JP6492501B2 - 判定装置、判定方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数のプローブが固定された試験片に対する検査対象物質の反応の有無を判定する方法に関し、特に、判定結果の精度を向上させることが可能な判定装置、判定方法及びコンピュータプログラムに関する。

検査対象の物質との間で特有の反応を起こした場合に変色するプローブと呼ばれる物質を複数種類固定した試験片に検体由来の液体を浸透させ、各プローブにおける反応の有無を発色によって判断し、複数のプローブにおける発色パターンによって検体を同定する検査が広く行なわれている。例えば、医療分野では尿検査、血液検査及び遺伝子検査、他の分野では水質検査等があり、試験片を用いた検査の対象は多岐にわたる。

なかでも医療分野においては、遺伝子の変異型を同定するための試験片を用いた遺伝子検査が行なわれており（特許文献１等）、特に結核菌群の薬剤感受性試験のための試験キットの活用により、高精度な検査の迅速化が期待されている（特許文献２等）。これらの遺伝子検査で用いられる試験片には多様な変異型遺伝子を識別するために多数のプローブが固定されており、発色パターンの種類も多数である。

試験片の各プローブに対する反応は化学的な変化である。検査環境の温度や検査手順等検査条件の細微な相違により、プローブの発色具合が変化し得る。また複数のプローブの特性は夫々、条件の相違によって発色が過剰に鮮明になるもの又は不鮮明となって判別が困難になるもの等、様々である。検査環境及び手順の細微な相違によっては、同時に発色させた他の試験片における同プローブの発色との比較によって、反応の有無を判断することが必要な場合もある。試験片の各プローブに対する発色の有無はこれまで、観察者の目視に基づいて判断するものとされてきた。しかしながら、目視による人為的な判断では、上述したような条件により変化し得る発色具合、並びにプローブ毎に異なる発色特性を考慮して多数のプローブの発色パターンを高精度に特定することが困難である。

そこで、検査手順を経た試験片を撮像して得られる試験片画像のデータに対し、コンピュータが画像処理を行なうことによって各プローブの発色の有無を画一的に判定する方法が提案されている（特許文献３、４等）。特許文献３には、複数の試験片を順次撮像して発色の有無を支障なく判定することが可能な特有の搬送装置を備える測定装置が開示されている。特許文献４には、特許文献３に開示されているような特有の測定装置を用いることなしに、広く普及している撮像部付きの携帯型の端末装置を用いて試験片を撮像し、撮像画像データを端末装置からサーバ装置へ送信し、サーバ装置は撮像画像データに基づき分析を行ない、サーバ装置が分析結果を端末装置へ返信するシステムが開示されている。

特開２００７−０６４９２７号公報 特開２０１１−０８７４６５号公報 特開２００７−２１２２６２号公報 特開２０１２−２０２９８９号公報

試験片を撮像して得られる試験片画像のデータにおける処理を行なうことによって判定する場合、目視による人為的な判断を行なう場合に比して正確性が高い。しかしながらその正確性の高さは、撮像片画像データが、均一な撮像条件下で得られたものであるという前提でのみ維持される。特許文献３で開示されているような特有の測定装置を用いる場合には撮像条件の均一性は満たされるが、特許文献４で開示されているような特有の測定装置を不要とするシステムでは、端末装置による撮像環境の照度又は照明の色温度、又は撮像素子の特性等の撮像条件の相違により、同一の物体を撮像した撮像片画像データであっても、撮像条件によって色の強弱、色バランス又は輝度等が異なり、誤判定を招く可能性がある。

本発明は斯かる事情に基づいてなされたものであり、試験片測定用の専用装置を用いることなしに、試験片画像データに対する画像処理に基づき判定する場合に判定結果の精度を向上させることが可能な判定装置、判定方法及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る判定装置は、検査対象の物質との反応の有無に応じて発色する複数の検出体が固定されている試験片を撮像した画像データを取得し、取得した画像データに基づく複数の画素からなる画像により前記複数の検出体における反応の有無を判定する判定装置において、前記画像中の画素毎の画素値に基づき、輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値に対する判定基準値を算定する基準値算定手段と、前記画像中の前記複数の検出体が夫々撮像されている領域として特定されてある検出体領域毎に、各検出体領域内の画素値に対応する輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値を、前記判定基準値を用いて相対値へ変換する変換手段と、前記検出体領域毎に、前記複数の検出体別に予め定められてある閾値と前記相対値とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記複数の検出体毎に反応の有無を判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る判定装置の前記変換手段は、前記階調値の前記判定基準値に対する割合を算出するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る判定装置の前記基準値算定手段は、前記検出体領域毎の前記階調値を特定する手段と、前記複数の検出体夫々の検出体領域から一部を抽出する抽出手段と、抽出された一部の検出体領域に対し特定された階調値を用いて前記判定基準値を算定する手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る判定装置の前記抽出手段は、所定値以上の階調値が特定された検出体領域を抽出するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る判定装置の前記基準値算定手段は、前記複数の検出体を複数のグループに分別し、分別したグループ毎に前記判定基準値を算定するようにしてあることを特徴とする。

本発明に係る判定装置は、前記検出対象の物質は遺伝子検体であり、前記複数の検出体は前記遺伝子検体とハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを含むプローブであることを特徴とする。

本発明に係る判定装置は、前記検出対象の物質は結核菌であり、前記複数の検出体は前記結核菌とハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを含むプローブであることを特徴とする。

本発明に係る判定方法は、撮像装置から情報を取得することが可能なコンピュータが、検査対象の物質との反応の有無に応じて発色する複数の検出体が固定されている試験片の画像データを前記撮像装置から取得し、取得した画像データに基づく複数の画素からなる画像により前記複数の検出体における反応の有無を判定する判定方法において、前記画像中の画素毎の画素値に基づき、輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値に対する判定基準値を試験片毎に算定し、前記画像中の前記複数の検出体が夫々撮像されている領域として特定されてある検出体領域毎に、各検出体領域内の画素値に対応する輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値を、前記判定基準値を用いて相対値へ変換し、前記検出体領域毎に、前記複数の検出体別に予め定められてある閾値と前記相対値とを比較し、比較結果に基づき、前記複数の検出体毎に反応の有無を判定することを特徴とする。

