JP6530507B2 - 癌検査システム及び癌検査評価方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、線虫の嗅覚を用いた癌検出方法が記載されている。
線虫は多様なパラメータの最適化の結果として、癌患者の尿に対して正の化学走性、健常者の尿に対して負の化学走性を示す。しかし、線虫の培養条件(環境温度、飼育用培地の植菌量(餌)、培地組成等)、線虫の化学走性条件(環境温度、培地組成、走性時間等)の多様なパラメータを正確に制御したとしても、品質管理がきちんと行われている保証にはならない。以下、化学走性を単に走性と称する。
(A1)プレート作成者が、線虫を走性させる走性用のプレート(走性用プレート)を作成する。具体的には、プレート作成者は、寒天と水とを混合したものを、オートクレーブする。その後、プレート作成者は、リン酸カリウム、塩化カリウム、硫酸マグネシウム等の試薬を加えたものを、プレート(シャーレ)に分注し、冷やすことで、寒天培地を有する走性用のプレートを作成する。
(A2)検査者が、作成した走性用のプレートにおける寒天培地上に線虫を置く箇所、尿とアジ化ナトリウムとをプロット(滴下)する箇所、アジ化ナトリウムをプロットする箇所をマークする。マークは、マジックペン等でプレート(シャーレ)に印をつけることで行われる。ちなみに、アジ化ナトリウムは、線虫を麻痺させるためのものである。
以降、尿とアジ化ナトリウムとを合わせたものを尿+アジ化ナトリウムと称する。
(A4)次に、検査者は、培養プレート(シャーレ)で培養されている線虫をバッファで洗いとる。具体的には、検査者が、バッファを培養プレート全体にかけると、線虫がバッファ中に浮かぶので、検査者は、浮かんだ線虫をピペット等で吸い取り、吸い取った線虫をマイクロチューブ等に注ぐ。ちなみに、培養プレート一枚にいる線虫の個体数は、ほぼ一定である。
(A7)そして、検査者は、(A2)で線虫を置く箇所のマークを付けた箇所に、(A5)のマイクロチューブから線虫をプロットする。このときプロットされる線虫の数は、50匹程度が望ましい。線虫の数は、バッファ量等の条件を決めることでコントロール可能である。
(A9)1時間ほど、線虫に走性行動を行わせる。
(A10)走性終了後、検査者は、尿に対して誘引行動を示した線虫の数、忌避行動を示した線虫の数を計数し、走性指数(Chemotaxis Index;CI)を算出し、算出した走性指数を基に癌に対する陽性、陰性を判定する。
その他の解決手段は実施形態中にて後記する。
以下、被検者の尿を用い、被検者の癌に対する陽性・陰性を検査するための走性解析を検査解析と称し、イソアミルアルコール等の尿の代替物(標準物質)を用いて、癌検査に用いられた線虫が検査に適したものであるか否かを判定するための走性解析を品質解析と称する。
第1実施形態では、癌検査のための走性解析を始めてから最初の数分間(ここでは、2分間)、線虫の走性行動が観察され、その観察結果より線虫の品質解析を行うものである。なお、第1実施形態における品質解析を、第2実施形態における品質解析と区別するため、第1品質解析と称する。
図1は、第1実施形態に係る癌検査システムの構成例を示す図である。
癌検査システム10は、癌検査装置1、制御装置3、分析装置2及び表示装置4を有している。
癌検査装置1は、癌検査のための線虫の行動を撮影するとともに、癌検査に使用している線虫が癌検査にふさわしいものであるか否かを判定する第1品質解析のための線虫の行動を撮影する。
制御装置3は、癌検査装置1の各部を制御するとともに、癌検査システム10で撮影された画像を分析装置2へ送信する。制御装置3は、PC(Personal Computer)等である。
分析装置2は、制御装置3から受信した画像を基に、線虫の走性行動を解析することで、第1品質解析を行うとともに、癌検査の解析(検査解析)を行う。また、分析装置2は、必要に応じて、第1品質解析の結果を制御装置3へ送信する。
表示装置4は、制御装置3と接続しており、各走性プレートPの工程を示したり、制御装置3が分析装置2から受信した第1品質解析の結果を表示したりする。
図2は、第1実施形態に係る分析装置の構成例を示す機能ブロック図である。
分析装置2は、例えば、PC等であり、メモリ201、CPU(Central Processing Unit)202、記憶装置203、通信装置204、入力装置205、出力装置206を有している。
通信装置204は、制御装置3等との間でデータの送受信を行う。
入力装置205は、キーボードや、マウス等である。
出力装置206は、本実施形態ではプリンタ等であり、検査結果通知書を印刷する。
画像処理部211は、制御装置3(図1)から送信された画像を、第1品質解析や、検査解析を行いやすいよう画像処理する。
移動度算出部212は、画像処理部211によって画像処理された、第1品質解析のために撮影された画像(第1品質解析用画像;品質解析のための走性行動に関する情報)から、線虫の平均移動距離である移動度(線虫が移動した距離に関する情報)を算出する。移動度については後記する。
走性指数算出部213は、画像処理部211によって画像処理された、検査解析のために撮影された画像(検査解析用画像;検査解析のための走性行動に関する情報)から、線虫の走性指数を算出する。走性指数については後記する。
検査判定処理部215は、走性指数算出部213が算出した走性指数に基づいて、癌検査の判定を行う。
出力処理部216は、品質判定処理部214による判定結果、及び、検査判定処理部215による判定結果を出力装置206に出力させる。
図3は、第1実施形態に係る癌検査装置の側面模式図であり、図4は、第1実施形態に係る癌検査装置の上面模式図である。
図3及び図4に示すように癌検査装置1は、品質解析用カメラ品質情報取得部、撮影部)101、品質解析用撮影台(撮影台)102、品質解析用光源103、検査解析用カメラ(検査情報取得部)111、検査解析用撮影台112、検査解析用光源113、保管庫121、廃棄庫122、移動装置131、プレート設置台141、温度制御装置142を有している。
