JPH07248328A - 尿沈渣検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】尿沈渣検査を自動化するにあたり、指定された
沈渣成分のみを自動分類可能とし、尿沈渣検査の効率向
上及び高精度化を図る。 【構成】撮像領域と粒子検出領域を持つフローセル４に
サンプルを流し、光検出器２２で粒子の通過を検出し、
フラッシュランプ１を発行させ、粒子の静止画像を撮像
しパターン認識の手法で粒子を分類する。自動分類を行
うべきか、用手分類を行うべきかについては、これをオ
ペレ−タが判断し、自動分類を行うように選択された尿
沈渣成分（項目）については、その指定により装置がこ
れを自動的に実行する行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は尿沈渣検査装置、特に尿
沈渣成分の自動分類を行うことができる尿沈渣検査装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】尿沈渣検査を検査技師が目視判定しよう
とすると以下の作業が必要となる。

【０００３】（１）尿を試験管に取り、遠心分離して沈
渣物を分離する。

【０００４】（２）沈殿した沈渣物をスライドガラス上
に滴下し、必要に応じて染色を施す。

【０００５】（３）スライド標本を作成し、顕微鏡観察
する。

【０００６】（４）幾つかの範囲（領域）を調べて尿の
沈渣物を構成する異常成分の数を調べる。

【０００７】これらの検査を自動化する装置として、粒
子を液体中に懸濁させたままフローセル中に流して光学
的に分析するものがある。例えば流体試料を特別な形状
の流路に通し、そこで試料中の粒子の光学的静止画像を
作成する装置がある。これによれば光学的静止画像を電
子的画像に変換し解析することにより粒子の形態が分か
り、この形態をもとにして尿中の沈殿物を分類すること
ができる。更にこの粒子の形態分析を光学的静止画像に
より目視識別特性の階級によって、例えば大きさや色彩
などある特定の順序に従って粒子を詳細に分類すること
ができる。尿沈渣検査は尿をフローセルに流して光学的
静止画像を作成し、さらに電子的画像に変換して解析す
ることで検査技師の分類作業を部分的に自動化してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】健常人の尿は尿中の沈
渣成分が極めて少ないので、沈渣物の分類・計数は検査
技師の目視分類でも比較的容易に行える。ところが病的
な尿では、無晶塩類・粘液糸・赤血球・白血球などが高
濃度で存在し、極めて多数の沈渣物が含まれる。検査装
置による自動化は多数の沈渣物が含まれる尿では効率的
であるが、以下の問題がある。

【０００９】（１）大きさの順序で粒子を分類すると、
尿中の白血球・赤血球の大きさはオーバラップしている
ため同一階層に混在する。

【００１０】（２）色彩の場合では、硝子円柱・粘液糸
は両者の色調が類似しているため、やはり同一階層に混
在する。

【００１１】この解決方法として検査技師が検査装置に
より作成された光学的静止画像を使用して、目視判定に
より混在する粒子を分類している。

【００１２】病的な検体の尿では極めて多数の沈渣成分
が出現するため、これらの全てを検査技師が判断するの
は時間を要するばかりでなく、不快な作業となり不正確
な結果を導く。また診断上重要な意味を持ち出現頻度の
少ない沈渣成分（例えば、異型細胞・癌細胞など）を見
逃す危険性がある。

【００１３】以上のように、従来の方法では、検査装置
により作業が自動化されても、分類の判定が不十分であ
ったため、効率も悪く精度も不適当なため、多数出現す
る沈渣物を効率的に分類、計数することができず、迅速
な尿沈渣検査を行いがたいという問題があった。

【００１４】本発明の目的は尿沈渣成分を高精度をもっ
て効率的に分類することができる尿沈渣装置を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、尿沈渣
成分の電子画像デ−タを生成し、この生成された電子画
像デ−タにもとづいて前記尿沈渣成分の特徴量を抽出
し、この抽出された特徴量にもとづいて前記尿沈渣成分
の分類を行う尿沈渣検査装置であって、前記尿沈渣成分
のうちの、自動分類が必要であると決められた尿沈渣成
分を選択的に指定するための手段を備え、その指定され
た尿沈渣成分についてその抽出された特徴量にもとづい
て自動分類を実行するように構成されていることを特徴
とする尿沈渣検査装置が提供される。