本発明に係るコンピュータプログラムは、撮像装置から情報を取得することが可能なコンピュータに、検査対象の物質との反応の有無に応じて発色する複数の検出体が固定されている試験片の画像データを前記撮像装置から取得させ、取得された画像データに基づく複数の画素からなる画像により前記複数の検出体における反応の有無を判定させるコンピュータプログラムにおいて、前記画像中の画素毎の画素値に基づき、輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値に対する判定基準値を試験片毎に算定するステップ、前記画像中の前記複数の検出体が夫々撮像されている領域として特定されてある検出体領域毎に、各検出体領域内の画素値に対応する輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値を、前記判定基準値を用いて相対値へ変換するステップ、及び、前記検出体領域毎に、前記複数の検出体別に予め定められてある閾値と前記相対値とを比較するステップを実行させることを特徴とする。

本発明では、試験片を撮像して得られる撮像画像データに基づく画像中の画素値から、画像全体の明るさ、色バランス等の個々の画像データの撮像条件に応じた判定基準値が算定され、検出体領域夫々における画素値に基づく階調値を判定基準値に基づく相対値に変換してから閾値との比較が行なわれる。これにより、固定の閾値に基づいて判定するに際し、撮像素子又は撮像環境等が異なる個々の撮像装置の撮像条件による誤差の影響を低減して判定精度を向上させることができる。また本発明では、判定基準値によって変換された相対値に対し、１つの閾値ではなく検出体毎に定められた閾値と比較がされる。これにより、化学的な反応を起こす検出体夫々の特性に応じた個別の判定が可能となり、判定精度を向上させることができる。

変換により得られる相対値は、判定基準値に対する割合でよい。なお、割合のみに限られず、算定された判定基準値に対する加減などであってもよい。

本発明では、明らかに発色している検出体の検出体領域が抽出され、発色していると断定できる検出体の検出体領域における階調値に基づいて判定基準値が算定され、算定された判定基準値に基づいて各検出体における反応の有無が判定される。これにより、明らかに発色していない検出体の検出体領域における階調値の判定基準値への影響を低減し、判定精度を向上させることができる。

明らかに発色しているか否かは、輝度の高低又は特定の色の濃淡を示す階調値が所定値以上であるか否か、即ち輝度が所定の輝度よりも高いか否か、又は特定の色が所定の濃さよりも濃いか否かで判断される。所定値は、どのような撮像条件であっても発色している場合には必ず上回る値として最低限の値が、予め経験的に定められてある。なお、所定値未満であるか否かで判断されてもよいし、輝度が所定の範囲内であるか否か、又は特定の色が所定の濃さの範囲内であるか否かで判断されるようにしてもよい。

本発明では、判定基準値はグループ毎に算定される。特性が類似する検出体の検出体領域毎に判定基準値を算定することができる。これにより、発色の特性が全く異なる他の検出体の検出体領域における輝度又は色に相互に影響されることを低減し、判定精度を向上させることができる。

本発明では、複数の検出体中に、特定の検出体（特殊な検出体）が設けられ、特定の検出体における反応の有無が判定される。これにより、多種類の判定結果を出力することができ、判定精度を向上させることができる。

本発明では、試験片は結核菌検査に使用される場合に、より優れた効果を発揮する。結核菌検査に使用される試験片は、その変異体の多さに応じて多数の検出体（プローブ）を有するものがあるために区別しなければならない発色パターンが多く、検査実施者が目視により判定する場合に誤判定を招きやすいものであった。撮像画像データに基づいて撮像条件によらない精度の良い判定が行なわれることにより、検査実施者が使用する既存の撮像装置を用いても正確な判定結果が得られる。

勿論、試験片は結核菌検査に使用されるものに限られず、ＨＰＶ（ヒトパピローマ）検査、ＨＬＡ（ヒト白血球型抗原）検査、ＭＲＳＡ（メチシリン耐性黄色ブドウ球菌）検出、Staphylococcus（黄色ブドウ球菌）群検出、Helicobacter Pylori （ヘリコバクター・ピロリ）検出、Clostridium difficile （クロストリジウム属菌）検出、E.coli（大腸菌）検出等の遺伝子検査における検出体の発色で反応の有無を判定する種々のものであってよい。また、遺伝子検査に使用されるものに限られず、抗原抗体反応における検出体の発色で反応の有無を判定する種々のものであってもよい。例えばＨＩＶ（ヒト免疫不全ウィルス）検査、ＨＣＶ（Ｃ型肝炎ウィルス）検査等が挙げられる。

本発明による場合、撮像条件による誤差の影響を低減し、更に、検出体夫々の特性に応じた個別の判定が可能となるので、撮像条件が異なる撮像装置により得られた撮像画像データを用いたとしても、撮像条件によらない高精度な判定結果が得られる。

本発明の概要を説明するための説明図である。 実施の形態１における情報処理装置の構成を示すブロック図である。 情報処理装置の制御部により実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。 各プローブの陰性／陽性を判定する処理手順の一例を示すフローチャートである。 判定基準値の算定例の１つを説明する説明図である。 相対値の算出例の１つを説明する説明図である。 変形例１における各プローブの陰性／陽性を判定する処理手順の一例を示すフローチャートである。 変形例２における各プローブの陰性／陽性を判定する処理手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２における判定システムの構成を示すブロック図である。 中央装置の制御部により実行される処理手順の一例を示すフローチャートである

図１は、本発明の概要を説明するための説明図である。図１中、符号１は情報処理装置である。情報処理装置１は、撮像部、表示部１３及び操作部１４を備える所謂スマートフォンであり、本発明に係る判定装置としての機能の他に多様な機能を有した汎用的な装置である。

