KR100988038B1 - 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템 및 이를이용한 왜곡 이미지 보정방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속회전하여 바이오 칩에 담긴 생체정보를 검출하는 검출장치에서 얻어지는 검출데이터의 왜곡부분을 수정하여주는 시스템과 이를 이용한 검출데이터의 왜곡이미지의 보정방법에 관한 것이다. 본 발명은 적어도 1 이상의 바이오칩을 로딩할 수 있는 회전식 검출 스테이지를 구비한 바이오칩 검출시스템에 있어서, 상기 바이오칩에서 반사되어 오는 빛을 검출하여 검출신호로 변환하는 검출부와 상기 검출신호를 이미지데이터화 하는 이미지데이터부 및 상기 검출신호의 왜곡된 이미지를 보정하는 이미지보정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 바이오칩의 생체정보를 인식하기 위한 고속 회전식 검출스테이지에서 검출된 왜곡된 이미지를 직교이미지로 보정하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 생체정보를 빠른 시간에 얻을 수 있게 하는 효과가 있다.

고속회전, 바이오칩, 검출 스테이지, 이미지 왜곡

Description

이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템 및 이를 이용한 왜곡 이미지 보정방법.{Bio-chip ditecting system with image-amending system and image-amending method of the same}

본 발명은 바이오 칩의 정보를 검출하는 장비에서 고속 회전형 검출스테이지를 구비한 바이오칩 스캐너에 관한 것으로, 본 발명에 방향은 바이오칩의 생체정보를 인식하기 위한 고속 회전식 검출스테이지에서 검출된 왜곡된 이미지를 직교이미지로 보정하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 생체정보를 빠른 시간에 얻을 수 있게 하는 데 있다.

바이오칩(bio chip)이란 기질 상에 분석하고자 하는 DNA, 단백질 등의 생분자(biomolecules) 프로브를 고밀도로 부착시킨 칩으로서, 샘플 내 유전자 발현 양상, 유전자 결함, 단백질 분포, 반응 양상 등을 분석해낼 수 있다. 바이오칩은 프로브의 부착형태에 따라 고체 기질상에 부착된 마이크로 어레이 칩(microarray chip)과 미세 채널 상에 부착된 랩온어칩(lab-on-a-chip)으로 나눌 수 있다. 즉, 바이오칩은 핵산 등 생물학적 물질이 기판(substrate) 위에 고정되어 있는 것으로, 잘 알려진 바이오칩으로 DNA 칩이 있는데 이는 기판에 DNA가 고정되어 있는 경우라 할 수 있고, 단백질 칩은 기판에 단백질이 고정되어 있는 경우라 할 수 있다.

이러한 바이오칩에서는, 샘플에 프로브와 결합할 수 있는 표적 분자가 존재하는지를 알아내기 위하여, 기질 상에 고정된 프로브와 표적 분자의 결합 여부를 검출할 수 있는 시스템이 필요하다.

상기 바이오칩의 정보를 읽어 들이는 일반적인 방법은 프로브 분자에 함유한 형광물질의 발광정도를 검출하는 방법으로 레이저 유발 형광 검출법(laser-induced fluorescence detection)이 대표적이며, 레이저 유발 형광 검출법은 형광물질이 흡수하는 파장의 들뜸 광원으로 레이저를 사용하여 형광물질을 여기 상태(excited state)로 만들고 다시 바닥상태(ground state)로 이동되면서 나오는 형광의 세기를 측정하는 것이며, 각 형광의 세기로부터 고정 프로브와 타겟 프로브의 결합 정도 즉, 바이오 정보를 알 수 있다. 상기와 같은 방법으로 DNA 또는 단백질 시료에 형광물질을 붙여 정량 분석을 할 수 있다.

상기 레이저 유발 형광 검출법을 이용하여 형광을 검출하는 장치 중에서 가장 많이 사용되는 것은 공초점 레이저 주사 장치(confocal laser scanning system)이다. 상기 공초점 레이저 주사 장치는 레이저를 광원으로 이용하고 표본으로부터 발산된 형광 신호를 별도의 특수 검출기인 광증배관(photomultiplier tube)으로 받아들인 후 A/D 컨버터를 이용하여 디지털 영상 이미지로 변환시키는 것이다.

