呈色解析装置および方法ならびにプログラム
【課題】テスト領域の呈色状態に基づいて容易に被検物質の検査を行う。
【解決手段】試験片１０の展開層１２に対し検体が点着され、この試験片１０が呈色解析装置１の挿入口３に挿入される。すると、予め設定された設定時間完了後に、観察窓１０Ｚのテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬの呈色状態が画像Ｐとして読み取られる。前処理手段２２において画像Ｐに対し前処理が施された後、画像Ｐの空間周波数成分が算出される。そして、空間周波数成分に基づいてパターン情報ＰＰが生成され、パターン情報ＰＰが情報出力手段４に表示される。
【解決手段】試験片１０の展開層１２に対し検体が点着され、この試験片１０が呈色解析装置１の挿入口３に挿入される。すると、予め設定された設定時間完了後に、観察窓１０Ｚのテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬの呈色状態が画像Ｐとして読み取られる。前処理手段２２において画像Ｐに対し前処理が施された後、画像Ｐの空間周波数成分が算出される。そして、空間周波数成分に基づいてパターン情報ＰＰが生成され、パターン情報ＰＰが情報出力手段４に表示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中の被験物質を検査する際に用いられる呈色解析装置および方法ならびにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、体外診断薬や毒物等の検査のために被験物質を含有する可能性のある検体溶液を試験片に送液し、イムノクロマトグラフ法を用いて被験物質について簡便かつ迅速に検査するデバイスが数多く開発されている。具体的には、特定の領域（テストライン）に被検物質（たとえば抗原）に特異的に結合する第１抗体が固定された多孔質体からなる展開層が用意される。そして、展開層上に被検物質と特異的に結合する標識化第２抗体に被検物質が存在する可能性のある検体を混合した検体溶液が展開される。すると、テストライン上において被検物質と第１抗体および第２抗体とによる抗原抗体反応が生じ、テストラインが着色もしくは発色し呈色状態になる。このテストラインの呈色状態を観察することにより、検体溶液に被検物質が存在するか否か定量的または定性的（陰性／陽性）な測定が行われる。
【０００３】
ところで、上述した試験片を簡易的に測定するＰＯＣＴ（Point of Care Testing）診療向けの測定装置として、呈色測定装置（イムノクロマトリーダー）が使用されている（たとえば特許文献１、２参照）。特許文献１には、効率的に試験片の検査を行うために、試験片のテストラインの濃度値に基づいて被検物質の定量的な判断を行うことが開示されている。また、特許文献２には、テストラインの光学的時間変化率が最大になる区間の測定データを離散フーリエ変換し、振幅スペクトル形状に基づいて地帯反応が生じているかを判定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６６７５１号公報
【特許文献２】特開２００５−４３３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１、２のような呈色測定装置を用いた場合であっても、被検物質の量が少なくテストラインの濃淡が薄い場合、濃淡に基づいて被検物質の判定がしづらいという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、テスト領域の呈色状態に基づいて容易に被検物質の検査を行うことができる呈色解析装置および方法ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の呈色解析装置は、検体溶液が展開される展開層と、展開層に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析装置であって、テスト領域の呈色状態を画像として読み取る読取手段と、読取手段により読み取られた画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出する周波数処理手段と、周波数処理手段により算出された空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力するパターン生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の呈色解析方法は、検体溶液が展開される展開層と、展開層に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析方法であって、テスト領域の呈色状態を画像として読取り、画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出し、算出した空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の呈色解析プログラムは、コンピュータに、検体溶液が展開される展開層と、展開層に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析プログラムであって、テスト領域の呈色状態を示す画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出する手順と、算出した空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力する手順とを実行させることを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、試験片は、テスト領域およびテスト領域が被検物質の存在により呈色状態になるものであればなんでもよく、たとえばクロマトグラフィ、特に抗原抗体反応を利用したイムノアッセイをクロマトグラフィに応用したイムノクロマトグラフィ法を用いたものであってもよい。また、テスト領域およびコントロール領域のパターン形状は問わず、たとえばライン状に形成されていてもよいし、所定のパターンを有するものであってもよい。さらに、試験片は増幅処理を行うものであってもよいし、増幅処理が不要なものであってもよい。
【００１１】
また、呈色状態とは、被検物質によりテスト領域が発色もしくは変色する、もしくは検体溶液によりコントロール領域が発色もしくは変色するものであればよく、濃淡値は呈色状態の発色強度もしくは変色度合いを表すものであればよい。そして、読取手段は、呈色状態を濃淡値として読み取るものであればその構成を問わず、たとえば撮像素子を用いて試験片を画像として取得するものであってもよいし、試験片に光を照射しその反射光を受光する受光素子からなるものであってもよい。さらに、読取手段は、呈色状態の濃度変化を濃淡値として読み取るものであってもよいし、所定の波長の光（蛍光）の強度を濃淡値として読み取るものであってもよい。
【００１２】
また、読取手段はテスト領域の画像のみを読み取るものであってもよいし、テスト領域およびコントロール領域を含む領域の画像を読み取るものであってもよい。このとき、周波数処理手段はテスト領域およびコントロール領域を含む画像に対し周波数変換処理を施すことになる。
【００１３】
さらに、周波数処理手段は、画像を空間周波数成分に変換するものであればその手法を問わず、たとえばフーリエ変換、離散フーリエ変換やウェーブレット変換等の公知の技術を用いることができる。
【００１４】
また、周波数処理手段は、読取手段により読み取られた画像全体に対し周波数変換処理を施すものであってもよいし、画像から一端側にテスト領域が位置し他端側にコントロール領域が位置するように抽出された解析領域に対し周波数変換処理を施すものであってもよい。
【００１５】
さらに、パターン生成手段は、空間周波数成分の値に基づいてパターン情報を生成するものであればその方法を問わず、たとえば周波数毎の振幅を示すパワースペクトルをパターン情報として生成し出力するものであってもよいし、空間周波数成分の値に応じて異なる色を付すことにより、周波数毎の空間周波数成分を色で示したパターン画像を生成する機能を有するものであってもよい。
【００１６】
