信息处理装置、信息处理方法、信息处理系统以及程序与流程

1.本公开涉及一种信息处理装置、一种信息处理方法、一种信息处理系统和一种计算机程序。


背景技术：

2.传统上已知一种荧光显微镜，其能够通过用激发光线照射用荧光染料试剂染色的待观察对象来产生荧光，捕获荧光图像，并输出所获得的捕获图像信息。关于荧光显微镜，因为与用于可见光的普通显微镜(亮场显微镜)相比，待观察物体的亮度较低，所以需要将成像装置长时间暴露于激发光线，并且由于长时间曝光，噪声可能包含在捕获图像信息中。因此，已经开发了各种技术来从捕获的荧光图像信息中去除噪声。
3.例如，下面列出的专利文献1公开了一种技术，当使用荧光显微镜将平铺(tiling)应用于用荧光染料试剂染色的待观察对象的图像时(当图像被分割成图块时)，该技术能够更适当地去除噪声。
4.引用列表
5.专利文献
6.专利文献1：jp 2013-25466 a


技术实现要素：

7.技术问题
8.然而，在专利文献1中公开的技术中，没有适当考虑荧光物质的荧光衰减的影响。更具体地，已知当用激发光线照射荧光物质时，荧光物质的荧光强度根据激发光线的强度和照射时间的流逝而下降(即，发生荧光衰减或其表观量子产率下降)。因此，根据专利文献1中公开的技术，观察者有时不能使用荧光的捕获图像信息适当地评估对应于荧光分子的信息(例如，荧光分子的数量或结合到荧光分子的抗体的数量)。
9.为了解决这个问题，考虑到上述问题，构成本公开，并且本公开的目的是提供一种新颖且改进的信息处理装置、信息处理方法、信息处理系统和计算机程序，其能够计算对应于荧光分子的信息，同时考虑荧光物质的荧光衰减的影响。
10.问题的解决方案
11.根据本公开，提供了一种信息处理装置，包括：图像获取单元，获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息；信息获取单元，获取与荧光染料试剂相关的信息；校正单元，使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，所述荧光衰减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中；以及计算单元，使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息。
12.此外，根据本公开，提供了一种由计算机执行的信息处理方法，包括：获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息；获取与荧光染料试剂相关的信息；使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，所述荧光衰
减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中；并且使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息。
13.此外，根据本公开，提供了一种计算机程序，使计算机执行：获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息；获取与荧光染料试剂相关的信息；使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，所述荧光衰减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中；并且使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息。
14.此外，根据本公开，提供了一种信息处理系统，包括：图像获取单元，获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息；信息获取单元，获取与荧光染料试剂相关的信息；校正单元，使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，所述荧光衰减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中；计算单元，使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息；以及显示单元，其显示基于对应于荧光分子的信息生成的图像信息。
15.发明的有利效果
16.根据如上所述的本公开，可以计算对应于荧光分子的信息，同时考虑荧光物质的荧光衰减的影响。
17.上述效果不一定是限制性的，除了上述效果之外，或者代替上述效果，可以实现本文描述的任何效果或者从本文的描述中理解的其他效果。
附图说明
18.[图1]是示出根据实施方式的信息处理系统的示例性配置的框图；
[0019]
[图2]是示出计算荧光分子的数量或与荧光分子结合的抗体的数量的过程的整个序列的一个示例的流程图；
[0020]
[图3]是用于解释荧光衰减校正处理的示意图；
[0021]
[图4]是用于解释通过荧光显微镜的物镜可检测的范围的示意图；
[0022]
[图5]是示出测量荧光衰减系数的过程的序列的示例的流程图；
[0023]
[图6]是示出荧光染料试剂10和安装介质的混合物的捕获图像信息的示意图；
[0024]
[图7]是仅示出安装介质的捕获图像信息的示意图；
[0025]
[图8]是示出按时间顺序绘制荧光物质的平均亮度的结果的示意图；
[0026]
[图9]是示出量子产率的实际测量和目录规格之间的比较结果的示意图；
[0027]
[图10]是用于解释计算发射光子数量的方法的示意图；
[0028]
[图11]是示出在1.104[w/cm2]的激发功率密度下激发的荧光物质af647的荧光衰减曲线的示意图；
[0029]
[图12]是示出应用荧光衰减校正的并且以16-[比特]灰度表示的捕获图像信息的示意图；
[0030]
[图13]是示出通过将每个像素的亮度转换成荧光分子的数量而生成的并且以10-[比特]灰度表示的图像信息的示意图；
[0031]
[图14]是示出通过将每个像素的亮度转换成抗体的数量而生成的并且以8-[比特]灰度表示的图像信息的示意图；
[0032]
[图15]是示出针对每种荧光物质实际测量的每个分子的光子数、表示荧光分子数的图像压缩比、荧光标记比和表示抗体数的图像压缩比的实际测量的示意图；
[0033]
[图16]是示出发射激发光线的激发功率密度和由激发光线的发射引起的荧光的荧光强度之间的关系的对数曲线图；
[0034]
[图17]是用于解释计算饱和荧光强度的方法的示意图；
[0035]
[图18]是示出信息处理装置100的示例性硬件配置的框图；
[0036]
[图19]是用于解释导出可通过物镜检测的范围相对于荧光的辐射点42的整个范围的比率(等式14)的方法的示意图。
具体实施方式
[0037]
现在将参照附图详细解释根据本公开的优选实施方式。在说明书和附图中，具有基本相同功能配置的元件将具有相同的附图标记，并且将省略其冗余解释。
[0038]
将按以下顺序提供解释。
[0039]
1.概述
[0040]
2.示例性配置
[0041]
3.流程序列的示例
[0042]
4.实施方式
[0043]
5.与荧光饱和相关的校正
[0044]
6.示例性硬件配置
[0045]
7.备注
[0046]
8.总结
[0047]
<1.概述>
[0048]
现在将提供本公开的概述。
[0049]
如前所述，已知当用激发光线照射荧光物质时，荧光物质的荧光强度根据激发光线的强度和照射时间的流逝而下降(即，发生荧光衰减，或者表观量子产率下降)。在专利文献1中公开的技术中，没有适当考虑荧光物质的荧光衰减的影响。荧光物质发生荧光衰减的快速性因荧光物质的不同而有很大差异，有些荧光物质长时间保持发射荧光，而有些荧光物质即使使用相同强度的激发光线也会瞬间衰减。由于这种差异，观察者有时不可能评估对应于荧光分子的信息(例如，荧光分子的数量或结合到荧光分子的抗体的数量)。特别地，当观察者比较多种荧光物质中荧光分子的数量时，定量比较有时是困难的。