なお、煩雑になるのを避けるため、図3では移動装置131、プレート設置台141、温度制御装置142を図示省略しており、図4では品質解析用カメラ101、検査解析用カメラ111、品質解析用光源103、検査解析用光源113を図示省略している。
品質解析用撮影台102は、品質解析用カメラ101による撮影が行われる際、走性プレートPが載置される台である。
品質解析用光源103は、第1品質解析用撮影が行われている間、走性プレートPを下方から照らすための光源である。このため、品質解析用撮影台102は光を透過する部材で構成されている。
検査解析用撮影台112は、品質解析用カメラ101による撮影が行われる際、走性プレートPが載置される台である。
検査解析用光源113は、検査解析用撮影が行われている間、走性プレートPを下方から照らすための光源である。このため、検査解析用撮影台112は光を透過する部材で構成されている。
廃棄庫122は、検査解析用撮影の終了後、廃棄される走性プレートPが静置される場所である。検査解析用撮影の終了後、走性プレートPは廃棄庫122に運搬され、廃棄庫取出口124から取り出される。
また、品質解析用光源103と、検査解析用光源113は、LED(Light Emitting Diode)であることが望ましいが、LEDに限らなくてもよい。
プレート設置台141は、最初に走性プレートPが載置される場所である。
温度制御装置142は、品質解析用撮影台102、検査解析用撮影台112、保管庫121等の温度を、線虫に最適な温度に維持するよう制御する装置である。
その後、移動装置131が走性プレートPを品質解析用撮影台102に設置する。例えば、品質解析用撮影台102には、図示しない重量検知装置が設置されており、重量検知装置が重量の変化を検知することで、品質解析用撮影台102に走性プレートPが設置されたことを検知する。制御装置3は、品質解析用撮影台102における走性プレートPの設置を検知すると、品質解析用カメラ101が走性プレートPを2分間撮影することで第1品質解析用撮影を行う。このようにすることで、各プレートPにおける第1品質解析用撮影を開始するタイミングを揃えることができる。
なお、制御装置3は、品質解析用撮影台102における走性プレートPの設置を検知すると、品質解析用光源103を点灯させる。
図5は、第1実施形態に係る線虫を用いた癌検査の概要手順を示す図である。図5〜図7において、適宜、図1〜図4を参照する。
図5に示すように、本実施形態では、線虫培養(S101)後、作成された走性プレートPに検査者が検体をプロット(セット)する(S102)。ここで、検体とは被検者の尿である。続いて、検査者が線虫を走性プレートPにプロットし(S103)、走性プレートPが癌検査装置1にセットされて、線虫の走性行動が開始されると、最初の2分間、品質解析用カメラ101による品質解析用撮影が行われる(S104)。ここでの品質解析用撮影は、第1品質解析用撮影である。
線虫の走性行動について十分な時間が経過すると(およそ13分間)、検査解析用カメラ111による検査解析用撮影が行われる(S106)。
その後、ステップS106で撮影された検査解析用画像を用いて検査解析処理が行われる(S107)。
また、癌検査を行う走性プレートPのすべてについて品質解析を行うことができる。つまり、品質解析について全数解析を行うことができる。
ここでは、検体A、検体B、検体Cそれぞれについて、図5と同様の手順で癌検査が行われている。図6において、各検体における処理S102〜S107は、図5における処理S102〜S107と同様なので、ここでは説明を省略する。なお、前記したように、検体とは被検者の尿であり、各検体は走性プレートPと対応している。
図6に示すように、線虫の走性行動の開始から30秒〜2分間、品質解析用撮影を行うことで、検体Aにおける第1品質解析用撮影が終了すると、検体Aの走性プレートPを保管庫121に移動させ、すぐに、検体Bにおける第1品質解析用撮影が行われる。そして、検体Bにおける第1品質解析用撮影が終了すると、検体Bの走性プレートPを保管庫121に移動させ、すぐに、検体Cにおける第1品質解析用撮影が行われる。つまり、複数のプレートPにおいて、プレートPの保管庫121における静置を並行して行うことができる時間であれば、品質解析用撮影を行う時間は、30秒〜2分間に限らない。
図7に示すように、これまでの線虫を用いた癌検査では、線虫を培養した(S101a)後、検体を走性プレートPにプロットし(S102a)、線虫を走性プレートPにプロットし(S103a)、線虫に走性行動させた(S105a)後、検査解析用撮影が行われる(S106a)。その後、撮影画像を基に、走性プレートPの線虫の位置と、数とが計数され、この計数結果を基に癌検査の判定(検査解析処理:S107a)が行われる。
つまり、比較例と、第1実施形態との大きな違いは、ステップS104の有無である。
図8は、第1実施形態に係る第1品質解析処理の詳細な手順を示すフローチャートである。適宜、図1〜図4を参照する。
まず、癌検査を行うための走性プレートPが、癌検査装置1にセットされる(S201)。ここで、セットされる走性プレートPには、尿+アジ化ナトリウム、アジ化ナトリウム及び線虫が所定の場所にプロットされている。
ここで、図9を参照して、検体及び線虫のプロット方法について説明する。
図9は、第1実施形態に係る検体及び線虫のプロット例を示す図である。
図9に示すように、領域321及び領域322の2点に線虫を麻痺させるためのアジ化ナトリウムをプロットする。そして、領域311及び領域312の2点に尿及びアジ化ナトリウム(尿+アジ化ナトリウム)をプロットする。
ここで、領域321と、領域311とを結ぶ線に平行な方向をx軸とし、該x軸に垂直な方向をy軸とする。
なお、図9の例では、アジ化ナトリウム及び尿+アジ化ナトリウムを各2点にプロットしているが、2点に限らない。
なお、図9における「α」、領域331〜333については後記する。
