JP2011055734A - 細菌分類装置および細菌検査前処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動分類した結果が検査技師の見立てと異なる場合、表示された画像から釣菌対象とする細菌コロニーを一つ一つ選択し直さなければならない。
【解決手段】ユーザに分類数や表示する細菌コロニー数の増減を指定させる手段と、それに従い分類結果を表示する手段を備えた細菌検査前処理装置を構成する。本発明により、自動分類結果を検査技師の見立てに近づける作業が容易となり、適切な釣菌対象細菌コロニーを確認する作業に要する時間を削減できる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、感染症診断あるいは薬剤感受性診断などの細菌検査のための診断検体前処理において、培地、特にシャーレに混在して培養した複数種の細菌コロニーを撮影し、その撮影画像をもとに細菌コロニーを分類し、釣菌に供する装置に関する。

感染症治療において、起炎菌を同定し、抗生剤に対する感受性を迅速に測定し、効果のある薬剤を決定し治療方針をたてることは適正な抗菌薬治療のために重要である。通常は提出された検体を培地に塗布して培養し、形成された細菌コロニーを釣菌して生理食塩水などに浮遊させ菌懸濁液を調製し、同定・薬剤感受性検査装置の測定用デバイスに接種する流れをとる。同定・感受性検査においては、正確な結果を得るためにはデバイスへの接種菌量を正確かつ再現性よく所定の濃度に一定にすることが必須である。多くの場合、所定の菌量を得るために、シャーレ上に生育した細菌コロニーの中からいくつかの同一種の細菌コロニーを複数選択して釣菌し、それを１つの容器中で生理食塩水などの液体中にて懸濁し、濁りあるいは不透明度を測定して所定の濃度（菌数）に調製する。混合する細菌コロニーの種類は同一でなければならないが、同一のシャーレ上に複数種類の細菌コロニーが生育しているのが普通であり、この中から同一種類の細菌コロニーを選択するにあたっては、検査技師に高い技術が要求されている。また、大小さまざまな大きさの細菌コロニーから複数選択するため、所定の濁度にするためには一旦調整後、細菌コロニーの追加や、希釈のため生理食塩水の添加が必要である。細菌コロニーの追加が必要となった場合は、その検体を再びインキュベータに入れ細菌の成長を待つ必要があるため、煩雑で時間がかかる。大規模な病院などでは、これらの処理を大量に行う必要があり、自動化する装置および手法が求められている。

シャーレ上の細菌コロニーの位置の認識については、例えば、特開２００１−１５７５７２号公報がある。この装置の基本構成は、ＣＣＤカメラ等を用いた細菌コロニー位置の自動認識手段を有し、その位置認識に基づいてＸＹＺモーターにより制御された細菌コロニー採取用具が細菌コロニー採取を行うものである。これにより、培養したシャーレ上の細菌コロニーの空間的位置を認識し、コロニー採取ピンを駆動して細菌コロニーの採取を自動化している。

また、細菌コロニーの分類については、個々の細菌コロニーの画像から、明度や彩度などの色情報、面積や新円の度合いなどの形状や輪郭など、特徴量をコンピュータ処理し、それぞれの値によって細菌コロニーを分類し表示する細菌コロニーカウンターなどがある。このような装置では、コンピュータが示した分類結果を検査技師が調整する手段として、それぞれの特徴量を個別に指定させる方法をとっている。

特開２００１−１５７５７２号公報 特開２００１−１７４４１７号公報 特開平７−２８６９５４号公報 特開２０００−２５８３３５号公報 特開２００９−１５７０２８号公報

同定・感受性検査において、大量の検体を効率的に処理し正確な結果を出力するには、シャーレ上に混在して培養された細菌コロニーを認識し、それらを菌種や外見毎に分類する自動処理を、検査技師による作業と同等の精度で行わなければならない。このため、色相・彩度などのような細菌コロニー各々が持つ光学的特徴をもとにコンピュータによる分類がなされているが、特徴が明確でないものについては分類が難しく、自動分類の結果が検査技師による分類と異なる場合が多々ある。このように、検査技師が意図しない分類結果を装置が出力した場合は、検査技師が釣菌のための細菌コロニーを、一つ一つ手動で選択指示しなければならなかった。あるいは、コンピュータが分類に利用している特徴量に対し、その値を個別に調整して分類結果を所望のものに近づけていく必要があり、自動化による効率化を阻害していた。