[0050]
考虑到以上内容，本公开的发明人已经开始创造根据本公开的技术。根据本公开的信息处理装置100获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息，获取与荧光染料试剂相关的信息，并且使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，该荧光衰减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中。信息处理装置100然后可以使用校正的亮度计算捕获图像信息中对应于荧光分子的信息(例如，荧光分子的数量或结合到荧光分子的抗体的数量)，并输出用该信息反映的图像信息。“与荧光染料试剂相关的信息”(在下文中，为了方便起见，称为“试剂信息”)除了包括荧光衰减系数之外，还可以包括与荧光染料试剂相关的量子产率、吸收截面(或摩尔吸光系数)和荧光标记比率。然而，试剂信息中包括的信息不限于此。
[0051]
换言之，例如，通过将捕获图像信息的亮度转换成荧光分子的数量，信息处理装置100可以输出用荧光分子的数量反映的图像信息。由此，信息处理装置100可以实现定量评估，而不依赖于测量条件或荧光物质的特性。例如，即使要使用的荧光物质的类型(荧光标记类型)改变，即使在荧光物质改变之前和之后，信息处理装置100也可以输出基本相同数量的荧光分子。此外，信息处理装置100可以更适当地比较多种荧光物质中荧光分子的数量(或结合到荧光分子的抗体的数量)。
[0052]
此外，在荧光分子数量的测量中，可以用更高强度的激发光线照射荧光染料样本，从而产生更高的荧光信号。在这种情况下，因为当激发光线的强度变得更高时，荧光衰减的速度也变得更高，所以荧光衰减可能在捕获图像之前开始发生，并且有可能不能获取适当的捕获图像信息。相反，因为信息处理装置100可以使用荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度(下文中，“使用荧光衰减系数执行的捕获图像信息的亮度校正”将被称为“荧光衰减校正”)，所以即使当要使用高强度激发光线时，也可以获取适当的捕获图像信息。换言之，通过执行荧光衰减校正，信息处理装置100可以通过增加激发光线的强度在更短的时间段内获取捕获图像信息。
[0053]
此外，如前所述，因为信息处理装置100可以基于荧光分子的数量(或结合到荧光分子的抗体的数量)输出图像信息，所以例如可以根据荧光分子的数量来调整图像信息的灰度。以这种方式，信息处理装置100可以优化图像信息的质量和数据量(或者可以使质量和数据量更接近最优)。虽然荧光物质的荧光强度或捕获图像信息的亮度是连续值，但是荧光分子的数量或抗体的数量是离散值。因此，信息处理装置100可以通过基于荧光分子的数量或抗体的数量输出图像信息来减少数据量。
[0054]
在根据本公开的实施方式中，假设使用不同于在荧光分子的数量(或结合到荧光分子的抗体的数量)的测量中使用的样本来分别测量荧光衰减系数。例如，当要立即进行荧光分子等的数量的测量和荧光衰减系数的测量时，需要高时间分辨率的测量环境(特别是对于荧光衰减快速发生的荧光物质)。相反，当如在根据本公开的实施方式中那样单独测量荧光衰减系数时，通过用低强度激发光线照射高浓度荧光物质，即使在时间分辨率相对较低的测量环境中，也可以测量更精确的荧光衰减系数。因为当捕获图像信息的亮度较高时，信噪(sn)比提高得更多，所以更准确地计算荧光衰减系数。
[0055]
此外，当立即进行荧光分子等的数量和荧光衰减系数的测量时，有时捕获图像信息的亮度变得不足，并且有时不可能适当地计算荧光衰减系数。相反，当单独计算荧光衰减系数时，如在根据本公开的实施方式中，可以更可靠地计算荧光衰减系数。
[0056]
此外，当立即进行荧光分子等的数量的测量和荧光衰减系数的测量时，有可能与目标亮度的亮度同时获得源自除荧光染料试剂之外的物质的亮度，例如，源自组织或细胞的自发荧光的亮度。结果，荧光衰减系数计算的精度可能下降，并且可能有需要校正捕获图像信息的亮度。相反，当单独测量荧光衰减系数时，如在根据本公开的实施方式中，因为可以获得仅对应于从目标荧光物质发射的荧光的亮度，所以可以更精确地计算荧光衰减系数。
[0057]
这种分别测量荧光衰减系数和荧光分子数量等的方法仅仅是一个示例。换言之，也可以立即测量荧光衰减系数和荧光分子的数量等。
[0058]
<2.示例性配置>
[0059]
上文已经解释了本公开的概述。现在将参照图1解释根据本公开的一个实施方式的信息处理系统的示例性配置。
[0060]
如图1所示，根据实施方式的信息处理系统包括信息处理装置100和数据库200，并且具有荧光染料试剂10、样本20和荧光染料样本30，作为信息处理系统的输入。
[0061]
(荧光染料试剂10)
[0062]
荧光染料试剂10是用于给样本20染色的化学物质。荧光染料试剂10的示例包括荧光抗体、荧光探针和核染料试剂，但是荧光染料试剂10的类型不限于任何特定类型。此外，荧光染料试剂10以附加有能够识别荧光染料试剂10(以及荧光染料试剂10的生产批次)的识别信息(以下称为“试剂识别信息11”)的方式进行管理。试剂识别信息11例如是条形码信息(例如，一维条形码信息或二维条形码信息)，但不限于条形码信息。即使荧光染料试剂10是相同的产品(相同的类型)，荧光染料试剂10的特性在生产批次之间也变得不同，这取决于制造方法或获得抗体的细胞。例如，荧光染料试剂10具有不同的荧光衰减系数或荧光标记比率(也称为“荧光素/蛋白质(f/p)值”，其表示用于标记抗体的荧光分子的数量)。因此，在根据实施方式的信息处理系统中，通过分配试剂识别信息11，荧光染料试剂10由生产批次管理(换言之，荧光染料试剂10的试剂信息由生产批次管理)。以这种方式，信息处理装置100可以通过考虑生产批次特有的特性的微小差异来执行各种处理。荧光染料试剂10的这种按生产批次的管理仅仅是一个示例，并且荧光染料试剂10可以以小于生产批次的单位来管理。
[0063]
(样本20)
[0064]
出于病理诊断的目的，样本20由源自人体的样本或组织样本制成。关于样本20，要使用的身体组织的类型(例如，器官)、目标疾病的类型、受试者的属性(例如，年龄、性别、血型或种族)或受试者的生活方式习惯(例如，饮食、锻炼习惯或吸烟习惯)不限于任何特定的类型。因为样本20根据要使用的身体组织的类型、目标疾病的类型、受试者的属性、受试者的生活习惯等表现出不同的特征，所以可以以附加有能够识别每个样本20的识别信息的方式来管理样本20。
[0065]
(荧光染料样本30)
[0066]
荧光染料样本30通过用荧光染料试剂10染色样本20而制成。在该实施方式中，假设通过使用至少一种荧光染料试剂10对样本20进行染色来实现荧光染料样本30，但是在染色中使用的荧光染料试剂10的数量不限于任何特定数量。此外，例如，基于样本20和荧光染料试剂10的组合来确定染色方法，并且不限于任何特定的方法。荧光染料样本30被输入到信息处理装置100，并且由信息处理装置100捕获它们的图像。
[0067]
(信息处理装置100)
[0068]
如图1所示，信息处理装置100包括获取单元110、存储单元120、处理单元130、显示单元140、控制单元150和操作单元160。
[0069]
(获取单元110)
[0070]
获取单元110是用于获取信息处理装置100执行的各种处理中使用的信息的配置。如图1所示，获取单元110包括信息获取单元111和图像获取单元112。
[0071]
(信息获取单元111)
[0072]
信息获取单元111是用于获取诸如试剂信息等各种类型的信息的配置。更具体地，
