(57)【要約】【課題】有毒物質の濃度が低いような場合でも高い精度で水質監視を行うことができる水質監視装置を提供することを目的し、また、小型化が可能で魚類の飼育コストを抑えることのできる毒性評価装置を提供することを目的とする。【解決手段】毒性評価装置の一例として水質監視装置１０は、試料水２１の中で魚類２２を飼育するための監視用水槽２０と、魚類２２に刺激を与えるための刺激付与部３０と、刺激に対する魚類２２の反応動作を撮影する監視用カメラ４０と、監視用カメラ４０から得られる魚類２２の反応動作に基づいて試料水２１の毒性評価を行う評価装置５０と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料水の中で魚類を飼育するための監視用水槽と、
前記監視用水槽内で飼育される前記魚類に刺激を与えるための刺激付与部と、
前記刺激付与部による刺激に対する前記魚類の反応動作を撮影する監視用カメラと、
前記監視用カメラから得られる前記魚類の反応動作情報に基づいて毒性評価を行う評価部と、
を備えることを特徴とする毒性評価装置。
【請求項２】
前記魚類の反応動作情報は、速度情報であることを特徴とする請求項１に記載の毒性評価装置。
【請求項３】
前記監視用カメラにより、前記魚類の胸ビレの往復運動情報を取得し、
該往復運動情報に基づいて前記評価部において、更に毒性評価を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の毒性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活用水、工業用水、農業用水等の原水の安全性確保や、下水処理場等における排水やそれらが流入する河川の水環境維持のために行われる水質監視において用いられる水質監視装置等の毒性評価装置に関し、より詳しくは魚類を用いた毒性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、使用前の水、使用後の水、湖沼や河川等の公共用水域で水質監視が行われている。水質監視は、生活用水、工業用水、農業用水等の原水等に含まれる化学物質等の毒性を評価し、原水の安全性を確保するために、また下水処理場や各種工場における排水やそれらが流入する河川を対象として良好な水環境を維持する上で非常に重要である。
【０００３】
この水質監視では自動の水質監視装置が導入され、人に頼らない２４時間体制での水質監視が可能になっている。そして、この水質監視装置は、生物を利用したものが増加しており、水質悪化に対する魚類の行動変化や呼吸状況の変化を感知して作動する仕組みとなっている。具体的なものとして特許文献１〜３に記載された水質監視装置が知られている。
【０００４】
特許文献１は、魚を使った水質監視装置であり、魚に刺激を与えても魚の活動を検知できない時に警報を発する水質監視装置である。そして、この装置で検知する魚の活動とは、具体的には魚の直接の活動ではなく、魚の活動によって生じる水流や水面に生じる波等による水圧の変化のことであり、この水圧変化を検知して監視する装置となっている。
【０００５】
また、特許文献２は、特許文献１における従来技術として記載されている異常水質検査装置であり、水槽内の魚の画像情報から速度情報等を得て解析を行い、異常行動を判定する水質監視装置である。なお、水質異常により魚の異常行動が生じることについては、古くから知られており、鼻上げ行動、急速行動、遊泳停止（死亡）と言われる行動が生じる。
【０００６】
また、特許文献３は、多数の魚類を使った水質自動監視装置であり、低濃度の毒性でも危険を感じて群れで固まるという小型魚類の性質を利用し、群れで飼育する魚類の動きを撮影して監視する水質監視装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２９２３８９号公報
【特許文献２】特公平５−５８５０４号公報
【特許文献３】特許４７１２９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の水質監視装置は、魚に刺激を与えても魚の活動を検知できない場合に警告を発するものであるため、魚が死んだ状態（遊泳停止）か又は非常に衰弱した状態になって初めて水質の異常を知ることができる。このような魚の状態は、有毒物質の濃度が高ければ早く現れるために有効であるが、有毒物質の濃度が低いような場合にはなかなか現れない。従って、特許文献１の水質監視装置は、有毒物質の濃度が低い段階での水質監視としてはあまり利用できないという問題がある。
【０００９】
