JP6504834B2 - 検査装置 - Google Patents
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Description
<細菌検査装置の構成>
図1は、本発明の実施形態による細菌検査装置の概略構成を示す図である。細菌検査装置1は、カバー11と、載置台12と、顕微鏡観察光学系及び濁度測定光学系13と、温調16と、培養プレート18を搬送するためのグリッパ17と、グリッパ17の移動及び位置決めを制御する駆動制御装置19と、を有している。また、細菌検査装置1は、処理条件や生物学的試料に関する情報、抗菌剤の種類や濃度に関する情報、患者検体に関する情報、その他の各種情報を入力するためのコンピュータ20を含む。なお、コンピュータ20の構成については図示しないが、通常のコンピュータと同様、プロセッサ、メモリ、記憶装置、入力デバイス(キーボード、マウス、タッチパネル、マイク等)、出力デバイス(ディスプレイ、プリンタ、スピーカ等)、記憶装置、通信デバイス等により構成される。
図2は、本発明の実施形態による細菌検査装置1で用いられる顕微鏡観察光学系及び濁度測定光学系の構成例を示す図である。図2において、培養プレート21(培養プレート18と同一物)は、光源22からの光によって照射される。光源は白色光源でも、ある波長領域にスペクトルをもつLEDなどの光源でも良く、フィルタ23によって適切な波長領域に調節される。顕微鏡観察を行う際には波長は特に限定する必要はないが、濁度測定を行う際には波長は600nm近傍の波長で培養プレート21を照射するように不要な波長領域はフィルタ23でカットされる。
図3は、本発明の実施形態による細菌検査装置1によって実行されるMIC判定処理を説明するためのフローチャートである。図3Aは細菌検査装置1における処理概要を示し、図3Bはステップ107の詳細を説明するためのフローチャートである。なお、ステップ101〜ステップ104までの処理は「人」が行う。従って、実際に自動化された処理(コンピュータ(プロセッサ)による処理)はステップ105〜ステップ113である。
(i)ステップ101〜ステップ104
利用者は、装置に導入する検体となる細菌懸濁液を調製し(ステップ101)、当該細菌懸濁液を培養プレートに導入(ステップ102)してから培養プレートを細菌検査装置に導入する(ステップ103)。そして、利用者は、細菌検査装置1のコンピュータ20を用いて、検体情報や抗菌剤の情報等必要な情報を入力し、開始ボタン等を押下する等して検査開始を指示する(ステップ104)。検査開始の指示を受けると、細菌検査装置1は、装置内に導入した培養プレートを35℃程度にインキュベートして培養を行う。
コンピュータ20のプロセッサは、顕微鏡光学系を駆動し、予め設定した時間に培養プレートのウェルを顕微鏡観察して画像を取得する。なお、画像取得は、予め決められた時間を離散的に行っても良いし、或いは連続的に観察して予め決められた時間における画像を処理用の画像として取得しても良い。
上記プロセッサは、取得した画像は必要な処理を実施する。例えば、当該画像処理としては、図8〜11で示される生の画像データを、図4〜6で示されるように2値化処理したり、グレースケール画像データにする処理をしたりする。また、他の画像処理として、図4〜6の画像データを基に細菌の面積、細菌数、細菌の円形度、細菌のアスペクト比、細菌の周囲長等を算出する処理等が含まれる。
上記プロセッサは、ステップ106で得られた画像データを用いてMIC判定を試みる。当該処理の詳細は図3Bで示される通りであり、後述する。
上記プロセッサは、培養プレートの各ウェルの濁度測定を行い、濁度データからMICの判定を試みる。通常、濁度判定を行うには培養開始から18時間以上の時間経過を必要とするため、30分や1時間程度の経過時には濁度判定をすることはできない。従って、この程度の時間経過ではMIC判定不可である。
上記プロセッサは、さらにデータベース中の画像情報や濁度(数値)の情報と、上記ステップで得られた画像情報や濁度の情報とを比較してMICの判定を試みる(図7参照)。
上記プロセッサは、この時点でのMIC等の判定結果を表示する。具体的には、ステップ107で得られた判定結果(S/I/R判定、MIC判定、時系列グラフ、及び顕微鏡画像等)を表示する。
上記プロセッサは、MICの判定が最終的に確定できるまで細菌の増殖が進んでいるか(インキュベーションを継続するか)を判定する。細菌の増殖が進んでいないと判定された場合(ステップ112でYesの場合)は、上記プロセッサは、インキュベーションを継続し、画像取得からの工程を繰り返し行う。
