JP2022058247A - 核酸検出器及び映像による核酸検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＣＲ増幅プロセスと電気泳動プロセスを１つのデバイスに集積して、検出操作が簡便であり、効率が高く、検出コストが低減され、検出の柔軟性が高く、ホーム検知を実現することができる核酸検出デバイスを提供する。【解決手段】核酸検出ホストは、筐体と、前記筐体に設けられ、検出キットを装着するための検出キット装着領域と、前記筐体に設けられ、検知液を収容するとともに前記検知液を加熱する加熱領域と、前記筐体に設けられ、前記検出キット装着領域に位置し、前記検出キット装着領域と連通し、前記検出キット装着領域にある前記検出キットに前記検知液を入れるためのサンプル充填領域と、および前記検出キット装着領域から遠い側に設けられ、前記検出キット装着領域内の前記検出キットの画像を採取するための画像採取装置とを備える。【選択図】図５Ｂ

Description

本発明は、ウイルス検出分野に関し、特に、核酸検出器および映像による核酸検出方法に関する。

分子診断、形態学、免疫学などの検出のほとんどは、固定の実験室で行われる。検出時間がかかり、検出効率が低く、柔軟性に劣り、検知システムの操作が煩雑であり、専門家の操作が必要であるため、家庭の自主検査が実現できない。

以上の内容を鑑みて、操作が簡単で、検出時間が短く、家庭の自主検査が可能である核酸検出器及び映像による核酸検出方法の提供が求められている。

映像による核酸検出方法は、検出液が電気泳動を実行した際の複数枚の映像を撮影するステップ、前記複数枚の映像の中に目標映像が存在するか否かを識別するステップ、および目標映像に基づいて核酸検出結果を解析するステップを含む。

あるいは、前記方法は、前記複数枚の画像を撮影する前に、取集カップにより被験者の生体試料を取集して、前記生体試料と検出薬剤とを混合して検出液とするステップ、前記取集カップは、加熱槽に取り付けられ、前記加熱槽を用いて前記取集カップ内の前記検出液を予め設定された第１温度で第１予定時間だけ加熱するステップ、前記取集カップ内からサンプル充填器で検出液を定量吸引し、吸引した前記検出液を前記サンプル充填器で、前記サンプル充填槽を介して引出し内に設けられた検出キット内に加え、前記検出キットにより前記検出液に対してＰＣＲ増幅反応を実行するステップ、及び前記検出液に蛍光色素を添加して、ゲルにより検出液に対して電気泳動を行うステップを含む。

あるいは、検出液が電気泳動を実行した際の複数枚の映像を撮影することは、タイムリレーを制御して前記電気泳動の時間の長さを算出するステップ、及び前記電気泳動が第２所定時間を行われた場合に、第２カメラを制御して、第３予定時間ごとに少なくとも１枚の映像を撮影することで、複数枚の映像を得るステップを含む。

あるいは、前記複数枚の映像の中に目標映像が存在するか否かを識別することは、前記複数枚の映像の各々における複数の目標領域を、予めトレーニングされた識別モデルで識別し、識別された前記目標領域毎に予め設定された記号でマーキングするステップ、及び前記複数枚の映像の各々における予定位置の範囲内に特定の目標が出現しているか否かの判断に基づいて、前記複数枚の映像から目標映像を特定するステップを含む。

あるいは、前記予めトレーニングされた識別モデルを用いて、前記複数の映像中の各々における複数の目標領域を識別することは、前記予めトレーニングされた識別モデルを用いて、前記複数枚の映像の１枚目映像における複数の目標領域を識別するステップ、前記複数枚の映像のうち全ての他の映像を、ゲルが前記１枚目の映像に占める領域の位置及び大きさに応じてカットされるステップ、前記予めトレーニングされた識別モデルを用いて、カットされた全ての他の映像中の各々における前記複数の目標領域を識別し、識別された目標領域ごとにマーキングするステップを含む。

あるいは、前記１枚目の映像は、前記複数枚の映像のうち、撮影時間が最も早い１枚の映像であり、前記複数枚の映像のうち他の映像全てとは、前記複数枚の映像のうち、前記１枚目の映像を除いた全ての映像である。

あるいは、前記目標映像とは、前記複数枚の映像のうち、予定位置の範囲内に蛍光色素が含まれた映像である。

あるいは、前記目標映像とは、前記複数枚の映像のうち、予定位置の範囲内に前記蛍光色素が含まれた映像であり、かつ、その映像の各目標領域の信頼度スコアが所定の値より大きい。

あるいは、前記目標映像とは、前記複数の映像のうち、前記予定位置の範囲内に前記蛍光色素が含まれた映像であり、かつ、その映像の各目標領域の信頼度スコアが所定の値より大きく、かつ、当該映像の各目標領域の画素値の平均輝度が予設輝度値よりも大きいものである。

あるいは、前記目標映像に基づいて核酸検出結果を解析することは、前記目標映像における複数の目標領域各々に対応する前記予め設定された記号に基づいて、注入口の位置と、蛍光色素の位置と、第１線、第２線、及び第３線を含む検出線の位置と、アガロースゲルの位置とを含む複数の目標の位置を決定するステップ、前記複数の目標の位置から前記検出線の位置値を算出するステップ、前記検出線の位置値と予め設定された有効データの範囲との比較によって、前記検出線が有効か否かを判定するステップ、および前記検出線の有効か否かにより核酸検出結果を判定するステップを含む。

あるいは、前記第１線の位置値Ｐ１＝ｄ１１／ｄ２であり、前記第２線の位置値Ｐ２＝ｄ１２／ｄ２であり、前記第３線の位置値Ｐ３＝（ｄ１３／ｄ２）であり、ｄ１１は、前記第１線の位置と前記注入口の位置との距離を表し、ｄ１２は、前記第２線の位置と前記注入口の位置との距離を表し、ｄ１３は、前記第３線の位置と前記注入口の位置との距離を表し、ｄ２は、前記注入口の位置と前記蛍光色素の位置との距離と等しい。

