(57)【要約】【課題】一方の基本波形すら判明していない複数合成波形が存在する場合にそれぞれの波形を波形分離することができる波形分離プログラムを提供する。【解決手段】一方の合成波形を任意倍して他方の合成波形との差分波形を求め、求めた差分波形のうち１つを基本波形として仮定しこの基本候補波形を任意倍して分離波形として仮定しこの分離候補波形と同様に求めたもう一つの分離候補波形とを合成し合成波形として仮定し合成候補波形と一方の合成波形とを比較して第１の誤差を求め、他方の合成波形とも比較して第２の誤差を求め、前記各手段を用いて複数の合成候補波形を求めて第１の誤差及び第２の誤差をさらに求め、その中で第１の誤差と第２の誤差との和が最小であり、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じである合成候補波形を特定し、その合成候補波形を構成する分離候補波形を出力する。【選択図】  図１
2007093555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の合成波形を振幅方向に任意倍する合成波形倍化手段と、
当該合成波形倍化手段により任意倍された第１の合成波形と第２の合成波形との差分波形を求める差分波形取得手段と、
差分波形のいずれかを第１の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第１の分離候補波形を求める第１の分離候補波形取得手段と、
差分波形のいずれかを第２の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第２の分離候補波形を求める第２の分離候補波形取得手段と、
第１の分離候補波形と第２の分離候補波形とから合成候補波形を求める合成候補波形取得手段と、
合成候補波形と第１の合成波形との第１の誤差を求める第１の誤差取得手段と、
合成候補波形と第２の合成波形との第２の誤差を求める第２の誤差取得手段と、
合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第１の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第１の合成波形の分離波形取得手段と、
合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第２の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第２の合成波形の分離波形取得手段としてコンピュータを機能させる波形分離プログラム。
【請求項２】
第１の合成波形、又は、第２の合成波形が分離波形であるかを判定する手段としてもコンピュータを機能させ、波形が分離波形であると判定された場合に、前記各手段を実行しない
前記請求項１に記載の波形分離プログラム。
【請求項３】
前記差分波形取得手段を複数実行することで求まる複数の前記第１の基本候補波形、複数の前記第２の基本候補波形の中から、ユーザに指定された求まる基本波形の波形種類の波形形状に合致する候補波形を抽出する候補波形抽出手段としてもコンピュータを機能させる
前記請求項１に記載の波形分離プログラム。
【請求項４】
前記求めた一方の波形が他方の波形に完全に含まれている場合には、これらの波形が正確に求まっていない可能性がある旨報知する手段としてもコンピュータを機能させる
前記請求項１に記載の波形分離プログラム。
【請求項５】
第１の合成波形を振幅方向に任意倍する合成波形倍化工程と、
当該合成波形倍化工程により任意倍された第１の合成波形と第２の合成波形との差分波形を求める差分波形取得工程と、
差分波形のいずれかを第１の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第１の分離候補波形を求める第１の分離候補波形取得工程と、
差分波形のいずれかを第２の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第２の分離候補波形を求める第２の分離候補波形取得工程と、
第１の分離候補波形と第２の分離候補波形とから合成候補波形を求める合成候補波形取得工程と、
合成候補波形と第１の合成波形との第１の誤差を求める第１の誤差取得工程と、
合成候補波形と第２の合成波形との第２の誤差を求める第２の誤差取得工程と、
合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第１の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第１の合成波形の分離波形取得工程と、
合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第２の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第２の合成波形の分離波形取得工程とを含む波形分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成波を波形分離するプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
生物は無数の細胞から構成されている。細胞の中には核が存在し、この核の中に染色体が存在する。染色体を構成するＤＮＡはりん酸とデオキシリボースからなる２本の鎖が螺旋し、内部に４種類の塩基を有し、一方の鎖の塩基と他方の鎖の塩基とが水素結合したものである。人には４６本（常染色体２２本＊２，性染色体２本）の染色体が存在し、この染色体全体をゲノムという。図１１はゲノムの説明図である。図１１（ａ）左側にＤＮＡの模式図を示し、右側に各塩基の化学式を示した。図１１（ｂ）は人の染色体である。
【０００３】
