JP2009068995A

JP2009068995A - Microarray device

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Publication number: JP2009068995A
Application number: JP2007237724A
Authority: JP
Inventors: Norio Imai; 則夫今井; Shigeki Joko; 茂樹上甲; Yuichi Sato; 勇一佐藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-04-02

Abstract

【課題】基準マークやパターン領域を設置することなくスポット領域の位置ズレを修正しスポット単位の画素数を増加させ情報量を向上できるマイクロアレイ装置を提供する。
【解決手段】マイクロアレイ基板１１を設置して移動可能なステージ１２と、ステージ１２の移動方向と移動量を制御するステージ制御部１３と、マイクロアレイ基板１１を撮像して受光素子の各画素にて受光した光の輝度をデジタルで表したデジタル画像データを出力する撮像部１４と、デジタル画像データからマイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺のエッジ情報を抽出するエッジ抽出部１５と、エッジ情報とマイクロアレイ基板１１の角と基準点との相対位置情報からマイクロアレイ基板１１の位置ズレを算出する位置ズレ算出部１６とを含み、ステージ制御部１３は、位置ズレ算出部１６が算出した位置ズレを修正するようにステージ１２を制御する。
【選択図】図１Provided is a microarray device capable of correcting a positional deviation of a spot area without setting a reference mark or a pattern area, increasing the number of pixels in a spot unit, and improving an information amount.
A stage 12 that can be moved by installing a microarray substrate 11, a stage control unit 13 that controls the direction and amount of movement of the stage 12, and an image of the microarray substrate 11 that is received by each pixel of a light receiving element. An imaging unit 14 that outputs digital image data that represents the brightness of the light that has been digitally expressed, an edge extraction unit 15 that extracts edge information on the long and short sides of the microarray substrate 11 from the digital image data, edge information and the microarray substrate A position shift calculation unit 16 that calculates a position shift of the microarray substrate 11 from the relative position information of the 11 corners and the reference point, and the stage control unit 13 corrects the position shift calculated by the position shift calculation unit 16. The stage 12 is controlled.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、サンプル検体をアレイ状に定着した複数のスポットを有するマイクロアレイ基板を測定するマイクロアレイ装置に関し、より詳細には、マイクロアレイ基板の位置ズレを修正する技術に関する。 The present invention relates to a microarray apparatus for measuring a microarray substrate having a plurality of spots in which sample specimens are fixed in an array, and more particularly to a technique for correcting a positional deviation of the microarray substrate.

従来のマイクロアレイ基板は、生体分子の解析に利用され、生体分子として、主に遺伝子が広く利用されている。以下、遺伝子で例示するとマイクロアレイにより試料としての個々の細胞、組織あるいは個体での遺伝子の発現を網羅的に解析可能となっている。従来のマイクロアレイ基板の製造方法として、１×３インチ大のガラス基板上にナノリットル単位の遺伝子溶液の液滴を点着させることによりマイクロメートル単位の微小なスポットを形成して、ガラス基板上に遺伝子断片を固定化する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventional microarray substrates are used for analysis of biomolecules, and genes are mainly used widely as biomolecules. Hereinafter, when exemplified by genes, the expression of genes in individual cells, tissues or individuals as samples can be comprehensively analyzed by a microarray. As a conventional method for manufacturing a microarray substrate, a microscopic spot is formed on a glass substrate by spotting a droplet of a gene solution in a nanoliter unit on a 1 × 3 inch glass substrate. A method for immobilizing gene fragments has been disclosed (for example, see Patent Document 1).

このように製造されたマイクロアレイ基板は、マイクロアレイ基板上の遺伝子を蛍光色素により標識した後、励起光により蛍光色素を励起し発生した蛍光をスキャナーやＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラで撮像することで蛍光画像を獲得し、この画像を解析するマイクロアレイ基板の測定装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。 The microarray substrate manufactured in this way is labeled by fluorescently dyeing the gene on the microarray substrate with a fluorescent dye and then imaging the generated fluorescence with a scanner or a CCD (Charge Coupled Device) camera. An apparatus for measuring a microarray substrate that acquires an image and analyzes the image is disclosed (for example, see Patent Document 2).

このように画像を獲得する従来のマイクロアレイ装置では、スキャナーやＣＣＤカメラで撮像する場合、マイクロアレイ基板を装置に設置する際に人為的な要因で位置ズレが発生したり、スキャナーで走査する際に機械的な要因で位置ズレが発生する。そのために、予め位置ズレ補正用の基準マークと、特定パターンが形成されたスポットをマイクロアレイ基板に配置し、マイクロアレイ基板を撮像して獲得した画像に対して基準マークと特定パターンの情報を用いて位置ズレを補正する装置及び方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特表平１０−５０３８４１号公報特開２００２−１８１７０８号公報特開２００５−１７２８４０号公報 In conventional microarray devices that acquire images in this way, when images are taken with a scanner or a CCD camera, misalignment occurs due to human factors when the microarray substrate is installed in the device, or when scanning with the scanner Misalignment occurs due to various factors. For this purpose, a reference mark for correcting misalignment and a spot on which a specific pattern is formed are arranged on the microarray substrate, and the position obtained by imaging the microarray substrate and using the information on the reference mark and the specific pattern. An apparatus and a method for correcting the deviation have been proposed (see, for example, Patent Document 3).
Japanese National Patent Publication No. 10-503841 JP 2002-181708 A JP 2005-172840 A

しかしながら、前記従来の構成では、スキャナーやＣＣＤカメラで撮像する領域毎に位置ズレを補正するための基準マークやパターン領域を設置することにより、その設置領域の分だけ測定対象のサンプル検体のスポット数が減少してしまうという課題を有していた。 However, in the conventional configuration, by setting a reference mark or a pattern area for correcting positional deviation for each area captured by a scanner or a CCD camera, the number of spots of the sample specimen to be measured is equal to the installation area. Had the problem of decreasing.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、基準マークやパターン領域を設置することなく、マイクロアレイ基板の位置ズレを修正するマイクロアレイ装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a microarray apparatus that corrects a positional deviation of a microarray substrate without installing a reference mark or a pattern region.

前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロアレイ装置は、基板上にサンプル検体を定着した複数のスポットを有するマイクロアレイ基板を測定するマイクロアレイ装置において、前記マイクロアレイ基板を設置して移動可能なステージと、前記ステージの移動方向と移動量を制御するステージ制御部と、前記マイクロアレイ基板を撮像して受光素子の各画素にて受光した光の輝度をデジタルで表したデジタル画像データを出力する撮像部と、前記デジタル画像データから前記マイクロアレイ基板の長辺及び短辺のエッジ情報を抽出するエッジ抽出部と、前記マイクロアレイ基板の角と前記マイクロアレイ基板の基準点との相対位置情報を記憶したマイクロアレイ位置情報記憶部と、前記エッジ情報と前記マイクロアレイ基板の角と前記マイクロアレイ基板の基準点との相対位置情報から前記マイクロアレイ基板の位置ズレを算出する位置ズレ算出部とを含み、前記ステージ制御部は、前記位置ズレ算出部が算出した位置ズレを修正するように前記ステージを制御することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a microarray apparatus according to the present invention is a microarray apparatus that measures a microarray substrate having a plurality of spots in which a sample specimen is fixed on the substrate, and a stage that is movable by installing the microarray substrate. A stage control unit that controls the moving direction and amount of movement of the stage, and an imaging unit that outputs digital image data that digitally represents the luminance of light received by each pixel of the light receiving element by imaging the microarray substrate And an edge extraction unit that extracts edge information of the long side and the short side of the microarray substrate from the digital image data, and microarray position information that stores relative position information between a corner of the microarray substrate and a reference point of the microarray substrate A storage unit, the edge information, and a corner of the microarray substrate; A position shift calculation unit that calculates a position shift of the microarray substrate from relative position information with respect to a reference point of the microarray substrate, and the stage control unit corrects the position shift calculated by the position shift calculation unit. The stage is controlled.