また、特許文献１の水質監視装置は、魚の活動を直接検知するものではなく、魚の活動による水圧変化を検知するものであるため、魚が小型であればある程その活動による水圧変化は微小になり、検知を行うことが非常に難しい。従って、特許文献１の水質監視装置は、検知精度を高めるには水槽内で飼育する魚を大型にしたり、飼育する魚の数を増やしたりして水圧変化を検知する必要があることから、装置の大型化を招くという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２の水質監視装置は、水槽内の魚を撮影し、その画像から魚の速度や加速度を検出し、これらの情報から異常行動を判定するものである。しかしながら、水質異常による魚の異常行動については、現実にはまだまだ分かっていないことが多い。
【００１１】
とくに、後述する本願発明者自らが行った研究によると、有毒物質の濃度が低い場合、単に魚を監視していても魚の異常行動は観察されない。従って、特許文献２の水質監視装置では、試料水の中に有毒物質が混入しても水質の異常を検出できない可能性があり、より高精度の水質監視装置が望まれる。
【００１２】
また、特許文献３の水質監視装置は、低濃度の毒性でも検出することはできるが、危険を感じて群れで固まるという小型魚類の性質を利用することから、多数の魚類を水槽内で飼育する必要がある。従って、特許文献３の水質監視装置は、装置の大型化や魚類の飼育コストの増加を招くという問題がある。そして、当然ながら、装置の大型化や飼育コストの増加は、装置そのものの普及の妨げとなる。
【００１３】
そこで、本発明は、有毒物質の濃度が低いような場合でも高い精度で水質監視等の毒性評価を行うことができる毒性評価装置を提供することを目的とする。また、本発明は、小型化が可能で魚類の飼育コストを抑えることのできる毒性評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の毒性評価装置は、試料水の中で魚類を飼育するための監視用水槽と、前記監視用水槽内で飼育される前記魚類に刺激を与えるための刺激付与部と、前記刺激付与部による刺激に対する前記魚類の反応動作を撮影する監視用カメラと、前記監視用カメラから得られる魚類の反応動作情報に基づいて毒性評価を行う評価部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の毒性評価装置によれば、個々の魚類の反応動作に基づいて毒性評価を行うことから、魚類一匹でも水質監視等の毒性評価が可能となるので装置の小型化が可能であり、また、魚類の飼育コストを抑えることができる。また、毒性評価装置は、本発明者の研究により新たに判明した事実を利用し、刺激付与部による刺激に対する魚類の反応動作情報を基に毒性評価を行っているので、有毒物質の濃度が低い場合でも高い精度での毒性評価を行うことができる。なお、本発明の毒性評価装置により行う毒性評価は、魚類が飼育される試料水の毒性評価だけでなく、監視用水槽が設置される大気中の毒性評価にも適用可能である。
【００１６】
また、本発明の毒性評価装置においては、前記魚類の反応動作情報は、速度情報であることが好ましい。魚類の反応動作として、魚類の速度情報を用いることで、魚類の過敏な反応動作の有無を的確に判定することができ、毒性評価装置は、より高い精度での毒性評価を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の毒性評価装置においては、前記監視用カメラにより、前記魚類の胸ビレの往復運動情報を取得し、該往復運動情報に基づいて前記評価部において、更に毒性評価を行うことが好ましい。
【００１８】
毒性評価装置は、本発明者の研究により新たに判明した事実を利用し、胸ビレの往復運動情報も用いて毒性評価も行っているので、低濃度から高濃度にかけて、高い精度で毒性評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明者が行った事前研究における実験装置の概略図である。
【図２】本発明者が行った事前研究における解析項目を示す概略図である。
【図３】本発明者が行った事前研究２における、塩化カドミウム溶液曝露時のメダカの胸ビレの往復運動の結果を示す図である。
【図４】本発明者が行った事前研究２における、塩化カドミウム溶液曝露時のメダカへ刺激を付与した時の速度と加速度に関する結果を示す図である。
【図５】実施形態１に係る水質監視装置の構成を示す概念図である。
【図６】実施形態１に係る水質監視装置の機能ブロック図である。
【図７】実施形態１に係る水質監視装置における水質監視の処理フロー図である。
【図８】実施形態２に係る水質監視装置における水質監視の処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
まず、本発明の毒性評価装置は、試料水の中で魚類を飼育するための監視用水槽と、監視用水槽内で飼育される魚類に刺激を与えるための刺激付与部と、刺激付与部による刺激に対する魚類の反応動作を撮影する監視用カメラと、監視用カメラから得られる魚類の反応動作情報に基づいて前記試料水の毒性評価を行う評価部と、を備える構成となっている。