図１中、符号２は試験片の一例である。試験片２は、短冊状の基体２０にプローブ２１，２２と呼ばれる検査対象の物質との間で特有の反応を起こす物質がライン状に物理的又は化学的に固定されて作製されたものである。各プローブ２１，２２は反応が起こった場合に所定の色に発色するようにしてあり、発色によって陰性／陽性の判定が可能である。例えば試験片２は、ポリエチレンテレフタレートを材料とした基体２０に、夫々性質が異なる複数のオリゴヌクレオチドをプローブ２１として固定したものであり、結核菌の多様な変異型遺伝子を識別する試験片である。試験片２は他に、紙製の基体２０に夫々異なる検査対象の試験紙をプローブ２１として貼付したものであって、尿検査に用いられるものであってもよい。試験片２は他に、血液検査又は水質検査等の種々の検査用のものであってよい。なお試験片２には、試験が適切に行なわれている場合に発色する特定のプローブ２２が固定されている。また試験片２には、各プローブ２１，２２以外に、検査対象の物質を識別するためのマーカーが形成されている。該マーカーは例えば、複数のプローブ２１，２２間に所定の間隔で、プローブ２１，２２と同様のライン状に塗料を塗布して形成されてある。

検査実施者は、必要に応じて検査対象の物質に対して試験に適した処置を行ない、該検査対象の物質由来の液体（又は気体）を作製し、該液体を試験片２上のプローブ２１，２２と接触させる。検査実施者は、情報処理装置１を用いて検査対象物質との接触後の試験片２を図１に示す如く撮像する操作を行なう。情報処理装置１にて撮像画像データに対して、接触後の試験片２上の各プローブ２１，２２における反応の有無（陰性／陽性）を判定する判定処理が実行され、該判定結果に基づく検査結果が表示部１３に表示される。検査実施者は、特定の測定装置を用いることなく既存の情報処理装置１を用いて高精度な判定結果を得ることが可能となる。以下、高精度な判定結果を得ることを可能とするための情報処理装置１の構成について、詳細に説明する。

（実施の形態１）
図２は、実施の形態１における情報処理装置の構成を示すブロック図である。情報処理装置１は、上述したように例えばスマートフォンを用いるが、タブレット型ＰＣ（Personal Computer ）であってもよい。情報処理装置１は制御部１０、記憶部１１、一時記憶部１２、表示部１３、操作部１４、撮像部１５、及び通信部１６を備える。

制御部１０はＣＰＵ（Central Processing Unit ）を用いる。制御部１０は、記憶部１１に記憶されている判定アプリプログラム１Ｐを読み出して実行することにより、情報処理装置１を本発明に係る判定装置として機能させる。

記憶部１１は、フラッシュメモリを用いる。記憶部１１には、制御部１０が読み出す判定アプリプログラム１Ｐを含む種々のコンピュータプログラムが書き換え可能に記憶されている。判定アプリプログラム１Ｐは、制御部１０が通信部１６を介して外部装置（例えばサーバ装置）から受信して記憶部１１に記憶したものか、又は有線接続された外部装置から通信により制御部１０が取得して記憶したものである。記憶部１１には、撮影画像データが記憶される。なお記憶部１１は、フラッシュメモリ以外の記憶装置を用いてもよいことは勿論である。

記憶部１１には、判定アプリプログラム１Ｐと共に、制御部１０が判定アプリプログラム１Ｐに基づく処理を実行するに際して参照する情報が記憶されている。例えば、判定の基準とする設定値などの各種数値情報、あるいは試験片２の種類を特定するためのマーカーのパターンの情報、試験片２上の各プローブ２１，２２を識別するための試験片２毎の識別情報などである。なお、制御部１０が判定アプリプログラム１Ｐに基づく処理を実行するに際して参照する情報は、通信部１６を介して外部装置（例えばサーバ装置）から取得されるものであってもよい。

一時記憶部１２は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等のＲＡＭを用いる。一時記憶部１２は、制御部１０の処理によって生成される情報を一時的に記憶する。

表示部１３は、タッチパネル内蔵型ディスプレイを用いる。表示部１３は、制御部１０の制御処理に基づき、テキスト及びアイコン等のオブジェクトを含む各種操作画面を表示させる。なお表示部１３は、タッチパネル内蔵型でなくともよい。

操作部１４は、表示部１３のディスプレイに内蔵されるタッチパネル及び情報処理装置１の筐体に設けられるボタン群を用いる。操作部１４は、タッチパネルにてユーザによる接触及び接触箇所の位置情報を制御部１０へ通知する。また操作部１４は、ボタンの押下及び押下時間等の情報を制御部１０へ通知する。

撮像部１５は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）イメージセンサを用いる。撮像部１５はカラーの撮像画像データを制御部１０へ出力する。撮影画像データは一時記憶部１２又は記憶部１１に記憶され、制御部１０の制御により表示部１３に表示される。撮像部１５は、情報処理装置１の表示部１３と反対側の広面の一端部に設けられている。なお撮像部１５は、ＣＭＯＳイメージセンサのみならず、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）イメージセンサを用いてもよい。

通信部１６は、電話通信及び無線通信を実現する通信部を各有して構成される。制御部１０は通信部１５により、電話通信の基地局又は無線通信のアクセスポイントと通信が可能である。

このように構成される情報処理装置１では、検査実施者の操作に従い制御部１０が判定アプリプログラム１Ｐを記憶部１１から読み出して起動し、図１に示したように判定アプリ操作画面３０を表示部１３に表示させる。判定アプリ操作画面３０には、モニタ画面３１及び撮像アイコン３２が含まれており、モニタ画面３１には撮像部１５で撮像されているリアルタイム画像が順次表示されている。検査実施者は、モニタ画面３１でリアルタイム画像を確認しながら撮像アイコン３２をタップする操作が可能である。撮像アイコン３２が検査実施者によりタップされた場合、制御部１０は操作部１４によりタップを検知し、撮像部１５から出力される撮像画像データを取得し、以下に説明する処理を実行する。

