(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養プレート中の固体培地上での微生物増殖を分析するのに使用するための装置であって、前記装置は、
画像キャプチャ装置と、
前記固体培地および微生物増殖の画像をキャプチャするための前記画像キャプチャ装置のための前記培養プレートを支持するための支持部と、
前記培養プレートの片側を拡散的に照射するための、前記画像キャプチャ装置と前記支持部との間のリング照明と、
前記画像キャプチャ装置、支持部およびリング照明を互いに対して配置するためのフレームと、
を備え、
前記フレームは、前記支持部が前記培養プレートを前記画像キャプチャ装置との間で支持するようにキャビティを規定し、該キャビティは、前記固体培地および微生物増殖の前記画像についてのブラックバックグラウンドを提供するように選択された高さを有し、前記フレームは、前記ブラックバックグラウンドを提供するために、前記リング照明から発せられる光が前記キャビティの壁に当たるように選択された前記高さを有する前記キャビティの壁を含む、装置。
【請求項２】
前記リング照明が、円形アレイに配置される複数のＬＥＤを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アレイにおけるＬＥＤの数が５０より多い、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
複数のＬＥＤと関連した拡散器をさらに備える、請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記固体培地の中心面からの前記リング照明からの光の鏡面反射が、前記画像キャプチャ装置によりキャプチャされない角度であるように、前記リング照明が前記支持部に対して配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記リング照明が、前記支持部の３０〜５０ｍｍ上に位置する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記リング照明が、１２０〜２５０ｍｍの幅を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記培養プレートの別の側を照射するための照明装置をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記照明装置がフラットパネル照明である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記フラットパネル照明が、複数のＬＥＤおよび前記複数のＬＥＤと関連した拡散器を備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記フラットパネル照明は、前記画像から前記固体培地の色変化の可視化を促すために前記培養プレートの下部側を照射する、請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記支持部が透明である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記支持部は、少なくとも前記培養プレートの端部を支持する穴の周囲から延びる複数の離間したフィンガを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記支持部が、前記培養プレートを前記支持部上に位置決めするための１つ以上の透明な位置決め要素を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記透明な位置決め要素が、前記支持部の中心の方を向いている三角形の頂点を有する三角形状である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記フレームが、前記支持部を支持するための不透明なカバーを備える、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記不透明なカバーが、前記リング照明の幅より小さい幅を有する穴を備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記穴の幅は、前記ブラックバックグラウンドを提供するために前記リング照明から発せられる光が前記キャビティの壁に当たるように選択される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記フレームおよび前記支持部が前記キャビティを封止する、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記壁は、光バッフルを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記支持部は、前記固体培地および微生物増殖の前記画像をキャプチャする前記画像キャプチャ装置に対して前記培養プレートを位置させるように構成される配置装置を含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記フレームが、前記装置周囲に不透明なエンクロージャを備える、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記フレームが、前記培養プレートを前記支持部上に配置するためのアクセスドアを備える、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記支持部に対する前記リング照明の位置を変化させるための手段をさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年３月４日に出願されたオーストラリア仮特許出願第２０１１９００７８４号からの優先権を主張し、その内容は本明細書に参照として組み込まれている。