【００２１】
つまり、本発明の毒性評価装置は、刺激付与部により魚類に刺激を与え、その刺激による反応動作を監視用カメラで撮影し、監視用カメラで撮影した画像に基づいて試料水の毒性評価を行っている。ここで、そもそも魚類に刺激を与えその反応動作によって試料水の毒性評価を行うことが可能となることは、本願における発明者が自ら行った研究により判明したことである。そこで、最初に本願の発明者が行った研究について説明する。
［事前研究１］
まず、本願の発明者が行った研究の理由は、次のようなものである。
【００２２】
医薬品や化学物質の生体内における毒性評価は、現在主としてラット、マウス等の齧歯類を用いた動物実験によって行われているが、動物実験の基準理念である「３Ｒの原則」により動物実験の実施の必然性が今後ますます厳しく問われることになる。国際的に合意された化学物質の安全性評価指針であるＯＥＣＤ（経済協力開発機構）のガイドラインにおいて、魚類を用いた毒性試験の試験動物にメダカが含まれている。ところがメダカ等の小型魚類成魚では、齧歯類と同質、同等の病理組織変化が得られないことが指摘されており、小型魚類を用いた毒性評価法の確立が急務である。メダカをカドミウムに曝露させた時に行動異常が現れることが知られており、カドミウム曝露によってメダカに生じた頭部、ヒレや体幹の動き等の運動パターンの変化を定量化することを目指し、研究を行った。
【００２３】
具体的な研究内容として、まず、図１に示すような実験装置を準備した。図１に示すように、試料水１の入った監視用水槽２を準備し、この中に１匹のメダカ３を入れて、遊泳の様子を監視用カメラ４で上方から撮影した。なお、監視用カメラ４として、毎秒２１０フレームの高速度デジタルカメラを用いた。また、メダカ３は、市販されているものを購入して用いた。
【００２４】
そして、試料水１として、濃度が１０ｐｐｍ程度の塩化カドミウム溶液と、１ｐｐｍ程度の塩化カドミウム溶液を準備し、それぞれの試料水１の中でメダカ３を曝露し続けた。
この時、メダカ３の行動異常の程度を数値化する目的で、単に魚体の位置だけでなく、図２に示す解析項目についての観察、解析を行った。
【００２５】
メダカ３の胸ビレの動きは、メダカ３の静止時、左右の胸ビレが交互に周期的な運動を行うことから、この胸ビレの往復運動の周波数について解析を行ったものである。
【００２６】
メダカ３の逃避運動は、メダカ３に刺激（本研究では、監視用水槽２に手を触れる行動）を付与したところ、急激な方向転換（逃避行動）を行ったことから、この逃避時の頭部位置の変化の速度（ｍｍ／ｓ）及び最大加速度（ｍｍ／ｓ２）や、転換角度（頭部位置の方向転換の角度）のについて解析を行ったものである。
また、この他にメダカ３の体幹の撓りについての解析も行った。
【００２７】
その結果、試料水１の塩化カドミウム溶液の濃度を１０ｐｐｍ程度とする高濃度曝露時では、メダカ３の胸ビレの往復運動は、次第に遅くなり（一例では、当初７Ｈｚ程度だった往復運動が３Ｈｚまで低下）、逃避運動は、逃避時の転換角度が小さくなり（当初、最大で１８０度頭部位置が変化していたが、４５度程度まで低下）、約２４時間後に遊泳停止（死亡）が観察された。このように、高濃度曝露時において、メダカ３の胸ビレの往復運動の低下が現れることがわかった。
【００２８】
一方、試料水１の塩化カドミウム溶液の濃度を１ｐｐｍ程度とする低濃度曝露時では、メダカ３の胸ビレの往復運動に関しては、変化を観察することはできなかった。しかしながら、逃避運動に関しては、当初変化を観察することはできなかったが、約４８時間後から逃避運動における速度及び最大加速度に顕著な変化が現れた。具体的には、逃避時の速度及び加速度は、曝露時間が長くなるにつれて増加する傾向にあったが、曝露前と比べ４８時間経過後では最大速度が１．５倍、最大加速度は２．０倍となった。
【００２９】
このように、低濃度曝露時において、メダカ３の逃避行動における速度及び加速度に過敏な反応が目立つようになることがわかった。そして、１５０時間経過後には鉛直方向のバランスを欠いた遊泳となり、約１６０時間経過後に死亡した。
【００３０】
以上のように、塩化カドミウム溶液の濃度が低濃度の試料水１の中にメダカ３を曝露しておくと、メダカ３に刺激を与えた時の運動に過敏な反応が次第に現れてくることがわかった。また、塩化カドミウム溶液の濃度が高濃度の試料水１の中にメダカ３を曝露しておくと、メダカ３の胸ビレの往復運動が低下することがわかった。
［事前研究２］
【００３１】
次に、先ほどの事前研究１における実験装置で飼育したメダカ３は、市販されているものを購入したが、事前研究２では国立環境研究所にて有償分譲している実験水生生物のメダカ３Ａ（ヒメダカ）を用いて実験を行った。その結果についても簡単に述べる。