図３は、情報処理装置１の制御部１０により実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。以下に示す処理手順は上述したように、判定アプリプログラム１Ｐが起動している情報処理装置１において、表示部１３に表示されている判定アプリ操作画面３０内の撮像アイコン３２のタップを操作部１３により検知した場合に、制御部１０が実行する。

制御部１０は、撮像部１５から撮像画像データを取得する（ステップＳ１）。制御部１０は、取得した撮像画像データに基づく画像の内、試験片２が写っている試験片領域を抽出する（ステップＳ２）。ステップＳ２において制御部１０は例えば、試験片２が載置されている台など背景に相当する領域を除外するトリミングを自動的に行なってもよい。

次に制御部１０は、抽出した試験片領域に含まれる各画素の画素値（ＲＧＢ値）に基づき、試験片２の種類を特定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において制御部１０は例えば、試験片２に対応する範囲の画素値に対し、上述したマーカーのパターンの情報等を参照し、マッチしたパターンに対応付けて記憶されている試験片２の種類を示す識別情報、及び該種類の試験片２に含まれる各プローブ２１，２２の種類を特定する情報を記憶部１１から読み出す。

制御部１０は、特定した種類毎に試験片２の各プローブ２１，２２における陰性／陽性を各判定する処理を実行し（ステップＳ４）、各プローブ２１，２２における陰性／陽性のパターンに基づいて検査結果を特定する（ステップＳ５）。制御部１０は、特定した検査結果を示す画像又は文字情報を表示部１３に表示させ（ステップＳ６）、取得した撮像画像データと共に検査結果を記憶部１１に記憶し（ステップＳ７）、処理を終了する。

ステップＳ４における判定処理について詳細を説明する。図４は、各プローブ２１，２２の陰性／陽性を判定する処理手順の一例を示すフローチャートである。

制御部１０は、画像中の試験片領域から、試験片２上のプローブ２１，２２に各対応するプローブ領域を夫々、各プローブ２１，２２を識別する情報と対応付けて抽出する（ステップＳ４０１）。ステップＳ４０１において制御部１０は例えば、各プローブ２１，２２に対応するプローブ領域の画素群のＲＧＢ値を、試験片２の種類から特定される各プローブ２１，２２の識別情報と対応付けて一時記憶部１２に記憶する。

制御部１０は、抽出したプローブ領域から、プローブ２１，２２毎の輝度（Luminance ）の階調値を特定する（ステップＳ４０２）。ステップ４０２において制御部１０は例えば、各プローブ２１，２２に対応するプローブ領域内の画素群におけるＲＧＢ値の平均値を各算出し、算出したＲ値の平均値、Ｇ値の平均値、Ｂ値の平均値を所定の変換式に適用して輝度の階調値を求め、該階調値を各プローブ２１，２２の識別情報に対応付けて一時記憶部１２に記憶する。このとき、輝度の階調値は輝度が高いほど大きい数値である。なお制御部１０はステップＳ４０２において、明度（Brightness）の階調値を特定するようにしてもよい。その他制御部１０は、特定の色の発色を判断するために該特定色の彩度（Saturation）の階調値を特定してもよい。他の表現系による階調値など、異なる指標値による複数の階調値を各特定して用いてもよい。平均値に限らず、中央値、最頻値等の値であってもよい。

制御部１０は、ステップＳ４０２で特定した階調値の内、特定のプローブ２２に対応する階調値が、所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ４０３）。特定のプローブ２２は、試験が適切に行なわれている場合に所定の色に発色する。したがって、ステップＳ４０３では、制御部１０は階調値が所定の色に発色していると判断できる値であるか否かを判断すればよく、所定の範囲以内であるか否か、又は所定値未満であるか否か等によって判断するようにしてもよい。

ステップＳ４０３において、階調値が所定値未満であると判断された場合（Ｓ４０３：ＮＯ）、制御部１０は、特定のプローブ２２は陰性であると判定し（ステップＳ４０４）、即ち、試験が適切に行われていないとして判定処理を終了し、図３のフローチャートにおけるステップＳ５へ処理を戻す。

ステップＳ４０３において、階調値が所定値以上であると判断された場合（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、制御部１０は、特定のプローブ２２は陽性であると判定する（ステップＳ４０５）。制御部１０はつまり、試験が適切に行なわれているとして、複数のプローブ２１全てについて夫々、対応付けられている輝度の階調値を参照し、記憶部１１に記憶されてある設定値以上である階調値を抽出する（ステップＳ４０６）。ステップＳ４０６において詳細には、制御部１０は、一時記憶部１２に記憶してある複数のプローブ２１夫々の識別情報から１つずつ選択し、対応する輝度の階調値に対し、設定値以上であるか否かを判断し、設定値以上であると判断された階調値のみ記憶する。

制御部１０は、設定値以上である階調値が少なくとも１つ存在するか否かを判断する（ステップＳ４０７）。ステップＳ４０７にて、設定値以上である階調値が１つも存在しないと判断された場合（Ｓ４０７：ＮＯ）、制御部１０は複数のプローブ２１全てについて陰性であると判定し（ステップＳ４０８）、図３のフローチャートにおけるステップＳ５へ処理を戻す。

ステップＳ４０６にて、設定値以上である階調値が１つでも存在すると判断された場合（Ｓ４０７：ＹＥＳ）、制御部１０は、設定値以上の階調値に基づき判定基準値を算定する（ステップＳ４０９）。ステップＳ４０９において詳細には、設定値以上の階調値の平均値を算出し、該平均値を判定基準値と決定する。なお判定基準値の算定方法は、単に平均値を算出して決定する方法に限られず、外れ値を除外するなどの統計的処理を行なってから決定する方法であってもよいし、中央値、最頻値などを算出して決定する方法であってもよい。