また、たとえシャーレ内の細菌コロニーの自動分類結果が検査技師の分類に近づいたとしても、所定の濁度を満たすのに十分な数の細菌コロニーが表示されない場合は、再び時間をかけて培養し細菌コロニーを増やさなければならず、手間と時間がかかっていた。

さらに、同定・薬剤感受性検査結果の信頼性を確保する上では、菌懸濁液の作成の際に採取した細菌コロニーを追跡できるようにしておく必要があるが、細菌コロニーを分類した条件と画像を、検体ごとに保持していなかった。

本発明は、上記の課題に鑑み、細菌コロニーの自動分類結果を検査技師による分類に近づけるための簡便な操作手段と処理を持つ細菌分類装置および細菌検査前処理装置を提供することを目的とする。

本発明のもう一つの目的は、所定の濁度を満たす菌懸濁液を作成すべく釣菌対象を増減させたい場合に、培養時間を追加して細菌コロニーを育成させたりせずとも、同一分類における釣菌候補の細菌コロニーを増減させて表示させる操作手段と処理を持つ細菌分類装置および細菌検査前処理装置を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、同定・薬剤感受性検査に供される菌懸濁液作成のトレーサビリティ情報を保持する細菌分類装置および細菌検査前処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、シャーレの画像を撮影する手段，シャーレの画像を表示する表示手段，シャーレ内の細菌コロニーを自動検出・分類する手段，検出・分類したシャーレ内の細菌コロニーを表示する表示手段，シャーレ内の細菌コロニーを選択する手段，選択されたシャーレ内の細菌コロニーを釣菌するための釣菌手段、を備えた細菌検査前処理装置において、
細菌コロニーの分類数を入力する手段と、細菌検査前処理装置細菌コロニー数の増減を入力する手段と、指定された分類数分の細菌コロニーを抽出・表示する手段と、細菌コロニーの個々の特徴量からマハラノビスの距離を計算するＭＤ計算処理部と、細菌コロニー分類の閾値を調整し指定された分類数を保ちつつ表示する細菌コロニーの数を増減させる分類処理部と、分類の際の条件と分類結果を履歴として保持する履歴保持部により装置を構成する。

本発明により、釣菌等の目的でシャーレ内の細菌コロニーを自動分類した結果を検査技師の見立てに近づけ適切な釣菌対象を確認する作業が容易となる。特に、シャーレ内の菌種が大方決まっているような運用では、あらかじめ細菌の種類数を指定できるため、検査技師による釣菌対象確認作業を軽減させ細菌検査前処理のスループットを向上させる。また、同一分類数という条件下で、釣菌の候補となる細菌コロニーの増減が可能となるため、十分な量の細菌の採取、あるいは、確実な細菌のみの採取を容易に指示でき、再度培養し直して細菌コロニーを増やす時間を省いたり、採取する細菌コロニーの信頼性を向上させたりすることができる。さらに、前述の操作により調整された細菌コロニー分類結果とその条件を合わせて保存することにより、同定・薬剤感受性検査のトレーサビリティを確保することができる。

本発明の実施例に係わるもので、装置の全体構成を示すブロック図。 本発明の実施例に係わるもので、培養した菌を釣菌などの目的で選択する際の操作フローの一例を示す図。 本発明の実施例に係わるもので、操作部コンピュータ内部の処理を示すブロック図。 本発明の実施例に係わるもので、ユーザに分類結果を見せ、分類数を指定させる画面の一例を示す図。 本発明の実施例に係わるもので、ユーザに指定された分類数に従い細菌コロニーを画面に再表示させた一例を示す図。 本発明の実施例に係わるもので、ユーザに分類数をあらかじめ設定させる画面の一例を示す図。 本発明の実施例に係わるもので、表示させる細菌コロニー数の増減をユーザに指定させ、それに従い細菌コロニーの数を調整し再表示させた画面の一例を示す図。 閾値の変更による、候補細菌コロニーの増減を示す、分布空間図。 本発明の実施例に係わるもので、培養した菌を釣菌などの目的で選択する際の新しい操作フローの一例を示す図。

