KR102119977B1 - 적혈구 변형성 측정기구 및 그 방법 - Google Patents

적혈구 변형성 측정기구 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정기구는 혈액이 유입되는 유입구, 복수의 미세지주(micropillar) 및 상기 혈액이 배출되는 배출구를 포함하는 제1 채널 및 연결지점을 통해 상기 제1 채널과 연결되고 대용액으로 채워진 제2 채널을 포함하는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자 내의 관심영역의 이미지를 획득하는 이미지 획득 장치를 포함한다.

Description

적혈구 변형성 측정기구 및 그 방법{APPARATUS FOR MEASURING RED BLOOD CELL DEFORMABILITY AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 적혈구 변형성 측정기구 및 그 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 적혈구의 변형성을 정량화 하기 위한 적혈구 변형성 측정기구 및 그 방법에 관한 것이다.
심혈관 질환(Cardiovascular diseases: CVD)은 눈에 띄는 증상 없이 갑자기 나타날 수 있으며 심각한 합병증이나 예기치 않은 사망을 가져올 수 있다. 이러한 질병은 주요 사망 원인으로 간주되며 현대 생활 방식에 따라 점차 증가할 것으로 예상되고 있다. 혈관 막힘이나 혈액 응고는 급작스럽게 혈류를 방해하기 때문에 생화학 분석 (바이오 마커, 콜레스테롤, 포도당 및 DNA)은 심혈관 질환(CVD)의 조기 발견을 위한 진단 도구로서 한계가 있다.
최근 혈액학적 특성과 심혈관 질환(CVD)과의 강한 관계를 기반으로 혈액 점도, 적혈구(Red Blood Cell: RBC) 응집체 및 적혈구 변형성과 같은 생물 물리학적 특성의 변화를 모니터링 하는 것이 심혈관 질환(CVD) 진단의 한 형태로 권장되어왔다.
적혈구는 총 혈액량의 40-50 %를 구성하기 때문에 혈액의 생물리학적 특성(biophysical properties)은 적혈구 분석을 통해 효과적으로 결정될 수 있다. 뛰어난 유연성으로 인해 정상 적혈구는 좁은 크기의 모세 혈관을 쉽게 통과 할 수 있다. 그러나 말라리아, 패혈증 및 당뇨병과 같은 혈액학적 장애는 적혈구 변형성을 크게 감소시켜 유체 저항을 증가 시키거나 모세 혈관 내 혈류를 방해한다.
이전의 연구에 의하면 병리학적 혈액 세포의 하위 집단(subpopulation)은 혈액 질환과 관련된 증상의 원인이 될 수 있다. 따라서 적혈구의 하위 집단(subpopulation)에서 차이점을 발견하는 것이 중요해진다.
혈액 특성 중에서 혈액 점성탄력성(blood viscoelasticity)과 적혈구 응집(RBC aggregation)은 적혈구의 모집단에서의 차이라기보다는 모든 적혈구에 대해서 평균값을 나타낸다. 개별 적혈구 사이의 변이를 검출하기 위해 적혈구 변형성(RBC deformability)은 유망한 비표지식 바이오 마커(label-free biomarker)로 간주되어 왔다.
기존의 방법들 중에서도 LORCA 시스템과 RHEOSCAN 시스템이 적혈구의 변형성을 정량화하기 위해 사용되었다 LORCA는 공동 실린더 점도계에서 적혈구 변형성과 적혈구 응집을 측정 할 수 있다. 한편, RHEOSCAN은 미세 유체 소자(width=4 mm, depth=200mm)에서 적혈구 변형성을 측정 할 수 있다. 미세 유체 채널(Microfluidic channel)의 길이가 개별 적혈구의 길이와 비슷하다는 것을 감안할 때, 미세 유체 소자(microfluidic device)는 적혈구 변형성(RBC deformability)를 연구 하기 위한 유망한 플랫폼으로 여겨지고 있다.
적혈구 변형성의 변화를 효과적으로 정량화하기 위해 세포 폐색(Cell blockage), 세포 흡인(Cell aspiration) 및 세포 이동(Cell transit)과 같은 다양한 방법이 미세 유체 소자를 사용하여 입증되었다.
미세유체채널(microfluidic channel)에서 세포 폐색(Cell blockage)은 적혈구의 막힘(clogging)을 모니터 하거나 갇힌 적혈구의 직경(the diameter of trapped RBCs)을 계산하기 위해 제안되었다.
단일 미세 유체 채널 내에서 세포 흡인(Cell aspiration)은 순간적인 영률(Young's moduli) 또는 피질 긴장(cortical tension)을 측정하기 위해 검증되었다. 세포 이동(Cell transit)의 경우 변형성 지수(deformability index), 세포 마진(cell margination), 이동 시간(transit time), 적혈구 속도(RBC velocity), 변형 의존적 용해(strain-dependent lysis), 변형성 기반 정렬(deformability-based sorting), 역학적 변화(hemodynamic variations) 및 전기 임피던스(electrical impedance)를 정량화하기 위해 채택되었다.
단일 세포 분석의 연구를 위해 세포 폐색(Cell blockage)과 세포 흡인(Cell aspiration)의 두 가지 방식이 채택되었으나 세포 이동 기술(Cell transit technique)은 높은 처리량 분석을 위한 큰 잠재력을 보여준다.
이전 연구에서 두 개의 시린지 펌프로 미세 기둥 채널에 혈액 (Hct = 50 %)을 공급할 때 말라리아에 감염된 적혈구 또는 적혈구의 모집단(subpopulation of RBCs)을 검출하기 위해 적혈구 변형성 측정이 수행되었다. 그러나 이 방법은 혈액 전달을 위한 부피가 큰 시린지 펌프(bulky syringe pump)의 사용과 혈류 속도 측정을 위한 시간 해상도 마이크로 입자 이미지 속도 측정(a time resolved micro particle image velocimetry: micro-PIV)기술을 필요로 한다. 상기 요구 사항은 임상 환경에서의 사용을 고려할 때 기술적 병목으로 간주된다.