上記プロセッサは、画像から判定したMICと、濁度から判定したMICと、データベースとの比較から判定したMICを考慮して最終的なMICを決定し、検査を完了させる。この工程は培養プレートごとに設定された条件に基づいて自動的に実行される。なお、細菌検査装置1には複数の培養プレートが同時に設置できるが、培養プレートごとに条件を変更してもよいし、同じ条件で実施してもよい。
(i)ステップ1071
上記プロセッサは、上述の必要な処理が施された顕微鏡画像から、該当する培養条件において細菌が増殖しているか、増殖が阻害されているかを判定する。増殖しているかどうかの判定は、同一容器の異なる時間の画像から得た情報と比較して行なわれる。より具体的には、図4〜6に示される処理後の画像から、例えば細菌の面積を算出し、図12のようなグラフを作成して増殖か否かの判定を行なう。
上記プロセッサは、ある抗菌剤濃度の組合せでの培養条件で増殖しているかどうかの情報を組合せて、増殖阻害となる最小の抗菌剤濃度(MIC、最小発育阻止濃度)を判定する。ここでは、培養プレート21に設けられた全てのウェルについてMIC判定が行われる。例えば、培養プレート21には96個のウェルがあり、ウェルには濃度(例えば、0μg/mL, 0.5μg/mL, 1μg/mL, 2.0μg/mL, 4.0μg/mL, 8.0μg/mL, 16.0μg/mL, ・・・・・)が異なる各種抗菌剤が入っている。このため、増殖阻害となる抗菌剤の最小濃度(MIC)が分かるようになっている。
上記プロセッサは、さらに、参照データとして格納しているブレイクポイント(CLSI、米国臨床検査標準協会のブレイクポイントや、日本化学療法学会のブレイクポイント、EUCASTのブレイクポイントなど)と比較して、検査対象の細菌が該当する抗菌剤に対して感受性(S: sensitive)か、耐性(R: resistant)か、中間(I: intermediate)を判定する。例えば、ブレイクポイントが8(8μg/mLで菌が死滅する)であった場合、MIC判定が16(16μg/mLで菌が死滅)であったとしても臨床的には16μg/mL投与することはなく、この場合菌耐性(R)と判定されることとなる。
図4乃至6は、顕微鏡で取得した画像(生の画像)に対して所定の処理(例えば、2値化処理)を実行して得られた画像の例を示す図である。
図7は、取得した画像(例えば、図4乃至6の画像)とデータベースに蓄積されている画像とを比較する処理の概要を示す図である。薬剤感受性検査では、検査対象の細菌に対して、抗菌剤の種類と濃度を変更した条件で培養を行い、細菌が増殖可能かどうかを検査してMICを決定する。ここでは、データベースは、細菌の種類ごとに、特定の抗菌剤の種類と濃度で培養した場合の細菌の画像を格納している。細菌の種類が同じであっても株が違うと薬剤に対する感受性が異なるため、抗菌剤の種類と濃度の条件でデータベースに格納されている複数の画像から、取得した検査対象の画像と類似している画像と比較を行いMICの決定を行うことが可能となる。また、ある抗菌剤についても様々な濃度について、データベースの画像と検査対象の画像とで比較を行うため正確なMICの決定ができる。例えば、図5(b)に示すように、細菌が伸張化している状態であれば抗菌剤の効果が現れているが細菌を死滅させるには至っていないということが判明するため、MICはこの濃度よりも高くなることがわかる。
<実施例1>
図8乃至11は、腸球菌(Enteroccoas faecalis, ATCC29212)の顕微鏡観察画像(上記画像処理前の生画像データ)を示す図である。得られた画像データは制御用PCに格納、保存され、細菌同定やMICの判定に利用する。例えば図8はレボフロキサシンを含まないミューラーヒントン培地での腸球菌の様子を培養開始から(a)0分、(b)90分、(c)150分、(d)210分に撮影した画像である。同様に図9は0.5μg/mLのレボフロキサシンを含む培養液中、図10は1.0μg/mLを含む培養液中、図11は2.0μg/mLのレボフロキサシンを含む培養液中での腸球菌の画像であり、図8〜図11において白っぽく見える対象物が腸球菌である。
以上のように、本発明により薬剤感受性の判定結果を迅速に表示することが可能となる。
図15は、異なる患者から分離された大腸菌の検査結果を示す図である。具体的には、図15(a)は、アンピシリンを含む条件で患者Aから分離された大腸菌を培養した場合の細菌の面積の経時変化を示している。また、図15(b)は、アンピシリンを含む条件で患者Bから分離された大腸菌を培養した場合の大腸菌の経時変化を示している。図15(a)及び(b)は、ともに細菌の面積は培養開始時の細菌の面積で規格化している。
