KR100965222B1 - 혈액의 무세포 경계층 분석장치 및 이를 이용한 무세포 경계층 분석방법 - Google Patents

혈액의 무세포 경계층 분석장치 및 이를 이용한 무세포 경계층 분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 혈액의 무세포 경계층(Cell free layer)를 분석하여 혈액의 점도를 판단하는 혈액의 무세포 경계층 분석장치 및 이를 이용한 무세포 분석방법에 관한 것이다. 무세포 경계층 분석장치는 분석대상 혈액을 수용하는 수용부, 투명소재의 마이크로 채널을 포함하는 유동관, 유동관을 유동하는 혈액의 영상을 확보하는 촬영부 및 상기 영상의 음영 정도에 따라 혈액의 무세포 경계층의 형태를 분석하는 분석부를 포함한다. 그리고 무세포 경계층 분석방법은 혈액을 마이크로 채널로 공급하는 혈액공급단계, 마이크로 채널을 통과하는 혈액의 영상을 촬영하는 혈액영상촬영단계, 촬영된 영상의 음영의 정도에 따라 무세포 경계층을 확정하는 단계 및 무세포 경계층의 형태를 분석하여 혈액의 혈액유변학적 특성(Hemorheological properties)을 판단하는 단계를 포함한다. 따라서 환자로부터 소량의 분석대상혈액을 채취한 후, 유동하는 혈액의 무세포 경계층의 형태를 분석하여 환자에게 혈액유변학적 특성(Hemorheological properties)과 관련된 정확한 정보를 신속하게 제공할 수 있고, 나아가 이를 이용한 다양한 질병에 대한 진단을 할 수 있다.
무세포 경계층(Cell free layer), 혈액 유변학적 특성, 마이크로 채널

Description

혈액의 무세포 경계층 분석장치 및 이를 이용한 무세포 경계층 분석방법{Analysis Device for Cell Free Layer of Blood and Analysis Method using the same}
본 발명은 무세포 경계층 분석장치 및 이를 이용한 무세포 경계층 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 혈액의 혈류역학 (Hemodynamic)적 특징인 무세포 경계층(Cell free layer)를 분석하여 혈액의 혈액유변학적 특성(Hemorheological properties)을 판단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
혈액유변학(Hemorheology)은 혈액을 대상물질로 하여 변형, 유동 및 혈관벽과의 상호 작용을 다루는 학문이다. 그리고 혈액의 유변학적 특성을 결정짓는 주요 인자로는 적혈구 응집성(Aggregation), 적혈구 용적률(Hematocrit), 적혈구 변형성(Deformability), 혈장의 점도(Plasma Viscosity), 혈액의 점도(Whole blood viscosity) 등이 있다. 그리고 특정 질병을 가지고 있는 환자의 혈액은 정상인의 혈액과 다른 혈액 유변학적 특성(Hemorheological properties)을 나타내는 것이 일반적이다.
구체적으로 혈액의 점도가 상승되는 경우 혈액의 흐름을 저하시켜서 고혈 압, 신경장애, 동맥경화 등을 유발할 수 있다. 그리고 당뇨병 환자들의 경우도 혈액의 점도가 정상인의 혈액의 점도보다 높은 것이 일반적이다.
그리고 특히 관절염 환자의 혈액의 경우 관절부위의 염증반응으로 인한 혈장의 단백질 물질인 섬유소원(Fibrinogen)이 증가하게 된다. 그리고 섬유소원의 증가는 적혈구의 응집(RBC Aggregation)을 촉진하여 혈액의 점도를 상승시키게 된다.
그리고 적혈구 용적율(Hematocrit)은 적혈구가 혈액 중에서 차지하고 있는 체적비율을 말한다. 적혈구 용적율이 커지는 경우 혈액의 점도가 커진다. 그리고 빈혈환자의 경우 일반인에 비해 적혈구 용적률(Hematocrit)이 낮은 것이 일반적이다.
그리고 적혈구의 변형성(Deformability)는 외부의 힘에 의해서 적혈구가 변형되는 특성을 말한다. 적혈구는 탄성력이 좋은 유연한 세포막으로 이루어져 있어 혈액 속에 있는 적혈구의 모양은 쉽게 변형이 가능하여 적혈구보다 크기가 작은 모세혈관 속으로 적혈구가 통과할 수 있게 된다. 따라서 적혈구가 경화되어 변형성이 떨어지는 경우 고지혈증, 심근경색, 고혈압 등의 원인이 된다.
