JPH11221070A

JPH11221070A - 微生物などの検査方法およびその装置

Info

Publication number: JPH11221070A
Application number: JP3682798A
Authority: JP
Inventors: Akikuni Hara; 昭邦原; Toshimitsu Asano; 敏光浅野; Yoshiaki Herai; 義明戸来; Youkou Oumi; 暘浩近江
Original assignee: Hakuju Institute for Health Science Co Ltd; HAKUJU INST FOR HEALTH SCIENCE CO Ltd
Current assignee: Hakuju Institute for Health Science Co Ltd; HAKUJU INST FOR HEALTH SCIENCE CO Ltd
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】微生物などの検査方法およびその装置に関す
る。【解決手段】微生物の検査体を画像演算処理し、それ
らを予め蓄積したデータと比較することによって、微生
物固有の特徴を抽出してその種別を確定し、つぎにそれ
の一定時間経過後の繁殖予測状態を算出することによ
り、検査体の微生物の繁殖に必要な一定時間経過後の状
態を、事前に検知することを特徴とする微生物などの検
査方法およびその装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微生物などの検査
方法とその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、食品（食肉類、魚類などの水産
品、その他あらゆる食品類）の加工にあたっては、食品
となる原材料を工場において、一定の態様に加工して出
荷する。そして工場内においては、加工食品の有害な細
菌の有無を検査することが行われている。従来における
加工食品などにおける細菌の有無の検査方法としては、
試料の採菌を行い、シャレー（検査体）とし孵卵器で所
定の時間培養して、培養結果を専門家が目視によって計
測、検知する方法があるが、これを正確に行うにはきわ
めて熟練を要する作業である。ここでコンピューターを
用いた手法が近来提案されているが、それは、コンピュ
ーターに取り込んだ検査体の画像を二値化し、判定レベ
ルを算出し、検査を行っている。

【０００３】しかし、この画像を取り込む際において、
それが即時に二値化される関係上、その際、検査体を照
射して画像化するための光源の、検査体に対する照射角
度、方向などの状態が異なると、それらが直ちに検査体
の把握に影響して、検査の結果を左右し延いては誤差が
生じることとなり、さらにまた前述の判定レベルが適正
に確定できないこともあって、中々正確な検査ができな
い現状にある。そして食品となる原材料には、中毒菌と
なるような細菌が付着、混在、発生していたとしても、
その中毒菌は一定の時間を経ないと、その実態を明らか
にしないものが多く、このため工場で原材料を食品とし
て加工し、出荷後においてその菌が繁殖し、消費者の手
に亙った段階で、その繁殖した菌が原因で中毒を起こす
ことがしばしばである。

