蛋白質結晶検出装置は上記のように構成されており、次に蛋白質結晶を検出するための観察動作について、図１０をのフローを参照して説明する。この観察動作は、処理部２０が観察動作プログラム２２ｂを実行することにより行われ、観察動作開始に際しては、上流側装置から搬入口２ａを介して搬入された結晶化プレート６は、収納部５ａに収容・保管されている。
【００４６】
まず図１０において、指定された結晶化プレート６を搬送ユニット７によってストレージ部５から取り出して観察ステージ９ｂへ移動する（ＳＴ１）。そして先頭のウェル６ａをカメラ１０の直下の観察位置に位置決めする（ＳＴ２）。この後、照明装置１１を点灯して、カメラ１０によって画像取り込みを実行する（ＳＴ３）。すなわち、観察ステージ９ｂにおいて結晶化プレート６に保持された蛋白質溶液１３を合焦方向が異なる複数の断面毎に撮像して、複数のレイヤー画像を取り込む（画像取込工程）。取り込まれた複数のレイヤー画像は、観察画像記憶部２１ｂに記憶される（画像記憶工程）。
【００４７】
この後、観察画像記憶部２１ｂに記憶されたレイヤー画像に基づき、後述する蛋白質結晶検出処理が実行される（ＳＴ４）。そして当該ウェルを対象とした蛋白質結晶検出処理が終了したならば、次のウェルの有無を判断する（ＳＴ５）。ここで次のウェルがある場合には、次のウェルを観察位置に位置決めし（ＳＴ６）、（ＳＴ３）に戻って同様の処理を反復実行する。そして（ＳＴ５）にて次のウェル無しと判断されたならば、処理が完了した結晶化プレート６を収納部５ａに返却する（ＳＴ７）。そしてホストコンピュータ１５に観察動作終了を通知して（ＳＴ８）、観察動作実行処理を終了する。
【００４８】
上述の観察動作において、結晶化プレート６を恒温室２から外部に持ち出すことなく全ての動作を行うことが可能となっている。これにより、観察の都度結晶化プレートを持ち出す方式と比較して、結晶化プレートの温度条件が変化することによる結晶育成条件のばらつきを排除してスクリーニング精度を向上させることができる。さらに、結晶化プレートを冷却状態から室温に曝す際に生じる結露による観察視野の曇りが発生せず、良好な観察結果を得ることが可能であり、蛋白質結晶検出のための観察作業を効率よく高い信頼性で行うことができる。
【００４９】
次に、（ＳＴ３）において取り込まれたレイヤー画像および（ＳＴ４）にて実行される蛋白質結晶検出処理について説明する。まず観察対象の蛋白質溶液１３の経時変化について、図１３を参照して説明する。前述のように結晶化生成の開始に際しては、ウェル６ａの液保持部６ｂには、所定割合の結晶化溶液１２が加えられた蛋白質溶液１３の液滴が載置される（図５参照）。図１３（ａ）は、結晶化生成の初期における液保持部６ｂの断面を示しており、この段階では蛋白質溶液１３の液滴は液保持部６ｂのポケットをほぼ満たした状態にあり、液滴内部には未だ蛋白質結晶が見られない。
【００５０】
ここで結晶生育条件、すなわち結晶化溶液１２の組成・濃度や保管温度が望ましい条件に適っている場合には、蛋白質溶液１３内では時間の経過とともに結晶化が進行する。図１３（ｂ）は、結晶化がある程度進行した状態における液保持部６ｂの断面を示している。この状態では、蛋白質溶液１３中の溶媒成分が徐々に蒸発することにより、液保持部６ｂのポケット内で液滴が縮小するにつれて液滴の輪郭（矢印Ｂで示す）が、図１３（ａ）の状態よりもポケット内部側に移動している。そして液滴の縮小によって露呈したポケット底面には、液滴内に含まれていた蛋白質が結晶化した蛋白質結晶１３ａが残留している。さらに液滴内部においても結晶化が進行し、蛋白質結晶１３ａが生成されている。
【００５１】
図１４は、図１３（ｂ）に示す状態におけるレイヤー画像を示しており、液保持部６ｂのポケット内で溶媒の蒸発がある程度進行し体積が縮小した状態の液滴を上方から取り込んだ画像が含まれている。このレイヤー画像中では、図１４に示すように、低輝度の背景画像（密ハッチング部で示す）中に、液保持部６ｂの頂部を示す環状部分Ａ（疎ハッチング部で示す）が比較的高い輝度で現れている。
【００５２】
そしてこの環状部分Ａの内側のポケット内には、蛋白質溶液１３の液滴が輝度が部分によって異なる画像として現れている。ここで、環状部分Ａの内側で液滴が存在しない部分は下方からの照明光（図１３（ｂ）参照）が透過することによって高輝度部分となっており、蛋白質溶液１３の液滴の輪郭Ｂはこの高輝度部分とのコントラストによってレイヤー画像中で明瞭に現れている。また環状部分Ａの内周に沿って、部分的に線状の高輝度部分Ｃが現れている。
