WO2017149626A1 - がん解析システム及びがん解析方法 - Google Patents

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WO2017149626A1
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luminance
gravity
analysis
chemotaxis
nematode
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PCT/JP2016/056137
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坂入　実
菅谷　昌和
光一 寺田
中村　拓
範人 久野
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株式会社日立製作所
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Publication date
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Priority to JP2018503352A priority patent/JP6559876B2/ja
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    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/574—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for cancer
    • G01N33/57484—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for cancer involving compounds serving as markers for tumor, cancer, neoplasia, e.g. cellular determinants, receptors, heat shock/stress proteins, A-protein, oligosaccharides, metabolites
    • G01N33/57488—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for cancer involving compounds serving as markers for tumor, cancer, neoplasia, e.g. cellular determinants, receptors, heat shock/stress proteins, A-protein, oligosaccharides, metabolites involving compounds identifable in body fluids
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    • G01N2333/4353—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans from invertebrates from worms from nematodes
    • G01N2333/43534—Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans from invertebrates from worms from nematodes from Caenorhabditis

Definitions

  • the present invention relates to a cancer analysis system and a cancer analysis method used for a cancer test using a nematode.
  • Patent Document 1 describes a cancer detection method using the olfactory sense of nematodes.
  • an examiner plots nematodes on a plate (petri dish) together with a buffer, and then spreads the plotted nematodes together with the buffer to a predetermined range. Thereafter, the chemotaxis of the nematode is performed, and positive and negative are determined by counting the chemotactic nematode. Specifically, the plate is divided into two areas at the center line, and positive chemotaxis is determined when moving to the specimen side, and negative chemotaxis is determined when moving to the opposite side of the specimen. Judge negative. When image analysis is introduced in such a case, it is conceivable to count nematodes on the plate by capturing the features of the form. In this case, the process is as follows.
  • the whole plate is imaged with an industrial camera (5 to 10 million pixels). In some cases, imaging is performed every minute.
  • a brightness threshold is set from the captured image, and a binarized image is acquired.
  • the nematode is counted by capturing the feature of the nematode form from the binarized image.
  • the above method can calculate the chemotaxis index, the following problems arise.
  • the present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to perform efficient image analysis in a cancer test using a nematode.
  • the present invention provides a light source unit that irradiates a plate on which nematodes and a urine sample are plotted from below, an imaging unit that images the plate irradiated by the light source unit, and the imaging An analysis unit that analyzes an image captured by the unit, and the analysis unit performs a chemotaxis analysis of the nematode based on a temporal change in information on luminance in the image.
  • a light source unit that irradiates a plate on which nematodes and a urine sample are plotted from below
  • an imaging unit that images the plate irradiated by the light source unit
  • the imaging An analysis unit that analyzes an image captured by the unit, and the analysis unit performs a chemotaxis analysis of the nematode based on a temporal change in information on luminance in the image.
  • efficient image analysis can be performed in a cancer test using a nematode.
  • FIG. 1 is an external perspective view of an imaging apparatus according to a first embodiment.
  • 1 is an external side view of an imaging apparatus according to a first embodiment.
  • It is a section schematic diagram of an imaging device concerning a 1st embodiment.
  • (a) is a figure which shows a culture
  • (b) is a figure which shows a cancer test process.
  • (A) shows a case where pixel exclusion processing is not performed (unprocessed), and (b) shows pixel exclusion processing performed. Shows the case.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the cancer analysis system according to the first embodiment.
  • the cancer analysis system Z includes an analysis device (analysis unit) 1 and an imaging device (imaging unit) 2.
  • the imaging device 2 images a plate on which nematodes and urine specimens are plotted, and transmits the captured image to the analysis device 1.
  • the analysis device 1 acquires luminance information based on the image sent from the imaging device 2, calculates a nematode chemotaxis index from the acquired luminance information, and based on the calculated chemotaxis index, is positive for cancer. ⁇ Determine negative.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the analysis apparatus according to the first embodiment.
  • the analysis device 1 is configured by a PC (Personal Computer) or the like, and includes a memory 11, a CPU (Central Processing Unit) 12, a storage device 13, an input device 14, an output device 15, and a transmission / reception device 16.
  • the memory 11 is loaded with a program stored in the storage device 13, and the loaded program is executed by the CPU 12, whereby the processing unit 100, the image acquisition unit 101 that configures the processing unit 100, and the pixel combination unit 102.
  • a luminance information acquisition unit 103, a luminance center of gravity calculation unit 104, a runnability index calculation unit 105, and an examination determination unit 106 are embodied.
  • the image acquisition unit 101 acquires an image from the imaging device 2.
  • the pixel combining unit 102 combines pixels of an image acquired from the imaging device 2.
  • the luminance information acquisition unit 103 acquires luminance information in each combined pixel from the pixels combined by the pixel combining unit 102 (referred to as a combined pixel).
  • the luminance center of gravity calculation unit 104 calculates the luminance center of gravity based on the luminance information acquired by the luminance information acquisition unit 103. The luminance center of gravity will be described later.
  • the chemotaxis index calculation unit 105 calculates a nematode chemotaxis index based on the luminance centroid calculated by the luminance centroid calculation unit 104. The chemotaxis index will be described later.
  • the test determination unit 106 determines whether the cancer is positive or negative based on the chemotaxis index calculated by the chemotaxis index calculation unit 105.
  • the input device 14 is a keyboard, a mouse, or the like.
  • the output device 15 is a display, a printer, or the like.
  • the transmission / reception device 16 is a NIC (Network Interface Card) or the like.
  • FIG. 3 is an external perspective view of the imaging apparatus according to the first embodiment
  • FIG. 4 is an external side view of the imaging apparatus according to the first embodiment
  • FIG. 5 is an imaging apparatus according to the first embodiment.
  • a light source unit 202 is provided on the base 201.
  • the light source unit 202 is a ring LED light source 221 with a diffusion plate.
  • the ring LED light source 221 with a diffusion plate is a ring-shaped LED light source, and a diffusion plate 241 is provided inside the ring as shown in FIG.
  • a pedestal 203 for setting the plate P is provided on the light source unit 202.
  • the pedestal 203 is provided with a hole for setting the plate P, and the plate P is set in the imaging device 2 by fitting the plate P into the hole.
  • the base portion 201 is provided with a rod-shaped first support portion 204, and the first support portion 204 is vertically moved along the first support portion 204 (Z direction).
  • a second support portion 205 is provided that is movable.
  • a camera (imaging unit) 206 for imaging the plate P is provided at the tip of the second support unit 205.
  • a shielding plate 222 for shielding room illumination such as a fluorescent lamp is provided above the camera 206 (the shielding plate 222 is not shown in FIG. 3).
  • the shielding plate 222 is provided in the first support portion 204, but is not limited thereto.
  • the shielding plate 222 may be configured so that the room is not illuminated on the plate P, and may be provided in the room, for example.
  • the image S / N (Signal / Signal / There is a problem that the noise ratio becomes worse.
  • the S / N ratio of the imaged image can be improved, and it is possible to prevent difficulty in image analysis described later.
  • the shielding plate 222 above the camera 206 it is possible to block room illumination such as a fluorescent lamp, and it is possible to prevent the medium surface of the plate P from being lit by room illumination.
  • the illumination distance Z2 is a distance between the illumination surface and the imaging symmetry plane (here, the medium surface of the plate P).
  • the first condition is that f1 and Z1 satisfy the condition of the following expression (1). f1 and Z1 will be described later.
  • the second condition is that the inner radius R of the ring LED light source 221 with a diffuser is larger than the field angle radius Y2 at the light source position.
  • f1 is a front focal length that is a distance between the imaging lens 231 and the front focal point 233.
  • Z1 is the distance between the front focal point 233 and the imaging target surface (here, the surface of the medium on the plate P).
  • Y0 is the size of the image sensor 232 in the camera 206.
  • Y1 is the size of the imaging target.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a detailed procedure for a cancer test according to the first embodiment, (a) is a diagram illustrating a culture process, and (b) is a diagram illustrating a cancer test process. It is.
  • the plate creator creates a culture plate (S101). Then, if necessary, the plate creator performs a nematode transplanting operation (S111) to create a new culture plate (S112). Further, the plate creator creates a new culture plate (S122) by performing nematode transplantation work based on the culture plate created in step S111 (S121).
  • the examiner performs a cancer test using the cultured nematodes (S141 to S143).
  • FIG. 6B shows details of the processing in steps S141 to S143 in FIG. 6A. Steps S201 to S215 are performed in steps S141 to S143, respectively.
  • a plate creator first creates a plate for analysis (S201). Next, if necessary, the examiner plots sodium azide for paralyzing the nematode on an analysis plate created by the plate creator. The sodium azide plot may be omitted. Next, the examiner plots the specimen on the analysis plate (S202). Subsequently, the examiner plots nematodes on the analysis plate (S203). Then, the examiner diffuses the nematode plotted on the analysis plate (S204), and sets the analysis plate on the imaging device 2 (FIG. 1) (S211).
  • the imaging device 2 images the analysis plate (S212).
  • the image captured by the imaging device 2 is sent to the analysis device 1 (FIG. 1).
  • the analysis device 1 performs the chemotaxis analysis based on the sent image (S213).
  • the imaging is performed again (S212), and the chemotaxis analysis is repeated on the image obtained by the imaging (S213).
  • the analyzer 1 performs the test
  • the analysis device 1 stores the result of the process of step S215 in the storage device 13 (FIG. 2) (S215).
  • FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of processing performed by the cancer analysis system according to the first embodiment.
  • the camera 206 of the imaging device 2 captures the plate P (S301).
  • the image acquisition part 101 of the analyzer 2 performs the image acquisition process which acquires an image from the imaging device 2 (S302).
  • the pixel combination unit 102 performs pixel combination processing (S303).
  • the pixel combination process will be described later.
  • the luminance information acquisition unit 103 performs luminance information acquisition processing for acquiring luminance information from the pixels combined in step S303 (post-combination pixels) (S304).
  • the luminance centroid calculation unit 104 performs luminance centroid calculation processing for calculating the luminance centroid based on the luminance information acquired in step S304 (S305).
  • the luminance center of gravity will be described later.
  • the processing unit 100 determines whether or not the processing of steps S301 to S305 has been performed twice (S311). If the result of step S311 indicates that the processes of steps S301 to S305 have not been performed twice (S311 ⁇ No), has the processing unit 100 passed a predetermined time (for example, 15 minutes) after the process of step S305 is completed? It is determined whether or not (S312). As a result of step S312, when the predetermined time has not elapsed since the process of step S305 was completed (S312 ⁇ No), the processing unit 100 returns the process to step S312. As a result of step S312, when a predetermined time has passed since the process of step S305 is completed (S312 ⁇ Yes), the processing unit 100 returns the process to step S301 and instructs the imaging device 2 to image the plate P.
