(57)【要約】光分析ディスクは、対応するレーザ読み取り可能トラックを画定するグルーブと、ディスク上の各標的領域を識別するトリガマークとを含む。トリガマークは、グルーブの半径方向の中断部として実施され、それによりレーザビームの反射の増加をもたらす。光分析ディスクのグルーブの中断部を検出するようになっているトリガ検出器を有するトリガ機構を含む光分析ディスクシステムも提供される。光分析ディスクの断続したグルーブによる関連のトリガ方法は、グルーブの中断部を検出すること、検出された中断部に対応する電気反射信号を生成すること、および上記反射信号を加工して、トリガ信号を生成する、加工することを含む。
2005516211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光分析ディスクであって、  対応するレーザ読み取り可能トラックを画定するグルーブと、該ディスク上の各標的領域を識別するトリガマークとを備え、該トリガマークが、前記グルーブの半径方向の中断部であることにより、レーザビームの反射の増加をもたらす、光分析ディスク。
【請求項２】
前記標的領域はそれぞれ、前記対応するグルーブの第１および第２の中断部により範囲を定められている、請求項１に記載のディスク。
【請求項３】
光分析ディスクであって、  対応するレーザ読み取り可能トラックを画定するグルーブと、該ディスク上の各標的領域を識別するトリガマークとを備え、該トリガマークはそれぞれ、レーザビームの反射の増加をもたらす一連の中断部を含むトリガ領域を画定し、トリガ信号を識別するデータを符号化する断続したグルーブのパターンを画定する、光分析ディスク。
【請求項４】
前記データはクロック信号を再生するようになっている、請求項３に記載のディスク。
【請求項５】
光分析ディスクのグルーブの中断部を検出するようになっているトリガ検出器を含むトリガ機構を備える、光分析ディスクシステム。
【請求項６】
前記トリガ検出器は、レーザビームを前記グルーブに送り、反射したレーザビームを検出して、それにより、該反射したレーザビームに対応する電気反射信号を生成するようになっている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記反射信号は、レーザビームが連続グルーブにより反射される場合に第１の強度値を有し、レーザビームが前記グルーブの中断部により反射される場合に第２の強度値を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２の強度値は前記第１の強度値よりも大きい、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
トリガ信号を判定するようになっている、前記反射信号を加工する手段をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記反射信号を加工する手段は、クロック信号を再生する装置を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記反射信号を加工する手段は、符号化データの誤り訂正を行うようになっている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記クロック信号を再生する装置は、スライサ／ＰＬＬ型装置である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記反射信号を加工する手段は、所定数のクロックパルスを計数して、トリガ信号に対応するクロックパルスを判定するカウンタデバイスを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
光分析ディスクの断続したグルーブによるトリガ方法であって、
前記グルーブの中断部を検出し、
検出された前記中断部に対応する電気反射信号を生成し、そして
該反射信号を加工してトリガ信号を生成するステップ
を含む、光分析ディスクの断続したグルーブによるトリガ方法。
【請求項１５】
前記検出するステップは、前記中断部に向けてレーザビームを送り、反射したレーザビームを検出するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記反射信号は、レーザビームが連続グルーブにより反射される場合に第１の強度を有し、レーザビームが前記グルーブの中断部により反射される場合に第２の強度を有する、請求項１５に記載の法。
【請求項１７】
前記第２の強度値は前記第１の強度値よりも大きい、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記加工するステップはクロック信号を再生するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記加工するステップは誤り訂正を行うステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記再生するステップは、スライサ／ＰＬＬ型装置により行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記加工するステップは、所定数のクロックパルスを計数して、トリガ信号に対応するパルスを判定する、計数するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
トリガ信号を判定するようになっている、前記反射信号を加工する手段をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００２年１月３１日に出願された米国仮特許出願第６０／３５３，７２４号の優先権の利益も主張し、当該出願は参照によりその内容のすべてが本明細書に援用される。
【０００２】
［著作物に関する陳述］
この特許文献の開示の一部は、著作権保護の対象である資料を含む。著作権所有者は、特許商標庁のファイルまたは記録に載っている特許文献または特許開示が複写されることに異議を唱えないが、一切の著作権を保有する。
【０００３】
［発明の背景］
１．発明の分野
本発明は、包括的には、ディスクからのデータの読み出しに関し、特に、ディスクの角度位置の正確な判定に関する。より詳細には、本発明は、断続したグルーブによるトリガ方法、および関連する光分析ディスクおよびシステムに関するが、最良の実施形態に従って後述する特定の実施の形態に限定されるものではない。
【背景技術】
【０００４】
２．背景技術の説明
光バイオディスクは、バイオコンパクトディスク（ＢＣＤ）、バイオ光ディスク、光分析ディスク、またはコンパクトバイオディスクと呼ばれることもあり、現在では種々のタイプの生化学分析を行うためのものとして当該技術分野において既知である。特に、この光ディスクは、光記憶デバイスのレーザー源を利用して、ディスク自体の作用表面上またはその付近の生化学反応を検出する。
【０００５】
光学式読み取り装置の特定の局所的な標的分析領域の読み出しは、ディスクの連続回転時に、データがディスク上の同じ角度位置から取り込まれるか、またはデータの取り込み後に正確な領域が識別されることを必要とする。
【０００６】
これら両方には、角度位置がサブミクロンの精度まで、好ましくは０．３μｍ未満まで読み取り装置により認識されることが必要である。角度位置の誤りは、再構成された画像における連続ラインの位置ずれ（misplacement of the successive lines）、したがってノイズおよび歪みをもたらす。
【０００７】
考慮されるディスクは、トラッキング信号を生成するために用いられるグルーブを有し、ディスクの回転により、レーザスポットが１回転ごとに１トラックピッチずつ半径方向外側に位置するようになる。
【０００８】
各回転の角度位置を判定するために、ディスクの作用層に、または他の非作用表面上に、マークが付される。情報はグルーブに書き込むことができるが、マークが作用表面上で認識されると考えると、情報はグルーブに書き込むことができるが、これらは反射光の強度を低下させ、光反射の低下の他の原因、例えば汚れなどと混同される可能性がある。したがって、マークの正確な位置の判定が不正確になり、トリガに誤りが生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
［発明の概要］
本発明の目的は、既知の技術の制限を克服することである。
【００１０】
より詳細には、本発明は、ディスク上の対応するレーザ読み取り可能トラックを画定するグルーブと、ディスク上の各標的領域を識別するようになっているトリガマークとを備える光分析ディスクに関する。トリガマークは、レーザビームの反射の増加をもたらすようになっているグルーブの半径方向の中断部である。
【００１１】
好ましくは、ディスクの各標的領域は、対応するグルーブの第１および第２の中断部により範囲を定められている。
【００１２】
本発明の別の実施の形態によると、ディスク上の対応するレーザ読み取り可能トラックを画定するグルーブと、ディスク上の各標的領域を識別するようになっているトリガマークとを備える光分析ディスクが提供される。各トリガマークは、レーザビームの反射の増加をもたらす一連の中断部を含むトリガ領域を画定する。これは、トリガ信号を識別するデータを符号化する断続したグルーブのパターンを画定する。この実施の形態によると、データはクロック信号を再生する。
【００１３】
本発明の別の目的は、光分析ディスクのグルーブの中断部を検出するトリガ検出器を含むトリガ機構を備える光分析ディスクシステムである。
【００１４】
このシステムの好ましい実施の形態によると、トリガ検出器は、レーザビームをグルーブに送り、反射したレーザビームを検出して、それにより、反射したレーザビームに対応する電気反射信号を生成するように実施される。
【００１５】
好ましくは、反射信号は、レーザビームが連続グルーブにより反射される場合に第１の強度値を有し、レーザビームがグルーブの中断部により反射される場合に第２の強度値を有する。第２の値は第１の値よりも大きい。
【００１６】
特定の実施の形態では、本発明によるシステムは、トリガ信号を判定するために反射信号を加工する手段をさらに備える。
【００１７】