信息获取单元111获取附加到用于创建荧光染料样本30的荧光染料试剂10的试剂识别信息11。例如，信息获取单元111例如使用条形码读取器获取试剂识别信息11。信息获取单元111基于试剂识别信息11从数据库200获取试剂信息。信息获取单元111还获取单独测量的激发功率密度的实际测量(用于测量激发功率密度的受试者不限于任何特定受试者)。信息获取单元111获取的信息不限于此。信息获取单元111将这些获取的信息存储在信息存储单元121中，这将在后面描述。
[0073]
(图像获取单元112)
[0074]
图像获取单元112是获取荧光染料样本30(用荧光染料试剂10染色的样本20)的捕获图像信息的配置。更具体地，图像获取单元112具有成像装置(例如，电荷耦合器件(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos))，并且通过使用成像装置捕获荧光染料样本30的图像来获取捕获图像信息。“捕获图像信息”是这样的概念，其不仅包括荧光染料样本30本身的捕获图像，还包括未被可视化为图像的测量等(例如，亮度的测量)。图像获取单元112将捕获图像信息存储在图像信息存储单元122中，这将在后面描述。
[0075]
(存储单元120)
[0076]
存储单元120是在其中对信息处理装置100执行的各种处理中使用的信息(将信息保存在存储器中)以及从各种处理输出的信息进行存储的配置。如图1所示，存储单元120包括信息存储单元121和图像信息存储单元122。
[0077]
(信息存储单元121)
[0078]
信息存储单元121是在其中存储各种类型的信息的配置，例如，由信息获取单元111获取的试剂信息(例如，如前所述，荧光衰减系数、吸收截面(或摩尔吸光系数)、量子产率和荧光标记比率)。在诸如由校正单元131执行的荧光衰减校正处理、由计算单元132执行的计算荧光分子的数量(或结合到荧光分子的抗体的数量)的处理、或由图像生成单元133执行的图像生成处理(将在后面描述)等处理之后，信息存储单元121可以删除在这些处理中使用的这些信息，从而增加可用容量。
[0079]
(图像信息存储单元122)
[0080]
图像信息存储单元122是在其中存储由图像获取单元112获取的荧光染料样本30的捕获图像信息(将信息保存在存储器中)的配置。以与信息存储单元121相同的方式，在诸如由校正单元131执行的荧光衰减校正处理、由计算单元132执行的计算荧光分子的数量(或结合到荧光分子的抗体的数量)的处理、或由图像生成单元133执行的图像生成处理等处理之后，图像信息存储单元122可以删除在处理中使用的捕获图像信息，从而增加可用容量。
[0081]
(处理单元130)
[0082]
处理单元130是使用诸如捕获图像信息、试剂信息(例如，如前所述，荧光衰减系数、吸收截面(或摩尔吸光系数)、量子产率和荧光标记比率)和激发功率密度等信息来执行各种处理的功能配置。如图1所示，处理单元130包括校正单元131、计算单元132和图像生成单元133。
[0083]
(校正单元131)
[0084]
校正单元131是对捕获图像信息执行荧光衰减校正处理的配置。更具体地，校正单元131使用荧光衰减系数、吸收截面、激发功率密度等，将捕获图像信息的亮度校正到发生
荧光衰减之前的亮度。由校正单元131执行的荧光衰减校正处理将在后面的部分中详细解释。
[0085]
(计算单元132)
[0086]
计算单元132是使用捕获图像信息的亮度来计算捕获图像信息中对应于荧光分子的信息(例如，荧光分子的数量或抗体的数量)的配置，该亮度由校正单元131校正。更具体地，计算单元132使用例如吸收截面、量子产率、荧光标记比率和激发功率密度，将每个校正像素的亮度转换成荧光分子的数量或抗体的数量。由计算单元132执行的计算荧光分子的数量或抗体的数量的处理将在后面的部分中详细解释。
[0087]
在该实施方式中，假设荧光物质的荧光衰减系数、量子产率等的计算与荧光分子的数量等的计算分开进行(当然，不限于此)。此时，计算单元132可以执行计算荧光衰减系数、量子产率等的过程。
[0088]
(图像生成单元133)
[0089]
图像生成单元133是基于由计算单元132计算的对应于荧光分子的信息(例如，荧光分子的数量或抗体的数量)来生成图像信息的配置。“图像信息”是这样的概念，其不仅包括图像本身，还包括未被可视化为图像的数量等(例如，荧光分子的数量或抗体的数量)，其方式与上述捕获图像信息相同。由图像生成单元133执行的生成图像信息的过程将在后面的部分中详细解释。
[0090]
(显示单元140)
[0091]
显示单元140是通过在显示器上显示图像信息来向用户呈现由图像生成单元133生成的图像信息(基于对应于荧光分子的信息生成的图像信息)的配置。用作显示单元140的显示器的类型不限于任何特定类型。虽然在该实施方式中没有提供详细的解释，但是可以通过用投影仪投影图像信息，或者通过用打印机打印图像信息，来向用户呈现由图像生成单元133生成的图像信息(换言之，输出图像信息的方式不限于任何特定的方式)。
[0092]
(控制单元150)
[0093]
控制单元150是全面控制信息处理装置100执行的整个处理的配置。例如，控制单元150基于用户经由操作单元160执行的操作输入，控制开始和结束各种处理，例如，上面解释的那些处理(例如，捕获荧光染料样本30的图像的处理、校正荧光衰减的处理、计算荧光分子的数量(或结合到荧光分子的抗体的数量)的处理、生成图像信息的处理以及显示图像信息的处理)。由控制单元150执行的控制不限于上述处理。例如，控制单元150还可以控制通常在通用计算机、个人计算机(pc)或平板pc中执行的处理(例如，与操作系统(os)相关的处理)。
[0094]
(操作单元160)
[0095]
操作单元160是从用户接收操作输入的配置。更具体地，操作单元160包括各种输入单元，例如，键盘、鼠标、按钮、触摸面板或麦克风，并且用户可以通过在这些输入单元上进行操作来向信息处理装置100输入各种输入。与经由操作单元160执行的操作输入相关的信息被提供给控制单元150。
[0096]
(数据库200)
[0097]
数据库200是管理与荧光染料试剂10相关的信息的装置，例如，荧光衰减系数、吸收截面(或摩尔吸收系数)、量子产率和荧光标记比率。更具体地，数据库200以与诸如荧光
衰减系数、吸收截面(或摩尔吸收系数)、量子产率和荧光标记比率等信息相关联的方式管理试剂识别信息11。通过这种关联，信息获取单元111可以基于荧光染料试剂10的试剂识别信息11从数据库200获取这些信息。数据库200还可以使用能够识别样本20的识别信息来管理与样本20相关的各种类型的信息。此外，数据库200还可以管理其他信息，例如，包括激发功率密度的实际测量。
[0098]
上面已经解释了根据实施方式的信息处理系统的示例性配置。上面参考图1解释的配置仅仅是一个示例，并且根据实施方式的信息处理系统不限于上述示例。例如，信息处理装置100不必具备图1所示的所有配置。信息处理装置100的配置可以根据规格或操作灵活地修改。
[0099]
<3.流程序列的示例>
[0100]
上面已经解释了根据实施方式的信息处理系统的示例性配置。现在将解释在根据实施方式的信息处理系统中执行的处理序列的示例。
[0101]
(3.1.计算荧光分子的数量的过程的整个序列的示例)
[0102]
现在将参照图2解释计算荧光分子的数量(或结合到荧光分子的抗体的数量)的过程的整个序列的示例。
[0103]
在步骤s1000，用户确定要在分析中使用的荧光染料试剂10和样本20。在步骤s1004，用户然后通过使用荧光染料试剂10染色样本20来制备荧光染料样本30。
[0104]
在步骤s1008，信息处理装置100中的图像获取单元112通过捕获荧光染料样本30的图像来获取捕获图像信息。在步骤s1012，信息获取单元111基于在生成荧光染料样本30时使用的附加到荧光染料试剂10的试剂识别信息11，从数据库200获取试剂信息，例如，荧光衰减系数、吸收截面、量子产率和荧光标记比率。信息获取单元111还单独获取激发功率密度的实际测量。