【００１６】

【作用】このような尿沈渣装置によれば、検査技師又は
オペレ−タが分類精度に悪影響を与える尿沈渣成分や効
率が悪い尿沈渣成分を自動分類の対象から外し、それ以
外の尿沈渣成分を自動分類の対象として選ぶことができ
るようになるから、そのようにして自動分類の対象とし
て選択された尿沈渣成分については高精度をもって効率
的に自動分類が行われるようになる。

【００１７】

【実施例】図１において、顕微鏡光源であるフラッシュ
ランプ１を出た光は顕微鏡光軸９上を進み、まずフィー
ルドレンズ２で集められ、コンデンサレンズ３を通って
フローセル４内のサンプル流れ１３上に集光される。実
際には、視野絞り１１および開口絞り１２により光源光
束１０は制限される。

【００１８】サンプル流れ中の尿沈渣成分の像は顕微鏡
対物レンズ５により結像位置６に形成される。この結像
位置の像は投影レンズ７によりＴＶカメラ８の撮像面上
に投影され、ここで電子画像デ−タを得るよに光電変換
される。ＴＶカメラとしては残像の少ないＣＣＤタイプ
のものが一般的である。

【００１９】フラッシュランプ１の発光タイミングは粒
子検出系の検出信号に従って制御される。連続発振して
いる半導体レーザ１５からの光束はコリメータレンズ１
７で平行光束に変換され、シリンドリカルレンズ１８で
光束の１方向においてのみ集束される。レーザ光束集束
位置はフローセル内サンプル流れ上にあり、反射鏡１９
および微少反射鏡１４を経て照射される。測定対象であ
る尿沈渣成分がレーザ光束をよぎると、レーザ光は散乱
され、この散乱光は撮像に用いる顕微鏡対物レンズ５で
集められ、ビームスプリッタ２０で反射される。この反
射された散乱光は、絞り２１によりサンプル流れ上の観
測領域への制限がなされた後、光検出器２２で電気信号
に変換され、尿沈渣成分検出信号を得る。

【００２０】半導体レーザ１５は常時点灯しており、常
にサンプル中の尿沈渣成分が検出領域を通過するのを観
測している。尿沈渣成分が通過し、散乱光による尿沈渣
成分検出信号が所定の信号以上の場合、この尿沈渣成分
を画像処理対象尿沈渣成分として判断し、フラッシュラ
ンプ点灯制御回路２３で尿沈渣成分がＴＶカメラ８の取
り込み画像領域の所定の位置に達したとき、フラッシュ
ランプ１が点灯するようにランプ駆動回路２７を制御す
る。

【００２１】フラッシュランプ１の発光時間はその発光
時間内にサンプル流れ中の尿沈渣成分の移動量が無視で
きるほど短く設定してあるため、フラッシュランプ１が
発光すると、ＴＶカメラ８のビデオ出力信号はサンプル
流れ中の尿沈渣成分を静止画像として撮像できる。画像
メモリ２５への書き込みやそれ以降の画像処理の制御に
ついては画像処理制御回路２６がこれを行う。画像処理
としては、特徴抽出回路２８により沈渣成分の形状，色
彩，大きさなどの１次パラメータを抽出する。画像処理
制御回路２６はこれらの１次パラメータおよびこれらの
組み合わせ演算で生じる２次パラメータを識別回路２９
に入力する。識別演算回路２９はラメルハートタイプの
ニューラルネットワークを用いて尿沈渣成分の分類を行
うが、ニューラルネットワークはあらかじめ専門家の判
断に基づくデータ自動分類の有無に従って効率良く学習
を実行して、各ニューロン間の結合係数は最適化されて
いるので、入力された特徴パラメータを用いてニューラ
ルネットワーク演算を行い、対象となる尿沈渣成分の自
動分類を実施することができる。中央制御部３０は分類
結果により、画像を記憶する必要があるか否かを、あら
かじめ設定されている条件に従い判断し、画像を記憶す
る必要がある場合は、画像記憶装置３１に画像を記憶さ
せる。

