JP6805242B2 - 培養皿内でのバクテリアの培養の画像を得る装置 - Google Patents

Description

本発明は、培養媒体により、バクテリア・コロニーの培養が行われるプレート（皿）で繁殖するバクテリア・コロニーを観測するコントラスト観測室を提供する装置に関する。

バクテリア培養は、食料品、医薬品等に存在するバクテリアの数と種類を決定するために行われる。

バクテリア培養は「ＰＥＴＲＩ」として知られるプレート上で実行される。このプレート上に、バクテリアの餌であるgelled agar-agar培養液からなる基礎物質が堆積されている。このプレート上に解析すべき対象物（製品）の抽出物が配置される。このプレートは次にオーブン内に入れられバクテリアの成長／繁殖を促し、別のコロニーが、解析すべき製品の抽出物に存在する微生物（microorganism）から生成される。

ＥＰ０６２５５６９号公報 ＥＰ１６８６３６８号公報

本発明により提供されるコントラスト観測室の目的は、バクテリア・コロニーの画像を得ることである。これにより、画像の自動処理と、繁殖したバクテリア・コロニーの数を決定する自動カウント、ディスプレイ上に表示されたバクテリア画像が得られる。その結果、それらバクテリアは互いに分離されるが、それらは、抑制領域の色又は測定の手段により行われる。前記画像は電子画像捕捉装置の手段特に高解像度のデジタル画像／写真カメラにより得られる。これらのカメラは、ＰＥＴＲＩ皿であるプレートが配置される抑制領域に完全に焦点が合わせられている。

特許文献１は、培養媒体に対しバクテリア・コロニーにスポットを当てるコントラスト観測室を具備する装置を開示する。同装置においては、プレートはコントラスト観測室内に配置され暗く不透明なディスクによりカバーされる。このディスクは読み取りヘッドの反対側でかつプレートの下に配置される。このプレートは、読み取りヘッドの捕捉面に平行ではない複数の面から、照射される。

特許文献２は特許文献１と同様な装置を開示している。文献２においては、光源（照射源）は環状に配置された複数のＬＥＤで形成され、そのビームを反射表面の方に向ける。この反射された光が、培養サンプルを載せたＰＥＴＲＩプレートを通過し、最終的に画像捕捉装置に到達する。

上記の種類の装置は、自動コロニー・カウンターと称し、Bioras社からPetrilyerの商品名で市販されている。この装置は、この分野では公知の画像解析技術を用いて、ＰＥＴＲＩ皿上のバクテリア・コロニーをカウントする。この装置は、支持部材の上にＰＥＴＲＩ皿を配置する溝を有する円筒状チェンバを有する。円筒状チェンバは、画像捕捉チェンバから離れ、懸垂状態で配置されている。この照射装置は、ＰＥＴＲＩ皿用の透明な支持部材の下で内側円筒表面に近い場所に配置されたＬＥＤのリング（輪）からなる。

上記の従来技術の文献のいずれも、均一でかつ調整された光度で、ＰＥＴＲＩ皿に間接的に当たる反射光を用いることを開示していない。

本発明は、培養皿内でバクテリア・コロニーの画像を得る装置に関する。
培養皿上で実行されるバクテリア培養技術は、この培養皿上で増殖されるバクテリア・コロニーの数をカウントすることを含む。上記したように人間の手を借りてカウントする方法あるいは自動画像認識システムを用いてカウントする方法がある。しかし両方とも、最適の照射状態下で培養皿の画像を得ることが必要である。これにより、コロニーを、強調し、コロニーが増殖する基板、不正確な照射に起因する阻止すべき他の増殖、反射、シャドウ化、不規則な照射、差し込んだ照射ポイント、又は他の光学歪みの影響から切り離すことができる。

上記課題を解決するために、本発明の装置は、
●培養皿を支持する培養皿支持部材と、
●前記培養皿支持部材の周囲に、その光が前記培養皿支持部材に当たらないような方向を向いて環状に配置される光源と、
●前記光源に面して配置され、前記培養皿支持部材の方向に光を反射する反射性表面と、
●前記培養皿支持部材から離れてそれに面し、前記培養皿支持部材の中央でその上方に配置された培養皿の画像を捕捉する画像捕捉装置と
を有する。

その為、本発明の装置は、検査すべき培養皿が配置される培養皿支持部材を含む。培養皿支持部材は、その上の配置される培養皿全体の画像を得る画像捕捉装置に向いて配置されている。培養皿支持部材は水平表面ができるように配置される。画像捕捉装置は、培養皿支持部材から離れてその上方でその中心部分に配置される。培養皿支持部材が透明な場合は、画像捕捉装置は、この培養皿支持部材の下に配置され、透明な培養皿支持部材を通して培養皿を観測してもよい。