따라서 혈액의 혈유변학적 특성(Hemorheological properties)을 판단하는 것은 환자의 질병의 초기 진단 또는 진행과정에 대한 진단에 매우 중요하다.
그러나 종래의 혈유변학적 특성(Hemorheological properties)을 판단하는 장치는 고가이고, 분석에 많은 시간이 소요되는 반면 검사 결과에 따른 진단이 정확성이 불투명하다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소량의 혈액을 마이크로 채널로 유동시키고, 유동하는 혈액의 혈류역학적 대표적인 현상인 무세포 경계층(Cell free layer)에 대한 분석을 하여 다양한 혈액의 유변적 특성을 결정짓는 인자에 대한 판단을 할 수 있는 혈액의 무세포 경계층 분석장치 및 이를 이용한 무세포 경계층 분석방법을 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 혈액의 무세포 경계층 분석장치는 분석대상 혈액을 수용되는 수용부, 상기 수용부와 연결되어 내부에 혈액이 유동하고, 투명한 소재로 형성되는 채널을 포함하는 유동관, 상기 채널을 유동하는 혈액의 영상을 촬영하는 촬영부 및 상기 영상의 음영 정도에 따라 혈액의 무세포 경계층(Cell free layer)의 형태를 분석하는 분석부를 포함한다.
상기 수용부는 상기 유동관으로 공급되는 혈액의 유량을 조절할 수 있는 실린지 펌프로 구성될 수 있다. 그리고 상기 채널의 면적은 상기 유동관의 면적보다 작게 형성될 수 있고, 상기 채널은 상기 유동관에 착탈 가능하게 결합될 수 있 다.
상기 촬영부는 상기 채널을 유동하는 혈액의 확대영상을 확보하는 광학현미경 및 상기 확대된 영상을 고속으로 촬영하는 초고속카메라를 포함할 수 있다.
그리고 상기 유동관은 상기 채널의 전, 후단을 연결하는 바이패스부 및 상기 바이패스부를 유동하는 혈액의 유동을 조절하는 유동조절부를 포함할 수 있다.
본 발명의 무세포 경계층 분석방법은 일정량의 혈액을 투명 소재의 채널로 공급하는 혈액공급단계, 상기 채널을 통과하는 혈액의 영상을 촬영하는 혈액영상촬영단계 및 상기 촬영된 영상에서 음영의 정도에 따라 혈액의 무세포 경계층(Cell free layer)을 확정하는 무세포 경계층 영역 확보 단계를 포함한다.
그리고 상기 혈액 영상 촬영단계는 광학 현미경을 이용하여 상기 마이크로 채널을 유동하는 혈액의 확대영상을 확보하는 확대영상확보과정 및 상기 확대된 영상을 고속으로 촬영하는 고속촬영과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 혈액 영상 촬영단계는 상기 마이크로 채널을 유동하는 혈액에 대한 복수 개의 영상을 순차적으로 촬영을 하고, 상기 무세포 경계층 영역 확보 단계는 상기 복수 개의 영상에서 마이크로 채널의 특정 지점에 대한 이미지정보만을 추출하는 영상정보추출과정 및 상기 추출된 이미지를 순차적으로 결합하여 상기 마이크로 채널의 특정지점의 무세포 경계층의 변형에 대한 영상을 획득하는 영상정보재구성단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 무세포 경계층 영역 확보 단계에서 확보된 무세포 경계층의 형태를 분석하여 혈액의 점도(Whole blood viscosity), 혈장의 점도(plasma viscosity), 적혈구 응집성(Aggregation), 적혈구 용적률(Hematocrit) 및 적혈구 변형성(Deformability) 중 어느 하나를 판단하는 혈액유변학적 특성 판단단계를 더 포함할 수 있다.
그리고 혈액유변학적 특성 판단단계에서 판단된 결과로부터, 혈액의 섬유소원(Fibrinogen)의 증감에 대한 판단을 하는 섬유소원 판단단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 무세포 경계층 분석장치 및 이를 이용한 무세포 경계층 분석방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 소량의 혈액을 마이크로 채널로 유동시켜서 무세포 경계층을 분석하여 혈액의 혈액유변학적 특성을 결정짓는 인자에 대한 판단을 한다. 따라서 환자로부터 소량의 혈액만을 채취하여 환자의 질병의 초기 진단 또는 진행과정에 대한 진단을 할 수 있고, 과도한 혈액의 채취에 의한 환자의 육체적, 심리적 부담감을 줄일 수 있다. 나아가 간단한 장비를 이용하여 혈액의 채취와 동시에 진단이 이루어질 수 있어서 진단결과를 환자에게 단시간에 제공해 줄 수 있다.