【００２２】さらにキ−ボ−ド３３からの入力により、
尿沈渣成分すなわち項目ごとの自動分類有無が設定され
ると、中央制御部３０から識別演算回路２９に分類が要
又は否であることが指示される。

【００２３】図２は本発明を実現するために設けられ
た、入力を指示する画面のレイアウトである。項目名入
力エリア４０は尿沈渣成分の項目を指定することができ
るエリアできる。例えば白血球、赤血球、上皮、円柱、
結晶、細菌、その他と表示される項目名がキ−からの入
力に従って単位数ずつ更新される。１単位数は１個であ
ってもよいし、あるいは２個とか３個とかであってもよ
い。検査技師はその項目名にしたがって自動分類指定エ
リア４１で自動分類の要否を設定する。例えば、要の場
合は有、否の場合は無と表示されるようにする。

【００２４】自動分類の要否は検査技師の判断による
が、図３は自動分類の要否の判断条件の１例である。図
３−（ａ）は赤血球の画像４２を模式的に示したもので
ある。また図３−（ｂ）は円柱の画像４３を示す。この
図３−（ａ）のように赤血球の画像４２としては通常ド
−ナツ状や円形のものが多く見られる。このような場合
には尿沈渣成分粒子の大きさや面積と周囲長の関係がほ
ぼ一定なので、発見された粒子が赤血球と判断できる。
ところで図３−（ｂ）の円柱画像４３の場合、血球から
作られたり、上皮あるいは結晶から作られるなど円柱自
身の組成が異なり、また大きさも形状も一定ではない。
臨床的に鑑別するためには画像そのものに頼る必要があ
り、自動分類の要否では否として検査技師の判断がい
る。図３の自動分類の要否の判断条件は１例と考えられ
るが、他にも選別に必要な条件が揃わないことが自動分
類の要否で否となる対象となる。

【００２５】本発明を実現方法を詳細に説明するために
図４に分類フロ−図を示す。本発明の実施例では図４の
ステップ５０で沈渣成分の粒子を検出した後、ステップ
５１で粒子の画像を取り込み、粒子画像の２値化を行
う。２値化された画像デ−タから識別を行うための特徴
量を算出（ステップ５２）する。ステップ５２では例え
ば直径、周囲長、面積が計算され、さらにそれらの数値
を使って比直径対面積比などを計算する。自動分類要否
の判定（ステップ５３）は図２で示した項目毎に指定さ
れた情報に従う。即ちニュ−ラルネットワ−クの分類で
その他と扱われる（ステップ５５）。自動分類の指定を
受けた項目はステップ５４で該当項目に分類される。こ
こでステップ５３からステップ５５までの手順で自動分
類要否を実現する方法が幾つか考えられる。例えば、 （１）自動分類要否で要に該当する項目の特徴量を判定
（図４の５３）の時点で考慮する。（条件分岐による方
法） （２）分類まで行うが該当する項目としてカウントしな
い。

【００２６】（３）重み係数に反映しない。（ニュウラ
ルネットワ−ク法） のように幾つかの方法が考えられる。検出された粒子に
ついて分類完了とステップ５６で確認された場合分類を
完了し、分類が完了していない場合は再度繰り返され
る。

