KR100413120B1

KR100413120B1 - 광센서(cis)를 이용한 뇨(尿)분석 시스템

Info

Publication number: KR100413120B1
Application number: KR10-2000-0049958A
Authority: KR
Inventors: 전계록
Original assignee: 전계록
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2003-12-31
Also published as: KR20000072295A

Abstract

본 발명은 광센서(CIS)를 이용한 뇨분석 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 뇨(尿)분석 시스템에 사용되고 있는 기법은 분광분석법, 비색분석법, 그리고 흡광분석법 등이 있으며, 이러한 분석법들은 광원으로 백색 광원 또는 각 파장대역의 파장을 조사(照射)하는 LED를 사용하고 있으며, 시료에서 반사 또는 분산되는 광을 검출하기 위하여 포토 다이오드 또는 다른 소자들을 사용하나, 뇨 스트립의 분광학적 기술은 칼라 해석면에 있어서나 검출 속도면에 있어 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 이상의 문제점을 해결하고자 발명한 것으로 이의 발명 요지는 광센서(CIS)를 이용한 광측정부(1)와 주처리부(2) 및 주변장치부(3)와 스트립 운송제어부(4)로 구성된 것으로 광측정부(1)는 CIS를 이용하여 뇨 분석용 스트립의 정색반응을 측정함과 동시에 광원 제어회로와 가변 이득 제어기에 의해 안정된 측정치가 출력되도록 하였으며, 주처리부(2)는 측정 데이터는 RAM에, 검사 항목의 함유 농도에 따른 레벨판단(분류)을 위한 규칙 및 파라미터는 EEPROM에, 분류를 위한 프로그램은 EPROM에 각각 내장하고 필요시 각 데이터를 로딩(loading)하여 퍼지 연산 처리함으로써 정성적 뇨분석이 효율적으로 수행될 수 있도록 하며, 주변장치부(3)는 뇨검사 결과를 LCD 모듈이나 미니프린터로 출력하고, 지시 LED를 통해 검사상태를 나타내도록 하고, 검사 시 필요사항을 키패드를 통해 입력하며, 확장 I/O 모듈을 사용하여 외부 인터페이스가 용이하도록 구성하였으며, 스트립 운송제어부(4)는 스텝모터와 기어모터를 사용하여 스트립을 올려놓는 트레이를 수평으로 이동시킴과 동시에 3개의 센서를 사용해 트레이의 위치와 속도를 제어할 수 있게 함을 특징으로 한 것이다.

Description

광센서(CIS)를 이용한 뇨(尿)분석 시스템{Urine analysis system using CIS}

본 발명은 광센서(CIS)를 이용한 뇨(尿)분석 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 기존에 출시되고 있는 뇨분석 시스템에 사용되는 기법은 분광분석법, 비색분석법, 그리고 흡광 분석법 등이 있으며 이러한 분석법들은 광원으로 백색광원 또는 각 파장대역의 파장을 조사(照射)하는 LED를 사용하고 있으며, 시료에서 반사 또는 분산되는 광을 검출하기 위하여 포토 다이오드 또는 다른 소자들을 사용하고 있으나 이러한 것들의 뇨 스트립의 분광학적 기술은 칼라 해석면에 있어서 검출속도가 느리고 검사 시간이 많이 걸리는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 이상의 문제점을 해결하고자 발명한 것으로 이의 발명 요지는 ① CIS(Contact Image Sensor)를 이용하여 고속으로 광검출을 실행하여 시간당 360개 범위의 뇨 스트립을 측정하며, ② 단위 면적당 분석(resolution)을 향상시킴으로서 더욱 정확한 데이터를 추출할 수 있게 하고, ③ 광원용 LED와 광검출소자가 함께 포함된 CIS를 사용함으로서 광검출부의 메카니즘을 단순화하고, ④ 뇨분석용 스트립 아이템(strip item) 별로 레벨 판정량 파라미터 추출을 가능케 하며, ⑤ 외부환경에 강인한 혼돈(Fuzzy) 알고리즘을 이용한 분류기 설계를 할 수 있게 하고, ⑥ CPLD(Complex programmable Logic Device)를 사용한 옵틱전용 공정(Process)의 설계로 고속 동작에서의 정확한 광검출부를 구현할 수 있게 하며, ⑦ 옵틱 켈리브레이션(optic calibration)기법을 적용할 수 있게 한 것이다.