이러한 문제를 극복하기 위해서는 대형 시린지 펌프를 사용하지 않고 혈액 시료를 미세 유체 장치에 전달하는 방법이 요구된다. 또한 전문가만이 사용할 수 있고 오랜 시간 분석이 필요한 micro-PIV 기술은 간단한 정량화 기술로 대체되어야 한다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로서 부피가 큰 시린지 펌프와 활용 범위에 제한이 있는 micro-PIV 기술을 대체하는 적혈구 변형성 측정 기구 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정기구는 혈액이 유입되는 유입구, 복수의 미세지주(micropillar) 및 상기 혈액이 배출되는 배출구를 포함하는 제1 채널 및 연결지점을 통해 상기 제1 채널과 연결되고 대용액으로 채워진 제2 채널을 포함하는 미세 유체 소자 및 상기 미세 유체 소자 내의 관심영역의 이미지를 획득하는 이미지 획득 장치를 포함한다.
상기 대용액은 보바인 세럼 알부민(bovine serum albumin) 또는 글리세린 용액(Glycerin solution)인 것을 특징으로 한다.
상기 적혈구 변형성 측정기구는 플런저를 이용하여 내부에 공기 및 혈액을 채운 후 외부로 배출할 수 있는 시린지 펌프를 더 포함하고, 상기 시린지 펌프는 일회용 공기 압축 펌프(disposable air-compressed pump)인 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 미세지주(micropillar)에 포함된 각 미세지주는 4um 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 적혈구 변형성 측정기구는 상기 관심영역의 이미지를 분석하여 적혈구의 변형성을 정량화하는 영상 분석부를 더 포함하고 상기 관심영역은 상기 제1 채널로 유입된 혈액과 상기 대용액이 상기 제2 채널에서 이루는 경계면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 영상 분석부가 상기 적혈구의 변형성을 정량화 함에 있어 상기 관심영역 내 혈액이 채워진 면적(
Figure 112018121715921-pat00001
)을 계산하고 상기 면적(
Figure 112018121715921-pat00002
)을 이용하여 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00003
)를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 채널은 제2 배출구를 포함하고 상기 적혈구 변형성 측정기구는 상기 제2 배출구와 외부를 연결하는 튜브를 더 포함하며 상기 튜브는 상기 경계면이 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 연결지점에 형성될 때의 길이로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정기구를 이용하는 적혈구 변형성 측정 방법은 시린지 펌프에 공기 확보 후 혈액을 채우는 흡인 단계, 상기 시린지 펌프의 플런저를 전방으로 이동시켜 압축하는 압축 단계, 상기 시린지 펌프 내의 혈액이 제1 채널 및 제2 채널을 구비한 미세 유체 소자로 주입되도록 상기 미세 유체 소자로 이어지는 튜브의 밸브를 개방하는 주입 단계 및 상기 제1 채널로 유입된 혈액이 상기 제2 채널에서 대용액과 이루는 경계면을 분석하여 적혈구의 변형성을 정량화하는 분석 단계를 포함한다.
상기 시린지 펌프는 일회용 공기 압축 펌프(disposable air-compressed pump)인 것을 특징으로 한다.
상기 대용액은 보바인 세럼 알부민(bovine serum albumin) 또는 글리세린 용액(Glycerin solution)인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 채널은 복수의 미세지주(micro pillar)를 구비하고 있으며, 상기 복수의 미세지주(micro pillar)에 포함된 각 미세지주는 4 um 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 제2 채널은 제2 배출구를 포함하고 상기 제2 배출구와 외부를 연결하는 튜브는 상기 경계면이 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 연결지점에 형성될 때의 길이로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 분석 단계는 이미지 획득 장치를 이용하여 상기 미세 유체 소자의 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계, 상기 이미지에서 상기 경계면을 포함하는 관심영역 내의 혈액이 채워진 면적(
Figure 112018121715921-pat00004
)을 계산하는 면적 계산 단계 및 상기 면적(
Figure 112018121715921-pat00005
)을 이용하여 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00006
)를 계산하는 정량화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정 기구 및 그 방법은 혈유속 변화가 아닌 표준화된 변형성 지수(
Figure 112018121715921-pat00007
)를 계산함으로써 적혈구 변형성을 측정할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 일회용 압축 펌프(disposable air-compressed pump)를 이용하는 바, 부피가 큰 고가의 시린지 펌프를 대체할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00008
)는 적혈구 막힘(RBC clogging)에 따른 혈액 속도 변화에 대해 강한 상관 관계를 제공할 수 있으므로 micro-PIV 기술을 대체하여 적혈구 변형성을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정기구의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 적혈구의 변형성을 정량화 하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 관심영역 내 적혈구가 채워진 면적(
Figure 112018121715921-pat00009
)과 따른 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00010
)의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 종래기술에 따른 방법에 의한 적혈구 변형성 측정 결과를 비교한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 적혈구 변형성 측정 기구 및 그 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정기구의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정기구(100)는 미세 유체 소자(300)로 유입된 혈액을 이용하여 적혈구의 변형성을 측정한다.
적혈구 변형성 측정기구(100)는 혈액을 미세 유체 소자(300)에 전달하고, 적혈구의 연속적인 막힘으로 인해 미세 유체 소자(300)내에서 혈액 샘플이 차지하는 영역을 분석하여 적혈구 변형성을 정량화 한다. 구체적으로 적혈구 변형성 측정기구(100)는 시린지 펌프(200), 미세 유체 소자(300), 튜브(400), 밸브(500) 및 이미지 획득 장치(600)를 포함할 수 있다.