次に制御部１０は、複数のプローブ２１全てについて、前記判定基準値を基準として階調値を相対値へ変換する（ステップＳ４１０）。ステップＳ４１０において詳細には、制御部１０は、対応するプローブ領域について特定された階調値の前記判定基準値に対する割合（階調値／判定基準値）を算出する。その他制御部１０はステップＳ４１０において、対応する階調値の前記判定基準値からの加減（階調値−判定基準値）を算出してもよい。

制御部１０は、複数のプローブ２１の内の１つを選択し（ステップＳ４１１）、選択したプローブ２１に対応する相対値と、該選択したプローブ２１の識別情報に予め記憶してある相対値に対する閾値とを比較し（ステップＳ４１２）、比較結果に基づき陰性／陽性を各判定する（ステップＳ４１３）。ステップＳ４１３にて詳細には、制御部１０は例えば、選択したプローブ２１の相対値が、予め記憶してある閾値以上であるか否かを判断する。閾値以上であると判断された場合、制御部１０は選択中のプローブ２１は陽性であると判定し、閾値未満であると判断された場合、制御部１０は選択中のプローブ２１は陰性であると判定する。

次に制御部１０は、全てのプローブ２１について陰性／陽性を判定したか否かを判断する（ステップＳ４１４）。ステップＳ４１４にて全てのプローブについて判定していないと判断された場合（Ｓ４１４：ＮＯ）、制御部１０は処理をステップＳ４１１へ戻し、残りのプローブ２１についての処理を行なう。

ステップＳ４１４にて全てのプローブ２１について陰性／陽性を判定したと判断された場合（Ｓ４１４：ＹＥＳ）、制御部１０は、各プローブ２１の陰性／陽性を判定する処理を終了し、図３のフローチャートにおけるステップＳ５へ処理を戻す。

次に、上述の判定処理で用いられた判定基準値、設定値、相対値及び閾値について詳細に説明する。図５は、判定基準値の算定例の１つを説明する説明図である。図５は、各プローブ２１の階調値の例を数値及び棒グラフで示している。図５中の破線は、階調値に対する設定値の大きさを示している。図５中の棒グラフの内、ハッチングで示す棒グラフは設定値以上の階調値に対応する。図５の例では、「Ａ」〜「Ｅ」の５つのプローブ２１について特定された階調値が夫々、「１００」、「２００」、「１５０」、「５０」、「１０」である。図５に示した設定値の例は「６０」である。上述のステップＳ４０９の詳細な説明では、制御部１０は設定値以上の階調値の平均値を算出し、該平均値を判定基準値と決定するとした。図５に示す具体例の場合、制御部１０は、「６０」以上である「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の３つのプローブ２１の階調値「１００」、「２００」、「１５０」を抽出し、平均値「１５０」を算出して判定基準値として決定する。このような判定基準値の算定は、複数のプローブ２１から、明らかに何らかの反応を起こして発色したプローブ２１を抽出し、抽出したプローブのプローブ領域における階調値を用いることにより、明らかに陰性で発色していないプローブ２１のプローブ領域における階調値の影響を低減するために行なう。例えば、検査対象の物質の種類によっては、多数のプローブ２１が発色しないことが正しい場合がある。この場合、発色していないプローブ２１の数が多いため、明らかに発色しているプローブ２１を抽出することなしに、全体で平均値を算出して判定基準値と決定したときには、判定基準値が小さくなって誤判定を招く可能性がある。図５に示したように、設定値以上の階調値が特定されるプローブ２１、即ち明らかに発色しているプローブ２１を抽出し、抽出したプローブ２１に対応する階調値から判定基準値を算定することにより、試験片２毎に異なる撮像条件に応じた判定が可能となる。

図６は、相対値の算出例の１つを説明する説明図である。図６は、各プローブ２１の階調値に基づき求められた相対値の例を棒グラフで示し、各相対値の下に、プローブ２１毎に予め記憶してある閾値と判定結果の例とを示している。図６の例は、図５に示した各プローブ２１の階調値に対応する。算定された判定基準値「１５０」に対し、図５に示した「Ａ」〜「Ｅ」の５つのプローブ２１の階調値「１００」、「２００」、「１５０」、「５０」、「１０」の割合（百分率）が、相対値として得られる。図６に示すように、「Ａ」〜「Ｅ」の５つのプローブ２１の相対値は夫々「６７」、「１３３」、「１００」、「３３」、「６．７」であり、「Ａ」〜「Ｅ」の５つのプローブ２１夫々について、予め記憶してある閾値以上であるか否かにより、陰性／陽性が判定される。例えば「Ｄ」のプローブ２１では、特定された階調値「５０」は図５で示した設定値「６０」よりも小さいが、相対値は閾値以上であって陽性（＋）と判定されている。「Ｄ」のプローブ２１は、少しでも発色している場合には陽性と判定されるべき特性を有しているからである。

上述したように、各プローブ２１について特定される階調値を相対値へ変換し、プローブ２１毎に設定した閾値との比較によって、化学的な反応を起こすプローブ２１毎の特性に応じて個別に陰性／陽性の判定が可能であり、また相対値へ変換するに際し、発色していると判定する基準となる判定基準値を、撮像条件に応じて変更することにより、各プローブ２１を異なる情報処理装置１を用いて撮像したとしても撮像条件による誤差の影響を低減して判定精度を向上させることができる。

（変形例１）
試験片２に固定されているプローブ２１の特性によっては、１つの試験片２に対して１つの判定基準値で相対値へ変換して判定した場合、判定精度が良好でないときがある。したがって、試験片２上の複数のプローブ２１を特性に応じて複数のグループに分別し、グループ毎に判定基準値を算定し、グループ毎に陰性／陽性を判定するようにしてもよい。