【０００４】また従来の微生物の検査法は、検査の結果
が出るまでに時間がかかっていたが、近年になって加工
工程中や、半製品、製品などにおける微生物検査法とし
て直顕法、膜染色法、インピーダンス法、蛍光染色法、
蛍光ブローブ法、バイオルミネッセンス法などの方法が
行われるようになり、一応、迅速な対応ができるように
なってきた。しかし、それらは迅速性、検出範囲、経済
性などに各々の長所短所があることもあって、充分なも
のとは云えない現状にある。またそれらの中の一部にお
いて、特定の菌では菌種同定が可能ではあるが、実際に
は殆どの方法で菌種同定は不可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は微生物な
どの検査体における検査方法および装置として、短時間
（５〜６時間程度）で培養した検査体の画像を、三原色
などに分離し、各色に対しヒストグラム、色彩、色相を
算出し、細菌集落の成長を予測する成長係数や、各微生
物固有の特徴を判断する特徴係数を定める、つぎに予め
同手法と同様に算出して蓄積準備したデータを検索し
て、それらを比較することによって、菌種を特定（同
定）し、さらにそれらの成長係数などを利用して、その
菌に必要な一般的な培養時間（２４，４８時間など）経
過後の繁殖予測を行うことにより、短時間に拘らず、事
前に一定時間経過後の状態を容易に知ることができるこ
とを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】たとえば細菌（生菌）
などの一定時間後の繁殖状態を事前に知ることができる
ように、飲料水を含む食品などの食材、加工材から採取
した検査体の画像を、コンピューター内において三原色
に分離し、各原色のヒストグラム、色相、色彩を算出
し、それらを各細菌類の予め蓄積した前記手法によるデ
ータと比較することによって、細菌固有の特徴を抽出し
てその種別を確定し、つぎにそれの一定時間経過後の繁
殖予測状態を算出することにより、特定された細菌の繁
殖に必要な一定時間経過後の状態を、事前に検知するこ
とを特徴とする細菌などの検査方法およびその装置とす
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例に基
づき説明する。図１は、この発明の装置と検査方法のフ
ローチャートであり、(1) 〜(12)は培養装置［孵卵器］
(A) の構成と動作を示す。以下順次それらの構成と作動
を述べると、孵卵器(A) として、(1) のシャーレとし
て、採菌した培地（寒天質）を所定の箇所に設置する
（採菌した培地を検査体と云う、またこの検査体が液状
体の場合は、その菌を採取するのにフィルターを使用す
る、なお検査体としては他の種々の形態もあり得る）。
(2) において培養温度の設定を行う。これは孵卵器(A)
の操作パネルを操作して必要とする温度設定を行う。
(3) において培養時間を設定する。これも孵卵器(A) の
操作パネルを操作して必要とする時間設定を行う。(4)
において孵卵器(A) の操作パネルを操作して、自動モー
ド［これは後述する端末装置(B) 、処理装置(C) と連動
する］で動作する状態とする。

【０００８】(5) において端末装置に対し、自動モード
（ここで必要に応じ手動モードを、２４時間、４８時間
の培養を行いたい場合などに使用する）であることを通
知する。(6) の培養時間において、(3) で設定された自
動モード培養時間の確認を行う。(7) の設定温度におい
ては、(2) で設定している培養温度であるかの確認を行
う。(8) の温度調整においては、設定温度の範囲内でな
い場合、過熱することを防止するための制御を行う。
(9) の培養完了通知では、培養完了通知を端末装置(B)
、処理装置(C) に通知を行う。(10)の材料供給確認で
は、端末装置(B) より前記検査体の供給要求がなされて
いるかの確認を行う、(11)の材料無し・終了通知では、
検査体が無いことを端末装置(B) に通知し、自動モード
の終了を行う、(12)の材料供給・読み取りでは、検査体
を端末装置(B) に供給すると共に、バーコードを付与し
て読み込む。

【０００９】(I) 〜(X) は端末装置(B) の構成と動作を
示す。以下順次それらの構成と作動を述べると、(I) で
の自動モード設定では、端末装置(B) の操作パネルを操
作し自動モード［孵卵器(A) および後述の処理装置(C)
と連動する］で動作する状態とする。(II)の自動モード
通知では孵卵器(A) 、処理装置(C) に対し、自動モード
であることを通知する。(III) の培養完了通知では、孵
卵器(A) より培養完了通知がされるまで待機し、それが
なされたことを通知する。(IV)の材料供給要求では、孵
卵器(A) に対し検査体の供給を要求する。(V) の材料確
認バーコード確認では、検査体が所定の位置に設定さ
れ、かつバーコードが読み込めていることを確認する。
(VI)の上蓋除去では検査体の上蓋を取り外す。(VII) の
材料定位置確認では、端末装置内の所定の位置に検査体
が設定されていることの確認を行う。(VIII)のデータ送
信では、所定の位置に設定された検査体画像を後述の処
理装置(C) で正常に受信できたかの確認を行う。(IX)の
材料排出動作では検査体を端末装置(B) 外に排出または
蓄積する。(X) の終了確認では、孵卵器(A) より検査体
無し通知がされているか確認し、通知されている場合に
処理装置(C) に終了通知を送信する。