環状の光源が、支持部材を囲むように培養皿支持部材の回りに配置される。この光源は、放射された光の大部分が培養皿支持部材に当たらないように、あるいはその上に配置されている培養皿上に当たらないように、方向付けられている。

この放射された光は、反射表面で反射され、培養皿上に光の大部分を戻す。これにより、培養皿を間接的に均一な反射光で照射できる。

新たな方法として、反射性表面と非反射性表面と組み合わせてコントラスト観測室を形成する。この中に培養皿支持部材の上に配置された培養皿が閉じこめられる。環状の光源と画像捕捉装置がこのコントラスト観測室内に形成される。非反射性表面は、画像捕捉装置の周りを囲むように配置され、培養皿支持部材の方向を向きそれから離れてその上方に配置される。非反射性表面はアルベドが０．４未満となる表面仕上げが施されている。

観測すべき培養皿は、コントラスト観測室内に閉じこめられる。コントラスト観測室は、培養皿支持部材の上方の重なる位置でそれに面して配置される非反射性表面と、培養皿支持部材を囲む反射性表面とから形成される。

コントラスト観測室は、その中に漏れ入る外部光を阻止し、外部光の入射に起因する色素歪み（chromatic distortions）、陰の付いたゾーン（zone with shadow）、反射等の生成を阻止する。

更に画像捕捉装置の周囲に配置され培養皿支持部材に面しそれの上方に重ね合わされるように（懸垂状態で）非反射性表面を配置することにより、得られた画像内の反射の発生を阻止できる。この領域が反射性の場合には、光源により放射された光ビームは、反射性表面で反射され、培養皿支持部材上に配置された培養皿に９０°に近い入射角で当たる。これは、培養皿にほぼ直交する方向で画像捕捉装置の方向に再度反射される原因となる。この種の反射は、培養皿上の９０°に近い入射角と反射角があり、グレア（glare）や反射を引き起こし、得られた画像内のバクテリア・コロニーをカウントすることを困難にする。

この様な理由で、画像捕捉装置を包囲する表面全体は非反射性表面である。これにより培養皿に当たった光が培養皿の方向に反射されるのを阻止する。その結果この様な問題が回避できる。そのため培養皿支持部材にあるいは培養皿に当たる全ての光は、反射性表面から反射された光からくる。反射性表面は、非反射性表面がない場所に配置される。即ち反射性表面は、画像捕捉装置の周囲に配置される、あるいは培養皿支持部材に面しそれに重ね載せられるか載せられる位置に配置される。反射性表面は、培養皿支持部材に対し周辺領域に配置され、反射による側面照射を生成する。この様な配置の結果として、培養皿に当たる光の入射角は９０°よりも遥かに小さい。

本明細書では、非反射性表面とはアルベドが０．４以下の表面仕上げを有する表面を意味する。即ち非反射性表面は入射した光エネルギーの４０％以下しか反射しない。非反射性表面のアルベドは０．２未満が好ましい。

同様に反射性表面とは入射光の４０％以上を反射する表面である。この表面仕上げのアルベドは０．６又は０．８以上が好ましい。

他の実施例によれば、反射性表面又は非反射性表面あるいはその両方は、球形状をしている。言い換えると、両方の表面あるいはいずれか一方の表面は、球の一部の形状を有し、コントラスト観測室の内側を通って正確かつ均一な光の分布を生成する。

更に反射性表面は、２つの切頭の頂部を有する球形状の少なくとも１つの切頭の頂部を有し、その直径は環状光源の環状直径よりも大きい。その結果この反射性表面が光源を包囲する。

他の実施例においては、非反射性表面は、２つの切頭の頂部を有する球形状の少なくとも１つを有し、その直径は環状光源の環状直径よりも大きい。その結果光源の垂直方向には反射性表面は存在しない。

反射性表面の少なくとも一部又は非反射性表面の少なくとも一部を伴う反射性表面の少なくとも一部は、前記培養皿支持部材を包囲する閉鎖位置から開放位置へと動くことができる。閉鎖位置においては培養皿の画像が最適な照射条件で得られる。開放位置においては、培養皿をコントラスト観測室内に導入するためのアクセス（出入り口）が提供できる。前記の動きは、培養皿支持部材に直交する方向で行われてもよい。

反射性表面の一部又は全部の動きは、非反射性表面を伴うか否かを問わず、コントラスト観測室を開くことができ、培養皿を入れたり取り扱ったり交換することが可能となる。同時に前記コントラスト観測室を閉じることもでき、外部光が入るのを阻止し、最適の画像が制御した光で得られる。

