(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に固定された生体物質をモニタリング対象となる環境に曝すステップと、
前記生体物質の損傷程度を測定するステップと、
前記測定された損傷程度に基づいて、前記環境が生体に与える影響を評価するステップと
を包含する、環境モニタリング方法であって、
ここで、前記生体物質の損傷程度を測定するステップは、
（ａ）前記基板の画像を入力するステップと
（ｂ）前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出するステップと、
（ｃ）前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求めるステップと、
（ｄ）複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定するステップと、
（ｅ）前記複数の線分の長さの合計を求めるステップと、
（ｆ）前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価するステップと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記生体物質は、核酸または核酸類似体である、請求項１に記載の環境モニタリング方法。
【請求項３】
前記生体物質は、ＤＮＡである、請求項１に記載の環境モニタリング方法。
【請求項４】
基板に固定された生体物質の損傷程度を測定する方法であって、
（ａ）前記基板の画像を入力するステップと、
（ｂ）前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出するステップと、
（ｃ）前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求めるステップと、
（ｄ）複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定するステップと、
（ｅ）前記複数の線分の長さの合計を求めるステップと、
（ｆ）前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価するステップと
を包含する、方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ１）前記複数の線分から、第１の線分を任意に選択するステップと、
（ｄ２）前記複数の線分から、前記第１の線分とは異なる第２の線分を任意に選択するステップと、
（ｄ３）前記第１の線分の傾きと前記第２の線分の傾きとが実質的に等しいか否かを判定するステップと、
（ｄ４）前記第１の線分の傾きと前記第２の線分の傾きとが実質的に等しい場合には、前記第１の線分の両端の点のうちから第１の点を任意に選択し、かつ、前記第２の線分の両端の点のうちから第２の点を任意に選択するステップと、
（ｄ５）前記第１の点と、前記第２の線分を含む直線との距離が第１の閾値以下であるか否かを判定するステップと、
（ｄ６）前記第２の点と、前記第１の線分を含む直線との距離が前記第１の閾値以下であるか否かを判定するステップと、
（ｄ７）前記第１の点の前記第２の線分を含む前記直線への垂線の足が前記第２の線分に含まれるか否かを判定するステップと、
（ｄ８）前記第２の点の前記第１の線分を含む前記直線への垂線の足が前記第１の線分に含まれるか否かを判定するステップと、
（ｄ９）前記第１の点と前記第２の点との距離が第２の閾値以下であるか否かを判定するステップと、
（ｄ１０）前記ステップ（ｄ５）および前記ステップ（ｄ６）における判定がともに「Ｙｅｓ」であり、前記ステップ（ｄ７）および前記ステップ（ｄ８）における判定がともに「Ｎｏ」であり、前記ステップ（ｄ９）における判定が「Ｙｅｓ」である場合に、前記第１の点と前記第２の点との組を損傷箇所として特定するステップと、
（ｄ１１）前記第１の線分の第１の点と前記第２の線分の第２の点とのすべての組み合わせについて、前記ステップ（ｄ４）〜前記ステップ（ｄ１０）を実行するステップと、
（ｄ１２）前記複数の線分の第１の線分と第２の線分とのすべての組み合わせについて、前記ステップ（ｄ２）〜前記ステップ（ｄ１１）を実行するステップと
を包含する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ１４）前記ステップ（ｄ１０）において特定された損傷箇所の集合のうち、同一の点を含む複数の損傷箇所があるか否かを判定するステップと、
（ｄ１５）前記ステップ（ｄ１４）における判定が「Ｙｅｓ」である場合には、前記複数の損傷箇所のうち、第１の点と第２の点との距離が最小の損傷個所以外の損傷個所を前記特定された損傷箇所の集合から除去するステップと
をさらに包含する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記生体物質は、核酸または核酸類似体である、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記生体物質は、ＤＮＡである、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
基板に固定された生体物質の損傷程度を測定する装置であって、
前記基板の画像を入力する手段と、
前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出する手段と、
前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求める手段と、
複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定する手段と、
前記複数の線分の長さの合計を求める手段と、
前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価する手段と
を含む、装置。
【請求項１０】
基板に固定された生体物質の損傷程度を測定する測定処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記測定処理は、
（ａ）前記基板の画像を入力するステップと、
（ｂ）前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出するステップと、
（ｃ）前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求めるステップと、
（ｄ）複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定するステップと、
（ｅ）前記複数の線分の長さの合計を求めるステップと、
（ｆ）前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価するステップと
を包含する、プログラム。
【請求項１１】
基板に固定された生体物質の損傷程度を測定する測定処理をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記測定処理は、
（ａ）前記基板の画像を入力するステップと、
（ｂ）前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出するステップと、
（ｃ）前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求めるステップと、
（ｄ）複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定するステップと、
（ｅ）前記複数の線分の長さの合計を求めるステップと、
（ｆ）前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価するステップと
