(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される一次元信号データを所定の長さで分割してこれを複数記録し、複数の前記分割された一次元信号データに基づき一ライン分のデータを作成する第一の記録部と、
前記一ライン分のデータを積算する積算処理部と、を有する一次元信号データを二次元画像データに処理する信号データ処理装置。
【請求項２】
前記第一の記録部及び前記積算処理部が、データの並行処理を行う請求項１記載の信号データ処理装置。
【請求項３】
前記第一の記録部及び前記積算処理部は、連続的に入力される一ライン分のデータを順送りで処理していく請求項１記載の信号データ処理装置。
【請求項４】
ＦＰＧＡにより構成されてなる請求項１記載の信号データ処理装置。
【請求項５】
前記信号データ処理装置は、連続時間符号化振幅顕微鏡用である請求項１記載の信号データ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号データ処理装置及び信号データ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続時間符号化振幅顕微鏡法（Ｓｅｒｉａｌ  Ｔｉｍｅ−Ｅｎｃｏｄｅｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＳＴＥＡＭ）は、高速現象を極めて高精度に判定することのできる顕微鏡技術に関するものであり、例えば下記非特許文献１、２にて開示されている。
【０００３】
ＳＴＥＡＭを用いると、例えば、狭い流路に液体とともに多数の細胞を高速で流し、この多数の細胞からごく少数の所望の細胞を即時判断し、取り出すことが可能となる。
【０００４】
このＳＴＥＡＭは、レーザー光及びこれを検出するフォトディテクタを用いて実現されるものであり、検出される信号は一次元情報を含むものとなっている。この信号はＡＤコンバータによってデジタル信号に変換され、ソフトウェア的な処理を施されることで二次元の画像データとなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ  ４５８，１１４５−１１４９（２００９）
【非特許文献２】ＰＮＡＳ  １０９，１１６３０（２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＳＴＥＡＭの一次元信号データをソフトウェア的に行う場合、高速現象をひとまず一次元信号としてコンピュータに記録し、オフラインで画像再構成を行わなければならないといった課題がある。これは、ＳＴＥＡＭを例えばセルソーター等、流路内を高速に流れる物質をある基準に従って高速に分取する装置として使用する場合、ソフトウェア的な方法では限界があることを意味する。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、一次元信号データをより高速に二次元画像データに処理する信号処理装置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】
上記課題を解決する本発明の一観点に係る信号データ処理装置は、入力される一次元信号データを所定の長さで分割してこれを複数記録し、複数の分割された一次元信号データに基づき一ライン分のデータを作成する第一の記録部と、一ライン分のデータを積算する積算処理部と、一ライン分のデータのノイズ除去を行うノイズ除去部と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明により、一次元信号データをより高速に二次元画像データに処理する信号処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＳＴＥＡＭの構成の概略を示す図である。
【図２】ＳＴＥＡＭの測定装置の概略を示す図である。
【図３】一次元信号のイメージを示す図である。
【図４】情報処理装置の機能ブロックを示す図である。
【図５】一次元信号処理装置の機能ブロックを示す図である。
【図６】一次元信号データのライン周期の判定のイメージを示す図である。
【図７】圧縮処理のイメージを示す図である。
【図８】輪郭認識に関するイメージを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の記載にのみ狭く限定されるわけではない。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る信号データ処理装置（以下「本装置」という。）１が用いられるＳＴＥＡＭの構成の概略を示す図である。ＳＴＥＡＭは、実際に測定対象となる試料を流す測定流路を備えた流路装置２と、この測定流路に流れる流体に対して測定を行い、その測定の結果を信号として出力する測定装置３と、この測定装置３が出力する信号を処理する情報処理装置４と、を有している。本実施形態では、上記説明から明らかなように、試料を含む流体を流路装置２に流し、測定装置３によって流体を測定してその結果を信号として出力し、情報処理装置４によって信号を処理することで高速に流体の解析を行うことができるものである。