이러한 바이오칩에 있어서, DNA 칩의 검출방법을 일례로 들면, 현재 유전자 분석용 DNA 칩은 대부분 샘플 DNA에 형광색소를 라벨링하고, 칩 위의 프로브(probe)와 반응시킨 후 공초점 현미경(confocal microscope)이나 CCD 카메라를 사용하여 칩 표면에 남은 형광 물질을 검출하는 방법을 사용한다(참조:미국특허 제 6141096).

그러나, 이러한 광학적인 검출법은 소형화가 어렵고, 디지털화된 출력을 볼 수 없기 때문에, 전기적인 신호로 결과를 낼 수 있는 새로운 검출법의 개발에 관하여 많은 연구가 진행 중이다.

Clinical Micro Sensor를 비롯한 많은 연구 기관들이 산화/환원이 쉬운 금속 화합물을 이용하여 DNA 혼성화(hybridization)를 전기화학적으로 검출하는 방법에 관하여 연구하고 있다(참조 : 미국특허 제 6096273, 6090933). DNA가 혼성화되었 을 때, 산화/환원이 쉬운 금속을 포함한 다른 화합물이 같이 착체(complex)를 이루게 되고, 이를 전기화학적으로 검출하는 것이다. 그러나, 전기화학적 방법도 역시 별도의 라벨링이 필요하다는 단점은 있다.

이외에도, 형광 색소나 다른 어떤 표식자를 사용하지 않고 분석하는 방법에 관하여도 연구가 활발히 진행 중인데, 수정 결정 미세발란스(Quartz Crystal Microbalance)를 이용하여 결합 전후의 질량 차이를 측정하는 방법 등 다양한 방식의 검출 분석법에 대한 연구가 진행되고 있다.

상기와 같은 레이저 유발 형광 검출법을 이용한 바이오칩 스캐너는 형광염료에서 발광하는 형광신호가 검출조건, 환경변화 등에 따라 신호가 미약하여 검출을 위해 고가이면서, 민감도가 우수한 광전자증배관(PMT)과 같은 검출기(detector)와 고정도의 검출에 필요한 많은 광학 부품(Dichroic filter, emission filter 등)들의 사용이 필수적이기 때문에 스캐너의 원가를 끌어올리는 요인으로 작용하고 있고 검출조건이 까다로워 보편화에 걸림돌로 작용하고 있는 문제점이 있었다.

특히, 종래의 바이오칩의 정보인식방식은 읽기 수단으로서의 레이저 등의 광원을 기판에 투사하여, 개개의 바이오칩을 읽어들이는 데 있어서, 레이저를 이용한 스캔 방식의 적용시 바이오칩의 상부를 선형적으로 스캔하여 정보를 읽어들이는 방식을 취하게 되는바, 바이오칩 하나의 정보를 얻어내는 데 걸리는 시간이 상당히 소요되어 매우 비효율적인 단점이 있었다. 즉 바이오칩의 표면을 상부에서부터 하부로 좌우이동을 하는 광픽업장치를 통하여 읽게 되어 검출의 속도가 매우 떨어지는 결과를 초래하게 되었다.

즉, 기존의 선형(직선) 검출방식에서는 바이오 칩을 두고 위에서 광픽업부가 좌우로 움직이며 스캔을 하게 되는바, 이는 보통 리니어 방식의 모터를 배열하여 하나하나 스캔해 내려가는 방식인바, 고속 스캔이 어렵고 복수의 바이오칩을 스캔하는 것 역시 불가능했다.

이러한 문제를 극복하기 위하여 본 출원인은 도 1에 도시된 바와 같은 회전식 스테이지를 구비한 바이오칩 스캐너를 출원한바 있으며, 본 발명은 이 바이오칩스캐너의 이미지를 보다 신뢰도 있게 보정하는 시스템 및 방법과 관련한 것이다.

즉 고속 회전하는 회전형 바이오칩 스캐너 장치에서 이미지 정보를 검출함에 있어서, 회전하면서 스캔되는 이미지 정보의 왜곡현상을 수정할 수 있는 시스템 및 방법을 본 고속 회전형 바이오 칩 스캐너 장치에 구비할 수 있도록 한다.