図１２はＳＮＰｓの説明図である。ＳＮＰｓ(Single Nucleotide Polymorphism)とは、ヒトのゲノム中に散在する単一の塩基対の多様性のことである。全ゲノム(約３０億塩基)中９９．９［％］の塩基配列は等しく、０．１［％］(約３００万塩基)の塩基配列で個人間で差が存在する。図１２では、例示として、Ａさんの染色体の塩基とＢさんの染色体の塩基とで、４番目の塩基が異なりその他の塩基が同一であることを示している。このような塩基配列の僅かな差が、アルコール耐性の差やタバコによる毒性の出現頻度、アルツハイマー病(Alzheimer's disease)等の原因とされている。
【０００４】
図１３及び図１４はＳＳＣＰの説明図である。ＳＳＣＰ(Single Strand Conformation Polymorphism：一本鎖ＤＮＡ高次構造多型解析)とは遺伝子の突然変異を検出する方法であって、長さが等しいＤＮＡ断片を一本鎖に変性して電気泳動で分離し検出する。電気泳動すると分子が持つ電荷の違いにより移動速度が異なることを根拠としている。たとえば、図１３に示すように特定の塩基に蛍光標識し一本鎖に変性したＤＮＡ断片を配置したチップ上の流路に電圧を印加して所望方向に電気泳動させて光検出素子にて測定する。一般的に用いられている装置として、ＤＮＡシーケンサ、マイクロチップ電気泳動装置がある。図１４は測定結果を示す。図１４（ａ）（ｂ）のホモの塩基配列の場合には一つの波形が出力されている。図１４（ａ）の波形と図１４（ｂ）を比較すると分かるように、塩基の相違により出力される波形の位相が異なる。図１４（ｃ）のへテロの塩基配列の場合には二つの波形が出力されている。図１４（ｃ）の波形は、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の波形の論理和となっている。塩基の種類により波形の位相が異なり、同じ塩基であれば位相は同じとなっている。実際のグラフ図を示す図１４（ｄ）ないし図１４（ｈ）の中では、図１４（ａ）が図１４（ｇ）に相当し、図１４（ｂ）が図１４（ｄ）に相当し、図１４（ｃ）が図１４（ｆ）に相当する。なお、図１４（ｅ）及び図１４（ｈ）は複数人の等量のＤＮＡ断片を混合したプールのグラフ図である。なお、図１４（ｄ）ないし（ｈ）のグラフ図中の点線の曲線は、電気泳動装置の各流路での環境相違により生じる時間のズレを合わせるために別途蛍光標識された塩基により出力された蛍光強度を示す。
【０００５】
図１５はアレルの頻度の比及び頻度解析の問題点の説明図である。図１５（ａ）は４人の各個人毎のＤＮＡ断片に対する測定結果であり、図１５（ｂ）は４人のＤＮＡ断片を混合したプールに対する測定結果である。図１５（ｂ）でピークの高さの比がアレルの頻度の比を示す（ＳＳＣＰの最大の特徴）。図１５（ｃ）は図１５（ａ）に対応するが、前者は後者に比べ相違する波形の位相差が小さい。そうすると、図１５（ｃ）をプールで測定すると図１５（ｄ）のように、合成波となりそれぞれの波形のピークを特定することができない。
【０００６】
このような合成波を波形分離するためには、一般的手法として、波形の形状を仮定（ガウス波形、ローレンツ波形）して計算により求める方法を用いる（合成波の一般的な波形分離法の説明図である図１６（ａ）参照）。波形分離の一般的手法は、例えば、ローレンツ波形、ガウス波形等のコンポーネント波形のパラメータ（ピーク位置、ピーク高さ、半値幅）を変化させながら合成重畳し、対象したスペクトルに最小自乗規範で一致させて求める方法がある。この図１６（ａ）の左側のグラフ図は、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR：Polymerase Chain Reaction）法を用いてある条件下で特定ＤＮＡ領域を増幅した場合の縦軸をＤＮＡ量とし横軸を時間とした図を時間で微分して求めた図である。したがって、図１６（ａ）からどの時点で大きく増幅しているかを読み取ることができる。このような増幅変化を示す図を合成波の一般的な波形分離法を用いることで、分離することで右側のグラフ図を得ることができる。前記した一般的な分離法においては波形の形状を仮定し、その波形に関してもっとも誤差のない波形を求めるために、波形の形状の仮定自体が正確でない場合には大きく誤差が生じる。実際、図１６（ａ）の右側のグラフ図の求めた分離波形を合成しても、完全に図１６（ａ）の左側のグラフ図を得ることができないのは明らかである。この他、特開平８−７５５５１号公報に開示されるローレンツ波形分離法がある。
【０００７】
しかしながら、ＳＳＣＰの測定結果の場合には、波形の形状を仮定できないため前記一般的手法により求めることができない（ＳＳＣＰでの波形分離の問題点の説明図である図１６（ｂ）参照）。なお、図１６（ｂ）は、前記図１４（ｄ）ないし（ｈ）のグラフ図と同様に、縦軸が蛍光強度で横軸が時間であるグラフ図である。
【０００８】
この場合であっても、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、合成波が２種類のホモの波形からなりそれぞれの波形が判明している場合には、それぞれの波形を拡大／縮小して合成波に最も合致する比を求めることでアレルの頻度の比が求まる。
【０００９】
また、図１７（ｃ）（ｄ）に示すように、合成波が１種類のホモの波形及び１種類のヘテロの波形からなりそれぞれの波形が判明している場合には、ホモの波形からヘテロの波形を減算してホモにない塩基の波形を求め、ホモの波形と求めた波形を拡大／縮小して合成波に最も合致する比を求めることができる。ここで、片方のホモの波形が分かっていれば、ヘテロの波形でなくともプールの波形であっても、同様に、ホモにない塩基の波形を求めることができ、比も求めることができる。