【００３２】
メダカ３Ａの胸ビレの動きは、試料水１の塩化カドミウム溶液濃度１ｐｐｍでの曝露時の結果と、０．１ｐｐｍでの曝露時の結果を図３に示す。図３に示すように、このメダカ３Ａにおいては、塩化カドミウム溶液の濃度が高い方（１ｐｐｍ）において、胸ビレの往復運動に顕著な低下がみられた。一方、塩化カドミウム溶液の濃度が低い方（０．１ｐｐｍ）においては、胸ビレの往復運動に大きな変化は見られなかった。しかしながら、２４時間後あたりから刺激付与の逃避運動における過敏な反応が次第に、メダカ３Ａに現れるようになってきた。
【００３３】
このメダカ３Ａの過敏な反応について、逃避時の頭部位置の変化を解析した結果を図４に示す。図４には、塩化カドミウム溶液の試料水１に曝露する前のメダカ３Ａ（control）に対して、刺激を付与した時の頭部位置の速度（ｍ／ｓ）の時間変化と、最大加速度（ｍ／ｓ２）の時間変化をそれぞれ示すとともに、塩化カドミウム溶液濃度０．１ｐｐｍの試料水１に７１時間曝露したメダカ３Ａ（７１ｈ）に対して、刺激を付与した時の頭部位置のデータを併せて示している。
図４から、低い濃度の段階では、刺激を与えた時の逃避運動における過敏な反応として、速度と最大加速度の変化に現れることがわかる。
【００３４】
なお、事前研究１では濃度が１ｐｐｍ程度の塩化カドミウム溶液で、メダカ３に逃避運動における過敏な反応が現れ、事前研究２では濃度が１ｐｐｍ程度の塩化カドミウム溶液では、過敏な反応が現れず、濃度が０．１ｐｐｍ程度でメダカ３Ａに過敏な反応が現れている。これは、メダカの違いによる影響と考えられる。つまり事前研究１で使用した市販のメダカ３は、事前研究２で使用した実験水生生物としてのメダカ３Ａに比べ、全般的にカドミウム曝露に強いことから生じた違いであると考える。また、メダカによってもカドミウム曝露に対して多少の個体差がある。
【００３５】
そして、メダカ３によるこのような違いを考慮したとしても、事前研究によって、メダカ３が短時間で死亡してしまうような濃度よりは低い濃度の有毒物質が含まれる試料水の中にメダカ３が曝露されていると、メダカ３に刺激を与えた時の運動に過敏な反応が現れてくることがわかった。また、メダカ３が短時間で死亡してしまうような濃度においては、メダカ３の胸ビレの往復運動に低下が生じることもわかった。
【００３６】
以上のような研究によって、魚類は、短時間で死亡してしまうような濃度よりは低い濃度の有毒物質が含まれる試料水の中に曝露されていると、刺激を与えた時の運動に過敏な反応が現れてくる、ということがわかった。そして、このような研究結果を基にして、本発明の毒性評価装置を完成させるに至った。
【００３７】
そこで、以下、この実施形態及び図面を参照にして本発明を実施するための形態を説明するが、以下に示す実施形態は、本発明をここに記載したものに限定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。なお、この明細書における説明のために用いられた各図面においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて表示しており、必ずしも実際の寸法に比例して表示されているものではない。また、以下の実施形態の説明においては、毒性評価装置の一具体例として、水質監視装置を用いて説明する。
［実施形態１］
【００３８】
図５は、実施形態１における水質監視装置１０の構成を示す概念図である。図６は、水質監視装置１０の機能ブロック図である。水質監視装置１０は、監視用水槽２０と、刺激付与部３０と、監視用カメラ４０と、試料水の毒性評価を行う評価部を有する評価装置５０と、警報部６０と、を有している。
【００３９】
監視用水槽２０は、水質監視を行う必要がある試料水２１を溜めるための水槽である。そして、この監視用水槽２０に溜まった試料水２１の中で、魚類２２（具体的にはメダカ）が飼育される。この監視用水槽２０のサイズは、飼育される魚類２２の大きさや、個体数によって選択することができる。ただし、本実施形態の水質監視装置１０は、魚類２２一匹だけで毒性評価を行うことができるので、監視用水槽２０のサイズを無駄に大きくする必要はない。
【００４０】
また、監視用水槽２０は、アクリルやガラス等で作った透明な水槽が好ましいが、後述するように毒性評価において水槽内で飼育される魚類２２を俯瞰した画像を用いることから、必ずしも透明な水槽である必要はない。
【００４１】
なお、この監視用水槽２０には、水質監視を行う必要がある対象区から取水した試料水２１が、給水管２３から適宜供給されるとともに、排水管２４から適宜排出されるよう構成されている。また、監視用水槽２０で飼育される魚類２２は、メダカやヒメダカの他に、金魚、フナ、タナゴ等を用いることもできるが、入手のし易さ等からメダカやヒメダカが適している。