[0105]
在步骤s1016，校正单元131使用荧光衰减系数、吸收截面、激发功率密度等来校正捕获图像信息中的每个像素的亮度(执行荧光衰减校正处理)。在步骤s1020，计算单元132将每个像素处的校正亮度转换成光子的数量。在步骤s1024，计算单元132将光子的数量转换成荧光分子的数量或结合到荧光分子的抗体的数量。
[0106]
在步骤s1028，图像生成单元133生成反映荧光分子的数量或结合到荧光分子的抗体的数量的图像信息。在步骤s1032，显示单元140在显示器上显示图像信息，并且处理序列结束。
[0107]
(3.2.荧光衰减校正处理)
[0108]
现在将详细解释图2所示的步骤s1016的荧光衰减校正处理。
[0109]
下面所示的等式1是一种表示荧光物质的荧光衰减特性的模型。为了更具体地解释，下面指示的等式1是表示荧光物质的荧光衰减系数的等式，荧光物质的荧光衰减系数被定义为被荧光物质吸收的光子的数量或者荧光物质经历每激发功率密度的荧光衰减的概率。
[0110]
f＝f0×
exp{-(abs光子)
×
φ
×
t}
ꢀꢀ
(1)
[0111]
f：荧光衰减后的荧光强度
[0112]
f0：初始值(荧光衰减前的荧光强度)
[0113]
abs光子：吸收光子数
[0114]
(每秒一个荧光染料分子吸收的光子数)
[0115]
φ：荧光衰减系数
[0116]
t：曝光时间
[0117]
荧光强度的实际测量由下面的等式2表示，作为等式1的积分。“荧光强度的实际测量”是指在曝光期间获得的荧光强度，并且等于由图3所示的荧光衰减曲线包围的面积。
[0118][0119]
基于等式2，荧光强度的初始值f0表示为如下所示的等式3，并且校正单元131通过将曝光时间t乘以初始值f0来输出荧光衰减校正处理之后的荧光强度，如下所示的等式4。荧光衰减校正处理后的荧光强度等于图3中虚线包围的面积。
[0120][0121]
荧光衰减校正后的荧光强度＝f0×
t
ꢀꢀ
(4)
[0122]
其中，吸收的光子数(abs光子)由以下所示的等式5至7表示。
[0123]
(abs光子)＝激发光子密度
×
吸收截面
ꢀꢀ
(5)
[0124][0125][0126]
h：普朗克常数(6.62607
×
10-34
[js])
[0127]
c：真空中的光速(2.99792458
×
108[m/s])
[0128]
λ：真空中电磁波的波长
[0129]
(在这个实施例中，543
×
10-9
[m]，作为一个示例)
[0130]
在本实施方式中，实际测量等式6中的激发光子密度的计算中使用的激发功率密度，并在数据库200中进行管理。测量激发功率密度的受试者不限于任何特定的受试者。在该实施方式中，作为示例，计算单元132收集激发功率密度的实际测量。例如，通过在照明光源的光路上提供孔径，并且通过发射具有小孔径开口的激发光线，计算单元132可以测量照射特定区域的激发光线的功率。计算单元132可以通过分析具有所提供的孔径的捕获图像信息来测量照射区域。
[0131]
测量照射面积的方法不限于任何特定的方法。例如，计算单元132可以使用某个图像处理软件来分析用激发光线照射的观察目标样本的捕获图像信息(因为目的是测量照射区域，所以观察目标样本可以是仅包含安装介质的样本)，计算用激发光线照射的像素数，并基于像素数来测量照射区域。
[0132]
例如，假设用激发光线照射的区域内的像素数是354221像素。假设成像装置(例如，cmos)的像素的一侧为3.45[μm]，并且荧光显微镜的物镜的放大率为20[倍]，则对应于观察目标样本的表面上的一个像素的正方形的一侧由下面所示的等式8表示，并且照射面积由下面所示的等式9表示。
[0133][0134]
0.17252[μm2]
×
354221[像素]≈1.05
×
10-4
[cm2]
ꢀꢀ
(9)
[0135]
当使用功率计测量从荧光显微镜的光源发射的能量为0.551[mw]时，基于能量和照射面积，激发功率密度表示为下面所示的等式10。通过以上述方式计算激发功率密度，计算单元132可以在上述等式5中计算激发光子密度。
[0136][0137]
上述等式5中的吸收截面表示每个荧光染料分子吸收光子的容易程度，并且使用摩尔吸收系数ε[l/mol/cm]表示为如下所示的等式11。在等式11中，1960000[l/mol/cm]用作摩尔吸光系数ε，该摩尔吸光系数ε是一种荧光物质藻红蛋白(pe)的摩尔吸光系数，并且执行1[l]＝1000[cm3]的乘法，以将[l]转换为[cm3]，以调整到激发光子密度的单位。进行除以1[mol]＝6.02
×
10
23
[分子]，以转换成每个荧光分子的值。因为吸光度是一个对数，所以乘以2.3，以将该对数转换为ln(ln(x)≈2.30log
10
(x))。如前所述，假设在数据库200中管理每个荧光染料试剂10的吸收截面(但是吸收截面不限于此，并且计算单元132可以在每次进行测量时计算吸收截面)。
[0138][0139]
计算单元132通过求解上述等式5和等式6，使用作为上述计算结果获得的值来计算吸收光子abs光子的数量。
[0140][0141]
(abs光子)＝激发光子密度
×
吸收截面
ꢀꢀ
(5)
[0142]
≈1.43
×
10
19
[光子/s/cm2]
×
7.49
×
10-15
[cm2/分子]
[0143]
≈1.07
×
105[光子/s/分子]
[0144]
因为计算单元132可以通过上述过程计算吸收光子(abs光子)的数量，所以可以通过使用吸收光子(abs光子)的数量、荧光衰减系数和曝光时间求解上述等式3和等式4来实现荧光衰减校正处理。
[0145]
(3.3.将亮度转换成光子数的过程)
[0146]
现在将详细解释在图2中的步骤s1020执行的将每个像素处的亮度转换成光子数的过程。
[0147]
图像获取单元112使用成像装置(例如，cmos)捕获仅用安装介质注入的样本的图像以及荧光染料样本30的图像。然后，计算单元132可以通过从荧光染料样本30的测量结果
中减去仅注入有安装介质的样本的测量结果来消除归因于测量系统的背景噪声，该测量结果已经应用了荧光衰减校正处理。
[0148]
计算单元132可以使用某个图像处理软件来计算应用了荧光衰减校正处理的捕获图像信息中的每个像素处的亮度。将一个像素表示为像素a，计算单元132使用下面指示的等式12计算像素a处的电子数量。假设捕获图像信息的灰度是16[比特](换言之，亮度取0和65536之间的值)。在等式12中，已经应用荧光衰减校正处理的荧光染料样本30的捕获图像信息中的像素a的亮度被表示为“亮度1”，并且仅用安装介质注入的样本的捕获图像信息中的像素a的亮度被表示为“亮度2”。
[0149][0150]
计算单元132可以通过将像素a处的电子数除以成像装置(例如，cmos)的量子产率来计算像素a处的光子数，如下式13所示。
[0151][0152]
虽然捕获图像信息的亮度是与通过荧光显微镜的物镜检测到的荧光相关的值，但是荧光物质在整个范围内发射荧光。如图4所示，现在让我们考虑一个示例，其中，荧光可通过物镜检测的范围40被建立为以荧光的辐射点42为中心的球体的圆锥部分，并且圆锥的半顶角被表示为θ。物镜在空气中的数值孔径na表示为na＝sinθ。通过物镜可检测荧光的范围40相对于荧光辐射点42的整个范围的比率用下面的等式14表示，使用物镜的数值孔径na。在像素a处检测到的光子数量的全范围转换表示为下面所示的等式15。将在后面的部分中详细说明等式14的推导方式。
[0153][0154][0155]
计算单元132通过对包括像素a的所有像素执行上述处理，将每个像素处的荧光强度转换成光子数
[0156]
(3.4.将光子数转换成荧光分子数或抗体数的过程)
[0157]