【００１０】(イ) 〜(ホ) は前記した処理装置(C) の構成
と動作を示す。以下順次それらの構成と作動を述べる
と、(イ) は自動モード設定であり、処理装置(C) の操作
キーを操作し、自動モード［孵卵器(A) および後述の処
理装置(C) と連動する］で動作する状態とする。(ロ) は
各装置の自動確認であって、孵卵器(A) 、端末装置(B)
が各自動モードに設定されているかの確認を行う。(ハ)
はデータ受信であって、端末装置(B) より送信される検
査体画像を受信し、内部に蓄積する。正常に蓄積された
場合、端末装置(B) に対し、正常受信信号を出力する。
(ニ) はデータ蓄積、(ホ) はデータ受信完了通知である。

【００１１】ここで前述の端末装置(B) のデータ送信(V
III)から、処理装置(C) のデータ受信(ハ) に送信された
検査体画像のデータは、コンピューター内で画像処理さ
れる。すなわちその画像は３バイトで表現され、各バイ
トを論理演算を行うことにより分離する。そして分離し
たデータ毎にヒストグラム、色相、色彩算出を行うこと
により、微生物の特徴を抽出する。この特徴を係数化
し、予め準備しているデータベース（前記と同手法によ
り、実験などで蓄積されたデータを分析し整理したデー
タ）を検索し、その検査体の菌種を特定する。さらに検
索したこのデータを基に菌の成長予測を行う。これによ
って短時間の培養で、菌種、集落数が計測されることと
なる。

【００１２】前項００１１の一連の処理操作についてさ
らに詳細に説明する。図２のフローチャートは、開始
後、(a) では画像を取込み［後述参照］、(b) はその画
像をたとえばレッド；Ｒ、グリーン；Ｇ、ブルー；Ｂの
三原色に分離する、(c) では前記各原色のヒストグラム
算出を行い、２５６種類の濃度分布に分解する、(d) で
は色相、色彩算出を行う、すなわち色の種類、濃度を確
定する、つぎに(e) の菌種の特徴抽出にあたり、データ
ベース(D) との比較が行われ、菌種の確定が行われる。
すなわちいま処理した画像からの新データと、データベ
ース(D) ［データベースの構成としては、ＩＤ、菌種
（群／個別、たとえば大腸菌群）、特徴係数（Ｒ，Ｇ，
Ｂ分布度〈ヒストグラム値〉，Ｈ，Ｓ分布度〈色相、色
彩値〉）などが前述と同様の手法によって作成され、予
めインプットされている］のデータとを比較して、菌種
の特徴が抽出され、菌種の確定が行われる。

【００１３】ついで(f) では読み取りデータから集落の
輪郭抽出を行う、(g) はその集落の成長予測、(h) は菌
の集落数予測の各段階であり、ここで前記読み取りデー
タを基にして集落の輪郭を抽出し、各輪郭間の距離（ま
たは各輪郭の周囲長や、集落の面積など）で成長度α
［後述および数３参照］を算出した結果から、たとえば
２４時間、４８時間後の予測を行う。さらに以下におい
て詳細を図示［図３、図４（ａ）〜（ｄ）および図５
（ａ）〜（ｃ）］を参照して述べると、まず図３に示す
ところの、図２(a) の画像取込みの段階の例としては、
画像読取り装置としてカメラ機構(K) により、一定時間
培養された検査体(Q) の検査体画像(Q')を、コンピュタ
ー(PC)内に取り込む。

