説明

蛍光反応検出装置

【課題】試料中における微生物又はウィルスを、高い検出精度で、安定して検出することができる蛍光反応検出装置を提供すること。
【解決手段】制御部51は、フィルタ3を透過させる励起光Xの波長と強度との少なくとも一方を変更して、複数種類の励起時デジタル画像D1,D2をカメラ4によって撮影する。画像処理部52は、複数種類の励起時デジタル画像D1,D2について、それぞれ1つの画素単位ごとの色空間データを求め、複数種類の励起時デジタル画像D1,D2におけるそれぞれ同じ位置にある画素単位の色空間データ同士で照合演算して、各画素単位ごとに演算処理データを求める。判定部53は、各画素単位ごとの演算処理データを、予め特定蛍光反応81について求めた演算処理データの規定範囲と照合して、試料8中における特定蛍光反応81の有無を検出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、試料中における特定の微生物等による特定蛍光反応を検出する蛍光反応検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
小学校等で実施されるぎょう虫検査においては、被験者が粘着テープを肛門に当てて採取した試料を、検査機関、医療機関等において検査している。この場合、ぎょう虫卵の有無を顕微鏡で確認することになり、検査員に熟練を要し、検査精度及び検査効率ともにあまり優れない。例えば、特許文献1には、ぎょう虫検査紙を顕微鏡によって観察するぎょう虫卵自動検査設備について開示されている。
【0003】
一方、例えば、特許文献2の異物の検出方法においては、寄生虫に可視光を照射して励起したときには、寄生虫が蛍光することが開示されている。そして、この性質を利用して、肉類に寄生する寄生虫の有無を検出している。また、特許文献2においては、デジタルカメラ、CCDカメラ等により、被写体が発する蛍光の画像を得て、二値化等の画像処理を行って、コンピュータによって異物の有無を判断させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第3090492号公報
【特許文献2】特開2007−286041号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献2等の従来のぎょう虫卵等の検査においては、ぎょう虫卵を励起させる際に用いる励起光は、UV励起、B励起、G励起等の1種類のみである。
従って、コンピュータによる画像処理を利用してぎょう虫卵の有無を検出しようとした場合、検出精度が低く、安定した検出結果を得ることができていない。
【0006】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、試料中における微生物又はウィルスを、高い検出精度で、安定して検出することができる蛍光反応検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
第1の発明は、試料中における微生物又はウィルスの特定蛍光反応を検出する蛍光反応検出装置であって、
上記試料に対して、所定の波長の励起光を、フィルタを透過させて照射可能な光源と、
上記試料の表面をデジタル画像として撮影するカメラと、
上記フィルタを透過させる上記励起光の波長と強度との少なくとも一方の変更、上記光源から上記励起光を照射する時間の変更、又は上記光源から上記励起光の照射を開始した時点から上記カメラによって撮影する時点までの時間の変更のいずれかを行って、複数種類の励起時デジタル画像を上記カメラによって撮影する制御部と、
上記複数種類の励起時デジタル画像について、それぞれ画素単位ごとの色空間データを求め、該複数種類の励起時デジタル画像におけるそれぞれ同じ位置にある画素単位の色空間データ同士で照合演算して、各画素単位ごとに演算処理データを求める画像処理部と、
上記各画素単位ごとの演算処理データを、予め上記特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲と照合して、上記試料中における上記特定蛍光反応を検出する判定部と、を備えていることを特徴とする蛍光反応検出装置にある(請求項1)。
【0008】
第2の発明は、試料中における微生物又はウィルスの特定蛍光反応を検出する蛍光反応検出装置であって、
上記試料に対して、所定の波長の励起光を、フィルタを透過させて照射可能な光源と、
上記試料の表面をデジタル画像として撮影するカメラと、
上記フィルタを透過させる上記励起光の波長と強度との少なくとも一方の変更、又は上記光源から上記励起光の照射を開始した時点から上記カメラによって撮影する時点までの時間の変更のいずれかを行って、複数種類の励起時デジタル画像を上記カメラによって撮影する制御部と、
いずれかの上記励起時デジタル画像について、それぞれ画素単位ごとの第1色空間データを求め、該各画素単位ごとの第1色空間データのうち、所定の規定範囲内にある画素単位の集まりを、仮ヒット画素として求め、該仮ヒット画素を囲む大きさの画素領域を仮ヒット領域として特定し、かつ、他の上記励起時デジタル画像について、上記仮ヒット領域に相当する領域のみについて、それぞれ画素単位ごとの第2色空間データを求め、上記仮ヒット領域内の上記各画素単位ごとの第1色空間データと、上記仮ヒット領域に相当する領域内の上記各画素単位ごとの第2色空間データとに対し、それぞれ同じ位置にある画素単位同士で照合演算して、上記仮ヒット領域内の上記各画素単位ごとに演算処理データを求める画像処理部と、
上記仮ヒット領域内の上記各画素単位ごとの演算処理データを、予め上記特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲と照合して、上記試料中における上記特定蛍光反応を検出する判定部と、を備えていることを特徴とする蛍光反応検出装置にある(請求項2)。
【発明の効果】
【0009】
第1の発明の蛍光反応検出装置は、特定蛍光反応を励起させるための励起光を、フィルタを透過させて照射可能な光源と、試料の表面をデジタル画像として撮影するカメラと、制御部、画像処理部及び判定部を構築したコンピュータとを用いて、微生物又はウィルスが発する特定蛍光反応を検出するものである。