【０００２】
本発明は、固体培地上の微生物増殖、特に、微生物サンプルを有する固体培地の接種およびインキュベーション後に増殖した単離された細菌コロニーの形態の微生物増殖を分析するのに使用するための画像キャプチャおよび照明装置に関する。本発明の画像キャプチャおよび照明装置は微生物実験における使用が見出されているとみなされる。
【背景技術】
【０００３】
微生物（特に細菌）の個々のコロニーの単離は、多くの微生物学実験室における重要な手順である。細菌のこの単離は、通常、実験室の熟練した科学技術者によって手動的に、またはロボット工学的ストリーキング装置によって自動的に、のいずれかで行う。いずれの場合も、微生物学的サンプルは固体培地の表面上に最初に投入され、それに続いて培地の表面にわたって微生物学的サンプルを拡散する（「ストリーキング」と呼ばれる）。典型的には、複数のストリークは、固体培地にわたって接種物の希釈を増加させることにより作られる。
【０００４】
希釈を増加させるストリークは、ストリークの概して末尾の方へ、培養の後に単離された微生物学的コロニーの増殖を可能にするいくつかの単一細胞を供する傾向がある。これら単離されたコロニーは、その後、各種の物理的特徴（例えばコロニー形態）のために解析され、例えば、微生物学的サンプルにおいて以前に未確認の生物の属、種および／または菌株を決定するために必要であり得る染色および他の手順を経てもよい。
【０００５】
伝統的に、この分析は、熟練した科学技術者によって微生物学実験室内で視覚的に行なわれ、科学技術者に微生物学的評価をもたらした。この評価は、細菌コロニーの有無の検出、各々のコロニー型の色の検出、発酵または溶血に起因し得る色の変化の有無を決定する色分布のマッピング、密集増殖と単離されたコロニー増殖との間の分化、コロニーのテクスチャまたは粘性の測定、および２次元および三次元形状の決定ならびに／またはコロニーの異なる型の計数に基づいてもよい。
【０００６】
潜在的な病原菌増殖が識別される場合、固体培地は、実験室のワークフローの次のステップに進み、現在の規定上の要件に従って、さらなる確証的な識別および抗生物質感受性試験の対象となる。
【０００７】
何年にもわたって、例えば、細菌コロニーの画像（スチールまたはビデオのいずれか、およびアナログまたはデジタル形態のいずれか）をキャプチャするいくらかの試みがなされており、技術者は、モニタ、顕微鏡、コロニーカウンタおよび／またはコンピュータなどの視覚支援機器を使用してより多くの数の表面をより効果的に見ることができる。
【０００８】
これらの画像は、細菌コロニーの色、形状および構造として正確にキャプチャされることが重要であり、固体培地の色は、例えば細菌種類を識別するのに使用される。寒天などの多くの市販の固体培地は、最初は様々な色および透明度であり、一部のものはほぼ完全に不透明（例えばメチシリン耐性黄色ブドウ球菌（Ｍｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ  ａｕｒｅｕｓ（ＭＲＳＡ）同定寒天）である。一部のプレートは半分に分割されているので、プレートの各々の側は異なる種類（および場合によっては色）の寒天である。また、細菌コロニーは異なる色、形状および構造であり得る。一部は単純な丸い点であり、他のものは寒天表面にわたる連続波の群であり、一部は、くぼみまたは粒状組織などの特徴的な表面トポグラフィーを有する。寒天配合物中で混合された色指示薬に対する細菌コロニーの効果が、例えば、特定の指標寒天上でＭＲＳＡのコロニー周囲にブルーハロなどの強力な呈色反応を生成し得るか、または天然のレッドなどの適切な指標化合物を含有する寒天上の細菌増殖により引き起こされるｐＨ変化から生じる呈色反応を生成し得る。別の例において、さらなる色変化が、溶血により赤血球を損傷させるかまたは破壊させ得るコロニーの真下および周囲に血液寒天中で可視化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、微生物評価を提供するのを支援するために微生物増殖の十分に正確な画像をキャプチャするための装置を提供することである。
【００１０】
本発明の概要を説明する前に、上記の従来技術の説明は、本発明の文脈を説明するために単に背景技術として提供しただけであることは理解されるべきである。参照した資料のいずれかは、公開または公知されているか、オーストラリアまたはその他の場所において一般的な見解の一部であることの承認としてとられるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、培養プレート中の固体培地上での微生物増殖を分析するのに使用するための装置であって、前記装置は、
画像キャプチャ装置と、
前記固体培地および前記微生物増殖の画像をキャプチャするための前記画像キャプチャ装置のための前記培養プレートを支持するための支持部と、
前記培養プレートの片側を拡散的に照射するための、前記画像キャプチャ装置と前記支持部との間のリング照明と、
前記画像キャプチャ装置、支持部およびリング照明を互いに対して配置するためのフレームと、
を備える、装置を提供する。
【００１２】