さらにマイクロアレイ装置において、前記エッジ抽出部は、前記デジタル画像データからノイズ成分を除去するノイズ除去部と、前記ノイズ除去部が出力するノイズ除去画像データにエッジ検出フィルタを適用するエッジ検出部と、前記エッジ検出部が出力するエッジ画像データを順次走査して前記マイクロアレイ基板の長辺及び短辺の直線を検出する直線検出部を含み、前記デジタル画像データから前記マイクロアレイ基板の長辺及び短辺の直線を検出することを特徴とするものである。 Further, in the microarray device, the edge extraction unit includes a noise removal unit that removes a noise component from the digital image data, an edge detection unit that applies an edge detection filter to the noise-removed image data output from the noise removal unit, A straight line detector that sequentially scans the edge image data output by the edge detector to detect straight lines of the long side and the short side of the microarray substrate, and the straight line of the long side and the short side of the microarray substrate from the digital image data; Is detected.

さらにマイクロアレイ装置において、前記位置ズレ算出部は、前記エッジ情報から前記マイクロアレイ基板の長辺及び短辺の直線の交点を算出するマイクロアレイ角算出部と、前記マイクロアレイ角算出部が出力する前記マイクロアレイ基板の角の座標と前記マイクロアレイ位置情報記憶部から読み出した前記マイクロアレイ基板の角と前記マイクロアレイ基板の基準点との相対位置情報から前記マイクロアレイ基板の基準点の座標を算出し前記撮像部の撮像視野に対するＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ズレを算出するＸＹ平面位置ズレ算出部と、前記エッジ抽出部が出力する前記マイクロアレイ基板の長辺及び短辺の直線からＸＹ平面上の回転ズレを算出する回転ズレ算出部を含み、前記マイクロアレイ基板の長辺及び短辺の直線と前記マイクロアレイ基板の基準点との相対位置情報からＸ軸方向及びＹ軸方向及び回転方向の位置ズレを算出することを特徴とするものである。 Furthermore, in the microarray apparatus, the positional deviation calculation unit includes: a microarray angle calculation unit that calculates an intersection of a straight line between the long side and the short side of the microarray substrate from the edge information; and the microarray substrate that outputs the microarray angle calculation unit. The coordinate of the reference point of the microarray substrate is calculated from the coordinate of the corner and the relative position information of the corner of the microarray substrate read from the microarray position information storage unit and the reference point of the microarray substrate, and X with respect to the imaging field of view of the imaging unit An XY plane position shift calculation unit that calculates a position shift in the axial direction and the Y axis direction, and a rotation shift that calculates a rotation shift on the XY plane from the straight lines of the long side and the short side of the microarray substrate output from the edge extraction unit. A straight line of long sides and short sides of the microarray substrate and the my It is characterized in that to calculate the X-axis direction and the Y-axis direction and the positional deviation in the rotational direction from the relative position information of the reference point of Roarei substrate.

さらにマイクロアレイ装置において、前記マイクロアレイ基板の基準点と前記複数のスポットとの相対位置情報を記憶したスポット位置情報記憶部と、前記デジタル画像データと前記スポット位置情報記憶部から読み出した前記マイクロアレイ基板の基準点と前記複数のスポットとの相対位置情報から前記複数のスポットの位置を特定するスポット位置特定部とをさらに含むことを特徴とするものである。 Further, in the microarray device, a spot position information storage unit storing relative position information of a reference point of the microarray substrate and the plurality of spots, a reference of the microarray substrate read from the digital image data and the spot position information storage unit It further includes a spot position specifying unit that specifies the positions of the plurality of spots from the relative position information of the points and the plurality of spots.

本発明のマイクロアレイ装置によれば、位置合わせのための基準マークやパターン領域を設置することなく、マイクロアレイ基板の位置ズレを修正することができる。 According to the microarray apparatus of the present invention, it is possible to correct the positional deviation of the microarray substrate without installing a reference mark or a pattern area for alignment.

以下に、本発明のマイクロアレイ装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Embodiments of the microarray device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態におけるマイクロアレイ装置のブロック図を示す。図１においてマイクロアレイ装置は、複数のスポットを有するマイクロアレイ基板１１を設置してＸ軸方向及びＹ軸方向及びＺ軸方向及びＸＹ平面上の回転方向に移動可能なステージ１２と、ステージ１２の移動方向と移動量を制御するステージ制御部１３と、マイクロアレイ基板１１の画像を撮像しデジタル画像データを出力する撮像部１４と、撮像部１４で出力するデジタル画像データからマイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺のエッジ情報を抽出するエッジ抽出部１５と、マイクロアレイ基板１１の角と撮像部１４で撮像を行う際に撮像視野に入るマイクロアレイ基板１１の基準点との相対位置情報を記憶するマイクロアレイ位置情報記憶部１７と、エッジ抽出部１５が出力するエッジ情報からマイクロアレイ基板１１の角の座標を算出しマイクロアレイ位置情報記憶部１７から読み出したマイクロアレイ基板１１の角とマイクロアレイ基板１１の基準点との相対位置情報からマイクロアレイ基板１１の基準点の座標を算出し、撮像部１４の撮像視野からのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ズレとＸＹ平面上の回転方向の位置ズレを算出する位置ズレ算出部１６と、マイクロアレイ基板１１の基準点と複数のスポットとの相対位置情報を記憶したスポット位置情報記憶部１８と、撮像部１４で出力するデジタル画像データとスポット位置情報記憶部１８から読み出したマイクロアレイ基板１１の基準点と複数のスポットとの相対位置情報から複数のスポットの位置を特定するスポット位置特定部１９で構成される。以下、本発明の実施の形態におけるマイクロアレイ装置の構成要素毎に詳細を説明する。 (Embodiment)
FIG. 1 shows a block diagram of a microarray apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the microarray apparatus includes a stage 12 on which a microarray substrate 11 having a plurality of spots is installed and movable in the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the rotational direction on the XY plane, and the movement direction of the stage 12 A stage control unit 13 that controls the amount of movement, an imaging unit 14 that captures an image of the microarray substrate 11 and outputs digital image data, and a long side and a short side of the microarray substrate 11 from the digital image data output by the imaging unit 14 Edge extracting unit 15 for extracting the edge information of the microarray substrate 11 and a microarray position information storage unit for storing relative position information between the corners of the microarray substrate 11 and the reference point of the microarray substrate 11 that enters the imaging field when the imaging unit 14 performs imaging. 17 and the corner coordinates of the microarray substrate 11 from the edge information output by the edge extraction unit 15. The coordinates of the reference point of the microarray substrate 11 are calculated from the relative position information between the corner of the microarray substrate 11 and the reference point of the microarray substrate 11 read from the output microarray position information storage unit 17, and the X axis from the imaging field of the imaging unit 14 A position shift calculation unit 16 that calculates a position shift in the direction and the Y-axis direction and a position shift in the rotational direction on the XY plane, and a spot position information storage that stores relative position information between a reference point of the microarray substrate 11 and a plurality of spots Spot position specification that specifies the positions of a plurality of spots from the relative position information of the reference point and the plurality of spots of the microarray substrate 11 read from the digital image data output from the unit 18 and the imaging unit 14 and the spot position information storage unit 18 The unit 19 is configured. Hereinafter, details will be described for each component of the microarray apparatus according to the embodiment of the present invention.