図18は、異なる患者から分離された黄色ブドウ球菌の検査結果を示す図である。具体的には、図18(a)及び(c)は、患者Aから分離された黄色ブドウ球菌をアンピシリンもしくはバンコマイシンを含む条件で培養した場合の細菌の面積の経時変化を示している。また、図18(b)及び(d)は、患者Bから分離された黄色ブドウ球菌をアンピシリンもしくはバンコマイシンを含む条件で培養した場合の大腸菌の経時変化を示している。図18(a)乃至(d)は、いずれも細菌の面積は培養開始時の細菌の面積で規格化されている。
図22は、緑膿菌のメロペネムに対する感受性を調べた結果を示す図(グラフ)である。当該グラフは顕微鏡観察によって測定した画像中の緑膿菌の円形度を求め、その経時変化を示したものである。1つの画像中に複数個の緑膿菌が観察されるが、個々の緑膿菌の円形度を求め、画像中の細菌の平均値を算出した値をプロットした。なお、円形度は、4π×(面積)/(周囲長)^2で算出される値である。細菌が真円であれば、4π×πr^2/(2πr)^2=1となり、細菌が真円から外れると周囲長が大きくなるため値が減少する。
(i)本発明による薬剤感受性検査では、顕微鏡観察で得られる画像に基づいて、細菌または真菌に対して抗菌剤が与えた影響を示す影響判定情報を、複数の種類の抗菌剤及び複数の種類の濃度について生成し、当該影響判定情報を時系列で表示するようにしている。このようにすることにより、患者への治療法の選択を早めることができ、迅速に適切な投薬を行なうことが可能となる。つまり、本発明では、細菌同定培養や薬剤感受性検査のための培養液を顕微鏡観察することによって細菌が増殖したか否かを判定する。具体的には、細菌同定培養や薬剤感受性検査のための培養プレートの各々のウェルの顕微鏡観察を行うための光源と、ミラーと、対物レンズと、画像を取得するためのCCDとを備え、培養プレートの各々のウェルの吸光度を測定するための光源と、ミラーと、ホトダイオードとを備え、各々のウェルを観察あるいは測定するために培養プレートの位置を変更するためのXYZステージを備えた温度調節機能つきの検査装置を用いる。ここで、顕微鏡観察のための光源やミラーは、吸光度測定のための光源やミラーと同一であっても良いし、別々に設置しても良い。光源とミラーとの間に適切なバンドパスフィルタを設置することで濁度(波長600nm付近の吸光度)を測定することができ、バンドパスフィルタを別のフィルタに切替えることで白色光での顕微鏡観察が可能となる。また、顕微鏡観察画像を取得するCCD、あるいは吸光度測定用のホトダイオードの前にミラーを設置し、それぞれの測定の際にミラーを切替えても良い。XYZステージ上に培養プレートを設置し、35℃程度で温調しながら培養を行い、設定した時間にXYZステージを動作させて、培養プレートの各々のウェルの様子を観察する。XYZステージの制御や、バンドパスフィルタの切替えや、ミラーの切替えや、温調の設定などは検査装置に設蔵した制御用PCで条件を設定して制御を行う。また、培養プレート中のウェル観察を行うタイミングや吸光度測定を行うタイミングの設定や、結果の記録も制御用PCで行う。この検査装置で培養を行いながら顕微鏡観察することによってウェル中の細菌の形状や数を測定する。測定結果をPCで解析し、ウェル中の細菌の形状や数や面積の経時変化をグラフ化し、判定することによって1回の測定ごとに各ウェルで細菌が増殖したかどうかを判定する。また、複数の測定結果から、該当するウェルの細菌が今後増殖するかどうかを予測する。判定が困難な場合は該当する時間での判定を保留する。それらの結果を画面上に表示することにより、測定時間ごとに、細菌が増殖するかどうかの判定を行なうことができる。ある抗菌剤について濃度の異なる培養条件での結果を比較することで検査対象の細菌のMIC(最小発育阻止濃度:minimum inhibitory concentration)を判定することが出来る。参照データとしてブレイクポイントのデータを保持しておき、MICと比較することで、細菌の薬剤感受性(感受性(S: sensitive)か、耐性(R: resistant)か、中間(I: intermediate))を判定して表示することが可能になる。これにより、迅速な結果をユーザに提供することが可能となる。
11 カバー
12 載置台
13 顕微鏡観察光学系及び濁度測定光学系
16 温調
17 グリッパ
18、21 培養プレート
19 駆動制御装置
20 PC(コンピュータ)
22 光源
23 フィルタ