あるいは、前記方法は、前記第１線に対応する第１有効データ範囲を予め設定するステップ、および前記第１線の位置値により、それぞれ、前記第２線及び前記第３線に有効データ範囲を設定するステップをさらに備える。

あるいは、前記方法は、前記目標映像から検出線が識別されない場合には、前記検出線が無効であると直接認定されるステップをさらに備える。

映像による核酸検出方法を実行するための前記核酸検出器。

従来技術と比較して、本願が提供する核酸検出器及び映像による核酸検出方法は、電気泳動分析が予め設定された時間を行った際に、電気泳動分析の複数の映像を撮影して、予めトレーニングして得られた識別モデルを用いて前記複数枚の映像を識別した後、予設定範囲に現れる識別結果に基づいて前記複数枚の映像から一枚の映像を選定して識別結果をマーキングし、検出時間が短く操作が容易であり、家庭の自主検査が実現できる。

本発明のある好適な実施の形態における核酸検出器の模式図である。 本発明のある好適な実施の形態における核酸検出器の分解後の構造模式図である。 本発明のある好適な実施の形態における核酸検出器のハードウェアフレームワーク図である。 電気泳動分析の時に撮影された映像を例示する図である。 撮影された映像に対して対象領域のマークを例示する第１の図である。 撮影された映像に対して対象領域のマークを例示する第２の図である。 本願の好適な実施例に係る核酸検出システムの機能ブロック図である。 本願の好適な実施例に係る核酸検出方法のフローチャートである。 目標映像において目標が位置する領域に対するマーキングを例示する図である。 異なる目標間の距離の算出を例示する図である。 目標映像において検出線に対するマークを例示する図である。 検出ラインによる核酸検出結果の識別が有効か否かを示す図である。

以下、図面を参照しつつ本出願の実施形態をさらに説明する。
以下、本出願の上記の目的、特徴及び利点を明確に理解するために、図面および具体的な実施形態を結合して、本出願を詳細に説明する。本出願の実施形態および実施形態の特徴は、お互いに矛盾しない場合、組み合わせることができる。

以下の説明では、本出願を十分に理解するために、多くの特定の詳細が述べられているが、説明した実施形態は、本出願の実施形態の一部に過ぎず、実施形態のすべてではない。創造的な努力なしに本出願の実施例に基づいて当業者によって得られる他のすべての実施例は、本出願の範囲内である。

本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、特に定義されない限り、本出願が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本出願の明細書で使用される用語は、具体的に実施例を説明するためのものであり、本出願を限定するものではない。

図１は、本発明のある好適な実施の形態における核酸検出器の模式図である。図２は、本発明のある好適な実施の形態における核酸検出器の分解後の構造模式図である。図３は、本発明のある好適な実施の形態における核酸検出器のハードウェアフレームワーク図である。

図１、図２、図３を同時に参照して、本実施形態では、核酸検出器１００は、ホスト１０と、検出キット２０と、取集カップ３０と、サンプル充填器４０と、を備える。本実施例では、取集カップ３０は、さらにカップ蓋５０が配置されている。

なお、検出前に、検出キット２０、取集カップ３０、サンプル充填器４０、カップ蓋５０は、専用のパッケージ（図示せず）内に収納されていてもよい。本実施例では、検出キット２０、取集カップ３０、サンプル充填器４０は、それぞれ識別コード（コード情報）が設けられており、識別コードによって、検出キット２０と、取集カップ３０と、サンプル充填器４０とを関連付けることができ、異なる被験者の生体サンプル（「核酸サンプル」とも呼ぶ）、例えば唾液の混同を回避することができる。

ある実施例において、識別コードは、二次元コード、バーコード（Ｂａｒ Ｃｏｄｅ）、あるいは本出願に適用可能な他の任意の識別コードであってもよい。本実施例において、核酸検出器１００は、加熱槽１０１と、サンプル充填槽１０２と、引出し（「検出キット引出し」とも称す）１０３と、相互に通信可能に接続されたディスプレイ１０４と、第１カメラ１０５と、第２カメラ１０６と、第１センサ１０７と、第２センサ１０８と、複数のタイムリレー１０９と、複数の温度センサ１１０と、プロセッサ１１１と、メモリ１１２とを備える。

本実施例において、取集カップ３０は、加熱槽１０１内に着脱可能に設けられている。サンプル充填溝１０２は、引出し１０３に連通する。検出キット２０は、引出し１０３内に着脱可能に設けられる。

本実施例では、取集カップ３０は、被験者の生体サンプルを取集するためのものである。取集カップ３０で取集した生体サンプルと検出薬剤（例えばＢｕｆｆｅｒ液）とを混合して検出液を形成する後、取集カップ３０を加熱槽１０１に装着して、加熱槽１０１により第１温度（例えば９５℃）で検出液を第１予定時間（予定時間）例えば２０分間加熱する。そして、取集カップ３０内から上記検出液をサンプル充填器４０により定量的に吸引し、吸引した検出液を、サンプル充填器４０によって、引出し１０３に設置された検出キット２０内に、サンプル充填溝１０２を介して加える。

本実施例において、ディスプレイ１０４は、ユーザと核酸検出器１００とのインタラクションを実現するためのインタラクションインタフェースを提供するタッチ機能を有するディスプレイであってもよい。例えば、ディスプレイ１０４は、被験者の核酸検出結果を表示するためのものである。

本実施例において、第１カメラ１０５は、取集カップ３０の識別コード、およびサンプル充填器４０の識別コードをスキャンするために使用されてもよい。プロセッサ１１１は、第１カメラ１０５がスキャンした識別コードを、例えばメモリ１１２に記憶してもよい。

本発明のある好適な実施態様において、第１カメラ１０５は、操作者（「ユーザ」とも言える）の操作過程を撮像するためにも用いられる。プロセッサ１１は、さらに、第１カメラ１０５が当該操作過程を撮影する映像を記憶する、例えば、メモリ１１２に記憶する。