まず、マイクロアレイ基板１１として、本発明の実施の形態で例示可能な構成を図２に示す。図２において、マイクロアレイ基板１１は、１×３インチ大の無色透明なガラス基板であり、サンプル検体をアレイ状に定着した複数のスポット２２が２０ｍｍ×２０ｍｍのスポット領域２１に配置されている。なお、図２において実線で示しているスポット領域２１の外枠は説明のために明示したものであり、実際のマイクロアレイ基板１１上では可視化しなくてもよい。 First, as the microarray substrate 11, a configuration that can be exemplified in the embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 2, the microarray substrate 11 is a colorless transparent glass substrate having a size of 1 × 3 inches, and a plurality of spots 22 on which sample specimens are fixed in an array are arranged in a spot region 21 of 20 mm × 20 mm. Note that the outer frame of the spot region 21 indicated by the solid line in FIG. 2 is clearly shown for explanation, and may not be visualized on the actual microarray substrate 11.

撮像部１４は、図２で示したマイクロアレイ基板１１を撮像し、デジタル画像データを出力する。撮像部１４の撮像には、マイクロアレイ基板１１の位置ズレを修正するためにマイクロアレイ基板１１の角領域を撮像する場合と、マイクロアレイ基板１１上の複数のスポット２２から発生する蛍光または発光を撮像する場合の２パターンある。これらの被写体の撮像は露光によって行われ、露光時間は蛍光または発光が十分観察できる時間に制御される。ここで撮像部１４は、各受光素子（画素）が受光した光の強度を積分し、その値を輝度値として全受光素子のデータを出力する。この時、全受光素子が出力する輝度値はアナログデジタル変換により離散デジタルデータに変換（量子化）される。即ち、アナログデジタル変換のサンプリング時間（ΔＴ）毎に撮像部１４の全受光素子の輝度値がデジタル画像データとして出力される。本発明においては、撮像部１４は上記の如く動作するモノクロＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラなどが用いられる。 The imaging unit 14 images the microarray substrate 11 shown in FIG. 2 and outputs digital image data. For imaging by the imaging unit 14, when imaging a corner region of the microarray substrate 11 in order to correct a positional deviation of the microarray substrate 11, and imaging fluorescence or light emission generated from a plurality of spots 22 on the microarray substrate 11. There are two patterns. Imaging of these subjects is performed by exposure, and the exposure time is controlled to a time at which fluorescence or luminescence can be sufficiently observed. Here, the imaging unit 14 integrates the intensity of light received by each light receiving element (pixel), and outputs data of all the light receiving elements using the value as a luminance value. At this time, the luminance values output from all the light receiving elements are converted (quantized) into discrete digital data by analog-digital conversion. That is, the luminance values of all the light receiving elements of the imaging unit 14 are output as digital image data at every sampling time (ΔT) of analog-digital conversion. In the present invention, the imaging unit 14 is a monochrome CCD (Charge Coupled Device) camera or the like that operates as described above.

ステージ１２は、マイクロアレイ基板１１を設置可能な形状となっており、Ｘ軸方向及びＹ軸方向及びＺ軸方向及びＸＹ平面上の回転方向に移動可能である。ただし、Ｚ軸方向の移動についてはマイクロアレイ基板１１の位置ズレ修正には利用しないが、撮像部１４で撮像する際のフォーカス調整に利用する。 The stage 12 has a shape in which the microarray substrate 11 can be installed, and is movable in the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the rotation direction on the XY plane. However, the movement in the Z-axis direction is not used for correcting the misalignment of the microarray substrate 11, but is used for focus adjustment when the imaging unit 14 performs imaging.

ステージ制御部１３は、ステージ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向及びＺ軸方向及びＸＹ平面上の回転方向へ移動するための制御信号を出力する。ステージ１２の移動にはマイクロアレイ基板１１の位置ズレを算出するための移動（マイクロアレイ基板１１の角領域が撮像部１４の撮像視野に入るようにステージ１２を移動させる）とマイクロアレイ基板１１の位置ズレを修正するための移動（位置ズレ算出部１６で出力する位置ズレ量に応じてＸ軸方向及びＹ軸方向及びＸＹ平面上の回転方向へステージ１２を移動させる）の２パターンあり、ステージ制御部１３はそれぞれの場合に応じた制御信号を出力する。 The stage controller 13 outputs a control signal for moving the stage 12 in the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the rotation direction on the XY plane. For the movement of the stage 12, the movement for calculating the positional deviation of the microarray substrate 11 (the stage 12 is moved so that the angular area of the microarray substrate 11 enters the imaging field of the imaging unit 14) and the positional deviation of the microarray substrate 11 are changed. There are two patterns of movement for correction (the stage 12 is moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the rotational direction on the XY plane in accordance with the positional deviation amount output by the positional deviation calculation unit 16), and the stage control unit 13 Outputs a control signal according to each case.

エッジ抽出部１５は、マイクロアレイ基板１１の角領域を撮像部１４で撮像し出力されたデジタル画像データからマイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺のエッジを抽出し、エッジ上にある２点以上の座標情報からそれぞれの直線を算出する。 The edge extraction unit 15 extracts the long side and short side edges of the microarray substrate 11 from the digital image data obtained by imaging the corner region of the microarray substrate 11 with the imaging unit 14 and output, and coordinates of two or more points on the edge Each straight line is calculated from the information.

このエッジ抽出部１５での処理内容について、図３、図４、図５、図６を用いて説明する。図３はエッジ抽出部１５のブロック図であり、エッジ抽出部１５はノイズ除去部３１とエッジ検出部３２と直線検出部３３で構成される。以下ノイズ除去部３１、エッジ検出部３２及び直線検出部３３について説明する。 The processing content in the edge extraction unit 15 will be described with reference to FIGS. 3, 4, 5, and 6. FIG. FIG. 3 is a block diagram of the edge extraction unit 15, and the edge extraction unit 15 includes a noise removal unit 31, an edge detection unit 32, and a straight line detection unit 33. Hereinafter, the noise removal unit 31, the edge detection unit 32, and the straight line detection unit 33 will be described.

ノイズ除去部３１は、マイクロアレイ基板１１の角領域４１を撮像部１４で撮像し、出力されるデジタル画像データに平滑化フィルタを適用することで不規則雑音を除去する。この処理は、後述するエッジ検出部３２でエッジの誤検出を防止するために行われる。マイクロアレイ基板１１の角領域４１を撮像した場合、図４（ａ）に示すような不規則雑音４２を含むデジタル画像データが出力される。マイクロアレイ基板１１は無色透明なガラス基板であるため、マイクロアレイ基板１１を設置しているステージ１２の色が透過して撮像される。 The noise removing unit 31 images the corner area 41 of the microarray substrate 11 with the imaging unit 14, and removes irregular noise by applying a smoothing filter to the output digital image data. This process is performed in order to prevent erroneous detection of edges by the edge detection unit 32 described later. When the corner area 41 of the microarray substrate 11 is imaged, digital image data including irregular noise 42 as shown in FIG. 4A is output. Since the microarray substrate 11 is a colorless and transparent glass substrate, the color of the stage 12 on which the microarray substrate 11 is installed is transmitted and imaged.

ノイズ除去部３１では、このデジタル画像データに対して平滑化フィルタを適用する。代表的な平滑化フィルタとしては、注目画素とその周辺８画素の平均値を注目画素の輝度値とする平均値フィルタや、領域内の輝度値の中央値を注目画素の輝度値とするメディアンフィルタがあるが、平均値フィルタはエッジ部分がぼけやすいため、メディアンフィルタを適用する方が望ましい。図４（ａ）のデジタル画像データに対して、ノイズ除去部３１でメディアンフィルタを適用すると、図４（ｂ）に示すような不規則雑音４２が除去されたノイズ除去画像データが出力される。なお、ここでは２種類の平滑化フィルタを例示したが、その他の平滑化フィルタについても適用可能である。 The noise removing unit 31 applies a smoothing filter to the digital image data. As a representative smoothing filter, an average value filter that uses the average value of the target pixel and its surrounding eight pixels as the luminance value of the target pixel, or a median filter that uses the central value of the luminance values in the region as the luminance value of the target pixel. However, it is preferable to apply the median filter because the edge portion of the average value filter is easily blurred. When the median filter is applied to the digital image data in FIG. 4A by the noise removal unit 31, noise-removed image data from which the irregular noise 42 is removed as shown in FIG. 4B is output. In addition, although two types of smoothing filters were illustrated here, it is applicable also to another smoothing filter.