现在将详细说明在图2的步骤s1024中执行的将每个像素的光子数转换成荧光分子数或抗体数的过程。首先，将解释一个将光子数转化为荧光分子数的过程。
[0158]
当捕获荧光染料样本30的图像的过程由成像设备(例如，cmos)执行时，像素a处的荧光分子的数量表示为下面指示的等式16和等式17。
[0159]
[0160]
每个分子发射的光子数＝(abs光子)
×
荧光物质的量子产率
ꢀꢀ
(17)
[0161][0162]
计算单元132通过将等式5中计算的abs光子和从数据库200获取的荧光物质的量子产率输入到等式17来计算每个分子的发射光子数。计算单元132然后通过将在等式15中计算的在像素a处检测到的光子数(全范围转换)和每个分子发射的光子数输入到等式16来计算在像素a处检测到的荧光分子数。计算单元132可以通过对包括像素a的所有像素执行上述过程，将每个像素处的光子数转换成荧光分子数。
[0163]
计算单元132还可以使用从数据库200获取的荧光物质的荧光标记比率，通过执行以下等式18中指示的操作，将在像素a处检测到的荧光分子的数量转换成抗体的数量。计算单元132可以通过对包括像素a的所有像素执行等式18中指示的操作来计算每个像素的抗体数量。
[0164][0165]
(3.5.生成图像信息的过程)
[0166]
现在将说明在图2中的步骤s1028中执行的生成用荧光分子的数量或结合到荧光分子的抗体的数量反映的图像信息的过程。
[0167]
现在让我们假设计算单元132已经计算了所有像素的荧光分子的数量，并且最大数量是m[分子]。此时，当在特定像素处检测到的荧光分子的数量是n[分子]时，图像生成单元133计算像素的亮度，如下式19所示(作为示例，图像信息的灰度被建立为16[比特])。
[0168][0169]
图像生成单元133通过对所有像素执行等式19的操作来生成图像信息。以这种方式，即使当在染色中使用多种荧光物质时，用户也可以通过使图像生成单元133通过将对应于荧光物质的荧光分子的最大数量设置为m[分子]来生成用每个荧光物质的荧光分子的数量反映的图像信息，来比较对应于各个荧光物质的荧光分子的数量。
[0170]
(3.6.测量衰落系数的处理序列的示例)
[0171]
如前所述，在该实施方式中，荧光衰减系数的测量与荧光分子等的数量的测量分开进行，并且假设当进行荧光分子等的数量的测量时，在图2中的步骤s1012从数据库200获取荧光物质的荧光衰减系数。现在将参照图5详细解释测量荧光衰减系数的过程。图5示出了作为示例的通过将成像装置(例如，cmos)安装在荧光显微镜的外部端口上并使用捕获图像信息来获取荧光物质pe的捕获图像信息来测量荧光衰减系数的过程的流程图。用于执行荧光衰减系数测量的功能配置不限于任何特定配置，但是在下面的解释中，假设信息处理装置100的计算单元132执行荧光衰减系数测量。
[0172]
在步骤s1100，用户将荧光染料试剂10与安装介质混合，并将混合物注入到腔室载玻片中。腔室载玻片以这样的方式制造，使得载玻片和盖玻片之间的间隙预先保持恒定(在该实施方式中解释使用在载玻片和盖玻片之间具有10[μm]的间隙的腔室载玻片的示例)，并且通过使用腔室载玻片，用户可以在每次进行测量的相同条件下测量荧光衰减系数。然而，不一定需要使用腔室载玻片，用户可以适当地使用单独的载玻片。
[0173]
此外，因为利用安装介质抑制了荧光物质的移动，所以可以防止在捕获图像时另一种荧光物质进入捕获图像的区域，或者防止已经存在于捕获图像的区域中的荧光物质离开捕获图像的区域。以这种方式，可以实现荧光衰减系数的更精确的计算。
[0174]
在步骤s1104，图像获取单元112使用安装在荧光显微镜的外部端口上的成像装置(例如，cmos)，以从发射激发光线时起的给定间隔(例如，t秒间隔)捕获荧光染料试剂10和安装介质的混合物的图像。图6的a示出了在激发光线发射之后立即捕获图像信息，捕获图像信息由步骤s1104的图像捕获过程生成。图6的b示出了由一个图像处理软件获得的测量结果(直方图)，该图像处理软件测量包括捕获图像信息的多个像素的区域50(观察到荧光的区域)的亮度。
[0175]
在步骤s1108，计算单元132计算捕获图像信息的多个像素的平均亮度。此时，因为有可能引入腔室载玻片特有的自发荧光等，所以用户也准备仅注入有安装介质的腔室载玻片(不注入荧光染料试剂10)，并且使图像获取单元112在与上述相同的条件下捕获腔室载玻片的图像(如果仅注入有安装介质的腔室载玻片的图像仅被捕获一次就足够了，因为该图像用于减去包括自发荧光等的背景)。图7的a示出了在激发光线发射之后立即仅注入安装介质的腔室载玻片的捕获图像信息。此外，图7的b示出了由一个图像处理软件实现的测量结果(直方图)，该图像处理软件测量包括捕获图像信息的多个像素的区域51(假设是与区域50基本相同的区域)的亮度。计算单元132然后使用图6的b和7的b中的“平均值”，作为区域50和区域51中的平均亮度，例如，如下面的等式20中所示，并且从区域50的平均亮度(10974.390)中减去区域51的平均亮度(117.512)的值(10856.878)用作紧接在激发光线发射之后的平均亮度。
[0176]
10974.390-117.512＝10856.878
ꢀꢀ
(20)
[0177]
在步骤s1112，计算单元132然后按时间顺序绘制以上述方式计算的平均亮度。图8示出了以10秒的间隔测量的平均亮度的绘图结果，直到从激发光线发射后立即过去300秒。
[0178]
在步骤s1116，计算单元132计算表示按时间顺序绘制的平均亮度的近似线。在图8的示例中，计算单元132计算表示为下面指示的等式21的近似线。近似线计算方法不限于任何特定方法，并且计算单元132可以使用任何方法。
[0179]
y(x)＝0.9128
·
e-0.0146x
ꢀꢀ
(21)
[0180]
如前所述，荧光物质的荧光衰减特性由上述等式1表示。通过等式1和等式21的比较，可以理解，等式1中的被表示为等式22，因此，计算单元132可以通过针对荧光衰减系数求解等式22来计算如等式23所示的荧光衰减系数换言之，等式23表示已经吸收了一个光子并且已经转变到激发态的荧光物质不以1.46[％]的概率回到基态(荧光经历荧光衰减)。此时，计算单元132通过将通过与等式5中所示的相同操作计算的吸收光子数量abs光子输入到等式23，来计算荧光衰减系数如等式24所示。
[0181]-(abs光子)
×
φ＝-0.0146
ꢀꢀ
(22)
[0182]
[0183][0184]
(3.7.测量量子产率的过程序列的示例)
[0185]
在该实施方式中，假设以与荧光衰减系数相同的方式，与荧光分子等的数量的测量分开测量量子产率，并且当要测量荧光分子等的数量时，在图2中的步骤s1012从数据库200获取荧光物质的量子产率。(然而，实施方式不限于此，并且量子产率的测量和荧光分子的数量的测量等可以立即进行)。
[0186]
因为荧光物质的量子产率受到荧光物质存在的环境(特别是溶剂)的很大影响，如通常由目录说明书公布的，所以优选使用在与荧光染料样本30相同的溶剂环境中计算的实际测量。例如，在图9中示出了在与荧光染料样本30相同的溶剂环境中计算的量子产率的实际测量和根据目录规范的量子产率之间的比较结果的一个示例。
[0187]
用于执行量子产率计算的功能配置不限于任何特定配置，但是在下面的解释中，假设信息处理装置100的计算单元132执行量子产率计算。
[0188]
荧光物质的量子产率通过下述等式25计算。abs光子(吸收的光子)可以通过与等式5所示相同的操作来计算。
[0189][0190]
现在将解释计算发射光子数量的方法。如图10所示，厚度为1[μm]并且具有与作为底面的成像装置(例如，cmos)的一个像素对应的样本表面的长方体被定义为一个[体素]。假设成像装置的一个[像素]的尺寸为3.45[μm]
×
3.45[μm]，并且物镜的总放大率为14[倍]，则对应于一个[像素]的样本表面上的底面的尺寸可以近似为0.246[μm]