を包含する、記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、環境モニタリング方法、生体物質の損傷程度を測定する方法、装置、プログラムおよび記録媒体に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、基板上に固定した核酸をモニタリング対象環境に曝し、核酸に生じる損傷から環境をモニタリングする方法、装置、プログラムおよび記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現代社会において我々が生活する環境には、化学物質のような化学的因子、電子線等の放射線、電磁波などの物理的因子、微生物などの生物学的因子のように、様々な環境因子が存在する。近年、人体または環境に悪影響を及ぼすと考えられるこれらの因子に対する危機感が高まっており、様々な調査、報告がなされている。
【０００３】
化学物質は、今や産業廃棄物、工業排水、排ガスなどに限らず、保存料などの食品添加物、各種の医農薬品、洗剤、化粧品等の香粧品、建築建材の防腐剤および塗料などのあらゆる形態で我々の生活に浸透しており、近年、これらの化学物質の人体および環境への影響が懸念されている。これらの化学物質の安全性については、従来、微生物、実験動物を用いた試験による評価が一般的に行われていた。また、大気または河川、あるいは各種製品中の化学物質の量については、種々の化学的分析方法により測定されている。これらの試験、測定方法はいずれも煩雑な操作および長期間を要し、リアルタイムでの測定が困難であるという問題があった。さらに、人体への直接的および遺伝的影響を正確に知るためには、過敏症等の症状があらわれた患者に対して種々の候補物質を接触あるいは投与して原因物質を特定したり、反応性を判断したりするしかなく、患者に多大な苦痛を強いる上、検査結果が得られるまでに長時間を要するという問題があった。
【０００４】
ウイルス、細菌のような微生物も環境因子として注目されている。ウイルス、細菌などは、食中毒、疾患の原因であるだけでなく、発癌因子として作用する場合もあり、人体および環境への短期的および中長期的な影響が懸念されている。これらの微生物の安全性については、化学物質同様、従来、実験動物を用いた試験による評価が一般的に行われている。また、免疫学的アッセイ（例えば、ウェスタンブロットなど）、分子生物学的アッセイ（例えば、ノーザンブロット、サザンブロット、ＰＣＲなど）のバイオテクノロジー技術を用いた評価も行われている。これらの試験、測定方法はいずれも煩雑な操作および長期間を要し、リアルタイムでの測定が困難であるという問題があった。さらに、人体への直接的および遺伝的影響を正確に知るためには、過敏症、発癌などの症状があらわれた患者に対して直接、その微生物の反応性を判断すること以外に有効な方法はほとんどなく、この方法は患者に多大な苦痛を強いる上、検査結果が得られるまでに長時間を要するという問題がある他に、倫理的問題もある。
【０００５】
電磁波はその波長に応じて種類の異なる様々なものが、我々の生活における多様な分野で利用されている。波長〜１０-8ｍ程度のγ線（放射線、宇宙線）やＸ線、１０-8〜４×１０-7ｍの紫外線、４×１０-7〜８×１０-7ｍの可視光、８×１０-7〜１０-3ｍの赤外線、１０-3〜１０-1ｍのマイクロ波、１０-1〜１０4ｍの電波に分けられる。中でも、通信用に用いられる電波に関しては、携帯電話および携帯端末の普及とともに、近年、その人体に与える影響が懸念されている。また、電子レンジに利用されるマイクロ波についても、最近になってその人体への影響が心配されている。しかし腫瘍、免疫疾患などの生理的状態とこれらの電磁波の具体的な因果関係については、これまでのところ明らかになっていないのが実情である。さらに、放射線については、原子力施設、医療施設など放射線を取り扱う施設での放射線障害の危険性を考えると、社会不安の大きな要因であるといわざるを得ない。
【０００６】
放射線には、自然界に存在する自然放射線、および人為的に利用される放射性同位元素からの放射線、加速器等によって人工的に作られた人工放射線がある。自然放射線は、人類が太古から浴びてきたものであり、太陽や銀河系宇宙から地球に降り注ぐさまざまな放射線（宇宙線）と、その大部分を占める高速の陽子線が大気中の窒素や酸素の原子核と衝突して作り出される高エネルギーの原子核、中性子、中間子、γ線といった二次宇宙線、さらには、大地に含まれるウラン、トリウム、カリウム４０などの天然の放射性同位元素から出されるγ線などがある。
【０００７】
一方、放射線は微量のものも含めれば、様々な分野で人工的に利用されている。例えば夜光時計の文字盤、蛍光灯のスタータ、カメラのストロボ充電表示用の表示管、煙探知器などは、いずれも微量のγ線またはα線を放出する放射性同位元素を利用したものである。また、テレビおよびパソコンのモニターなどのブラウン管は、電子線を利用したものである。さらに、ほとんどすべての疾患に対して行われ、集団検診でも実施されるＸ線撮影では、比較的大量の人工放射線が利用されている。したがって、一般的に認識されている以上に、我々は日常生活において放射線に曝されているのである。
【０００８】
１９９２年の調査によれば、日本人の放射線被ばくの平均的割合は、３９％が自然放射線によるもの、５９％がＸ線撮影やＣＴスキャン、放射線治療のような医療放射線によるものであり、残る２％に、職業上の被ばく、航空機の利用による宇宙線の被ばく、一般消費材からの微量放射線によるものなどが含まれる。
【０００９】
近年、石油資源の枯渇が懸念され、新たなエネルギー源として、原子力が検討されている。また、癌治療を始めとする医療分野でも放射線の有効性がますます注目されている。しかし、原子力施設における放射線漏れやＪＣＯ事故における作業者の大量被ばく等により、作業者や施設付近の住民の問で、放射線に対する不安感や危機感が高まっており、施設内の安全管理や作業環境および付近の放射線量の検知が社会的に重要な課題となっている。
【００１０】
放射線は、呼吸によって大気中の放射性同位元素を吸い込んだり、飲食物を通じて体内に取り込んだり、宇宙線、大地または放射性降下物からのγ線を体外から浴びたりすることにより、人体に影響を及ぼすおそれがある。人体への影響には、大きく分けて、本人に現れる身体的、生理的影響とその子孫に影響が現れる遺伝的影響があり、身体的、生理的影響には急性影響と晩発影響がある、前記のとおりに、我々の日常生活における放射線被ばくは、医療診断および自然界からのものが大半を占め、通常人体に影響を及ぼさない程度のものであるが、放射線には色も臭いもないため、放射線施設・設備の安全管理、作業者および周辺住民の放射線防護、あるいは社会的不安の除去のためにも施設内外の放射線量の正確な測定が重要といえる。
【００１１】
従来の放射線量測定ではその蛍光、写真、電離作用を利用する方法が用いられてきた。具体的には、蛍光体に生じる蛍光を測定するシンチレーションカウンター（蛍光作用）、フィルムバッジ（写真作用）、気体の電離を測定するＧＭ計数管（電離作用）などが代表的な放射線量測定方法として挙げられる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の環境検出器はいずれも、その環境因子に応じて異なったものが用いられている。例えば、放射線の場合、放射線の線種、線質、線量に応じて異なったものが使用されており、人体への影響を評価する場合には、放射線荷重係数、組織荷重係数で補正し、実効線量を算出する必要があった。化学的因子の検出では、その化学的因子に応じたアッセイ系を構築する必要があった。また、既存の方法は遺伝子のような生体物質への影響を直接的に測定するものではなく、間接的に評価しているにすぎないため、遺伝的影響および晩発影響に関わるより実際的な放射線量の評価ができないという問題があった。
【００１３】
原子力施設および診療用放射線施設の安全管理、ならびに作業者および付近住民の放射線防護を図る上で、ＤＮＡを始めとする核酸のような生体物質への放射線のような環境因子の影響を直接的、かつ簡便に、精度高く評価できる方法の開発は重要と考えられる。
【００１４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解決するものとして、環境全体、ならびに微生物、化学物質、電磁波、放射線などの環境因子による核酸のような生体物質への影響をも評価でき、高い検出感度を有する環境モニタリング方法を提供することを目的としている。
【００１５】