둘째, 착탈 가능한 일회용 마이크로 채널을 이용하여 진단 장비의 위생관리가 편리하고, 장비의 잔존 이물질로 인한 분석결과의 영향을 최소화 할 수 있다.
본 발명이 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있 을 것이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예의 혈액 무세포 경계층 측정장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도1을 참조하면 본 실시예의 혈액 무세포 경계층 측정장치는 수용부(10), 유동관(20), 촬영부(30) 및 분석부(40)을 포함한다.
수용부(10)는 분석대상혈액이 수용되는 공간이 형성되어 분석대상혈액이 수용된다. 그리고 수용부(10)의 하부에는 수용된 혈액이 유출되는 유출부(12)가 형성되고, 유출부(12)는 후술하는 유동관(20)과 연통된다.
그리고 수용부(10)에는 유출부(12)로 유출되는 혈액의 유량 또는 유속을 조절할 수 있는 다양한 장치가 설치될 수 있다. 그리고 본 실시예에서의 수용부(10)는 실린지 펌프(syringe pump)가 사용되고, 수용된 혈액의 유량 및 유속을 다양하게 조절할 수 있다.
유동관(20)은 수용부(10)와 연결되어 내부에 혈액이 유동하고, 투명한 소재로 형성된 채널(28)을 포함한다. 즉 유동관(20)은 수용부(10)에서 유출되는 일정유량 및 유속으로 유동을 할 수 있는 유로를 형성한다. 그리고 채널(28)은 투명소재로 형성되어 후술하는 촬영부(30)에서 채널(28)을 유동하는 혈액의 영상을 확보 할 수 있다.
그리고 채널(28)의 면적은 유동관(20)의 면적보다 작게 형성될 수 있다. 구체적으로 본 실시예에서의 채널(28) 높이 또는 너비가 수 마이크로 미터(mm)에서 수십 마이크로 미터(mm)인 마이크로 채널(Micro channel)이 사용된다.
따라서 넓은 면적을 유동하던 혈액이 좁은 마이크로 채널을 통과하면서 혈액내의 적혈구들이 잘 응집되게 된다. 그리고 적혈구의 응집에 의한 혈액내의 순수 플라즈마와 적혈구 응집체 사이의 상 분리 현상에 따른 순수 플라즈마 영역인 무세포 경계층(Cell free layer)이 잘 형성되게 된다.
여기서 무세포 경계층(Cell free layer)는 혈액의 유동시 발생하는 대표적인 혈류역학적(Hemodynamic) 특징으로 적혈구 응집성(Aggregation), 적혈구 용적률(Hematocrit), 적혈구 변형성(Deformability), 혈장의 점도(Plasma Viscosity), 혈액의 점도(Whole blood viscosity) 등의 혈액유변학적 특성(Hemorheological properties)과 관련이 있고, 이에 대해서는 후술한다.
그리고 채널(28)은 유동관(20)에서 착탈이 가능하도록 결합된다. 따라서 일회성의 채널(28)을 사용하여 진단 장비의 위성관리 편의성이 증대된다. 그리고 채널(28)의 잔존 이물질로 인한 분석 결과의 영향을 최소화할 수 있다. 한편, 유동관 전체(20)가 수용부(10)에 착탈 가능하게 결합이 될 수도 있을 것이다.
그리고 유동관(20)은 바이패스부(24) 및 유동조절부(26)을 더 포함한다.
바이패스부(24)는 채널(28)의 전, 후단을 연결한다. 따라서 유동관(20)을 유동하는 혈액의 일부는 바이패스부(24)로 유동하고, 나머지는 채널(28)로 유동하 게 된다.
유동조절부(26)는 바이패스부(24)에 설치되어 바이패스부(24)를 유동하는 혈액의 유동을 조절한다. 즉 유동조절부(26)는 유동을 조절할 수 있는 다양한 구성으로 구비되어 바이패스부(24)를 유동하는 혈액의 유량, 유압 또는 유속을 조절할 수 있다.