  • a predetermined time for example, 15 minutes
  • step S311 when the processes of steps S301 to S305 are performed twice (S311 ⁇ Yes), the chemotaxis index calculation unit 105 calculates the chemotaxis index based on the luminance center of gravity calculated in step S305. The calculated chemotaxis index calculation process is performed (S321). Subsequently, the test determination unit 106 performs a test determination process for determining whether the cancer is positive or negative based on the chemotaxis index calculated in step S321 (S322).
  • step S301 in FIG. 7 corresponds to step S212 in FIG. 6
  • steps S302 to S321 in FIG. 7 correspond to step S213 in FIG. 6
  • step S322 in FIG. 7 corresponds to step S214 in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an image captured by the camera. This image is the image acquired in step S302 in FIG. In FIG. 8, the medium is white and nematode E is black for easy viewing of the drawing, but actually, the medium appears black and nematode E appears white.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating pixel combining processing according to the first embodiment. This process corresponds to step S302 in FIG.
  • the pixel combination unit 102 forms a predetermined number of pixels in the captured image, thereby collecting the pixels into about 13 ⁇ 13 pixels as illustrated in FIG. 9. Note that grouping into 13 ⁇ 13 pixels is an example, and the number of pixels may be other than this.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a result of the pixel combining process.
  • the number of nematodes in the combined pixel is indicated by five levels of dots, but in actuality, for example, it is indicated by 256 levels of luminance.
  • the luminance information acquisition unit 103 acquires luminance information in the combined pixels as shown in FIG. The x axis and y axis will be described later.
  • the luminance centroid calculation unit 104 calculates the luminance centroid from the luminance in the combined pixels shown in FIG.
  • the luminance centroid is a centroid of luminance in an image after pixel combination processing, calculated by the following equation (2).
  • the x coordinate of the i-th combined pixel from the left in FIG. 10 is x i, and the luminance at that pixel is Bx i .
  • the y coordinate at the j-th combined pixel from the bottom is y j and the luminance at that pixel is By j .
  • the x coordinate and the y coordinate are based on the x axis and the y axis in FIG.
  • Bx i is a value obtained by accumulating the luminance of the combined pixel belonging to x i in the y-axis direction
  • By j is a value obtained by accumulating the luminance of the combined pixel belonging to y j in the x-axis direction.
  • (C x , C y ) be the luminance centroid of the combined pixel at the calculated position (x, y) (that is, xth from the left and yth from the bottom in FIG. 10). Also, let the luminance center of gravity at time t be (C xt , C yt ).
  • the chemotaxis index calculation unit 105 calculates the chemotaxis index CI using the luminance center of gravity by the following method.
  • There are two methods for calculating the chemotaxis index CI: a method according to the following equation (5) and a method according to the equation (6). Note that (C x0 , C y0 ) indicates the luminance center of gravity immediately after plotting at time t 0.
  • Equation (5) calculates the temporal change of the luminance center of gravity in the x-axis direction
  • Equation (6) calculates the temporal change of the luminance center of gravity in the x-axis direction and the y-axis direction.
  • t is, for example, 15 minutes, but is not limited thereto.
  • the determination process part 100 determines the positive / negative of cancer in a subject based on the calculated chemotaxis index CI.
  • the chemotaxis index can be calculated with a simple algorithm without counting individual nematodes, and the imaging apparatus 1 captures an image.
  • the analyzed image can be analyzed efficiently.
  • the nematode E3 in good condition is a live nematode.
  • the calculation load can be reduced by using the luminance center of gravity using the property that the portion where the nematode E is large in the image becomes bright.
  • the plot of the nematode E is performed by a human hand, so the plotted point is not always exactly the origin.
  • nematodes are spread and spread over a predetermined range on the medium by hand, and thus have a two-dimensional spread.
  • the difference between the luminance centroid immediately after the nematode plotting and the luminance centroid after a predetermined time is used as the chemotaxis index, thereby causing a problem of deviation in plot points. Is eliminated, and the problem of having a two-dimensional spread is also eliminated. That is, the chemotaxis index can be correctly evaluated by considering the luminance center of gravity immediately after the nematode plot as the origin.
  • the number of pixels can be reduced, the image capacity can be reduced, and a large amount of images can be stored. For example, when imaging is performed for 15 minutes with 5 million pixels, a capacity of about 1 GB is required.
  • the capacity of an image can be significantly reduced.
  • noise such as dust can be averaged and the influence can be eliminated.
  • Patent Document 1 describes that a fluorescent protein gene is introduced into a nematode and the tendency intensity of the nematode is measured.
  • the technique described in Patent Document 1 improves the S / N ratio of an image by making nematodes fluoresce. However, since individual nematodes are counted, it is impossible to solve the above-described problems. Can not.
  • the technique according to the first embodiment is different from the technique described in Patent Document 1 in that the amount of nematodes is estimated based on the luminance in the image.
  • the runnability index is calculated from the difference between the luminance centroid immediately after plotting and the luminance centroid after a predetermined time, but the luminance centroid after the predetermined time and the center position of the plate are calculated.
  • a chemotaxis index may be calculated from the difference.
  • pixels of a fine captured image are combined, but the present invention is not limited to this.
  • the pixel combination process may be omitted by capturing an image with the camera 206 (FIGS. 3 to 5) having a small number of pixels.
  • the cost can be significantly reduced.
  • FIG. 12 is a functional block diagram showing the configuration of the analysis apparatus according to the second embodiment.
  • the analysis apparatus 1a illustrated in FIG. 12 is different from the analysis apparatus 1 illustrated in FIG. 2 in that the processing unit 100a includes a pixel exclusion unit 107 that excludes pixels near the center of the combined pixels.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a procedure of processing performed by the analysis apparatus according to the first embodiment. Reference is made to FIG. 12 as appropriate. 13 is different from the flowchart shown in FIG. 7 in that the pixel excluding unit 107 performs the pixel excluding process (S331) after step S304. The pixel exclusion process will be described later.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a method of pixel exclusion processing according to the second embodiment.
  • the pixels shown in FIG. 14 indicate the combined pixels.
  • the pixel exclusion processing unit 107 excludes a predetermined range of combined pixels (shaded area) from the center (reference numeral 301) of the combined image after a predetermined time from the start of running. This is due to the poor condition of nematodes not moving from the central area (ie where the nematodes are plotted).
  • By performing the pixel exclusion process it is possible to exclude the influence of nematodes having a poor state, and it is possible to improve the accuracy of the luminance center of gravity and the accuracy of the chemotaxis index.
  • the deletion area is, for example, (A1) A post-combination pixel on a circle (dashed circle 302 in FIG. 14) whose diameter is (elapsed time after nematode plot ⁇ slow nematode speed) (A2) a post-combination pixel of the region set by the operator
  • FIG. 15 is a diagram for explaining a deletion area determination method according to the second embodiment.
  • the horizontal axis indicates the body length (mm) of the nematode
  • the vertical axis indicates the chemotaxis speed (mm / s) of the nematode.
  • the body length of the nematode is related to the chemotaxis speed of the nematode. That is, it is known that if the body length of the nematode is small, the chemotaxis speed is also small. As shown in FIG.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of the combined pixel before the pixel exclusion process is performed (unprocessed), and FIG. 17 is a schematic diagram of the combined pixel after the pixel exclusion process is performed.
  • the luminance of the combined pixel is indicated by five levels of dots. Since FIG. 16 is the same as that shown in FIG. 10, the description thereof is omitted here.
  • the pixel exclusion processing unit 107 excludes the combined pixels with broken-line circles in the center region of the image after the pixel combining processing, thereby obtaining a combined image as shown in FIG.
  • the broken line circle in FIG. 16 is the same as the broken line circle 302 in FIG.
  • FIG. 18 shows the time-dependent changes in the center-of-gravity coordinates in cancer patients per minute and the coordinate variation for each time, (a) shows a case where pixel exclusion processing is not performed (unprocessed), and (b) A case where pixel exclusion processing is performed is shown.
  • FIG. 18 and FIG. 19 to be described later, the x-axis and y-coordinate of the luminance center of gravity and coordinate displacement are shown.
  • the diameter of the circle corresponding to the broken-line circle 302 in FIG. 14 is set to 14 mm.
  • the luminance center of gravity is calculated. That is, pixel exclusion processing is not performed immediately after plotting until 2 minutes from the start of chemotaxis.
  • the urine specimens in FIG. 18 and FIG. 19 to be described later are diluted 10 times.
  • “immediately” means immediately after plotting nematodes on the medium
  • the barycentric coordinates are the coordinates of the luminance center of gravity
  • the coordinate displacement is the coordinates of the current luminance center of gravity—immediately after the plot of the nematodes. It is indicated by the coordinates of the luminance center of gravity. That is, here, the luminance center of gravity immediately after plotting is used as the origin. Since the coordinate displacement is rounded to the second decimal place, there may be a deviation from the value of the luminance center of gravity immediately after the current coordinate of the luminance center-nematode plot. It is the same after that.
  • the center-of-gravity coordinates and the coordinate displacement have a value of “+” when the nematode exhibits an attracting action and a value of “ ⁇ ” when the nematode exhibits an avoidance action.
  • the nematode exhibits a repellent action on the urine of a healthy person and an attracting action on the urine of a cancer patient.
  • FIG. 19 shows a time-dependent change in the center-of-gravity coordinates of healthy subjects per minute and a coordinate variation for each time, (a) shows a case where pixel exclusion processing is not performed (unprocessed), and (b) shows A case where pixel exclusion processing is performed is shown.
  • the vertical axis and horizontal axis in FIG. 19 are the same as those in FIG.
  • nematodes in good condition that is, nematodes in good condition
  • a predetermined range from the center
  • the accuracy of the chemotaxis index can be improved.
  • Such pixel exclusion in the central region can be performed by a very simple process because it is only necessary to set the luminance of the combined pixels within a predetermined range to 0.
  • FIG. 20 is a functional block diagram showing the configuration of the analysis apparatus according to the third embodiment.
  • the analysis device 1b shown in FIG. 20 is different from the analysis device 1a shown in FIG. 12 in that the processing unit 100b stops imaging when the time variation of the luminance center of gravity satisfies a predetermined condition.
  • the determination processing unit 108 is included.
  • FIG. 21 is a flowchart illustrating a procedure of processing performed by the analysis apparatus according to the first embodiment. Reference is made to FIGS. 3 and 20 as appropriate. 21 is different from the process in FIG. 13 in the following points.
  • step S305 after the luminance center of gravity calculation unit 104 calculates the luminance center of gravity, the imaging stop determination processing unit 108 performs time displacement calculation processing for calculating the time displacement Dt of the luminance center of gravity (S341).
  • the time displacement Dt of the luminance center of gravity is a difference value between the current luminance center of gravity and the previous luminance center of gravity.
  • the imaging stop determination processing unit 108 determines whether the sign of the temporal displacement of the luminance center of gravity calculated in step S341 and the sign of the temporal displacement of the previous luminance center of gravity is reversed, or the luminance calculated in step S341.