本実施例において、第２カメラ１０６は、リボ核酸試薬と検出液とを反応させた結果の映像（すなわち、核酸検出の過程における電気泳動分析の映像）を撮像する。本発明のある好適な実施態様では、第２カメラ１０６により撮像する映像は、モノクロ映像である。他の実施例では、第２カメラ１０６により撮像する映像はカラー映像である。本実施例において、第２カメラ１０６は、検出キット２０の識別コードをスキャンしてもよい。 ある実施例において、第２カメラ１０６が撮像した電気泳動解析の映像は、検出キット２０の識別コードを含んでもよい。

本実施例では、第１センサ１０７は、取集カップ３０が加熱槽１０１に載置されているか否かを検知するためのものである。

本実施例において、第１センサ１０７は、プッシュスイッチであってもよい。具体的には、取集カップ３０が加熱槽１０１に載置されたとき、第１センサ１０７は通電状態となる。一方、取集カップ３０が加熱槽１０１に載置されていないときには、第１センサ１０７が停電状態となることにより、第１センサ１０７が通電状態であるか否かによって、取集カップ３０が加熱槽１０１に載置されているか否かを検知することができる。

本実施形態において、第２センサ１０８は、検出キット２０が引出し１０３に載置されているか否かを検知するためのものである。

本実施例において、第２センサ１０８は、プッシュスイッチであってもよい。具体的には、第２センサ１０８は、検出キット２０が引出し１０３に載置されたとき、通電状態となる。一方、検出キット２０が引出し１０３に配置されていない場合、第２センサ１０８は、電源オフ状態となり、これにより、第２センサ１０８が通電状態にあるか否かによって、検出キット２０が引出し１０３に載置されているか否かを検知することができる。本実施例では、引出し１０３内には、ビーズ回路チップおよび電気泳動槽が設けられ、ビーズ回路チップは、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ、ポリメラーゼ連鎖反応）変換プロセスを実行するためのものであり、核酸検出器１００は、この電気泳動槽を利用して検出キット２０内の検出液に対して電気泳動を行う。

本実施例では、複数の時間リレー１０９は、加熱槽１０１の加熱時間を算出する時間リレーと、ＰＣＲの反応時間を算出する時間リレーとを備える。

本実施例において、複数の温度センサ１１０は、加熱温度を測定するために、加熱槽１０１内に設けられた温度センサと、槽１０２内に設けられた温度センサとを備える。

本実施例において、カートリッジ２０は、上層２０１と下層２０２とを備える。検出キット２０は、検出液をＰＣＲ増幅反応させるものである。具体的には、設定された第２温度（例えば６０℃）と第３温度（例えば９５℃）の間で、加熱サイクルを所定の回数（例えば４０回）繰り返すことで、検出液が検出キット２０の上層２０１にＰＣＲ増幅反応を完成させる。具体的には、第２温度値から第３温度値に達するまで検出キット２０を加熱した後、第２温度値まで徐々に降温させるという１つの加熱サイクルとして、所定回数繰り返すと、検出液がＰＣＲ増幅反応を完成させる。検出液は、検出キット２０の上層２０１でＰＣＲ増幅反応が完了した後に、上記検出キット２０の下層に滴下される。そして、検出液を蛍光色素に結合して、検出キット２０の下層に配置されたゲル、例えばアガロースゲル（ａｇａｒｏｓｅ ｇｅｌ）等を利用して電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）を行う。本願は、第２カメラ１０６で電気泳動の実行中の映像を撮像する。

ある好適な実施形態において、検出キット２０の上層の検出液は、ＰＣＲ増幅反応が完成した後に、検出キット２０の下層に滴下して電気泳動を行う。上記電気泳動が第２所定時間を行った場合、第２カメラ１０６は、電気泳動途中の映像を第３所定時間、例えば１分間ごとに撮影することで、図４Ａに示すように、複数枚の映像を得る。第２カメラ１０６は、複数枚の映像を撮像して得た後、予めトレーニングして取得した識別モデル（「ＡＩ映像識別プログラム」とも言える）により複数枚の映像を識別した後、予め設定された範囲に現れるマーク結果に応じて、前記複数枚の映像の中から１枚の映像を選定して識別結果を図４Ｂや図４Ｃに示すようにマークする。

本実施形態では、プロセッサ１１１は、集積回路で構成されてもよい。例えば、単一パッケージの集積回路により構成されてもよく、複数の同じ機能または異なる機能でパッケージされた集積回路により構成されてもよく、１つ又は複数の中央プロセッサ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、デジタル処理チップ、グラフィックスプロセッサ、及び各種制御チップの組み合わせ等を含む。プロセッサ１１１は、核酸検出器１００のコントロールコア（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、様々なインターフェースと回線に介して核酸検出器１００の全体における各部品を接続し、メモリ１１２に格納されたプログラム又はブロック又はコマンドを実行し、メモリ１１２に格納されたデータを呼び出すことにより、核酸検出器１００の様々な機能及び処理データ、例えば、核酸検出の機能（具体的な詳細は図５Ｂの説明を参照）を実行する。

メモリ１１２は、核酸検出器１００自体のメモリであってもよく、外部メモリであってもよい。ある実施形態において、メモリ１１２は、コンピュータプログラムのプログラムコードや各種類のデータを記憶するために用いられてもよい。例えば、メモリ１１２は、核酸検出器１００に装着された核酸検出システム１００１を記憶するために用いており、核酸検出器１００の動作中に、高速、自動的にプログラム又はデータのアクセスを完成させることが実現できる。メモリ１１２は、読取り専用メモリ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）、プログラム可能読取り専用メモリ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＰＲＯＭ）、消去及びプログラム可能読取り専用メモリ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＯＴＰＲＯＭ）、１回限りのプログラム可能な読取り専用メモリ（One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM）、電子消去式プログラム可能読取り専用メモリ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＥＥＰＲＯＭ）、読取り専用ディスク（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＣＤ－ＲＯＭ）、又は他のディスクメモリ、磁気ディスクメモリ、磁気テープメモリ、若しくはデータの伝送または記憶に使用できるその他の不揮発性のコンピューター読取り可能記憶媒体を含んでもよい。

