JP4239075B2 - 微生物の計測方法及び装置 - Google Patents
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Description
1)寒天培地に計測試料としての微生物(以下、初期試料という。)を接種する工程。
2)前記初期試料の集落または培養成長物(以下、まとめてコロニーという。)を形成し、前記コロニーが目視可能なサイズに成長する前の段階の成長物(以下、マイクロコロニーという。)の形状を検出する工程。
3)前記マイクロコロニーの形状の検出結果に基づいて、前記初期試料の種類を判別する工程。
3)前記マイクロコロニーの形状および前記初期試料の形状の検出結果に基づいて、前記初期試料の種類を判別する工程。
3)前記マイクロコロニーの形状および前記初期試料の形状の検出結果、ならびに前記初期試料の接種開始後、前記マイクロコロニーが所定面積に到達するまでの時間の検出結果に基づいて、前記初期試料の種類を判別する工程。
3)前記コロニーの成長に伴う前記マイクロコロニーの形状変化パターンの検出結果に基づいて、前記初期試料の種類を判別する工程。
1)複雑度:(周囲長)2/面積で計算される量。図形が真円であればこの値は最も小さい4πとなり、円形度とは逆に、図形が複雑になるほど値は大きくなる。
2)円形度:4π×面積/(周囲長)2で計算される量。図形が真円であれば1。図形が複雑になるほど値は小さくなる。
3)縦横比:図形に外接する長方形の縦の辺の長さと横の辺の長さとの比。画像の水平・垂直座標軸に平行な長方形を用いる場合、慣性主軸(最も長い距離がとれる軸)に平行な長方形を用いる場合などがある。
4)重心位置:図形に含まれる全画素の座標の加重平均として計算される座標位置。
5)輝度の標準偏差:図形に含まれる全画素がその輝度の標準偏差。図形領域の模様の特徴(むら)を反映した値となる。
(実施例1:大腸菌の計測例)
大腸菌が成長する際の形状的特徴を図4のAにまとめた。大腸菌の場合、複雑度(図5のA)は成長開始段階では約20の値を示し、増殖に従って増大し、増殖開始後3〜4時間でピークとなり、その後、減少する。この形状変化のパターンは、大腸菌が増殖の初期段階で図1に示したようなみのむし状の形になるのに伴って複雑度が増大し、その後、成長方向がランダムになるに従って形状の異方性が低下していく(円形に近づいていく)ことに由来している。円形度(図6のA)は複雑度の逆関数であるため、増減の挙動は複雑度と反対になる。縦横比(図7のA)を複雑度と同様な特徴量として用いることもできる。輝度の標準偏差(図8のA)はマイクロコロニー領域の模様(ムラ)を反映する特徴量であり、模様がハッキリしているマイクロコロニー、すなわち、輝度のバラツキが大きいマイクロコロニーで大きな値となる。大腸菌の場合、輝度の標準偏差は5〜15程度という比較的低い値をとる。マイクロコロニーの重心位置はマイクロコロニーの成長パターンによって、増殖段階によらず常にマイクロコロニー領域内に含まれる場合と、増殖にしたがってコロニー領域内から外れることのある場合とに分けられる。大腸菌の場合は、常にマイクロコロニーの重心はマイクロコロニーの領域内に含まれる。これらの特徴量に該当する場合、当該のマイクロコロニーを大腸菌と判別することができる。
(実施例2:セレウス菌の計測例)
セレウス菌が成長する際の形状的特徴を図4のBにまとめた。セレウス菌の成長パターンの特徴は、マイクロコロニーが糸状になる点にある。この特徴に由来して、形状の特徴量は以下のような挙動を示す。複雑度(図5のB)は、成長開始段階では、大腸菌など他の微生物同様に約20の値を示すが、増殖に従って2時間程度で急激に増大していく。円形度(図6のB)は、複雑度とは反対に、2時間程度で減少する。縦横比(図7のB)は、複雑度と同様に2時間程度で急激に増大する。輝度の標準偏差(図8のB)は、30〜35程度と比較的高く、マイクロコロニー領域の模様(ムラ)がハッキリしていることを示している。マイクロコロニーの重心位置は、マイクロコロニーが糸状になるために、増殖の途中でマイクロコロニー領域内から外れることがある。これらの特徴量に該当する場合、当該のマイクロコロニーをセレウス菌と判別することができる。
(実施例3:表皮ブドウ球菌の計測例)
表皮ブドウ球菌が成長する際の形状的特徴を図4のCにまとめた。表皮ブドウ球菌の成長パターンの特徴は、マイクロコロニーが円状に成長する点にある。この特徴に由来して、形状の特徴量は以下のような挙動を示す。複雑度(図5のC)は、成長開始から常に15〜20程度の値を示す。円形度(図6のC)は、0.6〜0.9程度の値を示す。縦横比(図7のC)は、常に約1である(円形をたもっている)。輝度の標準偏差は5〜15程度という比較的低い値をとる(図8のC)。マイクロコロニーの重心位置は、マイクロコロニーが円形を保っていることから、常にマイクロコロニーの領域内に含まれる。さらに、表皮ブドウ球菌はマイクロコロニーが増殖前の単一の菌があった位置を中心に、同心円状に成長する。このため、重心位置の絶対座標は、増殖過程を経ても変化しない。これらの特徴量に該当する場合、当該のマイクロコロニーを表皮ブドウ球菌と判別することができる。