따라서 유동조절부(26)에서의 유동의 조절에 따라 바이패스부(24)를 유동하는 혈액의 유량, 유압, 또는 유속이 조절되고, 채널(28)을 유동하는 혈액의 유량, 유압 또는 유속을 조절할 수 있게 된다. 결국 바이패스부(24) 및 유동조절부(26)을 구비하여 무세포 경계층이 잘 형성되도록 채널(28)을 통과하는 혈액의 유동을 조절하거나, 무세포 경계층의 형성 추이를 보다 정밀하게 관찰할 수 있다.
촬영부(30)는 채널(28)을 유동하는 혈액의 영상을 촬영한다. 그리고 촬영부(30)는 광학현미경(32), 고속카메라(34) 및 컨트롤러(36)을 포함한다.
광학현미경(32)은 채널(28)을 통과하는 혈액에 빛을 조사하여 혈액의 확대된 영상을 확보한다. 따라서 미세한 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 확대된 영상을 확보할 수 있다.
그리고 고속카메라(34)는 광학 현미경(32)에서 확보된 확대된 혈액의 유동 영상에 대하여 초당 수백에서 수십 만장의 컷을 촬영을 한다. 즉 본 실시예에서 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 확대된 영상에 대한 다수의 컷을 확보를 할 수 있다. 따라서 다수의 영상으로부터 마이크로 채널(28)을 유동하는 무세포 경계층(Cell free layer)이 형성되는 과정 및 변화 추이를 보다 정밀하게 관찰할 수 있 게 된다.
그리고 사용자는 컨트롤러(36)를 이용하여, 광학현미경(32)의 광량, 확대률 및 고속카메라(34)의 초당 촬영 컷의 수 등을 조절할 수 있다.
분석부(40)는 촬영부(30)에서 촬영된 영상의 음영 정도에 따라 혈액의 무세포 경계층(Cell free layer)의 형태를 분석한다.
분석부(40)에서는 1차적으로 촬영된 영상의 음영 정도에 따라서 무세포 경계층(Cell free layer)의 영역을 확정을 한다.
도2는 본 실시예의 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 촬영영상이다. 무세포 경계층(Cell free layer)는 마이크로 채널(28)로 혈액을 유동시킬 때 마이크로 채널(28)의 내주면에 다양한 형태 및 폭으로 형성된다.
도2를 참조하면, 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액은 성분에 따라 다양한 그레이 스케일 데이터(Gray scale data)로 표시된다. 그리고 무세포 경계층(Cell free layer)은 마이크로 채널(28)의 내주면으로부터 일정한 폭으로 형성되고, 다른 영역보다 상대적으로 흰색에 가까운 부분으로 표시된다.
그리고 무세포 경계층(Cell free layer)의 내주면으로부터의 폭에 따라 각 지점에서 무세포 경계층(Cell free layer)이 많이 형성되는지를 판단하게 된다.
그리고 분석부(40)는 촬영부(30)에서 확보된 복수개의 영상을 순차적으로 분석하여 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액에서 무세포 경계층(Cell free layer)의 형성과정 및 형성된 무세포 경계층(Cell free layer)의 변동을 알 수 있게 된다.
그리고 분석부(40)는 복수개의 영상에서 마이크로 채널(28)의 특정 지점에 대한 이미지 정보만을 추출하고, 추출된 이미지를 순차적으로 결합할 수 있다. 그리고 마이크로 채널(28)의 특정지점을 유동하는 혈액의 순차적인 영상을 재구성할 수도 있다.
나아가 분석부(40)는 그레이 스케일 데이터로부터 바이너리 이미지를 추출하여 무세포 경계층이 형성되는 부분을 보다 명확하게 분석을 할 수도 있다. 그리고 혈액의 유동에 따른 무세포 경계층의 형성 또는 변동에 대한 다양한 형태의 그래프에 대한 정보를 추출하여 디스플레이부(42)를 통하여 출력할 수 있다.
한편, 무세포 경계층(Cell free layer)는 혈액의 유동시 발생하는 대표적인 혈류역학적(Hemodynamic) 특징으로 적혈구 응집성(Aggregation), 적혈구 용적률(Hematocrit), 적혈구 변형성(Deformability), 혈장의 점도(Plasma Viscosity), 혈액의 점도(Whole blood viscosity) 등의 혈액유변학적 특성(Hemorheological properties)과 관련이 있다.
따라서 분석부(40)는 유동하는 혈액의 영상에서의 무세포 경계층의 폭이 일반 혈액에 대한 비교 데이터보다 넓게 형성되는 경우 상기 혈액유변학적 특성에 대한 판단을 할 수 있다.