【００４２】
刺激付与部３０は、先に説明した事前研究１、２で判明した、有毒物質が含まれる試料水２１の中で魚類２２が曝露されていると、魚類２２に刺激を与えた時の運動に過敏な反応が現れてくる、という結果に基づき、魚類２２に適宜刺激を与えるものである。
【００４３】
この刺激付与部３０として本実施形態では、監視用水槽２０の外側に配置され、監視用水槽２０の表面を直接叩く打撃部３１を備えたものを図示している。しかしながら、刺激付与部３０の具体的な構成は、物理的な打撃により魚類２２を刺激するものに限定する必要はない。刺激付与部３０は、刺激による反応行動を魚類２２に生じさせるものであればよく、例えば、音や点滅光のような光でもよく、また、映像や電気的な刺激等でもよい。また、刺激付与部３０は、監視用水槽２０の外側に配置されている例を示しているが、水槽の内側に配置する構成でもよい。
【００４４】
監視用カメラ４０は、監視用水槽２０の中で飼育される魚類２２が刺激付与部３０による刺激を与えられた時に行う反応動作を撮影し、その画像を取得するためものである。この監視用カメラ４０は、監視用水槽２０の上方に配置され、監視用水槽２０全体を俯瞰した画像を適宜撮影する。魚類の反応動作は、メダカの場合、主に水平方向への逃避行動であり上下方向への移動量は小さい。そのため監視用カメラ４０は、監視用水槽２０の上方に配置するのが適している。また、カメラは複数台あってもよく、複数のカメラを用いた同時撮影により反応動作の３次元情報得ることができ、後述する毒性評価がより正確に可能となる。
【００４５】
監視用カメラ４０は、刺激付与部３０により魚類２２に刺激を与えた時の魚類２２の運動の画像を得ることを主な目的としている。刺激を与えた時の魚類２２の動きは通常俊敏であり、とくにメダカの動きは非常に俊敏である。後述するように、本実施形態の毒性評価では、魚類２２の反応動作情報を用いるが、この反応動作情報は、監視用カメラ４０で取得した異なるフレーム間での魚類２２の位置情報の差から算出している。従って、監視用カメラのフレーム数が多いほど細かく正確な反応動作情報を得ることができ、本実施形態では、毎秒２１０フレームの高速度カメラを用いている。また、このよう高速度カメラであれば、監視用水槽２０内で、仮に多数の魚類２２を飼育していたとしても、魚類２２の一匹一匹の動きを正確に捉えることができ、後述する魚類２２の動きを用いた本実施形態の毒性評価を行うことができる。
【００４６】
一方で、本実施形態の水質監視装置１０は、魚類２２個々の反動動作に着目していることから、一匹の魚類２２だけで毒性評価を行うことができる。したがって、一匹或は数匹程度の魚類２２の画像を用いて毒性評価を行うのであれば、監視用カメラ４０の能力として、ここまで高速なものを用いる必要はない。
【００４７】
評価装置５０は、監視用カメラ４０から得られた魚類２２の反応動作の情報に基づいて、監視用水槽２０内の試料水２１の毒性評価を行うためのものである。この評価装置５０は、具体的にはパーソナルコンピュータで構成することができ、図６に示すように、制御・演算部５１、記憶部５２、入力部５３、表示部５４、通信部５５を備えて構成される。
【００４８】
制御・演算部５１はＣＰＵ等の演算装置からなり、監視用プログラム等の各種のプログラムを実行し、各種の処理を実行する。記憶部５２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置からなり、制御部５１で実行される監視用プログラムを記憶したり、監視用プログラムによる処理結果や、監視用カメラ４０から得られた画像を一時的に記憶したりしておく。入力部５３は、キーボードやタッチパネルのような入力装置からなり、データ入力等に用いられる。表示部５４は、ＬＣＤ等の表示装置からなり、毒性評価の結果等の表示や、監視用カメラ４０から得られる画像の表示を行う。外部接続部５５は、有線或は無線により刺激付与部３０、監視用カメラ４０、警報部６０等の他の機器との接続を行う。
【００４９】
警報部６０は、評価装置５０による毒性評価により、監視用水槽２０内の試料水２１に異常が検出されると、異常検出を知らせるためのものである。この警報部６０は、試料水２１の異常検出を知らせることができるものであれば、どのようなもので構成されていても構わない。例えば、異常検出の際に音や光の発生によって知らせる方法を採用してもよく、また異常検出を担当者にメールで知らせるような方法を採用しても構わない。
【００５０】
以上のような構成となっている水質監視装置１０よる試料水２１の水質監視について、その具体例を説明する。図７は、水質監視装置１０による水質監視の処理フローである。
【００５１】