본 발명의 목적은 회전형 스테이지를 구비한 바이오칩 스캐너에서 검출되는 생체정보 이미지에서 발생하는 이미지 왜곡현상을 자체 시스템 내에서 변형하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 이미지를 형성함으로써, 회전방식으로 동시에 바이오칩정보를 검출하되 동시에 왜곡이미지 보정을 통하여 정확한 이미지 정보를 제공하는바, 검출방식의 신속성 및 신뢰성을 향상시키는 데 있다.

본 발명의 회전식 스테이지를 구비한 바이오칩 스캐너의 구성을 간략히 설명하고, 이에 따른 과제 해결의 방법을 제안한다.

도 1을 참조하여 본 발명의 적용대상인 회전식 스테이지를 구비한 바이오칩스캐너의 구성을 간략히 소개하면, 회전식 바이오칩 스캐너는 판모양의 고속회전이 가능한 스테이지(10)가 구비되며, 바이오칩은 상기 스테이지에 적어도 1 이상 장착된다. 바이오 칩을 장착한 상기 스테이지(10)가 고속으로 회전하게 되면, 광픽업(40)부에서 광을 조사하여 반사되는 광에 따른 생체정보를 광검출기(30)에서 검출하게 된다. 또한 스테이지의 중심인 회전중심에서부터 광픽업(40)의 검출을 위하여 스테이지를 이송시키는 디스크 이송모터(50)를 구비하고 있다. 즉, 고속 회전하는 검출스테이지에 다수의 바이오칩을 실장하여 회전방식으로 동시에 바이오칩 정보를 검출할 수 있도록 하여, 검출방식의 신속성을 향상시키고, 제조원가를 절감하는 바이오칩 검출장치를 제공할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.

도 2를 참조하면 바이오칩(20)이 장착되는 스테이지(10)를 도시한 것이며, 상기 스테이지에는 적어도 1 이상의 바이오칩이 장착이 가능한 구조로 형성되며, 상기 바이오칩은 스테이즈의 표면에 안정된 장착부에 끼워저 고정될 수 있도록 삽입이 가능하다. 도 3에 도시된 바처럼 회전식 바이오칩 스캐너는 바이오칩(20)이 장착된 디스크 판의 하부에 바이오칩위치센서(A)를 두어 홈센서 도그를 검출하여 신호를 발생시킬 수 있도록 하며, 바이오칩 위치센서(B)는 위치센서 도그를 검출하여 신호를 발생시킬 수 있도록 한다. 도 4에서 도시된 바처럼, 상술한 홈위치센서 도그(A')는 바이오칩의 홈위치를 인식하기 위한 센서에 신호를 발생시키는 것이며, 1 번칩의 위치를 인식하기 위해 1개가 설치된다. 위치센서도그(B')는 각각의 바이오칩의 위치를 인식하기 위한 센서에 신호를 발생시키는 것으로 침홀더 개수와 동일하게 설치하는 것이 바람직하다.

기본적으로, 도 5를 참조하여 본 장치의 바이오칩의 스캔방식을 개략적으로 설명하면, 스테이지의 회전중심(X)을 따라 스테이지에 장착된 바이오칩이 고속으로 회전하게 되며, 광픽업(40)부에서의 픽업지점이 각각의 바이오칩의 하단에 고정되며, 디스크가 내부의 이송모트를 통해 이송하게 되면(Z방향) 검출스캔궤적(Q)을 따라 순차로 바이오칩에 담긴 생체정보를 스캔하게 된다.

도 6a에서처럼, 기존의 선형(직선) 검출방식에서는 바이오 칩을 두고 위에서 광픽업부가 좌우로 움직이며 스캔을 하게 되는바, 이는 보통 리니어 방식의 모터를 배열하여 하나하나 스캔해 내려가는 방식인바, 고속 스캔이 어렵고 복수의 바이오칩을 스캔하는 것 역시 불가능했다.

반면 본 발명에 따른 고속회전을 통한 회전식 바이오칩 스캐너의 경우에는 스테이지 상부에 바이오칩을 실장하고 고속으로 스테이지를 회전시키며, 광픽업을 통해 생체정보를 얻을 수 있게 된다.