【特許文献１】特開平８−７５５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、ホモの波形が判明している場合には、図１７に示す方法でアレルの頻度の比を求めることができる。しかしながら、ホモの波形が判明していない場合においては、図１７に示す方法では波形を分離することができないという課題を有する。したがって、従来においては、ホモの波形を実験により求めた後、すなわち少なくとも一方の基本波形を求めなければ、合成波形を分離してそれぞれの分離波形を求めることができなかった。また、ＳＳＣＰに限って言えば、上記のように実験によりホモの波形を求める必要があり別途実験が増えるだけでなく、検体の中からホモとヘテロを選別する必要があり、その選別が波形に基づく場合には選択する検体がホモになるまで実験を繰り返す必要があり、手間が非常にかかる。
【００１１】
本発明は、一方の基本波形すら判明していない複数合成波形が存在する場合にそれぞれの波形を波形分離することができる波形分離プログラム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】
【００１２】
頻度の異なる２つのプール（Ｐｏｏｌ）をヘテロで波形分離し、波形分離した波形の形状を比較することで両方の波形を求める。
（１）  本発明に係る波形分離プログラムは、第１の合成波形を振幅方向に任意倍する合成波形倍化手段と、当該合成波形倍化手段により任意倍された第１の合成波形と第２の合成波形との差分波形を求める差分波形取得手段と、差分波形のいずれかを第１の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第１の分離候補波形を求める第１の分離候補波形取得手段と、差分波形のいずれかを第２の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第２の分離候補波形を求める第２の分離候補波形取得手段と、第１の分離候補波形と第２の分離候補波形とから合成候補波形を求める合成候補波形取得手段と、合成候補波形と第１の合成波形との第１の誤差を求める第１の誤差取得手段と、合成候補波形と第２の合成波形との第２の誤差を求める第２の誤差取得手段と、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第１の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第１の合成波形の分離波形取得手段と、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第２の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第２の合成波形の分離波形取得手段としてコンピュータを機能させるものである。
【００１３】
したがって、一方の合成波形を任意倍して他方の合成波形との差分波形を求め、求めた差分波形のうち１つを基本波形として仮定しこの基本候補波形を任意倍して分離波形として仮定しこの分離候補波形と同様に求めたもう一つの分離候補波形とを合成し合成波形として仮定し合成候補波形と一方の合成波形とを比較して第１の誤差を求め、他方の合成波形とも比較して第２の誤差を求め、前記各手段を用いて複数の合成候補波形を求めて第１の誤差及び第２の誤差をさらに求め、その中で第１の誤差と第２の誤差との和が最小であり、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じである合成候補波形を特定し、その合成候補波形を構成する分離候補波形を出力するので、２つの頻度比の異なる（構成比の異なる）合成波形が入力された場合に、誤差を基準として各合成波形を構成する分離波形を求めることができる。
頻度比が異なる２つの合成波形としたのは、頻度比が同じ合成波形の場合には他方の合成波形をどのように倍化しても差分の波形が一方の基本波形のみとならないからである。
【００１４】
合成波形倍化手段をｎ回実行してｎ個の倍加した合成波形を求め、差分波形取得手段でｎ個の差分候補波形を求め、それぞれの差分候補波形に対して第１の分離候補波形取得手段をｍ回実行してｍｎ個の第１の分離候補波形を求め、同様に、ｍｎ個の第２の分離候補波形を求め、合成候補波形取得手段を実行してｍ2ｎ2個の合成候補波形を求め、求めた合成候補波形から第１の誤差取得手段を実行してｍ2ｎ2個の第１の誤差を求め、同様に第２の誤差取得手段を実行してｍ2ｎ2個の第２の誤差を求め、第１の合成波形の分離波形取得手段を実行して合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である第１の誤差に係る合成候補波形を１つ特定し、この合成候補波形を構成する分離候補波形を出力し、同様に、第２の合成波形の分離波形取得手段を実行して合成候補波形を構成する分離候補波形を出力する。
【００１５】
前記したように、合成波形倍化手段、差分波形取得手段、第１の分離候補波形取得手段、第２の分離候補波形取得手段、合成候補波形取得手段、第１の誤差取得手段、第２の誤差取得手段は複数実行される。実施の形態ではこれらの手段を用いた処理の流れの一例を示すが、所謂当業者で明らかであるようにループをどのように構成して各手段を実行するかは設計変更に該当する。例えば、後記の処理の流れ以外に、それぞれの各手段毎に所望回数実行して各波形、誤差を順次求める構成にすることもできる。
【００１６】
（２）  本発明に係る波形分離プログラムは必要に応じて、第１の合成波形、又は、第２の合成波形が分離波形であるかを判定する手段としてもコンピュータを機能させ、波形が分離波形であると判定された場合に、前記各手段を実行しないものである。
【００１７】
したがって、対象となる波形が分離波形であるか否かを判定し、分離波形でない場合に、分離波形を求める処理を行っているので、予め分離波形であるか否かを判定し、不要な処理を行うことを防止している。
分離波形であるか否かは波形の連続性にて判定することができる。すなわち、一端波形として立ち上がった後に０値まで立ち下がり、再び波形が立ち上がった場合には、最初の波形と次の波形とは連続しておらず、分離波形であると判定することができる。