도 1은 본 발명의 뇨분석 시스템의 전체 구성도

도 2는 본 발명의 광센서(CIS)의 구동 및 제어부 구성도

도 3은 본 발명의 뇨분석 시스템의 광센서(CIS)보정 알고리즘 표시도

도 4는 도 3의 측정값과 위치정보 검출 결과 표시도도 5는 본 발명의 광검출부 메카니즘의 설명도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1-광측정부 2-주처리부 3-주변장치부4-스트립운송 제어부 4-1. 트랜스포터 암 4-2. 스트립 운송기4-3. 스트립 로더 4-4. 스트립의 1차 이송방향4-5. 스트립의 2차 이송방향

이의 구성 및 실시예를 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 시간당 360건 이상의 뇨검사를 시행할 수 있는 스트립 운반형 뇨분석 시스템으로서 이를 크게 나누면 광측정부(1), 주처리부(2), 주변장치부(3), 스트립 운송제어부(4) 들로 구성된다. 이는 저전력, 주변 H/W회로의 간소화, 시스템의 안정성 및 확장성, 뇨검사 항목의 함유 농도에 따른 레벨 판정 및 뇨검사 결과의 출력을 위한 프로그램의 실행 등을 고려하여 구성한 것이다

먼저 광측정부(광검출부)(optic measurement part)(1)의 구성에 있어서, 광측정부는 광원과 광검출센서가 일체형인 칼라센서 어레이(CIS), 전치증폭부, 광원제어부, 가변이득 제어부 등으로 구성되었다.

광검출 소자는 케논(Canon)사의 flat bed type의 CVB-30216K-000 접촉영상센서(contact image sensor)를 사용하였으며, 동작 개요는 다음과 같다.CIS소자 자체에 내장된, R, G, G 광원을 스트립에 조사하면 스트립에서 분사되는 광이 내장된 광검출 센서에 의해 일련의 전압의 형태로 검출되고, 이는 전치증폭단에서 증폭되어 7,656픽셀(pixel)(R, G, B 각 2,552 pixel씩)의 아날로그 신호로 출력된다.

광원의 일정한 휘도유지를 위해 광원제어부(light source controller)를 구성하였다. 광 센서(CIS)의 R, G, B LED의 측정값 보정을 위하여 가변이득 제어부를 구성하였으며, 가변이득 제어치는 주처리부에서 소프트웨어적으로 조정하도록 구성하였다.

이를 실시할 시는 먼저 기준 시료를 이용하여 LED광원의 기준 샘플링 주파수를 정의하고, 측정시 최고 샘플링 주파수를 설정한다. 설정된 최고 주파수에서 기준 시료를 측정한 값이 1.0V가 되도록 설정 주파수를 감소시키면서 오차범위 1%이내가 되도록 반복적으로 측정한다. 각 LED별로 전체 과정을 8회 반복해서 안정화된 설정 주파수를 검출하고, 보정치의 평균값을 최종 보정치로 저장한 후 다음의 매 측정값에 대한 보정에 사용한다.

그리고주처리부(main process part)(2)는 ADC, EP ROM, RAM, I/O 8051 및 리얼타임 클럭으로 된 구성에 있어,이의 설계 개념은 주변장치와 효율적으로 인터페이스할 수 있으며, 확장성이 용이하고, 응용 프로그램의 실시간 처리를 보장하며, 전력이 적게 소요되고, 주변 장치와 원활한 인터페이스가 가능하도록 하면서 회로의 간소화 등을 고려한 것이다. 그리고 상기 조건을 만족하는 여러 가지 원칩 마이크로 프로세스들 중에서 공지한 Intel 80196KC를 사용하였다.(CPU 중앙프로세스)

광측정부(1)의 전치증폭부에서 검출된 아날로그 출력은 ADC에서 14bit의 디지털 신호로 양자화(quantization)되어 RAM에 저장된다. RAM에 저장된 데이터는 EPROM에 내장된 분류 프로그램(퍼지)과 EEPROM에 내장된 분류 규칙과 분류 파라미터에 의해 검사항목의 함유농도에 따른 레벨이 판정된다.

리얼타임 클럭으로부터 시간 정보를 입력받아 시스템의 모든 프로세스가 실시간 처리가 가능하도록 하였으며, 주변 장치부의 LCD 모듈에서 현재 시간이 출력되도록 하였다. 그리고 주변 장치부를 제어하기 위하여 별도의 8051 칩을 사용하였다.