さらに、本発明は、そのような環境モニタリング方法において使用することが可能な、生体物質の損傷程度を自動的に測定することができる方法、装置、プログラムおよび記録媒体を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の環境モニタリング方法は、基板に固定された生体物質をモニタリング対象となる環境に曝すステップと、前記生体物質の損傷程度を測定するステップと、前記測定された損傷程度に基づいて、前記環境が生体に与える影響を評価するステップとを包含し、これにより、上記目的が達成される。
【００１７】
前記生体物質の損傷程度を測定するステップは、（ａ）前記基板の画像を入力するステップと（ｂ）前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出するステップと、（ｃ）前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求めるステップと、（ｄ）複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定するステップと、（ｅ）前記複数の線分の長さの合計を求めるステップと、（ｆ）前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価するステップとを包含してもよい。
【００１８】
前記生体物質は、核酸または核酸類似体であってもよい。
【００１９】
前記生体物質は、ＤＮＡであってもよい。
【００２０】
本発明の生体物質の損傷程度を測定する方法は、基板に固定された生体物質の損傷程度を測定する方法であって、（ａ）前記基板の画像を入力するステップと（ｂ）前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出するステップと、（ｃ）前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求めるステップと、（ｄ）複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定するステップと、（ｅ）前記複数の線分の長さの合計を求めるステップと、（ｆ）前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価するステップとを包含し、これにより、上記目的が達成される。
【００２１】
前記ステップ（ｄ）は、（ｄ１）前記複数の線分から、第１の線分を任意に選択するステップと、（ｄ２）前記複数の線分から、前記第１の線分とは異なる第２の線分を任意に選択するステップと、（ｄ３）前記第１の線分の傾きと前記第２の線分の傾きとが実質的に等しいか否かを判定するステップと、（ｄ４）前記第１の線分の傾きと前記第２の線分の傾きとが実質的に等しい場合には、前記第１の線分の両端の点のうちから第１の点を任意に選択し、かつ、前記第２の線分の両端の点のうちから第２の点を任意に選択するステップと、（ｄ５）前記第１の点と、前記第２の線分を含む直線との距離が第１の閾値以下であるか否かを判定するステップと、（ｄ６）前記第２の点と、前記第１の線分を含む直線との距離が前記第１の閾値以下であるか否かを判定するステップと、（ｄ７）前記第１の点の前記第２の線分を含む前記直線への垂線の足が前記第２の線分に含まれるか否かを判定するステップと、（ｄ８）前記第２の点の前記第１の線分を含む前記直線への垂線の足が前記第１の線分に含まれるか否かを判定するステップと、（ｄ９）前記第１の点と前記第２の点との距離が第２の閾値以下であるか否かを判定するステップと、（ｄ１０）前記ステップ（ｄ５）および前記ステップ（ｄ６）における判定がともに「Ｙｅｓ」であり、前記ステップ（ｄ７）および前記ステップ（ｄ８）における判定がともに「Ｎｏ」であり、前記ステップ（ｄ９）における判定が「Ｙｅｓ」である場合に、前記第１の点と前記第２の点との組を損傷箇所として特定するステップと、（ｄ１１）前記第１の線分の第１の点と前記第２の線分の第２の点とのすべての組み合わせについて、前記ステップ（ｄ４）〜前記ステップ（ｄ１０）を実行するステップと、（ｄ１２）前記複数の線分の第１の線分と第２の線分とのすべての組み合わせについて、前記ステップ（ｄ２）〜前記ステップ（ｄ１１）を実行するステップとを包含してもよい。
【００２２】
前記ステップ（ｄ）は、（ｄ１４）前記ステップ（ｄ１０）において特定された損傷箇所の集合のうち、同一の点を含む複数の損傷箇所があるか否かを判定するステップと、（ｄ１５）前記ステップ（ｄ１４）における判定が「Ｙｅｓ」である場合には、前記複数の損傷箇所のうち、第１の点と第２の点との距離が最小の損傷個所以外の損傷個所を前記特定された損傷箇所の集合から除去するステップとをさらに包含してもよい。
【００２３】
前記生体物質は、核酸または核酸類似体であってもよい。
【００２４】
前記生体物質は、ＤＮＡであってもよい。
【００２５】
本発明の生体物質の損傷程度を測定する装置は、基板に固定された生体物質の損傷程度を測定する装置であって、前記基板の画像を入力する手段と、前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出する手段と、前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求める手段と、複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定する手段と、前記複数の線分の長さの合計を求める手段と、前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価する手段とを含み、これにより、上記目的が達成される。
【００２６】
本発明のプログラムは、基板に固定された生体物質の損傷程度を測定する測定処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記測定処理は、（ａ）前記基板の画像を入力するステップと、（ｂ）前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出するステップと、（ｃ）前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求めるステップと、（ｄ）複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定するステップと、（ｅ）前記複数の線分の長さの合計を求めるステップと、（ｆ）前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価するステップとを包含し、これにより、上記目的が達成される。
【００２７】
本発明の記録媒体は、基板に固定された生体物質の損傷程度を測定する測定処理をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記測定処理は、（ａ）前記基板の画像を入力するステップと、（ｂ）前記画像から、前記生体物質の断片に対応する複数の領域を検出するステップと、（ｃ）前記複数の領域のそれぞれを代表する線分を求めるステップと、（ｄ）複数の線分の位置関係に基づいて、前記生体物質の損傷箇所を特定するステップと、（ｅ）前記複数の線分の長さの合計を求めるステップと、（ｆ）前記特定された損傷箇所の個数と前記複数の線分の長さの合計とに基づいて、前記生体物質の損傷程度を評価するステップとを包含し、これにより、上記目的が達成される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の環境モニタリング方法では、ＤＮＡなどの核酸を含む生体物質に注目し、微生物のような生物学的因子、化学物質のような化学的因子、放射線のような物理的因子などの環境因子の総体である環境または個々の環境因子が核酸に与える損傷の度合いを検出することにより、その環境または環境因子と生体物質の損傷度との関係を明らかにし、化学種、線種、線質、微生物種の違いを考慮することなく生物への損傷度を評価することができるものである。
【００２９】