制御部は、光源及びフィルタを操作し、フィルタを透過させる励起光の波長と強度との少なくとも一方を変更して、複数種類の励起光を試料に照射することができる。そして、制御部は、カメラを操作し、複数種類の励起光を照射するそれぞれの場合について、試料の表面が蛍光する状態を、励起時デジタル画像として撮影する。
【0010】
これ以外にも、制御部は、光源から励起光の照射を開始した時点からカメラによって撮影する時点までの時間を変更して、複数種類の励起時デジタル画像としてカメラによって撮影することもできる。
これらのとき、試料中に微生物又はウィルスが存在する場合には、この微生物等が励起光によって励起されて、所定の蛍光を発することになる。また、励起光の波長、強度又は撮影時期によって、試料から発される蛍光の状態が異なる。
【0011】
画像処理部は、複数種類の励起時デジタル画像について、それぞれ画素単位ごとの色空間データを求める。そして、画像処理部は、複数種類の励起時デジタル画像におけるそれぞれ同じ位置にある画素単位の色空間データ同士で照合演算して、各画素単位ごとに演算処理データを求める。演算処理データは、例えば、2つの励起時デジタル画像に対しては、同じ位置にある2つの画素の色空間データ同士を照合演算することができ、3つの励起時デジタル画像に対しては、同じ位置にある3つの画素の色空間データ同士を照合演算することができる。
【0012】
判定部は、各画素単位ごとの演算処理データを、予め特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲と照合する。ここで、予め特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲は、微生物又はウィルスについて得た複数種類の励起時デジタル画像における特定蛍光反応を映した画素の演算処理データを分析して設定したものである。
【0013】
特定蛍光反応の検出時に用いる励起光の条件は、規定範囲を設定する基準設定時に用いた励起光の条件と同じにする。そして、検出時の演算処理データと基準設定時の演算処理データの規定範囲とを比較するのは、励起光の条件を同じにした場合同士とする。
こうして、判定部は、各画素単位ごとの演算処理データが、予め特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲内にある場合には、試料中に微生物又はウィルスが発する特定蛍光反応があると判定することができる。
【0014】
ところで、試料中には、特定蛍光反応以外の蛍光反応を示すゴミ(検出対象外の異物)も含まれており、このゴミも所定の蛍光反応を発することになる。ただし、特定蛍光反応と、ゴミによる蛍光反応とは、励起光の波長、強度、照射時間(撮影時期)の各条件によって、蛍光の性質が異なる。
そこで、複数種類の励起時デジタル画像を撮影した際に、例えば、ゴミによる蛍光反応は、全ての励起時デジタル画像に撮影される一方、特定蛍光反応は、いずれかの励起時デジタル画像に明確に撮影される場合が想定される。この場合には、上記照合演算をすることにより、ゴミによる蛍光反応による影響を取り除くことができ、特定蛍光反応を際立たせて検出することができる。そして、微生物又はウィルスによる蛍光反応を、他のゴミ(検出対象外の異物)による蛍光反応と明確に区別することができる。
【0015】
第2の発明の蛍光反応検出装置においては、画像処理部によって行う処理が上記第1の発明の場合と異なる。
第2の発明の画像処理部においては、いずれかの励起時デジタル画像についての各画素単位ごとの第1色空間データについて、所定の規定範囲内にあるか否かを判定している。そして、デジタル画像の全体の画素領域のうち、規定範囲内にある1つ又は複数の特定の画素領域についてのみ、その後の演算処理データを求める際に用いる仮ヒット領域とする。
【0016】
そして、他の励起時デジタル画像について、仮ヒット領域に相当する領域のみについて、それぞれ画素単位ごとの第2色空間データを求める。これにより、第2色空間データを求める処理を少なくすることができる。
こうして、デジタル画像の全体の画素領域のうち、特定の限られた画素領域についてのみ、演算処理データを求める。これにより、演算処理データを求める処理を少なくすることができる。
その他、第2の発明においても、第1の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【0017】
なお、画像処理部において、第1色空間データと照合演算を行う色空間データは、3種類以上の励起時デジタル画像における各画素単位について求めた色空間データとすることもできる。例えば、3種類の励起時デジタル画像については、仮ヒット領域内の各画素単位ごとの第1色空間データと、仮ヒット領域に相当する領域内の各画素単位ごとの第2色空間データ及び第3色空間データとをそれぞれ同じ位置にある画素単位同士で照合演算することができる。
【0018】
それ故、本発明の蛍光反応検出装置によれば、試料中における微生物又はウィルスを、高い検出精度で、安定して検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】実施例1にかかる、蛍光反応検出装置の構成を示す説明図。
【図2】実施例1にかかる、第1励起時デジタル画像を概略的に示す説明図。
【図3】実施例1にかかる、第2励起時デジタル画像を概略的に示す説明図。
【図4】実施例1にかかる、第1励起時デジタル画像と第2励起時デジタル画像とに対して照合演算を行った結果を可視化して、照合画像として概略的に示す説明図。
【図5】実施例1にかかる、第1色空間データと第2色空間データとを、1ドットごとの画素単位において照合する状態を可視化して示す説明図。
【図6】実施例1にかかる、第1色空間データと第2色空間データとを、1ドットごとの画素単位において照合して得た演算処理データが、規定範囲内にあるか否かの2値化処理を行った結果を可視化して示す説明図。
【図7】実施例1にかかる、ヒット画素を囲んでなるヒット領域を示す説明図。