  • step S342 It is determined whether or not the absolute value (
  • ) of the time displacement Dt of the luminance center of gravity calculated in step S341 and the time displacement Dtp of the previous luminance center of gravity is a predetermined value (e). The condition of whether or not it is less than may be omitted.
  • step S342 the sign of the time displacement of the luminance center of gravity calculated in step S341 and the sign of the time displacement of the previous brightness center of gravity is reversed, or the time displacement of the brightness center of gravity calculated in step S341
  • the processing unit 100b proceeds to step S345. Proceed with the process.
  • step S342 the sign of the temporal displacement of the luminance center of gravity calculated in step S341 and the sign of the temporal displacement of the previous luminance center of gravity are not reversed, and the luminance center of gravity calculated in step S341
  • a predetermined value e
  • the processing unit 100 it is determined whether or not a predetermined time (for example, 15 minutes) has elapsed since the start of chemotaxis (S343).
  • step S343 when the predetermined time has not elapsed since the start of running (S343 ⁇ No), the imaging stop determination processing unit 108 determines whether the imaging interval time (for example, 1 minute) has elapsed (S344). . As a result of step S344, when the imaging interval time has not elapsed (S344 ⁇ No), the imaging stop determination processing unit 108 returns the process to step S344. As a result of step S344, when the imaging interval time has elapsed (S344 ⁇ Yes), the processing unit 100 returns the process to step S301, and instructs the imaging device 2 to image the plate P.
  • the imaging interval time for example, 1 minute
  • step S343 when a predetermined time has elapsed from the start of running (S343 ⁇ Yes), the imaging stop determination processing unit 108 instructs the imaging device 2 to stop imaging (S345).
  • the chemotaxis index calculation unit 105 calculates the chemotaxis index based on the most recently calculated luminance center of gravity (S321a).
  • FIG. 22 is a table showing the change over time of the luminance center of gravity when using the urine of a cancer patient as a specimen.
  • FIG. 22 shows the coordinates of the luminance center of gravity and the coordinate displacement every minute.
  • the coordinate displacement is the coordinate of the luminance center of gravity immediately after the current coordinate of the luminance center of gravity-plotting. 22 to 29, the luminance center of gravity and the x-coordinate and y-coordinate of the coordinate displacement are shown.
  • the urine sample is plotted in the x-axis direction, only changes in the x-axis direction are observed.
  • pixel exclusion processing is performed by the same method as in FIGS.
  • FIG. 23 is a diagram showing a temporal change in luminance center of gravity in a cancer patient.
  • the plot in the coordinates is performed based on the coordinate displacement. This is because nematode plotting is performed manually, and as described above, nematode (+ buffer) is spread over a predetermined range after plotting, so that the nematode plot points on the medium are inspected. This is because it becomes different every time. Since the coordinate displacement has the luminance center of gravity immediately after plotting as the origin, it is possible to eliminate such fluctuations in plot points derived from manual plotting.
  • the x-axis and the y-axis indicate the nematode chemotaxis region (on the medium).
  • reference numeral 401 indicates the luminance center of gravity immediately after plotting the nematode, and thereafter indicates the position of the luminance center of gravity every minute.
  • the action of the nematode returns, and the action toward the + side is dull. As such a cause, the odor substance of the urine sample may be diffused.
  • the luminance center of gravity one minute after the start of the runnability is on the negative side. This is because the imaging stop process is not performed for a predetermined time (for example, 3 minutes) after the start of the runnability. It is solved by doing so.
  • FIG. 24 is a diagram showing a luminance distribution immediately after plotting nematodes when urine of a cancer patient is sampled.
  • the x-axis and the y-axis indicate the image sent from the imaging device 2 (FIG. 1), and the grid in FIG. 24 indicates the combined pixel.
  • the vertical axis represents luminance.
  • FIGS. 25, 28, and 29 the same applies to FIGS. 25, 28, and 29 described below.
  • the direction of the x-axis is opposite to that in FIGS.
  • the brightness near the center is high.
  • FIG. 25 is a diagram showing a luminance distribution at 4 minutes after the start of chemotaxis when cancer patient's urine is sampled. That is, FIG. 25 shows the luminance distribution at reference numeral 402 in FIG. In FIG. 25, two large peaks are seen in the + direction due to the chemotaxis of the nematode.
  • FIG. 26 is a table showing the temporal change of the luminance center of gravity when the urine of a healthy person is used as a specimen.
  • FIG. 26 shows the coordinates of the luminance center of gravity and the coordinate displacement every minute.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a temporal change in luminance center of gravity in a healthy person. 27 is the same as FIG. In FIG. 27, reference numeral 411 indicates the luminance center of gravity immediately after the nematode is plotted, and hereinafter indicates the position of the luminance center of gravity every minute. Here, the behavior toward the minus side is dulled, for example, as the behavior of the nematode returns at the boundary of the reference numeral 412.
  • FIG. 28 is a diagram showing a luminance distribution immediately after plotting nematodes when urine of a healthy person is sampled. As shown in FIG. 28, immediately after plotting, nematodes are concentrated near the center of the plate P (FIG. 3: image), so the brightness near the center is high.
  • FIG. 29 is a diagram showing a luminance distribution at 6 minutes after the start of chemotaxis when a sample of healthy subject's urine is sampled. That is, FIG. 29 shows the luminance distribution at 412 in FIG. In FIG. 29, two large peaks are observed in the ⁇ direction due to the chemotaxis of the nematode.
  • the imaging stop determination processing unit 108 monitors the luminance centroid at every predetermined time, and when the luminance centroid returns to the origin side (the nematode plot point), the imaging is stopped there.
  • the chemotaxis index calculation unit 105 calculates the chemotaxis index using the luminance center of gravity immediately before the time when the imaging is stopped.
  • the imaging is terminated at a point when it can be said that there is not much meaning even if the nematode is made to be chemotactic, the inspection time can be shortened.
  • the chemotaxis index is calculated based on the luminance center of gravity when the nematode is chemotaxis to the most + side or ⁇ side, the accuracy of the chemotaxis index can be improved. it can.
  • the pixel exclusion process in step S311 of FIG. 21 may be omitted.
  • the temporal change of the luminance center of gravity is monitored for each inspection, and the runnability index is calculated based on the luminance center of gravity when the luminance center of gravity returns to the origin side.
  • the present invention is not limited to this.
  • an average value or the like of the time for the luminance change to return to the origin side may be calculated in advance by experiment, and the nematode chemotaxis may be performed for this time. That is, the predetermined time in the first embodiment or the second embodiment may be an average value of the time for which the luminance change calculated by the experiment returns to the origin side. By doing so, the inspection time can be shortened.
  • the luminance center of gravity before the odorous substance of the urine sample evaporates.
  • the chemotaxis index can be calculated based on the above. Thereby, the accuracy of the chemotaxis index can be improved.
  • FIG. 30 is a functional block diagram showing the configuration of the analysis apparatus according to the fourth embodiment.
  • the analysis apparatus 1c shown in FIG. 30 is different from the analysis apparatus 1b shown in FIG. 20 in that the processing unit 100c selects the plate P (FIG. 3) in which the temporal change of the luminance center of gravity is not seen as an exclusion plate.
  • the processing unit 109 is included.
  • FIG. 31 and FIG. 32 are flowcharts showing a procedure of processing performed by the analysis apparatus according to the fourth embodiment. Reference is made to FIGS. 1 and 30 as appropriate. 31 and 32 differ from the processing shown in FIG. 21 in the following points. That is, in step S305, after the luminance center of gravity calculation unit 104 calculates the luminance center of gravity, the plate exclusion processing unit 109 determines whether or not a first time (for example, 2 minutes) has elapsed from the start of running ( S351 in FIG. 31).
  • a first time for example, 2 minutes
  • step S351 when the first time has not elapsed since the start of running (S351 ⁇ No), the processing unit 100 determines whether an imaging interval time (for example, 1 minute) has elapsed (S352). As a result of step S352, when the imaging interval time has not elapsed (S352 ⁇ No), the processing unit 100 returns the process to step S352. As a result of step S352, when the imaging interval time has elapsed (S352 ⁇ Yes), the processing unit 100 returns the processing to step S301 and instructs the imaging device 2 to image the plate P (FIG. 3).
  • an imaging interval time for example, 1 minute
  • step S353 when the first time has elapsed since the start of chemotaxis (S351 ⁇ Yes), after the plate exclusion processing unit 109 performs the plate exclusion processing (S353), the processing unit 100 advances the processing to step S361. .
  • the plate exclusion processing unit 109 instructs to exclude the plate P whose displacement from the luminance center of gravity immediately after the nematode plot is equal to or less than a predetermined value from the inspection target even after the first time has elapsed.
  • the instruction to exclude the plate P may be output from the output device 15 of the analysis device 1, or a display device (not shown) may be installed in the vicinity of the imaging device 2 and displayed on the display device.
  • Steps S361 to S366 are the same processing as steps S301 to S305, and thus description thereof is omitted here.
  • the imaging stop determination unit 108 determines whether or not a second time (for example, 13 minutes) has elapsed after the first time has elapsed (FIG. 32 S371). As a result of step S371, when the second time has passed (S371 ⁇ Yes), the imaging stop determination unit 108 advances the process to step S345.
  • a second time for example, 13 minutes
  • step S371 when the second time has not elapsed since the start of chemotaxis (S371 ⁇ No), the processing unit 100 determines whether or not an imaging interval time (for example, 1 minute) has elapsed (S372). As a result of step S372, when the imaging interval time has not elapsed (S372 ⁇ No), the processing unit 100 returns the process to step S372. As a result of step S372, when the imaging interval time has elapsed (S372 ⁇ Yes), the processing unit 100 returns the processing to step S361, and instructs the imaging device 2 to image the plate P.
  • an imaging interval time for example, 1 minute
  • FIG. 33 is a schematic explanatory diagram of plate exclusion processing according to the fourth embodiment.
  • FIG. 33 shows an example in which four analysis plates Pa to Pd are generated from one culture plate Pz.
  • the culture plate Pz is a plate P on which nematodes are cultured (FIG. 3), and the analysis plates Pa to Pd are placed with urine specimens and nematodes on the imaging device 2 (FIG. 1).
  • the four analysis plates Pa to Pd are set in the image pickup apparatus 2, picked up, analyzed, and discarded.
  • the analysis is the calculation of the luminance center of gravity and the calculation of the chemotaxis index.
  • the analysis plate Pc in which the distance between the luminance center of gravity immediately after the nematode plotting and the position of the luminance center of gravity after a predetermined time is not more than a predetermined value may cause the nematode to be weak. It is excluded because it is not suitable for the subject.
  • the fourth embodiment it is possible to improve the accuracy of the inspection determination by excluding the plate having a small change in luminance center of gravity even after a predetermined time.