従来、放射線量測定方法として用いられてきたフィルムバッジやガラス線量計等では、物理量を測定することにより、種々の係数を用いて、生物への影響を間接的に予測することが可能であったが、この出願の発明の環境モニタリング方法では、核酸のような生体物質への影響度を直接測定することができるため、生物レベルでの影響に関して極めて正確な評価が可能となる。また、この出願の発明の環境モニタリング方法は、核酸のような生体物質の損傷の検出において煩雑な生化学的操作を必要とせず、微細な基板上に固定した核酸を直接的に、あるいは蛍光色素等を用いて、可視化することにより損傷を簡便に検出および定量をすることができる。
【００３０】
本明細書において用いられる用語は、本明細書において特に言及しない限り通常当該分野において用いられるのと同じ意味で用いられている。以下、本明細書において用いられる特定の用語を定義する。
【００３１】
本明細書において、「生体物質」とは、生物内に存在する物質またはその等価物をいう。従って、本明細書では、生体物質は、天然に存在する状態のものでもよく、単離された状態のものでもよいが、天然に存在する生体物質を同じ働きをするのであれば人工的に合成されたものでもよい。生体物質としては、ＤＮＡ、ＲＮＡなどの核酸、またはホスホロアミデートＤＮＡ、ホスホロチオエートＤＮＡなどの核酸類似体、ペプチド、ポリペプチドまたはタンパク質、脂質、糖、低分子量物質、およびそれらの複合体が挙げられるがそれらに限定されない。生体物質の損傷とは、その生体物質の本来の構造から変化したことをいう。生体物質の損傷は代表的には、生体物質の切断という形態であり得る。なお、本明細書では、ポリペプチド、ペプチドおよびタンパク質は、互換的に用いられ、アミノ酸またはその等価物のポリマーをいう。本明細書では、「核酸類似体」とは、生体内で核酸と等価な働きをする物質をいい、例えば、ホスホロアミデートＤＮＡ、ホスホロチオエートＤＮＡが例示される。
【００３２】
本明細書において「環境」とは、当該分野において使用される意味と同義で使用され、生物が生存する周囲の環境を意味する。環境には、種々の「環境因子」が存在する。本明細書において「環境因子」とは、環境を構成する種々の物理的因子、化学的因子、生物学的因子などをいう。物理的因子としては、例えば、放射線、電磁波、赤外線、紫外線、可視光線、磁場、音振動、温度、湿度などが挙げられる。化学的因子としては、有害ガス、蒸気、毒物、劇物、添加物（食品添加物、医薬品添加物など）、粉塵などの種々の化学物質、および生体物質が由来する宿主生物中に存在する他の物質が挙げられる。生物学的因子としては、ウイルス、細菌、真菌、原生動物、真核生物（例えば、酵母、植物、動物など）などが挙げられる。
【００３３】
本明細書において環境をモニタリングする際は、環境全体の生体物質への影響をモニタリングすることもできるが、ある特定の環境因子に注目し、その環境因子の有無または比較可能な差異がある複数の量を含む環境を提供し、次いでそれらの複数の環境をモニタリングおよび比較することにより、その特定の環境因子のその生体物質への影響をモニタリングすることができる。ここで、その特定の環境因子は複数であってもよい。
【００３４】
生体物質の一例として、核酸の中でも遺伝子の本体であるＤＮＡを例に挙げれば、一般にＤＮＡの切断は放射線量が数Ｇｙ以下の場合でも起こるが、溶液中での吸光度変化または電気泳動などの生化学的手法によりＤＮＡ切断を検出するには１００Ｇｙ以上の放射線照射が必要となる。核酸の損傷を顕微鏡等の下で直読するこの出願の発明の環境モニタリング方法を用いることにより、放射線の検出感度を飛躍的に向上させることが可能なのである。同様に、化学物質についても、基板上に固定されたＤＮＡなどの核酸のような生体物質を直接化学物質に曝露し、その損傷を直読することができることから、感度高い検出が可能となるのである。
【００３５】
この出願の発明の環境モニタリング方法は、基板上に放射線の影響を測定したい対象生物の細胞核、染色体から得られるＤＮＡ、クローニング、あるいは合成により得られるＤＮＡ、ＲＮＡなどの核酸または核酸類似体、ポリペプチドのような生体物質を固定し、この生体物質固定基板をモニタリングしたい環境（または環境因子の存在）下に曝した後、生体物質固定基板におけるその生体物質の損傷を検出、測定するものである。具体的には、例えば生体物質としてＤＮＡまたはＲＮＡを用いるとき、ＤＮＡ（またはＲＮＡ）固定基板に放射線を照射したり、化学物質を含有する溶液を塗布したりして、ＤＮＡ（またはＲＮＡ）の断片化を蛍光顕微鏡または高感度ＣＣＤカメラ、走査型プローブ顕微鏡等で検出および／または測定をすることができる。このとき、ＤＮＡ固定基板にインターカレーターを接触させれば、ＤＮＡのらせん構造が歪み、モニタリング環境による損傷を受けてＤＮＡの切断が生じやすくなるため、好ましい。また、インターカレーターとして蛍光色素を選択すれば、核酸の損傷が可視化されるため、蛍光顕微鏡または高感度ＣＣＤカメラなどでの検出および／または測定が容易となる。蛍光色素ではないインターカレーターを用いる場合には、走査型プローブ顕微鏡などで損傷を検出および／または測定できる。また、高線量の放射線を検出する場合など、目的に応じてインターカレーターは省略してもよい。
【００３６】
この出願の発明の環境モニタリング方法において、生体物質固定基板を環境モニタリング用プローブとして使用するためには、好ましくは（１）核酸のような生体物質が絡まることなく固定されること、（２）核酸のような生体物質が操作中に物理的な切断を受けることなく、長さを保った状態にあること、および（３）顕微鏡等の手段により観察できる程度に可視化することが可能であることが必要である。したがって、ＤＮＡを生体物質として用いる場合を例示すれば、基板表面に固定された生体物質は、繊維状態（直鎖状）を保持していることが好ましく、このような条件を満たすためには、ＤＮＡとして繊維状ＤＮＡを用いることが好ましい。このとき、繊維状ＤＮＡは、固定された後に直鎖状となっていれば、環状であっても直鎖状であってもよい。
【００３７】
このような種々の核酸を固定する基板としては、その材質は固定される核酸に影響を及ぼさず、モニタリング対象の環境を阻害したり、それにより劣化したりしないものであればよく、とくに限定されない。ガラス基板は入手が容易で安価であり、表面処理を施すことにより静電的にＤＮＡなどの生体物質を固定できるため好ましく、シリコン基板は、フォトレジスト法などの半導体微細加工技術を応用してＤＮＡを伸長および／または固定できるため好ましい。また、シリコン基板は、体の形状に合わせた変形が可能であることから、体内の目的とする位置での測定も可能となる。さらに、基板は、種々の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなるプラスチック基板であってもよい。これらのプラスチック基板は、表面にエポキシドを呈示させ、核酸塩基のグアニンのアミノ基と結合させることにより、核酸を固定でき、好ましい。
【００３８】
また、生体物質がポリペプチドの場合、プロテインチップを作製する際の技術が用いられ得る。プロテインチップの原理はＤＮＡチップと同じで、スライドガラス、プラスチックプレート、膜などの上にタンパク質を高密度に固定する。例えば、ポリスチレンの表面にスペーサーが固定されたプラスチック製支持体を用いて、ポリペプチドを固定することができる（例えば、台湾のＡｄｖａｎｃｅｄＧｅｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＡＧＴＣｈｉｐ−Ｈ）。このチップでは、−ＮＨ2，−ＳＨ，および  −ＯＨ  基を有する標的分子（例えば、ポリペプチド）がスペーサーと共有結合することで支持体に固定される。
【００３９】
また、このような基板については、その大きさもとくに限定されない。この出願の発明の放射線測定方法では、核酸の損傷を可視化できることから、顕微鏡や高感度カメラ（ＣＣＤカメラ）などによって観察、検出できる程度の大きさがあればよい。例えばガラス基板としては、汎用のスライドガラスが適用できる。
【００４０】
以上のとおりの基板表面に核酸を固定する方法としては、ＤＮＡのような核酸などの生体物質を基板表面に伸長、展開し、乾燥させる方法および化学的に結合させる方法などが考慮される。具体的には、基板表面を化学修飾することにより正電荷を付与させ、負電荷を有するＤＮＡとの間に静電的相互作用を生じさせてＤＮＡを固定させる方法が好ましい。ガラス基板、シリコン基板プラスチック基板のいずれの場合においても、基板表面をアミノシラン化することにより、正電荷を生じさせることができる。