스테이지의 회전속도에 따라 생체정보를 얻기 위해서, 광픽업부가 광픽업을 통해 바이오 칩의 생체정보를 검출하고, 이를 위해 검출 반경에 따라 선속도가 일정하게 회전시키는 등선속도 회전제어방식(도 6b)과 스테이지를 광픽업의 검출반경위치에 상관없이 항상 정속도로 회전시키는 방식인 등각속도 회전제어방식(도 6c)이 적용될 수 있다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 등선속도 제어방식에서는 스테이지를 광픽업부가 검출하고, 이는 반경에 따라서 선속도가 일정하도록 회전시키는 방식으로, 바이오칩의 가로방향으로 검출되는 데이터 수가 일정하게 되어, 샘플링 데이터 수가 일정한 장점이 있다. 그러나 검출된 데이터의 형상이 회전운동에 의해 왜곡되는 단점이 있으며, 따라서 이를 수정하여 보정된 최종데이터를 확보할 필요가 있다.

또한, 도 6c에 도시된 바와 같이, 등각속도 제어방식은 스테이지를 광픽업의 검출반경 위치에 상관없이 항상 정속도롤 회전시키는 방식으로 회전제어가 쉽고, 일정 스테이지가 크고 무거워도 속도를 일정하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다. 그라나 이 경우에도 검출된 데이터의 왜곡이 발생할 수 있으며, 검출된 데이터의 내주와 외주의 데이터 수가 차이가 나, 데이터를 정렬할 때 오차가 발생할 수 있는 단점이 있는바, 이를 보정하여 완전한 최종데이터를 확충할 필요성이 있게 된다. 즉 검출된 신호를 디지털화하여 변환시키면, 검출데이터를 이미지화하여 볼 수 있 게 된다. 이는 등각속도제어 또는 등선속도 제어에 의한 회전 검출데이터를 이미지화 하여 보면 이미지가 회전운동에 의해 왜곡되는 현상이 발생하게 되며, 상용 분석프로그램에서 분석하기 위해서는 회전 검출되어 왜곡된 이미지를 직교이미지로 보정해 주어야 할 필요성이 있게 된다.

따라서, 본 발명에서는 고속 회전식 검출스테이지에서 검출된 왜곡된 이미지를 직교이미지로 보정하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 생체정보를 빠른 시간에 얻을 수 있는 시스템을 제공하여 본 발명에 따른 회전식 바이오칩 스캔 장치의 효율성을 향상시킬 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 바이오칩의 생체정보를 인식하기 위한 고속 회전식 검출스테이지에서 검출된 왜곡된 이미지를 직교이미지로 보정하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 생체정보를 빠른 시간에 얻을 수 있게 하는 효과가 있다.

특히, 고속 회전하는 검출스테이지에 다수의 바이오칩을 실장하여 회전방식으로 동시에 바이오칩정보를 검출하되 동시에 왜곡이미지 보정을 통하여 정확한 이미지 정보를 제공하는바, 검출방식의 신속성 및 신뢰성을 향상시키고, 제조원가를 절감하는 효과가 있다.

본 발명은, 상술한 과제를 해결하기위하여, 광원을 투사하여 바이오칩의 정보를 검출하는 장치에 있어서, 적어도 1 이상의 바이오칩을 로딩할 수 있는 회전식 검출 스테이지를 구비한 바이오칩 검출시스템에 있어서, 상기 바이오칩에서 반사되 어 오는 빛을 검출하여 검출신호로 변환하는 검출부; 상기 검출신호를 이미지데이터화 하는 이미지데이터부; 상기 검출신호의 왜곡된 이미지를 보정하는 이미지보정부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공하여, 바이오칩의 생체정보를 인식하기 위한 고속 회전식 검출스테이지에서 검출된 왜곡된 이미지를 직교이미지로 보정하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 생체정보를 빠른 시간에 얻을 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상술한 상기 이미지보정부는, 상기 이미지데이터부로부터 검출된 이미지인 로우(Raw)데이터를 각각의 바이오칩 단위로 커팅(cutting)하는 이미지커팅부; 상기 커팅된 각각의 로우데이터 이미지를 직교배열로 변형시키는 이미지변환부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공하여, 회전 운동에 따른 왜곡이미지를 직교이미지로 보정할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상술한 상기 이미지커팅부는,상기 로우데이터의 커팅범위를 바이오칩의 광검출되는 스캔부분의 열(Row)단위로 커팅하되, 하기와 같은 식에 의한 범위에서 커팅하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공한다.