【図8】実施例1にかかる、素デジタル画像について、ヒット領域に相当する画素領域をモニタに拡大表示した状態を概略的に示す説明図。
【図9】実施例1にかかる、微生物等の特定蛍光反応を検出する手順を示すフローチャート。
【図10】実施例2にかかる、第1励起時デジタル画像において、仮ヒット画素及び仮ヒット領域を特定した状態を可視化して概略的に示す説明図。
【図11】実施例2にかかる、第2励起時デジタル画像において、仮ヒット領域に相当する領域を可視化して概略的に示す説明図。
【図12】実施例2にかかる、仮ヒット領域内の第1色空間データと、仮ヒット領域に相当する領域内の第2色空間データとに照合演算を行った結果を、可視化した画像として概略的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
上述した第1、第2の発明の蛍光反応検出装置における好ましい実施の形態につき説明する。
第1、第2の発明において、上記微生物は、種々の寄生虫、寄生虫卵、細菌等とすることができる。寄生虫としては、ぎょう虫、回虫、鞭虫、吸虫、鉤虫、縮小条虫、広節裂頭条虫、東洋毛様線虫、無鉤条虫等がある。寄生虫卵は、それらの卵とすることができる。
また、細菌としては、球菌、桿菌、らせん菌等がある。
上記ウィルスとしては、核酸とタンパクとからなる種々のウィルスとすることができる。
【0021】
また、上記試料は、大便、血液等とすることができる。上記微生物等は、大便、血液等の中に存在するものとすることができる。血液中に潜む寄生虫としては、例えば、ウエステルマン肺吸虫、宮崎肺吸虫、住血胞子虫、マラリア病原虫、日本住血吸虫、糸状虫、フィラリア、広東住血線虫等がある。
【0022】
第1の発明において、上記判定部は、上記各画素単位ごとの演算処理データのうち、予め上記特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲内にある画素単位を、ヒット画素として求め、該ヒット画素が並んで形成される形状及び面積が、予め上記特定蛍光反応について求めた形状及び面積の規定範囲内にある場合に、上記試料中に微生物又はウィルスが存在すると検出することが好ましい(請求項3)。
第2の発明において、上記判定部は、上記仮ヒット領域内の各画素単位ごとの演算処理データのうち、予め上記特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲内にある画素単位を、ヒット画素として求め、該ヒット画素が並んで形成される形状及び面積が、予め上記特定蛍光反応について求めた形状及び面積の規定範囲内にある場合に、上記試料中に微生物又はウィルスが存在すると検出することが好ましい(請求項4)。
【0023】
これらの場合には、判定部は、特定蛍光反応を示した試料について、この特定蛍光反応の形状及び大きさを確認して、微生物又はウィルスを検出することができる。そのため、微生物又はウィルスの検出精度を向上させることができる。
【0024】
また、第1、第2の発明において、上記判定部は、上記特定蛍光反応が存在すると検出した上記ヒット画素が並んで形成される形状を囲む大きさの画素領域を、ヒット領域として特定し、上記制御部は、上記励起光を照射していないときの素デジタル画像を上記カメラによって撮影し、上記素デジタル画像において上記ヒット領域に相当する画素領域を、モニタに拡大表示することが好ましい(請求項5)。
この場合には、特定蛍光反応が存在すると検出した画素領域をモニタに拡大表示することにより、検査する者が、素デジタル画像において微生物又はウィルスが存在すると検出した部分を実際に目視して確認することができる。
【0025】
また、上記色空間データは、赤色、緑色、青色の色相、及び輝度のうちの少なくとも1つのデータであり、上記画像処理部において、上記同じ位置にある画素単位同士で行う照合演算は、上記色相及び輝度のうちの少なくとも1つ同士に対して行う誤差演算又は算術演算であることが好ましい(請求項6)。
この場合には、画像処理部において、励起時デジタル画像における各画素単位ごとの演算処理データを適切に求めることができる。
【0026】
また、上記励起光の波長は、UV励起、B励起又はG励起のうちのいずれかに該当する波長とすることが好ましい(請求項7)。
この場合には、光源からフィルタを介して試料に照射する励起光が適切である。
ここで、UV励起(近紫外線)は、320〜380nmの範囲内の波長の励起光とすることができる。B励起(青色光)は、380〜495nmの範囲内の波長の励起光とすることができる。G励起(緑色光)は、495〜570nmの範囲内の波長の励起光とすることができる。
【0027】
また、上記複数種類の励起時デジタル画像のうちの少なくとも1つは、波長と強度との少なくとも一方を異ならせた複数種類の上記励起光を、上記光源から上記試料に対して同時に照射したときのデジタル画像とすることが好ましい(請求項8)。
この場合には、1種類の波長及び強度の励起光を微生物又はウィルスに照射するだけでは得られなかった特定蛍光反応を得ることができる場合がある。そして、微生物又はウィルスの検出精度を格段に向上させることができる場合がある。
【実施例】
【0028】
以下に、本発明の蛍光反応検出装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
(実施例1)
本例の蛍光反応検出装置1は、図1に示すごとく、試料8中における微生物又はウィルスの特定蛍光反応81の有無を検出する。蛍光反応検出装置1は、以下の光源2、カメラ4、制御部51、画像処理部52及び判定部53を備えている。
光源2は、試料8に対して、所定の波長の励起光Xをフィルタ3を透過させて照射可能である。カメラ4は、試料8の表面をデジタル画像として撮影するよう構成されている。
【0029】
制御部51、画像処理部52及び判定部53は、コンピュータ5に構築してあり、光源2及びカメラ4は、コンピュータ5に接続してある。