また、呈色解析装置は、読取手段により読み取られた画像に対し前処理を施す前処理手段を有していてもよい。たとえば前処理手段は、画像の画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を画素値と閾値との差分値に変換するようにしてもよい。あるいは、前処理手段は、画像の画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を所定の規定画素値に変換するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の呈色解析装置および方法ならびにプログラムによれば、検体溶液が展開される展開層と、展開層に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析するものであって、テスト領域の呈色状態を画像として読取り、画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出し、算出した空間周波数成分を用いてパターン情報を生成することにより、検体溶液中の被験物質の濃度が小さくテスト領域の濃淡による判別がしづらい場合であっても、パターン情報に基づいてテスト領域の呈色状態を明確に認識することができるため、検査結果が偽陰性とみなされることを防止することができる。
【００１８】
なお、パターン生成手段が、空間周波数成分の値に応じて異なる色を付すことにより、各周波数に対する空間周波数成分を色で表したパターン画像を生成する機能を有するものであるとき、テスト領域の濃淡による判断に比べて精度良く効率的な被検物質の定量的もしくは定性的な判断を行うことができる。
【００１９】
また、読取手段がテスト領域およびコントロール領域を含む領域の画像を読み取るものであり、周波数処理手段がテスト領域およびコントロール領域を含む画像に対し周波数変換処理を施すものであれば、コントロール領域の濃淡による周波数成分の変化に基づいて検査の異常等についてもパターン情報に基づいて把握することができる。
【００２０】
さらに、パターン生成手段が、周波数毎の振幅を示すパワースペクトルをパターン情報として生成するものであるとき、テスト領域の濃淡による判断に比べて精度良く効率的な被検物質の定量的もしくは定性的な判断を行うことができる。
【００２１】
また、画像の画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を画素値と閾値との差分値に変換する前処理手段をさらに有するものであれば、バックグランド等によるノイズ成分がパターン情報に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００２２】
さらに、画像の画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を所定の規定画素値に変換する前処理手段をさらに有するものであるとき、バックグランド等によるノイズ成分がパターン情報に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００２３】
また、周波数毎の空間周波数成分の特性に基づいてテスト領域の呈色レベルを算出し、陽性／陰性の判定または陽性のレベル判定を行う判定手段を有することにより、検体溶液中の被験物質の濃度が小さくテスト領域の濃淡による判別がしづらい場合であっても、空間周波数成分から精度良く定性的または定量的な判定を自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の呈色解析装置の好ましい実施形態を示す概略斜視図
【図２】図１の呈色解析装置の内部を示す概略図である。
【図３】本発明の呈色解析装置の好ましい実施形態を示す概略斜視図
【図４】図１の呈色解析装置の内部を示す概略図である。
【図５】本発明の呈色解析装置の好ましい実施形態を示す概略斜視図
【図６】図１の前処理手段において前処理された画素値の一例を示すグラフ
【図７】図１の前処理手段において前処理された画素値の一例を示すグラフ
【図８】図１の前処理手段において前処理された画素値の一例を示すグラフ
【図９】図１のパターン生成手段において生成されるパターン画像の一例を示す模式図
【図１０】図１のパターン生成手段において生成されるパターン画像の一例を示す模式図
【図１１】図１のパターン生成手段において生成されるパターン画像の一例を示す模式図
【図１２】図１のパターン生成手段において生成されるパターン画像の一例を示す模式図
【図１３】本発明の呈色解析方法の好ましい実施形態を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の呈色解析装置１の概略構成図である。呈色解析装置１は、たとえばイムノクロマトグラフィ技術を利用して被検物質の検出を行う試験片１０の読取りを行うものであって、筐体２、デバイス挿入口３、情報出力手段４等を備えている。そして、検体溶液が点着された試験片がデバイス挿入口３に挿入され、試験片１０において生じる呈色反応が光学的に読み取られ、読取結果が情報入出力手段４に出力される。情報入出力手段４はたとえば液晶タッチパネルからなるオペレーションパネルであって、使用者はオペレーションパネルを介して測定のための基本的な設定を入力することができる。
【００２６】
図２および図３は呈色解析装置１により読み取られる試験片１０の一例を示す模式図である。なお、試験片１０として、たとえば特開２００９−１３９２５６号公報、特開２００７−６４７６６号公報等公知の技術を用いることができる。また、以下にいわゆる増幅処理が可能な試験片１０を用いる場合について例示するが、増幅処理を行わない試験片１０を用いてもよい。
【００２７】
試験片１０は、イムノクロマトグラフィ法を用いて被検物質の定量的もしくは定性的（陰性／陽性）の検査を行うためのデバイスであって、被検物質（所定の抗原）を視認可能に標識化するものである。この試験片１０には被検物質が存在する可能性のある検体と標識化物質（第２抗体）とを混合させた検体溶液が点着される。
【００２８】
試験片１０は、上ケース１０Ａ、下ケース１０Ｂ、展開層１２を有しており、上ケース１０Ａおよび下ケース１０Ｂ内に展開層１２が収容されている。上ケース１０Ａには外部から検体溶液を展開層１２に点着するための貫通孔１１と増幅液を展開層１２に点着するための貫通孔１４とが形成されている。一方、下ケース１０Ｂには展開層１２が固定されており、被検物質の定量的または定性的な測定を観察するための観察窓１０Ｚが形成されている。さらに、下ケース１０Ｂの表面には検体を識別情報（氏名等）や反応に必要な時間情報等を記録した文字情報、バーコード、ＩＣタグ等の情報記憶手段１５が設けられている。
【００２９】
展開層１２はたとえばセルロース濾紙、硝子繊維、ポリウレタン等の吸収剤からなっており、点着された検体溶液は毛細管現象により一定の方向に流れる。展開層１２にはテスト領域ＴＬとコントロール領域ＣＬとが形成されている。テスト領域ＴＬは、被検物質（抗体）に対して特異性を有する第１抗体がライン状に固定されたものであって（テストライン）、被検物質の存在により第１抗体−被検物質−第２抗体の結合体が形成されライン状に呈色する。一方、コントロール領域ＣＬは、標識化抗体に反応する参照用抗原（もしくは抗体）が固定されており、検体溶液中の標識化抗体と反応しライン状に呈色する。したがって、コントロール領域ＣＬの呈色状態を確認することにより、検体溶液がテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬ上を通過したか否かを判断することができる。
【００３０】
さらに、試験片１０は、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬを上下方向（検体溶液の流路に略直交する方向）に挟むように、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬを洗浄するための洗浄液の流路を形成する洗浄層１３ａ、１３ｂを備えている。洗浄層１３ａ、１３ｂは、展開層１２と同様の材料からなるものであって、洗浄層１３ａ側には洗浄液が貯蔵されている（図示せず）。そして、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬにおける反応が完了した後に、洗浄層１３ａが呈色解析装置１から押圧される。すると、毛細管現象によって洗浄液が洗浄層１３ａから洗浄層１３ｂ側へ流れ、洗浄層１３ａと１３ｂとの間に存在するテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬに洗浄液が流れる。これにより、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬ上の免疫複合体を形成しなかった標識化抗体が除去される。
【００３１】
また、上ケース１０Ａには筐体２内の増幅処理手段６から金属イオン（銀コロイド等）を含有する増幅液を展開層１２に展開させるための貫通孔１４が形成されている。そして、洗浄液による洗浄後に増幅液が展開層１２上に展開することにより、金属イオンがテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬ上の免疫複合体に付着し、呈色状態が増幅される。