好ましくは、加工する手段は、クロック信号を再生する装置、例えばスライサ／ＰＬＬ型装置を含む。
【００１８】
このシステムの別の実施の態様によると、加工する手段は、符号化データの誤り訂正を行い、かつ／または所定数のクロックパルスを計数するように実施されるカウンタデバイスを用いてトリガ信号に対応するクロックパルスを判定するようになっている。
【００１９】
本発明の別の態様は、光分析ディスクの断続したグルーブによるトリガ方法である。この方法は、グルーブの中断部を検出するステップと、検出された中断部に対応する電気反射信号を生成するステップと、反射信号を加工してトリガ信号を生成する、加工するステップとを含む。
【００２０】
この方法の好ましい実施の形態によると、検出するステップは、中断部に向けてレーザビームを送ること、および反射したレーザビームを検出することを含む。
【００２１】
反射信号は、レーザビームが連続グルーブにより反射される場合に第１の強度値を有し、レーザビームがグルーブの中断部により反射される場合に第２の強度値を有することが
有利であり、第２の値は第１の値よりも大きい。
【００２２】
この方法は、クロック信号を再生するステップおよび／または誤り訂正を行うステップを含むことが好ましい。
【００２３】
この方法のさらなる実施の形態によると、加工する段階（phase）は、所定数のクロックパルスを計数して、トリガ信号に対応するパルスを判定する、計数するステップをさらに含む。
【００２４】
本発明およびその種々の態様は、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の以下の特許出願に開示されているディスク、検定、およびシステムにおいて容易に実施され、これらに適合され、またはこれらと組み合わせて用いることができる：１９９９年８月２３日に出願された「Methods and Apparatus for Analyzing Operational and Non-operational Data Acquired from Optical Discs」と題する米国特許出願第０９／３７８，８７８号、１９９９年８月２３日に出願された「Methods and Apparatus for Optical Disc Data Acquisition Using Physical Synchronization Markers」と題する米国仮特許出願第６０／１５０，２８８号、１９９９年１０月２６日に出願された「Trackable Optical Discs with Concurrently Readable Analyte Material」と題する米国特許出願第０９／４２１，８７０号、２０００年８月２１日に出願された「Methods and Apparatus for Optical Disc Data Acquisition Using Physical Synchronization Markers」と題する米国特許出願第０９／６４３，１０６号、２００１年１１月１５日に出願された「Optical Biodiscs with Reflective Layers」と題する米国特許出願第０９／９９９，２７４号、２００１年１１月２０日に出願された「Methods and Apparatus for Detecting and Quantifying Lymphocytes with Optical Biodiscs」と題する米国特許出願第０９／９８８，７２８号、２００１年１１月１９日に出願された「Methods and Apparatus for Blood Typing with Optical Bio-discs」と題する米国特許出願第０９／９８８，８５０号、２００１年１１月２０日に出願された「Apparatus and Methods for Separating Agglutinants and Disperse Particles」と題する米国特許出願第０９／９８９，６８４号、２００１年１１月２７日に出願された「Dual Bead Assays Including Optical Biodiscs and Methods Relating Thereto」と題する米国特許出願第０９／９９７，７４１号、２００１年１１月３０日に出願された「Apparatus and Methods for Separating Components of Particulate Suspension」と題する米国特許出願第０９／９９７，８９５号、２００１年１２月７日に出願された「Optical Discs for Measuring Analytes」と題する米国特許出願第１０／００５，３１３号、２００１年１２月１０日に出願された「Methods for Detecting Analytes
Using Optical Discs and Optical Disc Readers」と題する米国特許出願第１０／００６，３７１号、２００１年１２月１０日に出願された「Multiple Data Layer Optical Discs for Detecting Analytes」と題する米国特許出願第１０／００６，６２０号、２００１年１２月１０日に出願された「Optical Disc Assemblies for Performing Assays」と題する米国特許出願第１０／００６，６１９号、２００１年１２月１４日に出願された「Detection System For Disc-Based Laboratory and Improved Optical Bio-Disc Including Same」と題する米国特許出願第１０／０２０，１４０号、２００１年１２月２１日に出願された「Surface Assembly for Immobilizing DNA Capture Probes and Bead-Based Assay Including Optical Bio-Discs and Methods Relating Thereto」と題する米国特許出願第１０／０３５，８３６号、２００２年１月４日に出願された「Dual Bead Assays Including Covalent Linkages for Improved Specificity and Related Optical Analysis
Discs」と題する米国特許出願第１０／０３８，２９７号、２００２年１月１０日に出願された「Optical Disc Analysis System Including Related Methods for Biological and Medical Imaging」と題する米国特許出願第１０／０４３，６８８号、２００２年１月１４日に出願された「Optical Disc Analysis System Including Related Signal Processing Methods and Software」と題する米国仮出願第６０／３４８，７６７号、２００２
年２月２６日に出願された「Methods for DNA Conjugation Onto Solid Phase Including
Related Optical Biodiscs and Disc Drive Systems」と題する米国特許出願第１０／０８６，９４１号、２００２年２月２８日に出願された「Methods for Decreasing Non-Specific Binding of Beads in Dual Bead Assays Including Related Optical Biodiscs and Disc Drive Systems」と題する米国特許出願第１０／０８７，５４９号、２００２年３月１４日に出願された「Dual Bead Assays Using Cleavable Spacers and/or Ligation to Improve Specificity and Sensitivity Including Related Methods and Apparatus」と題する米国特許出願第１０／０９９，２５６号、同じく２００２年３月１４日に出願された「Use of Restriction Enzymes and Other Chemical Methods to Decrease Non-Specific Binding in Dual Bead Assays and Related Bio-Discs, Methods, and System Apparatus for Detecting Medical Targets」と題する米国特許出願第１０／０９９，２６６号、２００２年４月１１日に出願された「Multi-Parameter Assays Including Analysis Discs and Methods Relating Thereto」と題する米国特許出願第１０／１２１，２８１号、２００２年５月１６日に出願された「Variable Sampling Control for Rendering Pixelization of Analysis Results in a Bio-Disc Assembly and Apparatus Relating Thereto」と題する米国特許出願第１０／１５０，５７５号、２００２年５月１７日に出願された「Surface Assembly For Immobilizing DNA Capture Probes in Genetic Assays Using
Enzymatic Reactions to Generate Signals in Optical Bio-Discs and Methods Relating Thereto」と題する米国特許出願第１０／１５０，７０２号、２００２年７月１２日に出願された「Optical Disc System and Related Detecting and Decoding Methods for Analysis of Microscopic Structures」と題する米国特許出願第１０／１９４，４１８号、同じく２００２年７月１２日に出願された「Multi-Purpose Optical Analysis Disc for Conducting Assays and Various Reporting Agents for Use Therewith」と題する米国特許出願第１０／１９４，３９６号、２００２年７月１９日に出願された「Transmissive