まず、水質監視が開始されると、水質監視装置１０は、監視用水槽２０内の魚類２２に対して刺激の付与を行う（Ｓ１０１）。この魚類２２に対する刺激の付与は、刺激付与部３０により実行される。
【００５２】
なお、刺激付与部３０による刺激の付与は、評価装置５０の指示に基づいて実行される構成でもよく、また予め刺激付与部３０に組み込まれているプログラムに基づいて実行される構成でも構わない。
【００５３】
また、魚類２２に対する刺激の付与は、一定間隔で行われる構成でもよく、また、後述する評価装置５０に基づく試料水２１の毒性評価の結果に基づいて刺激付与の間隔を変更するような構成でもよい。あまり頻繁に刺激付与を行うと、刺激による魚類２２への悪影響も考えられる。従って、例えば、評価装置５０による毒性評価で、毒性が疑われるよう結果が出るまでは、刺激付与の間隔を長くしておき、毒性が疑わるような結果が出ると、刺激付与の間隔を短くするような構成も考えられる。なお、このような構成により刺激付与を行う場合であれば、評価装置５０の指示に基づいて刺激付与部３０が動作する構成が好ましい。
【００５４】
刺激付与部３０による刺激の付与が行われると、水質監視装置１０は、監視用水槽２０の魚類２２の反応動作を撮影する（Ｓ１０２）。魚類２２の反応動作の撮影は、監視用カメラ４０により実行される。
【００５５】
なお、監視用カメラによる魚類２２の反応動作の撮影は、必ずしも刺激付与部３０による刺激の付与に対応して行う必要はなく、常に魚類２２を撮影し続けておく構成でも構わない。
【００５６】
そして、水質監視装置１０は、監視用カメラ４０により撮影された魚類２２の反応動作の画像から得られた反応動作情報に基づいて、監視用水槽２０内の試料水２１の毒性評価を行う（Ｓ１０３）。試料水２１の毒性評価は、評価装置５０により実行される。
【００５７】
ここで本実施形態における水質監視装置１０は、先に説明したように、低濃度の有毒物質が含まれる試料水２１の中に魚類２２を曝露しておくと、刺激を与えた時の魚類２２の運動に過敏な反応が現れてくる、という事実を利用して試料水２１の水質監視を行っている。従って、評価装置５０により行われる毒性評価は、Ｓ１０２で取得した魚類２２の反応動作の画像を利用して行う。
【００５８】
具体的には、例えば、反応動作の画像情報から、魚類２２の頭部の位置を特定し、画像間におけるこの頭部の位置の変化から、魚類２２の速度や加速度等の速度情報を算出し、この速度情報から魚類２２の過敏反応の有無を判定する。また、過敏反応の有無については、図４に示すような研究結果を用いることができ、例えば、通常時の値を閾値として、閾値よりも大きな速度や加速度が出現した場合には過敏反応有と判定することができる。また、実際に行った具体例として、通常時の逃避行動における速度及び加速度を１０回程度計測して平均をとり、過敏反応時の速度及び加速度との比較を行い、そして、通常時の平均値よりも数倍大きな速度及び加速度が１０回程度観測されれば、過敏反応と判定をした。このように水質監視装置１０においては、様々な方法で過敏反応の有無を判定することができる。
【００５９】
なお、有毒物質に曝露された魚類２２の過敏反応では、魚類２２が急激な方向転換を行うことから、反応動作の画像情報から算出する速度情報として、角速度や角加速度を用いることもできる。また過敏反応の有無の判定においては、速度情報の平均値を用いて、平均値が閾値よりも大きいか否かで判定することもできる。
【００６０】
そして、水質監視装置１０は、Ｓ１０３で行った毒性評価により、試料水２１の異常の有無について判定を行う（Ｓ１０４）。試料水２１の異常の有無は、具体的には評価装置５０により行われ、魚類２２の過敏反応の有無に基づいて判定される。
【００６１】
そして、Ｓ１０４で試料水２１に異常有り（Ｓ１０４においてＹＥＳ）と判定されると、水質監視装置１０は、試料水２１の異常発生を警報して（Ｓ１０５）、水質監視の処理を終了する。異常発生の警報は、評価装置５０からの警報指示により、警報部６０によって行われる。
また、Ｓ１０４で試料水２１に異常無し（Ｓ１０４においてＮＯ）と判定されると、水質監視装置１０は、Ｓ１０１に戻って試料水２１の水質監視を続ける。
【００６２】
以上のように、本実施形態の水質監視装置１０は、試料水２１の中で魚類２２を飼育するための監視用水槽２０と、監視用水槽２０内で飼育される魚類２２に刺激を与えるための刺激付与部３０と、刺激付与部３０による刺激に対する魚類２２の反応動作を撮影する監視用カメラ４０と、監視用カメラ４０から得られる魚類２２の反応動作情報に基づいて試料水２１の毒性評価を行う評価装置５０と、評価装置５０の毒性評価の結果により試料水２１の異常を通知する警報部６０と、を備える構成となっている。
【００６３】