【００５３】
そして検出対象の蛋白質結晶１３ａは、環状部分Ａの内側の領域に存在している。すなわち、蛋白質溶液１３の液滴内部に存在する蛋白質結晶１３ａのうち、カメラ１０による合焦レベルｆ（図１３（ｂ）参照）の近傍に存在する蛋白質結晶１３ａは、図１４のレイヤー画像中で合焦度が高く明瞭に現れ、合焦レベルｆから外れた位置にある蛋白質結晶１
３ａは合焦度が低くぼやけた輪郭で現れる。またポケットの表面に残置された形で存在する液滴外の蛋白質結晶１３ａも同様に、合焦度が低くぼやけた輪郭で現れる。さらにこれ以外にも、レイヤー画像中には結晶化に至らなかった沈殿物などの固形異物が存在する。
【００５４】
蛋白質結晶の検出において、レイヤー画像中に現れるこれらの図形を目視観察によって正確に識別することは困難であり、検出対象の蛋白質結晶を高い信頼度で効率よく検出することができないため、本実施の形態に示す蛋白質結晶検出方法では、プログラム記憶部２２に記憶された結晶検出プログラム２２ａを処理部２０が実行することにより、複数のレイヤー画像（図６（ｂ）に示す複数のレイヤーＬ１〜Ｌ６参照）に対して図１１のフローに示す蛋白質結晶検出処理を行い、蛋白質結晶の識別を自動的に行わせるようにしている。
【００５５】
処理開始に際しては、レイヤー番号を特定するためのカウンタ値Ｋを初期値０にセットし（ＳＴ１１）、次いでカウンタ値Ｋに１を加算し（ＳＴ１２）、その後以下の処理が実行される。まずレイヤー画像に対して微分処理を行う（ＳＴ１３）。すなわち、予め観察画像記憶部２１ｂに記憶された蛋白質溶液のレイヤー画像を微分処理することにより、輝度変化の大きさを示す輝度変化情報からなるレイヤー微分画像を生成する。これにより、図１５に示すように、図１４のレイヤー画像中に現れている蛋白質結晶１３ａの外形を示す形状線や、液滴の輪郭Ｂ、環状部分Ａの内周の高輝度部分Ｃなど、輝度変化が大きい部分が高輝度で現れる。なお、レイヤー微分画像は本来各画素が輝度変化値に応じた明るさで現れる多値画像であるが、図１５では図示の便宜のため白黒二値画像で表している。
【００５６】
次いで、このレイヤー微分画像に対してマスク処理を行う（ＳＴ１４）。ここでは、蛋白質溶液１３を保持している結晶化プレート６の液保持部６ｂに由来する輝度変化情報を、容器ノイズとしてレイヤー微分画像から除去する。容器ノイズ除去は、結晶化プレート６の液保持部６ｂの形状として予め教示されているマスク情報に基づいて、蛋白質溶液１３が保持されている可能性のない所定領域の輝度変化情報を除去することにより行われる。
【００５７】
ここでは、図１５に示すレイヤー微分画像中の輝度変化情報のうち、蛋白質溶液１３が保持されている範囲以外に存在する輝度変化が大きい部分、すなわち図１４に示す環状部分Ａの内周部を含んでこれらよりも外側の領域に現れる輝度変化が大きい部分をノイズとして除去する。これにより、図１６に示すように、蛋白質結晶が存在する可能性がある領域のみを含んだレイヤー微分画像（マスク処理）が得られる。
【００５８】
このようにしてマスク処理が行われたレイヤー微分画像をノイズ抽出用の閾値で二値化処理し、さらに細線化処理を行う（ＳＴ１５）。図１７は、この細線化処理によって得られたレイヤー細線化画像を示しており、レイヤー微分画像中の高輝度部分、すなわちタンパク質結晶１３ａの形状線や液滴の輪郭などは、いずれも幅が１画素の線に置き換えられている。
【００５９】
そしてこのようにして作成されたレイヤー細線化画像に含まれるノイズを認識する（ＳＴ１６）。すなわちレイヤー細線化画像に含まれる複数の線の形状を個々に認識することにより、ノイズとみなす線を検出する。そしてレイヤー微分画像に対してノイズ除去処理を行う（ＳＴ１７）。すなわち、（ＳＴ１６）においてノイズとみなされて検出された線を、二値化処理されたレイヤー微分画像から除去する。図１８は、このノイズ除去処理によって得られたレイヤー部分画像（ノイズ除去）を示している。
【００６０】
この後、蛋白質結晶に該当する可能性が高い特徴部分の抽出を行う。まず、レイヤー微分画像（ノイズ除去）を特徴部分抽出用の閾値で二値化処理する（ＳＴ１８）。これによ
り、大きな輝度変化を示す輝度変化情報を特徴部分として残したレイヤー二値化画像を得る。ここで用いられる閾値は、前述のノイズ抽出用の閾値よりも高い値に設定される。
【００６１】