【００３２】
図４は本発明の呈色解析装置の好ましい実施形態を示すブロック図である。図４の呈色解析装置１は、読取手段２１、前処理手段２２、周波数処理手段２３、パターン生成手段２４を備えている。読取手段２１は、観察窓１０Ｚからテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬの呈色状態を図５に示す画像Ｐとして読み取るものであって、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子からなっている。なお、読取手段２１は、グレースケール値（濃淡値）の画像Ｐを読み取るものであってもよいし、ＲＧＢの各成分値や蛍光等の所定の色（波長成分）を濃淡値とする画像Ｐとして読み取るものであってもよい。さらに、読取手段２１は撮像素子からなる場合に限らず、観察窓１０Ｚから生じる反射光や蛍光を受光する受光素子からなるものであってもよい。
【００３３】
さらに読取手段２１は、観察窓１０Ｚの画像Ｐを読み取った際に一端側ＲＲ１にテスト領域ＴＬが位置し他端側ＲＲ２にコントロール領域ＣＬが位置するような解析領域ＲＲを抽出する。なお、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬは、試験片１０の所定の位置に形成されるものであり、試験片１０はデバイス挿入口３より装置１内において所定の位置に位置決めされる。したがって、読取手段２１は予め定まった領域を解析領域ＲＲとして抽出し、この解析領域ＲＲを周波数変換処理する領域として出力する。これにより、たとえばコントロール領域ＣＬの異常もパターン情報ＰＰから認識することができる。
【００３４】
前処理手段２２は、画像Ｐに対し前処理を施すものである。たとえば前処理手段２２はテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬに平行する画素ライン毎に平均値、メディアン値、最頻値等からなる代表画素値を算出する。すると、図６に示すような１次元の各画素ラインに対する代表画素値が得られる。このとき、前処理手段２２は解析領域ＲＲの画素ラインを圧縮することによりたとえば５１２ラインから１６ライン分の代表画素数に減らす処理を行ってもよい。
【００３５】
また、前処理手段２２は上述した代表画素値に対し閾値処理を施す機能を有している。たとえば、前処理手段２２は、図７に示すように、画像Ｐの代表画素値が所定の閾値以下である場合には代表画素値を０に変換するとともに、代表画素値が所定の閾値よりも大きい場合には代表画素値と閾値との差分値を新たな代表画素値として用いるようにしてもよい（バックグランド補正）。あるいは、前処理手段２２は、図８に示すように、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には所定の規定画素値を新たな代表画素値とした正規化処理を行うようにしてもよい。これにより、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬ以外の領域ＢＲによるノイズ成分がパターン情報ＰＰに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００３６】
図４の周波数処理手段２３は、読取手段２１により読み取られた画像Ｐに対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出するものである。ここで、周波数処理手段２３は、前処理手段２２により前処理された解析領域ＲＲの代表画素値に対し１次元の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことにより、各周波数に対する空間周波数成分を算出する。なお、周波数処理手段２３が前処理された解析領域ＲＲ（図６〜図８参照）に対し周波数変換処理を行う場合について例示しているが、前処理前の解析領域ＲＲに対し周波数変換処理を行うようにしてもよい。
【００３７】
また、周波数処理手段２３が１次元の高速フーリエ変換をする場合について例示しているが２次元のフーリエ変換を行うようにしてもよい。この場合、前処理手段２２において画素ライン毎の代表画素値の算出が不要であって、（ｕ，ｖ）空間上の空間周波数成分が算出されることになる。あるいは、周波数処理手段２３はフーリエ変換に代えてウェーブレット変換等の他の周波数変換処理を行うようにしてもよい。さらに、周波数処理手段２３は、計算可能な全ての周波数に対する成分を計算する１次元フーリエ変換を使用した場合について例示しているが、特定の周波数のフーリエ係数を計算した結果を用いて陽性／陰性の判定又は、陽性のレベル判定をおこなうこととしても良い。
【００３８】
パターン生成手段２４は、周波数処理手段２３により算出された空間周波数成分を用いてパターン情報ＰＰを生成するものである。たとえば周波数処理手段２３は１次元フーリエ変換に基づくパワースペクトル分布を算出する。すると、コントロール領域ＣＬおよびテスト領域ＴＬの双方が呈色状態にある場合、図９に示すパワースペクトルがパターン情報ＰＰとして生成される。一方、コントロール領域ＣＬのみが呈色状態にある場合、図１０に示すパワースペクトルがパターン情報ＰＰとして生成される。
【００３９】
さらに、パターン生成手段２４は空間周波数成分（振幅値）応じて異なる色付けをしたパターン画像を生成する機能を有している。具体的には、パターン生成手段２４には振幅値毎に応じて異なる色もしくはグレースケール値が予め記憶されており、図１１および図１２に示すような各周波数の振幅を色で表現したパターン画像を生成する。なお、図１１はコントロール領域ＣＬおよびテスト領域ＴＬの双方が呈色状態にある場合のパターン画像を示しており、図１２はコントロール領域ＣＬのみが呈色状態にある場合のパターン画像を示している。
【００４０】
そして、情報出力手段４は上述した画像Ｐ（図５参照）、画像Ｐの画素値（図６から図８参照）、パターン情報（図９から図１２参照）のいずれかもしくはすべてを表示する機能を有している。これにより、使用者は上述したすべての情報を加味して被検物質の定量的または定性的な判断を行うことができる。
【００４１】
以上のように、呈色状態を示す画像Ｐに対し周波数変換処理を施した後にパターン情報ＰＰを生成することにより、呈色状態に基づく定量的または定性的な判定を容易に行うことができる。すなわち、従来のように、テスト領域ＴＬの濃淡によって目視による判定を行う場合、濃淡が薄いときには目視判定がしづらいという問題がある。一方、周波数変換を行った後にパターン情報を生成することにより、濃淡が薄い場合であってもパターン情報として見ればテスト領域ＴＬの呈色状態を精度良く把握することができるため、被検物質の定量的または定性的な測定を効率よく行うことができる。
【００４２】
図１３は本発明の呈色解析方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図１３を参照して呈色改正方法について説明する。まず、図２および図３に示す試験片１０の展開層１２に対し検体が点着され、この試験片が呈色解析装置１の挿入口３に挿入される（ステップＳＴ１）。すると、呈色解析装置１において試験片１０が装着されたことを検出して測定が開始される。そして、検体溶液の種類に応じて予め設定された設定時間完了後に、読取手段２１により観察窓１０Ｚのテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬの呈色状態が画像Ｐとして読み取られる（ステップＳＴ２、図５参照）。すると、前処理手段２２において画像Ｐに対し前処理が施され（ステップＳＴ３）、周波数処理手段２３により空間周波数成分が算出される（ステップＳＴ４）。
【００４３】
その後、パターン生成手段２４により空間周波数成分に基づいてパターン情報（パターン画像）ＰＰが生成され、パターン情報ＰＰが情報出力手段４に表示される（ステップＳＴ５）。このとき、情報出力手段４にはパターン情報とともに画像Ｐおよび濃淡値が同時に表示され、使用者は情報出力手段４の表示に基づいて被検物質の定性的（陽性／陰性）判断を行う。
【００４４】
上記実施の形態によれば、検体溶液が展開される展開層１２と、展開層１２に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域ＴＬと、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域ＣＬとを有する試験片の呈色状態を解析するものであって、テスト領域ＴＬの呈色状態を画像Ｐとして読取り、画像Ｐに対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出し、算出した空間周波数成分を用いてパターン情報ＰＰを生成し出力することにより、検体溶液中の被験物質の濃度が低い等の場合においても、検査結果が偽陰性とみなされることを防止することができる。