【００４１】
また、墓板上にＤＮＡを固定する方法としては、オンチップＤＮＡ合成反応法も考慮される。具体的には、ＤＮＡが、任意の区画に分割されたＤＮＡについて、各区画を増幅するＤＮＡプライマーを設計し、各区画の長さに相当する間隔で基板上にプライマーを固定した後、ＤＮＡを合成することにより、基板表面に伸長、固定された状態でＤＮＡが合成される。ＤＮＡ合成方法としては、ホットスタート法などの公知の合成手法が適用できる。もちろん、これ以外の種々の公知または新規の方法でＤＮＡなどの核酸を固定してもよい。
【００４２】
ポリペプチドは、天然のものをそのまま、または直鎖状に変性させてから基板に固定することができる。あるいは、ポリペプチドは、所望のものをペプチド合成機を用いて合成した後、基板に固定することができる。その他の生体物質もまた、その物質の性質に応じて同様に天然のものでも合成のものでも固定することができる。適切な固定方法は、当業者であれば、その生体物質に応じた固定方法を選択することができる。例えば、−ＮＨ2基、−ＳＨ基および−ＯＨ基を有する生体物質であれば、例えば、上記プロテインチップＡＧＴＣｈｉｐ−Ｈと生体物質とで共有結合反応を行うことにより固定することができる。
【００４３】
この出願の発明の環境モニタリング方法では、得られた核酸固定基板を化学物質、電子線、電磁波、放射線などの環境因子を含むモニタリング対象環境に曝し、核酸に生じる損傷程度が測定される。損傷程度の測定は、核酸に生じる損傷箇所を可視化して直読することによって行われてもよいし、コンピュータなどの検出結果解析手段が用いられてもよい。測定された損傷程度に基づいて、化学物質量のような化学的因子の量、電磁波量、放射線量などのような物理学的因子の量、ウイルス、細菌などの生物学的因子の量を同定または定量することができ、さらには、それらによるその核酸への影響を定量することができる。このようにして、モニタリング対象となる環境または特定の環境因子が生体に与える影響を評価することができる。
【００４４】
核酸に生じる損傷箇所を可視化する方法としては、核酸固定基板表面にインターカレーターとなる蛍光色素を塗布する方法が好ましく例示される。このような蛍光色素を塗布した核酸固定基板をプローブとして用いれば、例えば、直鎖状に固定された繊維状ＤＮＡに一定の線量の放射線を照射した際に、繊維状ＤＮＡ上に生じる二本鎖切断を可視化することができ、蛍光顕微鏡を用いてただちに直読および定量することができるのである。もちろん、生体物質は、ＤＮＡに限定されず、ＲＮＡのような他の核酸または他の核酸類似体であってもよく、他の生体物質（例えば、ポリペプチドなど）でもよく、そして１種に限らず、複数種を併用してもよい。
【００４５】
可視化に用いられる蛍光色素としては、種々のものが考慮される。例えば、インターカレーターとしてＤＮＡのらせん構造内に取り込まれ、励起光下でＤＮＡを可視化する試薬などが考慮される。すなわち、ＤＮＡの切断を可視化できるプローブであれば、どのようなものであってもよい。前記（１）〜（３）の条件を満たすためには、蛍光色素は、ＤＡＰＩ、ｐｒｏｐｉｄｉｕｍ  ｉｏｄｉｄｅ、ＹｏＹｏ−１などのインターカレーターであることが好ましい。
【００４６】
この出願の発明の環境モニタリング方法では、さらに、核酸固定基板に前記の蛍光色素溶液を塗布し、その表面に蓋を施してもよい。蓋を施すことにより、塗布された蛍光色素溶液が乾固することを少なくとも一定時間防止でき、核酸のような生体物質の損傷を安定に検出および／または定量をすることができる。
【００４７】
以上のとおりに、核酸のような生体物質の損傷は、前記のとおりのインターカレーターにより可視化して検出される。検出方法としては、蛍光顕微鏡、高感度ＣＣＤカメラ、および走査型プローブ顕微鏡（例えば、原子間力顕微鏡）などの各種のものが例示される。好ましくは、断片化を蛍光色素であるインターカレーターにより可視化し、蛍光顕微鏡により確認し、高感度カメラにより画像化する方法である。この方法では、ＤＮＡ断片化への線量や線質の影響を比較したり、経時的な断片化を測定したりできるようになる。また、走査型プローブ顕微鏡を用いる場合には、インターカレーターが蛍光色素である必要はない。さらに、このようにして得られた画像は、電子情報化し、コンピュータ上に保存、あるいは解析、加工してもよい。
【００４８】
この出願の発明は、以上のとおりの方法により環境による核酸への影響を測定するための環境モニタリング用プローブをも提供する。すなわち、以上の環境モニタリングは、基板表面に核酸が固定された核酸固定基板を有するプローブ、あるいは、核酸固定基板と蓋を有し、それらの間にインターカレーターが封入されたプローブを用いて行われる。
【００４９】
さらに、この出願の発明は、このような環境モニタリング用プローブの製造方法をも提供する。具体的には、基板表面に核酸を固定して核酸固定基板を得る。あるいはこの表面に、さらに蛍光色素の溶液を塗布し、蓋をする。このとき、核酸の固定方法は、前記のＤＮＡプライマーの固定方法に例示されるとおりの様々な方法が適用できる。
【００５０】
この出願の発明は、さらに、以上のとおりの放射線測定方法を用いて放射線量を測定するためのシステムをも提供する。このようなシステムとしては、図１の概略図に示されるように、少なくとも前記の環境モニタリング用プローブ１における核酸の損傷を検出するための顕微鏡２および／または高感度ＣＣＤカメラ３のような検出手段とコンピュータ４などの検出結果解析手段を有するものであればよい。
【００５１】
核酸の損傷を検出するための検出装置２としては、蛍光顕微鏡が好ましく例示される。蛍光顕微鏡としては、検出感度を高める目的として、全反射蛍光顕微鏡（エバネセント波蛍光顕微鏡）が使用され得る。あるいは、蛍光顕微鏡に代えて、走査型プローブ顕微鏡が使用されてもよい。このようなシステムを用いることにより、前記のとおりの環境モニタリングが簡便に、かつ、スムーズに実施できるだけでなく、コンピュータ４上に様々な化学物質および放射線の種類、化学物質および放射線による核酸の損傷に関するデータベースを構築することも可能となり、これらの各種の因子による生物への直接的影響および遺伝的影響はもとより、遺伝子治療などの研究においても重要な知見が得られ、有用であるといえる。
【００５２】
コンピュータ４は、任意のタイプのコンピュータであり得る。任意のタイプのコンピュータ上で画像解析処理を実行することによって、そのコンピュータは、生体物質の損傷程度を測定する測定処理を実行する検出結果解析手段として機能する。そのような画像解析処理を表現する画像処理プログラム（ソフトウエア）は、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク等の任意のコンピュータ読み取り可能記録媒体（図示せず）に記録された形態で提供され、コンピュータ４によって読み込まれ得る。あるいは、そのような画像解析プログラムは、インターネットを含む任意のネットワークから、コンピュータ４にダウンロードされてもよい。
【００５３】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００５４】
【実施例】
以下の実施例および比較例では、生体物質として、入手が容易で観察に適した長さをもつλファージＤＮＡ（宝酒造株式会社製）を用いた。また、蛍光色素としては、蛍光顕微鏡下での断片化ＤＮＡの直接観察が可能となる蛍光強度を有するＹｏＹｏ−１（フナコシ株式会社製、ＹｏＹｏ−１  Ｉｏｄｉｄｅ）を用いた。
【００５５】
また、各試薬や溶媒は、記載のない限り、和光純薬工業株式会社製のものを用いた。
【００５６】
＜実施例１＞
スライドガラス（松浪硝子工業株式会社７．６ｃｍ×２．６ｃｍ×０．８ｍｍ）を５％水酸化カリウム溶液中で３０分間超音波洗浄した後、イオン交換水で３０分、超純水でさらに３０分間洗浄した。洗浄後のガラスを８０℃のオーブン中で乾燥し、過酸化水素液・硫酸混合液（過酸化水素液（３０％）：硫酸（３６Ｎ）＝１：２）中で２０分間処理した。超純水で洗浄した後、アミノシラン溶液（エタノール：超純水：γ−アミノプロピルエトキシシラン＝５００：５００：１）中で１時間処理し、エタノールおよび超純水で洗浄して、オーブン（１２０℃）にて３０分乾燥した。