적혈구는 혈액 속에 포함되는 것이나 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 혈액과 적혈구는 혼용되어 사용된다. 구체적으로 미세 유체 소자(300)에 주입되고 그 흐름을 설명하는 경우에는 혈액으로 지칭하고 미세 유체 소자(300)내에서 막힘(clogging) 현상과 관련되어 변형성(deformability)을 설명하는 경우에는 적혈구로 지칭한다.
시린지 펌프(200)는 내부에 내용물을 채운 후 외부로 배출한다. 구체적으로 시린지 펌프(200)는 튜브(400)를 통해 연결된 미세 유체 소자(300)에 혈액을 주입한다. 구체적으로 시린지 펌프(200)는 배럴(210) 내의 공기를 압축하여 그 고압으로 미세 유체 소자(300)에 혈액을 주입한다. 시린지 펌프(200)는 배럴(210) 및 플런저(220), 바늘(230)를 포함할 수 있다.
시린지 펌프(200)는 일회용 공기 압축 펌프(a disposable air-compressed pump)일 수 있다. 이 경우 부피가 큰 시린지 펌프를 사용하지 않아도 되므로 종래기술에서 기술적 병목으로 여겨지는 문제점(큰 부피, 고비용)을 해결할 수 있다.
배럴(210)은 시린지 펌프(200)의 몸체에 해당하는 것으로서 내부에 액체(예를 들면 혈액)나 기체(예를 들면 공기)를 충전할 수 있다.
플런저(220)는 배럴(210)내의 내용물을 충전하거나 압축한다. 플런저(220)를 후방으로 당기면 상기 내용물이 충전되고 시린지 펌프(200)의 배출구가 막힌 상태에서 전방으로 밀어지면 상기 내용물이 압축된다. 예컨대, 배럴(210)에 공기 및 혈액이 충전된 상태인 경우 플런저(220)가 전방으로 밀어지면 상기 공기가 압축된다.
미세 유체 소자(300)는 시린지 펌프(200)를 통해 주입된 적혈구가 막힘(clogging)에 따라 미세 유체 소자(300) 내부를 흐르는 혈액의 유동성 변화를 보여준다. 구체적으로 미세 유체 소자(300)는 미세 유체 소자(300)는 제1 채널(310) 및 제2 채널(320)을 포함한다.
제1 채널(310)은 유입구(311), 복수의 미세지주(312) 및 배출구(313)를 포함한다. 제1 채널(310)은 유입구(311)를 통해 시린지 펌프(200)와 연결되어 있다. 유입구(311)를 통해 시린지 펌프(200)에서 배출된 혈액이 제1 채널(310)로 유입된다.
복수의 미세지주(312)로 인해 제1 채널(310)내에 여러 개의 좁은 채널(narrow-sized channel)이 형성된다. 상기 좁은 채널을 형성하기 위해 복수의 미세지주(312)에서 각 미세지주(micropillar)는 4mm 간격으로 배치될 수 있으며 길이(length)는 30mm이고 그 깊이(depth)는 10mm일 수 있다. 이 경우 상기 좁은 채널의 폭(width)은 4mm가 되고 길이는 30mm가 되며 높이는 10mm가 된다.
다만 상기 미세지주(micropillar)의 크기 및 배치 간격이 이에 한정되는 것은 아니며 적혈구의 막힘(clogging)에 따라 적혈구 변형성을 용이하게 측정할 수 는 좁은 채널이 형성되도록 다른 크기(길이, 깊이)로 형성되어 다른 간격으로 배치될 수 있다.
유입구(311)를 통해 들어온 혈액은 복수의 미세지주(312)를 지나 튜브(400)를 통해 외부로 배출된다.
제2 채널(320)은 제1 채널(310)과 연결되어 있다. 구체적으로 제2 채널(320)은 대용액(counter fluid: CF)으로 채워져 있다. 상기 대용액은 보바인 세럼 알부민(bovine serum albumin: BSA) 또는 글리세린 용액(Glycerin solution) 일 수 있다. 이 때 보바인 세럼 알부민(BSA)의 농도는 적혈구 변형성 측정의 정량화를 위해 변경될 수 있다.
제2 채널(320)은 유입구(311)와 복수의 미세지주(312) 사이에 연결되어 복수의 미세지주(312)를 향해 흐르는 혈액이 유입된다.
튜브(400)는 시린지 펌프(200)와 유입구(311), 배출구(313)와 외부 그리고 제2 배출구(321)과 외부를 각각 연결한다. 시린지 펌프(200)와 유입구(311)를 연결하는 튜브(400)의 길이는 적혈구 변형성의 정량화를 고려하여 기 설정된 길이로 형성된다. 튜브(400)는 폴리에틸렌 재질로 형성될 수 있으며 그 길이는 최소 10mm일 수 있다.
밸브(500)는 미세 유체 소자(300)로 유입되는 혈액의 흐름을 조절한다.
구체적으로 밸브(500)는 배출구(313)와 연결된 튜브(400-2)를 제외하고 튜브(400-1, 400-3)마다 각각 연결되어 있다. 밸브(500)는 개방되거나 폐쇄됨으로써 자신과 연결된 튜브(400)를 통한 혈액 또는 대용액의 흐름을 허용하거나 차단한다. 밸브(500)는 핀치 밸브(pinch valve)일 수 있다.