【００４５】
また、図１１および図１２に示すように、パターン生成手段２４が、空間周波数成分の値に応じて異なる色を付すことにより、各周波数に対する空間周波数成分を色で表したパターン画像ＰＰをパターン情報として生成する機能を有するものであるとき、テスト領域ＴＬの濃淡による判断に比べて精度良く効率的な被検物質の定量的もしくは定性的な判断を行うことができる。
【００４６】
さらに、図７に示すように、前処理手段２２が画像Ｐの画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を画素値と閾値との差分値に変換するものであれば、バックグランド等によるノイズ成分がパターン情報に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００４７】
また、図８に示すように、前処理手段２２が画像Ｐの画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を所定の規定画素値に変換する機能を有するものであるとき、バックグランド等によるノイズ成分がパターン情報に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００４８】
また、図９および図１０に示すように、パターン生成手段２４が、周波数毎の振幅を示すパワースペクトルをパターン情報ＰＰとして生成するものであるとき、テスト領域ＴＬの濃淡による判断に比べて精度良く効率的な被検物質の定量的もしくは定性的な判断を行うことができる。
【００４９】
本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。たとえば、上記実施の形態において、試験片は１本の判定ラインを有する場合について例示しているが、２本以上の判定ラインを有するものであってもよい。この場合であっても、２本以上のテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬを含むように解析領域ＲＲを設定し、周波数変換処理後にパターン情報が生成されることになる。
【００５０】
さらに、パターン生成手段２４がパワースペクトルに基づいてパターン画像を生成する場合について例示しているが、実数部分（ｃｏｓ（ω）成分）のみを用いてパターン画像を生成するようにしてもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態において、パターン情報を生成し表示する場合について例示しているが、周波数処理手段２３により生成された周波数毎の空間周波数成分の特性に基づいてテスト領域ＴＬの呈色レベルを算出し、陽性／陰性の判定または陽性のレベル判定を行う判定手段をさらに備えていてもよい。たとえば判定手段は、陽性の場合および陰性の場合の既知の空間周波数成分もしくはパターン情報を特徴量（特徴ベクトル）とした教師データを用いて予め学習させたニューラルネットワークやブースティングアルゴリズム等を用いてパターンを認識するものであって、未知の空間周波数成分もしくはパターン情報が入力された際に被検物質の定性的判断（陰性／陽性）または定性的判断（陽性レベル）を自動的に判定する。これにより、検体溶液中の被験物質の濃度が小さくテスト領域の濃淡による判別がしづらい場合であっても、空間周波数成分から精度良く定性的または定量的な判定を自動的に行うことができる。
【００５２】
さらに、図４に示す呈色解析装置１の構成はＤＳＰ等を用いて構築されている場合について例示しているが、読取手段２１により読み取った画像Ｐを取得し、画像Ｐをパーソナルコンピュータ等により解析するものであってもよい。この場合、図４のような呈色解析装置１の構成は、補助記憶装置に読み込まれた呈色解析プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。また、この呈色解析プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 呈色解析装置
４ 情報出力手段
１０ 試験片
１２ 展開層
１５ 情報記憶手段
２１ 読取手段
２２ 前処理手段
２３ 周波数処理手段
２４ パターン生成手段
ＣＬ コントロール領域
ＴＬ テスト領域
ＰＰ パターン情報（パターン画像）
ＲＲ 解析領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料中の被験物質を検査する際に用いられる呈色解析装置および方法ならびにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、体外診断薬や毒物等の検査のために被験物質を含有する可能性のある検体溶液を試験片に送液し、イムノクロマトグラフ法を用いて被験物質について簡便かつ迅速に検査するデバイスが数多く開発されている。具体的には、特定の領域（テストライン）に被検物質（たとえば抗原）に特異的に結合する第１抗体が固定された多孔質体からなる展開層が用意される。そして、展開層上に被検物質と特異的に結合する標識化第２抗体に被検物質が存在する可能性のある検体を混合した検体溶液が展開される。すると、テストライン上において被検物質と第１抗体および第２抗体とによる抗原抗体反応が生じ、テストラインが着色もしくは発色し呈色状態になる。このテストラインの呈色状態を観察することにより、検体溶液に被検物質が存在するか否か定量的または定性的（陰性／陽性）な測定が行われる。
【０００３】
ところで、上述した試験片を簡易的に測定するＰＯＣＴ（Point of Care Testing）診療向けの測定装置として、呈色測定装置（イムノクロマトリーダー）が使用されている（たとえば特許文献１、２参照）。特許文献１には、効率的に試験片の検査を行うために、試験片のテストラインの濃度値に基づいて被検物質の定量的な判断を行うことが開示されている。また、特許文献２には、テストラインの光学的時間変化率が最大になる区間の測定データを離散フーリエ変換し、振幅スペクトル形状に基づいて地帯反応が生じているかを判定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６６７５１号公報
【特許文献２】特開２００５−４３３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１、２のような呈色測定装置を用いた場合であっても、被検物質の量が少なくテストラインの濃淡が薄い場合、濃淡に基づいて被検物質の判定がしづらいという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、テスト領域の呈色状態に基づいて容易に被検物質の検査を行うことができる呈色解析装置および方法ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の呈色解析装置は、検体溶液が展開される展開層と、展開層に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析装置であって、テスト領域の呈色状態を画像として読み取る読取手段と、読取手段により読み取られた画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出する周波数処理手段と、周波数処理手段により算出された空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力するパターン生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の呈色解析方法は、検体溶液が展開される展開層と、展開層に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析方法であって、テスト領域の呈色状態を画像として読取り、画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出し、算出した空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の呈色解析プログラムは、コンピュータに、検体溶液が展開される展開層と、展開層に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析プログラムであって、テスト領域の呈色状態を示す画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出する手順と、算出した空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力する手順とを実行させることを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、試験片は、テスト領域およびテスト領域が被検物質の存在により呈色状態になるものであればなんでもよく、たとえばクロマトグラフィ、特に抗原抗体反応を利用したイムノアッセイをクロマトグラフィに応用したイムノクロマトグラフィ法を用いたものであってもよい。また、テスト領域およびコントロール領域のパターン形状は問わず、たとえばライン状に形成されていてもよいし、所定のパターンを有するものであってもよい。さらに、試験片は増幅処理を行うものであってもよいし、増幅処理が不要なものであってもよい。