本実施の形態において、核酸検出システム１００１は、メモリ１１２に格納された、1つまたは複数のブロックに分割して、1つまたは複数のプロセッサ（例えば、プロセッサ１１１）によって実行されて本願による機能を実現するようにしてもよい。図５Ａを参照して、本実施例において、核酸検出システム１００１は、取得ブロック１０１１、実行ブロック１０１２に分割されてもよい。本願でいうブロックは、特定の機能を果たすコンピュータプログラムのセグメントである。なお、各ブロックの詳細な機能については、図５Ｂと併せて後述する。

図５Ｂは、本発明の好ましい実施形態による映像ベース核酸検出方法のフローチャートである。本実施形態では、本発明の方法で提供される核酸検出のための機能を、直接、核酸検出器１００に集積したり、ソフトウェア開発キット（Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｋｉｔ、 ＳＤＫ）のように実行させたりすることができる。

図５Ｂに示すように、核酸検出器１００の検出方法は、具体的には、以下のステップを備える。フローチャートにおけるステップの手順は、異なるニーズに応じて変更可能であって、一部のステップは省略されてもよい。

ステップＳ１０１では、取集カップ３０により唾液等の被験者の生体試料を取集し、この生体試料と検出薬剤（例えばＢｕｆｆｅｒ液）とを混合して検出液とする。そしてこの取集カップ３０を加熱槽１０１に取り付ける。実行ブロック１０１２は、予め設定された第１温度で、取集カップ３０の処理液に対して第１予設時間を加熱するように加熱槽101を制御する。ステップＳ１０１の実行後、ステップＳ１０２が実行される。

本発明の好適な実施形態では、上記予め設定された温度は９５℃であり、上記第1予設時間は２０分である。すなわち、取集カップ３０は、加熱槽１０１により９５℃の温度で２０分間加熱される。具体的には、実行ブロック１０１２は、タイムリレー１０９を用いて、加熱槽１０１の加熱時間を算出し、加熱時間が第１所定時間に達すると、加熱槽１０１を制御して、取集カップ３０の加熱を停止させるようにしてもよい。

なお、本実施例では、取集ブロック１０１１は、取集カップ３０に生体試料を取集した後、取集カップ３０の識別コードを第１カメラ１０５でスギャンして、取集カップ３０の識別コードをメモリ１１２に記憶する。さらに、取得ブロック１０１１は、第１カメラ１０５でサンプル充填器４０の識別コードをスギャンして、サンプル充填器４０の識別コードをメモリ１１２に記憶する。

ステップＳ１０２では、取集カップ３０内からサンプル充填器４０で検出液を定量吸引し、吸引された検出液をサンプル充填器４０で、サンプル充填槽１０２を介して引出し１０３内に設けられた検出キット２０内に加え、検出キット２０により検出液に対してＰＣＲ増幅反応を実行する。検出液がＰＣＲ増幅反応を完了した後に、ステップＳ１０３が実行される。

具体的には、操作者は、サンプル充填器４０を操作することで、検出液を、サンプル充填槽１０２を介して検出キット２０の上層に入れることができる。具体的には、引出し１０３内に設置された検出キット２０に対して、設定された第２温度（例えば６０℃）と第３温度（例えば９５℃）との間で、予め設定された回数（例えば４０回）繰り返し加熱サイクルを行うことにより、検出液のＰＣＲ増幅反応を終了する。具体的には、引出し１０３内に設置された検出キット２０を、第２温度値から第３温度値に達するまで加熱し、その後、第２温度値まで徐々に降温して加熱サイクルとし、該加熱サイクルを所定回数繰り返すと、検出液のＰＣＲ増幅反応を終了する。

ステップＳ１０３では、検出液に蛍光色素を添加した後、ゲル（例えば、アガロースゲル）を利用して検出液に対して電気泳動（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）を行う。

具体的には、検出キット２０の検出液は、下層にゲルが設けられた検出キット２０の上層でＰＣＲ増幅反応が完了した後に、検出キット２０の下層に滴下される。したがって、実行ブロック１０１２は、検出キット２０に印加される電圧を制御することにより、検出液に対して電気泳動を行ったり、電気泳動を停止させたりすることができる。

なお、電気泳動の過程は、実際には、前記電気泳動槽の両端に正負極に電圧を印加することである。ゲルが電気泳動現象を起こすのは、ゲルのコロイド粒子が電荷を持っているからですが、一般的には、コロイド粒子が比較的大きな表面積を持ち、イオンを吸着しているからです。異なる物質の分子表面に偏在する不均一電荷による双極子モーメントの強さの違いにより、印加電荷および移動媒体に対する分子の吸引力が異なるため、移動媒体での移動速度が異なり、よって、異なるサイズのＤＮＡの断片が分離される。

ステップＳ１０４において、取得ブロック１０１１は、第２カメラ１０６を制御して、検出液が電気泳動を実行したときの複数枚の映像を撮影する。

本実施例では、取得ブロック１０１１は、タイムリレー１０９を制御して電気泳動の時間の長さを算出できる。

好適な実施形態において、取得ブロック１０１１は、電気泳動が第２所定時間、例えば１５～２０分間行われた場合に、第２カメラ１０６を制御して、第３の予め設定された時間例えば１分毎に少なくとも1枚の映像を撮影することで、複数枚の映像を得る。

ある実施例では、前記複数枚の映像のそれぞれがモノクロ映像として図４Ａに示す通りである。他の実施例では、前記複数枚の映像のそれぞれがカラー映像である。

ある実施例では、前記複数枚の映像の各々は、検出キット２０の識別コードを含む。

ステップＳ１０５では、実行ブロック１０１２は、前記複数枚の映像の中に目標映像が存在するか否かを識別する。前記複数枚の映像の中に目標映像が存在する場合、ステップＳ１０６が実行される。前記複数枚の映像の中に目標映像が存在しない場合、ステップＳ１０３に戻る。なお、ステップＳ１０５からステップＳ１０３に戻ると、検出キット２０を直接制御してゲル電気泳動による電気泳動を継続する。すなわち、蛍光染料を再添加する必要がない。