Optical Disc Assemblies for Performing Physical Measurements and Methods Relating Thereto」と題する米国特許出願第１０／１９９，９７３号、２００２年7月２２日に出願された「Optical Analysis Disc and Related Drive Assembly for Performing Interactive Centrifugation」と題する米国特許出願第１０／２０１，５９１号、２００２年７月２４日に出願された「Method and Apparatus for Bonded Fluidic Circuit for Optical Bio-Disc」と題する米国特許出願第１０／２０５，０１１号、同じく２００２年７月２４日に出願された「Magnetic Assisted Detection of Magnetic Beads Using Optical Disc Drives」と題する米国特許出願第１０／２０５，００５号、２００２年８月２９日に出願された「Methods for Qualitative and Quantitative Analysis of Cells and Related Optical Bio-Disc Systems」と題する米国特許出願第１０／２３０，９５９号、２００２年８月３０日に出願された「Capture Layer Assemblies for Cellular Assays Including Related Optical Analysis Discs and Methods」と題する米国特許第１０／２３３，３２２号、２００２年９月６日に出願された「Nuclear Morphology Based Identification and Qantification of White Blood Cell Types Using Optical Bio-Disc Systems」と題する米国特許出願第１０／２３６，８５７号、２００２年９月１１日に出願された「Methods for Differential Cell Counts Including Related Apparatus and Software for Performing Same」と題する米国特許出願第１０／２４１，５１２号、２００２年１０月２４日に出願された「Segmented Area Detector for Biodrive and Methods Relating Thereto」と題する米国特許出願第１０／２７９，６７７号、２００２年１１月１３日に出願された「Optical Bio-Discs and Fluidic Circuits for Analysis of Cells and Methods Relating Thereto」と題する米国特許出願第１０／２９３，２１４号、２００２年１１月１５日に出願された「Methods and Apparatus for Blood Typing with Optical Bio-Discs」と題する米国特許出願第１０／２９８，２６３号、２００２年１１月２７日に出願された「Magneto-Optical Bio-Discs and Systems Including Related Methods」と題する米国特許出願第１０／３０７，２６３号、２００３年１月１３日に出願された「Method and Apparatus for Visualizing Data」と題する米国特許出願第１０／ｘｘｘ，
ｘｘｘ号、２００３年１月１４日に出願された「Methods and Apparatus for Extracting
Data From an Optical Analysis Disc」と題する米国特許出願第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、２００３年１月１５日に出願された「Optical Discs Including Equi-Radial and/or
Spiral Analysis Zones and Related Disc Drive Systems and Methods」と題する米国特許出願第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、２００３年１月１７日に出願された「Bio-Safe Dispenser and Optical Analysis Disc Assembly」と題する米国特許出願第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、および２００３年１月２１日に出願された「Processes for Manufacturing Optical Analysis Discs with Molded Microfluidic Structures and Discs Made According Thereto」と題する米国特許出願第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号。これらの出願のすべては、参照によりその全内容が本明細書に援用される。したがって、これらの出願は、本明細書で完全に繰り返されるのと同様に、本明細書を支持するものとしての背景および関連の開示を提供する。
【００２５】
本明細書に開示されるように、上記説明した本発明による方法および装置は、１つまたは複数の利点を有することができる。これらの利点には、経験を積んだ技術者が試験を行う必要のない簡単で迅速なディスク上の処理、少ないサンプル容積、安価な用具の使用、ならびに既知の光ディスクフォーマットおよびドライブの製造の使用が含まれるが、これらに限定されるものではない。これらの特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付図面の図および技術例と共に参照することにより、より良く理解されるだろう。
【００２６】
本発明のさらに別の目的は、当該目的に寄与する別の特徴および当該目的から生じる利点と共に、以下の本発明の好ましい実施の形態の説明から明らかになるだろう。この好ましい実施の形態は、添付図面の図に示される。添付図面の図では、全体を通して、同様の参照番号は同様の構成要素を示す。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
［発明の詳細な説明］
本発明は、ディスクドライブシステム、光バイオディスク、画像処理技法、分析方法、および関連したソフトウェアを対象とする。以下では、本発明のこれらの態様のそれぞれをさらに詳細に論考する。
【００２８】
ドライブシステムおよび関連するディスク
図１は、生化学的分析、特に細胞計数および分画細胞計数を行うための光バイオディスク１１０の斜視図である。本光バイオディスク１１０は、光ディスクドライブ１１２および表示モニタ１１４と共に示される。このタイプのディスクドライブおよびディスク分析システムに関するさらなる詳細は、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の、２００１年１１月９日に出願された「Disc Drive System and Methods for Use with Bio-discs」と題する米国特許出願第１０／００８，１５６号および２００２年１月１０日に出願された「Optical Disc Analysis System Including Related Methods For Biological and Medical Imaging」と題する米国特許出願第１０／０４３，６８８号に開示されている。これらの両出願は、参照により本明細書に援用される。
【００２９】
図２は、光バイオディスク１１０の一実施の形態の主要な構造上の要素の分解斜視図である。図２は、本発明で使用することができる反射領域の光バイオディスク１１０（以下「反射型ディスク」という）の例である。主要な構造上の要素には、キャップ部１１６と、接着部材または流路層１１８と、基板１２０とが含まれる。キャップ部１１６は、１つまたは複数の注入ポート１２２および１つまたは複数の排出ポート１２４を備える。キャップ部１１６は、ポリカーボネートから形成することができ、図２の斜視図から見られるように、その底部は、反射面１４６（図４に示す）で被覆されることが好ましい。好まし
い実施の形態では、トリガマークまたはトリガマーキング１２６が、反射層１４２（図４に示す）の表面上に備えられる。トリガマーキング１２６には、バイオディスクの３つの層すべての透明窓、不透明区域、または反射区域もしくは半反射区域が含まれ得る。これらの透明窓、不透明区域、または反射区域もしくは半反射区域には、情報が符号化される。この情報は、図１０に示すように、プロセッサ１６６にデータを送信し、次に、図６および図１０に示すように、呼びかけビームまたは入射ビーム１５２の操作機能とやり取りを行う。
【００３０】
図２に示す第２の要素は、流体回路１２８、すなわちＵ字型流路が形成された接着部材または流路層１１８である。この流体回路１２８は、膜に刻印するか、または、膜を切り取ってプラスチック薄膜を除去し、図示するような形状を形成することにより形成される。流体回路１２８のそれぞれは、フロー流路１３０および帰還流路１３２を備える。図２に示す流体回路１２８のいくつかは、混合チャンバ１３４を備える。２つの異なる型の混合チャンバ１３４が示されている。第１のものは、フロー流路１３０に対して対称的に形成される対称混合チャンバ１３６である。第２のものは、オフセット混合チャンバ１３８である。このオフセット混合チャンバ１３８は、図示するように、フロー流路１３０の一方の側に形成される。
【００３１】
図２に示す第３の要素は、標的領域または捕捉領域１４０を備えた基板１２０である。基板１２０は、ポリカーボネート製であることが好ましく、その最上部には上記の反射層１４２が堆積されている（図４に示す）。標的領域１４０は、図示した形状、あるいは、任意の所望の形状に反射層１４２を除去することにより形成される。あるいは、標的領域１４０は、反射層１４２を施す前に標的領域１４０区域をマスクすることを含むマスク技法によって形成することもできる。反射層１４２は、例えばアルミニウムまたは金といった金属から形成することができる。