【００１１】
また、呈色状態とは、被検物質によりテスト領域が発色もしくは変色する、もしくは検体溶液によりコントロール領域が発色もしくは変色するものであればよく、濃淡値は呈色状態の発色強度もしくは変色度合いを表すものであればよい。そして、読取手段は、呈色状態を濃淡値として読み取るものであればその構成を問わず、たとえば撮像素子を用いて試験片を画像として取得するものであってもよいし、試験片に光を照射しその反射光を受光する受光素子からなるものであってもよい。さらに、読取手段は、呈色状態の濃度変化を濃淡値として読み取るものであってもよいし、所定の波長の光（蛍光）の強度を濃淡値として読み取るものであってもよい。
【００１２】
また、読取手段はテスト領域の画像のみを読み取るものであってもよいし、テスト領域およびコントロール領域を含む領域の画像を読み取るものであってもよい。このとき、周波数処理手段はテスト領域およびコントロール領域を含む画像に対し周波数変換処理を施すことになる。
【００１３】
さらに、周波数処理手段は、画像を空間周波数成分に変換するものであればその手法を問わず、たとえばフーリエ変換、離散フーリエ変換やウェーブレット変換等の公知の技術を用いることができる。
【００１４】
また、周波数処理手段は、読取手段により読み取られた画像全体に対し周波数変換処理を施すものであってもよいし、画像から一端側にテスト領域が位置し他端側にコントロール領域が位置するように抽出された解析領域に対し周波数変換処理を施すものであってもよい。
【００１５】
さらに、パターン生成手段は、空間周波数成分の値に基づいてパターン情報を生成するものであればその方法を問わず、たとえば周波数毎の振幅を示すパワースペクトルをパターン情報として生成し出力するものであってもよいし、空間周波数成分の値に応じて異なる色を付すことにより、周波数毎の空間周波数成分を色で示したパターン画像を生成する機能を有するものであってもよい。
【００１６】
また、呈色解析装置は、読取手段により読み取られた画像に対し前処理を施す前処理手段を有していてもよい。たとえば前処理手段は、画像の画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を画素値と閾値との差分値に変換するようにしてもよい。あるいは、前処理手段は、画像の画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を所定の規定画素値に変換するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の呈色解析装置および方法ならびにプログラムによれば、検体溶液が展開される展開層と、展開層に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析するものであって、テスト領域の呈色状態を画像として読取り、画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出し、算出した空間周波数成分を用いてパターン情報を生成することにより、検体溶液中の被験物質の濃度が小さくテスト領域の濃淡による判別がしづらい場合であっても、パターン情報に基づいてテスト領域の呈色状態を明確に認識することができるため、検査結果が偽陰性とみなされることを防止することができる。
【００１８】
なお、パターン生成手段が、空間周波数成分の値に応じて異なる色を付すことにより、各周波数に対する空間周波数成分を色で表したパターン画像を生成する機能を有するものであるとき、テスト領域の濃淡による判断に比べて精度良く効率的な被検物質の定量的もしくは定性的な判断を行うことができる。
【００１９】
また、読取手段がテスト領域およびコントロール領域を含む領域の画像を読み取るものであり、周波数処理手段がテスト領域およびコントロール領域を含む画像に対し周波数変換処理を施すものであれば、コントロール領域の濃淡による周波数成分の変化に基づいて検査の異常等についてもパターン情報に基づいて把握することができる。
【００２０】
さらに、パターン生成手段が、周波数毎の振幅を示すパワースペクトルをパターン情報として生成するものであるとき、テスト領域の濃淡による判断に比べて精度良く効率的な被検物質の定量的もしくは定性的な判断を行うことができる。
【００２１】
また、画像の画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を画素値と閾値との差分値に変換する前処理手段をさらに有するものであれば、バックグランド等によるノイズ成分がパターン情報に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００２２】
さらに、画像の画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を所定の規定画素値に変換する前処理手段をさらに有するものであるとき、バックグランド等によるノイズ成分がパターン情報に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００２３】
また、周波数毎の空間周波数成分の特性に基づいてテスト領域の呈色レベルを算出し、陽性／陰性の判定または陽性のレベル判定を行う判定手段を有することにより、検体溶液中の被験物質の濃度が小さくテスト領域の濃淡による判別がしづらい場合であっても、空間周波数成分から精度良く定性的または定量的な判定を自動的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の呈色解析装置の好ましい実施形態を示す概略斜視図
【図２】図１の呈色解析装置の内部を示す概略図である。
【図３】本発明の呈色解析装置の好ましい実施形態を示す概略斜視図
【図４】図１の呈色解析装置の内部を示す概略図である。
【図５】本発明の呈色解析装置の好ましい実施形態を示す概略斜視図
【図６】図１の前処理手段において前処理された画素値の一例を示すグラフ
【図７】図１の前処理手段において前処理された画素値の一例を示すグラフ
【図８】図１の前処理手段において前処理された画素値の一例を示すグラフ
【図９】図１のパターン生成手段において生成されるパターン画像の一例を示す模式図
【図１０】図１のパターン生成手段において生成されるパターン画像の一例を示す模式図
【図１１】図１のパターン生成手段において生成されるパターン画像の一例を示す模式図
【図１２】図１のパターン生成手段において生成されるパターン画像の一例を示す模式図
【図１３】本発明の呈色解析方法の好ましい実施形態を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の呈色解析装置１の概略構成図である。呈色解析装置１は、たとえばイムノクロマトグラフィ技術を利用して被検物質の検出を行う試験片１０の読取りを行うものであって、筐体２、デバイス挿入口３、情報出力手段４等を備えている。そして、検体溶液が点着された試験片がデバイス挿入口３に挿入され、試験片１０において生じる呈色反応が光学的に読み取られ、読取結果が情報入出力手段４に出力される。情報入出力手段４はたとえば液晶タッチパネルからなるオペレーションパネルであって、使用者はオペレーションパネルを介して測定のための基本的な設定を入力することができる。
【００２６】
図２および図３は呈色解析装置１により読み取られる試験片１０の一例を示す模式図である。なお、試験片１０として、たとえば特開２００９−１３９２５６号公報、特開２００７−６４７６６号公報等公知の技術を用いることができる。また、以下にいわゆる増幅処理が可能な試験片１０を用いる場合について例示するが、増幅処理を行わない試験片１０を用いてもよい。
【００２７】
試験片１０は、イムノクロマトグラフィ法を用いて被検物質の定量的もしくは定性的（陰性／陽性）の検査を行うためのデバイスであって、被検物質（所定の抗原）を視認可能に標識化するものである。この試験片１０には被検物質が存在する可能性のある検体と標識化物質（第２抗体）とを混合させた検体溶液が点着される。
【００２８】