ある実施例では、実行ブロック１０１２は、複数枚の映像を識別する前に、まず、各映像に含まれる識別コードが、取集カップ３０やサンプル充填器４０の識別コードと一致するか否かを識別する。いずれか１枚の映像に含まれる識別コードが取集カップ３０およびサンプル充填器４０の識別コードと一致しない場合、警告を発する。映像の毎に含まれる識別コードが取集カップ３０およびサンプル充填器４０の識別コードと一致すると、前記複数枚の映像の識別が開始される。

ある実施例において、前記複数枚の映像の中に目標映像が存在するか否かを識別することは、ステップ（ａ１）～（ａ２）を含む。

（ａ１）前記複数枚の映像の各々の複数の目標領域を、予めトレーニングされた識別モデル（「ＡＩ映像識別プログラム」とも言う）で識別し、識別した目標領域毎に予め設定された記号でマーキングする。

本実施形態において、複数の目標領域は、図４Ｂまたは図４Ｃに示すように、注入口の領域、検出線（「現像バー」とも言う）の領域、蛍光染料の領域、及びゲル、例えばアガロースゲルの領域。検出線の領域は、第１線の領域、第２線の領域及び第３線の領域を含む。第１線が存在すると、検出液中にヒト遺伝子が存在することを示す。第２線が存在すると、ＲＮＡレプリカーゼ（ＲＮＡ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＲＮＡｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ）が存在することを示す。第３線は、Ｎタンパク質（ｐｒｏｔｅｉｎ）が存在することを示す。

ある実施形態において、実行ブロック１０１２は、異なる色の四角枠を用いて、複数の目標領域それぞれをマーキングしてもよい。例えば、赤枠３２により注入口の領域をマーキングし、緑枠３３により検出線の領域をマーキングし、青枠３４により蛍光染料の領域をマーキングし、黄枠３１より上記ゲル、例えばアガロースゲルの領域をマーキングする。

ある実施例では、予めトレーニングされた識別モデル（ＡＩ映像識別モデル）を用いて、前記複数枚の映像のそれぞれの複数の対象領域を識別することは、予めトレーニングされた識別モデルを用いて、前記複数枚の映像のうち１枚目の映像の複数の目標領域を識別し、前記複数枚の映像のうち全ての他の映像を、ゲル、例えば、アガロースゲルが上記１枚目の映像に占める領域の位置および大きさに応じてカットするステップ（アガロースゲルが上記１枚目の映像に占める領域を「全体検出領域」とも称してもよい）、そして、予めトレーニングされた識別モデルを用いて、カットされた他の映像中の他の映像ごとの複数の目標領域を識別し、識別された目標領域ごとにマーキングするステップを備える。例えば、図６は、カットされ１枚の他の映像の各目標領域をマーキングして示している。

説明を簡単にするために、以下では、「カットされた他の映像」を「カット映像」ともいう。

ある実施形態において、上記１枚目の映像は、前記複数枚の映像のうち、撮影時間が最も早い１枚の映像であってもよい。前記複数枚の映像のうち他の映像全てとは、前記複数枚の映像のうち、前記１枚目の映像を除いた全ての映像である。

なお、本出願においては、上記他の映像をカットして、上記他の映像における余計な情報を切り捨てることによって、映像のうち誤り情報を含む可能な領域（例えば、クリップ上ではライン形状と類似する反射光）をフィルタリングすることで、識別モデルが映像の解像度に対する要求を低減し、モデルのパラメータ量を低減し、モデル計算速度を速めるという有益な結果とすることができる。

（ａ２）前記複数枚の映像のそれぞれについての予定位置の範囲内に特定の目標が出現しているか否かの判断に基づいて、前記複数枚の映像の中から目標映像を特定する。

本実施例において、特定の目標とは、蛍光色素であり、予定位置の範囲は（０．６５～０．７５）である。すなわち、目標映像とは、前記複数枚の映像のうち、予定位置の範囲内に蛍光色素が含まれた映像である。

ある実施例において、前記複数枚の映像のそれぞれの予定位置の範囲内に特定の目標が出現しているか否かの判断に従って、前記複数枚の映像の中から目標映像を決定することは、各画像の蛍光染料の位置と注入口の位置との距離を各画像のゲルの長さで割った値に等しい各映像の蛍光色素の位置値を算出して、いずれか１枚の映像の蛍光色素の位置値が予定位置の範囲内に属する場合、当該いずれか１枚の映像を目標映像として判定し、いずれか１枚の映像の蛍光色素の位置値が予定位置の範囲内に属さない場合、当該いずれか１枚の映像が目標映像ではないと判定することである。

いずれか１枚の映像が図４Ｂ又は４Ｃに示す映像を例にすると、仮に赤枠３２により注入口の領域をマーキングし、青枠３４により蛍光染料の領域をマーキングし、黄枠３１より上記ゲル、例えばアガロースゲルの領域をマーキングすることが例であれば、いずれか１枚の映像における蛍光染料の位置は、青枠３４の横中心線が位置する位置となる。いずれか１枚の映像の注入口の位置は、赤枠３２の横中心線が位置する位置である。いずれか１枚の映像のゲルの長さは、前記黄枠３１の上端から下端までの距離である。

また、他の実施の形態では、実行ブロック１０１２は、上記識別モデルを用いて、前記複数枚の映像のそれぞれについて、映像の高次元特徴値を算出し、各映像の各対象領域の中心位置、アスペクト比、および各目標領域についての信頼度スコア（信頼度スコアが０～１間の値である）を求めてもよい。また、実行モジュール１０１２は、各映像の各目標領域についての信頼度スコアに応じて、複数の映像をフィルタリングしてもよい。例えば、上記複数枚の映像のうち、いずれか１枚の映像のいずれかの目標領域の信頼度スコアが、予設スコア例えば０．１よりも小さい場合、そのいずれか１枚の映像をフィルタリングする、すなわち、そのいずれか１枚の映像を目標映像とすることを考慮せずに、映像ノイズおよび／または光線変化等の要因による目標領域に対する誤判定をフィルタリングすることができる。すなわち、目標映像とは、複数の映像のうち、所定の範囲内に蛍光色素が含まれた映像であり、かつ、その映像の各目標領域の信頼度スコアが所定の値より大きい。