이미지 획득 장치(600)는 미세 유체 소자(300)의 이미지를 획득한다. 구체적으로 미세 유체 소자(300)는 이미지 획득 장치(600) 상에 위치하며, 이미지 획득 장치(600)는 미세 유체 소자(300)내 적혈구의 변형성을 측정하기 위한 관심영역(Region Of Interest: ROI)의 이미지를 획득한다. 상기 관심영역(ROI)은 제1 채널(310)로 유입된 혈액과 제2 채널(320)에 채워진 대용액이 이루는 경계면(cell-to-liquid interface)을 포함한다.
이미지 획득 장치(600)는 미세 유체 소자(300)내의 혈액 흐름을 포착하기 위해 광학 현미경(optical microscope)과 고속 카메라(high-speed camera)로 구현될 수 있다. 이 때, 상기 고속 카메라의 공간 해상도(spatial resolution)는 1280*1000 픽셀일 수 있다. 이미지 획득 장치(600)는 0.5초 주기의 펄스 신호를 이용하여 고속으로 현미경 이미지(microscopic image)를 획득할 수 있다. 구체적으로 이미지 획득 장치(600)는 5kHz의 프레임 속도로 현미경 이미지(microscopic image)를 획득할 수 있다.
측정의 용이성 및 적혈구 변형성의 정량화를 고려하여 상기 경계면은 제1 채널(310)과 제2 채널(320)의 연결지점에서 형성될 수 있다.
튜브(400-3)의 길이는 상기 경계면 위치 형성에 영향을 미치는 바, 그 길고 짧은 정도에 따라서 상기 경계면은 다른 곳에 형성된다. 상기 경계면의 위치가 상기 연결지점에 형성되도록 튜브(400-3)의 길이가 조절될 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 적혈구 변형성 측정 기구(100)는 상기 관심영역의 이미지를 분석하여 적혈구의 변형성을 정량화 하는 영상분석부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 영상분석부는 상기 적혈구의 변형성을 정량화 함에 있어서, 상기 관심영역 내 혈액이 채워진 면적을 고려한다. 구체적으로 상기 영상분석부는 상기 관심영역 내 적혈구가 채워진 면적을 계산 후, 상기 면적을 이용하여 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00011
)를 계산한다. 상기 영상분석부는 이미지 획득장치(600)와 일체로 구현될 수도 있다. 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00012
) 계산과 관련된 자세한 사항은 후술한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정 방법은 흡인 단계(S100), 압축 단계(S200), 주입 단계(S300) 및 분석 단계(S400)을 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 시린지 펌프(200)의 동작을 기초로 순서대로 설명한다.
흡입 단계(S100)에서, 시린지 펌프(200)는 배럴(210)안에 공기 및 혈액을 채운 후 미세 유체 소자(300)로 주입한다. 구체적으로 시린지 펌프(200)는 플런저(220)를 뒤로 당겨 배럴(210)안에 기 설정된 부피만큼의 공기를 충전한다. 상기 기 설정된 공기의 부피는 0.5mL일 수 있다. 배럴(210) 안에 공기가 충전된 상태에서 플런저(220)를 더 뒤로 당겨 기 설정된 양만큼의 혈액을 충전한다. 상기 기 설정된 혈액의 부피는 0.2mL일 수 있다.
충전되는 공기 및 혈액의 부피비와 그 값은 한정된 것이 아니며 제1 채널(310)과 제2 채널(320)의 크기, 튜브(400)의 길이, 충전된 공기가 압축되는 정도 및 적혈구 변형성 측정에 소요되는 시간을 고려하여 다른 값으로 설정될 수 있다.
시린지 펌프(200)에 공기 및 혈액을 충전 한 후 시린지 펌프(200)의 입구에 니들(230)이 연결된다. 니들(230) 연결 시 그 내부의 공기가 위로 이동하도록 시린지 펌프(200)에 진동이 전달되도록 할 수 있다. 그 후 니들(230)은 튜브(400-1)를 통해 유입구(311)와 연결된다. 이때 미세 유체 소자(300)로 혈액이 유입되는 것을 차단하도록, 튜브(400-1)에 연결된 밸브(500)는 폐쇄된 상태로 유지된다.
압축 단계(S200)에서, 플런저(230)를 전방으로 이동시켜 배럴(210)내의 공기가 압축된다. 구체적으로 시린지 펌프(200)의 입구와 연결된 니들(230)을 튜브(400-1)에 연결한다. 그 후 시린지 펌프(200)의 플런저(220)를 전방으로 이동시켜 배럴(210)내의 공기를 기 설정된 부피가 되도록 압축한다. 일 실시예에 의하면, 압축 전 배럴(210)내의 공기가 0.5mL인 경우, 상기 공기는 0.3mL가 되도록 압축될 수 있다. 대기압 이상의 고압을 발생시키기 위해 패럴(210)내의 공기는 마이크로 스테이지(micro stage)에 의해 압축될 수 있다.
상기한 내용은 예시이며, 공기가 압축되는 정도(수치 값)는 충전된 공기 및 혈액의 부피, 제1 채널(310)과 제2 채널(320)의 크기, 튜브(400-1)의 길이 및 적혈구 변형성 측정에 소요되는 시간을 고려하여 다른 값으로 변경될 수 있다.
압축 단계(S200)를 통해 시린지 펌프(200) 내부의 공기압(
Figure 112018121715921-pat00013
)은 대기압(
Figure 112018121715921-pat00014
)보다 증가한다. 이상적인 가스 법칙(ideal gas law, 즉
Figure 112018121715921-pat00015
)에 의하면
Figure 112018121715921-pat00016
은
Figure 112018121715921-pat00017
이 된다. 구체적으로 도 2를 참조하면,
Figure 112018121715921-pat00018
(공기)는 0.55mL,
Figure 112018121715921-pat00019
(혈액)은 0.25mL이다. 초기 상태에서 압력차(
Figure 112018121715921-pat00020
)는 대략 1.2
Figure 112018121715921-pat00021
이다. 상기 압력차는 시린지 펌프(200)에서 미세 유체 소자(300)로의 혈액 전달에 기여한다.