試験片１０は、上ケース１０Ａ、下ケース１０Ｂ、展開層１２を有しており、上ケース１０Ａおよび下ケース１０Ｂ内に展開層１２が収容されている。上ケース１０Ａには外部から検体溶液を展開層１２に点着するための貫通孔１１と増幅液を展開層１２に点着するための貫通孔１４とが形成されている。一方、下ケース１０Ｂには展開層１２が固定されており、被検物質の定量的または定性的な測定を観察するための観察窓１０Ｚが形成されている。さらに、下ケース１０Ｂの表面には検体を識別情報（氏名等）や反応に必要な時間情報等を記録した文字情報、バーコード、ＩＣタグ等の情報記憶手段１５が設けられている。
【００２９】
展開層１２はたとえばセルロース濾紙、硝子繊維、ポリウレタン等の吸収剤からなっており、点着された検体溶液は毛細管現象により一定の方向に流れる。展開層１２にはテスト領域ＴＬとコントロール領域ＣＬとが形成されている。テスト領域ＴＬは、被検物質（抗体）に対して特異性を有する第１抗体がライン状に固定されたものであって（テストライン）、被検物質の存在により第１抗体−被検物質−第２抗体の結合体が形成されライン状に呈色する。一方、コントロール領域ＣＬは、標識化抗体に反応する参照用抗原（もしくは抗体）が固定されており、検体溶液中の標識化抗体と反応しライン状に呈色する。したがって、コントロール領域ＣＬの呈色状態を確認することにより、検体溶液がテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬ上を通過したか否かを判断することができる。
【００３０】
さらに、試験片１０は、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬを上下方向（検体溶液の流路に略直交する方向）に挟むように、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬを洗浄するための洗浄液の流路を形成する洗浄層１３ａ、１３ｂを備えている。洗浄層１３ａ、１３ｂは、展開層１２と同様の材料からなるものであって、洗浄層１３ａ側には洗浄液が貯蔵されている（図示せず）。そして、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬにおける反応が完了した後に、洗浄層１３ａが呈色解析装置１から押圧される。すると、毛細管現象によって洗浄液が洗浄層１３ａから洗浄層１３ｂ側へ流れ、洗浄層１３ａと１３ｂとの間に存在するテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬに洗浄液が流れる。これにより、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬ上の免疫複合体を形成しなかった標識化抗体が除去される。
【００３１】
また、上ケース１０Ａには筐体２内の増幅処理手段６から金属イオン（銀コロイド等）を含有する増幅液を展開層１２に展開させるための貫通孔１４が形成されている。そして、洗浄液による洗浄後に増幅液が展開層１２上に展開することにより、金属イオンがテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬ上の免疫複合体に付着し、呈色状態が増幅される。
【００３２】
図４は本発明の呈色解析装置の好ましい実施形態を示すブロック図である。図４の呈色解析装置１は、読取手段２１、前処理手段２２、周波数処理手段２３、パターン生成手段２４を備えている。読取手段２１は、観察窓１０Ｚからテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬの呈色状態を図５に示す画像Ｐとして読み取るものであって、たとえばＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子からなっている。なお、読取手段２１は、グレースケール値（濃淡値）の画像Ｐを読み取るものであってもよいし、ＲＧＢの各成分値や蛍光等の所定の色（波長成分）を濃淡値とする画像Ｐとして読み取るものであってもよい。さらに、読取手段２１は撮像素子からなる場合に限らず、観察窓１０Ｚから生じる反射光や蛍光を受光する受光素子からなるものであってもよい。
【００３３】
さらに読取手段２１は、観察窓１０Ｚの画像Ｐを読み取った際に一端側ＲＲ１にテスト領域ＴＬが位置し他端側ＲＲ２にコントロール領域ＣＬが位置するような解析領域ＲＲを抽出する。なお、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬは、試験片１０の所定の位置に形成されるものであり、試験片１０はデバイス挿入口３より装置１内において所定の位置に位置決めされる。したがって、読取手段２１は予め定まった領域を解析領域ＲＲとして抽出し、この解析領域ＲＲを周波数変換処理する領域として出力する。これにより、たとえばコントロール領域ＣＬの異常もパターン情報ＰＰから認識することができる。
【００３４】
前処理手段２２は、画像Ｐに対し前処理を施すものである。たとえば前処理手段２２はテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬに平行する画素ライン毎に平均値、メディアン値、最頻値等からなる代表画素値を算出する。すると、図６に示すような１次元の各画素ラインに対する代表画素値が得られる。このとき、前処理手段２２は解析領域ＲＲの画素ラインを圧縮することによりたとえば５１２ラインから１６ライン分の代表画素数に減らす処理を行ってもよい。
【００３５】
また、前処理手段２２は上述した代表画素値に対し閾値処理を施す機能を有している。たとえば、前処理手段２２は、図７に示すように、画像Ｐの代表画素値が所定の閾値以下である場合には代表画素値を０に変換するとともに、代表画素値が所定の閾値よりも大きい場合には代表画素値と閾値との差分値を新たな代表画素値として用いるようにしてもよい（バックグランド補正）。あるいは、前処理手段２２は、図８に示すように、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には所定の規定画素値を新たな代表画素値とした正規化処理を行うようにしてもよい。これにより、テスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬ以外の領域ＢＲによるノイズ成分がパターン情報ＰＰに及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００３６】
図４の周波数処理手段２３は、読取手段２１により読み取られた画像Ｐに対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出するものである。ここで、周波数処理手段２３は、前処理手段２２により前処理された解析領域ＲＲの代表画素値に対し１次元の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことにより、各周波数に対する空間周波数成分を算出する。なお、周波数処理手段２３が前処理された解析領域ＲＲ（図６〜図８参照）に対し周波数変換処理を行う場合について例示しているが、前処理前の解析領域ＲＲに対し周波数変換処理を行うようにしてもよい。
【００３７】
また、周波数処理手段２３が１次元の高速フーリエ変換をする場合について例示しているが２次元のフーリエ変換を行うようにしてもよい。この場合、前処理手段２２において画素ライン毎の代表画素値の算出が不要であって、（ｕ，ｖ）空間上の空間周波数成分が算出されることになる。あるいは、周波数処理手段２３はフーリエ変換に代えてウェーブレット変換等の他の周波数変換処理を行うようにしてもよい。さらに、周波数処理手段２３は、計算可能な全ての周波数に対する成分を計算する１次元フーリエ変換を使用した場合について例示しているが、特定の周波数のフーリエ係数を計算した結果を用いて陽性／陰性の判定又は、陽性のレベル判定をおこなうこととしても良い。
【００３８】
パターン生成手段２４は、周波数処理手段２３により算出された空間周波数成分を用いてパターン情報ＰＰを生成するものである。たとえば周波数処理手段２３は１次元フーリエ変換に基づくパワースペクトル分布を算出する。すると、コントロール領域ＣＬおよびテスト領域ＴＬの双方が呈色状態にある場合、図９に示すパワースペクトルがパターン情報ＰＰとして生成される。一方、コントロール領域ＣＬのみが呈色状態にある場合、図１０に示すパワースペクトルがパターン情報ＰＰとして生成される。
【００３９】
さらに、パターン生成手段２４は空間周波数成分（振幅値）応じて異なる色付けをしたパターン画像を生成する機能を有している。具体的には、パターン生成手段２４には振幅値毎に応じて異なる色もしくはグレースケール値が予め記憶されており、図１１および図１２に示すような各周波数の振幅を色で表現したパターン画像を生成する。なお、図１１はコントロール領域ＣＬおよびテスト領域ＴＬの双方が呈色状態にある場合のパターン画像を示しており、図１２はコントロール領域ＣＬのみが呈色状態にある場合のパターン画像を示している。