【００１３】
流路装置２は、流路を備えたものであって、上記のとおり試料を含む流体の流れを形成することのできる装置である。流路装置２の構成は、この限りにおいて限定されないが、試料容器２１と、この試料容器２１に接続された測定流路２２と、測定流路２２と試料容器２１の間に配置され、試料の流れを形成するための流速制御装置２３と、を備えていることが好ましいが、試料容器２１に流速制御装置２３を接続したものであってもよい。なお測定流路２２には、弁２４１が設けられた分岐路２４が設けられており、情報処理装置４の出力等に基づき、弁２４１を操作することで分岐路２４は流体の流路方向を制御することができる。
【００１４】
また本実施形態において、測定装置３は、上記流路装置２に流れる試料を含む流体を測定し、その測定結果を信号として外部に出力する装置である。より詳細な構造については限定されるわけではないが、図２で示されるように、光源３１と、光源３１からの光を回折する回折格子３２と、回折した光を調節して測定流路２２に入射させるレンズ等の光学部材３３と、測定流路２２から反射された光を検出して信号として出力する光検出器３４と、を有する。なお、本図で示すように、測定流路２２に入射する光と測定流路２２から戻ってくる反射光の光路は同じであり、反射光は回折格子３２と光源３１の間に配置される光サーキュレータ３５によって方向が変更され、上記光検出器３４に入射される。なお、光検出器３４の出力信号がアナログの場合、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタルコンバータ（以下「ＡＤコンバータ」という。）を設けておくことが好ましい。なお、本実施形態において、限定されるわけではないが、光検出器３４はいわゆるフォトダイオードを用いる検出器を想定しており、出力信号は時間に対して変化する強度情報を含んだ一次元信号データとなっている。入力される一次元信号のイメージ図を図３に示しておく。本図で示すように、一次元信号は、時間に対して強度が周期的に変化する信号となっている。
【００１５】
また本実施形態において、情報処理装置４は、上記の記載から明らかなように、測定装置３から出力される信号を処理する装置である。図４に、本実施形態に係る情報処理装置４の機能ブロック図を示しておく。本図で示すように、情報処理装置４は、ホストコンピュータ４１と、具体的に一次元信号データを処理する信号データ処理装置４２と、を有している。
【００１６】
本実施形態において、ホストコンピュータ４１は、一次元信号データに対し周波数解析等の処理を施して二次元画像データ作成に必要なパラメータデータを作成し、信号データ処理装置４２に出力する。例えば、上記図３で示した一次元信号データは、時間に対し周期的に変動した値を含むデータとなっているため、この周期が二次元画像の一ラインの幅に該当し、この周期のデータ（周期データ）がパラメータデータのひとつとなっている。
【００１７】
また本実施形態において、信号データ処理装置４２は、一次元信号データを処理し、二次元画像データを作成する装置である。図５に、本実施形態に係る信号データ処理装置（以下「本処理装置」という。）４２の機能ブロック図を示しておく。本図で示すように、本処理装置４２は、反転処理部４２１、第一の記録部４２２、積算処理部４２３、第二の記録部４２４、ノイズ除去部４２５、を備えている。
【００１８】
本処理装置４２は、ソフトウェア処理による限界を解消するため、並列処理が可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｐｇｒａｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）を用いて実現されることが好ましい。並列処理を行うことで、一次元信号データに対し、複数の段階の処理を順次行わせることが可能となり、処理の高速化を図ることができる。ただし、並列処理を行うことができる限りにおいてＦＰＧＡのみに限定されるわけではなく、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）化を図ることもできる。以下各部の機能、動作について具体的に説明する。
【００１９】
本処理装置４２では、反転処理部４２１によって、入力される一次元信号データを反転させる。すなわち反転処理部４２１は、入力される一次元信号データを反転させる処理を行う部である。原理的に本処理装置４２１に入力される当初の一次元信号データは正負反転されたものとなっているため、これを反転させる必要がある。ただし、反転処理部４２１の位置は、処理が複雑にならない限り順番に制限は無く、最初に設定しなくてもよく、最後であってもよく、また場合によっては省略も可能である。