本発明を実施するに最良の形態を以下に示す。なお、本形態は発明の理解のために用いるものであり、本実施例の形態に権利範囲を限定するものではない。

以下、本発明の一例を示す実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明を効果的に利用できる細菌検査前処理装置の全体構成を示す図である。被験者の生体試料から採取した検体が塗布され、細菌コロニーが発育した状態のシャーレを、検査技師が検体供給・搬出ユニット１０５に設置する。このシャーレは、画像撮影ユニット１０６へ運ばれ、照明１０９を当てカメラ１１０でその画像を取る。なお、この際に収集する画像は、照明１０９の角度や方式を変え、後の画像処理に必要となる複数の画像を収集する。照明１０９は、必要に応じて低角，高角，透過型照明などを用いる。収集した画像は制御部コンピュータ１０４から操作部コンピュータ１０１へ転送される。画像収集を完了したシャーレは、釣菌・菌懸濁液調整ユニット１０７へ移動する。これと同時に、操作部コンピュータ１０１では、収集した画像をもとに、シャーレ内に存在する細菌コロニー個々の位置を検出し、分類を行う。分類された結果は、操作コンソール１０２に表示される。検査技師は、表示された分類結果を見て、釣菌対象細菌コロニーを選択・指示する。操作部コンピュータ１０１は、検査技師が指定した全ての釣菌対象細菌コロニーの座標を計算し、釣菌・菌懸濁液調整ユニット１０７にデータを転送する。これにより、釣菌・菌懸濁液調整ユニット１０７へ移動したシャーレから、釣菌棒１１１により指定された細菌コロニーを釣菌し、菌懸濁液１１２を作製する。釣菌後のシャーレは検体供給・搬出ユニット１０５へ格納される。

以上の動作のうち、検体供給・搬出ユニット１０５，画像撮影ユニット１０６，釣菌・菌懸濁液調整ユニット１０７の制御は、制御部コンピュータ１０４により統括的に制御する。また、収集した画像、あるいは細菌コロニー検出座標など、菌懸濁液調整までの過程を示す情報は、履歴保持部１０３に格納し、必要に応じて外部システム１０８へ送信する。外部システム１０８と操作部コンピュータ１０１は、検体情報などのやり取りも行う。

次に、本発明の細菌検査前処理装置を使用し、検査技師が細菌コロニーを釣菌の目的で選択・指示する際の従来の操作の一例を図２を用いて説明する。

まず検査技師は、操作コンソール１０２を介して自動検出・分類された画像を見て、分類結果が検査技師の見立てと同じかどうかを確認する（２０１）。もし、自動分類結果が検査技師の見立てと異なる場合は（２０２）、自動分類結果を調整するかどうか判断する（２０３）。分類結果を調整する場合は、再分類のための指示を操作コンソール１０２から入力する（２０４）。操作部コンピュータ１０１は、入力された指示に従い再度結果を表示する。２０１から２０４の処理を、検査技師の見立てに合うまで繰り返し実行する。しかし、自動分類結果が検査技師の見立てと合わない場合は、再分類を止め、検査技師が一つ一つ釣菌すべき細菌コロニーを画面から選択・指示する場合もある（２０５）。

このようにして、釣菌対象とする細菌コロニーを選択し終えたら、次に検査技師は、菌懸濁液を作製するのに適切な数（量）の細菌コロニーが存在するかどうかを確認する（２０６）。適切な量の細菌コロニーを選択できている場合は、釣菌を指示する（２０７）。もし、適切な量の細菌コロニーを選択できていない場合は、釣菌処理をしても無駄なので、再度培養し直すべく、釣菌不実行を指示する（２０８）。検査技師は、一連の処理を全検体について行う。