次に、線虫の走性行動が開始されると、最初の2分間、制御装置3は、品質解析用カメラ101に走性プレートP中の線虫の撮影(第1品質解析用撮影)を行わせる(S202)。この撮影は、タイムラプス的に写真を撮ってもよいし、動画を撮ってもよいし、シャッタを2分間開放することで、線虫の軌跡を撮ってもよい。前記したように、第1品質解析用撮影は、品質解析用撮影台102における載置物の変化を基に開始される。
具体的には、以下の手順でステップS204の処理が行われる。
(B1)画像処理部211が、撮影された第1品質解析用画像に対してコントラストの強くする等の処理を行うことで、線虫を認識しやすくする。
(B2)その後、移動度算出部212が移動度Mを算出する。
(B3)品質判定処理部214が、算出した移動度Mが所定の閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上であれば合格とし、閾値未満であれば不合格とする。
(C3)最初の2分間撮影し続けることで静止画像を取得する場合:移動度算出部212は、一定時間後におけるすべての線虫の原点からの距離の和の平均(Σ(Xn2+Yn2)1/2)/Nを算出することにより移動度Mを算出する。
(C4)最初の2分間撮影し続けることで静止画像を取得する場合:移動度算出部212は、一定時間後におけるすべての線虫の水平方向の距離の和の平均Σ(Xn)/Nを算出することにより移動度Mを算出する。
なお、(C4)の方法を用いることで、処理負荷を軽減することができる。
続いて、品質判定処理部214は品質総合判定を行う(S206)。ステップS206において、品質判定処理部214はステップS203において線虫の培養条件や、癌検査のための走性条件が所定の条件を満たしており、かつ、移動度Mが所定の閾値以上であるか否かを判定する。
そして、所定時間(例えば、13分間)待機することで(S211)、線虫に走性行動を行わせた後、制御装置3は、検査解析用カメラ111に走性プレートP中の線虫の撮影(検査解析用撮影)を行わせる(S212)。撮影された画像(検査解析用画像)は、制御装置3から分析装置2へ送信される。
次に、走性指数算出部213が、ステップS212で撮影された検査解析用画像を用いて、走性指数CIを算出する(S213)。
(D1)まず、走性指数算出部213は、泳動後の線虫の位置(最終位置座標)を識別する。
(D2)そして、走性指数算出部213は、最終位置座標x1が、図9に示す+αより大きい(x1>+α;すなわち、図9に示す領域331)線虫を計数する。ここで計数された線虫の数を、正の走性(すなわち、標準物質に対する誘引行動)を示す線虫の数N1とする。
D4)続いて、走性指数算出部213は、最終位置座標x1が、図9に示す−α以上、+α以下(−α≦x1≦+α;すなわち、図9に示す領域333)である線虫を計数する。ここで計数された線虫の数を、中性の走性を示す線虫の数N3とする。
そして、走性指数算出部213は、算出した誘引行動を示した線虫の数N1と、忌避行動を示した線虫の数N2とを基に、以下の式(1)によって走性指数CIを算出する。
(E1)画像処理部211は、検査解析用画像のコントラストを強調する。
(E2)画像処理部211は、画像から走性プレートPの輪郭線や、培地を消去する。この処理は、検査者が、画像のうちの走性プレートPや、培地に相当する箇所をマウス等で選択した後、画像処理部211が選択された箇所の画像を消去してもよい。あるいは、走性プレートPや、培地の場所は、どの画像でも同じであるので、画像中において予め消去する箇所が設定され、画像処理部211は設定されている箇所を消去してもよい。画像処理部211は、消去された箇所及び元々の背景を黒くする。なお、培地に色(黒に近い色が望ましい)をつけるようにしてもよい。このようにすると、(E2)の処理を行わなくても線虫を目立たせることができる。
(E4)走性指数算出部213は、画像の縦横の中心にx座標、y座標を設定する。さらに、走性指数算出部213は、画像において、図9に示す+α、−αの線を設定する。走性プレートPは、同じ大きさ、同じ方向で撮影されるので、走性指数算出部213は、予め入力されている情報を基に、x座標、y座標、+α、−αの線を容易に設定できる。
(E5)走性指数算出部213は、白い粒状に表示されている線虫を計数することで、線虫の最終位置座標を確認し、図9における+αの線を越えている線虫、−αの線を越えている線虫、+αの線と、−αの線の間にいる線虫を計数する。
なお、(E1)〜(E5)に示す線虫の計数方法は一例であり、その他の方法が用いられてもよい。
続いて、検査判定処理部215が、ステップS213で算出した走性指数CIが所定の閾値である0より大きい(CI>0)か否かを判定する(S221)。
ステップS221の結果、走性指数CIが所定の閾値である0より大きい場合(S221→Yes)、検査判定処理部215は、癌検査の結果を陽性と判定し(S222)、ステップS231へ処理を進める。
ステップS221の結果、走性指数CIが所定の閾値である0以下である場合(S221→No)、検査判定処理部215は、癌検査の結果を陰性と判定し(S223)、ステップS231へ処理を進める。
その後、出力処理部216が、出力装置206を介して癌検査結果通知書等を印刷(出力)する(S232)。
そして、品質判定処理部215は制御装置3に該当する検体の検査の中止を指示する(S241)。
品質判定処理部214から中止を指示された制御装置3は、癌検査装置1において該当する検体の癌検査を中止し(S242)、制御装置3は、表示装置4に癌検査の中止を表示させる(S243)。
図10は、第1実施形態に係る癌検査データの例を示す図である。
癌検査データ231は、検査ID、培養条件、走性条件、培養/走性条件判定結果、移動度M(mm)、移動度判定結果、品質総合結果、走性指数CI及び癌検査結果の各欄を有している。
検体IDは、癌検査に用いられる検体を識別するIDであり、走性プレートPに対し一意に付与されるIDである。
培養条件は、線虫を培養している環境に関する情報であり、環境温度(℃)、植菌量/大腸菌50μL、培地組成を有している。