{식 1}

(단, Xi = 현재 Row에서의 범위, Xo = 외주에서의 스캔되는 이론적인 범위의 길이, Ro = 외주까지의 반지름, Ri = 현재 Row의 반지름) 이는 검출데이터에 의한 이미지가 외주에서 내주로 갈수록 같은 각속도로 스캔을 하기 때문에 중복되어 스캔하는 면적이 넓어지므로, 스캔된 부분의 이미지가 길어지게 되는 문제를 해소하여, 정확히 필요한 부분의 스캔 범위로 영역을 커팅할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상술한 상기 이미지 변환부는, 상기 Xi 데이터를 이중선형보간법을 이용하여 Xo길이로 축소하는 제1이미지 변환과, 로우(Raw)이미지 데이터의 호의 길이의 오차를 수정하는 제2이미지 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공한다. 이를 통해 검출한 로우이미지데이터의 외주와 내주를 같은 각속도로 읽어 발생할 수 있는 오류를 수정할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상술한 상기 이미지 데이터부는, 검출신호를 디지털 값으로 변환시키는 아날로그/디지털 변환부(ADC); 데이터화한 검출신호를 블록단위로 전송시키는 동기신호부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 디지털 값으로 변환된 검출신호를 블록화하고, 임시저장시켜, 다른 호스트로 전송하는 데이터 고속처리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공하여, 시스템의 효율성을 증진시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상술한 상기 데이터 고속처리부는 블록화된 데이터를 임시로 저장하는 버퍼메모리와, 데이터를 고속으로 전송하기 위한 통신부인 데이터 통 신부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 바이오칩 검출 시스템은 전송데이터를 저장하는 데이터 저장부와 저장된 데이터를 분석하여 바이오 정보를 분석하는 분석프로그램을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 바이오 칩 검출시스템은 전체시스템을 제어하기 위한 제어부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 바이오 칩 검출시스템에서 검출된 이미지를 보정하는 방법에 있어서,

1) 회전스테이지에 장착된 바이오칩의 이미지를 광픽업부에서 로(Raw) 데이터로 검출하는 단계;와 2) 상기 로(Raw) 데이터를 커팅(cutting)하여 상기 회전스테이지에 장착된 각각의 바이오칩 데이터로 분류하는 단계; 그리고 3) 상기 분류된 바이오칩 데이터의 회전데이터를 직교배열로 변환하는 단계:로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법을 제공하여 회전검출된 생체정보 이미지의 왜곡을 바로잡아 신뢰도 높은 검출정보를 확보할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 1)단계는 각각의 바이오 칩의 생체 정보를 열(Row)단위로 회전하며 스캔된 영역의 범위를 계산하여 커팅하는 단계인 것을 특징으로 하 는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법을 제공하여 유효범위의 생체정보의 영역을 효율적으로 잡아낼 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 스캔된 영역의 범위의 계산은 하기의 식에 따라 계산되는 범위에 맞춰, Xi 만큼의 범위를 커팅하는 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법을 제공한다.

{식 2}

(단, Xi = 현재 Row에서의 범위, Xo = 외주에서의 스캔되는 이론적인 범위의 길이, Ro = 외주까지의 반지름, Ri = 현재 Row의 반지름)

또한, 본 발명은 상술한 상기 3)단계는, 상기 Xi 데이터를 이중선형보간법을 이용하여 Xo의 길이로 축소하여 이미지의 오류를 보정하는 제1이미지 변환단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 상술한 단계 중, 상기 제1이미지 보정단계 이후에, 각 로우(Row)데이터의 호의 길이의 오차를 수정하는 제2이미지 변환단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법을 제공할 수 있도록 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명에 다른 회전형 바이오칩 검출시스템에 대한 시스템 블록도를 도시한 것이다.

우선 고속 회전하는 회전식 바이오칩 검출장치에서 광픽업을 통해 신호를 검출하는 검출부(P1)가 구비된다. 특히 이는 바이오 칩에서 반사되는 빛을 검출하여 검출신호로 변환하는 기능을 한다.

다음으로, 이미지데이터부(P2)가 구비된다. 이미지 데이터부는 기본적으로 상기 검출부에서 검출된 검출신호를 디지털 값으로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(ADC)와 상술한 바이오칩 홈 위치센서와 바이오 칩 위치센서의 시그널을 이용하여 데이터를 블록단위로 전송시키도록 하기 위한 동기신호부인 회전 검출동기신호부를 구비한다.