【００５７】
得られたアミノシラン化ガラス基板をλファージＤＮＡ溶液（６ｎｇ／ｍＬ純水溶液）に浸漬し、０．１５ｍｍ／ｓｅｃの速度でアミノシラン化ガラス基板を上昇させ、デシケーター中で乾燥させた。
【００５８】
蛍光色素ＹｏＹｏ−１（フナコシ株式会社製、ＹｏＹｏ−１  Ｉｏｄｉｄｅ）を１μｇ／ｍＬの濃度になるように退色防止剤（ベクターシールド：Ｖｅｃｔｏｒ社製）を用いて調製し、得られたＤＮＡ固定ガラス基板に滴下した後、直ちにカバーガラス（２．４ｃｍ×２．４ｃｍ×０．１２ｍｍ）を乗せ、使用時まで遮光して保存した。
【００５９】
この放射線測定用ＤＮＡ線量計に60Ｃｏからの放射線（γ線）を照射し、ＤＮＡ切断を蛍光顕微鏡（ＺＥＩＳＳ  Ａｘｉｏｐｌａｎ２  Ｉｍａｇｉｎｇ）下で観察した。蛍光色素ＹｏＹｏ−１は４９１ｎｍの光で励起し、５０９ｎｍ付近に蛍光を発した。得られた画像は直ちにＣＣＤカメラ（Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  ＭＯＤＥＬ  ＰＴＥ／ＣＣＤ−１４０１，  ＭｉｃｒｏＭａｘ）で撮影し、電子情報化して保存した。
【００６０】
図２に２０Ｇｙのγ線を照射した際のλファージＤＮＡの切断を見た写真を示した。
【００６１】
作成されたＤＮＡ線量計の放射線（γ線）に対する感受性を確認するために、単位長さ（４８．５ｋｂ、１６．５μｍ）あたりの切断数を数え、ＤＮＡの損傷度を評価した。
【００６２】
図３に放射線吸収線量（γ線総線量）とＤＮＡ切断数の関係を示した。放射線吸収線量と単位長さあたりのＤＮＡの切断数には相関が認められた。
【００６３】
図４は、様々な線量率で、照射する時間を変えた場合のＤＮＡ切断数を示す。図４に示される例では、０．４Ｇｙ／ｈ以上の場合に、ＤＮＡ切断数は線量率に依存せずに、吸収線量（線量率×照射時間）に依存している。
【００６４】
また、図５に、０〜６．０Ｇｙの範囲における放射線吸収線量とＤＮＡ切断数の関係を示した。
【００６５】
＜比較例１＞
５０μＬλファージＤＮＡ溶液（３μｇ／ｍＬ純水溶液）に60Ｃｏからの放射線（γ線）を照射し、得られた溶液を、アガロースゲルを用いて電気泳動した。
【００６６】
図６に結果を示した。
【００６７】
図６より、１００ＧｙでＤＮＡの損傷が確認され、５００ＧｙでＤＮＡが完全に消失した。したがって、電気泳動法による検出範囲は、１００Ｇｙ以上であることが示された。
【００６８】
一方、この出願の発明のＤＮＡ線量計を用いると、０．１Ｇｙの線量でも検出が可能であることから（図５）、放射線検出感度は溶液状態のものを電気泳動で調べる方法に比べて極めて高いことが確認された。
【００６９】
＜実施例２＞  オンチップＤＮＡ合成によるＤＮＡ固定基板の作成
シリコン基板にフォトレジスト法によりパタニングし、アビジン結合部位をアルミ蒸着により保護した。
【００７０】
２％フルオロシランをメタノールに溶解し、得られた処理基板を３０分間処理した後、超音波洗浄（３０分）し、ＭｉｌｌｉＱイオン交換水でさらに洗浄した。
【００７１】
過酸化水素液・硫酸混合液（過酸化水素液（３０％）：硫酸（３６Ｎ）＝１：２）中で１０分間処理した後、イオン交換水で１０分間洗浄し、さらに、アミノシラン溶液（エタノール：超純水：γ−アミノプロピルエトキシシラン＝５０：５０：１）中で１時間、エタノールで１０分間処理した。その後１２０℃で３０分間熱処理し、得られた基板に、マイクロマニピュレーターを用いてビオチン化ＤＮＡプライマーを添加した。
【００７２】
ＤＮＡ合成を行ったところ、ＤＮＡが直線状に固定されたことが確認された。
【００７３】
＜画像解析処理＞
図７は、コンピュータ４（図１）によって実行される画像解析処理の手順を示す。以下、画像解析処理の各ステップを説明する。
【００７４】
ステップ６０１：環境モニタリング用プローブの核酸固定基板の画像がコンピュータ４に入力される。画像は、例えば、高感度ＣＣＤカメラ３（図１）から取得される。入力画像は、任意の画像フォーマットを有し得る。入力画像は、例えば、２５６階調のグレイスケール画像であり得る。
【００７５】
ステップ６０２：ステップ６０１で入力された画像に対して、前処理が行われる。前処理の詳細な処理手順は、図８を参照して後述される。前処理によって、二値化された画像が得られる。この二値化された画像では、各画素は、「白」を示す値または「黒」を示す値を有する。例えば、基板に固定された核酸に対応する画素は「白」を示す値を有し、背景に対応する画素は、「黒」を示す値を有する。あるいは、基板に固定された核酸に対応する画素が「黒」を示す値を有し、背景に対応する画素が「白」を示す値を有していてもよい。
【００７６】
ステップ６０３：核酸に対応する画素（「白」を示す値を有する画素）によって画定される領域が検出される。各領域は、その領域が一意に特定されるようにラベリングされる。
【００７７】
ステップ６０４：ノイズ除去が行われる。このノイズ除去は、例えば、メディアンフィルタを適用することによって行われる。メディアンフィルタのサイズは、除去しようとするノイズの大きさによって適切に設定され得る。メディアンフィルタを用いたノイズ除去に代えて、あるいは、メディアンフィルタを用いたノイズ除去に加えて、ステップ６０３で検出された領域のうち、所定の面積以下の領域の除去が行われてもよい。
【００７８】
ステップ６０５：領域の１つが着目される。
【００７９】
ステップ６０６：着目した領域が、核酸の直線状の断片と見なし得るか否かが判定される。この判定基準は、着目した領域が歪曲していないことと、着目した領域の幅が所定の基準よりも広くないことである。ステップ６０６における判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ６０７に進む。ステップ６０６における判定の結果が「Ｎｏ」である場合には、処理はステップ６０８に進む。
【００８０】
ステップ６０７：着目した領域を代表する線分が求められる。
【００８１】
ステップ６０８：すべての領域について、ステップ６０５〜ステップ６０７の処理が完了したか否かが判定される。ステップ６０８における判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ６０９に進む。ステップ６０８における判定の結果が「Ｎｏ」である場合は、処理はステップ６０５に戻る。ステップ６０８における判定の結果が「Ｙｅｓ」であった時点で、通常、それぞれが核酸の断片を代表する複数の線分が得られる。
【００８２】
ステップ６０９：核酸の損傷箇所が特定される。ステップ６０９の詳細な処理手順は、図１５を参照して後述される。
【００８３】
ステップ６１０：線分の長さの合計が求められる。
【００８４】
ステップ６１１：ステップ６０９で特定された損傷箇所の個数と、線分の長さの合計とに基づいて、核酸の損傷程度が評価される。核酸の損傷程度は、例えば、核酸の単位長さ（例えば、４８．５ｋｂ）あたりの損傷箇所の個数によって表される。
【００８５】
基板に固定された後にモニタリング対象となる環境に曝された核酸の断片のほとんどは、基板に固定された時点の状態を反映して直線状（直鎖状）である。上述したステップ６０６において、直線状の断片に対応する領域のみを選んでいる理由は、核酸の長さ（ステップ６１０において求められる線分の長さ）を正確に求めるためである。
【００８６】
図８は、ステップ６０２における前処理の詳細な手順を示す。
【００８７】
ステップ７１０：入力された画像に対して、コントラスト補正がなされる。コントラスト補正は、例えば、入力された画像の各画素の値を（式１）に従って変換することによって行われる。
【００８８】
ｏｕｔ＝ｓｌｏｐｅ＊（ｉｎ−ｍｅａｎ）＋ＮＧ    （式１）
ここで、ｓｌｏｐｅ＝ｔａｒｇｅｔ＿ｓｔｄｅｖ／ｓｔｄｅｖである。また、
ｍｅａｎ：入力された画像の画素値の平均値
ｓｔｄｅｖ：入力された画像の画素値の標準偏差
ｉｎ：入力された画像の画素値
である。ｔａｒｇｅｔ＿ｓｔｄｅｖと、ＮＧとは、それぞれ、コントラスト補正後の画像の画素値の標準偏差と平均値との所望の値を示す。例えば、ＮＧ＝６４である。
【００８９】