環境温度は、線虫を培養している環境での温度である。
植菌量/大腸菌50μLは、線虫のえさとして培養プレートにまいた大腸菌の数である。この数値は、大腸菌を有するバッファを50μLプロットし、その光学密度を濁度計で測定した結果を示している。光学密度は、600nmでの光学密度を示している。
培地組成は、環境プレートにおける培地の組成に関する情報である。なお、図10では、培養条件における培地組成に「B1」が格納されているが、これは簡略化のために記号化したものであって、実際には具体的な数値や、物質名等が格納されている。
環境温度は、線虫に走性行動させる際の環境での温度である。
培地組成は、走性プレートPにおける培地の組成に関する情報である。なお、図10では、走性条件における培地組成に「B2」が格納されているが、これは簡略化のために記号化したものであって、実際には具体的な数値や、物質名等が格納されている。
走性時間は、線虫に走性行動させた時間である。
線虫数は、走性プレートPにまかれた線虫の数である。
移動度判定結果は、図8のステップS206の判定結果である。図10の例では、移動度M>6(mm)のとき、検体ID「P1」〜「P4」の線虫は品質条件を満たしている。すなわち、該当する走性プレートPの線虫による癌検査結果の信頼性が高いことを示している。なお、図8の例では、移動度M>6(mm)のとき、線虫は品質条件を満たしているとしているが、6mmに限らない。
図10の例では、検体ID「P1」〜「P4」の線虫は品質条件を満たしており、検体ID「P5」の線虫は品質条件を満たしていないことを示している。
なお、検体ID「P5」は、判定結果が「×」、つまり、使用されている線虫が品質条件を満たしていないため、該当する癌検査結果は中止となる。
このように、培養条件、走性条件及び移動度Mのすべてが所定の条件を満たしているか否かで、品質解析の判定を行うことにより、培養条件、走性条件を加味した解析を行うことができ、品質解析の信頼性を向上させることができる。
癌検査結果は、走性指数CIを基に判定される癌検査の結果である。「陽」は「陽性」を示し、「陰」は陰性を示す。ここでは、走性指数>0のとき、検査判定処理部215は「陽性」と判定し、走性指数CI≦0のとき、検査判定処理部215は「陰性」と判定している。なお、癌検査結果の欄において「×」は、品質総合結果が「×」、すなわち、第1品質解析の結果、用いられた線虫の品質の信頼性が低いため、該当する走性指数CIの信頼性が低いため、癌検査は中止となる。
培養/走性条件判定結果の欄は、図8のステップS203の段階で格納される情報である。
また、品質総合結果の欄は、図8のステップS206の段階で格納される情報である。
そして、走性指数CIの欄は図8のステップS213の段階で格納される情報である。癌検査結果の欄は図8のステップS222及びステップS223の段階で格納される情報である。
図11は、第1実施形態に係る癌検査のための詳細な手順の一例を示す図であり、(a)は培養工程を示す図であり、(b)は癌検査工程を示す図である。
図11(a)に示すように、まず、プレート作成者が、培養プレートを作成する(S301)。そして、必要に応じて、プレート作成者が、線虫植継ぎ作業を行うことで(S311)、新たな培養プレートを作成する(S312)。さらに、プレート作成者は、ステップS311で作成した培養プレートを基に、線虫植継ぎ作業を行うことで(S321)、新たな培養プレートを作成する(S322)。
次に、検査者が、プレート作成者によって作成された走性プレートPに、線虫を麻痺させるためのアジ化ナトリウムをプロットする(S402)。
次に、検査者は、走性プレートPに検体をプロットする(S403)。
続いて、検査者は、走性プレートPに線虫をプロットする(S404)。
そして、検査者は、図9に示すように、走性プレートPにプロットした線虫を拡散する(S405)と、走性プレートPを癌検査装置1にセットする(S411)。
ステップS412の撮影が終了すると、走性プレートPは保管庫121において、およそ13分間、静置されるとともに、分析装置2が第1品質解析用画像を用いて品質解析処理を行う(S413)。ここでの、品質解析処理は、第1品質解析処理である。この処理は、図8のステップS203〜S211の処理と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
その後、癌検査装置1の検査解析用カメラ111が、走性プレートPを、およそ5秒間撮影する検査解析用撮影を行う(S414)。この処理は、図8のステップS212の処理である。なお、ここでの撮影時間は、検査解析に必要な画像が得られれば5秒間に限らない。撮影された画像(検査解析用画像)は分析装置2へ送信される。
そして、分析装置2は、ステップS415の処理の結果を記憶装置203に格納する(S416)。
なお、図12において、図11と同様の処理は同一の符号を付して説明を省略する。
図11の処理と異なる点は、図12(b)において、走性プレートが癌検査装置1にセットされた(S411)後、1時間静置され(S413a)、そして、検査解析用カメラ111が30分間線虫を撮影する(S414a)。その後、図11(b)のステップS415,S416と同様の処理が行われる。
(第1品質解析用画像)
図13は、第1実施形態に係る線虫の第1品質解析用画像の例を示す図であり、(a)は線虫の移動が良好ではない例を示し、(b)は線虫の移動が良好である例を示している。
図9に示す第1品質解析用画像は、図8のステップS102で撮影されたものである。すなわち、図9に示す第1品質解析用画像は、線虫の走性行動が開始されてから2分間撮影し続け、線虫の移動の軌跡を記録したものである。
ちなみに、線虫及び検体のプロット方法は、図9に示す方法である。
これに対し、図13(b)に示す第1品質解析用画像では、線虫が活発に移動している様子がみてとれる。
図14は、第1実施形態に係るプロット条件と、移動度との関係を示す図である。なお、図14及び図15における移動度は、前記した(C4)の方法で算出された移動度である。