  • the plate exclusion process is added to the third embodiment. That is, in the fourth embodiment, the luminance center of gravity is obtained every predetermined interval (for example, 1 minute), but is not limited thereto.
  • imaging is performed immediately after the nematode is plotted and after a predetermined time (for example, 15 minutes), and the luminance is immediately after the plot and after the predetermined time. You may make it exclude the plate where the difference of a gravity center is below a predetermined value.
  • the runnability index is obtained based on the luminance center of gravity.
  • the information is not limited to the luminance center of gravity as long as the information is related to the luminance in the image captured by the camera 206.
  • the chemotaxis index is calculated based on the distance between the post-combination pixel with the highest luminance immediately after the nematode plot and the post-combination pixel with the highest luminance after a predetermined time after the start of chemotaxis. May be.
  • this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to having all the configurations described.
  • a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment.
  • Each of the above-described configurations, functions, units 100 to 109, storage units 41 to 47, etc. may be realized by hardware by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit.
  • the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by a processor such as a CPU.
  • a processor such as a CPU.
  • information such as programs, tables, and files for realizing each function is stored in the HD 204, as well as a memory, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or an IC (Integrated Circuit).
  • control lines and information lines are those that are considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines are necessarily shown on the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are connected to each other.
  • 1,1a ⁇ 1c Analysis device 2 Imaging device (imaging unit) 100, 100a to 100c Processing unit 101 Image acquisition unit 102 Pixel combination unit 103 Luminance information acquisition unit 104 Luminance center of gravity calculation unit 105 Runtability index calculation unit 106 Inspection determination unit 107 Pixel exclusion unit 108 Imaging stop determination processing unit 109 Plate exclusion processing Unit 201 base unit 202 light source unit 203 pedestal 204 first support unit 205 second support unit 206 camera (imaging unit) 221 Ring LED light source with diffuser plate 222 Shield plate 231 Imaging lens 232 Imaging element 233 Front focus 241 Diffuser plate 301 Center of combined image 302 Broken line circle 401,411 Origin (luminance center of gravity immediately after plotting) 402,412 Nematode movement slows down E, E1-E3 Nematode P plate Pz Culture plate Pa-Pc Analysis plate Z Cancer analysis system

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Abstract

線虫を用いたがん検査において、効率的な画像解析を行うため、本発明におけるがん解析システムＺは、線虫及び尿検体がプロットされているプレートを下方から照射する光源部と、光源部によって照射されたプレートを、撮像する撮像装置（２）と、撮像装置（２）で撮像された画像を解析する解析装置（１）とを有し、解析装置（１）は、画像のピクセルを、より大きなピクセルに結合した後、画像における輝度的重心に関する情報の時間変化を基に、線虫の走性解析を行うことを特徴とする。

Description

がん解析システム及びがん解析方法
　本発明は、線虫を用いたがん検査に用いられるがん解析システム及びがん解析方法の技術に関する。
　線虫ががん患者の尿に対して誘引行動をし、健常者の尿に対して忌避行動を示すことを利用したがん検査が提案されている。
　特許文献１には、線虫の嗅覚を用いたがん検出方法が記載されている。
　現在、線虫を用いたがん検査では、検査者が線虫をバッファと一緒にプレート（シャーレ）にプロットした後、プロットした線虫をバッファとともに、所定の範囲に塗り拡げる。その後、線虫の走性が行われ、走性した線虫がカウントされることで、陽性、陰性が判断される。具体的には、プレートを中心線で２つの領域に分け、検体側に移動した場合を正の化学走性、検体と反対側に移動した場合を負の化学走性と判断することで、陽性、陰性を判断している。
　このような場合に画像解析を導入した場合、プレート上の線虫をその形態の特徴を捉えてカウントすることが考えられる。この場合、以下のようなプロセスになる。
（１）プレート全体を産業用カメラ（５００～１０００万画素）でプレートを撮像する。場合によっては、１分毎に撮像が行われる。
（２）撮像された画像から、輝度の閾値を設定し、２値化画像を取得する。
（３）２値化画像から、線虫の形態の特徴を捉えられることにより、線虫のカウントが行われる。
（４）カウントされた線虫がプレート上のどの位置に存在するかを判定し、それぞれの領域にいる線虫の数をカウントし、走性指数を算出する。
国際公開第２０１５／０８８０３９号
　前記した手法でも走性指数の計算は可能であるが、以下のような問題が生じる。
（１）線虫群をプレート上にプロットする場合、前記したように、検査者が緩衝液中の線虫群をプレート上にプロットして、その後、塗り拡げることで拡散させる。この拡散工程は、手技によるのでその拡散の度合いは一定ではない。また、拡散させることにより、走性開始時の線虫が２次元的な広がりを有するため、原点が明確でなくなる。さらに、原点を定義したとしても、前記したように手技によるので、最初の線虫群の原点が検査毎に異なり、明確ではなくなる。従来の手法では、プレートの中心を原点とした上で化学走性指数を算出している。しかしながら、走性の開始点が検査毎に異なってくるので、プレートの中心を原点とした解析では、精度の点で問題がある。
（２）線虫数のカウントでは、大容量の高精細画像を保存する必要がある。１０００万画
素のカメラを用いてフレームレート１ｆｐｓ程度で３０分程度撮像すると、その容量は１Ｇバイト程度になってしまう（１枚２Ｍバイト程度）。
（３）線虫をカウントするということは、画像処理の特徴をあまり生かしていないことになる。また、状態の悪い線虫（速度の遅い線虫）を排除するアルゴリズムが煩雑になる。
（４）線虫数のカウントでは、線虫とゴミ等のノイズとの区別が、困難な場合がしばしばある。つまり、ゴミが線虫としてカウントされてしまう問題がある。
　このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、線虫を用いたがん検査において、効率的な画像解析を行うことを課題とする。
　前記課題を解決するため、本発明は、線虫及び尿検体がプロットされているプレートを下方から照射する光源部と、前記光源部によって照射された前記プレートを、撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された画像を解析する解析部とを有し、前記解析部は、前記画像における輝度に関する情報の時間変化を基に、前記線虫の走性解析を行うことを特徴とする。
　その他の解決手段については、実施形態中において記載される。
　本発明によれば、線虫を用いたがん検査において、効率的な画像解析を行うことができる。