本発明の主要部である、自動検出・分類された結果を調節する手順を説明する。

まず、操作部コンピュータ１０１内の処理部の構成を図３により説明する。データ入出力部３０１は、操作コンソール１０２，履歴保持部１０３，制御部コンピュータ１０４、および外部システム１０８とのデータ入出力を行う。細菌コロニー画像処理部３０２は、シャーレの画像から孤立した細菌コロニーを検出したり、個々の細菌コロニーの座標を計算したりする。細菌コロニー分類処理部３０３は、細菌コロニー画像処理部で検出した全ての細菌コロニーを対象に、特徴量を抽出し、分類を行う。表示細菌コロニー数調整処理部３０４は、検査技師により指定された表示数の程度に合わせ、閾値を調整して表示対象細菌コロニーを抽出する。細菌コロニー分類処理部３０３と、表示細菌コロニー数調整処理部３０４については、後で詳細に説明する。ＭＤ計算処理部３０５は、細菌コロニーの複数個の特徴量からマハラノビスの距離（ＭＤ）を計算する。履歴データ処理部３０６は、検体ごとの細菌コロニーの分類条件や分類結果を履歴保持部１０３に格納する。

では、操作部コンピュータ１０１が処理した分類結果が、検査技師の見立てと異なる場合に、分類数を指定して所望の分類結果に近づける手順を示す。

まず、操作コンソール１０２上に表示された画像を確認した検査技師から、図４に示すような画面を通して分類数を入力する。図４では、３種類に分類した結果（４０１〜４０３）を表示している。これに対し、２種類に分類した結果を表示させたい場合は分類数指定ボタン４０４により「２」を入力する。すると、細菌コロニー分類処理部３０３で分類処理を再度実行し、図５に示すように、指定された分類数２で細菌コロニーを表示する。

ここで、細菌コロニー分類処理部３０３で、指定された分類数に従い分類を行う一例を説明する。分類を行うためには、あらかじめ大量のデータを集め特徴量を抽出しておく必要がある。細菌コロニーの場合は、明度や彩度などの色情報、面積や新円の度合いなどの形状や輪郭などを特徴量とする。そして、これらの特徴量を多変量解析し分類の分布空間を生成する。多変量解析手法としてはクラスタリング手法やマハラノビスの距離を用いたパターン認識などがある。生成しておく分布空間は何種類ものグループが存在するのが通常である。これを用いて、分類すべき細菌コロニーが該当するかどうかを判定していき、その結果を操作コンソール１０２に表示する。一般に、シャーレ内に存在する細菌コロニーの種類数は検体により異なるため、検査技師は初めから分類数を知っているわけではない。検査技師の見立てと比較して、細かく分類される場合もあれば、荒く分類される場合もある。そこで、検査技師は好ましい分類数を分類数指定ボタン４０４により指定する。すると、細菌コロニー分類処理部３０３は指定された分類数になるよう、再分類処理を行う。

図５では３つに分類されたものを２つに再分類し表示している。あらかじめ生成した分布空間上で、近接したグループが存在する場合にこのようなグルーピングが可能となる。近接しているかどうかは、一定の閾値を設定し判定する。これにより、大きく特徴のかけ離れたグループどうしを一つの分類として表示してしまうことを避ける。

このようにすることで、検査技師は、画像の外見上の特徴を一つ一つ調整するのではなく、分類数を指定して分類結果を調整できるようになる。

次に、分類数をあらかじめ指定しておくことにより、所望の分類結果を得る手順について説明する。

細菌検査一つのシャーレには複数種類の細菌コロニーが生育しているのが普通であるが、運用によっては培養した細菌の種類が決まっている場合がある。例えば、選択培地と呼ばれる特殊な培地は、特定の細菌のみが選択的に生育する。このような条件のシャーレを連続して前処理する場合、図６のような画面から分類数をあらかじめ設定できるようにする。すると、細菌コロニー分類処理部は、処理対象検体が該当するかどうか判断し、該当する場合は、この情報を用いて分類した結果を最初の分類結果として操作コンソールに表示する。あらかじめ設定する分類数やその対象に関するデータは、検体情報の一部として、外部システムから入力しても良い。