コントラスト観測室の可動部分はガイド手段に取り付けられる。ローターと連結ロッドからなる駆動手段により、その動きとその移動制限が可能となる。ガイド手段は様々な形状が考えられる。例えば、ランナーとランナーが上を動くスライド表面、カムとカム・フォロア、ホールに入れられたシャフト、あるいは導入されたリングを有するバーとがある。これにより一方向の相対的な動きが可能となる。駆動手段には様々なタイプがある。例えばモータあるいはクランクにより駆動されるスピンドル、開放されると動きを引き起こす圧縮された弾性要素、ピストン、リニアモータ等がある。好ましいケースでは、これらはローターに一端が連結された連結ロッドがあり、その回転により前記一端は円周パスを動き、他端は線形の動きをする。このローターと連結ロッド機構は、ガイド手段とコントラスト観測室の可動部分に連結されて、開放位置と閉鎖位置との間の垂直方向の動きを生成する。

更に本発明の装置はバネ手段を有する。このバネ手段は、開放位置にあるコントラスト観測室の可動部分の重量に見合う重さを有する。これにより、ローターと連結ロッドを駆動するモータの駆動力を減らし小型にできる。

更に本発明の他の実施例によれば、培養皿支持部材は透明である。これにより、別の光源を培養皿支持部材の下でそれに面して配置し、光源からの光が培養皿と培養皿支持部材とを透過して別方向（下方向）からの照射が可能となる。この場合、培養皿支持部材に面して配置された非反射性表面が別の光源から放射された光が反射するのを阻止する。この別の光源から放射された光は、培養皿上にグレアを生成する。

更に、非反射性表面は培養皿支持部材より大きなサイズを有する。非反射性表面と画像捕捉装置のみが、培養皿支持部材の垂直方向上方に置かれる（釣り下げられる）。
画像捕捉装置は高解像度のデジタル写真カメラである。

更に、非反射性表面は光源の環状直径より大きなサイズを有する。本発明の装置は、観測されたバクテリア培養の反応抑止領域を測定する又は観測されたバクテリア培養のカラーの群体を計数するアルゴリズムを走るマイクロ・コントローラを具備した画像処理装置を更に有する。
本発明の装置は、マクローブ、菌のような微生物の増殖をカウントする際にも適用可能である。

本発明の一実施例の画像捕捉装置の断面図。同図において、コントラスト観測室は、中空の球状キャップの形状の第１スクリーンと、２つの切頭の頂部を有する中空の球形状の第２スクリーンからなり、前記コントラスト観測室は、第２スクリーンが上がった開放位置状態にある。 コントラスト観測室は、第２スクリーンが下がってコントラスト観測室を閉じて外部の光が入るのを阻止する閉鎖位置にある状態を表す図。 開放位置にある図１の装置の斜視図。 閉鎖位置にある図２の装置の斜視図。 反射性表面を動かす手段の一実施例により、本発明のコントラスト観測室と装置のフレームワークの壁との間の断面図で、コントラスト観測室の開放状態を表す図。 反射性表面を動かす手段の一実施例により、本発明のコントラスト観測室と装置のフレームワークの壁との間の断面図で、コントラスト観測室の閉鎖状態を表す図。

図１，２，３，４は、本発明の一実施例を表す図である。同図において、培養皿内のバクテリア・コロニーの画像を捕捉する装置は、基礎部１０とこの基礎部１０に取り付けられる壁１１とから形成されるフレームワークからなる。円筒状のペデスタル１２は環状の光源２を支持する。環状の光源２は培養皿支持部材１を包囲するＬＥＤのリングにより形成される。このペデスタル１２は基礎部１０の上で起立している（図３）。選択的事項として、別の光源がペデスタル内に配置されて透明な培養皿支持部材１を通して培養皿を照射してもよい。

壁１１は、アーム１３の手段により、中空の球状キャップの形状の第１スクリーン２１を培養皿支持部材１の上方に宙づりに保持している（図１，４）。その最大直径は光源２の環状直径よりも大きい。第１スクリーン２１は非反射性表面５の一部であり、その中心に孔を有する。この孔を介して画像捕捉装置４が培養皿支持部材１の上に焦点を結び、培養皿支持部材１の上にある培養皿の上からの画像を得る。

非反射性表面５は入射光のごく一部のみを反射する表面仕上げが施されている。例えば黒色のマット表面（black-colored matt surface）を有し、反射光強度対入射光強度の比率であるアルベド（albedo）は０．２未満である。