결국 본 발명에서의 무세포 경계층 분석방법을 이용하면, 환자로부터 채취한 소량의 혈액을 유동시키고, 이에 대한 영상정보로부터 혈역유변학적 특성에 대한 판단을 할 수 있다. 그리고 판단된 데이터를 정상인의 혈액유변학적 특성에 대한 데이터와 비교를 하여 혈액제공자의 혈액유변학적 특성과 관련된 다양한 질병에 대한 진단 등을 할 수 있다.
특히 혈액유변학적 특성으로부터 섬유소원의 증감에 대한 판단을 하여 환자의 류마티스 관절염의 초기 진단 또는 진행상태에 대한 판단을 신속하고 간단하게 할 수 있다. 이에 대한 자세한 내용은 무세포 경계층의 분석방법에 대한 설명과 동일하다.
그리고 분석부(40)는 디스플레이부(42)를 더 포함한다. 그리고 디스플레이부(42)는 상기 촬영부(30)에서 촬영된 복수개의 영상에 대한 정보 및 영상정보로부터 유추할 수 있는 혈액의 점도에 대한 데이터, 혈액의 점도로부터 유추할 수 있는 섬유소원의 증가여부에 대한 데이터를 화면으로 출력을 하게 된다.
도3은 본 발명의 일실시예의 무세포 경계층 분석방법의 순서도이다. 도3을 참조하면, 본 발명의 혈액의 무세포 경계층 측정방법은 혈액공급단계(S10), 혈액영상촬영단계(S20) 및 무세포 경계층 영역 확보 단계(S30)을 포함한다.
혈액공급단계(S10)는 일정량의 혈액을 투명소재의 마이크로 채널(28)로 공급한다. 본 실시예에서는 수용부(10)에 환자로부터 채취한 소량의 혈액을 수용하고, 수용부(10) 하부의 유출부(12)를 통하여 유출된 혈액은 유동관(20)에 설치된 투명소재의 마이크로 채널(28)로 유동하게 된다.
한편, 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 유량 또는 유속 등은 수용부(10) 설치되는 유량조절부(미도시)에 의해서 조절될 수 있다. 그리고 상기 설명한 바이패스 관(24) 및 유동조절부(26)에 의해서 조절될 수 있다.
따라서 사용자는 촬영부(30)에서 촬영한 영상을 디스플레이부(42)를 통하 여 육안으로 확인을 하면서 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 유량 또는 유속 등을 조절할 수 있게 된다.
혈액영상촬영단계(S20)은 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 영상을 촬영한다. 그리고 혈액영상촬영단계(S20)은 확대영상확보과정(S22) 및 고속촬영과정(S24)을 포함한다.
확대영상확보과정(S22)은 광학현미경(32)를 이용하여 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 확대영상을 확보한다. 따라서 사용자는 미세한 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 무세포 경계층이 형성된 영상을 디스플레이부(42)를 통하여 육안으로 확인할 수 있게 된다.
고속촬영과정(S24)은 고속 카메라(34)를 이용하여 마이크로 채널(28)의 유동하는 혈액의 확대된 영상을 순차적으로 촬영한다. 따라서 확대된 영상에 대하여 초당 수백에서 수십만 컷의 영상을 확보를 할 수 있다. 따라서 유동하는 혈액의 대표적인 혈류역학적(Hemodynamic) 특징인 무세포 경계층의 형성과정 또는 변동추이를 보다 정밀하게 확인할 수 있다.
무세포 경계층 영역 확보 단계(S30)는 상기 촬영된 영상에서 음영의 정도에 따라 혈액의 무세포 경계층을 확정한다.
구체적으로 촬영부(30)에서 촬영된 영상에서 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액은 성분에 따라 다양한 그레이 스케일 데이터(Gray scale data)로 표시된다. 그리고 무세포 경계층(Cell free layer)은 마이크로 채널(28)의 내주면으로부터 마이크로 채널의 중앙으로 일정한 폭으로 형성되고, 다른 영역보다 상대적으로 흰색에 가까운 부분으로 표시된다.
따라서 분석부(40)는 무세포 경계층의 영역을 확정을 하고(도2 참조), 각 영상에서 마이크로 채널(28)의 내벽을 따라 형성되는 무세포 경계층의 폭을 확인할 수 있다.