아울러 본 발명에서 이미지 보정부(P3)는 검출신호의 왜곡된 이미지를 보정할 수 있도록 하며, 상기 이미지 데이터부에서 검출된 이미지인 로우(Raw)데이터를 각각의 바이오칩 단위로 커팅(cutting)하는 이미지 커팅부와 상기 각각 커팅된 로우데이터 이미지를 직교배열로 변형시키는 이미지 변환부를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 변환된 검출신호를 블록화 하고 임시로 저장시켜, 다른 호스트로 전송하기 위한 준비를 하는 데이터 고속처리부(P4), 블록화된 데이터를 임시로 저장하는 버퍼메모리(P41), 다른 호스트로 데이터를 고속으로 전송하기 위한 통신부(P5), 전송된 데이터를 저장하는 호스트의 저장장소인 데이터 저장부(P6), 그리고 저장된 데이터를 분석하여 바이오 정보를 분석하는 소프트웨어로서 분석프로그램(P7)을 포함하여 이루어진다.

도 8은 상술한 바이오칩 홈위치 센서신호와 바이오칩 위치센서신호, 그리고 데이터를 정렬하는 것에 대한 개념도이다 .

(a)에 도시된 그림은 바이오칩 홈위치 센서신호를 나타낸 것이며, (b)는 바이오칩 위치 센서 신호를 도시한 것이다. (c)는 검출데이터를 열과 행으로 분류하는 것을 도시한 것으로, 열( Row )은 1회전하는 경우 바이오칩에서 검출되는 데이터부분을 의미하며, 각 위치 센서신호에 의해 데이터에 헤더( header )를 도시된 바와 같이 붙일 수 있고, 전체 헤더 하나만 붙일 수 있으며, 헤더을 붙이지 아니할 수 도 있다. 행은 동기 신호에 따라 각각의 바이오 칩의 위치가 결정된다.

도 9a를 참조하여, 상술한 본 발명의 왜곡이미지 보정방법에서 로우데이터(ROW Data)를 자르는(Cutting) 사진을 실례를 들어 도시한 것이다. 즉 검출된 데이터에서 각각의 바이오 칩 데이터로 분리한다. 상부는 자르기 전의 데이터이며, 하부 그림은 자른 후의 데이터를 도시한 것이다.

도 9b는 상기 로우데이터(a)를 변형하여 회전에 따른 왜곡된 데이터를 직교배열로 변환한 결과(b)를 도시한 것이다. 도시된 것처럼 회전데이터의 왜곡이미지는 외주에서 내주로 갈수록 왜곡이 심해지며, 이를 직교배열로 외주에 범위에 맞추어 변형시키는 경우 (b)와 같은 수정이미지를 획득할 수 있게 된다. 아래에서는 이와 같은 검출데이터 즉 로우데이터를 자르는 방법과 변형하는 방법을 순서도를 통하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 10a는 본 발명에 따른 회전식 검출방법에 의해 획득된 로우데이터의 왜곡이미지를 수정하는 방법에 대한 것을 나타낸 순서도이다. 본 방식은 기본적으로 로우(RAW)파일, 즉 로우데이터를 로딩하고(S0, S1), 바이오 칩의 개수(N)만 큼 로우 데이터를 자르며(S2), 다음 단계에서 로우파일(로우데이터)를 변형하는 단계(S4, S5)를 각각 거친 후, TIFF 파일로 변환(S6)함으로써, 왜곡이미지의 수정이 완료되는 단계를 거치게 된다.

상술한 S2, S3 단계, 즉 로우(Raw)데이터(로우 파일)를 커팅(cutting)하는 방식을 구체적으로 설명하면, 각각의 열(Row)의 범주에서 스캔되는 범위가 전체 열(Row) 범위내인 경우에는 현재 열(Row)dptj 스캔 영역의 범위계산을 하게 되며, 여기에서 계산된 범위에 맞춰서 현재 열(Row)범위 만큼 자르게 된다. 즉, 이는 로우데이터의 커팅하는 범위를 계산하여 자르는 것은, 외주에서 내주로 갈수록 같은 각속도로 스캔을 하기 때문에 중복되어 스캔하는 면적이 넓어지기 때문에 스캔된 부분의 이미지가 길어지게 된다. 따라서 각 열(Row)의 스캔된 부분의 길이는 반지름과 반비례관계로 증가되므로, 범위를 계산할 수 있으며, 이 계산은 아래와 같은 식에 의한다.