制御部51は、フィルタ3を透過させる励起光Xの波長と強度との少なくとも一方の変更、又は光源2から励起光Xの照射を開始した時点からカメラ4によって撮影する時点までの時間の変更のいずれかを行って、複数種類の励起時デジタル画像D1,D2をカメラ4によって撮影するよう構成してある。画像処理部52は、複数種類の励起時デジタル画像D1,D2について、それぞれ1つの画素単位ごとの色空間データを求め、複数種類の励起時デジタル画像D1,D2におけるそれぞれ同じ位置にある画素単位の色空間データ同士で照合演算して、各画素単位ごとに演算処理データを求めるよう構成してある。判定部53は、各画素単位ごとの演算処理データを、予め特定蛍光反応81について求めた演算処理データの規定範囲と照合して、試料8中における特定蛍光反応81の有無を検出するよう構成してある。
【0030】
以下に、本例の蛍光反応検出装置1につき、図1〜図9を参照して詳説する。
蛍光反応検出装置1は、試料8中における微生物又はウィルスに励起光Xを照射したときに発する特定の蛍光反応を検出するものである。
図1は、蛍光反応検出装置1の構成を概略的に示す図である。同図に示すごとく、本例の光源2は、紫外線及び可視光の波長の光を発する紫外線ランプ2によって構成されている。紫外線ランプ2の光通過位置には、特定の波長の光を透過するフィルタ3が配置してあり、フィルタ3を適宜交換することにより、所望の波長、強度の励起光Xを試料8に照射することができる。
【0031】
フィルタ3を透過させて試料8へ照射する励起光Xの波長は、UV励起(320〜380nm)、B励起(380〜495nm)又はG励起(495〜570nm)のうちのいずれかに該当する波長である。フィルタ3は、紫外線ランプ2から発せられた光からUV励起の波長の光を透過させるUV励起フィルタ3と、紫外線ランプ2から発せられた光からB励起の波長の光を透過させるB励起フィルタ3と、紫外線ランプ2から発せられた光からG励起の波長の光を透過させるG励起フィルタ3とがある。
また、光源2は、減光フィルタ30を透過させることによって、励起光Xの強度を変更できるよう構成してある。減光フィルタ30は、フィルタ3に対向する位置に配置してある。そして、使用するフィルタ3及び減光フィルタ30を変更することにより、励起光Xの波長及び強度を変更することができる。
また、光源2から試料8へは、ミラー43によって反射させて励起光Xを照射することができる。
【0032】
本例のカメラ4は、コンピュータ5によってデジタル処理可能なCMOSカメラ(デジタルカメラ)41に対して、所定の倍率の光学レンズ42を組み合わせて構成されている。カメラ4は、微生物又はウィルスの各検出対象に合わせて、適宜画素数のものを選択し、光学レンズ42の倍率とCMOSカメラ41のデジタルズームによる倍率とによって、1000〜10000倍にデジタル画像を拡大することができる。また、カメラ4のレンズ部の前(本例では光学レンズ42の前)には、紫外線を遮断してカメラ4を保護するためのフィルタ44が配置してある。
本例の制御部51は、光源2に対して制御信号を送信して、光源2から光を出射させ、カメラ4に対して制御信号を送信して、カメラ4によって試料8の表面の撮影を行うよう構成されている。
【0033】
本例の蛍光反応検出装置1においては、光源2及びフィルタ3から発せられる励起光Xの波長を互いに異ならせた2種類の励起時デジタル画像D1,D2を撮影する。この2種類の励起時デジタル画像D1,D2は、励起光Xの波長を異ならせるとともに、励起光Xの強度又は照射時間(撮影時期)も互いに異ならせて撮影することができる。また、2種類の励起時デジタル画像D1,D2は、励起光Xの強度又は照射時間(撮影時期)のみ互いに異ならせて撮影することもできる。
【0034】
また、2種類の励起時デジタル画像D1,D2のうちの少なくとも一方は、互いに波長が異なる励起光Xを、光源2及びフィルタ3から試料8に対して同時に照射したときのデジタル画像とすることができる。また、この同時に照射する励起光Xは、波長を互いに異ならせるとともに、強度も互いに異ならせて照射することができる。また、この同時に照射する励起光Xは、強度のみ互いに異ならせて照射することもできる。
なお、各励起時デジタル画素D1,D2は、励起光Xを試料8に照射している間に撮影することができ、励起光Xを試料8に照射した直後に撮影することもできる。
【0035】
図2には、第1励起時デジタル画像D1を概略的に示し、図3には、第2励起時デジタル画像D2を概略的に示す。また、図4には、第1励起時デジタル画像D1と第2励起時デジタル画像D2とに対して照合演算を行った結果を可視化して、照合画像D3として概略的に示す。
【0036】
励起光Xの波長は、UV励起、B励起又はG励起のいずれかの波長として、2種類の励起時デジタル画像D1,D2において互いに異ならせることができる。この場合、例えば、図2、図3に示すごとく、2種類の励起時デジタル画像D1,D2のいずれにもゴミ(検出対象以外の異物)による蛍光反応82が現れる一方、図3に示すごとく、第2励起時デジタル画像D2には微生物等による特定蛍光反応81が明確に現れた場合を想定する。このとき、図4に示すごとく、2種類の励起時デジタル画像D1,D2についての各画素単位ごとの色空間データを求めて照合演算を行ったときには、ゴミによる蛍光反応82の影響が打ち消されて、微生物等による特定蛍光反応81を明確に検出することができる。この場合は、微生物等が特に強く蛍光反応を示す励起光Xの波長がある場合に有効である。
【0037】
また、UV励起、B励起又はG励起のいずれかの波長の励起光Xを用いた場合には、励起光Xの強度、又は撮影時期(光源2から励起光Xの照射を開始した時点からカメラ4によって撮影する時点までの時間)を異ならせて撮影した2種類の励起時デジタル画像D1,D2を用いることもできる。この場合、例えば、図2、図3に示すごとく、ゴミ(検出対象以外の異物)は、弱い強度の励起光Xの照射又は短い時間の励起光Xの照射によっても明確に蛍光反応82を示す一方、図3に示すごとく、微生物等は、強い強度の励起光Xの照射又は長い時間の励起光Xの照射によってはじめて明確に特定蛍光反応81を示す場合を想定する。このとき、図4に示すごとく、2種類の励起時デジタル画像D1,D2についての各画素単位ごとの色空間データを求めて照合演算を行ったときには、ゴミによる蛍光反応82の影響が打ち消されて、微生物等による特定蛍光反応81を明確に検出することができる。この場合は、ゴミに比べて微生物等が蛍光反応を示す時期が遅い場合に有効である。