한편, 상기 그레이 스케일 데이터를 바이너리 이미지(Binary image)로 변환할 수 있다(도7 참조). 그리고 변환된 바이너리 이미지에서 마이크로 채널(28)의 내벽을 따라 형성되는 무세포 경계층의 경계를 보다 명확하게 추출할 수 있다.
도4는 마이크로 채널을 유동하는 혈액의 대한 복수 개의 영상에서 마이크로 채널의 특정 지점에 대한 이미지 정보를 추출하는 과정을 나타내는 사진에 대한 도면이고, 도5는 도4에서 추출된 이미지를 순차적으로 결합하는 과정을 나타내는 도면이고, 도6은 도5의 과정에서 결합된 마이크로 채널의 특정지점의 무세포 경계층의 변화를 나타내는 사진이고, 도7은 도6의 그레이 스케일 데이터에서 변환된 바이너리 이미지의 도면이다.
도4 내지 도6을 참조하면, 무세포 경계층 영역 확보단계(S30)는 혈액영상 촬영 단계(S20)에서 촬영된 복수 개의 영상에서 마이크로 채널(28)의 특정지점에 대한 순차적인 이미지를 추출하여 혈액의 유동에 따른 무세포 경계층의 형성과정 및 변동추이를 확인할 수 있다.
구체적으로 본 실시예에서의 무세포 경계층 영역 확보단계(S30)는 영상정보 추출과정(S32) 및 영상정보 재구성과정(S34)를 포함할 수 있다.
영상정보 추출과정(S32)은 혈액영상 촬영단계(S20)에서 확보된 복수 개의 영상에서 마이크로 채널(28)의 특정 지점에 대한 이미지 정보만을 추출한다(도4참조). 구체적으로 복수개의 영상(Flame No.1,2,..,n)에서 마이크로 채널(28)의 특정 지점에 대한 복수개의 영상 이미지(A1,A2,..,An)를 분리한다. 따라서 마이크로 채널(28)의 특정 지점에서의 혈액에 유동에 따른 무세포 경계층의 변화에 대한 복수개의 이미지를 획득할 수 있다.
영상정보 재구성 과정(S34)은 영상정보 추출 과정(S32)에서 추출된 복수 개의 영상 이미지(A1,A2,..,A3)를 순차적으로 결합한다(도5 및 도6 참조). 그리고 상기 영상으로부터 마이크로 채널(28)의 특정 지점에서 혈액의 유동에 따른 무세포 경계층의 형성 및 변형 과정을 나타내는 영상을 획득할 수 있다.
한편, 상기 재구성 과정(S34)에서 생성된 영상정보의 그레이 스케일 데이터를 바이너리 이미지(Binary image)로 변환을 하여, 변환된 바이너리 이미지에서 마이크로 채널(28)의 내벽을 따라 형성되는 무세포 경계층의 경계를 보다 명확하게 추출할 수 있다(도7 참조).
도8은 복수개의 영상에서 마이크로 채널의 특정지점의 무세포 경계층의 폭을 나타내는 그래프이다. 그래프에서 가로축은 복수개의 영상의 프레임 넘버(Flame No.1,2,..,n)이고, 세로축은 각 영상에서 마이크로 채널(28)의 특정지점의 무세포 경계층의 폭이다.
도8을 참조하면, 본 발명의 무세포 경계층 분석방법에 의해서 분석된 마이크로 채널(28)의 특정지점에서의 시간에 따른 무세포 경계층의 폭을 간단하게 확인할 수 있다. 따라서 무세포 경계층의 형성과정 또는 변동과정변동부터 후술하는 혈 액 유변학적 특성을 판단을 할 수 있다.
혈액의 유변학적 특성을 결정짓는 주요 인자로는 적혈구 응집성(Aggregation), 적혈구 용적률(Hematocrit), 적혈구 변형성(Deformability), 혈장의 점도(Plasma Viscosity), 혈액의 점도(Whole blood viscosity) 등이 있다.
그리고 정상인의 혈액의 유동시 무세포 경계층의 형성 및 변동에 대한 데이터와 분석대상혈액의 유동시 무세포 경계층의 형성 및 변동에 대한 데이터를 비교하여 분석대상혈액의 혈류 유변학적 특성에 대한 판단을 할 수 있다.
