JP2012193988A - 蛍光反応検出装置 - Google Patents

Abstract

【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】判定基準部５０には、特定蛍光反応８１を映した特定画素の色空間データの全体について重回帰分析を行って求めた重回帰式を設定する。制御部５１は、重回帰式を求めた際と同じ条件で、光源２から試料８に励起光Ｘを照射したときの複数種類の励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３をカメラ４によって撮影する。画像処理部５２は、励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３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、励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の同じ位置にある各画素単位の色空間データの全体を、判定基準部５０の重回帰式に代入して、各画素単位ごとの検出度Ｙを求める。判定部５３は、各画素単位ごとの検出度Ｙに基づいて、試料８中における特定蛍光反応８１を検出する。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

特許第３０９０４９２号公報 特開２００７−２８６０４１号公報

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。

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。

本発明は、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、上記光源から上記特定蛍光反応を示す基礎サンプルに対して上記励起光を照射したときの複数種類の基準デジタル画像を上記カメラによって撮影するとともに、該撮影を同じ又は異なる上記基礎サンプルに対して複数回行い、該複数回行った撮影についての上記複数種類の基準デジタル画像における上記特定蛍光反応を映した特定画素の色空間データの全体について重回帰分析を行って求めた重回帰式を設定した判定基準部と、
上記重回帰式を求めた際と同じ条件で、上記光源から上記試料に上記励起光を照射したときの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いて同じ位置にある各画素単位の色空間データの全体を、上記判定基準部における上記重回帰式に代入して、各画素単位ごとの検出度を求める画像処理部と、
上記各画素単位ごとの検出度に基づいて、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）。

本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。
判定基準部は、特定蛍光反応を検出する際の判断基準となる回帰式を記憶した部分である。判定基準部を設定するに際しては、波長と強度との少なくとも一方を変更した複数種類の励起光を、光源から特定蛍光反応を示す基礎サンプルに対してそれぞれ照射したときの複数種類の基準デジタル画像をカメラによって撮影する。これ以外にも、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互いに異ならせて、励起光を光源から特定蛍光反応を示す基礎サンプルに対してそれぞれ照射したときの複数種類の基準デジタル画像をカメラによって撮影することもできる。

これらの撮影は、同じ基礎サンプルに対して複数回行うことができ、異なる基礎サンプルに対して複数回行うこともできる（複数の基礎サンプルに対して行うこともできる）。
そして、複数回行った撮影についての複数種類の基準デジタル画像における特定蛍光反応を映した特定画素の色空間データの全体について重回帰分析を行って、複数の係数を有する重回帰式を求める。こうして求めた重回帰式を、判定基準部に設定する。

制御部は、光源及びフィルタを操作し、重回帰式を求めた際と同じ条件で、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。

これ以外にも、制御部は、重回帰式を求めた際と同じ条件で、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。

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いて同じ位置にある各画素単位の色空間データの全体を、判定基準部における重回帰式に代入して、各画素単位ごとの検出度を求める。
このとき、複数種類の励起光を照射した場合について、重回帰式における各係数と各色空間データの値とが掛け合わされることになる。そして、検出時において、励起時デジタル画像におけるいずれかの画素についての複数種類の励起光に対応する複数種類の色空間データが、基準設定時における複数種類の色空間データと、ほぼ一致又は近似する場合には、当該画素の検出度が高くなる。これにより、判定部は、試料中に存在し得る、微生物又はウィルスが発する特定蛍光反応を検出することができる。

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、複数種類の励起光を照射したときの微生物等による特定蛍光反応について求めた重回帰式を用いることにより、励起光の波長、強度、照射時間（撮影時期）の違いに対して微生物等が示す特定蛍光反応の違いを顕著に反映させて、試料中に特定蛍光反応があるか否かを判定することができる。これにより、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。

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。

実施例にかかる、蛍光反応検出装置の構成を示す説明図。 実施例にかかる、第１〜第３基準デジタル画像の各画素単位の色空間データを示す説明図。 実施例にかかる、第１〜第３励起時デジタル画像の各画素単位の色空間データを示す説明図。 実施例にかかる、ヒット画素を囲んでなるヒット領域を示す説明図。 実施例にかかる、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。 実施例にかかる、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。

上述した本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。
本発明において、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。

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。

また、上記色空間データは、赤色、緑色、青色のデータであり、上記重回帰式は、上記複数の基礎サンプルについて、上記複数種類の基準デジタル画像における上記特定蛍光反応を映した特定画素の色空間データとしての赤色、緑色、青色のデータの全体について重回帰分析を行って係数を求めたものであることが好ましい（請求項２）。
この場合には、赤色、緑色、青色の３原色で判定基準となる重回帰式を求めることができ、特定蛍光反応の検出精度を高めることができる。