24 ミラー(ダイクロイックミラー)
25 対物レンズ
26 ホトダイオード
27 CCD素子
Claims (10)
- 細菌または真菌の同定検査や薬剤感受性検査を行う検査装置であって、
複数のウェルを有し、各ウェルに抗菌剤と前記細菌または真菌とを含む培養液中の菌を保持するマイクロプレートを設定温度で温調する温調部と、
前記温調部によって温調された前記マイクロプレートの前記各ウェルに保持された前記培養液であって、予め設定した複数の時点における前記培養液の顕微鏡観察を行う顕微鏡観察光学系と、
前記温調部によって温調された前記マイクロプレートの前記各ウェルに保持された前記培養液の濁度測定を行う濁度測定光学系と、
前記顕微鏡観察で得られる画像を表示画面上に表示するプロセッサと、を有し、
前記プロセッサは、前記画像に対して所定の画像処理を行い、当該画像処理の結果に基づいて、前記細菌または真菌に対して前記抗菌剤が与えた影響を示す影響判定情報を、複数の種類の抗菌剤及び複数の種類の濃度について生成し、当該影響判定情報を時系列で表示し、
前記所定の画像処理は、二値化処理、グレースケール画像にする処理、細菌または真菌の面積を算出する処理、細菌または真菌の数を算出する処理、細菌または真菌の円形度を算出する処理、細菌または真菌のアスペクト比を算出する処理、あるいは、細菌または真菌の周囲長を算出する処理である、検査装置。 - 請求項1において、
前記プロセッサは、
前記顕微鏡観察によって得られた複数の画像を比較することによって所定の培養条件で前記細菌または真菌が増殖するか増殖が阻害されるかを判定し、
対象の抗菌剤について、複数の濃度条件で前記細菌または真菌が増殖するか増殖が阻害されるかを判定することにより最小発育阻止濃度を特定し、
前記対象の抗菌剤での前記最小発育阻止濃度を特定した後、当該最小発育阻止濃度とブレイクポイントとを比較して前記細菌または真菌の薬剤感受性判定を行い、
前記薬剤感受性判定の結果を前記表示画面上に表示する、検査装置。 - 請求項2において、
前記プロセッサは、前記薬剤感受性判定の結果を表示する際に、予め指定された抗菌剤についての情報を強調表示する、検査装置。 - 請求項1において、
前記プロセッサは、対象の抗菌剤の複数の濃度条件のそれぞれにおいて前記細菌または真菌が増殖するか、増殖が阻害されるかどうかを予め設定した時間ごとに判定し、判定結果を前記表示画面上に表示する、検査装置。 - 請求項1において、
前記プロセッサは、対象の抗菌剤の複数の濃度条件のそれぞれにおいて前記細菌または真菌が増殖するかどうかを予め設定した時間で顕微鏡観察した結果に基づいて、前記細菌または真菌の面積を求め、前記細菌または真菌の面積の時系列変化をプロットしたグラフを生成し、前記表示画面上に表示する、検査装置。 - 請求項1において、
前記プロセッサは、対象の培養条件において前記顕微鏡観察で得られる画像を、時系列に並べて前記表示画面上に表示する、検査装置。 - 請求項1において、
前記プロセッサは、前記顕微鏡観察で得られる画像を、対象の抗菌剤の複数の濃度条件に応じて並べて表示する、検査装置。 - 請求項2において、
前記プロセッサは、前記薬剤感受性判定の結果を予め設定した時間ごとに前記表示画面上に表示するとともに、複数の細菌または真菌についての前記薬剤感受性判定の結果を並列表示する、検査装置。 - 請求項2において、
前記プロセッサは、異なる患者間の前記薬剤感受性判定の結果を、比較により前記細菌または真菌の株を識別できるように、予め設定した時間ごとに前記表示画面上に表示する、検査装置。 - 細菌または真菌の同定検査や薬剤感受性検査を行う細菌検査装置であって、
複数のウェルを有し、各ウェルに抗菌剤と前記細菌または真菌とを含む培養液中の菌を保持するマイクロプレートを設定温度で温調する温調部と、
前記温調部によって温調された前記マイクロプレートの前記各ウェルに保持された前記培養液に対して、予め設定した複数の時点において顕微鏡観察を行う顕微鏡観察光学系と、
前記温調部によって温調された前記マイクロプレートの前記各ウェルに保持された前記培養液の濁度測定を行う濁度測定光学系と、
前記顕微鏡観察で得られる画像を表示画面上に表示するプロセッサと、を有し、
前記プロセッサは、前記画像に対して所定の画像処理を行い、当該画像処理の結果に基づいて、前記細菌または真菌の円形度、周囲長、及び個数のうち少なくとも1つの特徴量を算出し、当該細菌または真菌の特徴量を予め設定された時間ごとに前記表示画面上に表示する、検査装置。
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