変形例１では、試験片２毎に、プローブ２１を複数のグループに分別する場合には各プローブ２１の識別情報をグループ別に記憶部１１に記憶しておく。詳細には、試験片２の種類毎に、グループを識別するグループ識別情報を記憶しておき、更に、試験片２毎のプローブ２１の識別情報にグループ識別情報を対応付けて記憶部１１に記憶しておく。

図７は、変形例１における各プローブ２１，２２の陰性／陽性を判定する処理手順の一例を示すフローチャートである。図７のフローチャートに示す処理手順の内、図４のフローチャートと共通する処理には同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略する。

ステップＳ４０３において特定のプローブ２２の階調値は所定値以上であると判断され（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、制御部１０が特定のプローブ２２は陽性であると判定した場合（Ｓ４０５）、特定されてある試験片２の種類に応じて１つのグループを選択する（ステップＳ４２１）。制御部１０は、選択したグループに対応付けられているプローブ２１の階調値を参照し、設定値以上の階調値を抽出し（Ｓ４０６）、グループ毎に、設定値以上である階調値が少なくとも１つ存在するか否かを判断する（Ｓ４０７）。設定値以上である階調値が１つも存在しないと判断された場合（Ｓ４０７：ＮＯ）、制御部１０は、選択中のグループに対応する複数のプローブ２１全てについて陰性であると判定し（ステップＳ４２２）、処理をステップＳ４２５へ進める。

ステップＳ４０７にて、設定値以上である階調値が１つ以上存在すると判断された場合（Ｓ４０７：ＹＥＳ）、制御部１０は、選択中のグループにおける判定基準値を算定する（ステップＳ４２３）。ステップＳ４２３において制御部１０は、選択中のグループに対応付けられているプローブ２１の階調値の内、設定値以上の階調値の平均値を算出し、判定基準値として決定する。制御部１０は、グループ毎に、相対値への変換（Ｓ４１０）、プローブ２１毎の判定（Ｓ４１１〜Ｓ４１３）を行ない、判定後には選択中のグループ全てのプローブ２１について判定を行なったか否かを判断する（ステップＳ４２４）。

ステップＳ４２４にて、選択中のグループ全てのプローブ２１について判定を行なっていないと判断された場合（Ｓ４２４：ＮＯ）、制御部１０は、処理をステップＳ４１１へ戻し、選択中のグループの他のプローブ２１を選択して判定処理を行なう（Ｓ４１１〜Ｓ４１３）。

ステップＳ４２４にて、選択中のグループ全てのプローブ２１について判定を行なったと判断された場合（Ｓ４２４：ＹＥＳ）、制御部１０は、全てのグループについて判定を行なったか否かを判断する（ステップＳ４２５）。

ステップＳ４２５にて、全てのグループについて判定を行なっていないと判断された場合（Ｓ４２５：ＮＯ）、制御部１０は、ステップＳ４２１へ処理を戻し、他のグループを選択してグループ毎の判定処理（Ｓ４０６〜Ｓ４２４）を実行する。

ステップＳ４２５にて、全てのグループについて判定を行なったと判断された場合（Ｓ４２５：ＹＥＳ）、制御部１０は、各プローブ２１の陰性／陽性を判定する処理を終了し、図３のフローチャートにおけるステップＳ５へ処理を戻す。

このように、試験片２上のプローブ２１をグループに分別し、グループ毎に異なる判定基準値を算定することにより、プローブ２１の特性の分類に応じて陰性／陽性を精度よく判定することが可能となる。

（変形例２）
試験片２が、結核菌の多様な変異型遺伝子を識別する試験片である場合、試験は遺伝子の増幅工程を含み、増幅工程中の異なる段階で検査することが必要なケースがある。この場合、試験片２には、増幅反応が正常に行なわれたか否かを判定するための特殊なプローブが更に固定されている。特殊なプローブの判定結果が陰性である場合、増幅工程に対する阻害要因が存在したことを示すが、検査対象の物質によっては、有効な検査結果が得られるときがあるので、このような試験片２に対しては特殊なプローブの陰性／陽性判定処理が必要となる。変形例２では、このような特殊なプローブを含む試験片２に対する判定処理手順の例を示す。

図８は、変形例２における各プローブ２１，２２の陰性／陽性を判定する処理手順の一例を示すフローチャートである。図８のフローチャートに示す処理手順の内、図４のフローチャートと共通する処理には同一のステップ番号を付して詳細な説明を省略する。

変形例２においては、ステップＳ４０７にて、設定値以上である階調値が１つも存在しないと判断された場合（Ｓ４０７：ＮＯ）、制御部１０は上述した特殊なプローブに対して特定されている階調値は所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ４３１）。

ステップＳ４３１にて、階調値は所定値以上であると判断された場合（Ｓ４３１：ＹＥＳ）、制御部１０は特殊なプローブは陽性であると判定し（ステップＳ４３２）、各プローブ２１の陰性／陽性を判定する処理を終了し、図３のフローチャートにおけるステップＳ５へ処理を戻す。

ステップＳ４３１にて、階調値は所定値未満であると判断された場合（Ｓ４３１：ＮＯ）、制御部１０は特殊なプローブは陰性であると判定し（ステップＳ４３３）、各プローブ２１の陰性／陽性を判定する処理を終了し、図３のフローチャートにおけるステップＳ５へ処理を戻す。

変形例２で示したように、全てのプローブ２１が陰性であっても、特殊なプローブの陰性／陽性の判定結果に応じて有効な検査結果が得られる場合がある。特殊なプローブに対する陰性／陽性の判定を別個行なうことにより、誤判定を回避することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、判定処理は判定アプリプログラム１Ｐに基づいて情報処理装置１にて実行する構成とした。これに対し実施の形態２では、クライアントサーバシステムを用い、端末装置から撮像画像データを中央装置へ送信し、撮像画像データを受信した中央装置が判定プログラムに基づき判定処理を実行し、判定結果を端末装置へ送信し、端末装置にて判定結果が得られるようにしてある。