【００１８】
（３）  本発明に係る波形分離プログラムは必要に応じて、前記差分波形取得手段を複数実行することで求まる複数の前記第１の基本候補波形、複数の前記第２の基本候補波形の中から、ユーザに指定された求まる基本波形の波形種類の波形形状に合致する候補波形を抽出する候補波形抽出手段としてもコンピュータを機能させるものである。
【００１９】
したがって、各候補波形を求めた後に、ユーザが指定した波形種類の波形形状の候補波形のみを抽出し分離波形を求めるので、候補波形として望ましくない候補波形を初期の処理段階で除外することができ、以降の処理で無駄な処理をする必要がなくなり、全体としてレスポンスが向上する。
波形種類の波形形状に合致するとは、例えば、パターンマッチングの技術を適用してユーザが選択した波形種類の波形形状を略等しい結果を得ることができるということである。
【００２０】
（４）  本発明に係る波形分離プログラムは必要に応じて、前記求めた一方の波形が他方の波形に完全に含まれている場合には、これらの波形が正確に求まっていない可能性がある旨報知する手段としてもコンピュータを機能させるものである。
【００２１】
したがって、一方の分離波形が他方の分離波形に包含される状態にあっては、重複区間における波形の振幅値に信頼性が低いため、適切な分離波形を出力できない場合があり、このような場合にはその旨を出力することで、不適切な分離波形を鵜呑みにしたまま、波形検証を行うことを防止することができる。
【００２２】
（５）  本発明に係る波形分離方法は、第１の合成波形を振幅方向に任意倍する合成波形倍化工程と、当該合成波形倍化工程により任意倍された第１の合成波形と第２の合成波形との差分波形を求める差分波形取得工程と、差分波形のいずれかを第１の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第１の分離候補波形を求める第１の分離候補波形取得工程と、差分波形のいずれかを第２の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第２の分離候補波形を求める第２の分離候補波形取得工程と、第１の分離候補波形と第２の分離候補波形とから合成候補波形を求める合成候補波形取得工程と、合成候補波形と第１の合成波形との第１の誤差を求める第１の誤差取得工程と、合成候補波形と第２の合成波形との第２の誤差を求める第２の誤差取得工程と、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第１の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第１の合成波形の分離波形取得工程と、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第２の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第２の合成波形の分離波形取得工程とを含むものである。この方法は、前記（１）の物の発明のカテゴリを方法の発明のカテゴリにしたものである。
これら前記の発明の概要は、本発明に必須となる特徴を列挙したものではなく、これら複数の特徴のサブコンビネーションも発明となり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
ここで、本発明は多くの異なる形態で実施可能である。したがって、下記の実施形態の記載内容のみで解釈すべきではない。
実施形態では、主にプログラムについて説明するが、所謂当業者であれば明らかな通り、本発明はコンピュータで使用可能なシステム及び方法としても実施できる。また、本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、または、ソフトウェア及びハードウェアの実施形態で実施可能である。プログラムは、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光記憶装置または磁気記憶装置等の任意のコンピュータ可読媒体に記録できる。さらに、プログラムはネットワークを介した他のコンピュータに記録することができる。
【００２４】
［１．波形分離プログラムの概要説明］
本発明は、合成波形が第１の基本波形、第２の基本波形をそれぞれ振幅方向に何倍かしたものを合成した波形であり、少なくとも第１の基本波形と第２基本波形の比率の異なる２つの合成波形が存在する場合に、それぞれの分離波形を求めるアルゴリズムを提供する。例えば、このようなアルゴリズムを使って分離波形を求める必要がある分野として、バイオインフォマティクスの分野がある。勿論、光学分野、電気分野等のその他の分野においても、合成波形から波形分離を求める必要があり、本発明を適用することが可能となる。
バイオインフォマティクスの分野で測定対象とする波形としては、例えば、蛍光標識した塩基を用いて発光強度を測定した測定結果がある。
【００２５】
原則として、ホモは１つの基本波形を振幅方向に２倍した波形となり、ヘテロは２つの基本波形を合成した波形となる。例えば、１つのホモと２つのヘテロからなるＰｏｏｌ１と、１つのホモと４つのヘテロからなるＰｏｏｌ２との単純な差分は２つのヘテロからなる波形が求まる。ここで、Ｐｏｏｌ１を２倍してＰｏｏｌ２を差分すると、１つのホモの波形が求まる。求めた２つの波形をそれぞれ任意倍して合成するとＰｏｏｌ１とＰｏｏｌ２と同じ合成波形があり、このときそれぞれの誤差は略０に等しい。実際にはＰｏｏｌ内の構成比は明らかになっていないため、数多くのトライアンドエラーが必要となり、最終的に誤差が最も小さい合成波形を構成する分離波形が求める波形となる。
【００２６】