주입 단계(S300)에서, 시린지 펌프(200)내의 혈액이 미세 유체 소자(300)로 주입되도록 밸브(500)가 개방된다. 구체적으로 시린지 펌프(200)와 미세 유체 소자(300)를 연결하는 튜브(400-1)에 연결된 밸브(500)가 개방된다. 이 때 미세 유체 소자(300)의 내부 표면에서 혈장 단백질의 비 특정 결합(non-specific binding of plasma protein)을 피하기 위해 제2 배출구(321)로 특정 농도의 대용액이 채워진 후 튜브(400-3)가 밸브(500)로 폐쇄된 상태로 유지된다. 상기 특정 농도의 대용액은 2
Figure 112018121715921-pat00022
의 농도를 갖는 보바인 세럼 알부민(bovine serum albumin: BSA)일 수 있다.
분석 단계(S400)는 이미지 획득 장치(600)를 이용하여 미세 유체 소자(300)의 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계, 획득된 이미지에서 상기 경계면을 포함하는 관심영역 내의 혈액이 채워진 면적(
Figure 112018121715921-pat00023
)을 계산하는 면적 계산 단계 및 상기 면적(
Figure 112018121715921-pat00024
)을 이용하여 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00025
)를 계산하는 정량화 단계를 포함할 수 있다.
상기 이미지 획득 단계에서 미세 유체 소자(300)에 혈액을 주입한 후 이미지 획득 장치(600)가 이미지를 획득한다. 이미지 획득 장치(600)는 0.5초 주기의 펄스 신호를 이용하여 고속으로 현미경 이미지(microscopic image)를 획득할 수 있다. 획득된 현미경이미지는 그레이 스케일 이미지(gray-scale image)에서 바이너리 스케일 이미지(binary-scale image)로 변환된다.
상기 면적 계산 단계 및 정량화 단계에서 미세 유체 소자(300)로 유입된 혈액이 이루는 경계면을 분석하여 적혈구의 변형성을 정량화한다.
상기 면적 계산 단계에서, 이미지 획득 장치(600)를 통해 획득된 이미지 내에서 적혈구 변형성의 정량화를 위해 경계면(cell-to-liquid interface)을 포함하는 관심영역(Region Of Interest: ROI)이 설정될 수 있다. 상기 관심영역(ROI)의 크기는 상기 경계면을 포함하며 미세 유체 소자(300)의 크기를 고려하여 설정될 수 있다. 그 후 상기 관심영역(ROI)내에서 혈액(적혈구)이 채워진 면적(
Figure 112018121715921-pat00026
)은 상기 이미지의 이미지 강도(image intensity)를 평균함으로써 계산된다.
상기 정량화 단계에서, 상기 면적(
Figure 112018121715921-pat00027
)을 시간에 따라 적분한 값을 이용하여 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00028
)를 계산한다.
이전의 연구들에 따르면, 시린지 펌프(200)에 의해 혈액(즉, 적혈구)가 좁은 크기의 채널을 통과 할 때, 적혈구의 계속적인 막힘 현상(clogging)이 일어난다. 이러한 막힘 현상은 적혈구 변형성 정도에 따라 크게 변할 수 있다.
양호한 변형성(good deformability)을 갖는 적혈구는 막힘이 거의 관찰되지 않는다. 그러나 불량한 변형성(poor deformability)을 갖는 적혈구는 막힘이 심하다. 적혈구 막힘(RBC clogging)은 유체 시스템 내에서 등가 유동 저항(equivalent flow resistance)을 증가시키기 때문에, 미세 지주(micropillar)를 통과하는 혈액 속도는 시간이 지남에 따라 상당히 감소한다.
적혈구의 변형성은 다양한 수준의 변형성을 기초로 다양한 유형의 혈류를 사용하여 특정 관심영역(Region Of Interest)에서 선택된 평균 혈류 속도(averaged blood velocity, <U>)의 시간 변화를 적분함으로써 정량화 될 수 있다. 종래기술은 하기의 수학식 1을 이용하여 적혈구의 변형성을 정량화한다.
Figure 112018121715921-pat00029
상기 수학식1 에서
Figure 112018121715921-pat00030
는 혈액이 흐르는 통로의 단면적(cross-sectional area)이다. V는 혈액의 부피 변화(variation in volume of blood)이며
Figure 112018121715921-pat00031
는 총 분석시간(초)이다.
종래 기술과 대비하여, 본 발명에서는 미세 유체 채널(microfluid channel)에서 적혈구가 연속적으로 막혀서 발생하는 유체 저항이나 혈압의 변화를 측정하기 위해 제2 채널(320)을 사용한다. 혈압의 변화는 제2 채널(320)에서 경계면(cell-to-liquid interface)을 분석하여 얻을 수 있다. 이를 위해, 제2 채널(320)은 액체(즉, 대용액)로 채워져야 한다.
채널 내에 존재하는 기포를 완전히 제거하기 위해, 제2 채널(320)은 제2 배출구(321)를 포함한다. 제2 배출구(321)를 통해 제2 채널(320)을 열거나 닫을 수 있다.
제2 채널(320)의 경계면(cell-to-liquid interface)의 위치는 튜브(400-3)의 길이에 따라 변한다. 튜브(400-3)가 극도로 긴 경우, 상기 경계면은 관심영역 외부에 위치한다. 이 경우, 적혈구가 채워진 면적(
Figure 112018121715921-pat00032
)은 시간에 대해 일정하게 유지되기 때문에 혈압의 변화를 검출하는 것은 불가능하다.