【0038】
本例の画像処理部52において求める色空間データは、色の三原色である赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の色相データを、所定数の階調における数値で示すものである。本例の色空間データは、カメラ4によって検出した特定の波長の光を、赤色、緑色、青色の各データに分解したものである。赤色、緑色、青色の各データには、それぞれ256階調が割り当てられ、各データ(各原色)は、0〜255の数値によって示される。
また、色空間データには、色の三原色を用いて表す輝度(明るさ)を含めることができる。この輝度Yは、a1〜a3を係数とし、Rを赤色、Gを緑色、Bを青色の各数値としたとき、Y=a1×R+a2×G+a3×Bから求めることができる。係数a1〜a3は、複数の波長の光をカメラ4によって撮影したときの複数のデジタル画像について、赤色、緑色、青色の各数値をY=(a1×X1+a2×X2+a3×X3)/3のX1〜X3にそれぞれ代入して求めることができる。
なお、微生物又はウィルスの検出対象によっては、色空間データは、輝度のデータのみとすることもできる。
【0039】
画像処理部52において、多数の画素によって示されるデジタル画像における同じ位置にある画素単位同士で行う照合演算は、以下の種々の演算とすることができる。
本例の照合演算は、2種類の励起時デジタル画像D1,D2の色空間データd1,d2における赤色、緑色、青色の各色相同士に対して行う誤差演算又は算術演算である。
【0040】
図5には、第1色空間データd1と第2色空間データd2とを、1ドットごとの画素単位において照合する状態を可視化して示す。同図に示すごとく、第1励起時デジタル画像D1についての第1色空間データd1における赤色、緑色、青色の0〜255で示される各数値をR1,G1,B1とし、第2励起時デジタル画像D2についての第2色空間データd2における赤色、緑色、青色の0〜255で示される各数値をR2,G2,B2とする。
誤差演算としては、|R1−R2|(R1−R2の絶対値),|G1−G2|(G1−G2の絶対値),|B1−B2|(B1−B2の絶対値)の少なくとも1つとして行うことができる。
【0041】
また、算術演算としては、R1+R2,G1+G2,B1+B2の少なくとも1つとして、R1−R2,G1−G2,B1−B2の少なくとも1つとして、R1×R2,G1×G2,B1×B2の少なくとも1つとして、R1/R2,G1/G2,B1/B2の少なくとも1つとして、R2−R1,G2−G1,B2−B1の少なくとも1つとして、又はR2/R1,G2/G1,B2/B1の少なくとも1つとして行うことができる。
また、誤差演算は、第1励起時デジタル画像D1についての第1色空間データd1における輝度の数値をY1とし、第2励起時デジタル画像D2についての第2色空間データd2における輝度の数値をY2として、|Y1−Y2|として行うこともできる。また、算術演算は、Y1+Y2,Y1−Y2,Y1×Y2,Y1/Y2,Y2−Y1,Y2/Y1のいずれかとして行うこともできる。
【0042】
なお、これらの演算において、R1〜R3,G1〜G3,B1〜B3の各数値が、0未満となる場合は0とし、255超過となる場合には、255とする。また、割算で分母となる数値が0である場合は255とし、割算で分子となる数値が0である場合は0とする。
こうして、画像処理部52において照合演算を行って得られる演算処理データは、0〜255の範囲の数値によって表される。
【0043】
判定部53における判定基準である演算処理データの規定範囲は、検出対象とする特定の微生物等に対して、波長と強度との少なくともいずれかが互いに異なる励起光Xを照射したときの複数(2つ)の励起時デジタル画像を撮影し、この励起時デジタル画像中において特定蛍光反応81を映した画素について照合演算を行った結果として求めておく。
また、判定部53における判定基準である演算処理データの規定範囲は、検出対象とする特定の微生物等に対して励起光Xの照射を開始した時点からカメラ4によって撮影する時点までの時間を異ならせて撮影したときの複数(2つ)の励起時デジタル画像において、この励起時デジタル画像中において特定蛍光反応81を映した画素について照合演算を行った結果として求めておくこともできる。
【0044】
演算処理データの規定範囲は、特定の微生物等について特定蛍光反応81を実際に撮影したときの色相、輝度の色空間データに対して、適度の余裕を設けて設定することができる。この際、特定蛍光反応81の撮影を複数回行って、規定範囲の幅を決定することができる。
そして、実際に試料8に対して特定蛍光反応81の検査を行う際には、判定基準である演算処理データの規定範囲を決定する際に使用した励起光Xと同じ条件の励起光Xを試料8に照射する。また、励起光Xの波長又は強度を異ならせた場合には、設定基準時と検出時とで用いる励起光Xの種類を同じにする。
【0045】
図6には、第1色空間データd1と第2色空間データd2とを、1ドットごとの画素単位において照合して得た演算処理データが、規定範囲内にあるか否かの2値化処理を行った結果を可視化して示す。
本例の判定部53は、各画素単位ごとの演算処理データのうち、予め特定蛍光反応81について求めた演算処理データの規定範囲内にある画素単位を、ヒット画素Hとして求める。そして、ヒット画素Hが並んで形成される形状及び面積が、予め特定蛍光反応81について求めた形状及び面積の規定範囲内にある場合に、試料8中に微生物又はウィルスが存在すると検出する。ヒット画素Hは、各画素単位の演算処理データが、演算処理データの規定範囲内にある場合を1、演算処理データの規定範囲内にない場合を0として、2値化処理を行ったときの1である画素とする。
特定蛍光反応81についての形状及び面積の規定範囲は、検出対象とする特定の微生物等の形状及び面積を実測した値に、適度の余裕を設けて設定することができる。
【0046】