図１ないし図４は本実施形態に係る波形分離の説明図である。図１はその中でも発明の概要を説明する。合成波形１、合成波形２の一方を０ないし∞まで任意間隔で拡大／縮小して第１の差分波形を基本候補波形として求め、さらに、同様にして第２の差分波形を求める。第２の差分波形は演算して求めてもよいが、後記の使用動作のように第１の差分波形を用いてもよい。第１の差分波形と第２の差分波形のそれぞれを０ないし∞まで任意間隔で拡大／縮小して合成し、求めた合成波形から実際の合成波形を差分して誤差を求める。誤差が最小値となる求めた合成波形を構成する拡大／縮小された差分波形が分離波形となる。
【００２７】
図２は本発明の説明を簡易に説明するために分離している波形に基づいた説明図となる。本発明は合成波形に用いるが、便宜上分離している波形に基づいて説明する。図２（ａ）を第１の合成波形とし、図２（ｂ）を第２の合成波形とする。図２（ａ）を任意倍して第２の合成波形で差分すると、左側の分離波形の最大振幅値を合わせて振幅方向に倍化した場合に、左側の分離波形が消失し右側の基本波形の成分のみとなる（図２（ｃ）参照）。同様に、図２（ｂ）を任意倍して第１の合成波形で差分すると、右側の分離波形の最大振幅値に合わせて振幅方向に倍化した場合に、右側の分離波形が消失して左側の基本波形の成分のみとなる（図２（ｄ）参照）。
【００２８】
右側の基本波形の成分をｓ倍して図２（ｅ）のようにし、左側の基本波形の成分をｕ倍して図２（ｆ）のようにする。図２（ｅ）と図２（ｆ）とを合成させると、図２（ｇ）の合成候補波形を求めることができる。ｓ倍、ｕ倍の値が適切であれば、求めた合成候補波形は実際の合成波形と合致する。
【００２９】
右側の基本波形の成分をｔ倍して図２（ｈ）のようにし、左側の基本波形の成分をｖ倍して図２（ｉ）のようにする。図２（ｈ）と図２（ｉ）とを合成させると、図２（ｊ）の合成候補波形を求めることができる。ｔ倍、ｖ倍の値が適切であれば、求めた合成候補波形は実際の合成波形と合致する。
【００３０】
図３は本発明を適用することができない事例及び本発明に係るアルゴリズムのポイントを説明する。本発明を適用する必要がないものとして、対象波形が既に分離している場合である（図３（１）参照）。本発明を適用しても不十分な分離波形が出力される可能性としては、一方の波形の定義域が完全に他方の波形の定義域に含まれる場合である（図３（２）参照）。この場合には一方の波形の振幅値と他方の波形の重複定義域部分の振幅値とに信頼性が少ない。したがって、図３底部に示すように、合成波形としては構成する分離波形同士が、重複する部分と重複しない部分を有することが必要となる。
【００３１】
図４は本発明を適用することで可能な計算の説明である。まず、２つのＰｏｏｌ（一方がヘテロであってもよい）により、それぞれの合成波形を構成する分離波形を求めることができる。そうすることで、分離波形の最大振幅値を求めることができる。アレルの頻度比を用いることにより、バイオテクノロジーの分野においては、それぞれの塩基の頻度を求めることができる。
【００３２】
［２．システム構成］
図５は本実施形態に係る波形分離プログラムに用いるシステム構成図の一例である。本実施形態では、各種情報を記録するデータベースを構築している大型コンピュータ１０と、本発明の表示プログラムを実行するパーソナルコンピュータである分析コンピュータ２０と、有線ケーブルで検出器（スキャナー）３１と接続し、この検出器３１で蛍光シグナルを検出し蛍光シグナルの強度を数値化して蛍光強度を取得するパーソナルコンピュータである検出コンピュータ３０とからなる。検出器３１の具体例としては、ＤＮＡシーケンサ、マイクロチップ電気泳動装置がある。
【００３３】
［３．システム構成要素のハードウェア構成］
図６は本実施形態に係るハードウェア構成の一例である。本実施形態では、ＣＰＵ(Central Processing Unit)２１、メインメモリ２２、ハードディスク（HD:Hard Disk）２３、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２４、ディスプレイ２５、キーボード２６、マウス２７及びＬＡＮカード２８をハードウェア構成とする一般的なパーソナルコンピュータを用いている。大型コンピュータ１０及び検出コンピュータ３０も分析コンピュータ２０と同様のハードウェア構成である。分析コンピュータ２０、検出コンピュータ３０は、所謂パーソナルコンピュータであってもよい。大型コンピュータ１０は、例えば、サーバラックに、複数ＣＰＵを配置したラックマウント型サーバ、ハードディスクキャビネット、バックアップキャビネット、ＵＰＳ(Uninterruptible Power Supply)、マウンド台付ディスプレイ及びキーボードを配設した構成であることが望ましい。ただし、大型コンピュータ１０をパーソナルコンピュータで構成することもできる。
【００３４】
［４．モジュール構成図］
図７は本実施形態に係る波形分離プログラムのモジュール構成の一例である。本発明の属する技術分野の当業者であればモジュール構成を適宜変更することができる。
本実施形態に係る波形分離プログラムは、第１の合成波形を振幅方向に任意倍する合成波形倍化手段と、この合成波形倍化手段により任意倍された第１の合成波形と第２の合成波形との差分波形を求める差分波形取得手段と、差分波形のいずれかを第１の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第１の分離候補波形を求める第１の分離候補波形取得手段と、差分波形のいずれかを第２の基本候補波形として振幅方向に任意倍して第２の分離候補波形を求める第２の分離候補波形取得手段と、第１の分離候補波形と第２の分離候補波形とから合成候補波形を求める合成候補波形取得手段と、合成候補波形と第１の合成波形との第１の誤差を求める第１の誤差取得手段と、合成候補波形と第２の合成波形との第２の誤差を求める第２の誤差取得手段と、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第１の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第１の合成波形の分離波形取得手段と、合成候補波形を構成する基本候補波形の組み合せが同じであり、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である場合の第２の誤差に係る合成候補波形を構成する第１の分離候補波形及び第２の分離候補波形とを特定する第２の合成波形の分離波形取得手段としてコンピュータを機能させるプログラムである。また、第１の合成波形、又は、第２の合成波形が分離波形であるかを判定する手段としてもコンピュータを機能させ、波形が分離波形であると判定された場合に、前記各手段を実行しない。