×
0.246[μm]。因此，一个[体素]的体积表示为0.246[μm]
×
0.246[μm]
×
1[μm]。
[0191]
因为可以以上述方式计算一个[体素]的体积，所以计算单元132可以使用样本浓度的实际测量来计算一个[体素]中存在的荧光分子的数量。样本浓度通过激发波长下的吸光度和吸光度系数来计算，如下式26所示。
[0192]
在本文假设在一个[体素]中存在的荧光分子的数量是n[分子/体素]。
[0193][0194]
除了荧光物质的图像之外，图像获取单元112使用成像装置(例如，cmos)捕获仅注入有安装介质的样本的图像。计算单元132可以通过从荧光物质样本的测量结果中减去仅注入有安装介质的样本的测量结果来消除归因于测量系统的背景噪声。
[0195]
计算单元132可以使用某个图像处理软件来计算捕获图像信息的每一个[像素]的平均亮度，并且使用下面指示的等式27来计算每一个[像素]的电子数。通过使用每一个[像素]的平均亮度，可以消除染料溶液的不均匀性、测量误差等。假设捕获图像信息的灰度是16[比特](换言之，亮度取0和65536之间的值)。在等式27中，荧光物质样本的捕获图像信息
的平均亮度被表示为“平均亮度1”，并且仅用安装介质注入的样本的捕获图像信息的平均亮度被表示为“平均亮度2”。
[0196][0197]
计算单元132可以通过将每一个[像素]的光子数除以成像装置(例如，cmos)的量子产率来计算每一个[像素]的电子数，如下式28所示。
[0198][0199]
此外，计算单元132可以使用下面所示的等式29计算一个[mw/cm2]的每激发功率密度下每一分子的发射光子数。等式29中的“1[μm]”表示一个[体素]的厚度，“n[分子/体素]”表示以上述方式计算的一个[体素]中存在的荧光分子[分子/体素]的数量。激发功率密度的计算方法与上述等
[0200]
式10相同(单位为[mw/cm2])。
[0201][0202]
捕获图像信息的亮度是与通过荧光显微镜的物镜检测到的荧光相关的值，并且在整个范围内发射从荧光物质发射的荧光。因此，计算单元132以与上述等式15中相同的方式计算发射光子数量的全范围转换，如下式30所示。
[0203][0204]
计算单元132可以通过将利用与上述等式5相同的操作计算的abs光子和利用上述等式30计算的发射光子数(全范围转换)输入到上述等式25来计算荧光物质的量子产率。
[0205]
<4.实施方式>
[0206]
上面已经解释了由根据实施方式的信息处理系统执行的处理的序列的示例。现在将解释使用上述方法计算荧光分子的数量和抗体的数量的实施方式。更具体地，现在将解释乳腺癌组织中的雌激素(er)用荧光物质af647(alexafluor 647)染色的示例。
[0207]
计算单元132通过将er239000[l/mol/cm]的摩尔吸光系数ε输入到上述等式11来计算吸收截面，而不是pe1960000[l/mol/cm]的摩尔吸光系数ε(如前所述，在数据库200中
管理计算的吸收截面)。
[0208][0209]
计算单元132还使用上述等式7计算一个[光子]的能量。
[0210][0211]
h：普朗克常数(6.62
×
10-34
[js])
[0212]
c：真空中的光速(3.00
×
108[m/s])
[0213]
λ：真空中电磁波的波长
[0214]
(在该实施例中，628
×
10-9
[m])
[0215]
计算单元132还使用上述等式6计算激发光子密度。对于激发功率密度，使用在实施方式中实际测量的值(1.14[w/cm2])(如前所述，在数据库200中管理测量的激发功率密度)。
[0216][0217]
计算单元132还使用上述等式5计算吸收光子的数量(abs光子)。
[0218]
(abs光子)＝激发光子密度
×
吸收截面
ꢀꢀ
(5)
[0219]
≈3.61
×
10-18
[光子/s/cm2]
×
9.13
×
10-16
[cm2/分子]
[0220]
≈3.30
×
103[光子/s/分子]
[0221]
现在假设荧光衰减系数用吸收光子数(abs光子)计算为φ＝1.06
×
10-6
。计算单元132然后使用上述等式3计算初始值f0。在本文中假设曝光时间为t＝0.125[秒]。
[0222][0223]
然后，计算单元132使用上述等式4计算荧光衰减校正处理之后的荧光强度。
[0224][0225]
如等式4所示，荧光衰减校正处理之后的荧光强度和荧光强度的实际测量取相同
的值。这意味着，当荧光物质af647在1.104[w/cm2]的激发功率密度下激发时，荧光物质在0.125[秒]的曝光时间内几乎完全不经历荧光衰减，如图11所示(图11是示出当荧光物质af647在1.104[w/cm2]的激发功率密度下激发时荧光物质af647的荧光衰减曲线的示意图)。
[0226]
计算单元132使用在上述过程中计算的值，将每个像素处的亮度转换成光子的数量，并将光子的数量转换成荧光分子的数量和抗体的数量。更具体地，计算单元132使用上述等式12计算像素a处的电子数量，并且使用上述等式13计算像素a处的光子数量。因为在该实施方式中，当捕获图像时已经执行了增益调整，所以在下面指示的等式12中执行17.8[倍]的除法，使得抵消调整的量。
[0227][0228]
n:捕获图像信息中的亮度
[0229][0230]
计算单元132然后使用上述等式16将光子数转换成荧光分子数。
[0231][0232][0233]
上述等式16表示0.0116乘以捕获图像信息的每个像素处的亮度的值等于荧光分子的数量。换言之，通过将每个像素处的亮度转换成荧光分子的数量，信息处理装置100可以压缩信息(压缩率为1.16[％])。图12的a示出了应用荧光衰减校正处理的捕获图像信息具有16[比特]的灰度，图12的b示出了捕获图像信息。图13的a示出了通过将每个像素的亮度转换成荧光分子的数量而生成的图像信息具有10[比特]的灰度，而图13的b示出了图像
信息。通过比较图12的b和13b可以理解，在通过将亮度转换成荧光分子的数量来压缩信息之后，用户可以适当地识别荧光分子的数量(或者用户可以适当地比较不同荧光分子之间的荧光分子的数量)，即使灰度数量减少。
[0234]
计算单元132还使用上述等式18将荧光分子的数量转换成抗体的数量。
[0235][0236]
上述等式18表示0.00330乘以捕获图像信息的每个像素处的亮度的值等于抗体的数量。换言之，通过将每个像素处的亮度转换成抗体的数量，信息处理装置100可以压缩信息(压缩率为0.330[％])。图14的a示出了通过将每个像素的亮度转换成抗体的数量而生成的图像信息具有8[比特]的灰度，而图14的b示出了图像信息。通过比较图12的b和图14的b可以理解，在通过将亮度转换成抗体的数量来压缩信息之后，用户可以适当地识别抗体的数量(或者，用户可以适当地比较不同抗体之间的抗体数量)，即使灰度数量减少。
[0237]
图15示出了针对每种荧光物质测量的每个分子的光子数、用荧光分子数反映的图像压缩率、荧光标记率、用抗体数反映的图像压缩率的实际测量，这些测量是(在与上述实施方式中使用的那些不同的条件下计算与图15中的“af647”相关的值)。
[0238]
<5.与荧光饱和相关的校正>
[0239]
在以上描述中解释了计算荧光分子的数量和抗体的数量的实施方式。现在将解释执行与荧光饱和相关的校正的示例。
[0240]“荧光饱和”是由于荧光分子被激发光线照射并转变到激发态而导致待激发的荧光分子不足的现象。换言之，在已经达到荧光饱和之后，无论荧光分子被激发光线照射多少，都没有更多的荧光分子进入激发态，并且不发射荧光。
[0241]
图16是示出发射激发光线的激发功率密度和由激发光线的发射引起的荧光的荧光强度之间的关系的对数曲线图。如图16所示，荧光强度与激发功率密度成比例地增加，但是随着激发功率密度的增加，增加的量逐渐变小。一旦激发功率密度超过某一水平并达到荧光饱和，无论激发功率密度增加多少，荧光强度都不会变得高于kf(以下称为“饱和荧光强度”)。