図14において、縦軸は移動度(mm)を示し、横軸は走性行動開始からの経過時間(秒)を示している。
ここで、プロット条件とは、線虫をプロットする際の条件であり、丁寧に(あるいは上手に)線虫をプロットしたか、雑に線虫をプロットしたか(線虫のプロットが下手か)等である。図14において、グラフ401は丁寧に線虫をプロットした結果であり、グラフ403は、わざと雑に線虫をプロットした結果である。グラフ402は、グラフ401と、グラフ403との中間ぐらいの丁寧さで線虫をプロットした結果である。
図15は、第1実施形態に係る移動度、走性指数との関係を示す図である。
ここで、棒グラフは、走性指数を示し、実線501は走性行動開始後、2分間における移動度を示している。また、図15における「よい条件」は図14のグラフ401と同じプロット条件を示し、「普通の条件」は図14のグラフ402と同じプロット条件を示し、「悪い条件」とは図14のグラフ403と同じプロット条件を示している。
図15に示すように、プロット条件が良好であれば走性指数は高い値を示し、プロット条件が不良であれば走性指数は低い値を示す。
また、線虫が適切な癌検査結果を示すことができるか否かは、前記した検査者の上手・下手に加えて、培地の状態、培地環境、走性環境等、様々な要因が関係してくるが、第1実施形態によれば、これらの要因を含んで、線虫の品質を解析することができる。
また、品質解析用カメラ101及び検査解析用カメラ111は固定されているのが好ましい。さらに、品質解析用カメラ101及び検査解析用カメラ111は、オートフォーカスを行うようにするのが好ましい。
また、本実施形態では、癌検査システム10は、走性行動開始後2分間の撮影で品質解析(第1品質解析)を行い、その後、改めて検査解析を行っているが、これに限らず、癌検査システム10は、走性行動開始後2分間の撮影で検査解析も行うようにしてもよい。
また、本実施形態では、品質解析用撮影台102に走性プレートPが載置されると、第1品質解析用撮影が開始されるとしているが、走性プレートP(シャーレ)の蓋が閉められた時を契機として第1品質解析用撮影が開始されてもよい。この場合、品質解析用撮影台102(図3、図4参照)に重量検知装置が備えられており、制御装置3は、品質解析用撮影台102にのっている物体の重量に、シャーレの蓋分の重量が加算されたら、癌検査装置1に第1品質解析用撮影を行うよう指示してもよい。
そして、本実施形態では、走性行動開始後2分間における線虫の平均移動距離である移動度を基に第1品質解析を行っているが、走性行動開始後2分間における移動度及び走性指数を基に第1品質解析及び検査解析が行われてもよい。
また、第1品質解析と、検査解析との順番が逆となってもよい。
また、走性プレートPにおける培地が光を透過するが黒に近い色に色付けられていてもよい。このようにすることで、分析装置2が線虫の識別を行いやすくなる。
(癌検査システム)
図16は、第2実施形態に係る癌検査システムの構成例を示す図である。
第2実施形態に係る癌検査システムK10では、第1実施形態に係る品質解析に加え、イソアミルアルコールのように尿に代わる標準物質を用いて線虫の走性解析を行うことで品質解析を行う。なお、第1実施形態における第1品質解析と区別するため、第2実施形態における品質解析を第2品質解析と称する。
まず、1つの培養プレート(シャーレ)Paから、5つのプレートPb〜Pf(複数の解析単位)に線虫が分注される。5つのプレートPb〜Pfに分注された線虫のうち、4つのプレートPb〜Pe(線虫)が検査解析用として癌検査装置1に導入される。よって、プレートPb〜Peに関しては、第1品質解析が行われた後、検査解析が行われる。
また、1つのプレートPf(線虫)が第2品質解析用として品質解析装置K1に導入される。なお、1つの培養プレートPaから、5つのプレートPb〜Pfに線虫が分注され、5つのプレートPb〜Pfのうち、4つのプレートPb〜Peが検査解析用となっているが、これに限らない。なお、検査解析用のプレートPb〜Peを、走性プレートPと適宜称する。つまり、同一条件で培養された線虫を、検査解析用と、第2品質解析用に分けることで、癌検査に用いられた線虫の品質(生きのよさ等といった活動性)を確認することができる。
プレートPfでは、図9に示すように線虫及びアジ化ナトリウムがプロットされるが、図9の領域311,312には、尿の代わりに標準物質であるイソアミルアルコールがプロットされる。
また、プレートPb〜Peには、同一人物の検体(尿)がプロットされるものとしているが、別人物の検体がプロットされてもよい。
品質分析装置K2は、品質解析装置K1から取得した情報を基に、検査に用いられた線虫の品質に関する情報を分析する。
癌検査装置1及び分析装置2は図2に示すものと同様のものである。
品質分析装置K2や、分析装置2は、検査の結果が記載され、被検者に通知される検査結果通知書K900を出力する。
なお、図16では、癌検査装置1や、品質解析装置K1を制御し、癌検査装置1や、品質解析装置K1で得られた結果を、分析装置2や、品質分析装置K2に送信する制御装置を図示省略している。また、図16では、図1に示す表示装置4を図示省略している。
図17は、第2実施形態に係る品質解析装置の構成例を示す機能ブロック図である。
品質解析装置K1は、撮像部K101、載置部K102及び照明部K103を有している。
載置部K102は、第2品質解析が行われる線虫が分注されているプレートPf(図16参照)が検査者によって載置される。
照明部K103は、載置部K102に載置されたプレートPfを下方から照らす。照明部K103は、第1実施形態における品質解析用光源103、検査解析用光源113と同様、LED光源であることが望ましい。
撮像部K101は、載置部K102に載置され、照明部K103によって下方から照明をあてられたプレートPf(線虫)を撮影(撮像)する。なお、第2実施形態では、撮像部K101はカメラによって静止画を撮影することを想定しているが、ビデオカメラとして動画を撮影するようにしてもよい。なお、撮像部K101は、オートフォーカスによって撮影を行うことが望ましい。