当業者は、「固体培地上の」に関して、単語「上の」は、固体培地の表面上、および固体培地内部の微生物増殖を包含するように用いられることを認識するだろう。用語「固体培地」は、以下、本明細書において単に「培地」としばしば呼ばれるだろう。例えば、サンプルによる培地の接種および培養に続いて微生物増殖を増殖することができるように、培地の表面上または培地内部に、以下でしばしば単に「サンプル」と呼ばれる微生物学的サンプルを投入することができることを認識するだろう。すなわち、培地上の微生物増殖は、尿サンプル、腸サンプル、血液サンプル、リンパ液サンプル、組織サンプル、水サンプル、食品サンプル、または他の適切なサンプルなどの培地上のサンプルの接種および培養により生じる。
【００１３】
さらに、培地は、通常、例えば寒天であり、通常、プレート、さらなる具体例では蓋を有してもよいペトリ皿（ディッシュ）などの容器内に収納されるであろうことも、また、当業者が認識するだろう。培地およびプレートの組合せは、以下、明細書の全体にわたって、当該技術分野において時として「寒天プレート」と呼ばれるかもしれない「培養プレート」と呼ばれる。
【００１４】
例示的な例において、装置は、微生物評価を提供するために培地上での微生物増殖の十分に正確な画像を提供することが見出される。この評価は熟練した実験技術者により手動で実施されてもよい。あるいは、この評価は、機械学習アルゴリズムを使用して訓練された分類子を使用して自動化され、実施されてもよい。この装置を使用して得た画像は、分類子内への入力として処理され、使用されてもよい。このような分類子の例は、その内容が本明細書に参照として組み込まれている、同一出願人による同一出願日の同時係属国際出願である、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ｆｏｒ  Ａｎａｌｙｓｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ」という発明の名称に記載されている。
【００１５】
画像キャプチャ装置は、デジタルカメラおよびレンズであってもよい。例えば、適切なレンズと組み合わせた高解像度デジタルカラーカメラが、プレートの良質の画像を提供することが見出されている。熟練した取扱者により理解されるように、多くの異なる仕様を有する画像キャプチャ装置がこの目的に適している。
【００１６】
微生物増殖は、例えば、細菌増殖、真菌増殖、ウイルスプラーク、または原生生物増殖のうちの１つ以上を含んでもよいし、増殖は、コロニー、菌糸体、菌糸、プラーク、または他の可視の微生物構造の形式をとってもよい。いくつかの実施形態において、各微生物増殖は、個々の微生物が分離されるようにサンプルが希釈方法で培地に適用される場合のような単一の微生物から始まる増殖であってもよい。
【００１７】
培地は、微生物の増殖を支援する任意の培地を含んでもよい。したがって、培地は、例えば、炭素源、窒素源、必要元素、および／または必須ビタミンを含む１つ以上の微生物の栄養素を含有していてもよい。培地は、また、典型的には、例えば、ゼラチン、寒天、ジェランガム、アガロース、または寒天ゲルを含むゼラチン化剤を包含するだろう。
【００１８】
いくつかの実施形態において、分析のためのサンプルは、１以上の培養プレートまたは１つ以上のセグメントを有する分割（スプリット）培養プレートの上に配置される。  これらの実施形態において、微生物増殖の分析は、異なる培養プレートまたはセグメントにわたって画像を撮影することにより実行され、異なる培養プレートまたはセグメント上の微生物増殖の比較に基づいて微生物学的評価を行うことができるように、上記のように画素分類の結果が解析される。
【００１９】
いくつかの実施形態において、培地は、他の微生物の増殖を防止しながらいくつかの微生物の増殖を可能にする、制限された栄養成分をもつ固体培地、抗生物質を含有する固体培地、またはその他同種のものを含むことが当該技術分野において概して知られている選択培地を含んでもよい。
【００２０】
培養プレートの片側を拡散的に照射するためのリング照明の使用は、培地から反射される光（これはバックグラウンドとして分類され得る）と微生物増殖から反射される光とを識別する際に分類子を支援する。培養プレートの「側」という言及は、培養プレートの前、後、左、右、上または下側を含むいずれかの側を指す。好ましい実施形態において、リング照明は、培養プレートの上側、例えば微生物増殖が存在する培地の表面を拡散的に照射する。
【００２１】
培地はその外側周囲にメニスカスを有し、それは培養プレートの壁と接触する。培地の表面は光沢があり得るので、このメニスカスは画像キャプチャ装置により撮られた画像において鏡面反射を生成し得る。ポイント照明が培養プレートを照射するために使用される場合、それらの反射は分類子により細菌コロニーと解釈され得る。拡散照明と共にリング照明を使用することによって、光源が連続した平滑なラインとして画像内に現れる。したがって、メニスカスからの反射が、実際の細菌コロニーから分類子により識別され得る連続した平滑なラインとして見られる。
【００２２】
リング照明は、円形アレイに配置される複数のＬＥＤおよびＬＥＤと関連した拡散器を備えてもよい。あるいは、ＬＥＤは、それ自体で散光を生成してもよく、別の拡散器を必要としなくてもよい。ＬＥＤは単一リングまたは複数のリングにおいてアレイ周囲に均一の間隔で配置されてもよい。一実施形態において、ＬＥＤは選択的に照射してもよく、それにより、例えば、リング照明の半分またはよりわずかな部分のみが一度に起動される。これは、培養プレートの角度の付いた照明を提供でき、培地の表面トポグラフィーをハイライトするのに有用であり得る。光強度の均一な分布を確実にするために、アレイにおけるＬＥＤの数は５０超、好ましくは１８０超であってもよく、ＬＥＤは２度毎に間隔を空けられる。このことは、配光を平準化するために拡散器によりさらに支援される。他の代替において、リング照明は、拡散器を有する蛍光または複数の光ファイバ源であってもよい。