ステップ７１１：画像中の直線状のエッジ（直線要素）が強調される。この強調は、コントラスト補正後の画像に対して、例えばプレビットフィルタを適用することによって行われる。各画素値は、その画素を中心とするｘ方向のプレビットフィルタを適用することによって得られる積和演算値ｃxと、ｙ方向のプレビットフィルタを適用することによって得られる積和演算値ｃyとの２乗和の平方根√（ｃx2＋ｃy2）に所定の係数を掛けた値によって置き換えられる。ただし、ｃxが負になる場合には、ｃxの値は０に置き換えられる。ｃyについても同様である。
【００９０】
ステップ７１２：プレビットフィルタを適用した後の画像が所定の閾値を用いて二値化される。
【００９１】
図９は、ステップ７１１（図８）において使用され得るｘ方向のプレビットフィルタの一例を示す。図９に示されるプレビットフィルタは、ｘ方向に延びる直線要素を強調するために使用される。ｙ方向に延びる直線要素を強調するために使用されるｙ方向のプレビットフィルタは、図９に示されるプレビットフィルタを転置することによって得られる。プレビットフィルタのサイズは、画像の画素数等に応じて適切に設定される。図９に示される例では、プレビットフィルタのサイズは、７×７である。
【００９２】
図１０Ａは、ステップ６０１（図７）において入力される画像１９０１の一例を示す。
【００９３】
図１０Ｂは、画像１９０１（図１０Ａ）に対してステップ６０１〜ステップ６０３（図７）の処理を行うことによって検出された領域を示す。図１０Ｂに示される例では、１０個の領域１８０１〜領域１８１０が検出されている。
【００９４】
図１１〜図１３は、ステップ６０６（図７）における処理を説明する図である。
【００９５】
図１１は、領域１００２を最もよく通る直線１００１を示す。直線１００１は、例えば、ハフ変換を使用して求められる。
【００９６】
図１２は、歪曲した領域１１０２の一例を示す。領域１１０２が歪曲しているか否かは、領域１１０２内の点と、その領域１１０２を最もよく通る直線１１０１との距離ｗ1の最大値が所定の基準値以上であるか否かによって判定される。距離ｗ1の最大値は、領域１１０２内のすべての画素と直線１１０１との距離のうちの最大値である。あるいは、距離ｗ1の最大値は、直線１１０１の長さ方向に沿って所定の間隔ごとに直線１１０１と領域１１０２内の点との距離をもとめ、その距離のうちの最大値を求めることによって得られてもよい。距離ｗ1の最大値が所定の基準値以上である領域は、ステップ６０６（図７）において、核酸の直線状の断片と見なし得ないと判定される。
【００９７】
図１３は、幅が広い領域１２０２の一例を示す。領域１２０２の幅とは、その領域１２０２を最もよく通る直線１２０１に直交する方向の幅ｗ2をいう。幅ｗ2の最大値が所定の基準値以上である領域には、ステップ６０６（図７）において、核酸の直線状の断片と見なし得ないと判定される。幅ｗ2の最大値は、例えば、直線１２０１に沿って所定の間隔ごとに求められた幅ｗ2のうちの最大値である。所定の基準値は、例えば、１つの領域についての幅ｗ2の最大値の、ステップ６０３（図７）において検出されたすべての領域についての平均値に基づいて設定される。
【００９８】
図１４は、領域１３０２を代表する線分１３０３を示す。線分１３０３は、例えば、ハフ変換を用いて求められた、領域１３０２を最もよく通る直線１３０１に対する領域１３０２の正射影として求められる。
【００９９】
図１５は、核酸の損傷箇所を特定するステップ６０９（図７）の詳細な処理手順を示す。ただし、ステップ６０９の処理手順が、図１５に示される処理手順に限定されるわけではない。ステップ６０９として、複数の線分の位置関係に基づいて核酸の損傷箇所を特定する任意の処理が用いられ得る。以下、図１５に示される処理手順の各ステップを説明する。
【０１００】
ステップ８０１：線分の組（第１の線分と第２の線分との組）が着目される。これは、核酸の断片を代表する複数の線分のうち、第１の線分を任意に選択し、次いで、その第１の線分とは異なる第２の線分を任意に選択することによって行われる。核酸の断片を代表する複数の線分のうちの２本の線分のすべての組み合わせについて、後述するステップ８０２〜ステップ８０８の処理が行われる。ステップ８０２〜ステップ８０８の処理は、第１の線分に対応する核酸の断片と、第２の線分に対応する核酸の断片との間の損傷箇所（断点）を特定する処理であるということができる。
【０１０１】
ステップ８０２：第１の線分の傾きと、第２の線分の傾きとが実質的に等しいか否かが判定される。第１の線分の傾きと、第２の線分の傾きとが実質的に等しいとは、第１の線分の傾きと、第２の線分の傾きとの差の絶対値が、所定の閾値以下であることをいう。この閾値は、例えば、核酸を基板に固定する際の方向のばらつきを考慮して適切に設定される。ステップ８０２における判定が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ８０３に進む。ステップ８０２における判定が「Ｎｏ」である場合には、処理はステップ８０９に進む。ステップ８０２における判定が「Ｎｏ」であることは、第１の線分と第２の線分とが１本の核酸が損傷することによって生じた２つの断片に対応していないことを示す。なぜなら、１本の核酸が直線状である場合、その核酸が損傷することによって生じた複数の断片の傾きは実質的に等しいからである。
【０１０２】
ステップ８０３：端点の組（第１の点と第２の点との組）が着目される。これは、第１の線分の両端の点のうちから任意の一方を第１の点として選択し、次いで、第２の線分の両端の点のうちから任意の一方を第２の点として選択することによって行われる。
【０１０３】
第１の線分の両端の点からの第１の点の選択には２通りの仕方があり、第２の線分の両端の点からの第２の点の選択には２通りの仕方がある。従って、端点の組（第１の点と第２の点との組）の着目には４通りの組み合わせがある。この４通りの組み合わせのそれぞれについて、後述するステップ８０４〜ステップ８０７の処理が行われる。
【０１０４】
ステップ８０４：第１の点と第２の直線との距離が第１の閾値Ｄ1以下であり、かつ、第２の点と第１の直線との距離がその第１の閾値Ｄ1以下であるか否かが判定される。ここで、第２の直線とは、ステップ８０１で選択された第２の線分を含む直線をいう。また、第１の直線とは、ステップ８０１で選択された第１の線分を含む直線をいう。
【０１０５】
ステップ８０４における判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ８０５に進む。ステップ８０４における判定の結果が「Ｎｏ」である場合には、処理はステップ８０９に進む。
【０１０６】
ステップ８０５：第１の点の第２の直線への垂線の足が、第２の線分に含まれるか、または、第２の点の第１の直線への垂線の足が、第１の線分に含まれるか否かが判定される。
【０１０７】
ステップ８０５における判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ８０９に進む。ステップ８０５における判定の結果が「Ｎｏ」である場合には、処理はステップ８０６に進む。
【０１０８】
ステップ８０６：第１の点と第２の点との距離が、第２の閾値Ｄ2以下であるか否かが判定される。ステップ８０６における判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ８０７に進む。ステップ８０６における判定の結果が「Ｎｏ」である場合には、処理はステップ８０８に進む。ステップ８０６における判定の結果が「Ｎｏ」であることは、第１の点と第２の点との組が、核酸の損傷箇所に対応していないことを示す。
【０１０９】
ステップ８０７：第１の点と第２の点との組が損傷箇所として特定される。
【０１１０】
ステップ８０８：第１の線分の第１の点と、第２の線分の第２の点とのすべての組み合わせについて、ステップ８０３〜ステップ８０７の処理が完了したか否かが判定される。ステップ８０８における判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ８０９に進む。ステップ８０８における判定の結果が「Ｎｏ」である場合には、処理はステップ８０３に戻る。
【０１１１】