次に、エッジ検出部３２は、ノイズ除去部３１で出力するノイズ除去画像データにエッジ検出フィルタを適用し画像内のエッジ情報を検出する。エッジ検出フィルタは、画像の濃度差を検出するための微分フィルタである。代表的な微分フィルタとしては、１次微分フィルタ（Ｓｏｂｅｌフィルタ、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタ）や２次微分フィルタ（ラプラシアンフィルタ）があるが、エッジの方向に影響されにくく、画像の濃度差が緩やかな場合でもエッジが抽出可能な２次微分フィルタを適用する方が望ましい。図４（ｂ）のノイズ除去画像データに対して、エッジ検出部３２で２次微分フィルタを適用すると、図４（ｃ）に示すようにマイクロアレイ基板１１のエッジ部分が抽出された画像が出力され、エッジ部分を直線として認識しやすくなる。なお、ここでは２種類の微分フィルタを例示したが、その他の微分フィルタについても適用可能である。 Next, the edge detection unit 32 applies edge detection filters to the noise-removed image data output from the noise removal unit 31 to detect edge information in the image. The edge detection filter is a differential filter for detecting a density difference between images. Typical differential filters include a primary differential filter (Sobel filter, Prewitt filter) and a secondary differential filter (Laplacian filter). However, the edge is not easily affected by the direction of the edge, and even if the density difference of the image is gentle, the edge It is desirable to apply a second order differential filter that can extract. When a second-order differential filter is applied to the noise-removed image data in FIG. 4B by the edge detection unit 32, an image in which the edge portion of the microarray substrate 11 is extracted as shown in FIG. 4C is output. This makes it easier to recognize the edge portion as a straight line. Although two types of differential filters are illustrated here, the present invention can also be applied to other differential filters.

次に、直線検出部３３の処理内容について図５及び図６を用いて説明する。直線検出部３３は、エッジ検出部３２が出力するエッジ画像データについてＸ軸方向及びＹ軸方向に走査を行い、マイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺上の点を検出し、それぞれの直線を算出する。直線検出部３３では、まずエッジ画像データについて輝度値の変化を走査する。図５（ａ）は直線検出部３３におけるエッジ画像データに対する走査方法を説明したものであり、Ｘ軸方向及びＹ軸方向（点線矢印の方向）それぞれについて輝度値の変化を走査する。例えば、図５（ａ）に示すようにまずエッジ画像データのＸ軸方向の中点Ｘ１からＸ１’に向かって走査する。この時の輝度値の変化は図５（ｂ）のように、輝度値がマイクロアレイ基板１１のエッジ部分で大きく増加した後、大きく減少するという特性となる。このような特性を示すポイントがあればエッジを検出したと判断し、図５（ａ）に示すようにＸ軸の増加方向に一定間隔毎のポイント（Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５）から輝度値の変化を走査する。 Next, processing contents of the straight line detection unit 33 will be described with reference to FIGS. 5 and 6. The straight line detection unit 33 scans the edge image data output from the edge detection unit 32 in the X-axis direction and the Y-axis direction, detects points on the long side and the short side of the microarray substrate 11, and calculates respective straight lines. To do. The straight line detection unit 33 first scans a change in luminance value for edge image data. FIG. 5A illustrates the scanning method for the edge image data in the straight line detection unit 33, and the luminance value change is scanned in each of the X-axis direction and the Y-axis direction (the direction of the dotted arrow). For example, as shown in FIG. 5A, the edge image data is first scanned from the midpoint X1 in the X-axis direction toward X1 '. The change in the luminance value at this time has a characteristic that the luminance value greatly increases at the edge portion of the microarray substrate 11 and then greatly decreases as shown in FIG. If there is a point having such characteristics, it is determined that an edge has been detected, and luminance values are obtained from points (X2, X3, X4, X5) at regular intervals in the increasing direction of the X axis as shown in FIG. Scan for changes.

一方、エッジ部分を示すポイントが検出されない場合は、エッジ画像データのＸ軸方向の最小値Ｘ０からＸ軸の増加方向へ一定間隔で輝度値の変化を走査するか、もしくはＸ軸方向の最大値Ｘ１０からＸ軸の減少方向へ一定間隔で輝度値の変化を走査することで、エッジ部分を検出する。ここでエッジが検出できない場合は、撮像視野にマイクロアレイ基板１１の角領域４１が入っていないものとしてエラーとする。次に、エッジ画像データのＹ軸方向についてもＸ軸方向と同様な方法で輝度値の変化を走査し、Ｙ軸方向でのエッジを検出する。このように、エッジ部分を示すポイントが検出できれば、図５（ｃ）のようにマイクロアレイ基板１１の長辺上の点５１及び短辺上の点５２の座標を求めることが可能となる。また、エッジを検出する際にエッジ画像データを走査した結果、図６（ａ）のように輝度値の増減幅が小さくエッジの有無を特定することが困難な場合は、図６（ｂ）のようにエッジ画像データを２値化した後に輝度値の変化を走査することでエッジ部分を正確に検出できる。 On the other hand, if a point indicating an edge portion is not detected, a change in luminance value is scanned at regular intervals from the minimum value X0 in the X-axis direction of the edge image data in the increasing direction of the X-axis, or the maximum value in the X-axis direction. An edge portion is detected by scanning a change in luminance value at regular intervals in the decreasing direction of the X axis from X10. If the edge cannot be detected here, it is determined that the corner area 41 of the microarray substrate 11 is not included in the imaging field of view, and an error is assumed. Next, in the Y-axis direction of the edge image data, a change in luminance value is scanned in the same manner as in the X-axis direction, and an edge in the Y-axis direction is detected. Thus, if a point indicating an edge portion can be detected, the coordinates of the point 51 on the long side and the point 52 on the short side of the microarray substrate 11 can be obtained as shown in FIG. Further, as a result of scanning the edge image data when detecting the edge, when the increase / decrease width of the luminance value is small and it is difficult to specify the presence or absence of the edge as shown in FIG. As described above, the edge portion can be accurately detected by scanning the luminance value after binarizing the edge image data.

以上のように、マイクロアレイ基板１１の長辺上の点５１及び短辺上の点５２を検出すると、次に直線検出部３３ではその点を利用してマイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺を示す直線を算出する。直線を算出するためには、マイクロアレイ基板１１の長辺上の点５１及び短辺上の点５２を最低２点ずつ検出すればよいが、直線をより高精度に算出するためには、マイクロアレイ基板１１の長辺上の点５１及び短辺上の点５２をそれぞれ２点以上検出し、最小二乗法を利用して近似直線を算出する方がよい。この場合、近似直線を求めるためのマイクロアレイ基板１１の長辺上の点５１及び短辺上の点５２の数は多いほどよい。 As described above, when the point 51 on the long side and the point 52 on the short side of the microarray substrate 11 are detected, the straight line detection unit 33 next indicates the long side and the short side of the microarray substrate 11 using the points. Calculate a straight line. In order to calculate a straight line, it is sufficient to detect at least two points 51 on the long side and 52 on the short side of the microarray substrate 11, but in order to calculate the straight line with higher accuracy, the microarray substrate It is better to detect at least two points 51 on the long side and 11 points on the short side and calculate an approximate straight line using the least square method. In this case, the larger the number of points 51 on the long side and the points 52 on the short side of the microarray substrate 11 for obtaining the approximate straight line, the better.