【００１４】すなわち前記図２(b) の三原色分離の段階
では、コンピューター(PC)内のメモリである検査体画像
(Q')は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３バイトで表現される。それは多
値面像（カラー画像：各画素が階調だけでなく、色をも
つ画像）で表示され、これを三原色（色表現の基礎値）
毎に、数１［一般式；Ｎは輝度の個数、ＦＲは検出点の
輝度、ｎは輝度、Ｒ₁ は検査点の輝度、∩は論理積］の
ヒストグラム算出式を使用して分離する（各原色毎に階
調算出、すなわち濃度を算出する）。この分離方法とし
てはたとえばＲ，Ｇ，Ｂを重ね、カラー表示を行う、こ
こでカラー画像データは、各原色を三桁の数字で表現さ
れ（Ｒ＝１桁、Ｇ＝１０桁、Ｂ＝１００桁）、これによ
り各原色の各桁で論理演算を行い、各原色毎に分離す
る。つぎに図２(c) の各原色ヒストグラム算出の段階に
おいて、各原色のヒストグラムの算出を、図４（ｃ）で
示すグラフのように、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に濃度分布の算
出を行う。つぎの図４(d) での色相、色彩算出では、数
２の色相、色彩算出式を用いて、色彩Ｓ、色相Ｈを算出
する。この式において、ＳｒはＲ色の色相要素、Ｓｇは
Ｇ色の色相要素、ＳｂはＢ色の色相要素であり、またβ
は画像取り込みシステムの、画像を鮮明にするための固
有の係数である。

【数１】

【数２】

【００１５】つぎに図２(e) の菌の特徴抽出の段階で
は、予め前記の手法で得たデータと比較して、検査体
(Q) の検査体画像(Q')と、特徴的に共通する菌種を抽出
する。つぎに図２(f) の集落の輪郭抽出では、読み取っ
たデータを基にした輪郭を抽出する。それは図５（ａ）
に示すように、各輪郭《イ》、《ロ》間の距離 (x₁),(y
₁)を算出し、成長度αを利用し、図５（ｂ）の輪郭
《イ’》，《ロ’》となる予測（数時間後）を行う。こ
れらの図では菌の当初の輪郭《イ》，《ロ》が数３（α
x はｘ軸方向の成長度成分、αy はｙ軸方向の成長度成
分、Ｅはｘ軸方向の成長度、Ｆはｙ軸方向の成長度）で
算出した結果を画像展開して、輪郭《イ’》，《ロ’》
となったもので、膨張して一個となった状態を示してい
る。このように画像展開したデータをベースに集落数
（コロニー数）などを計測する。それは図５（ｃ）で示
すように、ｘ，ｙ軸方向に走査して番号付け（ラベリン
グ）を行う。つぎにｙ，ｘ軸方向に（走査方向を変え
て）走査して番号を確定する（図示では輪郭《イ》，
《ロ》が輪郭《イ’》，《ロ’》となって合体し、，
，の三個の集落が表れたことになる）。この番号数
が集落数となり、データベースの成長度αなどから一般
的な培養時間後（２４〜４８時間）の集落数を予測す
る。すなわちこの集落数の予測は、データベースの成長
度αを基に集落が成長する過程を予測し、新規データの
集落周域の色濃度（後述参照）と、前記成長度で集落数
を予測する。これにより菌種、集落数が判明する。以上
のような方法によって集落数が計測されるのと同時に、
菌種の同定も行われる。

【数３】

【００１６】図６（ａ）は検査体(Q₀)の（培地）表面を
示し、そこには菌が存在しても未だはっきりとは表れて
いない状態である。図６（ｂ）は培養途中の経過であ
り、菌の集落［コロニー］(cl)が見られる。図６（ｃ）
はたとえば４〜６時間経過時の状態であって、ここまで
が培養時間となる。ここでは集落(cl)の成長の集落(c
l₁) とともに、その周域(w) に色変化が見られる。そこ
で前述のようにこの検査体画像(Q')を読み取り、データ
ベース(D) と比較して菌種を同定し、成長度や特徴係数
などを設定する。つぎに成長の予測として、集落(cl₁)
の周域(w) の色彩、色相、色濃度、成長度、特徴係数な
どを利用して成長予測を行う。図６（ｄ）は成長の段階
で集落(cl₁) のさらに成長した集落(cl₂) と、新しい集
落(cl₃) が発生した途中経過の状態であり、図６（ｅ）
ではさらに進んで集落(cl₂) ，集落(cl₃) の成長と、新
しい集落(cl₄) が発生した途中経過の状態である。そし
て図６（ｆ）はたとえば２４時間経過後の状態であっ
て、前記各集落が成長し、さらにまた新しい集落が多数
発生したことを示している。