【００４０】
そして、情報出力手段４は上述した画像Ｐ（図５参照）、画像Ｐの画素値（図６から図８参照）、パターン情報（図９から図１２参照）のいずれかもしくはすべてを表示する機能を有している。これにより、使用者は上述したすべての情報を加味して被検物質の定量的または定性的な判断を行うことができる。
【００４１】
以上のように、呈色状態を示す画像Ｐに対し周波数変換処理を施した後にパターン情報ＰＰを生成することにより、呈色状態に基づく定量的または定性的な判定を容易に行うことができる。すなわち、従来のように、テスト領域ＴＬの濃淡によって目視による判定を行う場合、濃淡が薄いときには目視判定がしづらいという問題がある。一方、周波数変換を行った後にパターン情報を生成することにより、濃淡が薄い場合であってもパターン情報として見ればテスト領域ＴＬの呈色状態を精度良く把握することができるため、被検物質の定量的または定性的な測定を効率よく行うことができる。
【００４２】
図１３は本発明の呈色解析方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図１３を参照して呈色改正方法について説明する。まず、図２および図３に示す試験片１０の展開層１２に対し検体が点着され、この試験片が呈色解析装置１の挿入口３に挿入される（ステップＳＴ１）。すると、呈色解析装置１において試験片１０が装着されたことを検出して測定が開始される。そして、検体溶液の種類に応じて予め設定された設定時間完了後に、読取手段２１により観察窓１０Ｚのテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬの呈色状態が画像Ｐとして読み取られる（ステップＳＴ２、図５参照）。すると、前処理手段２２において画像Ｐに対し前処理が施され（ステップＳＴ３）、周波数処理手段２３により空間周波数成分が算出される（ステップＳＴ４）。
【００４３】
その後、パターン生成手段２４により空間周波数成分に基づいてパターン情報（パターン画像）ＰＰが生成され、パターン情報ＰＰが情報出力手段４に表示される（ステップＳＴ５）。このとき、情報出力手段４にはパターン情報とともに画像Ｐおよび濃淡値が同時に表示され、使用者は情報出力手段４の表示に基づいて被検物質の定性的（陽性／陰性）判断を行う。
【００４４】
上記実施の形態によれば、検体溶液が展開される展開層１２と、展開層１２に形成された検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域ＴＬと、検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域ＣＬとを有する試験片の呈色状態を解析するものであって、テスト領域ＴＬの呈色状態を画像Ｐとして読取り、画像Ｐに対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出し、算出した空間周波数成分を用いてパターン情報ＰＰを生成し出力することにより、検体溶液中の被験物質の濃度が低い等の場合においても、検査結果が偽陰性とみなされることを防止することができる。
【００４５】
また、図１１および図１２に示すように、パターン生成手段２４が、空間周波数成分の値に応じて異なる色を付すことにより、各周波数に対する空間周波数成分を色で表したパターン画像ＰＰをパターン情報として生成する機能を有するものであるとき、テスト領域ＴＬの濃淡による判断に比べて精度良く効率的な被検物質の定量的もしくは定性的な判断を行うことができる。
【００４６】
さらに、図７に示すように、前処理手段２２が画像Ｐの画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を画素値と閾値との差分値に変換するものであれば、バックグランド等によるノイズ成分がパターン情報に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００４７】
また、図８に示すように、前処理手段２２が画像Ｐの画素値が所定の閾値以下である場合には画素値を０に変換するとともに、画素値が所定の閾値よりも大きい場合には画素値を所定の規定画素値に変換する機能を有するものであるとき、バックグランド等によるノイズ成分がパターン情報に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
【００４８】
また、図９および図１０に示すように、パターン生成手段２４が、周波数毎の振幅を示すパワースペクトルをパターン情報ＰＰとして生成するものであるとき、テスト領域ＴＬの濃淡による判断に比べて精度良く効率的な被検物質の定量的もしくは定性的な判断を行うことができる。
【００４９】
本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。たとえば、上記実施の形態において、試験片は１本の判定ラインを有する場合について例示しているが、２本以上の判定ラインを有するものであってもよい。この場合であっても、２本以上のテスト領域ＴＬおよびコントロール領域ＣＬを含むように解析領域ＲＲを設定し、周波数変換処理後にパターン情報が生成されることになる。
【００５０】
さらに、パターン生成手段２４がパワースペクトルに基づいてパターン画像を生成する場合について例示しているが、実数部分（ｃｏｓ（ω）成分）のみを用いてパターン画像を生成するようにしてもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態において、パターン情報を生成し表示する場合について例示しているが、周波数処理手段２３により生成された周波数毎の空間周波数成分の特性に基づいてテスト領域ＴＬの呈色レベルを算出し、陽性／陰性の判定または陽性のレベル判定を行う判定手段をさらに備えていてもよい。たとえば判定手段は、陽性の場合および陰性の場合の既知の空間周波数成分もしくはパターン情報を特徴量（特徴ベクトル）とした教師データを用いて予め学習させたニューラルネットワークやブースティングアルゴリズム等を用いてパターンを認識するものであって、未知の空間周波数成分もしくはパターン情報が入力された際に被検物質の定性的判断（陰性／陽性）または定性的判断（陽性レベル）を自動的に判定する。これにより、検体溶液中の被験物質の濃度が小さくテスト領域の濃淡による判別がしづらい場合であっても、空間周波数成分から精度良く定性的または定量的な判定を自動的に行うことができる。
【００５２】
さらに、図４に示す呈色解析装置１の構成はＤＳＰ等を用いて構築されている場合について例示しているが、読取手段２１により読み取った画像Ｐを取得し、画像Ｐをパーソナルコンピュータ等により解析するものであってもよい。この場合、図４のような呈色解析装置１の構成は、補助記憶装置に読み込まれた呈色解析プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。また、この呈色解析プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 呈色解析装置
４ 情報出力手段
１０ 試験片
１２ 展開層
１５ 情報記憶手段
２１ 読取手段
２２ 前処理手段
２３ 周波数処理手段
２４ パターン生成手段
ＣＬ コントロール領域
ＴＬ テスト領域
ＰＰ パターン情報（パターン画像）
ＲＲ 解析領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体溶液が展開される展開層と、該展開層に形成された前記検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、前記検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析装置であって、
前記テスト領域の呈色状態を画像として読み取る読取手段と、
該読取手段により読み取られた前記画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出する周波数処理手段と、
該周波数処理手段により算出された周波数毎の前記空間周波数成分を用いてパターン情報を生成するパターン生成手段と
を備えたことを特徴とする呈色解析装置。
【請求項２】
前記パターン生成手段が、前記空間周波数成分の値に応じて異なる色を付すことにより、前記周波数毎の前記空間周波数成分を色で表したパターン画像を前記パターン情報として生成するものであることを特徴とする請求項１記載の呈色解析装置。
【請求項３】
前記パターン生成手段が、前記周波数毎の振幅を示すパワースペクトルを前記パターン情報として生成するものであることを特徴とする請求項１記載の呈色解析装置。