また、画像処理部52における各画素は、例えば誤差演算として、|R1−R2|,|G1−G2|,|B1−B2|を行った場合には、これらの値の全てが規定範囲内になったときに、ヒット画素Hとすることができる。また、これらの値の1つ又は2つが規定範囲内になったときに、ヒット画素Hとすることもできる。このことは、画像処理部52において、算術演算を行う場合についても同様である。
【0047】
判定部53は、特定蛍光反応81が存在すると検出したヒット画素Hが並んで形成される形状を囲む大きさの画素領域を、ヒット領域Aとして特定する。
図4、図7には、ヒット画素Hを囲んでなるヒット領域Aを示す。
本例の判定部53においては、ヒット画素Hを抽出した2値化された演算処理データに対して、ヒット画素Hが並んで形成されたヒット画素形状の最大輪郭に合わせて、デジタル画像のX軸及びY軸に平行な辺を持つ矩形状によって囲む。そして、この矩形状によって囲まれた画素領域がヒット領域Aとして特定され、ヒット領域Aについて、ヒット画素形状が検出対象とする微生物等の特定蛍光反応81の形状と近似するか否かを判定する。
【0048】
判定部53においては、矩形状によって囲んだヒット画素形状の面積(ヒット画素Hの数)、重心位置等を検出することができる。また、ヒット画素形状が、微生物等についての特定蛍光反応81の形状及び面積の規定範囲内にある場合には、励起時デジタル画像中の全体におけるヒット画素形状の位置、数等を特定する。特定蛍光反応81の面積の規定範囲は、所定の面積以上であって所定の面積以下の所定の大きさの範囲を有している。ヒット画素形状が大き過ぎても小さ過ぎても、特定蛍光反応81の面積の規定範囲内には入らないことになる。
【0049】
また、判定部53は、上記ヒット画素形状を検出する以外にも、励起時デジタル画像を構成する全体の面積(画素数)のうち、ヒット画素Hが占める面積(画素数)の割合が所定の割合以上である場合に、試料8中に特定蛍光反応81があると判定することもできる。
本例の制御部51は、励起光Xを照射していないときの素デジタル画像D4をカメラ4によって撮影し、素デジタル画像D4においてヒット領域Aに相当する画素領域を、コンピュータ5に接続したモニタ6に拡大表示するよう構成してある。
図8には、素デジタル画像D4について、ヒット領域Aに相当する画素領域Bをモニタ6に拡大表示した状態を概略的に示す。本例においては、検査する者が、素デジタル画像D4において微生物等が存在すると検出した部分を実際に目視して確認することができる。
【0050】
また、判定部53においては、特定蛍光反応81についての形状及び面積の規定範囲を、複数種類の微生物等について予め設定しておくことができる。そして、判定部53は、ヒット画素形状が並んで形成される形状及び面積が、予め複数種類の微生物等についてそれぞれ求めた形状及び面積の規定範囲のうちのいずれに含まれるかを判定し、試料8中に存在する微生物等の種類を推定することができる。この場合には、微生物等の有無だけでなく、種類も検出することができる。
また、判定部53は、矩形状のヒット領域Aの面積(画素数)に対し、ヒット領域A内において所定の形状を有するヒット画素Hの面積(画素数)の割合によって、微生物等の種類を推定することもできる。
【0051】
次に、蛍光反応検出装置1を用いて微生物等の特定蛍光反応81を検出する手順につき、図9のフローチャートを参照して説明する。
まず、光源2から、所定の波長及び強度を有する第1励起光Xを試料8に照射する(同図のステップS1)。そして、所定時間経過した後、試料8の表面をカメラ4によって撮影する(S2)。このとき、試料8においては、第1励起光Xに励起されて種々の蛍光反応が起こり、カメラ4によって所定の可視光線の蛍光を撮影することになる。また、撮影を行った第1励起時デジタル画像D1は、コンピュータ5の画像処理部52に取り込んで記憶する。
【0052】
次いで、光源2から、波長と強度との少なくとも一方が第1励起光Xとは異なる第2励起光Xを試料8に照射する(S3)。そして、所定時間経過した後、試料8の表面をカメラ4によって撮影する(S4)。このとき、試料8においては、第2励起光Xに励起されて種々の蛍光反応が起こり、カメラ4によって所定の可視光線の蛍光を撮影することになる。また、撮影を行った第2励起時デジタル画像D2は、コンピュータ5の画像処理部52に取り込んで記憶する。
【0053】
次いで、第1励起時デジタル画像D1における各画素単位ごとの第1色空間データd1と、第2励起時デジタル画像D2における各画素単位ごとの第2色空間データd2とを求める(S5)。
次いで、各画素単位ごとの第1色空間データd1と各画素単位ごとの第2色空間データd2とに対して、誤差演算又は算術演算の照合演算を行い、各画素単位ごとの演算処理データを求める(S6)。
【0054】
次いで、各画素単位ごとの演算処理データが、予め特定蛍光反応81について求めた演算処理データの規定範囲内にあるか否かを判定する(S7)。そして、規定範囲内にある画素をヒット画素Hとして抽出する(S8)。一方、全ての画素について規定範囲内にない場合には、試料8中に特定蛍光反応81の検出がなかったものとして終了する(S11)。
ヒット画素Hを抽出し、ヒット画素Hが集まって形成されるヒット画素形状が、予め特定蛍光反応81について求めた形状及び面積の規定範囲内にあるか否かを判定する(S9)。そして、ヒット画素形状が規定範囲内にある場合には、微生物等による特定蛍光反応81があったことを検出する(S10)。一方、ヒット画素形状が規定範囲内にない場合には、試料8中に特定蛍光反応81の検出がなかったものとして終了する(S11)。
【0055】
本例の蛍光反応検出装置1においては、制御部51は、光源2及びフィルタ3を操作し、励起光Xの波長と強度との少なくとも一方を変更して、2種類の励起光Xを試料8に照射することができる。そして、制御部51は、カメラ4を操作し、2種類の励起光Xを照射するそれぞれの場合について、試料8の表面が蛍光する状態を、励起時デジタル画像D1,D2として撮影する。
このとき、試料8中に微生物等が存在する場合には、この微生物等が励起光Xによって励起されて、所定の蛍光を発することになる。また、励起光Xの波長、強度によって、試料8から発される蛍光の状態が異なる。