【００２３】
リング照明は、培地の中心表面からのリング照明からの光の鏡面反射が、画像キャプチャ装置によりキャプチャされない角度であるように支持部に対して配置されてもよい。例えば、リング照明は１２０から２５０ｍｍの幅または直径を有してもよく、支持部の３０から５０ｍｍ上に配置されてもよい。培養プレートは、一般に８０から１１０ｍｍの直径を有し、典型的に円形であるので、ＬＥＤから照射される光は、カメラレンズ内に反射しないような低角度にて中心プレートの中心面に当たる。これにより、ＬＥＤの反射が画像内に現れることを防ぎ、分類子に対する入力を生成するためのより高い質の画像を生成し、それ故、より正確な評価を生成する。
【００２４】
リング照明に加えて、装置は、培養プレートの別の側を照射するための照明装置をさらに備えてもよい。例えばリング照明が培養プレートの上部に照射される場合、照明装置は培養プレートの側または底部を照射してもよい。一つの構成において、照明装置は低角度側の照明であってもよい。別の構成において、照明装置は培養プレートの底部を照射するためのフラットパネル照明であってもよい。照明装置は、複数のＬＥＤおよび複数のＬＥＤと関連した拡散器を備えてもよい。ＬＥＤはフラットパネル照明を生成するために正方形または矩形の形状に配置されてもよい。
【００２５】
培養プレートの異なる側からの照明の使用により、画像キャプチャ装置は、培養プレート上の異なる臨床的に関連する色の特徴をキャプチャできる。照明のいくつかの構成下で連続した画像がキャプチャされてもよい。これらの照明構成には、コロニーの色を可視化するための上部光、コロニーの下および周囲の培地（例えば寒天）の容積の色の変化を可視化するための下部（底部）光、ならびにくぼみまたは粒度などの任意の表面トポグラフィーを可視化するための低角度の側部照明が含まれる。動かされる必要のある物理的バックグラウンドのない画像をキャプチャするために、光は電気スイッチにより別々に照射されてもよい。しかしながら、全ての照明構成が、有意義な微生物評価を得るために使用される必要はないことは理解されるであろう。
【００２６】
下部光（例えばフラットパネル照明）が使用される場合、透明である支持部を使用して画像キャプチャが促進されてもよい。「透明」とは、照明装置からの光が支持部を通過でき、画像キャプチャ装置によりキャプチャされ得ることを意味する。一実施形態において、支持部はガラスステージであってもよい。培養プレートの端部周囲のワイヤフレームまたは短い「フィンガ」などの支持部の他の形態もまた、同じ効果を達成できる。
【００２７】
支持部は理想的には培養プレートを画像キャプチャ装置の真下に配置し、培養プレートに向けられるその視野を有する。画像内に培養プレートをキャプチャするのと同様に、画像キャプチャ装置はまた、培養プレート周囲の領域をキャプチャしてもよい。装置は、培養プレート周囲の領域、カメラの視野、種々の光学試験特徴、例えば焦点標的、色補正パッチまたはアラインメントガイドを含むように配置されてもよい。
【００２８】
画像化される培養プレートは操作者により手動で支持部上に配置されてもよく、支持部は、培養プレートを位置決めする際に支援するための１つ以上の透明な位置決め要素を備えてもよい。これらの要素は、培養プレートがカメラの視野に正確に配置されるように支持部上の位置を規定してもよい。透明な要素の使用により、要素の近接に均一の照射を維持する。透明な位置決め要素は、支持部の中心を向いている三角形の頂点を有する三角形状であってもよい。したがって、三角形の頂点が培養プレート周囲に触れるように培養プレートは位置決めされてもよい。透明な三角形要素は、均一照射に対してほとんど傷害を生じないことが見出されている。代替として、透明な要素は異なる形状を有してもよいか、または支持部の表面から突出するポストであってもよい。
【００２９】
手動で配置するための他の装置は、培養プレートが入る円形の凹部、または培養プレートの外壁に触れる連続した微細なワイヤフィンガーを備えてもよい。別の実施形態において、画像化される培養プレートはロボットによる配置装置により自動的に位置決めされてもよい。この場合、ロボット装置は所定の位置に培養プレートを位置決めするようにプログラム化されてもよく、物理的停止部を必要としなくてもよい。
【００３０】
フレームは、互いに対して画像キャプチャ装置、支持部およびリング照明を位置決めする剛性構造であってもよい。フレームは、ボルト、ネジまたは任意の適切な接続手段により一緒に接続される複数の部分で構築されてもよい。あるいは、フレームは、適切な金属作業技術またはモジュールを使用することによってワンピースで形成されてもよい。以下に記載するように、フレームは装置の光を通さない部分の役割を果たしてもよい。
【００３１】