ステップ８０９：複数の線分の第１の線分と第２の線分とのすべての組み合わせについて、ステップ８０１〜ステップ８０８の処理が完了したか否かが判定される。ステップ８０９における判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ８１０に進む。ステップ８０９における判定の結果が「Ｎｏ」である場合には、処理はステップ８０１に戻る。ステップ８０９における判定の結果が「Ｙｅｓ」になった時点で、通常、特定された複数の損傷箇所の集合が得られる。損傷箇所のそれぞれは、第１の点と第２の点との組として表されている。
【０１１２】
ステップ８１０：重複する損傷箇所が除去される。ステップ８１０の詳細な処理手順は、図１８を参照して後述される。
【０１１３】
図１６は、ステップ８０４（図１５）における処理の例を説明する図である。図１６には、第１の点１５０３と、第２の直線１５１１との距離１５０４が示され、第２の点１５１３と、第１の直線１５０１との距離１５１４が示されている。距離１５０４と距離１５１４との小さくない方を「第１の線分１５０２と、第２の線分１５１２とのズレ」という。ステップ８０４（図１５）では、（第１の線分１５０２と、第２の線分１５１２とのズレ）がＤ1よりも大きい場合に、判定の結果が「Ｎｏ」となる。第１の線分１５０２と、第２の線分１５１２とのズレがＤ1よりも大きいことは、第１の線分１５０２と、第２の線分１５１２とが、１本の核酸が損傷することによって生じた２つの断片に対応していないことを示す。
【０１１４】
図１７は、ステップ８０５（図１５）における処理の例を説明する図である。図１７は、第１の点１６０３の第２の直線１６１１への垂線の足１６０４が、第２の線分１６１２に含まれることを示している。また、図１７は、第２の点１６１３の第１の直線１６０１への垂線の足１６１４が、第１の線分１６０２に含まれることを示している。図１７に示される例では、ステップ８０５（図１５）における判定の結果は「Ｎｏ」となる。ステップ８０５における判定の結果は「Ｎｏ」であることは、第１の線分１６０２と第２の線分１６１２とが、線分の長さ方向に重なっていることを示す。これは、第１の線分１６０２と第２の線分１６１２とが、１本の核酸が損傷することによって生じた２つの断片に対応していないことを示す。
【０１１５】
図１８は、重複する損傷箇所を除去するステップ８１０（図１５）の詳細な処理手順を示す。
【０１１６】
ステップ９０１：損傷箇所の集合のうち、端点間距離（第１の点と第２の点との距離）が短い損傷箇所から順に、１つの損傷箇所が着目される。
【０１１７】
ステップ９０２：着目した損傷箇所に、既に一度着目した損傷箇所と共通の端点が含まれるか否かが判定される。ステップ９０２における判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、処理はステップ９０３に進む。ステップ９０２における判定の結果が「Ｎｏ」である場合には、処理はステップ９０４に進む。
【０１１８】
ステップ９０３：着目した損傷箇所が損傷箇所の集合から除去される。
【０１１９】
ステップ９０４：損傷箇所の集合に含まれるすべての損傷箇所について、ステップ９０１〜ステップ９０３の処理が完了したか否かが判定される。
【０１２０】
図１９は、図１８に示される処理の例を説明する図である。図１９には、点Ｐ1と点Ｐ2とを含む損傷箇所１８０１と、点Ｐ1と点Ｐ3とを含む損傷箇所１８０２とが示されている。ここで、点Ｐ1と点Ｐ2との距離は、点Ｐ1と点Ｐ3との距離よりも小さいものとする。
【０１２１】
損傷箇所１８０１と損傷箇所１８０２とが損傷箇所の集合に含まれている場合、損傷箇所１８０２がステップ９０１（図１８）において着目された時点で、既に損傷箇所１８０１は一度注目されている。損傷箇所１８０２は、損傷箇所１８０１と共通の点（端点）Ｐ1を含むから、ステップ９０２における判定の結果は「Ｎｏ」となる。その結果、ステップ９０３において、損傷箇所１８０２は損傷箇所の集合から除去される。このようにして、重複する損傷箇所（共通の端点を含む損傷箇所）のうち、端点の間の距離（第１の点と第２の点との間の距離）が最小の損傷箇所が、損傷箇所の集合から除去される。
【０１２２】
図７〜図１９を参照して説明した画像解析処理によって、５０ｍＧｙから２０Ｇｙまでのγ線を照射することによって損傷したＤＮＡの画像から、損傷箇所を自動的に特定することができた。
【０１２３】
上述した例では、核酸の損傷程度に基づいて、モニタリング対象となる環境が生体に与える影響を評価した。本発明では、核酸に代えて、任意の生体物質が使用され得、その生体物質の損傷程度に基づいて、モニタリング対象となる環境が生体に与える影響を評価することができる。そのような生体物質としては、上述したように、ＤＮＡのほか、ホスホルアミデートＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリペプチドなどが例示される。
【０１２４】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この発明により、化学物質、放射線、微生物などの環境因子の生体物質（例えば、ＤＮＡのような核酸）への影響を精度高く直接評価できる新規なモニタリング方法が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の放射線測定システムを例示した概略模式図である。
【図２】この出願の発明の実施例において、γ線照射により切断されたＤＮＡを蛍光顕微鏡で観察した写真に代わる図である。
【図３】この出願の発明の実施例において、吸収線量とλファージＤＮＡ単位長さあたりの切断数の関係を示した図である。
【図４】この出願の発明の実施例において、線量率とλファージＤＮＡ単位長さあたりの切断数の関係を示した図である。
【図５】この出願の発明の実施例において、０〜６．０Ｇｙの範囲での放射線吸収線量とＤＮＡ切断数の関係を示した図である。
【図６】この出願の発明の実施例において、電気泳動により、ＤＮＡ損傷を確認した際のアガロースゲルの写真に代わる図である。
【図７】コンピュータ４（図１）によって実行される画像解析処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】ステップ６０２における前処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図９】ステップ７１１（図８）において使用され得るｘ方向のプレビットフィルタの一例を示す図である。
【図１０Ａ】ステップ６０１（図７）において入力される画像１９０１の一例を示す図である。
【図１０Ｂ】画像１９０１（図１０Ａ）に対してステップ６０１〜ステップ６０３（図７）の処理を行うことによって検出された領域を示す図である。
【図１１】領域１００２を最もよく通る直線１００１を示す図である。
【図１２】歪曲した領域１１０２の一例を示す図である。
【図１３】幅が広い領域１２０２の一例を示す図である。
【図１４】領域１３０２を代表する線分１３０３を示す図である。
【図１５】核酸の損傷箇所を特定するステップ６０９（図７）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】ステップ８０４（図１５）における処理の例を説明する図である。
【図１７】ステップ８０５（図１５）における処理の例を説明する図である。
【図１８】重複する損傷箇所を除去するステップ８１０（図１５）の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】図１８に示される処理の例を説明する図である。
【符号の説明】
１  環境モニタリング用プローブ
２  蛍光顕微鏡
３  高感度ＣＣＤカメラ
４  コンピュータ
ａ  λ／Ｈｉｎｄ  ＩＩＩ
ｂ  ０Ｇｙ
ｃ  ４Ｇｙ
ｄ  ２０Ｇｙ
ｅ  １００Ｇｙ
ｆ  ５００Ｇｙ
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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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