なお、品質解析装置K1の具体的な構成例については後記する。
図18は、第2実施形態に係る品質分析装置の構成例を示す機能ブロック図である。
品質分析装置K2は、例えば、PC等であり、メモリK201、記憶装置K202、CPU203、通信装置K204、入力装置K205、出力装置K206を有している。
通信装置K204は、品質解析装置K1等との間でデータの送受信を行う。
入力装置K205は、キーボードや、マウス等である。
出力装置K206は、第2実施形態ではプリンタ等であり、検査結果通知書K900(図16)を印刷する。
計数部K211は、標準物質(イソアミルアルコール)に対して誘引行動を示している線虫の数や、標準物質に対して忌避行動を示している線虫の数や、中性の行動を示している線虫の数を計数する。ここで、中性の行動とは、誘引行動も、忌避行動も示していない線虫の行動である。
算出部K212は、計数部K211による計数結果を基に、走性指数CIを算出する。走性指数については後記する。
判定部K213は、算出部K212が算出した走性指数CIを基に、癌検査に用いられている線虫が適切な線虫であるか否かの品質判定を行う。
出力処理部K214は、判定部K213による判定結果を検査結果通知書K900に印刷する。
なお、癌検査装置1及び分析装置2の構成は、図2〜図4で説明済みであるので、ここでの説明を省略している。
図19及び図20は、第2実施形態に係る品質解析装置の具体的な構成の一例を示す図である。なお、図19は線虫をセットする前の状態を示しており、図20はプレートPfをセットした後の状態を示している。なお、図19及び図20に示す品質解析装置K1は、一例であり、この構成に限らない。
まず、図19に示すように板状の載置部K102の上にプレートPfが載置される。そして、載置部K102が、検査者によって押し込まれると、載置部K102はスライド部K111に沿ってスライドし、載置部K102がガラス部K112(図19)上にセットされる(図20参照)。なお、載置部K102において、プレートPfがセットされる部分の下は透明な部材で構成されている。
なお、挟持部K116におけるねじK121を緩めることで、挟持部K116は第2支持部K115に沿って移動可能となる。このようにすることで、撮像部K101の高さを調節することができる。
次に、図21〜図22を参照して、記憶装置K202,402に格納されている各種データの説明を行う。図21〜図22において、適宜、図16を参照する。
なお、第2実施形態において、図10の検査データ231のレコードは走性プレートP毎に設けられていることが望ましい。例えば、同一の培養プレートPaから分注された4つの走性プレートPそれぞれについて、検査データ231のレコードが設けられるようにすることが望ましい。
図21は、第2実施形態に係る品質解析データの構成例を示す図である。
品質解析データK24は、プレートID、走性温度(℃)、走性時間(分)、照明条件、線虫グループID、線虫総数、正の走性、負の走性、中性、走性指数CI、標準物質及び合格ラインの各欄を有している。
プレートIDは、プレートPfのIDである。
走性時間は、第2品質解析において線虫に走性行動をさせた時間である。
照明条件は、第2品質解析における照明部K103(図17)の明るさである。なお、図21の例では、常に照明部K103が点灯されている状態であるが、図22と同様に線虫に走性行動をさせている時は照明部K103を消灯しており、撮影時に照明部K103を点灯させるようにしてもよい。
正の走性は、イソアミルアルコールに対して誘引行動を示した線虫の数である。
負の走性は、イソアミルアルコールに対して忌避行動を示した線虫の数である。
中性は、イソアミルアルコールに対して誘引行動も忌避行動も示さなかった線虫の数が格納される。
走性指数CIは、後記する所定の手法によって算出された線虫の走性行動に関する指数が格納される。
なお、正の走性、負の走性、中性、走性指数については後記して説明する。
標準物質は、検査解析における尿の代わりに用いられる物質であり、ここではイソアミルアルコールが用いられている。
合格ラインは、第2品質解析の結果に対する合格ラインであり、第2実施形態では、標準物質としてイソアミルアルコールを用いた第2品質解析の結果、走性指数CIが「+0.7」より大きければ合格としている。
図21の例では、プレートID「Pf1」、「Pf2」が合格であり、プレートID「Pf3」は不合格である。
なお、品質解析データK24において、図10に示す検査データ231と同様に培養条件や、走性条件についての欄が設けられてもよい。
図22は、第2実施形態に係る線虫データの構成例を示す図である。
線虫データK25は、線虫個体における情報を管理するためのデータであり、線虫グループID、個体ID、時間(分後)、フェレ径(mm)、座標、移動距離(mm)、速度(mm/s)、平均フェレ径(mm)、平均移動距離(mm)及び平均速度(mm/s)の各欄を有している。
線虫グループIDは、第2品質解析に用いられた線虫のグループに対する識別情報である。なお、図21で前記したように品質解析データK24と、線虫データK25とは、線虫グループIDによって互いにリンクしている。
時間は、第2品質解析において線虫に走性行動を行わせた経過時間である。
フェレ径は、図23に示す大きさである。フェレ径を用いているのは、随時動いている線虫K701の体長(まっすぐに伸ばした長さ)を正確に測定するのが難しいためである。フェレ径は、図23に示すような大きさであるので、線虫の伸び具合によって大きさが変化する。なお、フェレ径は、図23に示す大きさに限らず、図23で示した長方形の対角線、楕円で近似した際の長径等で定義することも可能である。ここで、楕円とは、例えば、図23で示す長方形に内接する楕円である。
移動距離は、該当する経過時間における線虫の移動距離である。
速度は、該当する経過時間における線虫の速度である。速度は、移動距離/経過時間で算出される。
平均移動距離とは、線虫グループIDで示される線虫グループにおける線虫の移動距離の平均である。