従って、水質監視装置１０は、個々の魚類２２の反応動作情報に基づいて試料水２１の毒性評価を行うことから、監視用水槽２０で飼育する魚類２２が一匹でも水質監視を行え、装置の小型化が可能となる。また、水質監視装置１０は、魚類２２の飼育コストを抑えることができる。また、事前研究により新たに判明した、低濃度の有毒物質が含まれる試料水２１の中に魚類２２を曝露しておくと、刺激を与えた時の魚類２２の運動に過敏な反応が現れてくる、という事実を利用し、刺激付与部３０による刺激に対する魚類２２の反応動作を基に毒性評価を行っているので、有毒物質の濃度が低いような場合でも高い精度での水質監視を行うことができる。
【００６４】
とくに、魚類２２の反応動作情報として、魚類２２の速度情報を用いることで、魚類２２の過敏な反応動作の有無を的確に判定することができる。なお、魚類２２の反応動作情報として、速度情報以外の例えば、転換角度の情報を用いることもできる。
【００６５】
なお、図７に示す処理フローにおいて、水質監視装置１０は、一度の毒性評価（Ｓ１０３）で、試料水２１の異常の有無を判定（Ｓ１０４）し、警報（Ｓ１０５）を行っているが、このような構成に限定されるものではない。水質監視装置１０は、例えば、一度異常が判定されたとしても直ぐに警報は行わず、一定時間が経過後、再度異常が判定された場合に警報を行う、というような構成を採用することもできる。
【００６６】
また、水質監視装置１０の監視用カメラ４０は、監視用水槽２０の上方に一台配置された例を示したが、この例に限定されるものではない。水質監視装置１０は、例えば、監視用カメラ４０を複数用いることもできる。また、必ずしも、監視用水槽２０の上方に監視用カメラ４０を配置するだけでなく、監視用水槽２０の側方に配置する構成を採用することも可能である。本実施形態のように、反応動作情報として速度情報を用いる場合には、監視用水槽２０の上方からの撮影が好ましいが、側方からの画像によっても魚類２２の速度情報を取得することは可能である。従って、装置の設置場所の制約等によっては、水質監視装置１０は、監視用水槽２０の側方に監視用カメラ４０を備える構成を採用することができる。また、当然ながら、上方と側方の両方に監視用カメラ４０を備える構成も可能である。また、監視用水槽２０の下方に監視用カメラ４０を備える構成も可能である。
【００６７】
また、水質監視装置１０は、パーソナルコンピュータからなる評価装置５０を備えた構成例を説明したが、この評価装置５０とは水質監視装置１０を構成する評価部の一例である。水質監視装置１０は、パーソナルコンピュータのような評価装置５０を用いることなく、専用の評価部により構成することもできる。
［実施形態２］
【００６８】
次に、実施形態１の水質監視装置１０と異なる実施形態について説明する。実施形態２の水質監視装置１０Ａは、その構成は水質監視装置１０と同様であるため、以下の説明においては同じ符号を用いて説明する。本実施形態の水質監視装置１０Ａが実施形態１と異なっているのは、水質監視の処理フローに関する点であり、この点について説明する。図８は、本実施形態の水質監視装置１０Ａによる水質監視の処理フローである。
まず、水質監視が開始されると、水質監視装置１０Ａは、監視用カメラ４０を起動して、監視用水槽２０内の魚類２２の撮影を常時行う（Ｓ２０１）。
【００６９】
次に、水質監視装置１０Ａは、Ｓ２０１で取得した魚類２２の画像を基に、魚類２２の「元気度」評価を行う（Ｓ２０２）。この「元気度」の評価は、評価装置５０によって行われる。
【００７０】
ここで、この「元気度」評価とは、魚類２２の胸ビレの往復運動の周波数に関する評価のことである。先に説明した事前研究において、高濃度の有毒物質に曝露されたメダカでは、図３に示すように、胸ビレの往復運動が短時間で低下する。本実施形態の水質監視装置１０Ａは、この事前研究において判明した事実も利用して、試料水２１の水質監視を行っている。従って、評価装置５０により行われる「元気度」評価は、Ｓ２０１で取得した魚類２２の画像を利用して行う。具体的には、取得した画像を基にして、１秒間における胸ビレの往復運動の回数を測り、周波数（Ｈｚ）を算出する。なお、事前研究等により往復運動の最大周波数は１０Ｈｚ程度であったことから、この『元気度』を算出する場合、監視用カメラ４０として、毎秒１００フレーム程度以上の高速度カメラが望ましい。
【００７１】
そして、Ｓ２０２の「元気度」評価による胸ビレの周波数を算出すると、水質監視装置１０Ａは、「元気のなさ」が発生したか否かの判定を行う（Ｓ２０３）。「元気のなさ」の発生の有無については、図３に示すような研究結果を用いることができ、例えば、通常時の周波数の値を閾値として、閾値よりも周波数が低下したか否かにより判定する。
【００７２】
水質監視装置１０Ａは、「元気のなさ」が発生（Ｓ２０３においてＹＥＳ）と判定すると、試料水２１の異常発生を警報して（Ｓ２０６）、水質監視の処理を終了する。