{식 1}

(단, Xi = 현재 Row에서의 범위, Xo = 외주에서의 스캔되는 이론적인 범위의 길이, Ro = 외주까지의 반지름, Ri = 현재 Row의 반지름)

다음으로 도 10c를 참조하여, S4 단계인, 제1이미지 변형단계를 설명한다.

즉 회전 스캔에 의해 획득된 로우데이터는 회전에 의해 왜곡된 범주로 외주와 내주가 다른 각속도로 읽혀졌기 때문에 오류가 발생하게 된다. 즉, H/W의 로우파일 시그널이 외주의 샘플링을 기준으로 처리되었으므로, 외주의 샘플링을 기준으로 내주를 보정해 주어야 한다. (도시된 도면 10c에서 (b)에 제시된 것이 로우데이터의 외주와 내주를 도시한 것이다.고속으로 회전하게 되는 범주에서 읽혀지는 데이터는 외주부분은 짧고 내주부분은 길게 획득되게 된다.)

이 보정하는 방식은 각각의 열(Row)가 전체 열(Row)범위 내인 경우, 상술한 Xi데이터를 가져오고, 이를 이중 선형보간법을 이용하여 Xi를 Xo의 길이로 축소하게 된다.

이중 선형보간법(Bilinear interpolation)은,

와 같은 식으로 형성된다. 위의 식은 역방향 맵핑에 관련된 식으로, x,y 방향으로의 스케일 Sx, Sy가 주어진 경우, 역방향 맵핑을 이용하여 새로운 이미지의 좌표를 스캔하면서 값을 대입하면 원 이미지 상의 좌표값을 알 수 있게 되다.

도 10d를 참조하여 상기 S5 단계인 제2 이미지 변형을 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 제 S5 단계는 전체 열(Row) 범위 내의 각 열(Row)의 데이터를 가져오 고(S51), 가져온 데이터의 반지름을 구한 뒤(S52), 호의 길이를 구하며(S53), 호의 값을 이동시킴(54)으로써 오차를 복구하는 방식이다.

이를 10d 및 도 10e를 참조하여 구체적으로 보면, 회전 스캔의 특성상 각 바이오칩에서 읽어들이는 매 열( Row )은 직선으로 읽혀지는 것이 아니라 곡률을 가진 호로 읽기 때문에 이미지가 휘어져 보이게 된다. 이 부분을 해결하기 위해서는 매 열( Row )마다 반지름(r)을 구한 뒤, 그 반지름에 해당하는 호( l1 )를 구하여 열( Row )의 데이터들을 호( l2 )로 이동시킨다. 이렇게 하여 호로 스캔한 데이터를 이미지 상 에서 호로 나타내어 차를 복구하게 된다.

이와 같은 방식으로 고속 회전하여 바이오칩의 정보를 획득하는 검출장치에서 바이오칩에 대한 생체정보의 왜곡된 이미지를 직교배열로 보정함으로써 이미지를 보정할 수 있게 된다. 즉, 바이오칩의 생체정보를 인식하기 위한 고속 회전식 검출스테이지에서 검출된 왜곡된 이미지를 직교이미지로 보정하여 보다 정확하고 신뢰성 있는 생체정보를 빠른 시간에 얻을 수 있게 하며, 특히, 고속 회전하는 검출스테이지에 다수의 바이오칩을 실장하여 회전방식으로 동시에 바이오칩정보를 검출하되 동시에 왜곡이미지 보정을 통하여 정확한 이미지 정보를 제공하는바, 검출방식의 신속성 및 신뢰성을 향상시키고, 제조원가를 절감시키는 장점을 구현할 수 있게 되는 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정 해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 고속 회전 스테이지를 구비한 바이오칩 검출장치(스캐너)의 요부를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 고속 회전스테이지를 구비한 바이오칩 검출장치의 스캔 방식을 도시한 것이다.

도 6a 내지 도 6c는 바이오 칩의 검출방식에 따른 종류를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출시스템을 도시한 블럭도이다.

도 8은 본 발명에 따른 바이오칩 검출장치에서의 센서신호와 데이터 정렬에 대한 양식을 도시한 것이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 바이오칩 검출장치에서 회전 검출 데이터를 보정하는 방법을 도시한 것이다.