フレームは支持部を支持するための不透明なカバーを備えてもよい。「不透明」とは、カバーを光がほとんどまたは全く透過できないことを意味する。例えば、カバーは、フレームの幅にわたって延びるアルミニウムまたは他の金属のフラットピースであってもよい。不透明なカバーはガラスステージが着座する穴を備えてもよく、それにより、下部光は、依然として不透明なカバーを通して培養プレートの下部を照射できる。光遮断カバーにおける穴はリング照明の幅より小さい幅をさらに有してもよく、それにより、リング照明からの光は、フレームの下側から反射せず、培養プレートに戻らない。このように、リング照明が照射される場合、培養プレートの周囲または下のあらゆる表面から、あるいは培地（例えば半透明な寒天）自体により散乱され、透過されるあらゆる光からの散乱によって、培地に入ってくる識別可能な光は存在しない。穴は、円形などのリング照明の形状と一致する形状を有してもよいが、形状は一致しなくてもよい。培養プレート全体の画像をキャプチャするために、穴は、画像化される最大の培養プレートのサイズより大きくするべきである。
【００３２】
一実施形態において、フレームは、支持部が画像キャプチャ装置とキャビティとの間に培養プレートを支持するようにキャビティを規定する。キャビティの効果は、リング照明により照射される半透明の培養プレートの高いコントラスト画像をキャプチャするための「ブラックバックグラウンド」を提供することである。リング照明が照射され、任意の他の照明装置がオフである場合、培養プレート周囲のフレーム（例えば不透明なカバー）は、リング照明からの光がキャビティの底部に入りことを防ぐ。これは、フレームの陰がキャビティの底部を覆い、リング照明からの光が当たり、キャビティの端部により吸収されるようにキャビティの高さを選択することにより達成される。
【００３３】
フレームは、キャビティの壁を形成する光バッフルをさらに備えてもよい。これらのバッフルは培養プレートの下でキャビティを完全に取り囲んでもよく、塗装により、またはブラックベルベットなどのテクスチャ加工された光吸収材料もしくはオープンセルの多孔性ブラック発泡材料で覆うことにより黒くされたそれらの内面を有してもよい。
【００３４】
キャビティまたは空隙は、ブラックバックグラウンドのように見え、装置の任意の構成要素を物理的に動かさずに照射できるという利点を有する。キャビティは、例えば、物質がその中に入るのを防ぐためにフレームおよび支持部により封止されてもよい。例えば、支持部がガラスステージである場合、これは、容易に洗浄し、汚染を防止できるようにフレームの完全な幅に延びてもよい。
【００３５】
フレームは、装置周囲に不透明（光遮断）エンクロージャを形成するさらなる目的の役割を果たしてもよい。フレームは、例えば、金属バーまたは金属シートから作製されてもよい。フレームの内面は、表面からのあらゆる迷光の反射を減少させるために黒くされてもよい。フレームは、培養プレートを支持部上に配置するためのアクセスドアを備えてもよい。そのドアはヒンジで連結されてもよく、フレキシブルな光の通らない封止を有するので、閉じられた場合、有意な量の光がエンクロージャ内に侵入できない。
【００３６】
上記の装置の構成要素の空間的基準は、直立配向で装置に着座され、培地の表面がほぼフラットで水平である培養プレートに基づいているが、装置の構成要素は他の配向で配置されてもよいことは理解されるであろう。「上」、「下」、「上側」または「下側」に対する言及は、構成要素の位置を限定すると解釈されるべきではなく、単に例示の容易さのために提供している。例えば、培養プレートは、培地の表面が、垂直、下向きまたは任意の他の配向であるように、装置内に封止されてもよい。これらの場合、装置の構成要素は、培養プレートの適切な照明および画像化を提供するように対応して配置される。
【００３７】
さらに別の実施形態において、装置は、支持部に対してリング照明の位置を変化させるための手段をさらに備えてもよい。したがって、リング照明は、大きなロボット機構を進入させるか、または異なるプレート種類について異なる照明角度を提供するように上昇または下降されてもよい。リング照明の位置を変化させるための手段はまた、異なる高さでリング照明を用いて画像を撮影することにより培養プレートについてのさらなる画像データを得ることを可能にする。リング照明を上昇および下降するための機構は、右側の照明支持部とフレームとの間の電動式のラックアンドピニオン装置、または電気モータにより内部もしくは外部に巻かれる、リング照明支持部に取り付けられる等間隔の吊りケーブルのセットを備えてもよい。
【００３８】
本発明の実施形態は、ここで、添付の図面を参照しながら、単なる例として記載されるだろう。図の特殊性が本発明の先の記述の一般原理に取って代わらないことは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、培養プレート内の固体培地上の微生物増殖を分析する際に用いられる装置の概要図である。
【図２ａ】図２（ａ）は、ユーザがイメージをキャプチャするためのＧＵＩのスクリーンショットである。
【図２ｂ】図２（ｂ）は、図２（ａ）のスクリーンショットの左側の詳細のクローズアップ図である。
【図２ｃ】図２（ｃ）は、図２（ａ）のスクリーンショットの左側の詳細のクローズアップ図である。
【図２ｄ】図２（ｄ）は、図２（ａ）のスクリーンショットの左側の詳細のクローズアップ図である。
【図２ｅ】図２（ｅ）は、図２（ａ）のスクリーンショットの左側の詳細のクローズアップ図である。
【図３】図３は、画像内の培養プレートの位置を入力するためのＧＵＩを示す一連のスクリーンショットである。
【図４】図４は、固体培地上の微生物増殖の画像をキャプチャするための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１は、寒天プレートの形態の培養プレート１０２における培地上で微生物増殖を分析するのに使用するための装置１００の実施形態を示す。この装置１００は以下の構成要素を備える。