즉 본 실시예의 무세포 경계층 분석방법은 무세포 경계층 영역 확보 단계(S30)에서 확보된 무세포 경계층의 형태를 분석하여 혈액유변학적 특성을 판단하는 혈액유변학적 특성 판단단계(S40)를 더 포함한다. 구체적으로 본 실시예에서는 무세포 경계층의 형태로부터 분석대상혈액의 적혈구 응집성(Aggregation), 적혈구 용적률(Hematocrit), 적혈구 변형성(Deformability), 혈장의 점도(Plasma Viscosity), 혈액의 점도(Whole blood viscosity) 등에 대한 판단을 한다.
무세포 경계층(Cell free layer)는 혈액의 유동시 발생하는 대표적인 혈류역학적(Hemodynamic) 특징으로 혈액의 점도(Whole blood viscosity)와 직접적으로 관련이 있다. 따라서 일반 혈액에 대한 비교 데이터보다 무세포 경계층의 폭이 넓게 형성되는 경우 혈액의 점도가 높다는 판단이 가능하다.
그리고 혈장은 전체 혈액 중 50%이상을 차지하고, 혈액의 점도(Whole blood viscosity)가 높은 경우 혈장의 점도(Plasma viscosity) 역시 높다는 판단을 할 수 있다. 결국 무세포 경계층의 폭이 넓게 형성되는 경우 혈장의 점도 역시 높 다는 판단을 할 수 있다.
그리고 적혈구 용적률(Hematocrit)이 커지는 경우 혈액의 점도가 커지게 되고, 무세포 경계층의 폭이 넓게 형성되는 경우 적혈구 용적률이 높다는 판단이 가능하다.
그리고 적혈구의 변형성(Deformability)의 경우, 적혈구의 변형에 의해 혈액 유동시 모세혈관 내에서 마찰로 발생하는 전단력을 최소화 된다. 그리고 적혈구가 변형성을 잃게 되는 경우 마찰력이 증가하여 혈액의 점도가 높아지게 된다. 따라서 분석대상 혈액의 무세포 경계층의 폭이 넓게 형성되는 경우 적혈구의 변형성이 낮다는 판단을 할 수 있다.
적혈구 응집성(Aggregation)의 경우, 적혈구의 응집현상이 증가할수록 적혈구와 혈관벽 간의 마찰력은 증가하여 혈액의 점도는 높아지게 된다. 따라서 분석대상 혈액의 무세포 경계층의 폭이 넓게 형성되는 경우 적혈구가 잘 응집된다는 판단이 가능하다.
상기 설명한 바와 같이 본 발명의 유동하는 혈액의 무세포 경계층의 변형에 대한 정보로부터 적혈구 응집성(Aggregation), 적혈구 용적률(Hematocrit), 적혈구 변형성(Deformability), 혈장의 점도(Plasma Viscosity), 혈액의 점도(Whole blood viscosity) 등의 혈액유변학적 특성에 대한 판단을 할 수 있다. 그리고 각 혈액 유변학적 특성의 변화에 따라서 판단할 수 있는 여러 질병의 진단이나, 진행상태 등에 대한 판단도 간편하게 할 수 있게 된다.
특히, 혈액의 점도는 혈액내의 특정 성분의 가감에 의해서도 변화될 수 있 고, 혈장의 단백질 물질인 섬유소원(Fibrinogen) 증가에 의해서 높아질 수 있다. 그리고 섬유소원(Fibrinogen)의 증가는 류마티스 관절염 진행으로 인한 염증반응과 직접적인 관련이 있다고 알려져 있다.
본 실시예의 무세포 경계층 분석방법은 혈액유변학적 특성 판단단계에서 판단된 결과로부터, 혈액의 섬유소원(Fibrinogen)의 증감에 대한 판단을 하는 섬유소원 판단단계(S50)을 더 포함한다. 따라서 혈액유변학적 특성 판단단계에서 판단된 다양한 인자로부터 혈액의 섬유소원(Fibrinogen)의 증감에 대한 판단을 할 수 있다.
그리고 사용자는 섬유소원 판단단계(S50)에서의 섬유소원의 증감에 대한 결과로부터 류마티스 관절염의 초기진단 또는 진행상태에 대한 판단을 할 수 있다.
결국 본 발명에서의 무세포 경계층 분석방법을 이용하면, 환자로부터 채취한 소량의 혈액을 채취하고, 간단한 장비를 이용하여 환자의 류마티스 관절염의 초기 진단 또는 진행상태에 대한 판단을 신속하게 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
도1은 본 발명의 일실시예의 혈액 무세포 경계층 측정장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도;
도2는 본 실시예의 마이크로 채널(28)을 유동하는 혈액의 촬영영상;
도3은 본 발명의 일실시예의 무세포 경계층 분석방법의 순서도.