그리고주변장치부(3)의 구성은지시 LED 디스플레이, 키패드, 미니프린터, 확장 I/O모듈 및 LCD(그래픽 LCD)로 구성된 것인바,

(가) 입력주변장치 : 모듈별 검증 및 운용에 필요한 명령, 여러 가지 정보 등을 입력할 수 있는 4×5매트릭스 키패드 인터페이스 모듈이고,

(나) 출력 주변장치에 있어서는 지시 LED 디스플레이, LCD 모듈, 미니프린터 : 지시 LED 디스플레이 모듈은 시스템 동작여부 및 상태를 나타내는 2가지 색상의 LED 디스플레이 모듈이다.

그리고 이의 LCD모듈은 모듈별 검사상태 및 경과를 확인하는 용도로 16케릭터 x 2Line LCD 모듈이다.이의 미니프린터(thermal printer)는 용지에 뇨검사 항목별 검사 결과를 정성적으로 출력함과 동시에 비정상적인 결과가 도출될 경우에 '*' 표시를 하여 검사자가 검사 결과를 쉽게 알 수 있도록 한 모듈이다.

(다) 확장포트는 외부 PC의 시스템과 데이터 전송 및 저장 그리고 파라미터 생성 등을 위하여 RS-232C 시리얼 포트 모듈이다.

그리고스트립 운송 제어부(4)에 있어서는본 발명의 모듈은 측정을 위해 스트립을 올려놓는 트레이를 스텝모터와 기어모터를 사용하여 광측정부가 위치한 곳까지 이송시키는 수평형 구동방식을 취하고 있으며, 3개의 센서를 사용하여 트레이의 위치와 속도를 제어할 수 있게 하였다. 스트립 운송메카니즘의 상세한 설명은 아래와 같다.(상세도 1 참조)

스트립 이송은 트랜스포터 암(4-1)을 이용한 1차 이동과 다중 스트립 운송기(4-2)에 의한 2차 이송으로 구성된다. 검사자가 스트립을 스트립 로더(4-3)에 올려놓으면 스트립은 트랜스포터 암(4-1)에 의해 다중 스트립 운송기의 입구까지 화살표 방향(4-4)으로 1차 이동하게 되고, 트랜스포터 암(4-1)은 다시 원위치로 돌아가게 된다. 다중 스트립 운송기는 화살표 방향(4-5)의 운동을 반복하면서 스트립을 측정부까지 운반하게 된다. 적외선 센서인 센서(sensor) 2와 센서 3은 트랜스포터 암(4-1)의 위치를 검출하기 위해 사용하였으며, 센서 1은 다중 스트립 운송기(4-2)의 이동 거리를 계산하기 위해 사용하였다,

이상과 같이 본 발명은 광센서(CIS)를 이용하여 고속으로 광검출을 실행하여 시간당 360개의 스트립을 측정할 수 있게 함으로서 측정시간을 대폭 단축시키고 단위면적당 분석을 향상시킴으로서 더욱더 정확한 데이터를 추출할 수 있게 하고, 광원용 LED와 광검출 소자가 함께 포함된 광센서(CIS)를 사용하므로 광검출부의 메카니즘을 단순화함과 동시 뇨분석용 스트립 아이템(strip item)의 레벨(level) 판정용 파라미터 추출을 가능케 하였기 때문에 의료기기 혁신 및 국민보건 증진에 크게 기여할 수 있어 매우 유용한 발명이다.

Claims

광측정부(1)와 주처리부(2) 및 주변장치부(3)와 스트립 운송제어부(4)로 결합하되, 광측정부(1)는 CIS를 이용하여 뇨분석용 스트립의 정색반응을 측정함과 동시에 광원 제어회로와 가변이득 제어기에 의해 안정된 측정치가 출력되도록 하고, 주처리부(2)는 측정 데이터는 RAM에, 검사항목의 함유 농도에 따른 레벨 판단(분류)을 위한 규칙 및 파라미터는 EEPROM에, 분류를 위한 프로그램은 EPROM에 각각 내장하고 필요시 각 데이터를 로딩(loading)하여 퍼지 연산 처리함으로써 정성적 뇨분석이 효율적으로 수행될 수 있도록 하며, 주변장치부(3)는 뇨검사 결과를 LCD 모듈이나 미니프린터로 출력하고, 지시 LED를 통해 검사 상태를 나타내도록 하고, 검사 시 필요사항을 키패드를 통해 입력하며, 확장 I/O 모듈을 사용하여 외부 인터페이스가 용이하도록 구성하였으며, 스트립 운송제어부(4)는 스텝모터와 기어모터를 사용하여 스트립을 올려놓는 트레이를 수평으로 이동시킴과 동시에 3개의 센서를 사용해 트레이의 위치와 속도를 제어할 수 있게 함을 특징으로 한 광센서를 이용한 뇨분석 시스템,
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