第１実施形態に係るがん解析システムの構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係る解析装置の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係る撮像装置の外観斜視図である。 第１実施形態にかかる撮像装置の外観側面図である。 第１実施形態に係る撮像装置の断面概略図である。 第１実施形態に係るがん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）はがん検査工程を示す図である。 第１実施形態に係るがん解析システムが行う処理の手順を示すフローチャートである。 カメラによって撮像された画像の模式図である。 第１実施形態に係るピクセルの結合処理を示す図である。 ピクセルの結合処理の結果を示す図である。 線虫の選定を示す模式図である。 第２実施形態に係る解析装置の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係る解析装置が行う処理の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るピクセル除外処理の手法を説明するための図である。 第２実施形態に係る削除領域の決定手法を説明するための図である。 ピクセル除外処理が行われる前（未処理）の結合後ピクセルの模式図である。 ピクセル除外処理が行われた後の結合後ピクセルの模式図である。 がん患者における輝度的重心の時間変化と、時間毎における座標変異を示し、（ａ）ピクセル除外処理が行われていない（未処理）場合を示し、（ｂ）はピクセル除外処理が行われた場合を示している。 健常者における輝度的重心の時間変化と、時間毎における座標変異を示し、（ａ）はピクセル除外処理が行われていない（未処理）場合を示し、（ｂ）はピクセル除外処理が行われた場合を示している。 第３実施形態に係る解析装置の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態に係る解析装置が行う処理の手順を示すフローチャートである。 がん患者の尿を検体としたときにおける輝度的重心の時間変化を示す表である。 がん患者における輝度的重心の時間変化を示す図である。 がん患者の尿を検体したときの線虫のプロット直後における輝度分布を示す図である。 がん患者の尿を検体したときの走性開始後４分における輝度分布を示す図である。 健常者の尿を検体としたときにおける輝度的重心の時間変化を示す表である。 健常者における輝度的重心の時間変化を示す図である。 健常者の尿を検体したときの線虫のプロット直後における輝度分布を示す図である。 健常者の尿を検体したときの走性開始後６分における輝度分布を示す図である。 第４実施形態に係る解析装置の構成を示す機能ブロック図である。 第４実施形態に係る解析装置が行う処理の手順を示すフローチャート（その１）である。 第４実施形態に係る解析装置が行う処理の手順を示すフローチャート（その２）である。 第４実施形態に係るプレート除外処理の模式的な説明図である。
　次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
＜第１実施形態＞
［システム構成］
　図１は、第１実施形態に係るがん解析システムの構成を示す機能ブロック図である。
　がん解析システムＺは、解析装置（解析部）１及び撮像装置（撮像部）２を有する。
　撮像装置２は、線虫及び尿検体がプロットされたプレートを撮像し、撮像した画像を解析装置１へ送信する。
　解析装置１は、撮像装置２から送られた画像を基に輝度情報を取得し、取得した輝度情報から線虫の走性指数を算出し、算出した走性指数を基に、がんの陽性・陰性を判定する。
［解析装置］
　図２は、第１実施形態に係る解析装置の構成を示す機能ブロック図である。
　解析装置１は、ＰＣ（Personal Computer）等により構成されており、メモリ１１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２、記憶装置１３、入力装置１４、出力装置１５及び送受信装置１６を有する。
　メモリ１１には、記憶装置１３に格納されているプログラムがロードされ、ロードされたプログラムがＣＰＵ１２によって実行されることで、処理部１００及び処理部１００を構成する画像取得部１０１、ピクセル結合部１０２、輝度情報取得部１０３、輝度的重心算出部１０４、走性指数算出部１０５及び検査判定部１０６が具現化している。
　画像取得部１０１は、撮像装置２から画像を取得する。
　ピクセル結合部１０２は、撮像装置２から取得した画像のピクセルを結合する。
　輝度情報取得部１０３は、ピクセル結合部１０２で結合されたピクセル（結合後ピクセルと称する）から、各結合後ピクセルにおける輝度情報を取得する。
　輝度的重心算出部１０４は、輝度情報取得部１０３が取得した輝度情報に基づいて、輝度的重心を算出する。輝度的重心については後記する。
　走性指数算出部１０５は、輝度的重心算出部１０４が算出した輝度的重心を基に、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。
　検査判定部１０６は、走性指数算出部１０５が算出した走性指数に基づいて、がんの陽性、陰性を判定する。
　入力装置１４は、キーボードや、マウス等である。
　出力装置１５は、ディスプレイや、プリンタ等である。
　送受信装置１６は、ＮＩＣ（Network Interface Card）等である。
［撮像装置］
　図３は、第１実施形態に係る撮像装置の外観斜視図であり、図４は、第１実施形態にかかる撮像装置の外観側面図であり、図５は、第１実施形態に係る撮像装置の断面概略図である。
　図３及び図４に示すように、基部２０１の上に光源部２０２が備えられている。光源部２０２は、拡散板付きリングＬＥＤ光源２２１である。拡散板付きリングＬＥＤ光源２２１はリング状のＬＥＤ光源であり、リングの内側に図５に示すように拡散板２４１が備えられているものである。
　図３及び図４に示すように、光源部２０２の上には、プレートＰがセットされるための台座２０３が備えられている。台座２０３にはプレートＰがセットされるための孔が設けられており、この孔にプレートＰが嵌着されることでプレートＰが撮像装置２にセットされる。
　そして、図３及び図４に示すように、基部２０１には棒状の第１支持部２０４が備えられ、この第１支持部２０４には、第１支持部２０４に沿って上下方向（Ｚ方向）に可動である第２支持部２０５が備えられている。
　第２支持部２０５の先端にはプレートＰを撮像するためのカメラ（撮像部）２０６が備えられている。
　さらに、図４に示すようにカメラ２０６の上方には、蛍光灯等といった部屋の照明を遮蔽する遮蔽板２２２が設けられている（図３では遮蔽板２２２を図示省略してある）。
　なお、図４において、遮蔽板２２２は、第１支持部２０４に備えられているが、これに限らない。例えば、遮蔽板２２２は、プレートＰに部屋の照明があたらないようにすればよく、例えば、部屋に備えられるようにしてもよい。
　光源部２０２からの光が直接プレートＰに照射されると、明るすぎたり、プレートＰの縁等、プレートＰにおける特定の箇所が光ってしまったりする等の理由で画像のＳ／Ｎ（Signal/Noise）比が悪くなるという問題がある。
　図３～図５に示すように、光源部２０２として拡散板付きリングＬＥＤ光源２２１を設けることで、ＬＥＤ光源から照射される光を拡散させることができ、適度な光がプレートＰに照射される。これにより、撮像される画像のＳ／Ｎ比の向上を図ることができ、後記する画像解析が困難になることを防ぐことができる。
　また、カメラ２０６の上方に遮蔽板２２２が設けられることで、蛍光灯等といった部屋の照明を遮ることができ、部屋の照明によってプレートＰの培地表面が光ってしまうことを防ぐことができる。
　次に、図５を参照して、カメラ２０６で撮像された画像が光源部２０２による影響を受けないための条件、すなわち、画像面において照度むらが小さくなるための条件を説明する。
　光源部２０２（拡散板付きリングＬＥＤ光源２２１）の特性によって、プレートＰに照射される光の照度分布が良好となる照明距離Ｚ２が存在する場合、以下の第１条件及び第２条件とが満たされるとき、照度分布が良好となる。ここで、照明距離Ｚ２は、図５に示すように、照明面と、撮像対称面（ここでは、プレートＰの培地表面）との距離である。
　また、第１条件は、ｆ１、Ｚ１が、以下の式（１）の条件を満たすことである。ｆ１及びＺ１については後記する。また、第２条件は、光源位置における画角半径Ｙ２に対して、拡散板付きリングＬＥＤ光源２２１の内半径Ｒが大きいことである。第１条件及び第２条件が満たされる場合、カメラ２０６で撮像された画像が光源部２０２による影響を受けない。これにより、後記する輝度情報の取得が容易となる。
　Ｙ１＝（Ｚ１×Ｙ０）／ｆ１　・・・　（１）
　ちなみに、式（１）において、ｆ１は撮像レンズ２３１と、前側焦点２３３との距離である前側焦点距離である。また、Ｚ１は前側焦点２３３と、撮像対象面（ここでは、プレートＰにおける培地表面）との距離である。そして、Ｙ０はカメラ２０６における撮像素子２３２の大きさである。さらに、Ｙ１は撮像対象の大きさである。
　第１条件及び第２条件が満たされることで、画像における照度むらを減少させることができ、画像のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
［検査工程］
　図６は、第１実施形態に係るがん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）はがん検査工程を示す図である。
　図６（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（Ｓ１０１）。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（Ｓ１１１）、新たな培養プレートを作成する（Ｓ１１２）。さらに、プレート作成者は、ステップＳ１１１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（Ｓ１２１）、新たな培養プレートを作成する（Ｓ１２２）。
　そして、ステップＳ１０１，Ｓ１１２，Ｓ１２２で作成された培養プレートにおいて、線虫が培養された後、培養された線虫を用いて検査者ががん検査を行う（Ｓ１４１～Ｓ１４３）。
　図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるステップＳ１４１～Ｓ１４３の処理の詳細を示すものである。なお、ステップＳ２０１～Ｓ２１５は、ステップＳ１４１～Ｓ１４３のそれぞれで行われる。
　図６（ｂ）に示すように、がん検査において、まず、プレート作成者が、解析用のプレートを作成する（Ｓ２０１）。
　次に、必要に応じて、検査者が、プレート作成者によって作成された解析用のプレートに、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。アジ化ナトリウムのプロットは省略されることがある。
　次に、検査者は、解析用のプレートに検体をプロットする（Ｓ２０２）。
　続いて、検査者は、解析用のプレートに線虫をプロットする（Ｓ２０３）。
　そして、検査者は、解析用のプレートにプロットした線虫を拡散する（Ｓ２０４）と、解析用のプレートを撮像装置２（図１）にセットする（Ｓ２１１）。
　すると、撮像装置２が、解析用のプレートを撮像する（Ｓ２１２）。
　撮像装置２が撮像した画像は、解析装置１（図１）に送られる。解析装置１は、送られた画像に基づいて走性解析を行う（Ｓ２１３）。場合によっては、再び、撮像が行われ（Ｓ２１２）、その撮像によって得られた画像に対して走性解析が行われる（Ｓ２１３）ことが繰り返される。
　そして、解析装置１は、ステップＳ２１３の走性解析の結果に基づいて、がんの陽性、陰性を判定する検査判定処理を行う（Ｓ２１４）。
　そして、解析装置１は、ステップＳ２１５の処理の結果を記憶装置１３（図２）に格納する（Ｓ２１５）。
［フローチャート］
　図７は、第１実施形態に係るがん解析システムが行う処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図１～図３を参照する。
　まず、撮像装置２のカメラ２０６がプレートＰの撮像を行う（Ｓ３０１）。
　そして、解析装置２の画像取得部１０１が撮像装置２から画像を取得する画像取得処理を行う（Ｓ３０２）。
　次に、ピクセル結合部１０２がピクセル結合処理を行う（Ｓ３０３）。ピクセル結合処理については後記する。
　そして、輝度情報取得部１０３が、ステップＳ３０３で結合されたピクセル（結合後ピクセル）から輝度情報を取得する輝度情報取得処理を行う（Ｓ３０４）。