この二値化処理工程においては、特徴部分についてラベリングを行い、面積が所定値よりも大きいラベルのみを残してその他を消去する処理を併せて行う。これにより、蛋白質結晶である可能性が少ない小さな特徴部分がノイズとみなされて除去される。図１９はこのようにして得られたレイヤー二値化画像を示しており、この画像中には蛋白質結晶である可能性が高い特徴部分のみが現れている。すなわちレイヤー二値化画像は、各レイヤー画像から蛋白質結晶の特徴部分を抽出した結晶特徴画像となっており、（ＳＴ１３）〜（ＳＴ１８）にて実行される処理は、各レイヤー画像から蛋白質結晶の特徴部分を抽出した結晶特徴画像を、各レイヤー画像毎に生成する結晶特徴画像生成工程となっている。得られたレイヤー二値化画像は、二値化画像記憶部３３に記憶される。
【００６２】
次いで、得られたレイヤー二値化画像の画素数とラベル数をカウントする（ＳＴ１９）。ここでは各レイヤー二値化画像において、特徴部分に該当する高輝度部分の画素の総数を示す画素数と、これらの高輝度の画素のかたまりであるラベルの総数を示すラベル数を求める。これにより、結晶特徴画像に含まれる特徴部分を数値化したレイヤー情報が、各レイヤー画像毎に求められる（レイヤー情報抽出工程）。すなわち本実施の形態においては、レイヤー情報は少なくとも蛋白質結晶の特徴部分に該当する画素の数と、これらの画素のかたまりであるラベルの数とを含んでいる。
【００６３】
（表１）は、図１１の処理によって求められたレイヤー情報の例を示している。ここでは、全レイヤー数ｎが５の場合の例を示しており、各レイヤー番号Ｌ１〜Ｌ５毎に、画素数およびラベル数が求められている。
【００６４】
【表１】
2006242690.tif 000003
【００６５】
なお、前述の容器ノイズ除去のためのマスク処理、ノイズ除去処理を、二値化画像記憶部３３に記憶されたレイヤー二値化画像を対象として行うようにしてもよい。この場合には、レイヤー二値化画像中に残された特徴部分のうち、ノイズとみなされた検出された線に該当するものをレイヤー二値化画像から除去する。
【００６６】
次いでカウンタ値Ｋを参照し、この値が全レイヤー数ｎ（図６（ｂ）に示す例ではｎ＝５）に到達していなければ、（ＳＴ１２）に戻って次のレイヤー画像を対象として、（Ｓ
Ｔ１３）〜（ＳＴ１９）の処理を実行する。そして（ＳＴ２０）にて、カウント値Ｋが全レイヤー数ｎに到達したことが確認されて、全てのレイヤー画像についてレイヤー情報を求める処理が完了したならば、結晶化判定を実行し（ＳＴ２１）、当該ウェルにおける蛋白質結晶の生成状況を判定する（結晶化判定工程）。そして結晶化情報記憶部２１ｃに、上記判定結果を結晶化プレート情報として、ウェル情報、観察画像、観察時刻とともに記憶する（ＳＴ２２）。これにより、１つのウェル６ａを対象とした蛋白質結晶検出処理が終了し、同様の処理が他のウェルを対象として反復実行される。
【００６７】
次に、上述の処理の（ＳＴ２１）にて蛋白質結晶の生成状況を判断するために実行される結晶化判定の詳細について、図１２のフローに沿って説明する。最初に、ここで使用される語句および記号の定義を説明する。（表１）において、最大の画素数を有するレイヤー二値化画像に対応するレイヤーを、蛋白質結晶が存在する可能性が最も高い代表レイヤーと定義する。（表１）に示す例では、レイヤーＬ４が代表レイヤーである。代表画素数は、この代表レイヤーに対応するレイヤー二値化画像における特徴部分の画素数を意味している。そして代表レイヤーに隣接する上下２つのレイヤーのうち、より大きい画素数に対応したレイヤー（（表１）に示す例では、代表レイヤーＬ４に対して上側に隣接するレイヤーＬ３）を、複数のレイヤー間相互の相対関係を数値データ化する対象となる対象隣接レイヤーと定義しており、この対象隣接レイヤーに対応する画素数が隣接レイヤー画素数となる。
【００６８】
代表ラベル数は、代表レイヤーのレイヤー二値化画像における特徴部分の画素のかたまり（ラベル）の数を意味している。また最大ラベル画素数は、全レイヤーを通して最大サイズのラベルの画素数を示す。代表画素数、最大ラベル画素数は、いずれもその値が大きいほど蛋白質結晶化が進行している可能性が高いことを意味している。
【００６９】
そして（数１）−（１）に示すように、代表平均画素数は、代表画素数を代表ラベル数で除した数値であり、１つのラベルあたりの平均的な画素数を示している。代表平均画素数が大きいほど、特徴部分が大きなサイズで検出されたことを意味しており、したがって蛋白質結晶の存在可能性が高いこととなる。
【００７０】