【００３５】
［５．使用動作］
図８ないし図１０は本実施形態に係る波形分離プログラムの動作フローチャートである。前記各手段はそれぞれの機能を果たすが、コンピュータ上ではプロセッサがプログラムを読み込んでその命令に従って動作するため、以下はプロセッサを主体として説明する。
【００３６】
プロセッサ２１が対象となる第１のＰｏｏｌ１と第２のＰｏｏｌ２とが波形分離しているか否かを判断する（ステップ１０１）。波形分離している場合には振幅値が０となっている点が４点あり、１番目の点と２番目の点から第１の分離波形が求まり、３番目の点と４番目の点から第２の分離波形が求まる。よって、波形分離していると判断した場合には、終了するか、プロセッサ２１が求めた波形を単に特定して出力する。波形分離していないと判断した場合には、プロセッサ２１がＰｏｏｌ１をｌ倍する（ステップ１１１）。プロセッサ２１がｌ倍した波形からＰｏｏｌ２を減算し（ステップ１１２）、差分の波形を基本候補波形としてメインメモリ２２上に記録する（ステップ１１３）。プロセッサ２１がｌが１より小さい場合にはｌを０．０１をｍ倍した値とし、ｍを１インクリメントし、それ以外の場合には０．０１をｎ倍した値で１を除算した値をｌとし、ｎをデクリメントする（ステップ１１４）。プロセッサ２１がｎが０か否かを判断する（ステップ１２１）。ｎが０であると判断した場合には丸付き英字Ａに進む。ｎが０でないと判断した場合にはステップ１１１に戻る。これらステップ１１１ないしステップ１２１までの処理により１９９個の倍加したＰｏｏｌ１を求めることができる。ここで、０を含めて２００個求めることができる。複数の倍加した一方のＰｏｏｌを求め、他方のＰｏｏｌで減算して基本候補波形（ここでの基本候補波形は基本波形の１倍とは限らない）を求めることができれば、他のアルゴリズムを使用してもよい。両方のＰｏｏｌをそれぞれ所定倍して減算してもよい。ここでは規則正しく所定数倍ずつしているが、不規則に倍加してもよい。
【００３７】
プロセッサ２１が第１の基本候補波形をｓ倍する（ステップ１３１）。プロセッサ２１が第１の分離候補波形としてメインメモリ２２上に記録する（ステップ１３２）。プロセッサ２１が第２の基本候補波形をｗ倍する（ステップ１４１）。プロセッサ２１が第２の分離候補波形としてメインメモリ２２上に記録する（ステップ１４２）。第１の基本候補波形、第２の基本候補波形としているが、どちらもメインメモリ２２上に記録されている基本候補波形と順次読み出したものである。
【００３８】
プロセッサ２１がメインメモリ２２上に記録された第１の分離候補波形と第２の分離候補波形とを合成して合成候補波形を求める（ステップ１５１）。プロセッサ２１が合成候補波形をＰｏｏｌ１から減算して第１の誤差を求める（ステップ１６１）。プロセッサ２１が現在保持している誤差より第１の誤差が小さい場合にはＰｏｏｌ１の合成候補波形としてメインメモリ２２に記録する。（ステップ１６２）。プロセッサ２１が合成候補波形をＰｏｏｌ２から減算して第２の誤差を求める（ステップ１７１）。プロセッサ２１が現在保持している誤差より第２の誤差が小さい場合にはＰｏｏｌ２の合成候補波形としてメインメモリ２２に記録する。（ステップ１７２）。
【００３９】
プロセッサ２１がｓが１より小さい場合にはｓを０．０１をｔ倍した値とし、ｔを１インクリメントし、それ以外の場合にはｓを０．０１をｕ倍した値で１を除算した値とし、ｕを１デクリメントする（ステップ１８１）。プロセッサ２１がｕが０か否かを判断する（ステップ１８２）。ｕが０でないと判断した場合にはステップ１３１に進む。ｕが０であると判断した場合には次に進む。
【００４０】
プロセッサ２１がｖが１より小さい場合にはｖを０．０１をｗ倍した値とし、ｗを１インクリメントし、それ以外の場合にはｖを０．０１をｘ倍した値で１を除算した値とし、ｘを１デクリメントする（ステップ１９１）。プロセッサ２１がｘが０か否かを判断する（ステップ１９２）。ｘが０でないと判断した場合にはステップ１３１に進む。ｘが０であると判断した場合には次に進む。
【００４１】
プロセッサ２１が現在メインメモリ２２に記録しているＰｏｏｌ１の合成候補波形及びＰｏｏｌ２の合成候補波形を現在のループの基本候補波形の組み合わせの合成候補波形としてメインメモリ２２に記録する（ステップ２０１）。
プロセッサ２１が第１の波形があるか否かを判断する（ステップ２１１）。第１の波形があると判断した場合には、プロセッサ２１が次の第１の基本候補波形を対象とし（ステップ２１２）、ステップ１３１に戻る。
【００４２】
ステップ２１１で第１の基本候補波形がないと判断した場合には、プロセッサ２１が第２の波形があるか否かを判断する（ステップ２２１）。第２の波形があると判断した場合には、プロセッサ２１が次の第２の基本候補波形を対象とし（ステップ２２２）、ステップ１３１に戻る。
プロセッサ２１がステップ２０１で記録した現在のループの基本候補波形の組み合わせの合成候補波形のうち、第１の誤差と第２の誤差との和が最小である基本候補波形の組み合わせの合成候補波形を特定する（ステップ２３１）。
【００４３】
プロセッサ２１が特定した合成候補波形のうちＰｏｏｌ１に係る分離波形を出力する（ステップ２３２）。
プロセッサ２１が特定した合成候補波形のうちＰｏｏｌ２に係る分離波形を出力する（ステップ２３３）。