図９は、実施の形態２における判定システムの構成を示すブロック図である。システムは、端末装置３、中央装置４、及びネットワーク５で構成される。端末装置３は所謂スマートフォンである。端末装置３は、制御部３０、記憶部３１、一時記憶部３２、表示部３３、操作部３４、撮像部３５、及び通信部３６を備える。

制御部３０はＣＰＵを用いる。制御部３０は、記憶部３１に記憶されている判定アプリプログラム（図示せず）を読み出して実行することにより、端末装置３を中央装置４と通信して試験片２に対する判定結果を取得することが可能な装置として機能させる。

記憶部３１は、フラッシュメモリを用いる。記憶部３１には、制御部３０が読み出す種々のコンピュータプログラムが書き換え可能に記憶されている。記憶部３１には、撮影画像データが記憶される。なお記憶部３１は、フラッシュメモリ以外の記憶装置を用いてもよいことは勿論である。一時記憶部３２は、ＤＲＡＭ等のＲＡＭを用いる。一時記憶部３２は、制御部３０の処理によって生成される情報を一時的に記憶する。

表示部３３は、タッチパネル内蔵型ディスプレイを用いる。表示部３３は、制御部３０の制御処理に基づき、テキスト及びアイコン等のオブジェクトを含む各種操作画面を表示させる。なお表示部３３は、タッチパネル内蔵型でなくともよい。

操作部３４は、表示部３３のディスプレイに内蔵されるタッチパネル及び端末装置３の筐体に設けられるボタン群を用いる。操作部３４は、タッチパネルにてユーザによる接触及び接触箇所の位置情報を制御部３０へ通知する。また操作部３４は、ボタンの押下及び押下時間等の情報を制御部３０へ通知する。

撮像部３５は、ＣＭＯＳイメージセンサを用いる。撮像部３５はカラーの撮像画像データを制御部３０へ出力する。撮影画像データは一時記憶部３２又は記憶部３１に記憶され、制御部３０の制御により表示部３３に表示される。なお撮像部１５は、ＣＭＯＳイメージセンサのみならず、ＣＣＤイメージセンサを用いてもよい。

通信部３６は、電話通信及び無線通信を実現する通信部を各有して構成される。制御部３０は通信部３５により、ネットワーク５における電話通信の基地局５１又は無線通信のアクセスポイント５２と接続し、中央装置４と通信することが可能である。

このように構成される端末装置３では、検査実施者の操作に従い判定アプリプログラムが起動する。検査実施者は、端末装置３を操作して撮像部３５により試験片２を撮像する操作を行ない、判定を実行させる操作を行なう。判定アプリプログラムに基づく制御部３０の制御により、撮像部３５から得られた撮像画像データが通信部３６を介して中央装置４へ送信され、中央装置４にて後述するように実行される処理によって得られた検査結果が中央装置４から端末装置３へ送信される。端末装置３は、判定アプリプログラムに基づき、撮像画像データを送信し、これに応じて中央装置４から送信された検査結果を所定の形式で表示部３３に表示させる。

中央装置４はサーバコンピュータを用いる。中央装置４は、制御部４０、記憶部４１、一時記憶部４２、及び通信部４３を備える。

制御部４０はＣＰＵを用い、記憶部４１に記憶されている判定プログラム４Ｐを読み出して実行することにより、中央装置１を本発明に係る判定装置として機能させる。

記憶部４１は、ハードディスクを用いる。記憶部４１には、制御部４０が読み出す判定プログラム４Ｐを含む種々のコンピュータプログラムが記憶されている。判定プログラム４Ｐは、制御部４０が通信部４３を介して外部装置から受信して記憶したものか、又は記録媒体から制御部４０が読み出して記憶したものである。記憶部４１には、撮影画像データが記憶される。なお記憶部４１は、ハードディスク以外の記憶装置を用いてもよいことは勿論である。

記憶部４１には、判定プログラム４Ｐと共に、制御部４０が判定アプリプログラム１Ｐに基づく処理を実行するに際して参照する情報が記憶されている。例えば、判定の基準とする設定値などの各種数値情報、あるいは試験片２の種類を特定するためのマーカーのパターンの情報、試験片２上の各プローブ２１，２２を識別するための試験片２毎の識別情報などである。

一時記憶部４２は、ＤＲＡＭ等のＲＡＭを用いる。一時記憶部４２は、制御部４０の処理によって生成される情報を一時的に記憶する。

通信部４３は、電話通信及び無線通信を実現する通信部を各有して構成される。制御部４０は通信部４３により、ネットワーク５における電話通信の基地局５１又は無線通信のアクセスポイント５２と接続し、端末装置３と通信することが可能である。

このように構成される中央装置４は、端末装置３との間で通信接続を確立すると、以下に示す処理を実行する。図１０は、中央装置４の制御部４０により実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。

制御部４０は、通信部４３により端末装置３から送信される撮像画像データを受信する（ステップＳ１０１）。制御部４０は、受信により取得した撮像画像データに基づく画像の内、試験片２が写っている試験片領域を抽出する（ステップＳ１０２）。

制御部４０は、抽出した試験片領域に含まれる各画素の画素値（ＲＧＢ値）に基づき、試験片２の種類を特定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において制御部４０は例えば、試験片２に対応する範囲の画素値に対し、上述したマーカーのパターンの情報等を参照し、マッチしたパターンに対応付けて記憶されている試験片２の種類を示す識別情報、及び該種類の試験片２に含まれる各プローブ２１，２２の種類を特定する情報を記憶部４１から読み出す。

制御部４０は、特定した種類毎に試験片２の各プローブ２１，２２における陰性／陽性を各判定する処理を実行し（ステップＳ１０４）、各プローブ２１，２２における陰性／陽性のパターンに基づいて検査結果を特定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０４における判定処理は、実施の形態１にて情報処理装置１の制御部１０により実行される判定処理の内容と同一であるから詳細な説明は省略する。ステップＳ１０４の処理の詳細な手順は、図４、図７又は図８のフローチャートに示した処理手順のいずれでもよい。