他の実施例において、実行モジュール１０１２は、識別モデルを用いて、目標領域内の画素値の平均輝度を算出してもよい。その他の本実施例において、目標映像とは、複数の映像のうち、所定の範囲内に蛍光色素が含まれた映像であり、かつ、その映像の各目標領域の信頼度スコアが所定の値より大きく、かつ、該映像の各目標領域の画素値の平均輝度が予設輝度値よりも大きいものである。

なお、複数枚の映像のそれぞれが上記予定位置の範囲内に蛍光色素を含むと、実行モジュール１０１２は、上記複数枚の映像のうち、全ての目標領域の画素値の信頼度スコアの合計値が最も大きく、かつ、全ての目標領域の画素値の平均輝度の合計値が最も大きい映像を目標映像としてもよい。

ある実施形態において、実行モジュール１０１２が、識別モデルを訓練する方法は、ステップ（ａ１１）～（ａ１３）を含む。

（a１１）注入口の領域、検出線の領域、蛍光色素の領域、及びゲル、例えばアガロースゲルの領域を含む複数の対象領域のマークを、それぞれ含む予め設定された数（例えば１万枚）のサンプル画像を取得する。異なる記号により異なる領域をマーキングする。
検出線の領域は、第１線の領域、第２線の領域及び第３線の領域を含む。

ある実施例では、異なる領域は、それぞれ異なる色の四角枠を符号としてマーキングされてもよい。例えば、赤枠により注入口の領域をマーキングし、緑枠により検出線の領域をマーキングし、青枠により蛍光染料の領域をマーキングし、黄枠より上記ゲル、例えばアガロースゲルの領域をマーキングする。

本実施例において、予設の数のサンプル映像は、数十台の核酸検出器１００による核酸検出の際に、電気泳動分析の実行中に撮影された映像であってもよい。

（ａ１２）予設の数のサンプル映像をランダムに訓練セットと検証セットに分割し、上記訓練セットによりディープニューラルネットワークを訓練して識別モデルを取得し、上記検証セットにより識別モデルの確度を検証する。

前記確度が予め設定された確度よりも大きい又は等しい場合には、訓練を終了する。前記確度が予め定められた確度よりも小さい場合、新たに取得された識別モデルの確度が予め定められた確度より大きいかまたは等しくなるまで、サンプル映像を増加してディープニューラルネットワークを再訓練させる。

したがって、実行モジュール１０１２は、識別モデルを用いて、複数枚の映像の各々の注入口の領域、検出線の領域、蛍光染料の領域、及びゲル、例えばアガロースゲルの領域をマーキングすることができる。

ステップＳ１０６では、実行モジュール１０１２は、目標映像に基づいて、核酸検出結果を解析する。また、実行モジュール１０１２は、核酸検出結果を出力する。例えば、表示画面１０４には、核酸検出結果が表示される。

ある実施例では、実行モジュール１０１２は、核酸検出結果をさらにブロックチェーンにアップロードする。

本実施形態において、目標映像に基づいて核酸検出を解析する結果は、（ｃ１）～（ｃ４）を含む。

（ｃ１）目標映像における複数の目標領域各々に対応する前記予め設定された記号（例えば異なる色の四角枠）に基づいて、複数の目標の位置を決定する。
複数の目標の位置は、注入口の位置と、蛍光色素の位置と、第１線、第２線、及び第３線を含む検出線の位置と、アガロースゲル等のゲルの位置とを含む。なお、複数の目標も、すなわち、注入口、蛍光染料、検出線、ゲルである。

上記目標映像が図４Ｂ又は４Ｃに示す映像を例にとすると、仮に、黄枠３１より上記ゲル、例えばアガロースゲルの領域をマーキングし、赤枠３２により注入口の領域をマーキングし、緑枠３３により検出線の領域をマーキングし、青枠３４により蛍光染料の領域をマーキングすることが例とすると、上記目標映像のゲルの長さは、黄枠３１の上端から下端までの直線距離である。目標映像における注入口の位置は、赤枠３２の横中心線が位置する位置である。目標映像における検出線毎の位置は、各緑枠３３の横中心線の位置である。目標映像における蛍光染料の位置は、青枠３４の横中心線の位置である。

（ｃ２）複数の目標の位置から検出線の位置値を算出する。
ある実施形態において、検出線の位置値Ｐ０＝ｄ１／ｄ２、ｄ１は注入口の位置と検出線の位置との距離であり、ｄ２は注入口の位置と蛍光色素の位置との距離である。ある実施例では、図７を参照して、アガロースガムに対応する領域の上端から下端までを１００個の目盛りに分けることで、ｄ１とｄ２の算出を実現する。他の実施例においても、注入口の位置から蛍光色素の位置までの距離を１つの整数１として、複数の目盛りに分けることにより、ｄ１とｄ２の算出を実現する。

具体的には、第１線の位置値Ｐ１＝ｄ１１／ｄ２（前記第１ラインの位置値Ｐ０は「ＩＣ」とも表記される）、第２線の位置値Ｐ２＝ｄ１２／ｄ２、第３線の位置値Ｐ３＝（ｄ１３／ｄ２）、ここで、ｄ１１は、第１線の位置と注入口の位置との距離を表し、ｄ１２は、第２線の位置と注入口の位置との距離を表し、ｄ１３は、第３線の位置と注入口の位置との距離を表し、ｄ２は、注入口の位置と蛍光色素の位置との距離と等しい。

（ｃ３）検出線の位置値と予め設定された有効データの範囲との比較によって、検出線が有効か否か、すなわち、検出線が有効検出線であるか無効検出線であるかを判定する。本実施例では、検出線の位置値Ｐ０が、予め設定された有効データ範囲に入った場合に、検出線が有効であると判定される。検出線の位置値Ｐ０が、予め設定された有効データの範囲に入っていない場合には、検出線が有効であると判定する。