エッジ抽出部１５では、上記のように処理することで、マイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺のエッジ情報を抽出することが可能となる。 The edge extraction unit 15 can extract the edge information of the long side and the short side of the microarray substrate 11 by performing the processing as described above.

次に、マイクロアレイ位置情報記憶部１７での記憶情報について図７を用いて説明する。マイクロアレイ位置情報記憶部１７は、マイクロアレイ基板１１の角７２と撮像部１４で撮像を行う際に撮像視野の中心点に置くマイクロアレイ基板１１の基準点７１との相対位置情報７３を記憶している。具体的には、マイクロアレイ基板１１上の基準点７１の数とマイクロアレイ基板１１の角７２と基準点７１との相対位置７３が含まれ、これらの情報は位置ズレ算出部１６で利用される。 Next, information stored in the microarray position information storage unit 17 will be described with reference to FIG. The microarray position information storage unit 17 stores relative position information 73 between the corner 72 of the microarray substrate 11 and the reference point 71 of the microarray substrate 11 placed at the center point of the imaging field when the imaging unit 14 performs imaging. Specifically, the number of reference points 71 on the microarray substrate 11 and the relative positions 73 between the corners 72 of the microarray substrate 11 and the reference points 71 are included, and these pieces of information are used by the positional deviation calculation unit 16.

図７（ａ）に示すように、マイクロアレイ基板１１の中心部に２０ｍｍ×２０ｍｍのスポット領域２１がある場合、スポット領域２１内にはサンプル検体を定着した複数のスポット２２が配置されている。マイクロアレイ基板１１の基準点７１は撮像部１４で撮像する際に撮像視野の中心に置くべき点であるが、本発明の実施の形態では撮像部１４でマイクロアレイ基板１１を撮像する際にスポット領域２１全体が撮像視野に収まるようにするため、マイクロアレイ基板１１の基準点７１はスポット領域２１の中心点とする。このように、スポット領域２１単位に基準点７１を設置することで、撮像を行うスポット領域２１を撮像視野へ移動することが容易になる。また、図７（ｂ）に示すように、マイクロアレイ基板１１上に図７（ａ）と同様の２０ｍｍ×２０ｍｍのスポット領域２１が３つ設けてある場合、マイクロアレイ基板１１の基準点７１はスポット領域２１毎に３つ設置するとよい。 As shown in FIG. 7A, when there is a 20 mm × 20 mm spot region 21 at the center of the microarray substrate 11, a plurality of spots 22 to which a sample specimen is fixed are arranged in the spot region 21. The reference point 71 of the microarray substrate 11 is a point to be placed at the center of the imaging field when the imaging unit 14 captures an image. In the embodiment of the present invention, the spot region 21 is captured when the microarray substrate 11 is imaged by the imaging unit 14. The reference point 71 of the microarray substrate 11 is set as the center point of the spot area 21 so that the entire image can be accommodated in the imaging field. As described above, by setting the reference point 71 in the spot area 21 unit, it is easy to move the spot area 21 to be imaged to the imaging field of view. As shown in FIG. 7B, when three spot areas 21 of 20 mm × 20 mm similar to FIG. 7A are provided on the microarray substrate 11, the reference point 71 of the microarray substrate 11 is the spot area. It is good to install three for every 21.

次に、位置ズレ算出部１６は、エッジ抽出部１５で出力するマイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺のエッジ情報とマイクロアレイ位置情報記憶部１７に記憶している情報から、マイクロアレイ基板１１上のスポット領域２１の撮像部１４の撮像視野の中心点に対するＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ズレとマイクロアレイ基板１１のＸＹ平面上の回転方向の位置ズレを算出する。 Next, the position deviation calculation unit 16 calculates the spot on the microarray substrate 11 from the edge information of the long side and the short side output from the edge extraction unit 15 and the information stored in the microarray position information storage unit 17. A positional deviation in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the center point of the imaging field of the imaging unit 14 in the region 21 and a positional deviation in the rotational direction of the microarray substrate 11 on the XY plane are calculated.

この位置ズレ算出部１６の処理内容について図８、図９を用いて説明する。図８は位置ズレ算出部１６のブロック図であり、位置ズレ算出部１６はマイクロアレイ角算出部８１とＸＹ平面位置ズレ算出部８２と回転ズレ算出部８３で構成される。以下、マイクロアレイ角算出部８１とＸＹ平面位置ズレ算出部８２と回転ズレ算出部８３について説明する。 The processing contents of the positional deviation calculation unit 16 will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a block diagram of the positional deviation calculator 16, and the positional deviation calculator 16 includes a microarray angle calculator 81, an XY plane positional deviation calculator 82, and a rotational deviation calculator 83. Hereinafter, the microarray angle calculation unit 81, the XY plane position shift calculation unit 82, and the rotation shift calculation unit 83 will be described.

マイクロアレイ角算出部８１は、図９（ａ）に示すようにエッジ抽出部１５で出力するマイクロアレイ基板１１の長辺を示す直線９１と短辺を示す直線９２の交点を算出することで、マイクロアレイ基板１１の角７２の座標を特定する。 The microarray angle calculation unit 81 calculates the intersection of the straight line 91 indicating the long side and the straight line 92 indicating the short side of the microarray substrate 11 output from the edge extraction unit 15 as shown in FIG. Eleven corner 72 coordinates are identified.

次に、ＸＹ平面位置ズレ算出部８２は、図９（ｂ）に示すようにまずマイクロアレイ位置情報記憶部１７から読み出したマイクロアレイ基板１１の角７２とマイクロアレイ基板１１の基準点７１との相対位置情報７３とマイクロアレイ角算出部８１で出力するマイクロアレイ基板１１の角７２の座標からマイクロアレイ基板１１の基準点７１の座標を算出する。次に、算出したマイクロアレイ基板１１の基準点７１の座標と撮像部１４の撮像視野の中心点９３の座標との位置ズレ量９４を算出する。ここで、撮像視野の中心点９３の座標は撮像視野のＸ軸座標及びＹ軸座標それぞれの中点であり座標は常に固定されるため、マイクロアレイ基板１１の基準点７１の座標と撮像部１４の撮像視野の中心点９３の座標との位置ズレ量９４が算出できる。 Next, as shown in FIG. 9B, the XY plane position deviation calculation unit 82 first detects the relative position information between the corner 72 of the microarray substrate 11 and the reference point 71 of the microarray substrate 11 read from the microarray position information storage unit 17. 73 and the coordinates of the reference point 71 of the microarray substrate 11 are calculated from the coordinates of the corner 72 of the microarray substrate 11 output by the microarray angle calculator 81. Next, a positional deviation amount 94 between the calculated coordinates of the reference point 71 of the microarray substrate 11 and the coordinates of the center point 93 of the imaging field of the imaging unit 14 is calculated. Here, the coordinates of the center point 93 of the imaging field of view are the midpoints of the X-axis coordinate and the Y-axis coordinate of the imaging field of view, and the coordinates are always fixed, so the coordinates of the reference point 71 of the microarray substrate 11 and the imaging unit 14 A positional deviation amount 94 with respect to the coordinates of the center point 93 of the imaging field can be calculated.