【００３２】
図３は、図２に示す光バイオディスク１１０の平面図であり、ディスク内に位置する流体回路１２８、標的領域１４０、およびトリガマーキング１２６が見えるように、キャップ部１１６上の反射層１４６が透明で示されている。
【００３３】
図４は、本発明で使用することができる一実施の形態による反射領域型の光バイオディスク１１０の拡大斜視図である。この図は、光バイオディスク１１０のさまざまな層の一部を含み、この一部は、それぞれの主要な層、基板、コーティング、または膜の部分断面図を示すために切り取られている。図４は、反射層１４２で被覆された基板１２０を示す。反射層１４２上には、活性層１４４が施される。好ましい実施の形態では、活性層１４４は、ポリスチレンから形成することができる。あるいは、ポリカーボネート、金、活性ガラス（activated glass）、変性ガラス（modified glass）、または変性ポリスチレン、例えばポリスチレン無水マレイン酸（polystyrene-co-maleic anhydride）を使用することができる。さらに、ヒドロゲルを使用することができる。あるいは、この実施の形態に示すように、活性層１４４上には、プラスチック接着部材１１８を施す。プラスチック接着部材１１８の露出部分は、切り取られたか、または、刻印されたＵ字型を示し、このＵ字型が流体回路１２８を生成する。本バイオディスクのこの反射領域の実施の形態の最後の主要な構造上の層は、キャップ部１１６である。キャップ部１１６は、その底部に反射面１４６を備える。反射面１４６は、アルミニウムまたは金といった金属から作成することができる。
【００３４】
次に図５を参照して、透過型の光バイオディスク１１０の主要な構造上の要素の分解斜視図を示す。この透過型の光バイオディスク１１０の主要な構造上の要素も、同様に、キャップ部１１６と、接着部材または流路部材１１８と、基板１２０の層とを備える。キャップ部１１６は、１つまたは複数の注入ポート１２２および１つまたは複数の排出ポート
１２４を備える。キャップ部１１６は、ポリカーボネート層から形成することができる。図６および図９に最もよく示すように、任意選択のトリガマーキング１２６を、薄い半反射層１４３の表面に備えることができる。トリガマーキング１２６には、バイオディスクの３つの層すべての透明窓、不透明区域、または反射区域もしくは半反射区域が含まれ得る。これらの透明窓、不透明区域、または反射区域もしくは半反射区域には、情報が符号化される。この情報は、図１０に示すように、プロセッサ１６６にデータを送信し、次に、図６および図１０に示すように、呼びかけビーム１５２の操作機能とやり取りを行う。
【００３５】
図５に示す第２の要素は、流体回路１２８、すなわちＵ字型流路が形成された接着部材または流路層１１８である。この流体回路１２８は、膜に刻印するか、または、膜を切り取ってプラスチック薄膜を除去し、図示するような形状を形成することにより形成される。流体回路１２８のそれぞれは、フロー流路１３０および帰還流路１３２を備える。図５に示す流体回路１２８のいくつかは、混合チャンバ１３４を備える。２つの異なる型の混合チャンバ１３４が示されている。第１のものは、フロー流路１３０に対して対称的に形成される対称混合チャンバ１３６である。第２のものは、オフセット混合チャンバ１３８である。このオフセット混合チャンバ１３８は、図示するように、フロー流路１３０の一方の側に形成される。
【００３６】
図５に示す第３の要素は、標的領域または捕捉領域１４０を備えることができる基板１２０である。基板１２０は、ポリカーボネート製であることが好ましく、図６に示すように、その最上部には上記の薄い半反射層１４３が堆積されている。図５および図６に示すディスク１１０の基板１２０に関連した半反射層１４３は、図２、図３、および図４に示す反射型ディスク１１０の基板１２０上の反射層１４２よりもかなり薄くなっている。この薄い半反射層１４３により、呼びかけビーム１５２の一部は、図６および図１２に示すように、透過型ディスクの構造上の層を透過することができる。薄い半反射層１４３は、例えばアルミニウムまたは金といった金属から形成することができる。
【００３７】
図６は、図５に示す光バイオディスク１１０の透過型の実施の形態の基板１２０および半反射層１４３の拡大斜視図である。薄い半反射層１４３は、例えばアルミニウムまたは金といった金属から作成することができる。好ましい実施の形態では、図５および図６に示す透過型ディスクの薄い半反射層１４３は、約１００〜３００Åの厚さであり、４００Åを越えない。この薄い半反射層１４３により、入射ビームまたは呼びかけビーム１５２の一部は、半反射層１４３を貫通して、通過することが可能になり、それによって、図１０および図１２に示す上部検出器１５８によって検出される。一方、その光の一部は反射される、すなわち入射経路に沿って戻される。以下に示すように、表１は、金の薄膜の厚さに対する反射特性および透過特性を示している。金の薄膜層は、８００Åよりも厚くなると、完全反射となる。一方、光が金の薄膜を透過する閾値不透明度は、約４００Åである。
【００３８】
表１に加えて、図７は、金の厚さに基づく薄い半反射層１４３の反射特性および透過特性の逆の関係のグラフ表示を提供する。図７に示すグラフで使用される反射値および透過値は、絶対値である。
【００３９】
【表１】
2005516211.tif 000003
【００４０】
次に図８を参照して、図５および図６に示す透過型光バイオディスク１１０の平面図を示す。透明なキャップ部１１６は、ディスク内に位置する流体流路、トリガマーキング１２６、および標的領域１４０を見せている。
【００４１】
図９は、透過型ディスクの実施の形態による光バイオディスク１１０の拡大斜視図である。このディスク１１０は、そのさまざまな層の一部が、それぞれの主要な層、基板、コーティング、または膜の部分断面図を示すために切り取られて示されている。図９は、透明なキャップ部１１６と、基板１２０上の薄い半反射層１４３と、トリガマーキング１２６とを有する透過型ディスクフォーマットを示している。この実施の形態では、トリガマーキング１２６は、キャップの上部に配置された不透明材を備える。あるいは、トリガマーキング１２６は、ディスクの薄い反射層１４３にエッチングされた透明な非反射窓、または、図１０に示すトリガ検出器１６０から到来する信号を吸収する、すなわち反射しない任意のマークによって形成することができる。また、図９は、図示した形状、あるいは、任意の所望の形状で、指定した区域をマーキングすることにより形成される標的領域１４０も示している。標的領域１４０を示すマーキングは、基板１２０上の薄い半反射層１４３または（ディスクの下の）基板１２０の底部に作成することができる。あるいは、標的領域１４０は、標的領域１４０を除く薄い半反射層１４３全体をマスクすることを含むマスク技法によって形成することもできる。この実施の形態では、標的領域１４０は、薄い半反射層１４３上にインクをシルクスクリーン印刷することによって作成することができる。図５、図８、および図９に示す透過型ディスクフォーマットでは、別の方法として、標的領域１４０の範囲を、ディスクに符号化されたアドレス情報によって画定することができる。この実施の形態では、標的領域１４０は、物理的に見分けることができる端部境界を含まない。
【００４２】
図９を続けて参照して、薄い半反射層１４３上に施された活性層１４４を示す。好ましい実施の形態では、活性層１４４は、２％のポリスチレンからなる１０〜２００μｍの厚さの層である。あるいは、ポリカーボネート、金、活性ガラス、変性ガラス、または変性ポリスチレン、例えばポリスチレン無水マレイン酸を使用することができる。さらに、ヒ
ドロゲルを使用することができる。この実施の形態に示すように、活性層１４４上には、プラスチック接着部材１１８が施される。プラスチック接着部材１１８の露出部分は、切り取られたか、または、刻印されたＵ字型を示し、このＵ字型が流体回路１２８を生成する。
【００４３】
本バイオディスク１１０のこの透過型の実施の形態の最後の主要な構造上の層は、透明な非反射キャップ部１１６である。このキャップ部１１６は、注入ポート１２２および排出ポート１２４を備える。
【００４４】
次に図１０を参照して、光コンポーネント１４８と、入射ビームまたは呼びかけビーム１５２を生成する光源１５０と、帰還ビーム１５４と、透過ビーム１５６とを示すブロック斜視図を表示する。図４に示す反射バイオディスクの場合、帰還ビーム１５４は、光バイオディスク１１０のキャップ部１１６の反射面１４６から反射される。本光バイオディスク１１０のこの反射型の実施の形態では、帰還ビーム１５４は、底部検出器１５７によって検出され、信号要素が存在するかどうかを分析される。他方、透過バイオディスクフォーマットでは、透過ビーム１５６が、上記の上部検出器１５８によって検出され、信号要素が存在するかどうかを同様に分析される。透過型の実施の形態では、上部検出器１５８として、光検出器を使用することができる。
【００４５】
また、図１０は、ディスク上のトリガマーキング１２６と上記のトリガ検出器１６０とを含むハードウェアトリガメカニズムも示している。このハードウェアトリガメカニズムは、反射バイオディスク（図４）および透過バイオディスク（図９）の双方で使用される。トリガメカニズムにより、プロセッサ１６６は、呼びかけビーム１５２がそれぞれの標的領域１４０に、例えば所定の反応部位にある場合にのみデータを収集することが可能になる。さらに、透過バイオディスクシステムでは、ソフトウェアトリガも使用することができる。このソフトウェアトリガは、呼びかけビーム１５２が、それぞれの標的領域１４０の端部に当たるとすぐに、底部検出器を使用して、プロセッサ１６６に信号を送り、データを収集する。さらに、図１０は、駆動モータ１６２と、光バイオディスク１１０の回転を制御するコントローラ１６４とを示している。また、図１０は、別の場合に実施されるプロセッサ１６６および分析装置１６８を示しており、これらは、帰還ビーム１５４と、透過型光バイオディスクに関連した透過ビーム１５６とを処理する。