(実施例4:腸炎ビブリオの計測例)
腸炎ビブリオは、マイクロコロニーの形状が不定形(規則性のない形)であるが、上で述べてきたマイクロコロニーの形状的特徴量は表皮ブドウ球菌と類似している。差異のある点は、輝度の標準偏差(図4のDの当該欄)であり、表皮ブドウ球菌が5〜15という値(図8のC)なのに対して、腸炎ビブリオは25〜40程度の比較的高い値を示す(図8のD)。さらに他の判別手段としては、増殖前の単一の菌の形状情報を加えることができる。すなわち、腸炎ビブリオは弧菌とよばれる弧形をしており、表皮ブドウ球菌の球形とは形状が異なるため、これを判別情報とすることができる。
(実施例5:コウジカビの計測例)
図1の下段に示すコウジカビの場合には、胞子が膨張して発芽し、発芽部が成長して菌糸が形成される経過をたどる。これに由来して、図4のEのような形状的特徴を示す。複雑度(図5のE)は、成長開始から発芽に至るまで、大腸菌など他の微生物同様に約20の値を示すが、発芽後は急激に増大していく。円形度(図6のE)は、複雑度とは反対に、発芽後、減少する。縦横比(図7のE)は、複雑度と同様に、発芽後、増大する。輝度の標準偏差(図8のE)は、30〜40程度と比較的高い。マイクロコロニーの重心位置は、発芽までは常にマイクロコロニー領域内にあるが、発芽後、菌糸の成長過程においては、マイクロコロニー領域内から外れることがある。これらの特徴量に該当する場合、当該のマイクロコロニーをコウジカビと判別する。これらの特徴量は、セレウス菌の特徴量と類似しているが、両者は成長を始めるまでの時間の違いで区別することができる。
2 照明光
3 対物レンズ
4 結像レンズ
5 撮像素子
6 演算制御手段
7 オートフォーカス手段
Claims (6)
- 微生物の種類(または種類および数)を計測する方法において、以下の工程を含むことを特徴とする微生物の計測方法。
1)寒天培地に計測試料としての微生物(以下、初期試料という。)を接種する工程。
2)前記初期試料の集落または培養成長物(以下、まとめてコロニーという。)を形成し、前記コロニーが目視可能なサイズに成長する前の段階の成長物(以下、マイクロコロニーという。)の形状を検出する工程。
3)前記マイクロコロニーの形状の検出結果に基づいて、前記初期試料の種類を判別する工程。 - 請求項1に記載の微生物の計測方法において、前記3)の工程に代えて、以下の工程を含むことを特徴とする微生物の計測方法。
3)前記マイクロコロニーの形状および前記初期試料の形状の検出結果に基づいて、前記初期試料の種類を判別する工程。 - 請求項2に記載の微生物の計測方法において、前記3)の工程に代えて、以下の工程を含むことを特徴とする微生物の計測方法。
3)前記マイクロコロニーの形状および前記初期試料の形状の検出結果、ならびに前記初期試料の接種開始後、前記マイクロコロニーが所定面積に到達するまでの時間の検出結果に基づいて、前記初期試料の種類を判別する工程。 - 請求項1に記載の微生物の計測方法において、前記3)の工程に代えて、以下の工程を含むことを特徴とする微生物の計測方法。
3)前記コロニーの成長に伴う前記マイクロコロニーの形状変化パターンの検出結果に基づいて、前記初期試料の種類を判別する工程。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の微生物の計測方法において、前記初期試料の形状,マイクロコロニーの形状や面積,マイクロコロニーの形状変化パターン等の検出は、前記初期試料またはマイクロコロニーの画像計測により行なうことを特徴とする微生物の計測方法。
- 微生物の種類(または種類および数)を計測する装置において、計測対象の標本に対してオートフォーカスを行う手段と、標本に対する照明手段と、画像計測用の撮像手段と、演算制御手段とを備え、
前記演算制御手段は、前記標本に対して照明光を照射し、撮像手段によって得た画像情報に基づいて合焦度を判定し、その合焦度に応じて受光光学系または標本の少なくとも一方を駆動して合焦点位置をサーチし、合焦点位置に到達した後に、試料の画像を計測する制御機能を備え、さらに、初期試料の種類を、少なくともマイクロコロニーの形状の検出結果に基づいて判別するためのデータベースと、前記画像の計測結果と前記データベースとに基づいて、初期試料の種類を判別する微生物の種類判別機能とを備えることを特徴とする微生物の計測装置。
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