次に、回転ズレ算出部８３は、図９（ｃ）に示すようにエッジ抽出部１５が出力するマイクロアレイ基板１１の長辺を示す直線９１のＸ軸を示す直線９５に対する回転ズレ量（θ）を算出する。回転ズレ量（θ）は、マイクロアレイ基板１１の短辺を示す直線９２のＹ軸を示す直線９６に対する回転ズレ量（θ）を算出してもよい。 Next, as shown in FIG. 9C, the rotation deviation calculation unit 83 outputs the rotation deviation amount (θ) with respect to the straight line 95 indicating the X axis of the straight line 91 indicating the long side of the microarray substrate 11 output from the edge extraction unit 15. Is calculated. As the rotational shift amount (θ), the rotational shift amount (θ) with respect to the straight line 96 indicating the Y axis of the straight line 92 indicating the short side of the microarray substrate 11 may be calculated.

位置ズレ算出部１６では、上記のように処理することで、マイクロアレイ基板１１のＸ軸方向及びＹ軸方向及びＸＹ平面上の回転方向の位置ズレを算出でき、この情報を元にマイクロアレイ基板１１を設置しているステージ１２を移動させることで位置ズレを修正できる。 The position deviation calculation unit 16 can calculate the position deviation in the X axis direction, the Y axis direction, and the rotation direction on the XY plane of the microarray substrate 11 by performing the processing as described above, and the microarray substrate 11 can be calculated based on this information. The positional deviation can be corrected by moving the installed stage 12.

次に、スポット位置情報記憶部１８及びスポット位置特定部１９について図１０を用いて説明する。スポット位置情報記憶部１８は、マイクロアレイ基板１１の基準点７１とマイクロアレイ基板１１上の複数のスポット２２との相対位置情報を記憶している。具体的には、マイクロアレイ基板１１の基準点７１と左上隅のスポット中心点１０１の相対位置１０２とマイクロアレイ基板１１上のスポット２２の配列情報１０３（行及び列方向のスポット数）とスポット半径１０４とスポット間の距離１０５の情報が含まれ、これらの情報はスポット位置特定部１９で利用される。 Next, the spot position information storage unit 18 and the spot position specifying unit 19 will be described with reference to FIG. The spot position information storage unit 18 stores relative position information between the reference point 71 of the microarray substrate 11 and the plurality of spots 22 on the microarray substrate 11. Specifically, the relative position 102 of the reference point 71 of the microarray substrate 11 and the spot center point 101 at the upper left corner, the array information 103 (the number of spots in the row and column directions) of the spot 22 on the microarray substrate 11, and the spot radius 104 Information on the distance 105 between the spots is included, and the information is used by the spot position specifying unit 19.

位置ズレ算出部１６で出力された位置ズレ量に応じてステージ１２を移動すると、マイクロアレイ基板１１の位置ズレが修正され、マイクロアレイ基板１１の基準点７１は撮像部１４の撮像視野の中心点９３と合致する位置へ移動される。スポット位置情報記憶部１８では、マイクロアレイ基板１１の基準点７１と左上隅のスポット２２の中心点１０１の相対位置１０２を記憶しているため、マイクロアレイ基板１１の基準点７１の座標が特定されると、左上隅のスポット２２の中心点１０１の座標が算出できる。本発明の実施の形態では、マイクロアレイ基板１１の基準点７１と左上隅のスポット２２の中心点１０１の相対位置１０２のみしか記憶していないが、マイクロアレイ基板１１の基準点７１と全スポット２２の中心点の相対位置を記憶しておいてもよい。 When the stage 12 is moved in accordance with the positional deviation amount output by the positional deviation calculation unit 16, the positional deviation of the microarray substrate 11 is corrected, and the reference point 71 of the microarray substrate 11 is the center point 93 of the imaging field of the imaging unit 14. It is moved to the matching position. Since the spot position information storage unit 18 stores the relative position 102 between the reference point 71 of the microarray substrate 11 and the center point 101 of the spot 22 in the upper left corner, when the coordinates of the reference point 71 of the microarray substrate 11 are specified. The coordinates of the center point 101 of the spot 22 in the upper left corner can be calculated. In the embodiment of the present invention, only the relative position 102 between the reference point 71 of the microarray substrate 11 and the center point 101 of the spot 22 at the upper left corner is stored, but the reference point 71 of the microarray substrate 11 and the center of all the spots 22 are stored. You may memorize | store the relative position of a point.

次に、スポット位置特定部１９は、スポット位置情報記憶部１８から読み出したマイクロアレイ基板の基準点７１とスポット２２の中心点の相対位置情報１０２とマイクロアレイ基板１１の基準点７１の座標からまず左上隅のスポットの中心点１０１の座標を算出する。ここで、マイクロアレイ基板の基準点７１の座標は撮像部１４の撮像視野の中心点９３と合致しておりこの座標は既知であるため、左上隅のスポット２２の中心点１０１の座標が算出できる。次にスポット２２の配列情報１０３及びスポット間の距離１０５から全スポット２２の中心点の座標を特定する。最後に全スポット２２の中心点の座標からスポット半径１０４の領域をスポット２２として認識する。 Next, the spot position specifying unit 19 starts with the upper left corner from the relative position information 102 of the reference point 71 of the microarray substrate and the center point of the spot 22 read from the spot position information storage unit 18 and the coordinates of the reference point 71 of the microarray substrate 11. The coordinates of the center point 101 of the spot are calculated. Here, since the coordinates of the reference point 71 of the microarray substrate coincide with the center point 93 of the imaging field of the imaging unit 14 and this coordinate is known, the coordinates of the center point 101 of the spot 22 in the upper left corner can be calculated. Next, the coordinates of the center point of all the spots 22 are specified from the arrangement information 103 of the spots 22 and the distance 105 between the spots. Finally, the area of the spot radius 104 is recognized as the spot 22 from the coordinates of the center point of all the spots 22.

図１から図１０において、本発明のマイクロアレイ装置の構成要素について説明したが、次に本発明の実施の形態におけるマイクロアレイ装置のマイクロアレイ基板１１の位置ズレの修正手順を図１１に示すフローチャートを用いて説明する。 1 to 10, the components of the microarray apparatus of the present invention have been described. Next, the procedure for correcting the positional deviation of the microarray substrate 11 of the microarray apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. explain.

まず、マイクロアレイ基板１１をステージ１２へ設置し、撮像部１４の撮像視野にマイクロアレイ基板１１の角領域４１が入る位置へステージ１２を移動するようにステージ制御部１３から指示する（ステップＳ１０１）。 First, the microarray substrate 11 is placed on the stage 12, and the stage controller 13 instructs the stage 12 to move to a position where the corner area 41 of the microarray substrate 11 enters the imaging field of the imaging unit 14 (step S101).

次に、撮像部１４によりマイクロアレイ基板１１の角領域４１の撮像を行う（ステップＳ１０２）。 Next, imaging of the corner area 41 of the microarray substrate 11 is performed by the imaging unit 14 (step S102).

次に、撮像部１４で出力するデジタル画像データをエッジ抽出部１５へ入力し、エッジ抽出部１５ではノイズ除去部３１で、図４（ａ）に示したように平滑化フィルタを適用し不規則雑音を除去する（ステップＳ１０３）。 Next, the digital image data output from the imaging unit 14 is input to the edge extraction unit 15, and the edge extraction unit 15 applies a smoothing filter as shown in FIG. Noise is removed (step S103).

次に、ノイズ除去部３１で出力するノイズ除去画像データをエッジ検出部３２へ入力し、エッジ検出部３２は図４（ｂ）に示したようにエッジ検出フィルタを適用しエッジ強調を行う（ステップＳ１０４）。 Next, the noise-removed image data output by the noise removing unit 31 is input to the edge detecting unit 32, and the edge detecting unit 32 applies an edge detection filter as shown in FIG. 4B to perform edge enhancement (step). S104).