【００７３】
また、水質監視装置１０Ａは、「元気のなさ」が発生していない（Ｓ２０３においてＮＯ）と判定すると、次に「反応動作」評価を行い（Ｓ２０４）、「過敏反応」が発生したか否の判定を行う（Ｓ２０６）。
【００７４】
このＳ２０４の「反応動作」評価と、Ｓ２０５の「過敏反応」が発生したか否かの判定は、実施形態１におけるＳ１０１〜１０４の処理とほぼ同様である。つまり、Ｓ２０１で既に魚類２２の撮影を開始しているため、Ｓ２０４において刺激付与部３０により魚類２２に刺激を付与することで、反応動作の画像を取得できる。そして、水質監視装置１０Ａは、この反応動作の画像から得られる反応動作情報を基に、反応動作情報として速度情報を算出し、過敏反応の有無を判定する。
【００７５】
そして、Ｓ２０５において「過敏反応」が発生したと判定されると（Ｓ２０５においてＹＥＳ）、水質監視装置１０Ａは、試料水２１の異常発生を警報して（Ｓ２０６）、水質監視の処理を終了する。また、Ｓ２０５において「過敏反応」が発生していないと判定されると（Ｓ２０５においてＮＯ）、水質監視装置１０Ａは、Ｓ２０１に戻って試料水２１の水質監視を続ける。
【００７６】
以上のように、本実施形態の水質監視装置１０Ａは、実施形態１の水質監視装置１０と同様、個々の魚類２２の反応動作に基づいて試料水２１の毒性評価を行うことから、監視用水槽２０で飼育する魚類２２が一匹でも水質監視を行え、装置の小型化が可能となる。また、水質監視装置１０Ａは、魚類２２の飼育コストを抑えることができる。また、事前研究により新たに判明した、低濃度の有毒物質が含まれる試料水２１の中に魚類２２を曝露しておくと、刺激を与えた時の魚類２２の運動に過敏な反応が現れてくる、という事実を利用し、刺激付与部３０による刺激に対する魚類２２の反応動作を基に毒性評価を行っているので、有毒物質の濃度が低いような場合でも高い精度での水質監視を行うことができる。
【００７７】
また、水質監視装置１０Ａは、監視用カメラ４０による画像から魚類２２の胸ビレの往復運動情報も取得し、そしてこの往復運動情報に基づいて評価装置５０において、試料水２１の毒性評価も行っている。つまり、事前研究により新たに判明した高濃度曝露時の胸ビレの往復運動の低下という事実を利用して、試料水２１の毒性評価も行っているので、水質監視装置１０Ａは、低濃度から高濃度にかけて、高い精度で水質監視を行うことができる。
【００７８】
なお、高濃度における水質監視を高い精度で行いたい場合には、事前研究により新たに判明した高濃度曝露時の胸ビレの往復運動の低下という事実を利用して、監視用カメラ４０による画像から魚類２２の胸ビレの往復運動情報を取得し、この往復運動情報に基づいて評価装置５０において、試料水２１の毒性評価を行うだけの水質監視装置も構成可能である。
【００７９】
また、既存の水質監視装置において行われている毒性評価の既存方法とともに、今回新たに判明した、画像から魚類２２の胸ビレの往復運動情報を取得し、この往復運動情報に基づいて試料水２１の毒性評価を行うという新手法を組み合わせて用いることで、より高精度の水質監視を行うことのできる水質監視装置を実現することもできる。
【００８０】
また、上記の実施形態においては、毒性評価装置の一具体例として水質監視装置の例を示したが、本発明の毒性評価装置は、生活用水、工業用水、農業用水等の原水の安全性確保や、下水処理場等における排水やそれらが流入する河川の水環境維持のために行われる毒性評価に限定されるものではない。
【００８１】
本発明の毒性評価装置は、試料水の中で魚類を飼育し、この魚類の反応動作情報に基づいて毒性評価を行うものに広く適用可能なものである。例えば、大気中に有毒物質が放出されているような状況になると、監視用水槽内の試料水の中に大気中の有毒物質が溶け込み、魚類の反応動作に過敏な反応が現れてくる。また、試料水に有毒物質が溶け込まなくとも、魚類の鼻上げ呼吸により有毒物質が魚類体内に取り込まれ、魚類の反応動作に過敏な反応が現れてくる。つまり、本発明の毒性評価装置は、試料水の毒性評価に限定されるものではなく、本願発明者による事前研究により判明した事実を利用することで、大気中の毒性評価にも適用可能であり、魚類を用いて、この魚類の反動動作情報に基づいて毒性評価を行うものに広くて適用できるものである。
【符号の説明】
【００８２】
１、２１…試料水
２、２０…監視用水槽
３、３Ａ…メダカ
４、４０…監視用カメラ
１０、１０Ａ…水質監視装置
２２…魚類
３０…刺激付与部
３１…打撃部
４０…監視用カメラ
５０…評価装置
６０…警報部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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