また、上記判定部は、上記励起時デジタル画像において上記検出度が所定値以上である画素をヒット画素として特定し、該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３）。
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。

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４）。
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。

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５）。
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。

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。
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、判定基準部５０、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。

判定基準部５０、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。
判定基準部５０を求めるに際しては、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、光源２から特定蛍光反応８１を示す基礎サンプルに対して励起光Ｘを照射したときの複数種類の基準デジタル画像をカメラ４によって撮影する。また、複数種類の基準デジタル画像は、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を変更して撮影することもできる。また、判定基準部５０は、この撮影を同じ又は異なる基礎サンプルに対して複数回行う。そして、複数回行った撮影についての複数種類の基準デジタル画像における特定蛍光反応８１を映した特定画素の色空間データの全体について重回帰分析を行って所定の係数を有する重回帰式を求める。こうして求めた重回帰式を、判定基準部５０に設定する。

制御部５１は、重回帰式を求めた際と同じ条件で、光源２から試料８に励起光Ｘを照射したときの複数種類の励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３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，Ｄ３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，Ｄ３において同じ位置にある各画素単位の色空間データの全体を、判定基準部５０における重回帰式に代入して、各画素単位ごとの検出度Ｙを求めるよう構成してある。判定部５３は、各画素単位ごとの検出度Ｙに基づいて、試料８中における特定蛍光反応８１を検出するよう構成してある。

以下に、本例の蛍光反応検出装置１につき、図１〜図６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。

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、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。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。

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。

複数種類の励起光Ｘは、近紫外線から可視光の領域の波長の光として、ＵＶ励起（３２０〜３８０ｎｍ）、Ｂ励起（３８０〜４９５ｎｍ）又はＧ励起（４９５〜５７０ｎｍ）のうち、適宜フィルタ３によって選択した複数通りの波長の光とすることができる。この複数種類の励起光Ｘは、例えば、２種類から１０種類の範囲内で決定することができる。
また、複数種類の励起光Ｘは、波長を複数通り変えて設定する以外にも、強度又は照射時間（撮影時期）を複数通り変えて設定することもできる。複数種類の励起光Ｘは、波長を変えるとともに強度又は照射時間（撮影時期）を変えて設定することもできる。
また、複数種類の励起光Ｘは、その波長と強度との少なくとも一方を異ならせて、光源２から同時に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。

本例の判定基準部５０及び画像処理部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。

本例の判定基準部５０において設定する重回帰式は、複数の基礎サンプルについて、複数種類の基準デジタル画像における特定蛍光反応８１を映した特定画素の色空間データとしての赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のデータの全体について重回帰分析を行って係数を求めたものである。
重回帰分析は次のように行うことができる。
以下では、３種類の励起光Ｘを照射した場合について説明する。
所定の波長、強度で設定した第１励起光Ｘを、基準サンプル（微生物等）に所定時間照射した場合に、カメラ４によって撮影した第１基準デジタル画像Ｃ１の特定画素（１ドット）の色空間データｃ１の赤色をＲ１、緑色をＧ１、青色をＢ１とする。第１励起光Ｘとは波長と強度との少なくとも一方が異なる第２励起光Ｘを、基準サンプル（微生物等）に所定時間照射した場合に、カメラ４によって撮影した第２基準デジタル画像Ｃ２の特定画素（１ドット）の色空間データｃ２の赤色をＲ２、緑色をＧ２、青色をＢ２とする。第１励起光Ｘ及び第２励起光Ｘとは波長と強度との少なくとも一方が異なる第３励起光Ｘを、基準サンプル（微生物等）に所定時間照射した場合に、カメラ４によって撮影した第３基準デジタル画像Ｃ３の特定画素（１ドット）の色空間データｃ３の赤色をＲ３、緑色をＧ３、青色をＢ３とする。
図２には、第１〜第３基準デジタル画像Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の各画素単位の色空間データｃ１，ｃ２，ｃ３を示す。

そして、第１〜第３励起光Ｘを照射するそれぞれの場合について、特定蛍光反応８１を発する同じ基礎サンプル又は異なる基礎サンプルに対して複数回撮影し、各回ごとに色空間データｃ１，ｃ２，ｃ３を測定する。
各回ごとの色空間データｃ１（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１），ｃ２（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２），ｃ３（Ｒ３，Ｇ３，Ｂ３）を、それぞれ変数（Ｘｒ１，Ｘｇ１，Ｘｂ１），（Ｘｒ２，Ｘｇ２，Ｘｂ２），（Ｘｒ３，Ｘｇ３，Ｘｂ３）とする。この変数を用いて、分析時の重回帰式であるＹ＝ａ０＋ａ１１×Ｘｒ１＋ａ１２×Ｘｇ１＋ａ１３×Ｘｂ１＋ａ２１×Ｘｒ２＋ａ２２×Ｘｇ２＋ａ２３×Ｘｂ２＋ａ３１×Ｘｒ３＋ａ３２×Ｘｇ３＋ａ３３×Ｘｂ３における係数ａ０，ａ１１，ａ１２，ａ１３，ａ２１，ａ２２，ａ２３，ａ３１，ａ３２，ａ３３を求める。