【００４１】
・適切な固定焦点レンズ１０８を有するマシンビジョンクオリティの高解像度デジタルカメラ１０６の形態の画像キャプチャ装置１０４。そのカメラ１０６はリング照明１１０の約２００ｍｍ上に位置する。
【００４２】
・リング照明１１０は培養プレート１０２の直径より大きな直径を有する。この例において、リング照明は１８０ｍｍの直径を有する。リング照明１１０は、円形アレイに配置される数百の白色ＬＥＤおよび拡散器を含む。この照明は、培養プレートを均一に照射できる低角度の拡散された側部照明を提供する。リングライト１１０は、フレーム１１８の一部を形成する不透明なカバー１１２の約４０ｍｍ上に配置されるので、培養プレート１０２の約３０ｍｍ上にある。白色ＬＥＤからの光が低角で培養プレート１０２の表面上に作用するようなリング照明１１０の位置により、画像キャプチャ装置１０４によりキャプチャされる培地の中心表面からのＬＥＤの鏡面反射が防止される。
【００４３】
・拡散器の後方にある白色ＬＥＤのアレイに基づいたフラットパネル照明の形態の照明装置１１４。照明装置１１４は不透明なカバー１１２の約１５０ｍｍ下にある。リング照明１１０からの光が、培養プレート１０２の後方照射を減少させるために照明１１４以外のバッフルに当たるようにこの距離は選択される。
【００４４】
・画像キャプチャ装置１０４の直接的視野において培養プレート１０２を支持するための支持部１１６。支持部１１６は３ｍｍ厚である透明なガラスステージである。そのガラスは時間が経って傷がついたら交換されてもよい。支持部１１６は支持部上に培養プレート１０２を位置決めするための２つ以上の三角形状の透明な位置決め要素を備える。三角形の頂点は培養プレート１０２を配置するための支持部の中心を向き、それにより、頂点は培養プレート１０２の円周に触れる。
【００４５】
・画像キャプチャ装置１０４、支持部１１６、リング照明１１０および照明装置１１４を互いに対して配置するフレーム１１８。そのフレーム１１８はシート金属またはプラスチックなどの不透明材料から作製され、装置１００に入る光の量を減少させる。装置１００の内側面は、レンズ１０８内への内側面からの光の反射を減少させることができるように黒くなっている。
【００４６】
・フレーム１１８は、培養プレート１０２を支持部１１６上に配置するために人の操作者にアクセス経路を提供するドア１２０を備える。代替として、ロボットによるプレート操作装置が、画像化のために培養プレート１０２を支持部１１６上に正確に配置し、次いで設計された出力チャネル／スライドに培養プレートを取り外すためにアクセス経路を使用してもよい。例えば、培養プレートは上記の４つのカテゴリーまでのうちの１つを表す出力チャネル内に配置されてもよい。
【００４７】
・不透明なカバー１１２は、フレーム１１８の幅にわたって延びるアルミニウムプレートであり、フレーム１１８を上側エンクロージャ１２２および下側エンクロージャ１２４に効果的に分割する。不透明なカバー１１２は、照明装置１１４からの光が培養プレート１０２に透過できる穴１２６を備える。穴１２６の幅は、培養プレート１０２の幅（この例において９０ｍｍであり、典型的に８８〜１００ｍｍである）よりわずかに大きく、リング照明１１０の直径未満である。これにより、リング照明１１０から照射される光が、フレーム１１８の底面１２８またはフラットパネル照明１１４の表面から反射し、培養プレート１０２に戻ることが防がれる。
【００４８】
・フレーム１１８はまた、不透明なカバー１１２の下に配置される光バッフル１３０を備える。
【００４９】
・支持部１１６に対してリング照明１１０の位置を変化させるための手段１３１もまた、ラックアンドピニオンアセンブリの形態で提供される。
【００５０】
・フレーム１１８、不透明なカバー１１２および光バッフル１３０はキャビティ１３２を規定し、それにより、支持部１１６は画像キャプチャ装置１０４とキャビティ１３２との間に培養プレート１０２を支持する。支持部（ガラスステージ）１１６はキャビティ１３２を封止し、望ましくない物質がキャビティ１３２に入ることを防ぐ。リング照明１１０が照射し、照明装置１１４がオフである場合、不透明なカバー１１２は、リング照明１１０からの光がキャビティ１３２の視野領域を照射することを防ぐ。この構造において、キャビティ１３２は黒いバックグラウンドのように見える。
【００５１】
・側角照明１３４は、くぼみまたは粒状組織などの寒天上の任意の表面トポグラフィー（形状）をハイライトするようにある角度から培養プレート１０２を照射するように使用される。側角照明１３４の代替はリング照明１１０におけるＬＥＤの一部のみを起動することであり、それにより、培養プレート１０２は１つの方向のみから照射される。
【００５２】
・コンピュータ１３６などの処理手段が、物理インターフェースまたはワイヤレスインターフェースを介して画像キャプチャ装置１０４、リング照明１１０および照明装置１１４に接続される。コンピュータ１３６は、プロセッサ１３８および異なるコンポーネントを起動し、生データをキャプチャし、データを処理するためのソフトウェア１４２を記憶するメモリ１４０を備えてもよい。
【００５３】
・画像、メタデータおよび他の情報のライブラリは、コンピュータ１３６に記憶されてもよいか、またはネットワークを介してコンピュータ１３６においてアクセス可能であってもよい。同様に、ＬＩＭＳがコンピュータ１３６を介してアクセスされてもよい。
【００５４】