【００４６】
図１１に示すように、光バイオディスク１１０の反射型ディスクの実施の形態の部分断面図が表されている。図１１は、基板１２０および反射層１４２を示している。上述したように、反射層１４２は、例えば、アルミニウム、金、または他の適切な反射材といった材料から作成することができる。この実施の形態では、基板１２０の上面は滑らかになっている。また、図１１は、反射層１４２上に施される活性層１４４も示している。また、図１１に示すように、標的領域１４０は、所望の場所の反射層１４２の区域または一部を除去することによるか、あるいは、反射層１４２を施す前に所望の区域をマスクすることにより形成される。図１１にさらに示すように、プラスチック接着部材１１８が活性層１４４上に施される。また、図１１は、キャップ部１１６、および、当該キャップ部１１６に関連した反射面１４６も示している。したがって、キャップ部１１６が、所望の切り取り形状を備えたプラスチック接着部材１１８に貼付されると、それによって、フロー流路１３０が形成される。図１１に示す矢印により図示するように、入射ビーム１５２の経路は、最初、ディスク１１０の下から基板１２０の方向に向けられている。次いで、この入射ビームは、反射層１４２の近くの一点に合焦する。この合焦は、反射層１４２部分が存在しない標的領域１４０で起こるので、入射は、活性層１４４を通ってフロー流路１３０内に入る経路に沿って進み続ける。その後、入射ビーム１５２は、上方に進み続けてフロー流路を横切り、最終的には反射面１４６に入射する。この時点で、入射ビーム１５２は、入射経路に沿って戻され、すなわち反射されて帰還し、それによって帰還ビーム１５４
を形成する。
【００４７】
図１２は、バイオディスク１１０の透過型の実施の形態の部分断面図である。図１２は、透明キャップ部１１６と、基板１２０上の薄い半反射層１４３とを有する透過型ディスクフォーマットを示している。また、図１２は、薄い半反射層１４３上に施された活性層１４４も示している。好ましい実施の形態では、この透過型ディスクは、約１００〜３００オングストロームの厚さの例えばアルミニウムまたは金といった金属から作成された薄い半反射層１４３を有し、４００オングストロームを越えることはない。この薄い半反射層１４３により、図１０に示す光源１５０からの入射ビームまたは呼びかけビーム１５２の一部は、ディスクを貫通して上方に通過することが可能になり、上部検出器１５８によって検出される。一方、光の一部は、反射され、入射ビームと同じ経路に沿って逆方向に戻る。この配置では、帰還ビームまたは反射ビーム１５４は、半反射層１４３から反射される。したがって、このようにして、帰還ビーム１５４はフロー流路１３０に入ることはない。反射光または帰還ビーム１５４は、図１３および図１４と共に、より詳細に説明するように、半反射層１４３内または半反射層１４３上に形成される事前に記録された情報トラック上の入射ビーム１５２を追跡するために使用することができる。図１２に示すディスクの実施の形態では、物理的に画定された標的領域１４０が存在してもよいし、存在しなくてもよい。標的領域１４０は、基板１２０上の薄い半反射層１４３上に作成される直接マーキングによって生成することができる。これらのマーキングは、シルクスクリーニングまたは任意の同等の方法を使用して形成することができる。標的領域を画定するのに物理的な印が使用されない（例えば、符号化されたソフトウェアアドレス指定が利用される場合）別の実施の形態では、フロー流路１３０は、実際には、検査特徴（investigational feature）の検査が行われる限られた標的区域として使用されてもよい。
【００４８】
図１３は、バイオディスク１１０の反射型ディスクの実施の形態のトラックを横切った断面図である。この図は、ディスクの半径およびフロー流路に沿って縦方向に描かれている。図１３は、基板１２０および反射層１４２を含む。この実施の形態では、基板１２０は一連のグルーブ１７０を備える。これらのグルーブ１７０は、ディスクの中心近くから外側端部に向かって伸びる螺旋形状である。グルーブ１７０は、呼びかけビーム１５２がディスクの螺旋グルーブ１７０に沿って追従できるように実施される。この型のグルーブ１７０は、「ウォブルグルーブ」として知られている。波状の、または、波打つ側壁を有する底部は、グルーブ１７０を形成する一方、高くなった、または、立ち上がった部分は、隣接するグルーブ１７０を螺旋状に分離する。この実施の形態でグルーブ１７０上に施された反射層１４２は、図示するように、性質上等角である。また、図１３は、反射層１４２上に施された活性層１４４も示している。図１３に示すように、標的領域１４０は、所望の場所の反射層１４２の区域または一部を除去することによるか、あるいは、反射層１４２を施す前に所望の区域をマスクすることにより形成される。図１３にさらに示すように、プラスチック接着部材１１８が活性層１４４上に施される。また、図１３は、キャップ部１１６、および、当該キャップ部１１６に関連した反射面１４６も示している。したがって、キャップ部１１６が、所望の切り取り形状を備えたプラスチック接着部材１１８に貼付されると、それによって、フロー流路１３０が形成される。
【００４９】
図１４は、例えば図１２に示すようなバイオディスク１１０の透過型ディスクの実施の形態のトラックを横切った断面図である。この図は、ディスクの半径およびフロー流路に沿って縦方向に描かれている。図１４は、基板１２０および薄い半反射層１４３を示している。この薄い半反射層１４３により、光源１５０からの入射ビームまたは呼びかけビーム１５２は、ディスクを貫通して通過することが可能になり、上部検出器１５８によって検出される。一方、光の一部は反射され、帰還ビーム１５４の形で戻る。薄い半反射層１４３の厚さは、ディスク読み取り装置がそのトラッキング能力を維持するのに必要とされる反射光の最小量によって決定される。この実施の形態の基板１２０は、図１３で論考し
た基板と同様に、一連のグルーブ１７０を備える。この実施の形態のグルーブ１７０も、ディスクの中心近くから外側端部に向かって伸びる螺旋形状であることが好ましい。グルーブ１７０は、呼びかけビーム１５２がこの螺旋に沿って追従できるように実施される。また、図１４は、薄い半反射層１４３上に施された活性層１４４も示している。図１４にさらに示すように、プラスチック接着部材または流路層１１８が、活性層１４４上に施される。また、図１４は、反射面１４６を有さないキャップ部１１６も示している。したがって、キャップ部が、所望の切り取り形状を備えたプラスチック接着部材１１８に貼付されると、それによって、フロー流路１３０が形成され、入射ビーム１５２の一部は、ほぼ反射されることなく、フロー流路１３０を通過することができる。
【００５０】
図１５は、反射型ディスクの全厚と、反射型ディスクの最初の反射特性とを示す図１１と同様の図である。図１６は、透過型ディスクの全厚と、透過型ディスクの最初の屈折特性とを示す図１２と同様の図である。これらの切断面は、グルーブ１７０に沿って切断されたものであるので、図１５および図１６には、グルーブ１７０は見えない。図１５および図１６は、これらの実施の形態のグルーブ１７０に垂直に位置する狭いフロー流路１３０が存在することを示している。図１３、図１４、図１５、および図１６は、それぞれの反射型ディスクおよび透過型ディスクの全厚を示している。これらの図では、入射ビーム１５２が、最初に、基板１２０と相互作用することが示されている。基板１２０は、入射ビームの経路を図示するように変更して、反射層１４２または薄い半反射層１４３上でビーム１５２の合焦を提供する屈折特性を有する。
【００５１】
計数方法および関連するソフトウェア
説明的背景として、光ディスクデータを使用した白血球計数用の複数の方法および関連するアルゴリズムを本明細書でさらに詳細に論考する。これらの方法および関連するアルゴリズムは、白血球の計数に限定されるものではなく、任意の型の粒子状物質の計数を行うことに容易に適用することができる。この粒子状物質には、赤血球、白血球、ビーズ（beads）、および光学式読み取り装置によって検出できる同様の光シグネチャ（optical signature）を生成する生物および非生物の双方の他の任意の対象物が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００５２】
図１７〜図２１を参照して説明する本発明に関する方法およびアルゴリズムの以下の説明は、例示の目的で、細胞の計数を対象とする。いくつかを変更することにより、これらの方法およびアルゴリズムを、細胞と同様のサイズの他の型の対象物の計数に適用することができる。この細胞計数方法およびアルゴリズムのデータ評価の態様を本明細書で一般的に説明し、本発明の方法および装置の関連する背景を提供する。光バイオディスクから検査データを取り込んで処理する方法およびアルゴリズムは、一般の広い適用性を有し、本発明の譲受人に譲渡された次の米国仮出願にさらに詳細に開示されている。すなわち、２００１年５月１６日に出願された「Variable Sampling Control For Rendering Pixelation of Analysis Results In Optical Bio-Disc Assembly And Apparatus Relating Thereto」と題する米国仮出願第６０／２９１，２３３号および「Methods For Differential
Cell Counts Including Related Apparatus and Software For Performing Same」と題する米国仮出願第６０／４０４，９２１号に開示されている。前者の出願は、参照により本明細書に援用され、後者の出願は、上記で援用したものである。以下の論考では、簡単な説明により、これらの方法およびアルゴリズムの基本的な方式を提示する。図１０に示すように、生物試験サンプルの属性に関する情報は、試験サンプルとの相互作用により変更または変調を受けた電磁放射ビームの形で、光バイオディスク１１０から取り出される。図２、図３、図４、図１１、図１３、および図１５と共に論考した反射型光バイオディスクの場合、帰還ビーム１５４が、生物サンプルに関する情報を運ぶ。上述したように、このような生物サンプルに関する情報は、基本的に、入射ビームが、フロー流路１３０または標的領域１４０内にあり、したがって、サンプルと接触した時にのみ、帰還ビームに