따라서 튜브(400)의 길이를 결정하는 것이 중요하다.
일 실시예에 따라 튜브(400-3)는 상기 경계면이 제1 채널(310)과 제2 채널(320)의 연결지점에 형성될 때의 길이로 형성될 수 있다. 구체적으로 핀치 밸브로 구현된 밸브(500)를 이용하여 튜브(400-3)의 단부를 클램핑 할 수 있도록, 튜브(400)의 최소 길이는 10 mm일 수 있다.
제2 채널(320)은 제1 채널(310)의 전방에 위치한다. 제2 채널(320)의 배출구(321)는 2개의 튜브(400-3)에 연결되고 각각 2개의 밸브(500)로 고정된다.
튜브(500)와 미세 유체 소자(300)의 채널 간 컴플라이언스 효과(compliance effect)로 인해, 비압축성으로 여겨지는 혈액은 제1 채널(310)내에서 발생된 압력의 크기에 따라 제2 채널(320) 내에서 앞뒤로 움직인다. 제2 채널(320)에서 수집된 적혈구의 양(
Figure 112018121715921-pat00033
)은 압력(P)에 비례하므로, 제2 채널(320)은 제1 채널(310)에서 적혈구의 연속적인 막힘(successive clogging)을 모니터링 하기 위한 센서로 사용될 수 있다. 즉, 제1 채널(310)로 유입된 혈액이 제2 채널(320)의 대용액과 이루는 경계면을 분석하여 적혈구의 변형성을 정량화 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 적혈구의 변형성을 정량화 하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3(a)을 참조하면 시린지 펌프(200)를 이용하여 혈액을 전달하기 전에 모든 채널(310, 320)은 대용액으로 채워진다. 상기 대용액은 보바인 세럼 알부민일 수 있으며 이 때 대용액(
Figure 112018121715921-pat00034
)의 농도는
Figure 112018121715921-pat00035
일 수 있다.
도 3(a), (b)에서, 제1 채널(310)과 제2 채널(320) 연결지점에서 적혈구와 대용액의 경계면(cell-to-liquid interface, A)이 형성된다. 적혈구 변형성의 정량화 분석을 위해 상기 경계면(A)을 포함하는 관심영역(ROI)이 설정된다. 상기 관심영역(ROI)의 크기는 일 실시예에 따라 425*60(픽셀)으로 설정되었다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며 미세 유체 소자(300)의 크기와 주입되는 혈액의 양, 상기 경계면의 크기와 위치 등을 고려하여 적절한 값으로 설정되거나 변경될 수 있다.
상기 혈액이 미세 유체 소자(300)에 전달되었을 때, 제2 채널(320)에서 상기 혈액과 상기 대용액이 경계면(A)에서의 압력에 따라 부분적으로 채워진다. 따라서, 제2 채널(320)의 특정 관심영역 내에서 적혈구가 차지하는 영역 대 대용액이 차지하는 영역의 비율을 사용하여 적혈구 변형 가능성을 정량화 할 수 있다.
도 3(b)를 참조하면 이미지 획득 장치(600)를 통해 얻어진 상기 관심영역의 이미지는 그레이 스케일(gray scale)에서 2진 스케일(binary-scale)로 변환된다. 상기 변환은 통상의 이미지 프로세싱 기법을 이용하여 수행 가능하며, 상기 이미지 프로세싱 기법은 Otsu's method를 포함할 수 있다.
변환된 바이너리 스케일 이미지에서 적혈구는 백색으로서 비트값 1, 대용액은 검은색으로서 비트값 0에 상응한다. 관심영역(ROI)에서 적혈구가 채워진 면적(
Figure 112018121715921-pat00036
)을 하기의 수학식 2를 통해 계산한다.
대용액에 대한 혈액의 면적 비는 선택된 관심영역에 대해 이미지 강도(Image Intensity: I)를 평균함으로써 계산된다. 구체적으로 대용액에 대한 혈액의 면적비 (
Figure 112018121715921-pat00037
)는 하기 수학식 2를 이용하여 계산된다.
Figure 112018121715921-pat00038
상기 수학식 2에서 I는 이미지 강도(image intensity)이고 i는 상기 관심영역(ROI)의 가로 좌표이며, j는 상기 관심영역(ROI)의 세로 좌표이다. m은 상기 관심영역(ROI)의 가로 사이즈(픽셀), n은 세로 사이즈(픽셀)를 의미한다. 상기한 일 실시예에 따라 관심영역(ROI)의 크기가 425*60으로 설정된 경우 m은 425이고 n은 60이 된다. 적혈구가 상기 관심영역(ROI)에 가득 차게 되면 면적(
Figure 112018121715921-pat00039
)값은 1이 된다.
도 3(c) 및 도 3(d)를 참조하면, 낮은
Figure 112018121715921-pat00040
값은 막힘이 거의 없다는 것을 의미한다. 시린지 펌프(200)에 의해 미세 유체 소자(300)로 혈액이 주입된 후 시간이 지남에 따라 상기 면적(
Figure 112018121715921-pat00041
)은 0.14에서 0.82로 증가하였다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 관심영역 내 적혈구가 채워진 면적(
Figure 112018121715921-pat00042
)과 따른 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00043
)의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)와 (b)는 다른 시간대에서 포착된 현미경 이미지를 도시한 것이다. 제1 채널(310)에서 연속적인 적혈구 막힘으로 인해, 상기 면적(
Figure 112018121715921-pat00044
)의 값은 증가하고 시간에 따라 변동이 발생한다. 높은 수치를 갖는 것은 제1 채널(310)에서 적혈구의 막힘(clogging)이 심하다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 적혈구 변형성 측정에 사용되는 혈액 샘플의 적혈구 용적률(hematocrit: Hct)은 정상적인 적혈구를 자가 혈장에 가함으로써 50 %로 조정되었다.