平均移動速度とは、線虫グループIDで示される線虫グループにおける線虫の移動速度の平均である。
図24は、第2実施形態に係る第2品質解析処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図17〜図20を参照する。
まず、計数部K211は、泳動後の線虫の位置(最終位置座標)を識別する(SK101)。このとき、計数部K211は、図21に示す品質解析データK24の線虫総数の欄に計数した結果を入力する。
そして、計数部K211は、最終位置座標x1が、図9に示す+αより大きい(x1>+α;すなわち、図9に示す領域331)線虫を計数する(SK102)。ここで計数された線虫の数を、正の走性(すなわち、標準物質に対する誘引行動)を示す線虫の数N1とし、図21に示す品質解析データK24の正の走性の欄に計数した結果を入力する。
続いて、計数部K211は、最終位置座標x1が、図9に示す−α以上、+α以下(−α≦x1≦+α;すなわち、図9に示す領域333)である線虫を計数する(SK104)。ここで計数された線虫の数を、中性の走性を示す線虫の数N3とし、図21に示す品質解析データK24の中性の欄に計数した結果を入力する。このとき、計数部K211は、N1+N2+N3を算出し、図21に示す品質解析データK24の線虫数に格納してもよい。
ステップSK106の結果、走性指数CIが所定の値βより大きい場合(SK106→Yes)、判定部K213は問題なしと判定する(SK107)。すなわち、判定部K213は、解析対象となっている線虫と同じロットから分注された線虫を用いた癌検査の信頼性は高いと判定する。
ステップSK106の結果、走性指数CIが所定の値β以下の場合(SK106→No)、判定部K213は問題ありと判定する(SK108)。すなわち、判定部K213は、解析対象となっている線虫と同じロットから分注された線虫を用いた癌検査の信頼性は低いと判定する。
ステップSK108において、問題ありと判定された場合、検査者は解析対象となっている線虫のロットとは別のロットを用いることで、癌検査をやり直す。このようにすることで、信頼性の高い癌検査を行うことが可能となる。
図25は、第2実施形態に係る検査結果通知書の例を示す図である。
検査結果通知書K900は、第1実施形態又は第2実施形態における品質解析及び検査解析が行われた結果、被検者に示されるものであり、検査結果領域K901と、品質保証領域K902とを有する。
検査結果領域K901には、線虫による癌検査結果(分析装置2による癌検査の結果)が印刷されている。なお、癌検査結果は、図9の癌検査結果の欄を参考に印刷されるものである。
品質保証領域K902には、分析装置2や、品質分析装置K2による品質解析の結果が印刷されている。すなわち、癌検査に用いられている線虫の品質は保証されていることが印刷されている。このように、品質保証領域K902を有することで、被検者の信頼を向上させることができる。
また、品質保証領域K902には、品質解析の結果だけでなく、どのような基準で品質解析が行われたかの情報が印刷されてもよい。このようにすることで、被検者の癌検査に対する信頼性をさらに向上させることができる。
結果として、癌検査の結果には、どのような状態の線虫が用いられたのか、どのような作業が行われたか、言い換えれば、使用された線虫の状態は癌検査に適した状態であったのかに関する情報が必要となってくる。
このように、第2実施形態によれば、第1実施形態の効果に加えて、さらに、信頼性の高い線虫の品質保証を行うことができる。
特に、第1実施形態における第1品質解析では、検査者の手順の良好・不良を判定し、第2実施形態における第2品質解析では、線虫の培養条件・走性条件が、本当に良好であるか否かを判定することができるので、癌検査の信頼性を非常に高めることができる。
また、第1実施形態及び第2実施形態では、検査結果通知書K900が紙に印刷されるものとしているが、これに限らず、被検者がログイン処理すれば、所定のPC等の画面に表示されるものとしてもよい。
第1実施形態及び第2実施形態では、検査解析に用いられる検体として尿が用いられているが、汗、被検査者2の細胞、血液、唾液、呼気等といった被検査者2に由来の生体関連物質を用いてもよい。
また、第1実施形態及び第2実施形態では、野生種の線虫を用いることを想定しているが、線虫の嗅覚神経に、神経内カルシウム濃度を測定できるインディケータ遺伝子を発現される等した、遺伝子改変線虫が用いられてもよい(トランスジェニック線虫が用いられてもよいし、特定の遺伝子を破壊して欠失させたノックアウト線虫が用いられてもよい)。
また、第1実施形態及び第2実施形態では、第1品質解析及び第2品質解析に用いる線虫を図9におけるプレートP(Pf)の中心(領域301)にプロットしているが、線虫の走性行動を計測できる箇所であれば、これに限らない。例えば、線虫をプレートP(Pf)における培地上に散布して、どれくらい、尿(又は標準物質)+アジ化ナトリウムの周辺に線虫が集まるかを計測してもよい。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
2 分析装置
3 制御装置
4 表示装置
10,K10 癌検査システム
101 品質解析用カメラ(品質情報取得部、撮影部)
102 品質解析用撮影台(撮影台)
103 品質解析用光源
111 検査解析用カメラ(検査情報取得部)
112 検査解析用撮影台
113 検査解析用光源
121 保管庫
122 廃棄庫
131 移動装置
141 プレート設置台
142 温度制御装置
211 画像処理部
212 移動度算出部(第1走性情報生成部)
213 走性指数算出部(第2走性情報生成部)
214 品質判定処理部(品質判定部)
215 検査判定処理部(癌検査判定部)
216 出力処理部
231 癌検査データ
K1 品質解析装置
K2 品質分析装置
K211 計数部
K212 算出部
K213 判定部
K214 出力処理部
K24 品質解析データ
K25 線虫データ
K101 撮像部