含まれる。バイオディスク１１０の反射型の実施の形態では、帰還ビーム１５４は、反射層１４２内もしくは反射層１４２上に符号化された情報、または、それ以外に図１３および図１４に示すウォブルグルーブ１７０に符号化された情報も運ぶことができる。当業者には明らかなように、対応する入射ビームが、反射層１４２と接触した時にのみ、事前に記録された情報が、標的領域を有する反射型ディスクの帰還ビーム１５４に含まれる。情報を有する反射層１４２が除去されている区域、または、そうでなければ存在しない区域に、入射ビーム１５２が存在する場合、このような情報は、帰還ビーム１５４に含まれない。図５、図６、図８、図９、図１２、図１４、および図１６と共に論考した透過型光バイオディスクの場合、透過ビーム１５６が、生物サンプルに関する情報を運ぶ。
【００５３】
図１０の参照を続けて、生物試験サンプルに関する情報は、その情報が、反射型ディスクの帰還ビーム１５４から得られようと、透過型ディスクの透過ビーム１５６から得られようと、信号処理用のプロセッサ１６６に送られる。この処理は、底部検出器１５７（反射型ディスク）または上部検出器１５８（透過型ディスク）によって検出されたアナログ信号の離散的なデジタル形式への変換を含む。
【００５４】
次に図１７を参照して、この信号変換は、一定の時間間隔２１２でアナログ信号２１０をサンプリングすること、および、その信号の対応する瞬時アナログ振幅２１４を離散的なバイナリ整数２１６として符号化することを含む。サンプリングは、ある開始時刻２１８で開始され、ある終了時刻２２０で停止される。任意のアナログ／デジタル変換プロセスと関連した２つの共通の値は、サンプリング周波数およびビット深度である。サンプリング周波数は、サンプリングレートとも呼ばれ、単位時間当たりに取り込まれるサンプル数である。サンプリング周波数が高いほど、連続したサンプル間の時間間隔２１２は小さくなり、その結果、元のアナログ信号２１０と比べたデジタル信号２２２の忠実度は高くなる。ビット深度は、アナログ信号２１０のサンプリングされた振幅２１４を符号化するために各サンプル点で使用されるビット数である。ビット深度が大きいほど、バイナリ整数２１６は、元のアナログ振幅２１４をより良く近似することになる。本実施の形態では、サンプリングレートは、８ＭＨｚであり、ビット深度は、１つのサンプル当たり１２ビットである。これにより、０から４０９５（０から（２ｎ−１））の範囲の整数サンプルが可能になる。ここで、ｎは、ビット深度である。この組み合わせは、他の実施の形態で必要な特定の精度に適合するように変更することができる。一例であって、これに限定されるものではないが、一般に細胞よりも小さなビーズを計数する方法を含む実施の形態では、サンプリング周波数を増加させることが望ましいことがある。次いで、サンプリングされたデータは、アナログ／デジタル変換のためにプロセッサ１６６に送信される。
【００５５】
アナログ／デジタル変換の間、レーザの経路に沿って連続したそれぞれのサンプル点２２４は、一次元配列２２６としてディスクまたはメモリに連続的に記憶される。連続したそれぞれのトラックは、独立した１次元配列を与え、この１次元配列は、画像に類似した２次元配列２２８（図２０Ａ）を生成する。
【００５６】
図１８は、光バイオディスク１１０の斜視図であり、指定部分の拡大詳細斜視図は、捕捉された白血球２３０が、この光バイオディスクのトラック２３２を基準として位置することを示している。白血球２３０は、本明細書では例示のためにのみ使用される。上述のように、ビーズまたは凝集物質などの他の対象物または検査特徴をここで利用してもよい。図示するように、入射ビーム１５２の白血球２３０との相互作用により、信号を含むビームが、反射型ディスクの帰還ビーム１５４または透過型ディスクの透過ビーム１５６のいずれかの形で生成され、検出器１５７または１５８のいずれかにより検出される。
【００５７】
図１９Ａは、図１８に示す光バイオディスク１１０のトラック２３２を基準にして位置する白血球２３０の別のグラフ表示である。図１８および図１９Ａに示すように、白血球
２３０は、約４つのトラックＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤに及んでいる。図１９Ｂは、図１９および図１９Ａの白血球２１０から得られた一連のシグネチャトレース（signature trace）を示している。図１９Ｂに示すように、検出システムは、トラックＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤに対応した４つのアナログ信号Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤを供給する。図１９Ｂにさらに示すように、アナログ信号Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤのそれぞれは、白血球２３０に関する特定の情報を運ぶ。したがって、図示するように、白血球２３０を走査することにより、区別可能で（distinct）、かつ、検出および処理が可能な乱れが入射ビームに生じる。次いで、アナログシグネチャトレース（信号）２１０は、図２０Ａおよび図２０Ｃに示すような類似したデジタル信号２２２に変換するためにプロセッサ１６６に送られる。図２０Ａおよび図２０Ｃについては、以下にさらに詳細に論考する。
【００５８】
図２０は、図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃ、および図２０Ｄの間の関係を示すグラフ表示である。図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃ、および図２０Ｄは、図１９Ｂからのシグネチャトレースのデジタル信号２２２への変換のイラストによるグラフ表示である。このデジタル信号２２２は、１次元配列２２６として記憶されており、データ入力２４４用に２次元配列２２８に結合される。
【００５９】
次に図２０Ａを特に参照して、図１８および図１９Ａに示す光バイオディスクのトラックＡおよびＢからのサンプリングされたアナログ信号２１０を示す。プロセッサ１６６は、次に、アナログ信号２１０の対応する瞬時アナログ振幅２１４を、離散的なバイナリ整数２１６として符号化する（図１７参照）。その結果の一連のデータ点が、サンプリングされたアナログ信号２１０に類似したデジタル信号２２２である。
【００６０】
次に図２０Ｂを参照して、トラックＡおよびＢ（図２０Ａ）から得られたデジタル信号２２２は、独立した１次元メモリ配列２２６として記憶される。連続したそれぞれのトラックは、対応する１次元配列を与える。この１次元配列が、先行する１次元配列と結合されると、画像に類似した２次元配列２２８が生成される。次いで、このデジタルデータは、サンプル点２２４（図１７）からなる２次元配列２２８としてメモリまたはディスクに記憶される。サンプル点２２４は、サンプル区域内の特定の点における帰還ビーム１５４または透過ビーム１５６（図１８）の相対的な強度を表すものである。次いで、２次元配列は、図２０Ｂに表すような生のファイルまたは画像ファイル２４０の形でメモリまたはディスクに記憶される。次いで、画像ファイル２４０に記憶されたデータは、取り出されてメモリに与えられ（２４２）、図１０に示す分析装置１６８へのデータ入力２４４として使用される。
【００６１】
図２０Ｃは、図１８および図１９Ａに示す光バイオディスクのトラックＣおよびＤからのサンプリングされたアナログ信号２１０を示している。プロセッサ１６６は、次に、アナログ信号２１０の対応する瞬時アナログ振幅２１４を、離散的なバイナリ整数２１６として符号化する（図１７）。その結果の一連のデータ点が、サンプリングされたアナログ信号２１０に類似したデジタル信号２２２である。
【００６２】
次に図２０Ｄを参照して、トラックＣおよびＤから得られたデジタル信号２２２は、独立した１次元メモリ配列２２６として記憶される。連続したそれぞれのトラックは、対応する１次元配列を与える。この１次元配列が、先行する１次元配列と結合されると、画像に類似した２次元配列２２８が生成される。上述したように、このデジタルデータは、次に、サンプル点２２４（図１７）からなる２次元配列２２８としてメモリまたはディスクに記憶される。サンプル点２２４は、サンプル区域内の特定の点における帰還ビーム１５４または透過ビーム１５６（図１８）の相対的な強度を表すものである。次いで、２次元配列は、図２０Ｂに表すような生のファイルまたは画像ファイル２４０の形でメモリまたはディスクに記憶される。上記に示したように、画像ファイル２４０に記憶されたデータ
は、次に、取り出されてメモリに与えられ（２４２）、図１０の分析装置１６８へのデータ入力２４４として使用される。
【００６３】
計算アルゴリズムおよび処理アルゴリズムは、分析装置１６８（図１０）に記憶され、入力データ２４４に適用されて、有用な出力結果２６２（図２１）を生成する。この出力結果は、表示モニタ１１４（図１０）に表示することができる。
【００６４】
次に図２１を参照して、本発明の処理方法および計算アルゴリズムによるデータ評価の主要なステップの論理フローチャートを示す。本処理方法の最初の主要なステップは、入力データ２４４を受信することを含む。上述したように、データ評価は、０から４０９６の範囲の整数の配列から開始する。
【００６５】
次の主要なステップ２４６は、計数を行うディスクの区域を選択することである。この区域が画定されると、次の目的は、画定した区域に含まれる全白血球を実際に計数することになる。ステップ２４６の実施態様は、ディスクの構成またはユーザの選択に依存する。一例であって、これに限定されるものではないが、図２および図５に示す例えば標的領域１４０といった窓を有するディスクを使用する本発明の実施の形態では、ソフトウェアは、その窓を認識し、分析および計数を行うためにその窓の部分をクロッピングする。好ましい一実施の形態、例えば図２に示す実施の形態では、標的領域または窓は、半円形の部分がその各端部にある１×２ｍｍの長方形の形状を有する。この実施の形態では、ソフトウェアは、それぞれの窓の内部に１×２ｍｍの標準長方形の区域をクロッピングする。この実施の形態の一態様では、読み取り装置は、連続した数個のサンプル値を取り込んで、数個の異なる窓での細胞数を比較することができる。