第２スクリーン２２は、中空の球形状でその上部と下部で切り取った切頭の頂部を有し、第１スクリーン２１とペデスタル１２（培養皿支持部材１が配置される）の上端部との間の距離をカバーするように配置される。第２スクリーン２２の上部の切頭頂部は、第１スクリーン２１の球状キャップの最大直径と一致する。第１スクリーン２１と第２スクリーン２２の組立体が、閉じたコントラスト観測室６を形成する。これにより外部光が、閉鎖状態にあるコントラスト観測室６内に入り込むのを阻止する。

第２スクリーン２２の下部の切頭部分の直径は、ペデスタル１２の直径にほぼ等しい。そのため、光源２と培養皿支持部材１は、前記切頭部分内に内接し、コントラスト観測室６内に収納される。

第２スクリーン２２は、非反射性の表面仕上げの上部部分を有する。この上部部分が非反射性表面５の一部を構成し、第１スクリーン２１の内側表面に繋がる。第２スクリーン２２の残りの下部部分は、反射性表面３であり、この反射性表面３は白色又は金属色の表面仕上げを有し、０．８以上のアルベドを有する。

球状のコントラスト観測室６の内側表面に、非反射性表面５と反射性表面３を分布させることにより、培養皿支持部材１内に最適な光の拡散を提供できる。同時に、光ビームが培養皿支持部材１に法線方向から（直角に）当たるのを阻止する。これにより、培養皿支持部材１に配置された培養皿の画像を得るときに、接線方向の照射を確保し、反射又はグレアを提供しない。

培養皿への容易なアクセスと培養皿の緊急の操作あるいは交換を可能にするため、第２スクリーン２２は、フレームワークの壁１１上に配置されたガイド手段７，８にその外側で取り付けられている。このフレームワークは培養皿支持部材１に直交する方向に起立している。ガイド手段７，８は、垂直方向のレール７とその上に取り付けられたランナー８からなり、このレール７に沿って第２スクリーン２２がスライドする。この動きにより、第２スクリーン２２を持ち上げられ、第２スクリーン２２の下側の切頭部分はペデスタル１２から離れる方向に動き、第１スクリーン２１は第２スクリーン２２内に収納される。この開放位置により、培養皿支持部材１への自由なアクセスが可能となり、その結果ユーザは培養皿支持部材１上に培養皿を配置すること及び交換ができる。

第２スクリーン２２の移動を行うために、２本の垂直方向のスプリングからなるバネ手段９の一端がフレームワークに、他端がランナー８に取り付けられる。このランナー８は第２スクリーン２２に取り付けられる。バネ手段９は、第２スクリーン２２の重さに釣り合うよう重量を有する。その結果小さな力で、第２スクリーン２２の垂直方向の動きが可能となる。

この実施例においては、第２スクリーン２２を動かす力は、ローター１５と連結ロッド１６からなる駆動手段により与えられる。ローター１５は、モーター手段により駆動され、フレームワークの壁１１に対しその中央部分で関節のように連結される。連結ロッド１６の一端は、関節のようにローター１５に取り付けられ、他端は、第２スクリーン２２に連結されるランナー８に関節のように取り付けられる。この機構によりローター１５を回転させ、ランナー８をレール７に沿って線形に動かし、第２スクリーン２２を垂直方向（上下）に動かし、第２スクリーン２２を閉鎖位置から開放位置に変化させる。

本発明の装置の操作は以下の通りである。
環状に配置された光源２が、第２スクリーン２２が閉鎖位置にある状態で、スイッチが入れられる。前記光源２からの光は、反射性表面３で反射され培養皿支持部材１の上にある培養皿の表面全体を接線方向からかつ僅かに均一に照射する。前記培養皿のデジタル画像が、画像捕捉装置４の手段により得られ、装置内に組み込まれたマイクロ・コントローラの手段により前記画像の自動的解析が行われる。このマイクロ・コントローラは培養皿上にあるバクテリアのコロニーをカウントするアルゴリズムを駆動する。この装置により得られた情報は、例えば無線で持ち運び可能なコンピュータ装置（例えばタブレット端末あるいは携帯電話）に転送される。別の構成として、本発明の装置は、画像のみを得て、これらの画像をコロニーをカウントする画像処理装置に送ることができる。前記画像処理装置は、外部装置であり更には遠隔に配置されており。ケーブルあるいは無線通信を介して送信される。この画像は培養の画像を得るために用いられる。この無線装置は、無線送信機例えばＷＩＦＩアンテナ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨアンテナ、あるいは他の通信プロトコルを用いている。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