[0242]
为了解决该问题，在该实施方式中，可以考虑荧光饱和的影响来执行校正。更具体地，预先收集饱和荧光强度kf的实际测量，并且可以通过将与如下面的等式31所示的荧光饱和相关的校正等式乘以上述等式16中的“每一分子发射的光子数”(用于计算像素a处的荧光分子数的等式)来执行校正。换言之，校正单元131不仅可以使用荧光衰减系数来执行校正，还可以对捕获图像信息的亮度执行与荧光饱和相关的校正(计算单元132然后使用捕获图像信息的校正亮度来计算荧光分子的数量和抗体的数量)。
[0243][0244]
p
fl
：荧光强度
[0245]
kf：饱和荧光强度
[0246]
h：普朗克常数(6.62607
×
10-34
[js])
[0247]
c：真空中的光速(2.99792458
×
108[m/s])
[0248]
p：激发功率密度
[0249]
s：散射截面(＝吸收截面
×
量子产率)
[0250]
λ：真空中电磁波的波长
[0251]
(在本实施方式中
′
543
×
10-9
[m]作为一个例)
[0252]
此时，由于上述等式31的特性，荧光强度变为饱和荧光强度kf的一半的激发功率密度p’由下面的等式32表示(见图16)。换言之，通过用置换p
fl
＝kf/2求解等式31，得到等式32。
[0253][0254]
p
′
：荧光强度变成的激发功率密度
[0255]
半饱和荧光强度kf
[0256]
基于上述内容，实际测量饱和荧光强度kf。更具体地，对于多个激发功率密度，执行用激发光线照射荧光染料样本30并测量由激发光线的发射引起的荧光的荧光强度的过程。然后，如图17所示，通过绘制针对相应激发功率密度进行的测量结果，并将该图拟合到等式31，来计算饱和荧光强度kf。
[0257]
现在将解释计算饱和荧光强度kf的具体示例。例如，假设当使用作为一种荧光成分的pe时，通过使用等式31的拟合，获得等式32的关系p'≈6.7
×
104[w/cm2]。此时，假设建立了关系c
·
h/λ≈3.66
×
10-19
[j]，如等式7所示。对于散射截面s(＝吸收截面
×
量子产率)，因为建立了关系吸收截面≈7.49
×
10-15
[cm2/分子]，如等式11所示，当如图9所示，使用pe量子产率的0.483(或0.840的目录规格)的实际测量时，建立了散射截面s≈3.62[cm2/分子](或6.29[cm2/分子])的关系。
[0258]
通过基于上述内容解等式32，建立饱和荧光强度kf≈6.7
×
104[w/cm2]
×
3.62[cm2/分子](或6.29[cm2/分子])/(3.66
×
10-19
[j])≈0.66
×
10
24
[光子/s/分子](或1.2
×
10
24
[光子/s/分子])。
[0259]
实施者通过将以上述方式获得的饱和荧光强度kf的实际测量值代入与荧光饱和相关的校正等式31，并将计算结果乘以等式16中的“每一分子的发射光子数”，来执行与荧光饱和相关的校正。以这种方式，通过考虑荧光饱和的影响，可以高精度地计算荧光分子的数量或抗体的数量，而与激发功率密度无关。
[0260]
实际测量饱和荧光强度kf的时间不限于任何特定的时间。例如，可以在用于测量荧光分子的数量和抗体的数量的实验之前实际测量饱和荧光强度kf，或者可以在测量实验期间收集实际测量。
[0261]
<6.示例性硬件配置>
[0262]
上面已经解释了本公开的一个实施方式。现在将解释信息处理装置100的示例性硬件配置。上面解释的各种处理通过下面将要解释的软件和硬件的协作来实现。
[0263]
图18是示出信息处理装置100的示例性硬件配置的框图。信息处理装置100包括中央处理单元(cpu)901、只读存储器(rom)902、随机存取存储器(ram)903、主机总线904、桥接器905、外部总线906、接口907、输入装置908、输出装置909、存储装置(hdd)910、驱动器911和通信装置912。
[0264]
cpu 901用作操作处理器装置和控制装置，并根据各种计算机程序控制信息处理装置100的整体操作。cpu 901也可以是微处理器。在rom 902中存储由cpu 901使用的计算机程序、操作参数等。在ram 903中临时存储在cpu 901的执行中使用的计算机程序以及在执行期间适当改变的参数等。例如，这些元件经由被配置为cpu总线的主机总线904彼此连接。处理单元130和控制单元150的功能通过cpu 901、rom 902和ram 903的协作来实现。
[0265]
主机总线904经由桥接器905连接到外部总线906，例如，外围组件互连/接口(pci)总线。主机总线904、桥接器905和外部总线906不一定需要单独配置，并且这些总线的功能可以在一条总线中实现。
[0266]
输入装置908用作诸如鼠标、键盘、触摸面板、按钮、麦克风、开关、杠杆或用于允许用户输入信息的各种传感器(包括成像装置)等装置，并且被配置为基于用户输入生成输入信号并将该信号输出到cpu 901的输入控制电路等。输入装置908实现获取单元110的部分功能和操作单元160的功能。
[0267]
输出装置909包括显示装置，例如，阴极射线管(crt)显示装置、液晶显示(lcd)装置、有机发光二极管(oled)装置和灯。输出装置909包括音频输出装置，例如，扬声器或耳机。输出装置909显示各种类型的信息，例如，视频数据，作为图像或文本。音频输出装置将音频数据等转换成音频，并输出音频。输出装置909实现显示单元140的功能。
[0268]
存储装置910是用于在其中存储数据的装置。存储装置910可以包括用于在存储介质中记录数据的记录装置、用于从存储介质读取数据的读取器装置、以及用于删除记录在存储装置中的数据的删除装置。例如，存储装置910被配置为硬盘驱动器(hdd)。存储装置910驱动硬盘，并在其中存储由cpu 901执行的计算机程序和各种类型的数据。存储装置910实现存储单元120的功能。
[0269]
驱动器911是存储介质的读取器/写入器，并且在内部或外部提供给信息处理装置100。驱动器911读取记录在其上安装的可移动存储介质913(例如，磁盘、光盘、光磁盘或半导体存储器)中的信息，并将信息输出到ram 903。驱动器911还能够将信息写入可移动存储介质913。
[0270]
例如，通信装置912是被配置为连接到通信网络914的通信装置的通信接口。通信装置912实现获取单元110的一部分的功能。
[0271]
信息处理装置100的硬件配置不限于图18所示的配置。例如，当要经由与其连接的外部通信装置执行通信时，信息处理装置100可以不配备通信装置912。通信装置912还可以被配置为使用多种通信协议进行通信。此外，例如，图18所示的配置的一部分或全部可以在一个、两个或更多个集成电路(ic)中实现。
[0272]
<7.备注>
[0273]
在以上描述中，已经解释了信息处理装置100的示例性硬件配置。现在将解释一种
方法，该方法用于获得通过物镜可检测的面积相对于荧光辐射点42周围的整个范围的比率(上面所示的等式14)。
[0274]
当可通过物镜检测到荧光的范围40是以荧光的辐射点42为中心的球体的圆锥部分时，如图19a所示，范围40相对于荧光的辐射点42周围的整个范围的比率可以说是由圆锥部分中的圆41包围的表面积相对于以荧光的辐射点42为中心的球体的表面积的比率。
[0275]
图19b是从侧面观察圆锥体时球体的剖视图。因为具有图19b所示的带状部分43作为圆周的圆的半径被表示为r
×
sinθ，所以带状部分43的圆周长度被表示为2πr
×
sinθ。此外，带状部分43的宽度dx表示为r
×ꢀ
dθ。因此，带状部分43的面积表示为下面所示的等式33。
[0276]
带状部分的面积43＝2πr
×
sinθ
×
r
×