また（数１）−（２）に示すレイヤー間非変動率は、上述の隣接レイヤー画素数を代表画素数で除した比率を％で表示した数値であり、隣接する断面のレイヤー画像間におけるレイヤー情報の相対関係から求められるものである。レイヤー間非変動率が大きいほど、ある厚みを介して隣接した２つのレイヤーにわたって、同一の物質が存在している蓋然性が高く、したがって蛋白質結晶の存在可能性が高いことを意味する。
【００７１】
【数１】
2006242690.tif 000004
【００７２】
このようなレイヤー間非変動率を求めることにより、２レイヤー間に同一の物質が共通して存在する割合を推定することができ、このレイヤー間非変動率を結晶化判定の判定パラメータとして用いることにより、後述するように、ある厚みを持った蛋白質結晶の存在と厚みが小さい沈殿物などの非結晶生成物の存在とを、数値データに基づいて識別することが可能となっている。
【００７３】
次に、図１２の結晶化判定処理において用いられる判定パラメータおよび判定しきい値として用いられる結晶判定基準データについて説明する。上述の説明において定義した判定パラメータのうち、代表画素数、最大ラベル画素数、代表平均画素数およびレイヤー間非変動率の４つの判定パラメータが、以下に示す判定処理において用いられている。図９に示す結晶化判定部４３は、これらの判定パラメータに基づいて、蛋白質溶液の結晶の生成状態を判定する。これらのうち、代表画素数、最大ラベル画素数、代表平均画素数は、各レイヤー画像単独のレイヤー情報から求められ、レイヤー間非変動率は前述のように隣接する２断面のレイヤー画像におけるレイヤー情報の相対関係から求められる。
【００７４】
これらの判定パラメータに対して、以下のような判定しきい値が設定されている。図１２において用いられているＰＮ１〜ＰＮ５は、画素数によって規定される判定しきい値であり、ここで、ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ４は代表画素数を判定パラメータとして用いる場合の判定しきい値であり、ＰＮ３，ＰＮ５は、それぞれ代表平均画素数、最大ラベル画素数を判定パラメータとする場合の判定しきい値である。またＲ１，Ｒ２は、前述のレイヤー間非変動率を判定パラメータとする場合の判定しきい値である。本実施の形態に示す例では、これらの判定しきい値の初期値として、以下の数値を採用している。
ＰＮ１：５０００画素、ＰＮ２：５００画素、ＰＮ３：４０画素
ＰＮ４：５００画素、ＰＮ５：２００画素、  Ｒ１：３０％、Ｒ２：４０％
【００７５】
以下、判定処理フローの詳細を説明する。まず、図１１に示す処理にて求められた各レイヤー画像のレイヤー情報から、上述の代表画素数、最大ラベル画素数、代表平均画素数およびレイヤー間非変動率の４つの判定パラメータの値を演算しておく。そして図１２において、（ＳＴ３１）にて、代表画素数がＰＮ１以上であり且つレイヤー間非変動率がＲ１以上であるという条件に該当するか否かを判断する。ここで、この条件に該当しているならば、蛋白質結晶に該当する特徴部分が平面的に見て所定範囲以上で検出され、且つ立体的に見て所定割合以上の部分が結晶と判断して差し支えないほどの厚みを有していると推定される。したがってこの場合には、当該ウェルには結晶ありと判定され（ＳＴ３３）、これにより結晶化判定処理を終了する。
【００７６】
図２０は、この判定アルゴリズムによって結晶ありと判定されたウェルの二値化レイヤー画像の例を示している。図２０（ａ）に示す代表レイヤーのレイヤー二値化画像においては、ＰＮ１を超える画素数がカウントされており、代表画素数がＰＮ１以上という条件を満たしている。そして図２０（ｂ）に示す対象隣接レイヤーのレイヤー二値化画像においても、相当数の画素数がカウントされている。したがってレイヤー間非変動率は高く（この例では約７４％）、Ｒ１を大幅に上回っている。
【００７７】
（ＳＴ３１）において、上述の条件に該当しない場合には、（ＳＴ３２）に進み、代表画素数がＰＮ４以上であり且つ最大ラベル画素数がＰＮ５以上であるという条件に該当するか否かを判断する。ここで、この条件に該当しているならば、蛋白質結晶に該当する特徴部分が平面的に見て所定範囲以上で検出され、且つ個々のラベルで見た場合に所定サイズ以上のものが検出されていることを意味している。そしてこの場合にも同様に、当該ウェルには結晶ありと判定され（ＳＴ３３）、これにより結晶化判定処理を終了する。
【００７８】
（ＳＴ３２）において、上述の条件に該当しない場合には、（ＳＴ３４）に進む。ここ