도 4를 참조하면, 관심영역(ROI) 내에서 적혈구가 채워진 면적(β)의 변화는 이미지 획득 장치(600)를 통해 1000초에 걸쳐 획득된 현미경 이미지를 이용하여 시간의 함수로서 얻어졌다. 이를 고려하여 표준화된 적혈구 변형성 지수(
Figure 112018121715921-pat00045
)는 하기 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure 112018121715921-pat00046
상기 수학식 3에서
Figure 112018121715921-pat00047
는 총 분석시간(초)을 의미하며 도 4에서
Figure 112018121715921-pat00048
는 1000초이다. 적혈구가 낮은 변형성을 가질 때, 관심영역 내 적혈구가 채워진 면적(β)의 값은 시간이 지남에 따라 증가하는 경향이 있다.
상기 수학식 3에 의하면 변형률이 낮은 적혈구(RBCs with lower deformability)는 적혈구 변형성 지수(
Figure 112018121715921-pat00049
)가 낮고, 높은 변형성을 가진 적혈구(RBCs with higher deformability)는 적혈구 변형성 지수(
Figure 112018121715921-pat00050
)가 상대적으로 높게 나타난다.
상기와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정 방법은 제2 채널(320)의 관심영역 내에서 적혈구가 채워진 면적(β)의 시간 변화에 기초하여 표준화된 변형성 지수(
Figure 112018121715921-pat00051
)를 계산함으로써 적혈구 변형성을 정량화 할 수 있다.
본 발명에 의하면 부피가 크고 고가의 시린지 펌프를 사용하지 않고 시린지 펌프(200)를 일회용 압축 펌프(disposable air-compressed pump)로 구현함으로써 미세 유체 소자(300)에 혈액 샘플을 적절하게 전달하는 것을 보장할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 제2 채널(320)에서 경계면(cell-to-liquid interface)이 제1 채널(310)에서 적혈구 막힘(RBC clogging)으로 인한 혈액 속도 변화에 대해 강한 상관 관계를 제공할 수 있기 때문에 전문가에게 독점적으로 허용되며 오랜 분석 시간이 요구되는 micro-PIV 기술이 요구되지 않는다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 종래기술에 따른 방법에 의한 적혈구 변형성 측정 결과를 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예(
Figure 112018121715921-pat00052
)와 종래 기술(
Figure 112018121715921-pat00053
)에 따른 적혈구 변형성 측정 결과를 도시한 것이다. 정상 적혈구는 GA 용액(glutaraldehyde solution: GA solution)에 노출되면 경화된다. 즉, 적혈구의 변형성이 낮아진다. 이를 이용하여 다른 농도를 갖는 GA 용액을 이용하여 종래기술과 본 발명의 실시예에 따라 적혈구 변형성을 측정하였다. 낮은 적혈구 변형성은 유체 저항의 증가를 가져오기 때문에, 경화된 적혈구는 제1 채널(310)내 압력을 증가시키는 데 기여한다.
도 5(a)를 참조하면, GA 용액의 농도가 증가함에 따라 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00054
)가 낮아진다(적혈구가 채워진 면적 β 증가). 도 5(b)의 경우, GA 용액의 농도가 증가하면 혈유속이 감소하여
Figure 112018121715921-pat00055
가 감소한다.
도 5(c)에서 선형회귀 분석 결과는 R2=0.9267 (P-value<0.0001)로 나타나는 바, 본 발명의 실시예에 따른 적혈구 변형성 측정 방법은 종래 기술에 따른 적혈구 변형성 측정 방식과 높은 상관도를 보여준다.
도 6은 정상 적혈구(Normal RBCs)와 경화된 적혈구(Hardened RBCs)를 부분적으로 혼합한 혈액을 이용하여 본 발명의 실시예(
Figure 112018121715921-pat00056
)와 종래 기술(
Figure 112018121715921-pat00057
)에 따른 적혈구 변형성 측정 결과를 도시한 것이다.
도 6(a)은 4um/mL농도를 갖는 GA 용액을 이용하여 경화시킨 적혈구를 정상 적혈구와 혼합한 것이며 도 6(b)는 8um/mL농도의 GA 용액을 이용한 것이다.
혼합비(mixing ratio,
Figure 112018121715921-pat00058
)가 증가할수록 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00059
)와 제2 채널(320)에서 수집된 적혈구의 양(
Figure 112018121715921-pat00060
)은 감소한다.
x축이 V이고 y축이
Figure 112018121715921-pat00061
인 회귀 분석 그래프에서, 결정계수(
Figure 112018121715921-pat00062
)값은 도 6(a)와 도 6(b)에서 각각 0.9985와 0.9629이다.
상기와 같이 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00063
)를 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 방식과 혈액의 부피 변화(
Figure 112018121715921-pat00064
)를 사용하는 종래 기술에 따른 방식은 상관성이 높게 나타난다. 따라서 적혈구 변형성 인덱스(
Figure 112018121715921-pat00065
)를 적혈구 변형성을 평가하는 수치로서 활용할 수 있으며 평균 혈유속(average blood velocity)을 계산할 필요가 없게 된다(즉, micro-PIV 대체).
본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다.
상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다.
추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다.
확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.
본 발명은 또한 하나 이상의 실시 예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시 예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시 예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시 예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다.