異なるコンポーネントが、上記の装置のコンポーネントのいずれかと置き換えられてもよく、コンポーネント間の距離およびコンポーネントの位置が調節されてもよいことは理解されるであろう。例えば、カメラ１０６およびレンズ１０８はフレーム１１８の内側に示されているが、別の例において、それらはフレーム１１８の外側に配置されてもよく、レンズ１０８はフレーム１１８の上面における穴を通して突出する。また、フレーム１１８の幅は装置１００の全体のサイズを減少させるために減少させてもよい。
【００５５】
装置１００を使用する画像収集プロセスをここに記載する。このプロセスは、訓練された機械学習分類子を使用して、またはこのような分類子の訓練において培養プレート１０２上での微生物増殖を分類するのに使用するための画像を得るのに好適であり得る。多くのステップが人の操作者によって実施される手動プロセスが記載されているが、そのプロセスのステップの多くは、ソフトウェアにおいて、またはロボット装置によって自動化され、実施されてもよいことは理解されるであろう。
【００５６】
最初に、接種され、インキュベートされた培養プレート１０２は、ユーザにより三角形停止部内の支持部１１６上に配置される。培養プレート１０２は一般に、寒天を裏返して（蓋上の凝結が寒天面に落ち、損傷させることを防ぐために）実験室内に保存されるので、支持部上の培養プレート１０２の配置は、培養プレート１０２の蓋を取り外し、寒天が上面を向くように培養プレートを回転させることを含んでもよい。
【００５７】
ソフトウェア１４２は画像キャプチャプロセスを開始するように起動される。ソフトウェア１４２は、ユーザが、培養プレート１０２上のバーコードを走査すること、または手動で数を入力することを必要とする。バーコードはサンプルＩＤにリンクし、培養プレートを特定のサンプル、およびＬＩＭシステムを介して特定の患者に関連付ける。バーコードが入力されると、カメラ出力のライブビデオプレビューが図２（ａ）に示したウィンドウに現れる。ユーザは、ライブビデオストリームにより提供されるフィードバックに基づいて培養プレート１０２のロケーションまたはレンズ１０８の焦点もしくは開口を調節できる。
【００５８】
次いでユーザは、培養プレートの種類（例えば分割（スプリット）または全体）、サンプルの種類（例えば尿、腸、血液または組織）および寒天の種類（複数も含む）（例えば血液または発色）を選択することを必要とする。プレートのデータ選択オプションの例を図２（ｂ）および図２（ａ）の左上に示す。代替において、ユーザが培養プレート、サンプルおよび寒天の種類を選択することを必要とする以外に、この情報は入力されたバーコードに基づいてＬＩＭシステムから抽出されてもよい。
【００５９】
このデータが入力された後、培養プレートの位置が入力される。この情報がユーザにより入力され得る２つの方法が存在する。第１は、半径と共に皿のｘ，ｙロケーションの入力を可能にする、従来のスライダのセットによる。ディッシュがスプリット（分割）ディッシュである場合、ユーザはまた、スプリットのロケーションを入力しなければならない。この例を図２（ｃ）および図２（ａ）の左下に示す。第２の方法はライブビデオプレビュー上のマーカーのセットを操作することによる。ユーザは３点によって寒天周囲に円を置き、それにより、ユーザは相互作用的に動かすことができる。これらの３点は円を一意的に規定する。４番目の制御ポイントにより、ユーザは、必要に応じて、中心スプリットのロケーションを特定できる。このような制御ポイントは迅速かつ容易で非常に正確に配置される。図３はこのような相互作用が発生できる方法の例を示す。ロボット培養プレートの配置を有するシステムにおいて、培養プレートのロケーションは既知であり、スプリットのロケーションが演算され得る。
【００６０】
露光および照明設定は、選択される培養プレート、サンプルおよび寒天種類（複数も含む）に基づいてデータベースから引き出されてもよい。
【００６１】
正確な露光は良いクオリティの画像キャプチャにとって重要である。カメラ１０６を試験している間、別の露光が、含むことができる寒天の異なる種類の異なる不透明度に起因してスプリット培養プレートの各々の側に必要とされることが決定された。照明の選択はまた、必要な露光設定に強い影響を与えるので、ユーザはまた、上部または下部光が起動されている任意の利用可能な構成で画像をプレビューできる。図２（ｄ）は、起動される上部光または下部光のいずれかを選択するために使用され得るラジオボタンを示す。示していないが、ユーザは代替として起動される側角照明を選択してもよい。
【００６２】
露光設定は、例えば図３（ｅ）に示すものなどのドロップダウンメニューを使用して選択され得る様々な自動露光アルゴリズムを使用してユーザにより調節されてもよい。自動露光アルゴリズムの各々は同じコアを有する。所与の標的輝度、ｂｔｇｔ、および測定輝度、ｂｍｅａｎｓ、新たな露光、ｅｎｅｗは以下のように計算される：
【数１】
0005898239.tif 000002
【００６３】
つまり、輝度が非常に高い（画像が飽和されている）場合、その以前の値の８０％までの露光に無条件に落ちる。この事例でないならば、変化は次いで０．５から２の間に固定される。２つの連続した露光設定が互いの１０マイクロ秒以内である場合、調節が停止する。両方の輝度測定は典型的に０から１の間の数として表され、０はブラック（明るさなし）であり、１はホワイト（完全な明るさ）である。
【００６４】
種々の自動露光アルゴリズム間の相違は、現在の画像の輝度をどのように演算するかである。使用され得る異なるアルゴリズムは以下を含む。
【００６５】
平均−このモードにおいて、画像における全てのピクセルの平均輝度が演算される。