K102 載置部
K103 照明部
K900 検査結果通知書
K901 検査結果領域
K902 品質保証領域
P 走性プレート
Pa 培養プレート
Pb〜Pf プレート
Claims (15)
- 被検者の尿と、線虫と、がセットされたプレートの設置に対して、最初の所定時間、前記線虫の品質解析のための走性行動に関する情報を取得する品質情報取得部と、
前記品質情報取得部が取得した情報を基に、前記線虫の走性行動に関する第1の情報である第1の走性情報を生成する第1走性情報生成部と、
前記第1の走性情報を基に、前記線虫の品質を判定する品質判定部と、
前記線虫による癌検査解析のための走性行動に関する情報を取得する検査情報取得部と、
前記検査情報取得部が取得した情報を基に、前記線虫の走性行動に関する第2の情報である第2の走性情報を生成する第2走性情報生成部と、
前記第2の走性情報を基に、前記尿の提供元である被検者における癌の有無を判定する癌検査判定部と、
を有することを特徴とする癌検査システム。 - 前記第1の走性情報は、
前記最初の所定時間、前記線虫が移動した距離に関する情報である
ことを特徴とする請求項1に記載の癌検査システム。 - 前記プレートに、前記線虫が複数おり、
前記線虫が移動した距離は、前記線虫が移動した平均距離である
ことを特徴とする請求項2に記載の癌検査システム。 - 前記線虫がセットされた位置に対して、前記尿がセットされた位置への方向を水平方向とすると、
前記線虫が移動した平均距離は、
複数の前記線虫の移動距離のうち、前記水平方向のみの移動距離を積算し、前記線虫の数で除した値である
ことを特徴とする請求項3に記載の癌検査システム。 - 前記品質判定部は、
前記線虫が移動した距離が所定の値以上であり、かつ、前記線虫の培養条件及び前記線虫の走性条件が所定の条件を満たしている場合、前記線虫の品質の判定結果を合格とする
ことを特徴とする請求項2に記載の癌検査システム。 - 前記品質解析のための走性行動に関する情報が取得された後、前記プレートが静置され、該静置の後、前記検査情報取得部が、前記癌検査解析のための走性行動に関する情報を取得し、
前記最初の所定時間とは、複数の前記プレートにおいて、前記プレートの静置を並行して行うことができる時間である
ことを特徴とする請求項1に記載の癌検査システム。 - 前記品質情報取得部は、撮影部を有しており、
前記撮影部は、撮影台に載置された前記プレートの重さの変化を契機として前記プレートの撮影を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の癌検査システム。 - 同一の培養単位から複数の解析単位に分注された線虫群が、癌検査のための検査解析用の線虫群である検査解析用線虫群と、線虫の品質保証解析のための品質解析用の線虫群である品質解析用線虫群と、に分けられており、
前記品質判定部は、
前記検査解析用線虫群に対して、前記第1の走性情報による線虫の品質の判定を行うとともに、
前記線虫がどのような走性行動を行うかが分かっている標準物質に対する前記品質解析用線虫群の走性行動に関する情報を出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の癌検査システム。 - 線虫及び被検者の尿を用いることによって癌検査を行うとともに、前記癌検査に用いられる前記線虫の品質を判定する癌検査システムが、
被検者の尿と、前記線虫と、がセットされたプレートの設置に対して、最初の所定時間、前記線虫の品質解析のための走性行動に関する情報を取得し、
前記品質解析のための走性行動に関する情報を基に、前記線虫の走性行動に関する第1の情報である第1の走性情報を生成し、
前記第1の走性情報を基に、前記線虫の品質を判定し、
前記線虫による癌検査解析のための走性行動に関する情報を取得し、
前記癌検査解析のための走性行動に関する情報を基に、前記線虫の走性行動に関する第2の情報である第2の走性情報を生成し、
前記第2の走性情報を基に、前記尿の提供元である被検者における癌の有無を判定する
ことを特徴とする癌検査評価方法。 - 前記第1の走性情報は、
前記最初の所定時間、前記線虫が移動した距離に関する情報である
ことを特徴とする請求項9に記載の癌検査評価方法。 - 前記プレートに、前記線虫が複数おり、
前記線虫が移動した距離は、前記線虫が移動した平均距離である
ことを特徴とする請求項10に記載の癌検査評価方法。 - 前記線虫がセットされた位置に対して、前記尿がセットされた位置への方向を水平方向とすると、
前記線虫が移動した平均距離は、
複数の前記線虫の移動距離のうち、前記水平方向のみの移動距離を積算し、前記線虫の数で除した値である
ことを特徴とする請求項11に記載の癌検査評価方法。 - 前記癌検査システムは、
前記線虫が移動した距離が所定の値以上であり、かつ、前記線虫の培養条件及び前記線虫の走性条件が所定の条件を満たしている場合、前記線虫の品質の判定結果を合格とする
ことを特徴とする請求項10に記載の癌検査評価方法。 - 前記品質解析のための走性行動に関する情報が取得された後、前記プレートが静置され、該静置の後、前記癌検査システムが、前記癌検査解析のための走性行動に関する情報を取得し、
前記最初の所定時間とは、複数の前記プレートにおいて、前記プレートの静置を並行して行うことができる時間である
ことを特徴とする請求項9に記載の癌検査評価方法。 - 同一の培養単位から複数の解析単位に分注された線虫群が、癌検査のための検査解析用の線虫群である検査解析用線虫群と、線虫の品質保証解析のための品質解析用の線虫群である品質解析用線虫群と、に分けられており、
前記癌検査システムは、
前記検査解析用線虫群に対して、前記第1の走性情報による線虫の品質の判定を行うとともに、
前記線虫がどのような走性行動を行うかが分かっている標準物質に対する前記品質解析用線虫群の走性行動に関する情報を出力する
ことを特徴とする請求項9に記載の癌検査評価方法。
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