　その後、輝度的重心算出部１０４が、ステップＳ３０４で取得された輝度情報を基に、輝度的重心を算出する輝度的重心算出処理を行う（Ｓ３０５）。輝度的重心については後記する。
　次に、処理部１００は、ステップＳ３０１～Ｓ３０５の処理が２回行われたか否かを判定する（Ｓ３１１）。
　ステップＳ３１１の結果、ステップＳ３０１～Ｓ３０５の処理が２回行われていない場合（Ｓ３１１→Ｎｏ）、処理部１００は、ステップＳ３０５の処理が終了してから所定時間（例えば、１５分）経過したか否かを判定する（Ｓ３１２）。
　ステップＳ３１２の結果、ステップＳ３０５の処理が終了してから所定時間経過していない場合（Ｓ３１２→Ｎｏ）、処理部１００はステップＳ３１２へ処理を戻す。
　ステップＳ３１２の結果、ステップＳ３０５の処理が終了してから所定時間経過している場合（Ｓ３１２→Ｙｅｓ）、処理部１００はステップＳ３０１へ処理を戻し、撮像装置２にプレートＰの撮像を指示する。
　ステップＳ３１１の結果、ステップＳ３０１～Ｓ３０５の処理が２回行われている場合（Ｓ３１１→Ｙｅｓ）、走性指数算出部１０５が、ステップＳ３０５で算出された輝度的重心を基に、走性指数を算出する走性指数算出処理を行う（Ｓ３２１）。
　続いて、検査判定部１０６が、ステップＳ３２１で算出された走性指数を基に、がんの陽性、陰性を判定する検査判定処理を行う（Ｓ３２２）。
　ちなみに、図７のステップＳ３０１が図６のステップＳ２１２に相当し、図７のステップＳ３０２～Ｓ３２１が図６のステップＳ２１３に相当し、図７のステップＳ３２２が図６のステップＳ２１４に相当する。
［輝度的重心による走性解析］
　次に、図８～図１０を参照して、第１実施形態に係る輝度的重心による線虫の走性解析を説明する。
（画像）
　図８は、カメラによって撮像された画像の模式図を示す。この画像は、図７のステップＳ３０２で取得される画像である。
　図８では、図面をみやすくするため、培地が白くなっており、線虫Ｅが黒くなっているが、実際には、培地は黒く写り、線虫Ｅは白く写る。
（ピクセル結合処理）
　図９は、第１実施形態に係るピクセルの結合処理を示す図である。この処理は、図７のステップＳ３０２に相当する処理である。
　ピクセル結合部１０２は、撮像された画像におけるピクセルを所定数結像することで、図９に示すように１３×１３程度のピクセルにまとめる。なお、１３×１３のピクセルにまとめることは一例であり、これ以外のピクセル数にまとめてもよい。
（輝度情報取得処理）
　図１０は、ピクセルの結合処理の結果を示す図である。
　図１０に示すように、ピクセルを結合した結果、結合後のピクセル（結合後ピクセル）において線虫が多いところほど白いピクセルとなり、線虫が少ないところほど黒に近くなる。すなわち、結合後ピクセルでは、線虫が多いピクセルほど輝度が高くなる。図１０では、結合後ピクセルにおける線虫の数の大小を５段階のドットで示しているが、実際には、例えば、２５６段階の輝度で示される。
　図７のステップＳ３０４において、輝度情報取得部１０３は、図１０に示すような結合後ピクセルにおける輝度情報を取得する。ｘ軸及びｙ軸については後記する。
（輝度的重心算出処理）
　そして、図７のステップＳ３０５において、輝度的重心算出部１０４は、図１０に示す結合後のピクセルにおける輝度から輝度的重心を算出する。輝度的重心とは、以下の式（２）によって算出される、ピクセル結合処理後の画像における輝度の重心である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、図１０の左からｉ番目の結合後ピクセルにおけるｘ座標をｘｉとし、そのピクセルにおける輝度をＢｘｉとする。同様に、図１０において、下からｊ番目の結合後ピクセルにおけるｙ座標をｙｊとし、そのピクセルにおける輝度をＢｙｊとする。ここで、ｘ座標及びｙ座標は、図１０のｘ軸及びｙ軸に基づくものである。また、式（２）において、ｎ，ｍは、結合後ピクセルのｘ軸方向及びｙ軸方向の数である。図１０の例では、ｎ＝１３、ｍ＝１３となる。
　ここで、Ｂｘｉは、ｘｉに属する結合後ピクセルの輝度をｙ軸方向について累積した値であり、Ｂｙｊは、ｙｊに属する結合後ピクセルの輝度をｘ軸方向について累積した値である。
　つまり、（ｉ，ｊ）の位置における（つまり、図１０において、左からｉ番目、下からｊ番目に位置する）結合後ピクセルの輝度をＢｉｊとすると、式（２）におけるＢｘｉ，Ｂｙｊは、以下の式（３）及び式（４）で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　算出した（ｘ，ｙ）の位置における（つまり、図１０において、左からｘ番目、下からｙ番目に位置する）結合後ピクセルの輝度的重心を（Ｃｘ，Ｃｙ）とする。また、時刻ｔでの輝度的重心を（Ｃｘｔ，Ｃｙｔ）とする。
（走性指数算出処理）
　図７のステップＳ３０５において、走性指数算出部１０５が、以下に示す手法で、輝度的重心を用いが走性指数ＣＩを算出する。走性指数ＣＩの算出方法は、以下の式（５）による方法と、式（６）による方法との２通りがある。なお、（Ｃｘ０，Ｃｙ０）は、時刻ｔ＝０、すなわち、プロット直後における輝度的重心を示す。
ＣＩ＝Ｃｘ０－Ｃｘｔ　・・・　（５）
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　式（５）は、ｘ軸方向における輝度的重心の時間変化を算出しており、式（６）は、ｘ軸方向及びｙ軸方向における輝度的重心の時間変化を算出している。なお、ｔとしては、例えば、１５分であるが、これに限らない。
　そして、判定処理部１００は、算出した走性指数ＣＩを基に、被検者におけるがんの陽性・陰性を判定する。
　第１実施形態によれば、輝度を基に走性指数を算出することで、個々の線虫をカウントすることなく、簡便なアルゴリズムで走性指数を算出することができ、撮像装置１で撮像された画像の解析を効率的に行うことができる。
　また、図１１に示すように、培養条件を均一にして線虫Ｅが幼虫の状態（符号Ｅ１）から、成虫の線虫Ｅ（符号Ｅ２）になるまで培養しても、すべての線虫の状態を良好にすることはできない。従って、状態のよい線虫Ｅ（符号Ｅ３）を選別する必要がある。ここで、状態のよい線虫Ｅ３とは、生きのよい線虫である。
　しかしながら、個々の線虫Ｅの動きを計測することは、アルゴリズム的に煩雑になる。第１実施形態に係るがん解析システムＺであれば、画像において線虫Ｅが多くいる箇所が明るくなるという性質を利用した輝度的重心を用いることで、計算負荷を軽減することができる。
　また、前記したように線虫Ｅのプロットは人の手によるので、プロット点は正確に原点となるとは限らない。さらに、前記したように、線虫はプロットされた後、人手によって培地上の所定範囲に塗り拡げられるため、２次元的な広がりを有することになる。式（１）及び式（２）に示すように、線虫のプロット直後の輝度的重心と、所定時間後の輝度的重心との差を走性指数とすることで、プロット点のずれの問題が解消され、２次元的広がりを有することの問題も解消される。
　つまり、線虫のプロット直後における輝度的重心を原点として考えることで、走性指数を正しく評価することができる。
　さらに、ピクセル結合処理を行うことで、ピクセル数を減少させることができ、画像の容量を減少させることができ、大量の画像を保存することが可能となる。例えば、５００万画素で１５分間撮像を行うと、１ＧＢ程度の容量が必要となるが、第１実施形態のようにピクセル結合処理を行うことで、画像の容量を大幅に減少させることができる。
　また、ピクセル結合処理を行うことで、ゴミ等のノイズを平均化することができ、その影響を除くことができる。
　なお、特許文献１には、線虫に蛍光タンパク質遺伝子を導入し、線虫の傾向強度を測定することが記載されている。特許文献１に記載の技術は、線虫を蛍光させることで、画像のＳ／Ｎ比を向上させているが、個々の線虫をカウントしているため、前記した問題点を解決することはできない。第１実施形態に係る技術は、画像における輝度を基に線虫の量を推測している点で、特許文献１に記載の技術とは異なっている。
　第１実施形態では、プロット直後の輝度的重心と、所定時間後の輝度的重心との差から走性指数を算出しているが、所定時間後の輝度的重心と、プレートの中心位置との差から走性指数が算出されてもよい。
　また、第１実施形態では、精細な撮像画像のピクセルを結合させているが、これに限らない。例えば、画素数の少ないカメラ２０６（図３～図５）で撮像することで、ピクセル結合処理が省略されてもよい。このように、画素数の少ないカメラ２０６を用いることによって、コストの大幅な削減も可能となる。
＜第２実施形態＞
［解析装置］
　図１２は、第２実施形態に係る解析装置の構成を示す機能ブロック図である。
　図１２に示す解析装置１ａにおいて、図２に示す解析装置１と異なる点は、処理部１００ａが、結合後ピクセルにおける中心付近のピクセルを除外するピクセル除外部１０７を有している点である。
［フローチャート］
　図１３は、第１実施形態に係る解析装置が行う処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図１２を参照する。
　図１３において、図７に示すフローチャートと異なる点は、ステップＳ３０４の後に、ピクセル除外部１０７が、ピクセル除外処理（Ｓ３３１）を行っている点である。ピクセル除外処理については後記する。
（ピクセル除外処理）
　次に、図１４～図１６を参照して図１３のステップＳ３３１におけるピクセル除外処理を説明する。
　図１４は、第２実施形態に係るピクセル除外処理の手法を説明するための図である。
　図１４に示すピクセルは結合後ピクセルを示している。
　図１４に示すように、ピクセル除外処理部１０７は、走性開始から所定時間後における結合後画像の中心（符号３０１）から所定範囲の結合後ピクセル（斜線領域）を除外する。これは、状態のよくない線虫が、中心領域（すなわち、線虫がプロットされた場所）から動かないことによる。ピクセル除外処理を行うことで、状態のよくない線虫による影響を除外することができ、輝度的重心の精度及び走性指数の精度を向上させることができる。
　削除領域は、例えば、
　（Ａ１）（線虫プロット後からの経過時間×遅い線虫の速度）を直径とする円（図１４における破線円３０２）にかかる結合後ピクセル
　（Ａ２）作業員が設定する領域の結合後ピクセル
　図１５は、第２実施形態に係る削除領域の決定手法を説明するための図である。
　図１５において、横軸は線虫の体長（ｍｍ）を示し、縦軸は線虫の走性速度（ｍｍ／ｓ）を示している。ここで、線虫の体長と、線虫の走性速度とは関連性があることが分かっている。すなわち、線虫の体長が小さければ、走性速度も小さいということが分かっている。
　図１５に示すように、線虫の速度が０．２ｍｍ／ｓで状態のよい線虫のグループと、状態の悪い線虫のグループに分けることができる。
　従って、１分間動かない線虫は状態の悪い線虫と判断し、０．２×６０（秒）＝１２ｍｍを半径とする円（図１４の破線円３０２）を設定する。そして、この破線円３０２にかかる結合後ピクセル（図１４の斜線で示す結合後ピクセル）を除外対称の結合後ピクセルとする。
　図１６は、ピクセル除外処理が行われる前（未処理）の結合後ピクセルの模式図を示し、図１７は、ピクセル除外処理が行われた後の結合後ピクセルの模式図を示す。
　図１６及び図１７では、図１０と同様、結合後ピクセルの輝度を５段階のドットで示す。
　図１６は、図１０に示すものと同様のものであるため、ここでの説明を省略する。そして、ピクセル除外処理部１０７が、ピクセル結合処理後の画像の中心領域において、破線円がかかっている結合後ピクセルを除外することによって、図１７に示すような結合後画像が得られる。なお、図１６の破線円は図１５における破線円３０２と同様のものである。
　図１８は、がん患者における重心座標の１分毎の時間変化と、時間毎における座標変異を示し、（ａ）ピクセル除外処理が行われていない（未処理）場合を示し、（ｂ）はピクセル除外処理が行われた場合を示している。