なお、実行モジュール１０１２は、目標映像から検出線が識別されない場合、検出線が無効であると直接認定される。例えば、目標映像から第１目標が認識されない場合、第１線が無効と直接認定される。同様に、第２線が目標映像から識別されない場合には、第２線が無効であると直接認定される。目標映像から第３線が識別されない場合は、第３線が無効であると直接認定される。

本実施形態において、第１線に対応する予め設定された第１有効データ範囲は、[Ａ,Ｂ]であり、好ましくは、Ａ＝６２．０％であり、Ｂ＝７７．０％である。
本実施形態では、実行モジュール１０１２は、第１線の位置値Ｐ１により、それぞれ、第２線及び第３線に有効データ範囲を設定する。
具体的には、第２線に対応する予め設定された第２有効データ範囲は、[Ａ１,Ｂ１]であり、ここで、Ａ１＝Ｐ１＋Ｃ１、Ｂ１＝（Ｐ１＋Ｃ２）、好ましくは、Ｃ１＝６％、Ｃ２＝１２％。
第３線に予め設定された第３有効データ範囲は、[Ａ２,Ｂ２]であり、ここで、Ａ２＝Ｐ１＋Ｃ２、Ｂ２＝Ｐ１＋Ｃ３、好ましくは、Ｃ３＝１８％である。

本実施例において、第１線の位置値Ｐ１が、予め設定された第１有効データ範囲に入った場合に、第１線が有効であると判定される。第１線の位置値Ｐ１が、予め設定された第１有効データ範囲に入っていない場合に、第１線が無効であると判定される。

第２線の位置値Ｐ２が、予め設定された第２有効データ範囲に入った場合に、第２線が有効であると判定される。第２線の位置データＰ２が、予め設定された第２有効データ範囲に入っていない場合に、第２線が無効であると判定される。

第３線の位置値Ｐ３が、予め設定された第３有効データ範囲に入った場合に、第３線が有効であると判定される。第３線の位置データＰ３が、予め設定された第３有効データ範囲に入っていない場合に、第３線が無効であると判定される。
例えば、第１線の第１有効データ範囲を[６２．０％－７７．０％]とすると、第１線の位置値が、６４．４％と算出され、第１有効データ範囲に入るので、第１線が有効であると判定され、目標映像にＩＣ（ＩｎｔｅｒｎａｌＣｏｎｔｒｏｌ）で表示される。図８に示すように、本実施例では、第１線は、検出液にヒト遺伝子が存在するか否かを判定するためのものである。すなわち、第１線が存在すると、検出液中にヒト遺伝子が存在することを示す。

さらに、第１検出線の第２有効データの範囲は[７０．４％～７６．４％]であり、第２線は、ＲＮＡレプリカーゼ（ＲＮＡ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＲＮＡｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ）の有無を判断するために用いられる。さらに、Ｎタンパク質（ｐｒｏｔｅｉｎ）の有無を検出するための第３線の第２有効データ範囲[７６．４％～８２．４％]が挙げられる。

（ｃ４）検出線の有効か否かにより核酸検出結果を判定する。具体的には、図９に示されるように、（１）は第１線を示し、（２）は第２線を示し、（３）は第３線を示す。目標映像に有効な第１線が存在すると、検出液がヒト遺伝子を含むことを示す。目標映像に有効な第１線が存在しないと、検出液がヒト遺伝子を含まないことを示す。同様に、目標映像に有効な第２線が存在すると、検出液がＲＮＡレプリカーゼＲＮＡ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＲＮＡ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅを含むことを示す。目標映像に有効な第２線が存在しないと、検出液がＲＮＡレプリカーゼＲＮＡ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ＲＮＡ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅを含まないことを示す。目標映像に有効な第３線が存在すると、検出液がＮタンパク質（ｐｒｏｔｅｉｎ）を含むことを示す。目標映像に有効な第３線が存在しないと、検出液がＮタンパク質（ｐｒｏｔｅｉｎ）を含まないことを示す。

この検出液は、核酸検出器１００の読影結果によって、検査液にヒト遺伝子が含まれているか否かが判定され、かつ、検査結果が陽性反応または陰性反応を呈し、その判定の根拠は以下の通りである。
目標映像に有効な第１線、第２線、第３線が出現すると、核酸検出結果は、検出液がヒト遺伝子を含み、陽性反応を呈することである。
目標映像に有効な第１線、第２線が出現するが、第３線が出現しない場合、核酸検出結果は、検出液がヒト遺伝子を含み、陽性反応を呈することである。
目標映像に有効な第１線、第３線が出現するが、第２線が出現しない場合、核酸検出結果は、検出液がヒト遺伝子を含み、陽性反応を呈することである。
目標映像に有効な第１線が出現するが、第２線、第３線が出現しない場合、核酸検出結果は、検出液がヒト遺伝子を含み、陰性反応を呈することである。
目標映像に有効な第２線が出現するが、第１線、第３線が出現しない場合、核酸検出結果は、検出液がヒト遺伝子を含まず、陽性反応または陰性反応を判定できない。
目標映像に有効な第３線が出現するが、第１線、第２線が出現しない場合、核酸検出結果は、検出液がヒト遺伝子を含まず、陽性反応または陰性反応を判定できない。
目標映像に有効な第２線、第３線が出現するが、第１線が出現しない場合、核酸検出結果は、検出液がヒト遺伝子を含まず、陽性反応または陰性反応を判定できない。

上記の実施例は、ただ本出願の技術的解決策を説明するためのものであり、限定することを意図するものではなく、上記好適な実施例を参照して、本出願について詳細に説明しているが、当業者は、本出願の精神及び範囲から逸脱することなく、本出願の技術的解決策を修正または同等に置換できることを理解すべきである。