では、代表画素数がＰＮ２以上且つＰＮ１未満という条件と、レイヤー間非変動率がＲ２以上であるかもしくは代表平均画素数がＰＮ３以上であるという条件とがともに満たされている場合には、（ＳＴ３４）の条件に該当すると判断される。そしてこの場合には、当該ウェルには蛋白質結晶には至らないものの、結晶化の可能性を有する生成物ありと判定され（ＳＴ３５）、これにより結晶化判定処理を終了する。
【００７９】
（ＳＴ３４）において、上述の条件に該当しない場合には、（ＳＴ３６）に進む。ここでは、代表画素数がＰＮ２以上且つＰＮ１未満という条件と、レイヤー間非変動率がＲ２未満であるという条件と、代表平均画素数がＰＮ３未満であるという３つの条件とがともに満たされている場合には、（ＳＴ３６）の条件に該当すると判断される。そしてこの場合には、当該ウェルには蛋白質結晶に該当しない沈殿物、すなわち非結晶生成物ありと判定され（ＳＴ３８）、これにより結晶化判定処理を終了する。
【００８０】
（ＳＴ３６）において、上述の条件に該当しない場合には、（ＳＴ３７）に進む。ここでは、代表画素数がＰＮ１以上という条件と、レイヤー間非変動率がＲ１未満であるという条件がともに満たされている場合には、（ＳＴ３７）の条件に該当すると判断される。そしてこの場合にも同様に、当該ウェルには蛋白質結晶に該当しない沈殿物、すなわち非結晶生成物ありと判定され（ＳＴ３８）、これにより結晶化判定処理を終了する。
【００８１】
図２１は、この判定アルゴリズムによって非結晶生成物ありと判定されたウェルの二値化レイヤー画像の例を示している。図２１（ａ）に示す代表レイヤーのレイヤー二値化画像においては、ＰＮ１を超える画素数がカウントされており、代表画素数はＰＮ１以上となっている。これに対し、図２０（ｂ）に示す対象隣接レイヤーのレイヤー二値化画像においては少ない画素数しかカウントされておらず、したがってレイヤー間非変動率は低く（この例では約１９％）、Ｒ１を下回っている。
【００８２】
また（ＳＴ３７）において、上述の条件に該当しない場合には、蛋白質結晶、生成物、非結晶生成物のいずれも存在しないと判定され（ＳＴ３９）、これにより結晶化判定処理を終了する。そしてこれらの判定結果、すなわち、結晶あり、生成物あり、非結晶生成物あり、無しのいずれかの判定が、結晶化プレート情報として記憶される。
【００８３】
上記説明したように、本実施の形態に示す蛋白質結晶検出における結晶化判定では、代表画素数、最大ラベル画素数、代表平均画素数のように、各レイヤー画像単独のレイヤー情報から求められる判定パラメータ、レイヤー間非変動率のように隣接する断面のレイヤー画像間におけるレイヤー情報の相対関係から求められる判定パラメータに基づいて、ウェル６ａの蛋白質溶液１３の結晶の生成状況、すなわち蛋白質結晶と、蛋白質結晶以外の生成物の有無を判定するようにしている。
【００８４】
これにより、蛋白質結晶と蛋白質結晶以外の沈殿物などの生成物を、厚みの違いによって識別することが可能となり、従来技術による蛋白質結晶の検出における課題、すなわち沈殿物などの生成物と検出対象の蛋白質とを画像上で明確に識別することが困難であるという課題を解決して、蛋白質結晶を高い精度で検出できる。
【００８５】
なお上記実施の形態では、レイヤー二値化画像の特徴部分にノイズを含まないようにマスク処理部３５やノイズ除去処理部３７で処理を行っているが、容器の形状や照明の条件等によりノイズを殆ど含まないレイヤー画像が得られる場合には、マスク処理部３５やノイズ除去処理部３７での処理を省略することができる。また上記実施の形態では、結晶特徴画像生成部４２として微分処理により蛋白質結晶の特徴部分を抽出するようにしているが、これ以外の方法、例えば、蛋白質結晶の色に着目して特徴部分を抽出するようにしてもよい。  
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の蛋白質結晶検出装置および蛋白質結晶検出方法は、蛋白質結晶と沈殿物などの非結晶生成物とを精度良く識別して蛋白質結晶を高い精度で検出することができるという効果を有し、生化学分野などにおいて蛋白質の構造解析に先立って行われる蛋白質結晶化処理において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の斜視図
【図２】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の透視斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の断面図