次に、エッジ検出部３２で出力するエッジ画像データを直線検出部３３へ入力し、直線検出部３３は図５（ａ）に示したようにエッジ画像データのＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれについて輝度値の変化を走査し、マイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺上の点を検出し、直線を算出する（ステップＳ１０５）。 Next, the edge image data output by the edge detection unit 32 is input to the straight line detection unit 33, and the straight line detection unit 33 performs each of the X-axis direction and the Y-axis direction of the edge image data as shown in FIG. The change of the luminance value is scanned, the points on the long side and the short side of the microarray substrate 11 are detected, and a straight line is calculated (step S105).

次に、エッジ抽出部１５で出力するエッジ情報を位置ズレ算出部１６へ入力し、位置ズレ算出部１６ではマイクロアレイ角算出部８１でマイクロアレイ基板１１の長辺及び短辺を示す２直線の交点を算出し、マイクロアレイ基板１１の角７２の座標を特定する（ステップＳ１０６）。 Next, the edge information output by the edge extraction unit 15 is input to the position deviation calculation unit 16, and the position deviation calculation unit 16 uses the microarray angle calculation unit 81 to determine the intersection of two straight lines indicating the long side and the short side of the microarray substrate 11. Calculation is performed and the coordinates of the corner 72 of the microarray substrate 11 are specified (step S106).

次に、マイクロアレイ角算出部８１で出力するマイクロアレイ基板１１の角７２の座標とマイクロアレイ位置情報記憶部１７に記憶しているマイクロアレイ基板１１の角７２の座標とマイクロアレイ基板１１の基準点７１との相対位置情報７３をＸＹ平面位置ズレ算出部８２へ入力し、ＸＹ平面位置ズレ算出部８２はマイクロアレイ基板１１の基準点７１の座標を算出した後、撮像部１４の撮像視野の中心点９３の座標との位置ズレ量を算出する（ステップＳ１０７）。 Next, the coordinates of the corner 72 of the microarray substrate 11 output from the microarray angle calculation unit 81, the coordinates of the corner 72 of the microarray substrate 11 stored in the microarray position information storage unit 17, and the reference point 71 of the microarray substrate 11 are relative to each other. The position information 73 is input to the XY plane position deviation calculation unit 82, and the XY plane position deviation calculation unit 82 calculates the coordinates of the reference point 71 of the microarray substrate 11 and then the coordinates of the center point 93 of the imaging field of the imaging unit 14. Is calculated (step S107).

次に、エッジ抽出部１５で出力するエッジ情報を回転ズレ算出部８３へ入力し、回転ズレ算出部８３はマイクロアレイ基板１１の長辺を示す直線９１とＸ軸を示す直線９５からＸＹ平面上の回転ズレ量を算出する（ステップＳ１０８）。 Next, the edge information output by the edge extraction unit 15 is input to the rotation deviation calculation unit 83. The rotation deviation calculation unit 83 is on the XY plane from the straight line 91 indicating the long side of the microarray substrate 11 and the straight line 95 indicating the X axis. A rotation shift amount is calculated (step S108).

次に、ＸＹ平面位置ズレ算出部８２で出力するＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ズレ量９４と回転ズレ算出部８３で出力するＸＹ平面上の回転ズレ量９７をステージ制御部１３へ入力し、ステージ制御部１３はステージ１２へ出力するための制御信号を生成する（ステップＳ１０９）。 Next, the positional deviation amount 94 in the X-axis direction and the Y-axis direction output by the XY plane positional deviation calculation unit 82 and the rotational deviation amount 97 on the XY plane output by the rotational deviation calculation unit 83 are input to the stage control unit 13. The stage control unit 13 generates a control signal for output to the stage 12 (step S109).

次に、ステージ制御部１３で出力するステージ制御信号をステージ１２へ入力し、ステージ１２をＸ軸方向及びＹ軸方向及びＸＹ平面上の回転方向へ移動させ、位置ズレを修正することで撮像部１４の撮像視野にスポット領域２１が収められる（ステップＳ１１０）。 Next, a stage control signal output by the stage control unit 13 is input to the stage 12, the stage 12 is moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the rotation direction on the XY plane, and the image shift unit is corrected by correcting the positional deviation. The spot area 21 is stored in the imaging field of view 14 (step S110).

次に、撮像部１４によりマイクロアレイ基板１１上のスポット領域２１の撮像を行う（ステップＳ１１１）。 Next, the spot area 21 on the microarray substrate 11 is imaged by the imaging unit 14 (step S111).

次に、撮像部１４で出力するデジタル画像データとスポット位置情報記憶部１８に記憶しているマイクロアレイ基板１１の基準点７１と複数のスポットとの相対位置情報をスポット位置特定部１９に入力し、スポット位置特定部１９はまず各スポットの中心点の座標を規定し、次にスポットの中心点の座標からスポット半径１０４の領域を各スポットの領域として認識する（ステップＳ１１２）。 Next, the digital image data output by the imaging unit 14 and the relative position information of the reference point 71 of the microarray substrate 11 and the plurality of spots stored in the spot position information storage unit 18 are input to the spot position specifying unit 19, The spot position specifying unit 19 first defines the coordinates of the center point of each spot, and then recognizes the area of the spot radius 104 from the coordinates of the center point of the spot as the area of each spot (step S112).

図１１において、ステップＳ１０６からステップＳ１０８で位置ズレ量を算出しているが、ステップＳ１０６とステップＳ１０７はＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ズレ量９４、ステップＳ１０８はＸＹ平面上の回転方向の位置ズレ量９７を算出しているため、これらのステップは順番を入れ替えることも可能である。また、処理速度向上のためには上記ステップを並列で実行してもよい。 In FIG. 11, the positional deviation amount is calculated from step S106 to step S108. However, step S106 and step S107 are the positional deviation amount 94 in the X axis direction and the Y axis direction, and step S108 is the position in the rotational direction on the XY plane. Since the deviation amount 97 is calculated, the order of these steps can be changed. Further, the above steps may be executed in parallel to improve the processing speed.

以上のように、実施の形態においてはマイクロアレイ基板の長辺及び短辺を抽出した後、マイクロアレイ基板の角の座標を算出し、マイクロアレイ基板の角とマイクロアレイ基板の基準点との相対位置情報から位置ズレを修正することにより、位置合わせのための基準マークやパターン領域を設置することなく、マイクロアレイ基板をステージに装着する時の位置ズレを修正することが可能となる。 As described above, in the embodiment, after extracting the long side and the short side of the microarray substrate, the coordinates of the corner of the microarray substrate are calculated, and the position is obtained from the relative position information between the corner of the microarray substrate and the reference point of the microarray substrate. By correcting the misalignment, it is possible to correct the misalignment when the microarray substrate is mounted on the stage without installing a reference mark or pattern area for alignment.

さらに、従来はスポット領域と基準マークが撮像視野に入るように広い視野にしていたため、１つのスポットあたりの画素の数が少なくなるという課題があったが、本実施の形態では基準マークを用いないようにしたため、スポット領域のみが視野に入るようにすることで１つのスポットあたりの画素の数を多く出来るという効果がある。 Furthermore, since the conventional field of view is wide so that the spot area and the reference mark fall within the imaging field of view, there is a problem that the number of pixels per spot is reduced, but in this embodiment, the reference mark is not used. Therefore, there is an effect that the number of pixels per spot can be increased by allowing only the spot area to enter the field of view.

さらに、従来はスポット領域の中にパターン領域を設けていたために、測定に使用できるスポットの数が減少するという課題があったが、本実施の形態ではパターン領域を必要としないため、スポット領域内のスポット全てが測定に使用出来るという効果がある。 Furthermore, since the pattern area is conventionally provided in the spot area, there is a problem that the number of spots that can be used for measurement is reduced. However, in the present embodiment, since the pattern area is not required, All the spots can be used for measurement.