도4는 마이크로 채널을 유동하는 혈액의 대한 복수 개의 영상에서 마이크로 채널의 특정 지점에 대한 이미지 정보를 추출하는 과정을 나타내는 사진에 대한 도면;
도5는 도4에서 추출된 이미지를 순차적으로 결합하는 과정을 나타내는 도면;
도6은 도5의 과정에서 결합된 마이크로 채널의 특정지점의 무세포 경계층의 변화를 나타내는 사진에 대한 도면;
도7은 도6의 그레이 스케일 데이터에서 변환된 바이너리 이미지의 도면;
도8은 복수개의 영상에서 마이크로 채널의 특정지점의 무세포 경계층의 폭을 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 수용부 12: 유출부
20: 유동관 24: 바이패스관
26: 유동조절부 28: 마이크로 채널
30: 촬영부 32: 광학 현미경
34: 고속 카메라 40: 분석부
42: 디스플레이부

Claims (11)

  1. 분석대상 혈액을 수용되는 수용부;
    상기 수용부와 연결되어 내부에 혈액이 유동하고, 투명한 소재로 형성되는 채널, 상기 채널의 전, 후단을 연결하는 바이패스부 및 상기 바이패스부를 유동하는 혈액의 유동을 조절하는 유동조절부를 포함하는 유동관;
    상기 채널을 유동하는 혈액의 영상을 촬영하는 촬영부; 및
    상기 영상의 음영 정도에 따라 혈액의 무세포 경계층(Cell free layer)의 형태를 분석하는 분석부;
    를 포함하는 혈액의 무세포 경계층 분석장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용부는 상기 유동관으로 공급되는 혈액의 유량을 조절할 수 있는 실린지 펌프인 혈액의 무세포 경계층 분석장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 채널의 면적은 상기 유동관의 면적보다 작은 혈액의 무세포 경계층 분석장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 채널은 상기 유동관에 착탈 가능하게 결합되는 혈액의 무세포 경계층 분석장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촬영부는 상기 채널을 유동하는 혈액의 확대영상을 확보하는 광학현미경 및 상기 확대된 영상을 고속으로 촬영하는 초고속카메라를 포함하는 혈액의 무세포 경계층 분석장치.
  6. 삭제
  7. 일정량의 혈액을 투명 소재의 채널로 공급하는 혈액공급단계;
    상기 채널을 통과하는 혈액의 영상을 촬영하는 혈액영상촬영단계;
    상기 촬영된 영상에서 음영의 정도에 따라 혈액의 무세포 경계층(Cell free layer)을 확정하는 무세포 경계층 영역 확보 단계;
    상기 무세포 경계층 영역 확보 단계에서 확보된 무세포 경계층의 형태를 분석하여 혈액의 점도(Whole blood viscosity), 혈장의 점도(plasma viscosity), 적혈구 응집성(Aggregation), 적혈구 용적률(Hematocrit) 및 적혈구 변형성(Deformability) 중 적어도 하나를 판단하는 혈액 유변학적 특성 판단단계; 및
    혈액유변학적 특성 판단단계에서 판단된 결과로부터, 혈액의 섬유소원(Fibrinogen)의 증감에 대한 판단을 하고, 상기 섬유소원 증감에 대한 판단 결과에 따라 류마티스 관절염의 염증반응 및 류마티스 관절염의 진행에 대한 판단을 하는 섬유소원 판단단계;
    를 포함하는 혈액의 무세포 경계층 분석방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 혈액 영상 촬영단계는,
    광학 현미경을 이용하여 상기 마이크로 채널을 유동하는 혈액의 확대영상을 확보하는 확대영상확보과정 및 상기 확대된 영상을 고속으로 촬영하는 고속촬영과정을 포함하는 혈액의 무세포 경계층 분석방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 혈액 영상 촬영단계는 상기 마이크로 채널을 유동하는 혈액에 대한 복수 개의 영상을 순차적으로 촬영을 하고,
    상기 무세포 경계층 영역 확보 단계는,
    상기 복수 개의 영상에서 마이크로 채널의 특정 지점에 대한 이미지정보만을 추출하는 영상정보추출과정; 및
    상기 추출된 이미지를 순차적으로 결합하여 상기 마이크로 채널의 특정지점의 무세포 경계층의 변형에 대한 영상을 획득하는 영상정보재구성단계;
    를 포함하는 무세포 경계층 분석방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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