【0056】
画像処理部52は、2種類の励起時デジタル画像D1,D2について、それぞれ画素単位ごとの色空間データd1,d2を求める。そして、画像処理部52は、第1励起時デジタル画像D1における各画素単位の色空間データd1と、第2励起時デジタル画像D2における各画素単位の色空間データd2とに対し、それぞれ同じ位置にある画素単位同士で照合演算して、各画素単位ごとに誤差演算又は算術演算を行った演算処理データを求める。
【0057】
判定部53は、各画素単位ごとの演算処理データを、予め特定蛍光反応81について求めた演算処理データの規定範囲と照合する。そして、判定部53は、各画素単位ごとの演算処理データが、予め特定蛍光反応81について求めた演算処理データの規定範囲内にある場合には、試料8中に微生物等が発する特定蛍光反応81があると判定することができる。
【0058】
ところで、図2、図3に示すごとく、試料8中には、特定蛍光反応81以外の蛍光反応82を示すゴミ(検出対象外の異物)も含まれており、このゴミも所定の蛍光反応82を発することになる。ただし、特定蛍光反応81と、ゴミによる蛍光反応82とは、励起光Xの波長、強度等の条件によって、蛍光の性質が異なる。そこで、2種類の励起時デジタル画像D1,D2を撮影した際に、例えば、ゴミによる蛍光反応82は、2種類の励起時デジタル画像D1,D2に撮影される一方、特定蛍光反応81は、第2励起時デジタル画像D2に明確に撮影される場合が想定される。この場合には、図4に示すごとく、上記照合演算をすることにより、ゴミによる蛍光反応82による影響を取り除くことができ、特定蛍光反応81を際立たせて検出することができる。そして、微生物等による特定蛍光反応81を、他のゴミ(検出対象外の異物)による蛍光反応82と明確に区別することができる。
それ故、本例の蛍光反応検出装置1によれば、試料8中における微生物等を、高い検出精度で、安定して検出することができる。
【0059】
(実施例2)
本例は、画像処理部52及び判定部53における処理が、上記実施例1とは異なる例である。
本例の画像処理部52は、第1励起時デジタル画像D1について所定の蛍光反応がある画素領域を特定し、この画素領域についてのみ照合演算を行うことにより、画像処理量を低減させることができるものである。
本例の制御部51も、2種類の励起光Xを照射したときの2種類の励起時デジタル画像D1,D2をカメラ4によって撮影する。
【0060】
本例の画像処理部52は、第1励起時デジタル画像D1について、それぞれ1つの画素単位ごとの第1色空間データd1を求める。そして、画像処理部52は、各画素単位ごとの第1色空間データd1のうち、所定の規定範囲内にある画素単位の集まりを、仮ヒット画素H’として求め、仮ヒット画素H’を囲む大きさの画素領域を仮ヒット領域A’として特定する。
図10には、第1励起時デジタル画像D1において、仮ヒット画素H’及び仮ヒット領域A’を特定した状態を可視化して概略的に示す。仮ヒット領域A’は、仮ヒット画素H’が並んで形成されたヒット画素形状の最大輪郭に合わせて、デジタル画像のX軸及びY軸に平行な辺を持つ矩形状によって囲んで形成される。
なお、上記所定の規定範囲は、予め特定蛍光反応81について求めた第1色空間データd1の規定範囲とすることができる。
【0061】
また、画像処理部52は、第2励起時デジタル画像D2について、仮ヒット領域A’に相当する領域A’のみについて、それぞれ1つの画素単位ごとの第2色空間データd2を求める。
図11には、第2励起時デジタル画像D2において、仮ヒット領域A’に相当する領域A’を可視化して概略的に示す。そして、画像処理部52は、仮ヒット領域A’内の各画素単位ごとの第1色空間データd1と、仮ヒット領域A’に相当する領域内の各画素単位ごとの第2色空間データd2とに対し、それぞれ同じ位置にある画素単位同士で照合演算して、仮ヒット領域A’内の各画素単位ごとに演算処理データを求める。
図12には、仮ヒット領域A’内の第1色空間データd1と、仮ヒット領域A’に相当する領域A’内の第2色空間データd2とに照合演算を行った結果を、可視化した画像D3として概略的に示す。
【0062】
第1色空間データd1と第2色空間データd2とに行う照合演算は、上記実施例1と同様に、誤差演算又は算術演算とすることができる。
本例の判定部53は、仮ヒット領域A’内の各画素単位ごとの演算処理データのうち、予め特定蛍光反応81について求めた演算処理データの規定範囲内にある画素単位を、ヒット画素Hとして求める。そして、判定部53は、ヒット画素Hが並んで形成される形状及び面積が、予め特定蛍光反応81について求めた形状及び面積の規定範囲内にある場合に、試料8中に微生物等が存在すると検出することができる。
【0063】
本例においては、2種類の励起時デジタル画像D1,D2を撮影した際に、例えば、特定蛍光反応81がいずれの励起時デジタル画像にも撮影される一方で、第1励起時デジタル画像D1と第2励起時デジタル画像D2とにおいて、撮影のされ方が異なる場合が想定される。この場合には、上記照合演算をすることにより、微生物又はウィルスによる蛍光反応を、他のゴミ(検出対象外の異物)による蛍光反応と明確に区別することができる。
【0064】
本例においては、第2励起時デジタル画像D2について、仮ヒット領域A’に相当する領域のみについて、それぞれ画素単位ごとの第2色空間データd2を求める。これにより、第2色空間データd2を求める処理を少なくすることができる。
こうして、デジタル画像の全体の画素領域のうち、特定の限られた画素領域についてのみ、演算処理データを求めことにより、演算処理データを求める処理を少なくすることができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例1と同様であり、上記実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0065】
1 蛍光反応検出装置
2 光源
3 フィルタ
4 カメラ
5 コンピュータ
51 制御部
52 画像処理部
53 判定部
6 モニタ
8 試料
81 特定蛍光反応
X 励起光
D1,D2 励起時デジタル画像