【請求項４】
前記読取手段が前記テスト領域および前記コントロール領域を含む領域の前記画像を読み取るものであり、前記周波数処理手段が前記テスト領域および前記コントロール領域を含む前記画像に対し周波数変換処理を施すものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項５】
前記画像の前記画素値が前記所定の閾値以下である場合に該画素値を０に変換し、前記画素値が前記所定の閾値よりも大きい場合に該画素値を前記画素値と前記閾値との差分値に変換する前処理手段をさらに有し、
前記周波数処理手段が前処理済みの前記画像に対し周波数変換処理を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項６】
前記画像の前記画素値が前記所定の閾値以下である場合には該画素値を０に変換し、前記画素値が前記所定の閾値よりも大きい場合には該画素値を所定の規定画素値に変換する前処理手段をさらに有し、
前記周波数処理手段が前処理済みの前記画像に対し周波数変換処理を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項７】
前記画像および前記パターン情報を同一画面上に表示する情報出力手段をさらに備えたものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項８】
前記読取手段が、増幅剤により増幅処理された後の前記試験片から前記テスト領域の呈色状態を読み取るものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項９】
前記周波数処理手段により生成された周波数毎の前記空間周波数成分の特性に基づいて前記テスト領域の呈色レベルを算出し、陽性／陰性の判定または陽性のレベル判定を行う判定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項１０】
検体溶液が展開される展開層と、該展開層に形成された前記検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、前記検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析方法であって、
前記テスト領域の呈色状態を画像として読取り、
前記画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出し、
算出した前記空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力する
ことを特徴とする呈色解析方法。
【請求項１１】
コンピュータに、検体溶液が展開される展開層と、該展開層に形成された前記検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、前記検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析プログラムであって、
前記テスト領域の呈色状態を示す画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出する手順と、
算出した前記空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力する手順と
を実行させることを特徴とする呈色解析プログラム。
【請求項１】
検体溶液が展開される展開層と、該展開層に形成された前記検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、前記検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析装置であって、
前記テスト領域の呈色状態を画像として読み取る読取手段と、
該読取手段により読み取られた前記画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出する周波数処理手段と、
該周波数処理手段により算出された周波数毎の前記空間周波数成分を用いてパターン情報を生成するパターン生成手段と
を備えたことを特徴とする呈色解析装置。
【請求項２】
前記パターン生成手段が、前記空間周波数成分の値に応じて異なる色を付すことにより、前記周波数毎の前記空間周波数成分を色で表したパターン画像を前記パターン情報として生成するものであることを特徴とする請求項１記載の呈色解析装置。
【請求項３】
前記パターン生成手段が、前記周波数毎の振幅を示すパワースペクトルを前記パターン情報として生成するものであることを特徴とする請求項１記載の呈色解析装置。
【請求項４】
前記読取手段が前記テスト領域および前記コントロール領域を含む領域の前記画像を読み取るものであり、前記周波数処理手段が前記テスト領域および前記コントロール領域を含む前記画像に対し周波数変換処理を施すものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項５】
前記画像の前記画素値が前記所定の閾値以下である場合に該画素値を０に変換し、前記画素値が前記所定の閾値よりも大きい場合に該画素値を前記画素値と前記閾値との差分値に変換する前処理手段をさらに有し、
前記周波数処理手段が前処理済みの前記画像に対し周波数変換処理を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項６】
前記画像の前記画素値が前記所定の閾値以下である場合には該画素値を０に変換し、前記画素値が前記所定の閾値よりも大きい場合には該画素値を所定の規定画素値に変換する前処理手段をさらに有し、
前記周波数処理手段が前処理済みの前記画像に対し周波数変換処理を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項７】
前記画像および前記パターン情報を同一画面上に表示する情報出力手段をさらに備えたものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項８】
前記読取手段が、増幅剤により増幅処理された後の前記試験片から前記テスト領域の呈色状態を読み取るものであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項９】
前記周波数処理手段により生成された周波数毎の前記空間周波数成分の特性に基づいて前記テスト領域の呈色レベルを算出し、陽性／陰性の判定または陽性のレベル判定を行う判定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の呈色解析装置。
【請求項１０】
検体溶液が展開される展開層と、該展開層に形成された前記検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、前記検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析方法であって、
前記テスト領域の呈色状態を画像として読取り、
前記画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出し、
算出した前記空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力する
ことを特徴とする呈色解析方法。
【請求項１１】
コンピュータに、検体溶液が展開される展開層と、該展開層に形成された前記検体溶液中の被験物質に反応し呈色するテスト領域と、前記検体溶液が通過することにより呈色するコントロール領域とを有する試験片の呈色状態を解析する呈色解析プログラムであって、
前記テスト領域の呈色状態を示す画像に対し周波数変換処理を施すことにより空間周波数成分を算出する手順と、
算出した前記空間周波数成分を用いてパターン情報を生成し出力する手順と
を実行させることを特徴とする呈色解析プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図５】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図５】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１９１２２９（Ｐ２０１１−１９１２２９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８７７７（Ｐ２０１０−５８７７７）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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