制御部４０は、特定した検査結果を通信部４３により端末装置３へ送信し（ステップＳ１０６）、取得した撮像画像データと共に検査結果を記憶部４１に記憶し（ステップＳ１０７）、処理を終了する。

実施の形態２にて示したように、端末装置３で撮像された撮像画像データを中央装置４へ送信し、中央装置４にて判定処理を実行する構成とすることにより、端末装置３における処理負荷を軽減することができ、端末装置３に記憶されるべき判定アプリプログラムのデータ量を削減することができる。また、中央装置４にて処理を一元化することにより、判定精度を共通に向上させることが可能である。

今回開示した実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。

１ 情報処理装置（判定装置）
１０ 制御部
１１ 記憶部
１２ 一時記憶部
１５ 撮像部
１Ｐ 判定アプリプログラム（コンピュータプログラム）
２ 試験片
２０ 基体
２１ プローブ
２２ 特殊プローブ
３ 端末装置
４ 中央装置（判定装置）
４０ 制御部
４１ 記憶部
４３ 通信部
４Ｐ 判定プログラム（コンピュータプログラム）

Claims (9)

1. 検査対象の物質との反応の有無に応じて発色する複数の検出体が固定されている試験片を撮像した画像データを取得し、取得した画像データに基づく複数の画素からなる画像により前記複数の検出体における反応の有無を判定する判定装置において、
   前記画像中の画素毎の画素値に基づき、輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値に対する判定に用いられる判定基準値を、前記階調値の平均値、外れ値除外、中央値又は最頻値の算出のいずれかによって算定する基準値算定手段と、
   前記画像中の前記複数の検出体が夫々撮像されている領域として特定されてある検出体領域毎に、各検出体領域内の画素値に対応する輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値を、前記判定基準値に対する割合又は前記判定基準値との差分である相対値へ変換する変換手段と、
   前記検出体領域毎に、前記複数の検出体別に予め定められてある閾値と前記相対値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較の結果、前記複数の検出体毎に、前記相対値が閾値以上である場合に反応ありと判定し、前記相対値が閾値未満である場合に反応なし、又は前記相対値が閾値以上である場合に反応なしと判定し、前記相対値が閾値未満である場合に反応ありと判定する判定手段と
   を備えることを特徴とする判定装置。
2. 前記変換手段は、前記階調値の前記判定基準値に対する割合を算出するようにしてある
   ことを特徴とする請求項１に記載の判定装置。
3. 前記基準値算定手段は、
   前記検出体領域毎の前記階調値を特定する手段と、
   前記複数の検出体夫々の検出体領域から任意の一部を抽出する抽出手段と、
   抽出された任意の一部の検出体領域に対し特定された階調値を用いて前記判定基準値を算定する手段と
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の判定装置。
4. 前記抽出手段は、所定値以上の階調値が特定された検出体領域を抽出するようにしてある
   ことを特徴とする請求項３に記載の判定装置。
5. 前記基準値算定手段は、
   前記複数の検出体を複数のグループに分別し、分別したグループ毎に前記判定基準値を算定するようにしてある
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の判定装置。
6. 前記検出対象の物質は遺伝子検体であり、前記複数の検出体は前記遺伝子とハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを含むプローブである
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の判定装置。
7. 前記検出対象の物質は結核菌であり、前記複数の検出体は前記結核菌とハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを含むプローブである
   ことを特徴とする請求項６に記載の判定装置。
8. 撮像装置から情報を取得することが可能なコンピュータが、検査対象の物質との反応の有無に応じて発色する複数の検出体が固定されている試験片の画像データを前記撮像装置から取得し、取得した画像データに基づく複数の画素からなる画像により前記複数の検出体における反応の有無を判定する判定方法において、
   前記画像中の画素毎の画素値に基づき、輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値に対する判定に用いられる判定基準値を、前記階調値の平均値、外れ値除外、中央値又は最頻値の算出のいずれかによって試験片毎に算定し、
   前記画像中の前記複数の検出体が夫々撮像されている領域として特定されてある検出体領域毎に、各検出体領域内の画素値に対応する輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値を、前記判定基準値に対する割合又は前記判定基準値との差分である相対値へ変換し、
   前記検出体領域毎に、前記複数の検出体別に予め定められてある閾値と前記相対値とを比較し、
   比較結果に基づき、前記複数の検出体毎に、前記相対値が閾値以上である場合に反応ありと判定し、前記相対値が閾値未満である場合に反応なし、又は前記相対値が閾値以上である場合に反応なしと判定し、前記相対値が閾値未満である場合に反応ありと判定する
   ことを特徴とする判定方法。
9. 撮像装置から情報を取得することが可能なコンピュータに、検査対象の物質との反応の有無に応じて発色する複数の検出体が固定されている試験片の画像データを前記撮像装置から取得させ、取得された画像データに基づく複数の画素からなる画像により前記複数の検出体における反応の有無を判定させるコンピュータプログラムにおいて、
   前記画像中の画素毎の画素値に基づき、輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値に対する判定に用いられる判定基準値を、前記階調値の平均値、外れ値除外、中央値又は最頻値の算出のいずれかによって試験片毎に算定するステップ、
   前記画像中の前記複数の検出体が夫々撮像されている領域として特定されてある検出体領域毎に、各検出体領域内の画素値に対応する輝度の高低又は１若しくは複数の色の濃淡を示す階調値を、前記判定基準値に対する割合又は前記判定基準値との差分である相対値へ変換するステップ、及び、
   前記検出体領域毎に、前記複数の検出体別に予め定められてある閾値と前記相対値とを比較するステップ、及び、
   比較結果に基づき、前記複数の検出体毎に、前記相対値が閾値以上である場合に反応ありと判定し、前記相対値が閾値未満である場合に反応なし、又は前記相対値が閾値以上である場合に反応なしと判定し、前記相対値が閾値未満である場合に反応ありと判定するステップ
   を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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