【００６６】
図５、図６、図８、および図９に示すように、窓を有さない透過型ディスクを使用する本発明の実施の形態では、２つの異なる方法の一方でステップ２４６を実行することができる。固定座標を有する点を基準にしてその中心の位置を特定することによるか、または、暗い色素の点である基準マークを検出することによるかのいずれかで、標準長方形の位置が選択される。基準マークが使用される場合には、所望のコントラストを有する色素を、細胞の２つのクラスタに関するディスクの特定の位置に堆積させる。次いで、光ディスク読み取り装置を、それら細胞のクラスタの一方の中心にスキップするように指示し、次いで、標準長方形を、選択したクラスタの中心にする。
【００６７】
ステップ２４６に関して上述したユーザの選択について、ユーザは、マウス選択ないしは他の方法で直接対話することにより、細胞計数を行う所望のサンプル区域の形状、例えば長方形区域を指定することができる。このソフトウェアの本実施の形態では、これは、マウスを使用して、モニタ１１４に表示される、光バイオディスク導出画像の所望の部分の上に長方形をクリックしてドラッグすることを含む。評価区域の選択方法にかかわらず、それぞれの長方形区域は、次のステップ２４８で計数を行うために評価される。
【００６８】
図２１の３番目の主要なステップは、ステップ２４８であり、このステップは、背景の照度を一様化することを対象にする。このプロセスは、いくつかのハードウェア構成で引き起こされて起こり得る背景の一様性のばらつきを補正する。背景照度の一様化により、背景全体、すなわち細胞でない画像の部分が、ある任意の背景値Ｖｂａｃｋｇｒｏｕｎｄを有する平面に近づくように、各サンプル点の強度レベルが補われる。Ｖｂａｃｋｇｒｏｕｎｄは、多くの方法で決定することができ、例えば、標準長方形サンプル区域全体にわたって平均値をとることで決定することができるが、本実施の形態では、その値は２０００に設定される。選択した長方形サンプル区域の各点Ｐの値Ｖは、数（Ｖｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ＋（Ｖ−Ｐの近傍の平均値））に置き換えられ、必要に応じて切り捨てられて、実際の可能な範囲の値に適合される。この可能な範囲の値は、本発明の好ましい実施の形態
では０から４０９５である。近傍の寸法は、細胞のサイズよりも十分大きく、かつ、標準長方形のサイズよりも十分小さくなるように選択される。
【００６９】
図２１のフローチャートの次のステップは、正規化ステップ２５０である。正規化ステップ２５０を行う際に、平均が２０００で、標準偏差が６００となるように、１次変換が、標準長方形サンプル区域のデータを用いて実行される。必要に応じて、その値は、０から４０９６に適合するように切り捨てられる。背景照度一様化ステップ２４８に加えてこのステップ２５０により、ソフトウェアは、ハードウェアの変更および調整の影響を受けにくくなる。一例であって、これに限定されるものではないが、例えば上部検出器１５８（図１８）といった検出回路の信号利得を、結果の細胞計数に大幅な影響を与えることなく変更することができる。
【００７０】
図２１に示すように、フィルタリングステップ２５２が次に実行される。標準長方形内のそれぞれの点Ｐに対して、ステップ２４８で示した寸法よりも小さな寸法を有するＰの近傍において、Ｖｂａｃｋｇｒｏｕｎｄと十分区別可能な値を有する点の個数が算出される。これら算出された点は、画像内の細胞のサイズに近いはずである。この個数が十分大きい場合には、Ｐの値はそのままとされ、そうでない場合には、Ｐの値には、Ｖｂａｃｋｇｒｏｕｎｄが割り当てられる。このフィルタリング操作は、雑音を除去するために実行され、最適な場合には、細胞のみが画像内に残る一方、背景は一様にＶｂａｃｋｇｒｏｕｎｄに等しくなる。
【００７１】
図２１に示すように、不良な構成要素を除去することを対象にする任意選択のステップ２５４を実行することができる。例えば、掻き傷、気泡、埃、および他の同様のムラといった欠陥が、フィルタリングステップ２５２を通過することがある。これらの欠陥は、直接的に、または、画像のヒストグラムの分布全体に影響を与えることにより、細胞計数のエラーの原因になることがある。通常、これらの欠陥のサイズは、細胞よりも十分に大きく、次のようにしてステップ２５４で除去することができる。まず、選択した領域と同じ寸法を有する２値画像が形成される。この２値画像内の点について、元の画像の対応する点の値がＶｂａｃｋｇｒｏｕｎｄと等しい場合には、その点は白と定められ、そうでない場合には、黒と定められる。次に、黒の点からなる接続された構成要素が抽出される。次いで、後続する浸食および膨張を適用して、構成要素の図が調整される。最後に、定められた閾値よりも大きな構成要素が除去される。この任意選択のステップの一実施の形態では、値Ｖｂａｃｋｇｒｏｕｎｄを有する元の画像の対応するサンプル点をこの構成要素に割り当てることにより、その構成要素が元の画像から除去される。どの構成要素が計数可能な対象を構成し、どの構成要素を除去するかを決定する閾値は、ユーザが定義した値である。また、この閾値は、計数を行う検査特徴、すなわち白血球、赤血球、または他の生体物質に応じて変化してもよい。任意選択のステップ２５４の後、ステップ２４８、２５０、および２５２が繰り返されることが好ましい。
【００７２】
図２１に示す次の主要な処理ステップは、ステップ２５６である。このステップ２５６は、明るい中心によって細胞の計数を行うことを対象とする。計数ステップ２５６は、いくつかのサブステップからなる。これらのサブステップの最初のものは、畳み込み演算を実行することを含む。この畳み込み演算サブステップでは、畳み込み映像（convoluted picture）と呼ばれる補助配列が形成される。点Ｐにおける畳み込み映像の値は、Ｐの円形の近傍でフィルタリングを行った後の映像の積分結果の値である。より正確には、特定の一実施の形態の場合、積分される関数は、ｖが２０００よりも大きい場合には、ｖ−２０００に等しい関数であり、ｖが２０００以下の場合には、０である。計数ステップ２５６で実行される次のサブステップは、ほぼ細胞のサイズと同じ半径の近傍において、畳み込み映像の極大値を検出することである。次に、互いの閉じた近傍内で同じ値を有する２重の極大値が回避される。計数ステップ２５６の最後のサブステップでは、残りの極大値が
、細胞を示すものであると宣言される。
【００７３】
いくつかのハードウェア構成では、いくつかの細胞は、明るい中心を持たないように見えることがある。これらの場合、暗い縁のみが見え、次の２つの任意選択のステップ２５８および２６０が役立つ。
【００７４】
ステップ２５８は、検出された細胞を映像から除去することを対象とする。ステップ２５８では、検出された各細胞の中心の周りの円形の領域が、値２０００で埋められ、その結果、明るい中心および暗い縁の双方を有する細胞が、２回検出されることがなくなる。
【００７５】
ステップ２６０は、暗い縁によって細胞を追加計数することを対象とする。ステップ２５８後の画像を用いて、２つの変換が行われる。このルーチンの最初のサブステップであるサブステップ（ａ）では、各点の値ｖが、（２０００−ｖ）に置き換えられ、その結果が負である場合には、その値は、ゼロに置き換えられる。サブステップ（ｂ）では、次に、その結果の映像に対して、内部半径Ｒ１および外部半径Ｒ２のリングを用いて畳み込み演算が行われる。Ｒ１およびＲ２は、それぞれ、細胞の予想される最小半径および予想される最大半径である。このリングは、サブステップ（ｄ）で、その後、上下左右にシフトされる。サブステップ（ｃ）では、４回のシフトの結果が合計される。この変換後、暗い縁の細胞の画像は、４つの花びらの花のように見える。最後に、サブステップ（ｄ）では、サブステップ（ｃ）で得られた関数の極大値が、計数ステップ２５６で使用された方法と同様に検出される。それらの極大値は、ステップ２５６で除外された細胞を示すものであると宣言される。
【００７６】
計数ステップ２５６の後、または、計数ステップ２６０が任意選択で使用された場合には計数ステップ２６０の後、図２１に示す最後の主要なステップが、結果出力ステップ２６２である。標準長方形内で検出された細胞の個数が、図１および図５に示すモニタ１１４に表示され、識別された各細胞は、表示された光バイオディスク導出画像上で十字形により印が付けられる。
【００７７】
バイオディスクおよび／または光分析ディスクからデータを抽出して可視化することを対象としたさらなるコンピュータ科学的方法および装置は、本発明の譲受人に譲渡された、２００３年１月１３日に出願された「Method and Apparatus for Visualizing Data」と題する米国特許出願第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、および２００３年１月１４日に出願された「Methods and Apparatus for Extracting Data From an Optical Analysis Disc」と題する米国特許出願第１０／ｘｘｘ，ｘｘｘ号に開示されており、これらの両出願は、参照により本明細書に援用されている。
【００７８】
ディスクグルーブを介するトリガ
次に図２２を参照して、本発明による光分析ディスク３１０の第１の実施の形態を示す。
【００７９】
ディスク３１０は、上述の実施の形態のうちの１つによる物理構造を有し、トリガマーク３２６を含む。すでに述べたように、トリガマーク３２６は、分析が行われるべき特定の標的領域３４０を識別するために、回転中のディスクの角度位置を判定するために用いられる。
【００８０】
この実施の形態によると、ディスク３１０は、ディスク自体の上に対応するレーザ読み取り可能なトラックを画定するようになっているグルーブ３７０を含む。
【００８１】
図２２に示すように、このようなトリガマーク３２６のそれぞれが、ディスクのグルー
ブ３７０の半径方向の中断部により提供される各トリガ領域を画定する。第１および第２の中断部は、特定の標的領域３４０の範囲を定めるために設けられる。