また、本発明のマイクロアレイ装置において、撮像部の素子としてモノクロＣＣＤを例示したが、これに限定することなく、カラーＣＣＤ、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、電荷注入素子（ＣＩＤ）、横型埋め込み式電荷蓄積部を有する増幅型撮像センサ（ＬＢＣＡＳＴ）、フォトダイオードあるいは光電子倍増管等も適用可能である。また、撮像部にイメージインテンシファイアを導入することも可能である。 In the microarray device of the present invention, a monochrome CCD is exemplified as an element of the imaging unit. However, the color CCD, the complementary metal oxide semiconductor (CMOS), the charge injection element (CID), and the horizontal embedded are not limited thereto. An amplification type imaging sensor (LBCAST) having a charge storage unit, a photodiode, a photomultiplier tube, or the like is also applicable. It is also possible to introduce an image intensifier into the imaging unit.

また、本発明のマイクロアレイ装置において、マイクロアレイ基板として無色透明なガラス基板を例示したが、これに限定することなく、シリコン基板、有色で不透明な基板、あるいはプラスチック基板も適用可能である。さらに、本発明の実施の形態で示したマイクロアレイ基板の大きさやスポット領域のサイズも一例であり、適時変更可能である。 In the microarray apparatus of the present invention, a colorless and transparent glass substrate is exemplified as the microarray substrate. However, the present invention is not limited to this, and a silicon substrate, a colored and opaque substrate, or a plastic substrate is also applicable. Furthermore, the size of the microarray substrate and the size of the spot area shown in the embodiment of the present invention are examples, and can be changed as appropriate.

本発明にかかるマイクロアレイ装置は、マイクロアレイ基板の位置合わせのための基準マークやパターン領域を設置することなく、マイクロアレイ基板の位置ズレを修正することができ、基板に定着したサンプルを撮像する撮像装置等として有用である。 The microarray apparatus according to the present invention is capable of correcting the positional deviation of the microarray substrate without installing a reference mark or a pattern region for alignment of the microarray substrate, and an imaging apparatus for imaging a sample fixed on the substrate. Useful as.

本発明におけるマイクロアレイ装置のブロック図Block diagram of a microarray device according to the present invention マイクロアレイ基板の構成図Microarray substrate configuration diagram 本発明におけるエッジ抽出部のブロック図The block diagram of the edge extraction part in this invention ２次微分フィルタ適用の効果を示す図The figure which shows the effect of the application of the secondary differential filter 直線検出を説明する図Diagram explaining straight line detection 直線検出の際の輝度値の変化を説明する図The figure explaining the change of the luminance value at the time of straight line detection マイクロアレイの基準点を説明する図Illustration explaining the reference point of the microarray 本発明における位置ズレ算出部のブロック図The block diagram of the position shift calculation part in this invention マイクロアレイ位置ズレ量の算出を説明する図The figure explaining calculation of microarray position gap amount スポット位置特定方法を説明する図Diagram explaining the spot position identification method マイクロアレイの位置ズレ修正処理のフローチャートFlowchart of microarray misalignment correction processing

Explanation of symbols

１１マイクロアレイ基板
１２ステージ
１３ステージ制御部
１４撮像部
１５エッジ抽出部
１６位置ズレ算出部
１７マイクロアレイ位置情報記憶部
１８スポット位置情報記憶部
１９スポット位置特定部
２１スポット領域
２２スポット
３１ノイズ除去部
３２エッジ検出部
３３直線検出部
４１マイクロアレイ基板の角領域
４２不規則雑音
５１マイクロアレイ基板の長辺上の点
５２マイクロアレイ基板の短辺上の点
７１マイクロアレイ基板の基準点
７２マイクロアレイ基板の角
７３マイクロアレイ基板の角と基準点との相対位置情報
８１マイクロアレイ角算出部
８２ＸＹ平面位置ズレ算出部
８３回転ズレ算出部
９１マイクロアレイ基板の長辺を示す直線
９２マイクロアレイ基板の短辺を示す直線
９３撮像視野の中心点
９４Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置ズレ量
９５Ｘ軸を示す直線
９６Ｙ軸を示す直線
９７回転ズレ量
１０１スポット中心点
１０２マイクロアレイ基板の基準点とスポット中心点の相対位置情報
１０３マイクロアレイ基板上のスポット配列情報
１０４スポット半径
１０５スポット間の距離 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Microarray substrate 12 Stage 13 Stage control part 14 Imaging part 15 Edge extraction part 16 Position shift calculation part 17 Microarray position information storage part 18 Spot position information storage part 19 Spot position specification part 21 Spot area 22 Spot 31 Noise removal part 32 Edge detection Unit 33 straight line detection unit 41 corner region of microarray substrate 42 random noise 51 point on long side of microarray substrate 52 point on short side of microarray substrate 71 reference point of microarray substrate 72 corner of microarray substrate 73 corner of microarray substrate Relative position information with respect to the reference point 81 Microarray angle calculation unit 82 XY plane position shift calculation unit 83 Rotation shift calculation unit 91 Straight line indicating the long side of the microarray substrate 92 Straight line indicating the short side of the microarray substrate 93 In the imaging field of view Point 94 X-axis direction and Y-axis direction misalignment amount 95 Straight line representing X axis 96 Straight line representing Y axis 97 Rotation misalignment amount 101 Spot center point 102 Relative position information of microarray substrate reference point and spot center point 103 Microarray substrate Top spot array information 104 Spot radius 105 Distance between spots

Claims

In a microarray apparatus for measuring a microarray substrate having a plurality of spots in which a sample specimen is fixed on the substrate,
A stage movable by installing the microarray substrate;
A stage control unit for controlling the moving direction and moving amount of the stage;
An imaging unit that outputs the digital image data that digitally represents the luminance of light received by each pixel of the light receiving element by imaging the microarray substrate;
An edge extraction unit that extracts edge information of long and short sides of the microarray substrate from the digital image data;
A microarray position information storage unit storing relative position information between corners of the microarray substrate and a reference point of the microarray substrate;
A positional shift calculation unit that calculates a positional shift of the microarray substrate from relative position information of the edge information, a corner of the microarray substrate, and a reference point of the microarray substrate;
The stage control unit controls the stage so as to correct the position shift calculated by the position shift calculation unit;
A microarray apparatus characterized by that.

The edge extraction unit
A noise removing unit for removing a noise component from the digital image data;
An edge detection unit that applies an edge detection filter to the noise-removed image data output by the noise removal unit;
A linear detection unit that sequentially scans the edge image data output by the edge detection unit to detect straight lines of the long side and the short side of the microarray substrate;
Detecting straight lines of long sides and short sides of the microarray substrate from the digital image data;
The microarray apparatus according to claim 1.

The positional deviation calculation unit
A microarray angle calculation unit for calculating an intersection of a straight line of the long side and the short side of the microarray substrate from the edge information;
The reference point of the microarray substrate is calculated from the coordinates of the corner of the microarray substrate output by the microarray angle calculation unit and the relative position information of the corner of the microarray substrate read from the microarray position information storage unit and the reference point of the microarray substrate. An XY plane position shift calculation unit that calculates coordinates and calculates a position shift in the X axis direction and the Y axis direction with respect to the imaging field of view of the imaging unit;
A rotation shift calculation unit for calculating a rotation shift on the XY plane from the straight lines of the long side and the short side of the microarray substrate output by the edge extraction unit;
A positional shift in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the rotation direction is calculated from the relative position information between the straight line of the long side and the short side of the microarray substrate and the reference point of the microarray substrate.
The microarray apparatus according to claim 1.

A spot position information storage unit storing relative position information of a reference point of the microarray substrate and the plurality of spots;
A spot position specifying unit that specifies the positions of the plurality of spots from the relative position information between the digital image data and the reference point of the microarray substrate read from the spot position information storage unit and the plurality of spots;
The microarray apparatus according to claim 1.