【００２７】ステップ５３からステップ５５までの手順
について自動分類要否を実現する方法を以下詳細に説明
する。

【００２８】図５は自動分類要否を、特徴量を考慮しな
い方法で実現する１例を示したものである。図５の粒子
画像（ａ），（ｂ）では対角線の長さを特徴量として粒
子画像６０では血球を、粒子画像６１では円柱を判定で
きるものとする。つまり粒子画像６１では対角線の長さ
ａ１とａ２がほぼ等しい時を血球と判断する。粒子画像
６２では対角線の長さｂ１とｂ２がｎ倍（ｎは１より
大）の時を円柱と判断する。このように特徴量の差（こ
こでは対角線の長さ）が分類を決定することができるで
きる場合、特徴量がｎ倍になっているときその他に分類
することで自動分類の要否を実現することができる。
（前記自動分類要否の反映方法（１）） また、これらの特徴量を利用して自動分類した結果を一
時的に退避しておき、項目毎に指定された自動分類要否
に従って、結果を保存することもできる。図６に該当項
目としてカウントしない方法による自動分類要否の実現
例を示す。ステップ７１で特徴量が算出されたあとステ
ップ７２で項目が判断される。ステップ７３、７５、７
７は各項目ごとの自動分類要否判定で、図２の入力エリ
ア４１で指定された情報が使用される。このステップ７
３、７５、７７で否と判定された場合、各々ステップ７
４、７６、７８が実行されないので自動分類の該当項目
として格納されない。（前記自動分類要否の反映方法
（２）） 図７を参照して重み係数の変更による自動分類要否の実
現例を説明する。図７−（ａ）は重み係数の変更による
分類精度の向上を示すもので、図の例は３層ニュ−ラル
ネットワ−クである。入力層８１には例えば特徴量を入
力としてとる。特徴量では直径、周囲長、面積などで良
い。中間層８２は各素子ｄ，ｅ，ｆに与えられる値を計
算するために設けられている。例えばｄの値は特徴量
ａ，ｂ，ｃと重み係数ｗ１，ｗ２，ｗ３の積和である。
また出力層８３は分類結果ｇ，ｈ，ｑを示すもので、項
目名に相当する番号でもよい。例えば結果ｇは中間層の
各素子ｄ，ｅ，ｆの値に重み係数ｗ４，ｗ５，ｗ６を掛
けたものの和である。分類結果は出力層８３に結果の値
として出力されるが、ここで重み係数の変更は分類結果
を変えるものであり、適切な変更で精度が向上する。本
発明の実施例では重み係数はパラメ−タとして与えら
れ、書替えが可能である。重み係数の更新を実施する場
合、図７の（ｂ）のようにステップ８４でニュ−ラルネ
ットワ−クから結果を取り出す。ステップ８５で用手法
により得られた結果と比較して、分類結果が不一致であ
れば、重み係数を変更する。この手順を項目毎に繰り返
せば、分類結果の精度が向上する。さらに自動分類の要
否で否と扱われた項目についてはその項目の影響する重
み係数の更新をしなければ、分類されてこないので、自
動分類項目からはずすことができる。また重み係数の更
新はニュ−ロの学習に相当するが、限られた項目のみ更
新すれば時間もかからないので効率が良い。

【００２９】図８は自動分類された項目を本発明の実施
例で作成された光学的画像により分類するために詳細な
項目名を登録するための画面である。入力エリア９１、
９２、９３、９４はキ−ボ−ドのキ−と項目の対応をと
るもので、画像の分類時にキ−ボ−ドを押すことにより
項目を示す。入力エリア９５、９６は項目名を入力する
エリアで用手分類に必要な項目名を入力することができ
る。この画面を使用することにより用手分類も、自動分
類と組合せで使用することが可能となる。

【００３０】このようにして項目ごとに自動分類が設定
可能なことにより効率の良い学習と精度の高い分類、効
率の良い分類が可能な尿沈渣検査装置が実現できる。

【００３１】以上の説明にもとづく本発明の実施の態様
を下記する。

【００３２】１． 尿沈渣成分の電子画像デ−タを生成
し、この生成された電子画像デ−タにもとづいて前記尿
沈渣成分の特徴量を抽出し、この抽出された特徴量にも
とづいて前記尿沈渣成分の分類を行う尿沈渣検査装置で
あって、前記尿沈渣成分のうちの、自動分類が必要であ
ると決められた尿沈渣成分を選択的に指定するための手
段を備え、その指定された尿沈渣成分についてその抽出
された特徴量にもとづいて自動分類を実行するように構
成されていることを特徴とする尿沈渣検査装置。