D4 素デジタル画像
d1,d2 色空間データ
H ヒット画素
A ヒット領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料中における微生物又はウィルスの特定蛍光反応を検出する蛍光反応検出装置であって、
上記試料に対して、所定の波長の励起光を、フィルタを透過させて照射可能な光源と、
上記試料の表面をデジタル画像として撮影するカメラと、
上記フィルタを透過させる上記励起光の波長と強度との少なくとも一方の変更、又は上記光源から上記励起光の照射を開始した時点から上記カメラによって撮影する時点までの時間の変更のいずれかを行って、複数種類の励起時デジタル画像を上記カメラによって撮影する制御部と、
上記複数種類の励起時デジタル画像について、それぞれ画素単位ごとの色空間データを求め、該複数種類の励起時デジタル画像におけるそれぞれ同じ位置にある画素単位の色空間データ同士で照合演算して、各画素単位ごとに演算処理データを求める画像処理部と、
上記各画素単位ごとの演算処理データを、予め上記特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲と照合して、上記試料中における上記特定蛍光反応を検出する判定部と、を備えていることを特徴とする蛍光反応検出装置。
【請求項2】
試料中における微生物又はウィルスの特定蛍光反応を検出する蛍光反応検出装置であって、
上記試料に対して、所定の波長の励起光を、フィルタを透過させて照射可能な光源と、
上記試料の表面をデジタル画像として撮影するカメラと、
上記フィルタを透過させる上記励起光の波長と強度との少なくとも一方の変更、又は上記光源から上記励起光の照射を開始した時点から上記カメラによって撮影する時点までの時間の変更のいずれかを行って、複数種類の励起時デジタル画像を上記カメラによって撮影する制御部と、
いずれかの上記励起時デジタル画像について、それぞれ画素単位ごとの第1色空間データを求め、該各画素単位ごとの第1色空間データのうち、所定の規定範囲内にある画素単位の集まりを、仮ヒット画素として求め、該仮ヒット画素を囲む大きさの画素領域を仮ヒット領域として特定し、かつ、他の上記励起時デジタル画像について、上記仮ヒット領域に相当する領域のみについて、それぞれ画素単位ごとの第2色空間データを求め、上記仮ヒット領域内の上記各画素単位ごとの第1色空間データと、上記仮ヒット領域に相当する領域内の上記各画素単位ごとの第2色空間データとに対し、それぞれ同じ位置にある画素単位同士で照合演算して、上記仮ヒット領域内の上記各画素単位ごとに演算処理データを求める画像処理部と、
上記仮ヒット領域内の上記各画素単位ごとの演算処理データを、予め上記特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲と照合して、上記試料中における上記特定蛍光反応を検出する判定部と、を備えていることを特徴とする蛍光反応検出装置。
【請求項3】
請求項1に記載の蛍光反応検出装置において、上記判定部は、上記各画素単位ごとの演算処理データのうち、予め上記特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲内にある画素単位を、ヒット画素として求め、該ヒット画素が並んで形成される形状及び面積が、予め上記特定蛍光反応について求めた形状及び面積の規定範囲内にある場合に、上記試料中に微生物又はウィルスが存在すると検出することを特徴とする蛍光反応検出装置。
【請求項4】
請求項2に記載の蛍光反応検出装置において、上記判定部は、上記仮ヒット領域内の各画素単位ごとの演算処理データのうち、予め上記特定蛍光反応について求めた演算処理データの規定範囲内にある画素単位を、ヒット画素として求め、該ヒット画素が並んで形成される形状及び面積が、予め上記特定蛍光反応について求めた形状及び面積の規定範囲内にある場合に、上記試料中に微生物又はウィルスが存在すると検出することを特徴とする蛍光反応検出装置。
【請求項5】
請求項3又は4に記載の蛍光反応検出装置において、上記判定部は、上記特定蛍光反応が存在すると検出した上記ヒット画素が並んで形成される形状を囲む大きさの画素領域を、ヒット領域として特定し、
上記制御部は、上記励起光を照射していないときの素デジタル画像を上記カメラによって撮影し、上記素デジタル画像において上記ヒット領域に相当する画素領域を、モニタに拡大表示することを特徴とする蛍光反応検出装置。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれか一項に記載の蛍光反応検出装置において、上記色空間データは、赤色、緑色、青色の色相、及び輝度のうちの少なくとも1つのデータであり、
上記画像処理部において、上記同じ位置にある画素単位同士で行う照合演算は、上記色相及び輝度のうちの少なくとも1つ同士に対して行う誤差演算又は算術演算であることを特徴とする蛍光反応検出装置。
【請求項7】
請求項1〜6のいずれか一項に記載の蛍光反応検出装置において、上記励起光の波長は、UV励起、B励起又はG励起のうちのいずれかに該当する波長であることを特徴とする蛍光反応検出装置。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか一項に記載の蛍光反応検出装置において、上記複数種類の励起時デジタル画像のうちの少なくとも1つは、波長と強度との少なくとも一方を異ならせた複数種類の上記励起光を、上記光源から上記試料に対して同時に照射したときのデジタル画像であることを特徴とする蛍光反応検出装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2012−168086(P2012−168086A)
【公開日】平成24年9月6日(2012.9.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−30683(P2011−30683)
【出願日】平成23年2月16日(2011.2.16)
【出願人】(511041640)株式会社エヌ・シー・ディ (7)
【Fターム(参考)】