【００１７】

【発明の効果】食品の加工において、採取した検査体
を検査するに際して、その検査体の中において、毒性の
ある菌が存在するものが発見された場合、その菌がどの
ような速度で繁殖して行くかが問題であって、多数に繁
殖した菌は当然に食中毒の原因となり得る。しかし微生
物の検査には一定時間を要し、また各種の菌によってそ
の時間はまちまちであり、同種の菌であっても外界の条
件によって一様にはいかないのが通例である。この発明
は検査体においてその菌種を特定することと、それの成
長度などを予測することを、事前に短時間において可能
としたものであって、特定された細菌の一定時間経過後
の状態を、事前に、短時間で知ることができる。

【００１８】この発明によれば何ら熟練度を要せずと
も、何人でも容易に効率的に微生物などの事前の繁殖状
況の検査を行うことができる。すなわちこの発明は、微
生物などを短時間（従来法は２４時間、４８時間程度を
要している）の培養で、その実態の検査が可能となるも
のであり、微生物のデータを蓄積し、それと比較するこ
とにより、微生物を特定し、その発生状況を予測して、
的確に把握することができるとともに、比較する前記デ
ータを増大、蓄積することによって、その検査精度を高
めることができるものである。このようにしてこの発明
は食品の安全管理の徹底に役立ち、それはまた近年必要
とされてきたＰＬ法（製造物責任法）、ＨＡＣＣＰ（Ha
zard Analysis Critical Control Point ; 危害分析・
重要管理点方式）、あるいはＧＭＰ（Good Manufacturi
ng Practice ; 衛生規範）対策に当たってもまことに有
用である。さらにこの発明は飲料水などを含む食品分野
に止まらず、医療、衛生、農業、土壌菌への適用、海
水、下水その他水の利用、木材、空気利用などの微生物
を持つあらゆる分野にもその応用範囲を拡大することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の微生物などの装置と検査方法を示す
フローチャート図。

【図２】この発明における微生物の画像取り込み、特徴
抽出、成長予測などに関するフローチャート図。

【図３】この発明の装置の要部を示す説明図。

【図４】この発明の検査体の画像変換の経過を説明する
図。

【図５】この発明の検査体の集落の輪郭抽出、計測状況
を説明する図。

【図６】この発明の検査体の培養と成長予測を説明する
図。

【符号の説明】

(A) 培養装置（孵卵器） (B) 端末装置 (C) 処理装置 (D) データベース (Q) 検査体 (Q') 検査体画像 (K) カメラ機構 (PC) コンピューター (4) 凸部 (5) ハーフ蒸着板 (6) 拡散板 (7) 面発光体 (8) カバー (9) 接着剤 (10) 両面テープ (11) 溶着用端面 (12) 溶着ばり (L) 発光ランプ (c) 中央が突き出た部分 (d) 溝穴 (e) 取り付け用突起 (W) リード線 (h) 孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微生物などの検査体を画像演算処理し、
それらを予め蓄積したデータと比較することによって、
微生物固有の特徴を抽出してその種別を確定し、つぎに
それの一定時間経過後の繁殖予測状態を算出することに
より、検査体の微生物の繁殖に必要な一定時間経過後の
状態を、事前に検知することを特徴とする微生物などの
検査方法。
【請求項２】微生物を持つ物質または物体から採取し
た試料より得た検査体、または必要に応じて培養の事
前、事後に発光、染色などの処理を施した前記検査体の
画像を三原色などに分離し、各原色のヒストグラム、色
相、色彩を算出し、それらを微生物などの予め蓄積した
前記手法によるデータと比較することによって、微生物
固有の特徴を抽出してその種別を確定し、つぎにそれの
一定時間経過後の繁殖予測状態を算出することにより、
検査体の微生物の繁殖に必要な一定時間経過後の状態
を、事前に検知することを特徴とする微生物などの検査
方法。
【請求項３】任意に設定した培養時間、温度などに基
づいて、自動的に培養した検査体を、請求項２記載の画
像演算処理した後、検査済みの検査体を排出または蓄積
することを特徴とする微生物などの検査装置。