【００３３】２． フロ−セルと、尿沈渣成分を含む試
料液を前記フロ−セルに流す手段と、そのフロ−セルを
流れる前記尿沈渣成分の静止画像を光学的に生成する手
段と、その生成された静止画像を電子画像デ−タに変換
する手段と、前記尿沈渣成分のうちの、自動分類が必要
であると決められた尿沈渣成分を選択的に指定するため
の手段と、前記変換された電子画像デ−タにもとづいて
前記尿沈渣成分の特徴量を抽出し、前記指定された尿沈
渣成分についてその抽出された特徴量にもとづいて自動
分類を実行する手段とを備えていることを特徴とする尿
沈渣検査装置。

【００３４】３． フロ−セルと、尿沈渣成分を含む試
料液を前記フロ−セルに流す手段と、そのフロ−セルを
流れる前記尿沈渣成分の静止画像を光学的に生成する手
段と、その生成された静止画像を電子画像デ−タに変換
する手段と、前記尿沈渣成分の自動分類の要否をその尿
沈渣成分ごとに指定するための手段と、前記変換された
電子画像デ−タにもとづいて前記尿沈渣成分の特徴量を
抽出し、前記自動分類が必要であると指定された尿沈渣
成分についてその抽出された特徴量にもとづいて自動分
類を実行する手段とを備えていることを特徴とする尿沈
渣検査装置。

【００３５】４． 前記尿沈渣成分名と前記自動分類が
必要であることの指定内容とを表示する手段を備えてい
ることを特徴とする態様１又は２に記載された尿沈渣検
査装置 ５． 前記尿沈渣成分名と前記尿沈渣成分自動分類要否
指定内容とを表示する手段を備えていることを特徴とす
る態様３に記載された尿沈渣検査装置。

【００３６】６． 前記表示手段は前記尿沈渣成分名を
単位数ずつ更新して表示するように構成されていること
を特徴とする態様４又は５に記載された尿沈渣検査装
置。

【００３７】７． 前記自動分類の結果を用手法による
分類結果と比較し、一致させるように学習を実行するよ
うに構成されていることを特徴とする態様６に記載され
た尿沈渣検査装置。

【００３８】８． 前記自動分類が否と指定された尿沈
渣成分を前記自動分類が要と指定された尿沈渣成分と区
別して分類するように構成されていることを特徴とする
態様５に記載された尿沈渣検査装置。

【００３９】９． 前期表示手段は前記尿沈渣名を単位
数ずつ更新して表示するように構成されていることを特
徴とする態様８に記載された尿沈渣検査装置。

【００４０】１０． 前記自動分類が要とされた尿沈渣
成分名と否とされた尿沈渣成分名とを登録するように構
成されていることを特徴とする態様３、５、８または９
に記載された尿沈渣検査装置。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、尿沈渣成分を高精度を
もって効率的に分類することができる尿沈渣装置が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづく１実施例を示す尿沈渣検査装
置の全体概略構成図である。