dθ＝2πr2×
sinθ
×
dθ
ꢀꢀ
(33)
[0277]
通过对等式33进行积分而获得球体上圆锥部分的圆41所包围的表面积，如下面的等式34所示。
[0278]
球体上的圆41所包围的表面积＝∫
0θ
2πr2×
sinθ
′×
dθ
′
[0279]
＝2πr2(1-cosθ)
ꢀꢀ
(34)
[0280][0281]
因为以荧光的辐射点42为中心的球体的表面积是4πr2，所以由球体上的圆41包围的表面积与以荧光的辐射点42为中心的球体的表面积的比率表示为下面所示的等式35。
[0282][0283]
物镜的数值孔径na和顶角θ的一半之间的关系表示为下面所示的等式36。在等式36中，因为n＝1，除非浸没透镜用作物镜(即，因为空气的折射率＝1)，所以通过最终用等式36的结果修改等式35，导出上面指示的等式14。
[0284]
na＝n
×
sinθ
ꢀꢀ
(36)
[0285]
n：介质折射率
[0286]
<8.总结>
[0287]
如上所述，根据本公开的信息处理装置100获取用荧光染料试剂10染色的样本20的捕获图像信息、试剂信息等，并且使用包括在试剂信息中的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度。信息处理装置100然后可以使用校正的亮度计算捕获图像信息中对应于荧光分子的信息(例如，荧光分子的数量或结合到荧光分子的抗体的数量)，并输出用该信息反映的图像信息。
[0288]
换言之，信息处理装置100可以基于例如荧光分子的数量而不是捕获图像信息的亮度来输出图像信息。以这种方式，信息处理装置100可以实现定量评估，而不依赖于测量条件或荧光物质的特性。特别地，信息处理装置100可以更适当地实现多个荧光物质等中的荧光分子的数量的比较。
[0289]
上面已经参照附图解释了根据本公开的优选实施方式，但是本公开的技术范围不限于该示例。显然，在本公开的技术领域中具有普通知识的那些人可以在所附权利要求中限定的技术思想的范围内得出各种改变的示例或修改的示例，并且承认这种改变的或修改的示例自然地落入本公开的技术范围内。
[0290]
本文描述的效果仅仅是解释性和示例性的，而不是限制性的。换言之，根据本公开的技术可以实现对本领域技术人员来说显而易见的其他效果以及上述效果或替代上述效果。
[0291]
以下配置也属于本公开的技术范围。
[0292]
(1)一种信息处理装置，包括：
[0293]
图像获取单元，获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息；
[0294]
信息获取单元，获取与荧光染料试剂相关的信息；
[0295]
校正单元，使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，所述荧光衰减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中；以及
[0296]
计算单元，使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息。
[0297]
(2)根据(1)所述的信息处理装置，其中，对应于荧光分子的信息包括荧光分子的数量和结合到荧光分子的抗体的数量中的至少一者。
[0298]
(3)根据(2)所述的信息处理装置，其中，所述荧光强度或亮度是连续值，并且所述荧光分子的数量或抗体的数量是离散值。
[0299]
(4)根据(2)或(3)所述的信息处理装置，其中，与荧光染料试剂相关的信息至少包括荧光染料试剂的量子产率、吸收截面或摩尔吸光系数。
[0300]
(5)根据(4)所述的信息处理装置，其中，所述信息获取单元基于能够识别荧光染料试剂的试剂识别信息来获取与荧光染料试剂相关的信息。
[0301]
(6)根据(5)所述的信息处理装置，其中，所述试剂识别信息还能够识别所述荧光染料试剂的生产批次。
[0302]
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的信息处理装置，还包括显示单元，所述显示单元显示基于对应于荧光分子的信息生成的图像信息。
[0303]
(8)根据(1)至(7)中任一项所述的信息处理装置，其中，所述荧光衰减系数由荧光染料试剂中的荧光物质吸收的光子数或每激发功率密度的荧光物质的荧光衰减的概率来定义。
[0304]
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的信息处理装置，其中，使用不同于在计算对应于荧光分子的信息时使用的样本，分别计算荧光衰减系数。
[0305]
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的信息处理装置，其中，
[0306]
所述校正单元还对捕获图像信息的亮度执行与荧光饱和相关的校正，并且
[0307]
所述计算单元使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息。
[0308]
(11)一种由计算机执行的信息处理方法，所述信息处理方法包括：
[0309]
获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息；
[0310]
获取与荧光染料试剂相关的信息；
[0311]
使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，所述荧光衰减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中；并且
[0312]
使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息。
[0313]
(12)一种计算机程序，使计算机执行：
[0314]
获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息；
[0315]
获取与荧光染料试剂相关的信息；
[0316]
使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，所述荧光衰减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中；并且
[0317]
使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息。
[0318]
(13)一种信息处理系统，包括：
[0319]
图像获取单元，获取用荧光染料试剂染色的样本的捕获图像信息；
[0320]
信息获取单元，其获取与荧光染料试剂相关的信息；
[0321]
校正单元，使用表示荧光染料试剂的荧光强度下降的快速性的荧光衰减系数来校正捕获图像信息的亮度，所述荧光衰减系数包括在与荧光染料试剂相关的信息中；
[0322]
计算单元，使用校正的亮度计算捕获图像信息中的对应于荧光分子的信息；以及
[0323]
显示单元，显示基于对应于荧光分子的信息生成的图像信息。
[0324]
附图标记列表
[0325]
10荧光染料试剂
[0326]
11
ꢀꢀ
试剂识别信息
[0327]
20
ꢀꢀ
样本
[0328]
30
ꢀꢀ
荧光染料样本
[0329]
100 信息处理装置
[0330]
110 获取单元
[0331]
111 信息获取单元
[0332]
112 图像获取单元
[0333]
120 存储单元
[0334]
121 信息存储单元
[0335]
122 图像信息存储单元
[0336]
130 处理单元
[0337]
131 校正单元
[0338]
132 计算单元
[0339]
133 图像生成单元
[0340]
140 显示单元
[0341]
150 控制单元
[0342]
160 操作单元
[0343]
200 数据库。