【００４４】
［６．本実施形態の効果］
このように本実施形態に係る波形分離プログラムによれば、頻度の異なる（構成比の異なる）Ｐｏｏｌが２つあれば、それぞれのＰｏｏｌを倍化して差分を複数求めて基本候補波形として仮定し、複数の中から基本候補波形を選択して倍化し分離候補波形を複数求め、分離候補波形を合成して合成候補波形を複数求め、それぞれのＰｏｏｌと比較して誤差を求め、最小の誤差に基づき合成候補波形を限定し、さらに、限定した合成候補波形の中から誤差を比較して最も小さい誤差を有する合成候補波形をＰｏｏｌ１及びＰｏｏｌ２とするので、何ら追加の実験も必要なく合成波形からそれらを構成する分離波形を求めることができる。
【００４５】
［７．その他の例］
［７．１  ユーザ指定の波形形状による基本候補波形の限定］
前記実施形態においては、どのような波形形状であっても基本候補波形を求めた後に以降の処理が実行されるが、予め波形の種類をユーザが指定しておき、ユーザが指定した波形形状にまったく合致しない基本候補波形を除外することで、以降の処理を除外した基本候補波形について省くことができる。逆に、積極的に合致しない波形形状を選択する構成にすることもできる。ユーザが波形種類を選択可能に波形分類に基づいて各波形形状をディスプレイ２５に選択可能に表示することが好ましい。なお、合致するか否かはパターンマッチングを用いることができる。この技術は、本発明の本質的部分でなく、かつ、様々な周知技術として存在し当業者は種々の周知技術を採ることができ、ここでは詳細な説明は省略する。また、波形特性を利用して合致するかしないかを判断することもできる。
【００４６】
［７．２  検体数を用いるやり方］
前記実施形態においては、検体数のことについて説示していないが、検体数を用いることで演算のオーダ数を低減することができる。すなわち、検体数がｎの場合には、ある合成波形について一方の分離波形と他方の分離波形が（ｎ、０）、（ｎ−１、１）、・・・、（１、ｎ−１）、（０、ｎ）のいずれかの関係を有する。これは、合成波形、分離波形が整数倍の基本波形からなることに基づく。例えば、２つの合成波がそれぞれ（ｎ−３、３）、（４、ｎ−４）の関係を有すると仮定した場合には、一方の合成波形を倍化する値が一意に求まる。他方の合成波形を倍化する値も一意に求まる。したがって、それぞれの合成波の組合せで２つの倍化する値が一意に求まり、前記合成波形倍化手段で任意に倍化する必要がなくなる。また、同様に、分離候補波形取得手段で倍化する値も一意に求まる。したがって、オーダ数に強く相関する倍化回数が一意に定まることによって、相当のオーダ数を低減することができる。つまり、合成波形の基本波形の構成比を仮定して合成波形倍化手段での倍化の値を求める手段、さらに、（求まった差分波形が一方の基本波形の何倍であるかが判明しているので）分離候補波形取得手段での分離波形にすべき倍化の値を求める手段をさらに備えることで、プロセッサ２１により少ない演算回数でレスポンスの良く分離波形を求めることができる。
【００４７】
［７．３  アレルの頻度比のための補正］
前記実施形態においては、分離波形を出力するまでの使用動作を説明したが、それぞれの分離波形の最大振幅値（ピーク値）からアレルの頻度比を用いて各塩基の構成比を求めることができるので、各塩基の構成比まで出力することができる。ある塩基の基本波形のピーク値と他の塩基の基本波形のピーク値が略同一として説明してきたが、若干に微差が生じることもある。この微差を補正することができる。例えば、一方のピーク値をＡとし、他方のピーク値をＢとすると、一方のピーク値をＢ／Ａ倍することでピーク値の比が１：１になる。逆に、他方のピーク値をＡ／Ｂ倍することで同様にピーク値の比が１：１になる。したがって、求めた分離波形の一方に（他方の基本波形のピーク値／一方の基本波形のピーク値）倍することで補正することができる。ここで、分離波形の一方は、一方の基本波形の成分とする。
また、各塩基の構成比が分かることにより、各遺伝子型の頻度の算出をHardy-Weinbergの法則に従い求めることができる。例えば、アレル頻度がＡ＝０．８であり、Ｔ＝０．２とすると、ＡＡ＝０．６４、ＡＴ＝０．３２、ＴＴ＝０．０４となる。
【００４８】
以上の前記各実施形態により本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は実施形態に記載の範囲には限定されず、これら各実施形態に多様な変更又は改良を加えることが可能である。そして、かような変更又は改良を加えた実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。このことは、特許請求の範囲及び課題を解決する手段からも明らかなことである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る波形分離の説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る波形分離の説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る波形分離の説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る波形分離の説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る波形分離プログラムに用いるシステム構成図の一例である。
【図６】本発明の実施形態に係るハードウェア構成の一例である。
【図７】本発明の実施形態に係る波形分離プログラムのモジュール構成の一例である。
【図８】本発明の実施形態に係る波形分離プログラムの動作フローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る波形分離プログラムの動作フローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態に係る波形分離プログラムの動作フローチャートである。