この重回帰分析を行う際には、特定蛍光反応８１を映した画素について計算する場合には、Ｙ＝１００（％）として係数を求める。
こうして、判定基準部５０に設定する重回帰式は、検出時に第１〜第３励起光Ｘを照射して撮影した励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３における色空間データｄ１（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１），ｄ２（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２），ｄ３（Ｒ３，Ｇ３，Ｂ３）を用いて、特定蛍光反応８１の検出度Ｙの式、Ｙ＝ａ０＋ａ１１×Ｒ１＋ａ１２×Ｇ１＋ａ１３×Ｂ１＋ａ２１×Ｒ２＋ａ２２×Ｇ２＋ａ２３×Ｂ２＋ａ３１×Ｒ３＋ａ３２×Ｇ３＋ａ３３×Ｂ３として設定される。
図３には、第１〜第３励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の各画素単位の色空間データｄ１，ｄ２，ｄ３を示す。

判定基準部５０には、蛍光反応が何もない場合についての重回帰式も設定しておくことができる。この重回帰式を求める際には、蛍光反応がないバックグラウンドを撮影したデジタル画像の特定画素について、上記と同様に第１励起光Ｘ、第２励起光Ｘ、第３励起光Ｘを照射した場合について重回帰分析を行って、係数を求めておく。また、この場合には、Ｙ＝０（％）として係数を求める。

判定基準部５０における重回帰式を求める際に、互いに波長を異ならせた複数種類の励起光Ｘを用いる場合は、次の場合に有効である。
具体的には、例えば、いずれかの波長の励起光Ｘを照射する場合には、特定蛍光反応８１が明確に現れる一方、他の波長の励起光Ｘを照射する場合には、特定蛍光反応８１があまり現れない場合を想定する。この場合、微生物等の性質として、励起する波長によって蛍光の仕方が異なるといった性質がある。そして、試料８に対して複数通りの波長の励起光Ｘを照射した場合について、それぞれ重回帰式において、基準サンプルにおける蛍光状態を示す赤色、緑色、青色の色空間データと、試料８における蛍光状態を示す赤色、緑色、青色の色空間データとを個別的に比較する。これにより、特定の波長に対してより強く蛍光反応８１を示す微生物等の性質を、顕著に判定基準に反映させることができる。

また、判定基準部５０における重回帰式を求める際に、互いに強度を異ならせた複数種類の励起光Ｘを用いる場合、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）を異ならせた場合は、次の場合に有効である。
具体的には、例えば、弱い強度の励起光Ｘ又は短い時間の励起光Ｘを照射する場合には、特定蛍光反応８１がほとんど現れない一方、強い強度の励起光Ｘ又は長い時間の励起光Ｘを照射する場合には、特定蛍光反応８１が明確に現れる場合を想定する。この場合、微生物等の性質として、ゴミ（検出対象外の異物）による蛍光反応に比べて、蛍光し難いといった性質がある。そして、試料８に対して、複数通りの強度の励起光Ｘを照射した場合、又は撮影時期を複数通りに異ならせた場合について、それぞれ重回帰式において、基準サンプルにおける蛍光状態を示す赤色、緑色、青色の色空間データと、試料８における蛍光状態を示す赤色、緑色、青色の色空間データとを個別的に比較する。これにより、強い強度又は長い時間の照射に対してより強く蛍光反応を示す微生物等の性質を、顕著に判定基準に反映させることができる。

本例の判定部５３は、励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３において検出度Ｙが所定値以上である画素をヒット画素Ｈとして特定する。この所定値は、検出度Ｙが、例えば８０（％）以上として設定することができる。なお、検出度Ｙが１００（％）となる場合は、試料８中に存在するものが示す蛍光反応が、微生物等の基準サンプルによる特定蛍光反応８１と一致した場合である。
判定部５３においては、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。
ここで、図４には、ヒット画素Ｈを囲んでなるヒット領域Ａを示す。

また、判定部５３においては、ヒット画素Ｈを抽出した２値化データに対して、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。

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、数等を特定することができる。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。

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５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。