　なお、図１８及び後記する図１９において、輝度的重心及び座標変位のｘ座標及びｙ座標が示されているが、尿検体はｘ軸方向にプロットされているため、ｘ軸方向のみの変化をみるものとする。また、図１８及び図１９では、図１４の破線円３０２に対応する円の直径を１４ｍｍとした、さらに、図１８及び図１９において、走性開始後３分以降において、ピクセル除外処理を用いて輝度的重心を算出している。すなわち、プロット直後～走性開始２分まではピクセル除外処理を行っていない。これは、プロット直後から所定の時間までは、線虫の移動距離が短いため、ピクセル除外処理を適用すると、ほとんどの線虫がいる結合後ピクセルが除外されてしまうためである。このように、走性開始（プロット直後）から所定時間の間は、ピクセル除外処理を行わないようにすることが望ましい。
　ちなみに、図１８及び後記する図１９における尿検体は、１０倍に希釈したものである。
　ここで、「直後」とは線虫の培地へのプロット直後を意味し、重心座標は輝度的重心の座標であり、座標変位とは、現在の輝度的重心の座標－線虫のプロット直後における輝度的重心の座標で示されるものである。すなわち、ここでは、プロット直後の輝度的重心を原点としている。座標変位は、小数点第２位でまるめてあるので、現在の輝度的重心の座標－線虫のプロット直後における輝度的重心の値からずれている場合がある。以降でも同じである。
　また、重心座標及び座標変位は、線虫が誘引行動を示す場合「＋」の値となり、線虫が忌避行動示す場合「－」の値となる。ちなみに、前記したように、線虫は、健常者の尿に対して忌避行動を示し、がん患者の尿に対して誘引行動を示す。
　未処理の結果である図１８（ａ）に示す結果と、ピクセル除外処理を行った図１８（ｂ）に示す結果とを比較すると、ピクセル除外処理を行った図１８（ｂ）に示す結果の方が、ｘ軸に関して正方向へ結果がシフトしていることが分かる。
　図１９は、健常者における重心座標の１分毎の時間変化と、時間毎における座標変異を示し、（ａ）はピクセル除外処理が行われていない（未処理）場合を示し、（ｂ）はピクセル除外処理が行われた場合を示している。図１９における縦軸及び横軸は図１８と同様である。
　未処理の結果である図１９（ａ）に示す結果と、ピクセル除外処理を行った図１９（ｂ）に示す結果とを比較すると、ピクセル除外処理を行った図１９（ｂ）に示す結果の方が、ｘ軸の負方向へ結果がシフトしていることが分かる。
　状態のよい線虫、すなわち、生きのよい線虫は動く速度が速いため、個々の線虫の動きを計測することで、状態のよい線虫を選別することは可能である。
　第２実施形態によれば、中心から所定範囲を除外することにより、状態の悪い（動きの悪い）線虫の影響を除外することができる。これにより、走性指数の精度を向上させることができる。このような中心領域のピクセル除外は、所定範囲の結合後ピクセルの輝度を０にするだけでよいので、非常に簡便な処理で行うことができる。
＜第３実施形態＞
［解析装置］
　図２０は、第３実施形態に係る解析装置の構成を示す機能ブロック図である。
　図２０に示す解析装置１ｂにおいて、図１２に示す解析装置１ａと異なる点は、処理部１００ｂが、輝度的重心の時間変化が所定の条件を満たす時、輝度的重心の算出を停止する撮像停止判定処理部１０８を有している点である。
［フローチャート］
　図２１は、第１実施形態に係る解析装置が行う処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図３及び図２０を参照する。
　図２１において、図１３の処理と異なる点は、以下の点である。
　ステップＳ３０５において、輝度的重心算出部１０４が輝度的重心を算出した後、撮像停止判定処理部１０８は、輝度的重心の時間変位Ｄｔを算出する時間変位算出処理を行う（Ｓ３４１）。輝度的重心の時間変位Ｄｔは、現在の輝度的重心と、１つ前の輝度的重心との差分値である。なお、プレートの中心に対して、尿検体がプロットされている方向をｘ軸方向とした場合、輝度的重心の時間変位Ｄｔはｘ軸方向のみを考えればよいが、ｘ軸方向に加えて、ｙ軸方向を考慮してもよい。
　そして、撮像停止判定処理部１０８は、ステップＳ３４１で算出した輝度的重心の時間変位と、１つ前の輝度的重心の時間変位の符号との符号が逆転しているか、ステップＳ３４１で算出した輝度的重心の時間変位Ｄｔと、１つ前の輝度的重心の時間変位Ｄｔｐと差の絶対値（｜Ｄｔ－Ｄｔｐ｜）が所定の値（ｅ）未満であるか否かを判定する（Ｓ３４２）。なお、ステップＳ３４２において、ステップＳ３４１で算出した輝度的重心の時間変位Ｄｔと、１つ前の輝度的重心の時間変位Ｄｔｐと差の絶対値（｜Ｄｔ－Ｄｔｐ｜）が所定の値（ｅ）未満であるか否かの条件は省略されてもよい。
　ステップＳ３４２の結果、ステップＳ３４１で算出した輝度的重心の時間変位と、１つ前の輝度的重心の時間変位の符号との符号が逆転しているか、ステップＳ３４１で算出した輝度的重心の時間変位Ｄｔと、１つ前の輝度的重心の時間変位Ｄｔｐと差の絶対値（｜Ｄｔ－Ｄｔｐ｜）が所定の値（ｅ）未満である場合（Ｓ３４２→Ｙｅｓ）、処理部１００ｂはステップＳ３４５へ処理を進める。
　ステップＳ３４２の結果、ステップＳ３４１で算出した輝度的重心の時間変位と、１つ前の輝度的重心の時間変位の符号との符号が逆転しておらず、かつ、ステップＳ３４１で算出した輝度的重心の時間変位Ｄｔと、１つ前の輝度的重心の時間変位Ｄｔｐと差の絶対値（｜Ｄｔ－Ｄｔｐ｜）が所定の値（ｅ）以上である場合（Ｓ３４２→Ｎｏ）、処理部１００は、走性開始から所定時間（例えば、１５分）経過したか否かを判定する（Ｓ３４３）。
　ステップＳ３４３の結果、走性開始から所定時間経過していない場合（Ｓ３４３→Ｎｏ）、撮像停止判定処理部１０８は、撮像間隔時間（例えば、１分）経過したか否かを判定する（Ｓ３４４）。
　ステップＳ３４４の結果、撮像間隔時間経過していない場合（Ｓ３４４→Ｎｏ）、撮像停止判定処理部１０８はステップＳ３４４へ処理を戻す。
　ステップＳ３４４の結果、撮像間隔時間経過している場合（Ｓ３４４→Ｙｅｓ）、処理部１００はステップＳ３０１へ処理を戻し、撮像装置２にプレートＰの撮像を指示する。
　一方、ステップＳ３４３の結果、走性開始から所定時間経過している場合（Ｓ３４３→Ｙｅｓ）、撮像停止判定処理部１０８は撮像装置２に撮像停止を指示する（Ｓ３４５）。撮像停止を指示された撮像装置２は撮像を停止する。
　そして、走性指数算出部１０５は、最も直近で算出された輝度的重心を基に、走性指数を算出する（Ｓ３２１ａ）。
［輝度的重心の時間変化について］
（がん患者の場合）
　図２２は、がん患者の尿を検体としたときにおける輝度的重心の時間変化を示す表である。
　図２２では、１分毎における輝度的重心の座標と、座標変位とを示している。前記したように、座標変位とは、現在の輝度的重心の座標－プロット直後における輝度的重心の座標である。なお、図２２～図２９において、輝度的重心及び座標変位のｘ座標及びｙ座標が示されているが、尿検体はｘ軸方向にプロットされているため、ｘ軸方向のみの変化をみるものとする。また、図２２～図２９では、図１８及び図１９と同様の手法でピクセル除外処理が行われている。
　図２３は、がん患者における輝度的重心の時間変化を示す図である。
　なお、図２３及び後記する図２７において、座標におけるプロットは、座標変位を基に行っている。これは、線虫のプロットが人の手で行われる上、前記したように、プロット後、所定範囲に線虫（＋バッファ）が塗り拡げられることで、培地上における線虫のプロット点が検査毎にことなってしまうためである。座標変位は、プロット直後の輝度的重心を原点としていることになるので、このような人手によるプロットに由来するプロット点のゆらぎを解消することができる。
　図２３において、ｘ軸及びｙ軸は、線虫の走性領域（培地上）を示している。
　図２３において、符号４０１は線虫をプロットした直後における輝度的重心を示し、以降、１分毎における輝度的重心の位置を示している。
　ここで、符号４０２を境に、線虫の行動が戻る等して、＋側への行動が鈍っている。このような原因としては、尿検体のにおい物質が拡散してしまう等といったことが考えられる。
　なお、図２３では、走性開始１分後の輝度的重心が－側になっているが、このようなことは、走性開始から所定時間（例えば、３分間）は撮像停止処理を行わないようにすることで解消される。
　図２４は、がん患者の尿を検体したときの線虫のプロット直後における輝度分布を示す図である。
　なお、図２４において、ｘ軸ｙ軸は、撮像装置２（図１）から送られた画像を示し、図２４のグリッドは結合後ピクセルを示している。そして、図２４において縦軸は輝度を示している。以降に示す図２５、図２８、図２９も同様である。ちなみに、図２４、図２５、図２８、図２９では、図２３及び図２７とはｘ軸の向きが逆になっている。
　図２４に示すように、プロット直後ではプレートＰ（図３：画像）の中心付近に線虫が集中しているため、中心付近の輝度が高くなっている。
　図２５は、がん患者の尿を検体したときの走性開始後４分における輝度分布を示す図である。すなわち、図２５は、図２３の符号４０２における輝度分布を示している。
　図２５では、線虫の走性により＋方向に２つの大きなピークがみられる。
（健常者の場合）
　図２６は、健常者の尿を検体としたときにおける輝度的重心の時間変化を示す表である。
　図２６では、１分毎における輝度的重心の座標と、座標変位とを示している。
　図２７は、健常者における輝度的重心の時間変化を示す図である。
　図２７において、図２３と同様である。
　図２７において、符号４１１は線虫をプロットした直後における輝度的重心を示し、以降、１分毎における輝度的重心の位置を示している。
　ここで、符号４１２を境に、線虫の行動が戻る等して、－側への行動が鈍っている。
　図２８は、健常者の尿を検体したときの線虫のプロット直後における輝度分布を示す図である。
　図２８に示すように、プロット直後ではプレートＰ（図３：画像）の中心付近に線虫が集中しているため、中心付近の輝度が高くなっている。
　図２９は、健常者の尿を検体したときの走性開始後６分における輝度分布を示す図である。すなわち、図２９は、図２７の符号４１２における輝度分布を示している。
　図２９では、線虫の走性により－方向に２つの大きなピークがみられる。
　図２３における符号４０２や、図２７における符号４１２以降は、線虫の行動が鈍っているので、これ以上、線虫を走性させても、あまり意味がないといえる。
　そこで、撮像停止判定処理部１０８は、所定時間毎における輝度的重心を監視し、輝度的重心が原点側（線虫のプロット点）に戻ると、そこで撮像を打ち切る。
　そして、走性指数算出部１０５は、撮像を打ち切った時点より１つ前の輝度的重心を用いて、走性指数を算出する。
　第３実施形態によれば、これ以上、線虫を走性させても、あまり意味がないといえる時点で撮像を打ち切るので、検査時間を短くすることができる。
　また、第３実施形態によれば、最も＋側もしくは－側に線虫が走性した時点の輝度的重心を基に、走性指数を算出するため、走性指数の精度を向上させることができる。
　また、これまではアジ化ナトリウム等で線虫を麻痺させることが行われていたが、第３実施形態によれば、線虫の輝度的重心の移動が原点側に戻る等すると、その時点の輝度的重心を基に走性指数を算出するため、アジ化ナトリウムによる線虫の麻痺が不要となる。アジ化ナトリウムは毒物であり、廃棄する際には所定のルールに従って行わなければならず、施設側の負担が大きい。第３実施形態に係る手法であれば、前記したようにアジ化ナトリウムが不要となるので、環境に優しく、施設側の負担を大幅に軽減することができる。
　なお、第３実施形態において、図２１のステップＳ３１１のピクセル除外処理が省略されてもよい。
　第３実施形態では、検査毎に輝度的重心の時間変化を監視し、輝度的重心が原点側に戻ったときの輝度的重心で走性指数を算出しているが、これに限らない。例えば、予め、実験によって輝度的変化が原点側に戻る時間の平均値等を算出しておき、この時間だけ線虫の走性を行わせてもよい。すなわち、第１実施形態や、第２実施形態における所定時間を、実験によって算出された輝度的変化が原点側に戻る時間の平均値としてもよい。このようにすることで、検査時間の短縮を図ることができる。