【図４】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの斜視図
【図５】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの部分断面図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の観察部の部分断面図（ｂ）本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの拡大部分断面図
【図７】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの部分断面図
【図８】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の制御系の構成を示すブロック図
【図９】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置の処理機能を示す機能ブロック図
【図１０】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置における観察動作のフロー図
【図１１】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法を示すフロー図
【図１２】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法における結晶化判定処理のフロー図
【図１３】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出装置に使用される結晶化プレートの部分断面図
【図１４】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー画像を示す図
【図１５】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー微分画像を示す図
【図１６】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー微分画像（マスク処理）を示す図
【図１７】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー細線化画像を示す図
【図１８】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー微分画像（ノイズ除去）を示す図
【図１９】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー二値化画像を示す図
【図２０】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー二値化画像を示す図
【図２１】本発明の一実施の形態の蛋白質結晶検出方法におけるレイヤー二値化画像を示す図
【符号の説明】
【００８８】
６  結晶化プレート
６ａ  ウェル
６ｂ  液保持部
９  観察部
９ｃ  観察ステージ
１０  カメラ
１２  結晶化溶液
１３  蛋白質溶液
１３ａ  蛋白質結晶
【図１】
2006242690.tif 000005
【図２】
2006242690.tif 000006
【図３】
2006242690.tif 000007
【図４】
2006242690.tif 000008
【図５】
2006242690.tif 000009
【図６】
2006242690.tif 000010
【図７】
2006242690.tif 000011
【図８】
2006242690.tif 000012
【図９】
2006242690.tif 000013
【図１０】
2006242690.tif 000014
【図１１】
2006242690.tif 000015
【図１２】
2006242690.tif 000016
【図１３】
2006242690.tif 000017
【図１４】
2006242690.tif 000018
【図１５】
2006242690.tif 000019
【図１６】
2006242690.tif 000020
【図１７】
2006242690.tif 000021
【図１８】
2006242690.tif 000022
【図１９】
2006242690.tif 000023
【図２０】
2006242690.tif 000024
【図２１】
2006242690.tif 000025