도 10a 내지 도 10e는 바이오칩 검출장치에서 회전 검출 데이터를 보정하는 방법을 도시한 것이다.

Claims (14)

1. 광원을 투사하여 바이오칩의 정보를 검출하는 장치에 있어서,

   적어도 1 이상의 바이오칩을 로딩할 수 있는 회전식 검출 스테이지를 구비하되,

   상기 바이오칩에서 반사되어 오는 빛을 검출하여 검출신호로 변환하는 검출부;

   상기 검출신호를 이미지데이터화 하는 이미지데이터부;

   상기 이미지데이터부에서 검출된 로우(Raw)데이터를 각각의 바이오칩 단위로 커팅하는 이미지커팅부와 커팅된 각각의 로우 데이터 이미지를 직교배열로 변형하는 이미지 변환부를 포함하여 검출신호의 왜곡된 이미지를 보정하는 이미지보정부;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 이미지커팅부는,

   상기 로우(Raw) 데이터의 커팅 범위를 바이오칩의 광검출되는 스캔 부분의 열(Row)단위로 커팅하되, 하기와 같은 식에 의한 범위에서 커팅하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템.

   {식 1}

   

   (단, Xi = 현재 Row에서의 범위, Xo = 외주에서의 스캔되는 이론적인 범위의 길이, Ro = 외주까지의 반지름, Ri = 현재 Row의 반지름)
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 이미지 변환부는,

   상기 Xi 데이터를 이중선형보간법을 이용하여 Xo길이로 축소하는 제1이미지 변환과,

   로우(Raw) 데이터의 호의 길이의 오차를 수정하는 제2이미지 변환을 수행하 는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 이미지 데이터부는,

   검출신호를 디지털 값으로 변환시키는 아날로그/디지털 변환부(ADC);

   데이터화한 검출신호를 블록단위로 전송시키는 동기신호부;

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,

   디지털 값으로 변환된 검출신호를 블록화하고, 임시저장시켜, 다른 호스트로 전송하는 데이터 고속처리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 데이터 고속처리부는 블록화된 데이터를 임시로 저장하는 버퍼메모리와, 데이터를 고속으로 전송하기 위한 통신부인 데이터 통신부를 더 포함하여 이루 어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 바이오칩 검출 시스템은 전송데이터를 저장하는 데이터 저장부와 저장된 데이터를 분석하여 바이오 정보를 분석하는 분석프로그램을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 바이오 칩 검출시스템은 전체시스템을 제어하기 위한 제어부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 보정시스템을 구비한 바이오칩 검출 시스템.
10. 바이오 칩 검출시스템에서 검출된 이미지를 보정하는 방법에 있어서,

    1) 회전스테이지에 장착된 바이오칩의 이미지를 광픽업부에서 로우(Raw) 데이터로 검출하는 단계;

    2) 상기 로우(Raw) 데이터를 각각의 바이오칩 단위로 커팅(cutting)하여 상기 회전스테이지에 장착된 각각의 바이오칩 데이터로 분류하는 단계;

    3) 상기 분류된 바이오칩 데이터의 로우데이터 이미지를 직교배열로 변환하는 단계:

    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 1)단계는 각각의 바이오 칩의 생체 정보를 열(Row)단위로 회전하며 스캔된 영역의 범위를 계산하여 커팅하는 단계인 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법.
12. 청구항 10에 있어서,

    상기 스캔된 영역의 범위의 계산은 하기의 식에 따라 계산되는 범위에 맞춰, Xi 만큼의 범위를 커팅하는 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법.

    {식 2}

    

    (단, Xi = 현재 Row에서의 범위, Xo = 외주에서의 스캔되는 이론적인 범위의 길이, Ro = 외주까지의 반지름, Ri = 현재 Row의 반지름)
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 3)단계는,

    상기 Xi 데이터를 이중선형보간법을 이용하여 Xo의 길이로 축소하여 이미지의 오류를 보정하는 제1이미지 변환단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법.
14. 청구항 13에 있어서,

    상기 제1이미지 보정단계 이후에,

    각 로우(Row) 데이터의 호의 길이의 오차를 수정하는 제2이미지 변환단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 회전식 바이오칩 검출시스템에서의 왜곡 이미지 보정방법.

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