１：培養皿支持部材
２：光源
３：反射性表面
４：画像捕捉装置
５：非反射性表面
６：コントラスト観測室
７：レール
８：ランナー
７，８：ガイド手段
９：バネ手段
１０：基礎部
１１：壁
１２：ペデスタル
１３：アーム
１５：ローター
１６：連結ロッド
２１：第１スクリーン
２２：第２スクリーン

Claims (15)

1. 培養皿内でのバクテリアの培養の画像を得る装置において、
   培養皿を支持する培養皿支持部材（１）と、
   前記培養皿支持部材（１）の周囲に、その発射光が前記培養皿支持部材（１）に当たらないような方向を向いて環状に配置される光源（２）と、
   前記光源（２）に面して配置され、前記培養皿支持部材（１）の方向に光を反射する反射性表面（３）と、
   前記培養皿支持部材（１）から離れてその中心部分に面して配置される、前記培養皿支持部材（１）の上に配置された培養皿の画像を得る画像捕捉装置（４）と、
   を有し、
   前記反射性表面（３）は、非反射性表面（５）と組み合わさって、コントラスト観測室（６）を形成し、前記コントラスト観測室（６）は、前記培養皿支持部材（１）の上に配置された前記培養皿を収納可能であり、前記光源（２）と画像捕捉装置（４）とを組み込み可能であり、
   前記非反射性表面（５）は、前記画像捕捉装置（４）の周囲に環状に配置され、前記培養皿支持部材（１）の方向を向いてその上方に配置され、
   前記非反射性表面（５）の表面仕上げのアルベドは０．４未満である
   ことを特徴とする培養皿内でのバクテリアの培養の画像を得る装置。
2. 前記反射性表面（３）又は非反射性表面（５）のいずれか一方又は両方は、中空の球形状の部分の形状をしている
   ことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記反射性表面（３）は、前記環状に配置される光源（２）の環の直径よりも大きな直径を有する２カ所で切り取られた切頭の頂部を有する中空の球形状の内の少なくとも１つの切頭の頂部を有する球形状をしている
   ことを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記非反射性表面（５）は、前記環状に配置される光源（２）の環の直径よりも大きな直径の切頭の頂部を有する中空の球状キャップの形状をしている
   ことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記反射性表面（３）の一部又は前記非反射性表面（５）の一部と一体になった反射性表面（３）の一部のいずれかは、前記培養皿支持部材（１）を包囲する閉鎖位置から開放位置に移動可能であり、
   前記開放位置においては、前記培養皿をコントラスト観測室（６）内に導入する出入り口が提供される
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記反射性表面（３）の一部、又は前記非反射性表面（５）の一部と一体になった反射性表面（３）の一部は、前記培養皿支持部材（１）に直交する方向に、前記培養皿支持部材（１）を包囲する閉鎖位置から前記培養皿支持部材（１）の上方の開放位置に移動可能であり、
   前記開放位置においては、前記培養皿をコントラスト観測室（６）内に導入する出入り口が提供される
   ことを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記コントラスト観測室（６）の可動部分はガイド手段（７，８）に取り付けられ、ローター（１５）と連結ロッド（１６）とからなる駆動手段により、前記可動部分の移動が可能となりその移動範囲が制限される
   ことを特徴とする請求項５又は６記載の装置。
8. 前記開放位置にある前記コントラスト観測室（６）の可動部分の重量に見合うバネ手段（９）を更に有する
   ことを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記培養皿支持部材（１）は透明である
   ことを特徴とする請求項１−８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記非反射性表面（５）の直径は、前記培養皿支持部材（１）のそれより大きく、前記非反射性表面（５）と画像捕捉装置（４）のみが、前記培養皿支持部材（１）の上方に置かれる
    ことを特徴とする請求項１−９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記非反射性表面（５）の直径は、前記環状に配置される光源（２）の環の直径より大きい
    ことを特徴とする請求項１−１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記反射性表面（３）の表面の仕上げのアルベドは、０．６以上である
    ことを特徴とする請求項１−１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記画像捕捉装置（４）は、高解像度のデジタル写真カメラである
    ことを特徴とする請求項１−１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 観測されたバクテリア培養の反応抑止領域を測定する又は観測されたバクテリア培養のカラーのコロニーを計数するアルゴリズムを走らすマイクロ・コントローラを具備した画像処理装置を更に有する
    ことを特徴とする請求項１−１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 観測されたバクテリア培養の画像を、離れた場所にある画像処理装置に送信する無線通信装置と、
    観測されたバクテリア培養の反応抑止領域を測定する又は観測されたバクテリア培養のカラーのコロニーを計数するアルゴリズムを走らすマイクロ・コントローラと
    を更に有する
    ことを特徴とする請求項１−１３のいずれか１項に記載の装置。

Images