【図２】本発明にもとづく自動分類設定を行う場合の画
面の１例を示す図である。

【図３】本発明にもとづく自動分類要否の判断条件の１
例の説明図である。

【図４】本発明にもとづく分類フロ−図の１例を示す図
である。

【図５】本発明にもとづく自動分類要否実現の１例（特
徴量による）を説明するための図である。

【図６】本発明にもとづく自動分類要否実現のもう一つ
の例（該当項目としてカウントしない）のフロ−図であ
る。

【図７】本発明にもとづく自動分類要否実現の更にもう
一つの例（重み係数による）のニュ−ロネットワ−ク及
びフロ−図である。

【図８】本発明にもとづく用手分類項目設定画面の１例
を示す図である。

【符号の説明】

１．フラッシュランプ，２．フィールドレンズ，３．コ
ンデンサレンズ，４．フローセル，５．対物レンズ，
６．結像位置，７．投影レンズ，８．ＴＶカメラ，１
１．視野絞り，１２．開口絞り，１３．サンプル流れ，
１４．微少反射鏡，１５．半導体レーザ，１７．コリメ
ータレンズ，１８．シリンドリカルレンズ，１９．反射
鏡，２０．ビームスプリッタ，２１．絞り，２２．光検
出器，２４．ＡＤ変換器，２５．画像メモリ，２６．画
像処理部，２７．ランプ駆動回路，２８．特徴抽出回
路，２９．識別回路，３０．中央制御部，３１．画像記
憶装置，３２．ディスプレー，３３．キ−ボ−ド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大和田 伯男 茨城県勝田市大字市毛882番地 株式会社 日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 片平 初恵 茨城県勝田市大字市毛882番地 株式会社 日立製作所計測器事業部内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】尿沈渣成分の電子画像デ−タを生成し、こ
   の生成された電子画像デ−タにもとづいて前記尿沈渣成
   分の特徴量を抽出し、この抽出された特徴量にもとづい
   て前記尿沈渣成分の分類を行う尿沈渣検査装置であっ
   て、前記尿沈渣成分のうちの、自動分類が必要であると
   決められた尿沈渣成分を選択的に指定するための手段を
   備え、その指定された尿沈渣成分についてその抽出され
   た特徴量にもとづいて自動分類を実行するように構成さ
   れていることを特徴とする尿沈渣検査装置。
2. 【請求項２】フロ−セルと、尿沈渣成分を含む試料液を
   前記フロ−セルに流す手段と、そのフロ−セルを流れる
   前記尿沈渣成分の静止画像を光学的に生成する手段と、
   その生成された静止画像を電子画像デ−タに変換する手
   段と、前記尿沈渣成分のうちの、自動分類が必要である
   と決められた尿沈渣成分を選択的に指定するための手段
   と、前記変換された電子画像デ−タにもとづいて前記尿
   沈渣成分の特徴量を抽出し、前記指定された尿沈渣成分
   についてその抽出された特徴量にもとづいて自動分類を
   実行する手段とを備えていることを特徴とする尿沈渣検
   査装置。
3. 【請求項３】フロ−セルと、尿沈渣成分を含む試料液を
   前記フロ−セルに流す手段と、そのフロ−セルを流れる
   前記尿沈渣成分の静止画像を光学的に生成する手段と、
   その生成された静止画像を電子画像デ−タに変換する手
   段と、前記尿沈渣成分の自動分類の要否をその尿沈渣成
   分ごとに指定するための手段と、前記変換された電子画
   像デ−タにもとづいて前記尿沈渣成分の特徴量を抽出
   し、前記自動分類が必要であると指定された尿沈渣成分
   についてその抽出された特徴量にもとづいて自動分類を
   実行する手段とを備えていることを特徴とする尿沈渣検
   査装置。
4. 【請求項４】前記尿沈渣成分名と前記自動分類が必要で
   あることの指定内容とを表示する手段を備えていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載された尿沈渣検査装
   置。
5. 【請求項５】前記尿沈渣成分名と前記尿沈渣成分自動分
   類要否指定内容とを表示する手段を備えていることを特
   徴とする請求項３に記載された尿沈渣検査装置。
6. 【請求項６】前記表示手段は前記尿沈渣成分名を単位数
   ずつ更新して表示するように構成されていることを特徴
   とする請求項４又は５に記載された尿沈渣検査装置。
7. 【請求項７】前記自動分類の結果を用手法による分類結
   果と比較し、一致させるように学習を実行するように構
   成されていることを特徴とする請求項６に記載された尿
   沈渣検査装置。
8. 【請求項８】前記自動分類が否と指定された尿沈渣成分
   を前記自動分類が要と指定された尿沈渣成分と区別して
   分類するように構成されていることを特徴とする請求項
   ５に記載された尿沈渣検査装置。
9. 【請求項９】前期表示手段は前記尿沈渣名を単位数ずつ
   更新して表示するように構成されていることを特徴とす
   る請求項８に記載された尿沈渣検査装置。
10. 【請求項１０】前記自動分類が要とされた尿沈渣成分名
    と否とされた尿沈渣成分名とを登録するように構成され
    ていることを特徴とする請求項３、５、８または９に記
    載された尿沈渣検査装置。