【００６６】
中央加重平均−中央加重平均は全てのピクセルの平均輝度を演算するが、中央の追加加重の
【数２】
0005898239.tif 000003
内のこれらのピクセルを与える（各々の中央サンプルは８回数えられる）。
【００６７】
スポット−この方法は再度、平均輝度であるが、中央の
【数３】
0005898239.tif 000004
内のこれらのピクセルのみを演算する。この方法は、画像の中央が特別な平均を有さないので、寒天プレートに適していない。
【００６８】
中央値−この方法は、ヒストグラム計算により画像にわたる中央値輝度を演算する。ヒストグラムの各ｂｉｎは４レベル幅であるので、入力画像が１６ビットである場合、ヒストグラムは１６３８４ｂｉｎである。画像の真のｂｉｔ深さはまた、カメラから読み取られることができ、アルゴリズムに与えられ得る。
【００６９】
グリーン−この方法は平均と同じであるが、輝度を演算するためにグリーンチャネルのみを使用する。これは２つの理由のために有益である。第１に、Ｂａｙｅｒモザイク画像においてレッドまたはブルーの２倍の多さの真のグリーンピクセルが存在する。第２に、人の眼はグリーンに敏感であるので、画像を調節するためにそれを使用することにより、概念的にハイクオリティの画像を提供するはずである。
【００７０】
ソフトウェア１４２は、例えば正常な色とレッドとの間にピクセルを打つことによって、ユーザが良好な露光設定を選択することを支援するプロセスをさらに含んでもよい。これは、標的画像輝度を減少させることによって修正され得る、露出過度、または飽和されたピクセルを識別することに役立つ。
【００７１】
露光設定が所与の照明構成について仕上げられると、図４に示される方法を使用して画像キャプチャが実施される。ステップ１６４において、キャプチャは初期化され、ステップ１６６において照明構成（例えばリング照明１１０）が起動される。画像は、この照明構成を使用して画像キャプチャ装置１０４によってステップ１６８においてキャプチャされる。画像キャプチャは各培養プレートについて５回反復され、各回は同じ露光を有する（ステップ１７０）。プロセスは、スプリット培養プレートの場合、培養プレートの他の側（ステップ１７２）について、および他の照明構成について、例えば下部照明装置１１４（ステップ１７４）について反復される。ステップ１７６において、キャプチャされた画像はデータ処理についてハンドオフされ、次いで画像キャプチャが完了する（ステップ１７８）。
【００７２】
画像キャプチャ装置は、第１の照明構成（例えば照射される上部光）を有するバッファー内に５つの画像、次いで第２の照明構成（例えば照射される下部光）を有する別の５つの画像をキャプチャしてもよい。培養プレートが複数の側を有するスプリット培養プレートである場合、それらはまた、同じように処理される。露光設定はデータベースからロードされ、正確な露光が各キャプチャ前に決定される。スプリット培養プレートに関して、単一の培養プレートをキャプチャすることは、このように、５×２×２＝２０画像を必要としてもよく、これは約２秒かかり、カメラ１０６が９フレーム／秒で作動すると仮定する。
【００７３】
画像がキャプチャされると、それらは、非同期処理のための実行のスレッドを分離するためにハンドオフされ得る。次いでキャプチャウィンドウはバーコードの入力を待つために戻る。培養プレート画像がキャプチャされるごとに、任意の目立ったメタデータと共に画像はライブラリにセーブされる。キャプチャ後、培養プレート１０２はドア１２０を介して装置１００から除去される。画像キャプチャ装置１０４からの生データが、ソフトウェアを分析するための入力として使用され得るサンプルについてのより正確な画像データを得るために処理される。
【００７４】
キャプチャされた画像は、電子ライブラリ、ＬＩＭＳまたは別の専用画像記憶データベースに記憶されてもよい。露光時間、キャプチャデータ、照明情報、画像を補正するために使用されるカラー変換およびカメラーデータなどの他のメタデータが画像と関連して記憶されてもよい。
【００７５】
上記のソフトウェアにおいてユーザは培養プレートを位置決めし、メタデータを入力することを必要とするが、このプロセスは自動化されてもよいことは理解されるであろう。例えば、ロボットアームにより、画像キャプチャ前に培養プレートを支持部上に配置してもよく、画像キャプチャ後にそれを取り除いてもよい。ソフトウェアは、画像内の培養プレートの位置およびそれがスプリット（分割）か全体かどうかを自動的に検出してもよい。培養プレート上の識別子またはバーコードを読み取るためにロボットシステムが使用されてもよい。バーコードまたは他の識別子は、培養プレート種類、サンプル種類および寒天種類などの情報にアクセスすることを可能にし、それにより、この情報はユーザにより入力されることを必要としない。完全に自動化処理を目的とするソフトウェアのバージョンにおいて、ユーザは露光または標的輝度設定を調節しない。
【００７６】
本発明の範囲から逸脱せずに、種々の変更、追加および／または修飾が上記の部分に対してなされてもよく、上記の教示から、本発明は当業者により理解される種々の方法で実施されてもよいことは理解されるべきである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図３】
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【図４】
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