【図１１】ゲノムの説明図である。
【図１２】ＳＮＰｓの説明図である。
【図１３】ＳＳＣＰの説明図である。
【図１４】ＳＳＣＰの説明図である。
【図１５】アレルの頻度の比及び頻度解析の問題点の説明図である。
【図１６】合成波の一般的な波形分離法及びＳＳＣＰでの波形分離の問題点の説明図である。
【図１７】ＳＳＣＰにおける波形分離の説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  データベースを構築している大型コンピュータ
２０  分析コンピュータ
２１  ＣＰＵ（プロセッサ）
２２  メインメモリ
２３  ハードディスク
２４  ＣＤ−ＲＯＭドライブ
２５  ディスプレイ
２６  キーボード
２７  マウス
２８  ＬＡＮカード
３０  検出コンピュータ
【図１】
2007093555.tif 000003
【図２】
2007093555.tif 000004
【図３】
2007093555.tif 000005
【図４】
2007093555.tif 000006
【図５】
2007093555.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007093555.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007093555.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007093555.tif 000015
【図１４】
2007093555.tif 000016
【図１５】
2007093555.tif 000017
【図１６】
2007093555.tif 000018
【図１７】
2007093555.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月31日(2006.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
生物は無数の細胞から構成されている。細胞の中には核が存在し、この核の中に染色体が存在する。染色体を構成するＤＮＡはりん酸とデオキシリボースからなる２本の鎖が螺旋し、内部に４種類の塩基を有し、一方の鎖の塩基と他方の鎖の塩基とが水素結合したものである。人には４６本（常染色体２２本＊２，性染色体２本）の染色体が存在し、この染色体全体をゲノムという。図１１はゲノムの説明図である。図１１（ａ）左側にＤＮＡの模式図を示し、右側に各塩基の化学式を示した。なお、図１１（ａ）に示す塩基配列を配列番号１とする。図１１（ｂ）は人の染色体である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
図１２はＳＮＰｓの説明図である。ＳＮＰｓ(Single Nucleotide Polymorphism)とは、ヒトのゲノム中に散在する単一の塩基対の多様性のことである。全ゲノム(約３０億塩基)中９９．９［％］の塩基配列は等しく、０．１［％］(約３００万塩基)の塩基配列で個人間で差が存在する。図１２では、例示として、Ａさんの染色体の塩基とＢさんの染色体の塩基とで、４番目の塩基が異なりその他の塩基が同一であることを示している。このような塩基配列の僅かな差が、アルコール耐性の差やタバコによる毒性の出現頻度、アルツハイマー病(Alzheimer's disease)等の原因とされている。なお、図１２に示す塩基配列を配列番号２及び配列番号３とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
図１３及び図１４はＳＳＣＰの説明図である。ＳＳＣＰ(Single Strand Conformation Polymorphism：一本鎖ＤＮＡ高次構造多型解析)とは遺伝子の突然変異を検出する方法であって、長さが等しいＤＮＡ断片を一本鎖に変性して電気泳動で分離し検出する。電気泳動すると分子が持つ電荷の違いにより移動速度が異なることを根拠としている。たとえば、図１３に示すように特定の塩基に蛍光標識し一本鎖に変性したＤＮＡ断片を配置したチップ上の流路に電圧を印加して所望方向に電気泳動させて光検出素子にて測定する。一般的に用いられている装置として、ＤＮＡシーケンサ、マイクロチップ電気泳動装置がある。図１４は測定結果を示す。図１４（ａ）（ｂ）のホモの塩基配列の場合には一つの波形が出力されている。図１４（ａ）の波形と図１４（ｂ）を比較すると分かるように、塩基の相違により出力される波形の位相が異なる。図１４（ｃ）のへテロの塩基配列の場合には二つの波形が出力されている。図１４（ｃ）の波形は、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の波形の論理和となっている。塩基の種類により波形の位相が異なり、同じ塩基であれば位相は同じとなっている。実際のグラフ図を示す図１４（ｄ）ないし図１４（ｈ）の中では、図１４（ａ）が図１４（ｇ）に相当し、図１４（ｂ）が図１４（ｄ）に相当し、図１４（ｃ）が図１４（ｆ）に相当する。なお、図１４（ｅ）及び図１４（ｈ）は複数人の等量のＤＮＡ断片を混合したプールのグラフ図である。なお、図１４（ｄ）ないし（ｈ）のグラフ図中の点線の曲線は、電気泳動装置の各流路での環境相違により生じる時間のズレを合わせるために別途蛍光標識された塩基により出力された蛍光強度を示す。なお、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示す塩基配列を、それぞれ、配列番号４及び配列番号５とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】配列表
【補正方法】追加
【補正の内容】
【配列表】
2007093555000001.app