【００２０】
また本処理装置４２では、入力される一次元信号データに対し、平滑化処理を行うことが好ましい。平滑化処理を行うことで、一次元信号データに基づく処理の誤差を抑えることができるようになる。
【００２１】
また、本処理装置４２において、第一の記録部４２２は、入力される一次元信号データを記録するものである。より具体的には、一次元信号データを所定の長さに分割し、それぞれ保存する。
【００２２】
この所定の長さは、測定流路の幅に相当する長さ（一ラインの幅）であることが好ましい。この所定の長さを抽出することで、これを積算して測定流路全体の状態を把握することができるようになる。
【００２３】
この一ラインの幅を抽出する方法としては、限定されるわけではないが、例えば一次元信号データに対し、最大値及び最小値の中間となる所定の閾値を設定し、この閾値を超えた又は下回った場合に値の切り替えを行い、この値の切り替え周期を一ライン分の周期と判断する方法が好ましい。この場合のイメージ図を図６に示す。この場合、一ライン分の始点又は終点としては、この閾値の値に到達した時点としてもよいが、一の閾値に到達した時点と次の閾値に到達した時点との間の最大値又は最小値とすることも好ましい。最大値又は最小値は、測定流路の境界又は外部であると把握することができる場合が多く、この最大値又は最大値を取り出すことで測定流路の境界にうまく合わせることができる。
【００２４】
また、本処理装置４２では、上記のとおり、上記第一の記録部において作成された一ライン分のデータを積算する積算処理部４２３を設けている。積算する処理を行うことで、ノイズ成分の平滑化を行うことができるとともに、後に形成される二次元信号データの時間方向（流路方向）を圧縮して二次元画像の形状を整えることができるようになる。なおこの場合のイメージ図を図７に示しておく。本図で示されるように、一ライン分のデータは流体の速度と測定装置のパルス周波数によって定められるものであり、作成される一ライン分のデータ各々が実際の時間軸（流路軸）のサイズに合致していると仮定してしまうと、判定を誤ってしまう場合がある。このため、複数の一ライン分のデータを積算することで、二次元画像の形状を整えることが可能となり、流路内を高速に流れる物質をある基準に従って高速に分取する装置として使用する場合に、その判断を確実に行えるようにしている。なおこの積算数については上記のとおり、流体の速度及び測定装置のパルス周波数に基づいて定められる。
【００２５】
なお、積算処理部１３の処理は特に限定されるわけではないが、単純な足し合わせ処理であってもよく、その和における平均を出してもよい。
【００２６】
また本実施形態では、上記のとおり、一ライン分のデータのノイズ除去を行うノイズ除去部４２５を有することが好ましい。本処理装置４２では、ノイズ除去を行うことで、作成される二次元画像の画質を向上させることができる。
【００２７】
また本実施形態では、上記作成された一ライン分のデータを、更に結合し、二次元信号データとする二次元データ信号作成部が設けられている。
【００２８】
また本実施形態では、上記作成された二次元データ信号作成部により作成された二次元データに基づき判定処理を行う。この判定処理は、測定流路中に選択対象となる細胞等の組織があるか否かを判定する処理であって、例えば選択対象となる細胞が存在していた場合、例えば測定流路の弁を制御し、所望の流路にこの細胞が流れていくよう制御する。
【００２９】
この判定処理は、所望の判定を行うことができる限りにおいて種々の方法を採用することができるが、細胞等選択対象となる物の輪郭を抽出し、輪郭長や輪郭内の面積等で定量的に評価する手法が好ましい。この場合のイメージ図を図８に示しておく。
【００３０】
また、この判定処理は、精度を高めるため、機械学習アルゴリズムを採用することが好ましい。機械学習アルゴリズムとしては、限定されるわけではないが、認識率はあまり高くないがシンプルで計算量の少ない弱識別器を複数並べ、多数決判定によって高い識別力を備えた強識別器を構成するものであることが好ましく、例えば“http://visionandarm.blogspot.jp/2014/02/4-haar-algorithm-in-face-detection.html”等を採用することができるがこれに限定されない。
【００３１】
以上、本発明により、一次元信号データをより高速に二次元画像データに処理する信号処理装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、信号データ処理装置として産業上の利用可能性がある。
【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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