더구나, 전체 도면에서, 실시 예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 적혈구 변형성 측정 기구
200 : 시린지 펌프
210 : 배럴
220 : 플런저
230 : 바늘
300 : 미세 유체 소자
310 : 제1 채널
311 : 유입구
312 : 미세지주
313 : 배출구
320 : 제2 채널
321 : 제2 배출구
400 : 튜브
500 : 밸브
600 : 이미지 획득 장치

Claims (13)

  1. 혈액이 유입되는 유입구, 복수의 미세지주(micropillar) 및 상기 혈액이 배출되는 배출구를 포함하는 제1 채널 및 연결지점을 통해 상기 제1 채널과 연결되고 대용액으로 채워진 제2 채널을 포함하는 미세 유체 소자;
    상기 미세 유체 소자 내의 관심영역의 이미지를 획득하는 이미지 획득 장치; 및
    상기 관심영역의 이미지를 분석하여 적혈구의 변형성을 정량화하는 영상 분석부;를 포함하고,
    상기 관심영역은 상기 제1 채널로 유입된 혈액과 상기 대용액이 상기 제2 채널에서 이루는 경계면을 포함하며,
    상기 영상 분석부가 상기 적혈구의 변형성을 정량화 함에 있어
    상기 관심영역 내의 혈액이 채워진 면적(
    Figure 112020019441803-pat00078
    )을 하기 수학식 2를 이용하여 계산하고 상기 면적(
    Figure 112020019441803-pat00079
    )을 이용하여 적혈구 변형성 인덱스(
    Figure 112020019441803-pat00080
    )를 하기 수학식 3을 이용하여 계산하는 적혈구 변형성 측정기구:
    [수학식 2]
    Figure 112020019441803-pat00081

    [수학식 3]
    Figure 112020019441803-pat00082

    상기 수학식 2에서 I는 이미지 강도(image intensity)이고 i는 상기 관심영역(ROI)의 가로 좌표이며, j는 상기 관심영역(ROI)의 세로 좌표이다. m은 상기 관심영역(ROI)의 가로 사이즈(픽셀), n은 세로 사이즈(픽셀)를 의미하며,
    상기 수학식 3에서
    Figure 112020019441803-pat00083
    는 총 분석시간(초)을 의미한다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 대용액은 보바인 세럼 알부민(bovine serum albumin) 또는 글리세린 용액(Glycerin solution)인 것을 특징으로 하는 적혈구 변형성 측정기구.
  3. 제1 항에 있어서,
    플런저를 이용하여 내부에 공기 및 혈액을 채운 후 외부로 배출할 수 있는 시린지 펌프를 더 포함하고,
    상기 시린지 펌프는 일회용 공기 압축 펌프(disposable air-compressed pump)인 것을 특징으로 하는 적혈구 변형성 측정기구.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 미세지주(micropillar)에 포함된 각 미세지주는 4um 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 적혈구 변형성 측정기구.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 채널은 제2 배출구를 포함하고
    상기 측정기구는 상기 제2 배출구와 외부를 연결하는 튜브;를 더 포함하며
    상기 튜브는 상기 경계면이 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 연결지점에 형성될 때의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 적혈구 변형성 측정기구.
  8. 적혈구 변형성 측정기구를 이용하는 적혈구 변형성 측정 방법에 있어서,
    시린지 펌프에 공기 확보 후 혈액을 채우는 흡인 단계;
    상기 시린지 펌프의 플런저를 전방으로 이동시켜 압축하는 압축 단계;
    상기 시린지 펌프 내의 혈액이 제1 채널 및 제2 채널을 구비한 미세 유체 소자로 주입되도록 상기 미세 유체 소자로 이어지는 튜브의 밸브를 개방하는 주입 단계; 및
    상기 제1 채널로 유입된 혈액이 상기 제2 채널에서 대용액과 이루는 경계면을 분석하여 적혈구의 변형성을 정량화하는 분석 단계;를 포함하며,
    상기 분석 단계는
    이미지 획득 장치를 이용하여 상기 미세 유체 소자의 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계;
    상기 이미지에서 상기 경계면을 포함하는 관심영역 내의 혈액이 채워진 면적(
    Figure 112020019441803-pat00084
    )을 하기 수학식 2를 이용하여 계산하는 면적 계산 단계; 및
    상기 면적(
    Figure 112020019441803-pat00085
    )을 이용하여 적혈구 변형성 인덱스(
    Figure 112020019441803-pat00086
    )를 하기 수학식 3을 이용하여 계산하는 정량화 단계;를 포함하는 적혈구 변형성 측정 방법:
    [수학식 2]
    Figure 112020019441803-pat00087

    [수학식 3]
    Figure 112020019441803-pat00088

    상기 수학식 2에서 I는 이미지 강도(image intensity)이고 i는 상기 관심영역(ROI)의 가로 좌표이며, j는 상기 관심영역(ROI)의 세로 좌표이다. m은 상기 관심영역(ROI)의 가로 사이즈(픽셀), n은 세로 사이즈(픽셀)를 의미하며,
    상기 수학식 3에서
    Figure 112020019441803-pat00089
    는 총 분석시간(초)을 의미한다.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 시린지 펌프는 일회용 공기 압축 펌프(disposable air-compressed pump)인 것을 특징으로 하는 적혈구 변형성 측정 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 대용액은 보바인 세럼 알부민(bovine serum albumin) 또는 글리세린 용액(Glycerin solution)인 것을 특징으로 하는 적혈구 변형성 측정 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 채널은 복수의 미세지주(micro pillar)를 구비하고 있으며,
    상기 복수의 미세지주(micro pillar)에 포함된 각 미세지주는 4 um 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 적혈구 변형성 측정 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 채널은 제2 배출구를 포함하고,
    상기 제2 배출구와 외부를 연결하는 튜브는 상기 경계면이 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 연결지점에 형성될 때의 길이로 형성된 것을 특징으로 하는 적혈구 변형성 측정 방법.
  13. 삭제
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