　そして、尿検体のにおい物質が蒸発することで、線虫が原点側に戻ってしまうという事態が発生しても、第３実施形態によれば、尿検体のにおい物質の蒸発前における輝度的重心を基に走性指数を算出することができる。これにより、走性指数の精度を向上させることができる。
＜第４実施形態＞
［解析装置］
　図３０は、第４実施形態に係る解析装置の構成を示す機能ブロック図である。
　図３０に示す解析装置１ｃにおいて、図２０に示す解析装置１ｂと異なる点は、処理部１００ｃが、輝度的重心の時間変化がみられないプレートＰ（図３）を除外プレートとして選択するプレート除外処理部１０９を有している点である。
［フローチャート］
　図３１及び図３２は、第４実施形態に係る解析装置が行う処理の手順を示すフローチャートである。適宜、図１及び図３０を参照する。
　図３１及び図３２において、図２１に示す処理と異なる点は、以下の点である。
　すなわち、ステップＳ３０５において、輝度的重心算出部１０４が輝度的重心を算出した後、プレート除外処理部１０９は、走性開始から第１時間（例えば、２分）経過したか否かを判定する（図３１のＳ３５１）。
　ステップＳ３５１の結果、走性開始から第１時間経過していない場合（Ｓ３５１→Ｎｏ）、処理部１００は、撮像間隔時間（例えば、１分）経過したか否かを判定する（Ｓ３５２）。
　ステップＳ３５２の結果、撮像間隔時間経過していない場合（Ｓ３５２→Ｎｏ）、処理部１００はステップＳ３５２へ処理を戻す。
　ステップＳ３５２の結果、撮像間隔時間経過している場合（Ｓ３５２→Ｙｅｓ）、処理部１００はステップＳ３０１へ処理を戻し、撮像装置２にプレートＰ（図３）の撮像を指示する。
　ステップＳ３５１の結果、走性開始から第１時間経過している場合（Ｓ３５１→Ｙｅｓ）、プレート除外処理部１０９がプレート除外処理を行った（Ｓ３５３）後、処理部１００がステップＳ３６１へ処理を進める。
　ステップＳ３５３において、プレート除外処理部１０９は、第１時間経過しても、線虫のプロット直後の輝度的重心との変位が所定値以下であるプレートＰを検査対象から除外するよう指示する。プレートＰの除外指示は、解析装置１の出力装置１５において出力されてもよいし、撮像装置２の近傍等に表示装置（不図示）を設置し、その表示装置に表示させてもよい。
　ステップＳ３６１～Ｓ３６６は、ステップＳ３０１～ステップＳ３０５と同様の処理であるので、ここでの説明を省略する。
　そして、ステップＳ３４２の処理において、「Ｎｏ」が判定されると、撮像停止判定部１０８は、第１時間が経過後、第２時間（例えば、１３分）経過したか否かを判定する（図３２のＳ３７１）。
　ステップＳ３７１の結果、第２時間経過している場合（Ｓ３７１→Ｙｅｓ）、撮像停止判定部１０８は、ステップＳ３４５へ処理を進める。
　ステップＳ３７１の結果、走性開始から第２時間経過していない場合（Ｓ３７１→Ｎｏ）、処理部１００は、撮像間隔時間（例えば、１分）経過したか否かを判定する（Ｓ３７２）。
　ステップＳ３７２の結果、撮像間隔時間経過していない場合（Ｓ３７２→Ｎｏ）、処理部１００はステップＳ３７２へ処理を戻す。
　ステップＳ３７２の結果、撮像間隔時間経過している場合（Ｓ３７２→Ｙｅｓ）、処理部１００はステップＳ３６１へ処理を戻し、撮像装置２にプレートＰの撮像を指示する。
　図３３は、第４実施形態に係るプレート除外処理の模式的な説明図である。
　図３３では、１つの培養プレートＰｚから４つの解析用プレートＰａ～Ｐｄが生成される例を示している。ここで、培養プレートＰｚとは、線虫が培養されているプレートＰ（図３）であり、解析用プレートＰａ～Ｐｄとは尿検体と線虫が載置され、撮像装置２（図１）にセットされるプレートＰである。
　図３３に示すように、同じ培養プレートＰｚで培養されていた線虫が、４つの解析用プレートＰａ～Ｐｄに分注される。
　４つの解析用プレートＰａ～Ｐｄは、撮像装置２にセットされ、撮像、解析され、廃棄される。ここで、解析とは、輝度的重心の算出及び走性指数の算出である。
　このうち、線虫のプロット直後における輝度的重心と、所定時間後の輝度的重心の位置との距離が、所定値以下の解析用プレートＰｃは、線虫が弱っている可能性があり、検査対象としてふさわしくないので除外される。
　第４実施形態によれば、所定時間過ぎても輝度的重心の変化が少ないプレートを除外することで、検査判定の精度を向上させることができる。
　なお、第４実施形態は、第３実施形態にプレート除外処理を加えた形式となっている。すなわち、第４実施形態は、所定間隔（例えば、１分）毎に輝度的重心を求めている形式となっているが、これに限らない。例えば、第１実施形態や、第２実施形態のように、線虫のプロット直後と、所定時間後（例えば、１５分後）とで撮像を行い、プロット直後と、所定時間後とにおける輝度的重心の差が所定値以下のプレートを除外するようにしてもよい。
　なお、第１～４実施形態では、輝度的重心に基づいて、走性指数を求めているが、カメラ２０６によって撮像された画像における輝度に関する情報であれば、輝度的重心に限らない。例えば、結合後ピクセルにおいて、線虫のプロット直後において最も輝度の高い結合後ピクセルと、走性開始後、所定時間後において最も輝度の高い結合後ピクセルとの距離を基に、走性指数が算出されてもよい。
　また、図１０、図１４、図１６、図１７、図２２～図２９、図３３に示すようなグラフや、表や、輝度的重心の時間遷移を示すものが、出力装置１５に出力（表示）されてもよい。
　なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、前記した各構成、機能、各部１００～１０９、各記憶装置部４１～４７等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図２０で示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、図２０に示すようにＨＤ２０４に格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
　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。
　１，１ａ～１ｃ　解析装置（解析部）
　２　　　撮像装置（撮像部）
　１００，１００ａ～１００ｃ　処理部
　１０１　画像取得部
　１０２　ピクセル結合部
　１０３　輝度情報取得部
　１０４　輝度的重心算出部
　１０５　走性指数算出部
　１０６　検査判定部
　１０７　ピクセル除外部
　１０８　撮像停止判定処理部
　１０９　プレート除外処理部
　２０１　基部
　２０２　光源部
　２０３　台座
　２０４　第１支持部
　２０５　第２支持部
　２０６　カメラ（撮像部）
　２２１　拡散板付きリングＬＥＤ光源
　２２２　遮蔽板
　２３１　撮像レンズ
　２３２　撮像素子
　２３３　前側焦点
　２４１　拡散板
　３０１　結合後画像の中心
　３０２　破線円
　４０１，４１１　原点（プロット直後の輝度的重心）
　４０２，４１２　線虫の動きが鈍る点
　Ｅ，Ｅ１～Ｅ３　線虫
　Ｐ　　　プレート
　Ｐｚ　　培養プレート
　Ｐａ～Ｐｃ　解析用プレート
　Ｚ　　　がん解析システム

Claims (13)

  1. 　線虫及び尿検体がプロットされているプレートを下方から照射する光源部と、
    　前記光源部によって照射された前記プレートを、撮像する撮像部と、
    　前記撮像部で撮像された画像を解析する解析部と
    　を有し、
    　前記解析部は、
    　前記画像における輝度に関する情報の時間変化を基に、前記線虫の走性解析を行う
    　ことを特徴とするがん解析システム。
  2. 　前記輝度に関する情報は、前記画像における輝度分布の重心である輝度的重心である
    　ことを特徴とする請求項１に記載のがん解析システム。
  3. 　前記走性解析は、前記線虫の走性に関する評価値である走性指数に基づいて行われ、前記走性指数は、以下の式（１）に基づく
    　ことを特徴とする請求項２に記載のがん解析システム。
    ＣＩ＝Ｃｘ０－Ｃｘｔ　・・・　（１）
    　ここで、ＣＩは走性指数を示し、Ｃｘ０は、プロット直後における前記輝度的重心のｘ座標を示し、Ｃｘｔは、前記線虫の走性開始から時間ｔが経過した後における前記輝度的重心のｘ座標を示す。なお、前記プレートの中心に対し、前記尿検体がプロットされている方向をｘ座標の方向とする。
  4. 　前記走性解析は、前記線虫の走性に関する評価値である走性指数に基づいて行われ、前記走性指数は、以下の式（２）に基づく
    　ことを特徴とする請求項２に記載のがん解析システム。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　ここで、ＣＩは走性指数を示し、（Ｃｘ０，Ｃｙ０）は、プロット直後における前記輝度的重心のｘ座標及びｙ座標を示し、（Ｃｘｔ，Ｃｙｔ）は、前記線虫の走性開始から時間ｔが経過した後における前記輝度的重心のｘ座標及びｙ座標を示す。なお、前記プレートの中心に対し、前記尿検体がプロットされている方向をｘ座標の方向とし、該ｘ座標に直行する方向をｙ座標の方向とする。
  5. 　前記解析部は、
    　前記輝度的重心の時間毎における前記輝度的重心の位置変化を観測し、
    　前記輝度的重心が戻りかけたら解析を停止する
    　ことを特徴とする請求項２に記載のがん解析システム。
  6. 　前記輝度的重心の位置変化は、前記線虫のプロット直後における輝度的重心を原点とする
    　ことを特徴とする請求項５に記載のがん解析システム。
  7. 　前記解析部は、
    　所定時間経過しても、前記輝度的重心の変化が一定量以下である前記プレートを、前記走性解析の対象から除外する
    　ことを特徴とする請求項２に記載のがん解析システム。
  8. 　前記解析部は、
    　前記画像のピクセルを所定数結合した後、前記輝度に関する情報を算出する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のがん解析システム。
  9. 　前記解析部は、
    　前記画像の中心から、一定距離にある画像を前記輝度に関する情報の算出対象から除外する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のがん解析システム。
  10. 　前記光源部は、拡散板を備えたＬＥＤ光源である
    　ことを特徴とする請求項１に記載のがん解析システム。
  11. 　前記光源部の上方に遮蔽板を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のがん解析システム。
  12. 　前記光源部は、拡散板を備えたリング状のＬＥＤ光源であり、
    　前記撮像部における撮像レンズと、前側焦点との距離をｆ１とし、前側焦点と、撮像対象面との距離をＺ１とし、前記撮像部における撮像素子の大きさをＹ０とし、撮像対象の大きさをＹ１としたとき、前記撮像部において、以下の式（３）が成り立っているとともに、光源位置における画角半径に対して、前記ＬＥＤ光源の内半径Ｒが大きい
    　ことを特徴とする請求項１に記載のがん解析システム。
    　Ｙ１＝（Ｚ１×Ｙ０）／ｆ１　・・・　（３）
  13. 　線虫を用いたがん解析を行うがん解析システムが、
    　前記線虫及び尿検体がプロットされているプレートの下方から光を照射し、
    　前記光が照射された前記プレートを撮像し、
    　撮像された画像における輝度に関する情報の時間変化を基に、前記線虫の走性解析を行うことで、撮像された前記画像を解析する
    　ことを特徴とするがん解析方法。
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