このようにすることで、あらかじめわかっている情報を利用し、検査技師の見立てに近い分類結果を最初に提示できるようになる。

次に、検査技師がシャーレ内の細菌コロニーの分類結果を確認した後で、釣菌対象細菌コロニーの量を所定の濁度にすべく調整する方法について説明する。

シャーレ内の細菌コロニーを、検査技師のイメージ通りに分類調整しても、その数（量）が菌懸濁液を生成するのには不足する場合がある。逆に、多過ぎるため厳選する場合もありうる。そこで、分類数を変えないまま、釣菌候補となる細菌コロニーの数を増減させるために、図７に示す調整用コントロール７０１により、現在表示している分類をベースにして数の増減を連続的に指定させる。数の増減を指定されると、表示細菌コロニー調整処理部３０４は表示する細菌コロニーのグループへの所属度合いである閾値を増減させる。ＭＤ計算処理部３０５で個々の細菌コロニーについて計算されるＭＤは所属度合いを表すものである。したがって、通常表示する閾値を４とした場合、閾値の最小値を０、最大値を１,０００とした範囲で、検査技師が指定した増減の程度に合わせて、表示する細菌コロニーの閾値を変更し操作コンソール１０２に表示する。図７（２）は、図７（１）に対し表示数を減らすよう指示した場合の例を表している。

このようにすることで、釣菌対象細菌コロニーの数の表示を容易に調整することができるようになる。

ここで説明した細菌コロニーの数の増減について、補足説明する。分布空間のある群に着目し、着目した群への所属（帰属）度合いを閾値で調整する。例えば、図８に示すように、当初の内側の囲いにて規定する閾値では、Ａ群が６個、Ｂ群が５個である。この閾値を調整することにより、Ａ群が７個、Ｂ群が７個とすることができる。Ｎ個ある特徴量の重みにより、閾値の括りの形（範囲）も変わる。

最後に、同定・薬剤感受性検査に供される菌懸濁液作成のトレーサビリティ情報を保持する手順を説明する。

これまでに説明した手順等により、操作コンソール１０２上に表示する分類結果は変更になる。どのような条件で分類がなされ、どの細菌コロニーが釣菌されたかを履歴データ処理部３０６で管理し、画像情報とともに履歴保持部１０３に記憶する。記憶するデータはシャーレ単位とし、日時や検体情報とともに分類数，検出細菌コロニー総数を記憶する。そして、分類した種類ごとに、表示の際の閾値，表示細菌コロニー数，釣菌対象細菌コロニー数を記憶し、さらに、釣菌対象細菌コロニーごとに、その座標情報を記憶する。履歴保持部１０３に格納した履歴情報は、必要に応じ外部システムに転送されトレーサビリティに活用される。

以上の発明を備えた細菌検査前処理装置における新たな操作フローを図９に示す。分類数の事前設定（８０１）、分類数の指示（８０２）、表示細菌コロニー数調整（８０３）が新たに加わり、検査技師による作業を軽減させるフローとなっている。

本発明により、自動分類結果を検査技師の見立てに近づける作業が容易となり、適切な釣菌対象細菌コロニーを確認する作業に要する時間を削減できる。また、釣菌対象細菌コロニーを再度培養せずとも自動検出対象を増やすことができるようになるため、細菌検査前処理のスループットを格段に向上させる。

細菌検査前処理装置の細菌コロニー自動検出・分類処理において、ユーザに分類数や表示する細菌コロニー数の増減を指定させる手段と、それに従い分類結果を表示する手段を持たせる。これにより、自動分類した結果が検査技師の見立てと異なる場合に、画像上の個々の特徴量を調整せずとも意図した分類結果を得ることが可能となり、細菌検査前処理のスループットが向上する。