【００８２】
ここに記載されるような製造に関する詳細（図４、図１１、図１３）を参照すると、このような中断部に対応するレーザビームの反射レベルは、「ミラー」の反射レベルまたは反射層１４６の直線反射係数（straight reflection coefficient）であることが容易に認められる。
【００８３】
予期せぬディスクの妨害がないことにより反射を増すことができるため、この信号はグルーブの中断部から生じているものとして容易かつ一意に認識される。したがって、対応するする標的領域３４０の開始を判定するために、反射の増加を用いてトリガ信号を生成することができる。
【００８４】
本発明によると、光分析ディスクの断続したグルーブを介してトリガする方法が提供される。この方法は、グルーブの中断部を検出するステップと、検出された中断部に対応する電気反射信号を生成するステップと、反射信号を加工し、それによりトリガ信号を生成するステップとを含む。特に、本発明によると、検出する段階は、レーザビームを中断部に送り、次に反射したレーザビームを検出することにより行われる。
【００８５】
このような反射信号の例は、図２３に示される。ディスクの反射特徴により、得られる反射信号は、レーザビームが連続グルーブにより反射される場合は第１の強度値Ｖｃｇを有し、レーザビームがグルーブの中断部により反射される場合は第２の強度値Ｖｉｇを有する。特に、第２の強度値Ｖｉｇは、第１の強度値Ｖｃｇよりも大きい。このような強度の増加は、トリガ信号の判定に有利に用いることができる。
【００８６】
次に図２４を参照して、本発明による光分析ディスク４１０の第２の実施の形態の部分上面図が示される。ディスクに関する構成上の詳細は、すでに開示された他の実施の形態と共通しているため、ここでは説明しない。この第２の実施の形態によると、ディスク４１０は、グルーブ４７０の１つまたは複数の中断部により画定されるトリガ領域４２６を有し、このような中断部の配列は断続したグルーブのパターンを画定する。このパターンは、標的領域４４０の開始を判定するトリガ信号を識別するための情報を符号化する。
【００８７】
次の図２５Ａは、図２４のパターンに対応する反射信号を表すグラフである。この第２の実施の形態によると、断続したグルーブのパターンは、読み取り装置により読み出される信号にデータを符号化するため、すなわちクロック信号を抽出するために用いられることが有利である。符号化データは、どの特定のクロックパルスがトリガマークであるかを一意に識別するために用いられる（図２５Ｂ）。この方式の利点は、関連する雑音低減を伴って複数の遷移に依存するため、クロックパルスシーケンスを用いて、単一の遷移に関してより正確な方法でトリガ信号を判定することができることである。さらに、トリガタイミングは、ディスクの信号特徴の読み出し精度にほとんど依存していないため、読み出し信号を妨害する影響（汚れ、光学収差など）およびトリガマークの物理的な位置にはほとんど左右されない。
【００８８】
任意選択的に、データの符号化には、頑強性を改善するために標準的な誤り訂正技法を用いることができる。データ密度を高めることが主要目的ではないため、グルーブの中断部の頻度（または空間的なサイズ）を頑強な読み出しに合わせて最適化してもよい。したがって、クロックパルス周期が必要なトリガ精度を得るのに十分な短さである限り、個々の特徴は標準ＥＦＭ符号化のＴ３長さ（T3 length）より長くてもよい。すなわち、個々の特徴はミクロンより大きくてもよい。
【００８９】
本発明による光分析ディスクシステムを、次の図２６に概略的に示す。このようなシステムは、光分析ディスク３１０、４１０に設けられたトリガマーク３２６、４２６を検出するようになっているトリガ検出器５６０を含むトリガ機構を含む。トリガ検出器５６０は、トリガマークに向けてレーザビームを送り、反射したレーザビームを検出するようになっている。反射したレーザビームは、対応する電気反射信号を生成するために用いられることが有利であり、この電気反射信号は、この反射信号を加工する手段を有するプロセッサ１６６により取得され得る。
【００９０】
特に、このような加工する手段は、反射信号から始めてクロック信号を再生する装置、例えばスライサ／ＰＬＬ型装置を含んでもよい。
【００９１】
カウンタデバイスを用いて、所定数のクロックパルスを計数して、トリガ信号に対応するクロック信号を判定することが有利であり得る。
【００９２】
さらに、頑強性を高めるために、標準的な誤り訂正技法を用いて、このような加工する手段により符号化データを任意選択的に処理することができる。
【００９３】
結言
この明細書で言及したすべての特許、仮出願、特許出願、およびそれ以外の出版物は、その内容のすべてが参照により本明細書に援用される。
【００９４】
一定の好ましい実施の形態を参照して、本発明を詳細に説明してきたが、本発明は、それらの正確な実施の形態に限定されるものでないことが理解されるべきである。逆に、本発明を実践する現在のベストモードを説明する本光バイオディスクを考慮すると、当業者には、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多くの変更および変形が思い浮かぶであろう。したがって、本発明の範囲は、上記説明ではなく、添付の特許請求項によって示される。特許請求項の意味するものおよび均等物の範囲内に入るすべての改変、変更、および変形は、特許請求項の範囲内にあるとみなされる。
【００９５】
さらに、当業者は、せいぜい日常的な実験を用いて、本明細書で説明した本発明の特定の実施の形態に対する多くの等価形態を認識するか、または、把握することができる。このような等価形態も、添付の特許請求項によって包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】バイオディスクシステムのイラスト表現である。
【図２】反射型バイオディスクの分解斜視図である。
【図３】図２に示すディスクの平面図である。
【図４】切り取り部分がディスクのさまざまな層を示す、図２に示すディスクの斜視図である。
【図５】透過型バイオディスクの分解斜視図である。
【図６】切り取り部分がディスクの半反射層の機能的態様を示す、図５に示すディスクを表す斜視図である。
【図７】薄い金薄膜の厚さと透過との関係を示すグラフ表示である。
【図８】図５に示すディスクの平面図である。
【図９】切り取り部分が、図６に示す半反射層のタイプを含むディスクのさまざまな層を示す、図５に示すディスクの斜視図である。
【図１０】図１のシステムをより詳細に示すブロック斜視図表現である。
【図１１】図２、図３、および図４に示す反射型光バイオディスクに形成されたフロー流路を示す、当該反射型光バイオディスクの半径に対して垂直な部分断面図である。
【図１２】図５、図８、および図９に示す透過型光バイオディスクに形成されたフロー流路および上部検出器を示す、当該透過型光バイオディスクの半径に対して垂直な部分断面図である。
【図１３】図２、図３、および図４に示す反射型光バイオディスクに形成されたウォブルグルーブを示す当該反射型光バイオディスクの縦方向の部分断面図である。
【図１４】図５、図８、および図９に示す透過型光バイオディスクに形成されたウォブルグルーブおよび上部検出器を示す当該透過型光バイオディスクの縦方向の部分断面図である。
【図１５】反射型ディスクの全厚と、反射型ディスクの最初の反射特性を示す図１１と同様の図である。
【図１６】透過型ディスクの全厚と、透過型ディスクの最初の屈折特性とを示す図１２と同様の図である。
【図１７】サンプリングされたアナログ信号の、１次元配列として記憶される対応するデジタル信号への変換のイラストによるグラフ表示である。
【図１８】指定部分の拡大詳細図が、入射ビームと相互作用した後の信号を含むビームを発生するバイオディスクのトラックを基準にして位置する捕捉された白血球を示す、光ディスクの斜視図である。
【図１９】Ａは、光バイオディスクのトラックを基準にして位置する白血球のグラフ表示である。    Ｂは、図１９Ａの白血球から得られた一連のシグネチャトレースである。
【図２０Ａ】共に取り込まれると、１次元配列として記憶されて、データ入力用の２次元配列に結合されるデジタル信号への、図１９Ｂのシグネチャトレースの変換のイラストによるグラフ表示である。
【図２０Ｂ】共に取り込まれると、１次元配列として記憶されて、データ入力用の２次元配列に結合されるデジタル信号への、図１９Ｂのシグネチャトレースの変換のイラストによるグラフ表示である。
【図２０Ｃ】共に取り込まれると、１次元配列として記憶されて、データ入力用の２次元配列に結合されるデジタル信号への、図１９Ｂのシグネチャトレースの変換のイラストによるグラフ表示である。
【図２０Ｄ】共に取り込まれると、１次元配列として記憶されて、データ入力用の２次元配列に結合されるデジタル信号への、図１９Ｂのシグネチャトレースの変換のイラストによるグラフ表示である。
【図２０Ｅ】図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃ、および図２０Ｄの間の関係を示すグラフ表示である。
【図２１】本発明に関する処理方法および計算アルゴリズムによるデータ評価の主要なステップを示す論理フローチャートである。
【図２２】本発明による光分析ディスクの第１の実施の形態の上面図である。
【図２３】図２２のディスクにより抽出される反射信号を表すグラフである。
【図２４】本発明による光分析ディスクの第２の実施の形態の部分上面図である。
【図２５】Ａは、図２４のディスクにより抽出される反射信号を表すグラフである。    Ｂは、図２５Ａの反射信号により生成されるクロック信号のグラフである。
【図２６】本発明による光分析ディスクシステムを示すブロック斜視図表示である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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2005516211.tif 000035
2005516211.tif 000036
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