１００核酸検出器
１０ ホスト
２０ 検出キット３０ 取集カップ
４０ サンプル充填器
５０ カップ蓋
１０１ 加熱槽
１０２ サンプル充填槽
１０３ 引出し
１０４ ディスプレイ
１０５ 第１カメラ
１０６ 第２カメラ
１０７ 第１センサ
１０８ 第２センサ
１０９ タイムリレー
１１０ 温度センサ
１１１ プロセッサ
１１２ メモリ
１００１ 核酸検出システム
１０１１ 取得ブロック
１０１２ 実行ブロック
３２ 赤枠
３３ 緑枠
３４ 青枠
３１ 黄枠

Claims (14)

1. 映像による核酸検出方法であって、
   検出液が電気泳動を実行した際の複数枚の映像を撮影すること、
   前記複数枚の映像の中に目標映像が存在するか否かを識別すること、および
   前記目標映像に基づいて核酸検出結果を解析することを含む映像による核酸検出方法。
2. 前記複数枚の画像を撮影する前に、
   取集カップにより被験者の生体試料を取集して、前記生体試料と検出薬剤とを混合して検出液とするステップ、
   前記取集カップは、加熱槽に取り付けられ、前記加熱槽を用いて前記取集カップ内の前記検出液を予め設定された第１温度で第１予定時間だけ加熱するステップ、
   前記取集カップ内からサンプル充填器で前記検出液を定量吸引し、吸引した前記検出液を前記サンプル充填器で、前記サンプル充填槽を介して引出し内に設けられた検出キット内に加え、前記検出キットにより前記検出液に対してＰＣＲ増幅反応を実行するステップ、及び
   前記検出液に蛍光色素を添加して、ゲルにより前記検出液に対して電気泳動を行うステップを含む請求項１に記載の核酸検出方法。
3. 前記検出液が電気泳動を実行した際の複数枚の映像を撮影することは、
   タイムリレーを制御して電気泳動の時間の長さを算出するステップ、及び
   前記電気泳動が第２所定時間を行われた場合に、第２カメラを制御して、第３予定時間ごとに少なくとも１枚の映像を撮影することで、前記複数枚の映像を得るステップを含む請求項２に記載の核酸検出方法。
4. 前記複数枚の映像の中に前記目標映像が存在するか否かを識別することは、
   前記複数枚の映像の各々における複数の目標領域を、予めトレーニングされた識別モデルで識別し、識別された前記目標領域毎に予め設定された記号でマーキングするステップ、及び
   前記複数枚の映像の各々における予定位置の範囲内に特定の目標が出現しているか否かの判断に基づいて、前記複数枚の映像から前記目標映像を特定するステップを含む請求項１に記載の核酸検出方法。
5. 前記予めトレーニングされた識別モデルを用いて、前記複数の映像中の各々における前記複数の目標領域を識別することは、
   前記予めトレーニングされた識別モデルを用いて、前記複数枚の映像の１枚目映像における前記複数の目標領域を識別するステップ、
   前記複数枚の映像のうち全ての他の映像を、ゲルが前記１枚目の映像に占める領域の位置及び大きさに応じてカットするステップ、
   前記予めトレーニングされた識別モデルを用いて、カットされた全ての他の映像中の各々における前記複数の目標領域を識別し、識別された前記目標領域ごとにマーキングするステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の核酸検出方法。
6. 前記１枚目の映像は、前記複数枚の映像のうち、撮影時間が最も早い１枚の映像であり、前記複数枚の映像のうち他の映像全てとは、前記複数枚の映像のうち、前記１枚目の映像を除いた全ての映像であることを特徴とする請求項５に記載の核酸検出方法。
7. 前記目標映像とは、前記複数枚の映像のうち、予定位置の範囲内に前記蛍光色素が含まれた映像であることを特徴とする請求項４に記載の核酸検出方法。
8. 前記目標映像とは、前記複数枚の映像のうち、予定位置の範囲内に蛍光色素が含まれた映像であり、かつ、その映像の各前記目標領域の信頼度スコアが所定の値より大きい映像であることを特徴とする請求項７に記載の核酸検出方法。
9. 前記目標映像とは、前記複数の映像のうち、前記予定位置の範囲内に前記蛍光色素が含まれた映像であり、かつ、その映像の各目標領域の信頼度スコアが所定の値より大きく、かつ、当該映像の各前記目標領域の画素値の平均輝度が予設輝度値よりも大きい映像であることを特徴とする請求項８に記載の核酸検出方法。
10. 前記目標映像に基づいて核酸検出結果を解析することは、
    前記目標映像における前記複数の目標領域各々に対応する前記予め設定された記号に基づいて、注入口の位置と、前記蛍光色素の位置と、第１線、第２線、及び第３線を含む検出線の位置と、アガロースゲルの位置とを含む複数の目標の位置を決定するステップ、
    前記複数の目標の位置から前記検出線の位置値を算出するステップ、
    前記検出線の位置値と予め設定された有効データの範囲との比較によって、前記検出線が有効か否かを判定するステップ、および
    前記検出線の有効か否かにより核酸検出結果を判定するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の核酸検出方法。
11. 前記第１線の位置値Ｐ１＝ｄ１１／ｄ２であり、前記第２線の位置値Ｐ２＝ｄ１２／ｄ２であり、前記第３線の位置値Ｐ３＝（ｄ１３／ｄ２）であり、
    ｄ１１は、前記第１線の位置と前記注入口の位置との距離を表し、
    ｄ１２は、前記第２線の位置と前記注入口の位置との距離を表し、
    ｄ１３は、前記第３線の位置と前記注入口の位置との距離を表し、
    ｄ２は、前記注入口の位置と前記蛍光色素の位置との距離と等しいことを特徴とする請求項１０に記載の核酸検出方法。
12. 前記第１線に対応する第１有効データ範囲を予め設定するステップ、および
    前記第１線の位置値により、それぞれ、前記第２線及び前記第３線に有効データ範囲を設定するステップをさらに備える請求項１０に記載の核酸検出方法。
13. 前記目標映像から検出線が識別されない場合には、前記検出線が無効であると直接認定されるステップをさらに備える請求項１０に記載の核酸検出方法。
14. 請求項１～１３のいずれか１項に記載の映像による核酸検出方法を実行するための核酸検出器。
    
    

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