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。

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６のフローチャートを参照して説明する。
本例においては、判定基準部５０に、第１〜第３励起光Ｘについての重回帰式を設定した場合について説明する。
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。

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。

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及び第２励起光Ｘとは異なる第３励起光Ｘを試料８に照射する（Ｓ５）。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（Ｓ６）。このとき、試料８においては、第３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３励起時デジタル画像Ｄ３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。
なお、第１〜第３励起光Ｘは、判定基準部５０に設定した重回帰式を求める際に用いた励起光と同じである。

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、第３励起時デジタル画像Ｄ３における各画素単位ごとの第３色空間データｄ３とを求める（Ｓ７）。
次いで、第１〜第３励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３において同じ位置にある各画素単位の色空間データｄ１，ｄ２，ｄ３の全体を、判定基準部５０における重回帰式に代入して、各画素単位ごとの検出度Ｙを求める（Ｓ８）。
そして、判定部５３は、各画素単位ごとの検出度Ｙが所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ９）。そして、検出度Ｙが所定値以上となった画素をヒット画素Ｈとして抽出する（Ｓ１０）。次いで、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（Ｓ１１）。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（Ｓ１２）。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（Ｓ１３）。

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、重回帰式を求めた際と同じ条件で、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、３種類の励起光Ｘを試料８に照射する。そして、制御部５１は、カメラ４を操作し、３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，Ｄ３として撮影する。
このとき、試料８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、強度等の条件によって、試料８から発される蛍光の状態が異なる。

画像処理部５２は、３種類の励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３について、それぞれ画素単位ごとの色空間データｄ１，ｄ２，ｄ３を求める。そして、画像処理部５２は、３種類の励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３において同じ位置にある各画素単位の色空間データｄ１，ｄ２，ｄ３の全体を、判定基準部５０における重回帰式に代入して、各画素単位ごとの検出度Ｙを求める。
このとき、３種類の励起光Ｘを照射した場合について、重回帰式における各係数と各色空間データｄ１，ｄ２，ｄ３の値とが掛け合わされることになる。そして、検出時において、励起時デジタル画像Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３におけるいずれかの画素についての３種類の励起光Ｘに対応する３種類の色空間データｄ１，ｄ２，ｄ３が、基準設定時における３種類の基準デジタル画像Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３における色空間データｃ１，ｃ２，ｃ３と、ほぼ一致又は近似する場合には、当該画素の検出度Ｙが高くなる。これにより、判定部５３は、試料８中に存在し得る、微生物又はウィルスが発する特定蛍光反応８１を検出することができる。

ところで、試料８中には、特定蛍光反応８１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８１と、ゴミによる蛍光反応とは、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、３種類の励起光Ｘを照射したときの微生物等による特定蛍光反応８１について求めた重回帰式を用いることにより、励起光Ｘの波長、強度の違いに対して微生物等が示す特定蛍光反応８１の違いを顕著に反映させて、試料８中に特定蛍光反応８１があるか否かを判定することができる。これにより、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。

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。

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
５０ 判定基準部
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
Ｃ１〜Ｃ３ 基準デジタル画像
ｃ１〜ｃ３ 色空間データ
Ｄ１〜Ｄ３ 励起時デジタル画像
Ｄ４ 素デジタル画像
ｄ１〜ｄ３ 色空間データ
Ｙ 検出度
Ｈ ヒット画素
Ａ ヒット領域

Claims (5)

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、上記光源から上記特定蛍光反応を示す基礎サンプルに対して上記励起光を照射したときの複数種類の基準デジタル画像を上記カメラによって撮影するとともに、該撮影を同じ又は異なる上記基礎サンプルに対して複数回行い、該複数回行った撮影についての上記複数種類の基準デジタル画像における上記特定蛍光反応を映した特定画素の色空間データの全体について重回帰分析を行って求めた重回帰式を設定した判定基準部と、
   上記重回帰式を求めた際と同じ条件で、上記光源から上記試料に上記励起光を照射したときの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いて同じ位置にある各画素単位の色空間データの全体を、上記判定基準部における上記重回帰式に代入して、各画素単位ごとの検出度を求める画像処理部と、
   上記各画素単位ごとの検出度に基づいて、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。
2. 請求項１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、青色のデータであり、
   上記重回帰式は、上記複数の基礎サンプルについて、上記複数種類の基準デジタル画像における上記特定蛍光反応を映した特定画素の色空間データとしての赤色、緑色、青色のデータの全体について重回帰分析を行って係数を求めたものであることを特徴とする蛍光反応検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の蛍光反応検出装置において、上記判定部は、上記励起時デジタル画像において上記検出度が所定値以上である画素をヒット画素として特定し、該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。
4. 請求項１〜３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。
5. 請求項１〜４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。

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