自動分類した結果が検査技師の見立てと異なる場合、ユーザは画像上の個々の特徴量を調整し所望の分類結果に近づける作業を行わなければならない。あるいは、表示された画像から釣菌対象とする細菌コロニーを一つ一つ選択し直さなければならない。また、所定の濁度を満たすだけの細菌コロニーを自動検出できなかった場合は、再度培養して細菌を増やさなければならない。

ユーザに分類数や表示する細菌コロニー数の増減を指定させる手段と、それに従い分類結果を表示する手段を備えた細菌検査前処理装置を構成する。

本発明により、自動分類結果を検査技師の見立てに近づける作業が容易となり、適切な釣菌対象細菌コロニーを確認する作業に要する時間を削減できる。また、釣菌対象細菌コロニーを再度培養せずとも自動検出対象を増やすことができるようになるため、細菌検査前処理のスループットを格段に向上させる。

１０１ 操作部コンピュータ
１０２ 操作コンソール
１０３ 履歴保持部
１０４ 制御部コンピュータ
１０５ 検体供給・排出ユニット
１０６ 画像撮影ユニット
１０７ 釣菌・菌懸濁液調整ユニット
１０８ 外部システム
１０９ 照明
１１０ カメラ
１１１ 釣菌棒
１１２ 菌懸濁液
３０１ データ入出力部
３０２ 細菌コロニー画像処理部
３０３ 細菌コロニー分類処理部
３０４ 表示細菌コロニー数調整処理部
３０５ ＭＤ計算処理部
３０６ 履歴データ処理部

Claims (10)

1. 細菌コロニーが含まれたシャーレの画像を撮影する撮影手段，シャーレの画像を表示する表示手段，シャーレ内の細菌コロニーを特徴量に基づき分類する分類手段と、を備えた細菌分類装置において、
   一旦分類された細菌コロニーを、ユーザが指定した分類数および各細菌コロニーの特徴量に基づき再分類することを特徴とする細菌分類装置。
2. 請求項１において、
   分類数を減らす場合には、特徴量を多変量解析して求めた分布空間上で近接したいずれかの複数グループを１つのグループとすることを特徴とする細菌分類装置。
3. 請求項１において、
   分類数を増やす場合には、特徴量を多変量解析して求めた分布空間上でいずれかのグループを複数のグループに分けることを特徴とする細菌分類装置。
4. 請求項１において、
   ユーザが指定した分類数に従いシャーレ内の細菌コロニーを分類した結果に対し、候補細菌コロニー数を増減させるインターフェースを備え、指示された増減の程度に従って分類することを特徴とする細菌分類装置。
5. 請求項４において、
   指示された増減の程度に従う分類は、細菌コロニーの特徴量をマハラノビスの距離で表し、閾値を調整することにより行うことを特徴とする細菌分類装置。
6. シャーレの画像を撮影する手段，シャーレの画像を表示する表示手段，シャーレ内の細菌コロニーを釣菌するための釣菌手段、を備えた細菌検査前処理装置において、
   シャーレ内の細菌コロニーを、ユーザが指定した分類数に分類する分類手段を備え、分類手段は細菌コロニーの特徴量により分類を行うことを特徴とする細菌分類装置。
7. 請求項１から６のいずれかにおいて、
   指定された分類数と、それに従って分類した結果とを、履歴情報として保持することを特徴とする細菌分類装置。
8. 請求項４または５において、
   指示された増減の程度と、それに従って分類した結果とを、履歴情報として保持することを特徴とする細菌分類装置。
9. 請求項１に記載の細菌分類装置と、
   シャーレ内の細菌コロニーを選択する手段と、
   選択された細菌コロニーを釣菌する釣菌手段とを備えたことを特徴とする細菌検査前処理装置。
10. 請求項６に記載の細菌分類装置と、
    シャーレ内の細菌コロニーを選択する手段と、
    選択された細菌コロニーを釣菌する釣菌手段とを備えたことを特徴とする細菌検査前処理装置。

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