KR102537664B1 - 휴대용 디지털 진단 장치 - Google Patents

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KR102537664B1
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요엘 에스라
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이에프에이-엔지니어링 포 올 엘티디.
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Abstract

컴퓨터화된 장치는 이중 채널에서 수행되는 현미경 검사 및 전기 화학 테스트를 제공한다. 즉각적인 결과로 현장 테스트를 위해 장치를 현장으로 가져올 수 있습니다. 듀얼 채널은 이미징 채널 및 신호 채널을 포함한다.

Description

휴대용 디지털 진단 장치
관련 출원에 대한 상호 참조(CROSS REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS)
본 출원은 2017년 2월 6일자에 휴대용 디지털 진단 장치(본 명세서에 그 전체 내용이 참조로 포함됨)라는 명칭으로 출원된 미국 가출원 제62/454,933호에 관한 것으로, 이를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 현장 질병 진단을위한 휴대용 장치에 관한 것이다.
많은 임상 검사는 진단을 제공하기 위해 혈액 샘플을 채취해야 한다. 현재, 환자는 혈액 샘플을 현장에서 또는 외부에서 제공한 다음, 검사를 위해 기다려야 하며, 혈액 샘플은 실험실(일반적으로 현미경 검사)에서 숙련자에 의해 통상적으로 현미경에 의해 분석되어진다. 혈액 샘플의 채취는 주사기, 나비 바늘, 혈액 튜브 및 기타 혈액 수집 장치를 사용하여 숙련자에 의해 수행된다. 혈액 수집 장치는 오염되면 사용되지 못하므로 적절하게 보관되고 위생적으로 유지되어야 한다. 또한, 혈액 샘플이 현미경전문가(microscopist)에게 도착되면, 혈액 샘플은 현미경 또는 다른 분석에 사용하기 위해 적절하게 "스미어(smeared)" 된다.
현미경은 실험실 분석을위한 "최적 표준"이다.. 전 세계의 50% 이상에서 현미경 장비를 갖추고, 현미경 장비를 작동시키고 혈액 또는 조직 샘플의 진단을 제공하도록 훈련된 현미경전문가를 갖춘 클리닉은 드물다. 더욱이, 현미경 검사로부터 시험 결과를 얻기 위해서는 시간이 걸리고, 심지어는 현미경 래그(lag)과 현미경전문가가 의료 클리닉, 병원등과 같이 현장에 있는 경우에도 즉각적으로 결과가 얻어지는 것은 아니다. 또한, 세계의 많은 지역에서, 훈련된 현미경전문가와 연구실에 적합한 현미경 장비가 제공된 곳은 제한되어 있으며, 인구가 많은 곳과 거리가 먼 동촌 등은 혈액을 채취하고 현미경에 의해 검사된 결과를 받는데 어려움이 있다.
또한, 혈액 샘플을 현미경 연구실로 운반하는 것과 관련하여, 샘플을 부적절하게 취급할 가능성과, 날씨 및 환로부터 연구실까지 이송 시간으로 인한 샘플의 환자로부터 실험실까지의 날씨 및 시간으로 인한 샘플의 변질(spoliation) 가능성으로 인한 문제점이 있다. 이러한 혈액 검사는 세계 많은 사람들에게도 비싸므로 많은 사람들이 그러한 검사를 받을 수 없다. 또한 결과가 즉각적이지 않고 일반적으로 현장 밖에서 이루어지므로, 환자는 통계적인 연구를 위해 기록될 수 없으며, 즉각적인 치료가 필요한 감염 환자가 신속하게 발견(located)될 수 없게 된다.
RDT(Rapid Diagnostic Tests)는 즉각적인 결과를 제공한다. 그러나, 많은 질병에 대한 RDT가없고, 질병의 검출은 조기 검출에 필요한 상당한 세심함이 없으며, 전형적으로 열악한 특이성을 갖는다. 이러한 RDT 장치는 정확성과 신뢰성을 유지하기 위해 올바르게 보관되고 처리되어야 한다. 또한, RDT의 많은 제조업자가 존재하며, 제조업자마다 RDT의 품질이 크게 상이하다.
질병이 빠르게 확산될 수록 질병을 신속하고 이른 단계에서 진단하는 것이 중요한다. 이를 통해 환자가 신속하게 치료되고 건강을 유지할 수 있고 질병이 확산되는 것이 방지될 수 있다. 전 세계의 많은 지역에서 연구 시설이 부족하고 질병을 올바르게 식별할 수있는 훈련된 전문가가 부족하기 때문에 이는 여전히 불가능하다.
또한 말라리아와 같은 일부 질병의 경우 G6PD(Glucoses-phosphate Dehydrogenase) 결핍 검사와 같은 추가 검사가 필요하다(말라리아 제거 및 박멸에 대한 WHO 지침에 기반함). 말라리아 진단에 더하여 이 테스트는 일반적으로 전 세계의 많은 농촌 및 외딴 지역에서 이용할 수 없으며 접근도 할 수 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 예를 들어, 의사뿐만 아니라 지역 사회 건강 종사자일 수 있는 최소한의 훈련된 조작자에 의해 실시간으로 현장에서 즉각적인 결과가 얻어지는 필드에서의 현미경 및 전기 화학 시험을 실시하는 컴퓨터화된 장치를 제공한다. 컴퓨터화된 장치는 단일 휴대 장치로 원격 지역으로 가져와 수백만 명의 사람들이 이전에는 받지 못한 건강 관리에 접수할 수 있게 한다. 즉각적인 결과가 얻어지기 때문에, 질병 및 상태가 확실하게 제공되어 불필요한 항생제 및/또는 말라리아 예방제와 같은 약물의 불필요한 사용이 사라진다. 또한 질병과 상태가 즉시 감지되므로 치료 프로토콜이 즉시 시작되어 감염성 및 치명적인 질병과 상태의 확산을 제거할 수 있다.
컴퓨터화된 장치는 이중 채널 장치이고, 하나의 채널은 이미징 또는 현미경 을 위한 채널, 하나의 채널은 전기화학(신호)을 채널이다. 이 두 채널의 결과를 기반으로 현재 현장에서 가능한 것보다 더 정확하고 효과적인 진단이 이루어질 수 있다. 이를 통해 질병의 신속하고 안전한 치료 및 추적이 가능하며, 확산을 억제하고 실시간 환자 매핑을 허용하여 질병의 실시간 이동을 추적하고 보건 당국의 즉각적이고 효과적인 개입, 연구 등을 위한 기타 데이터가 얻어질 수 있다. 이 장치는 예를 들어 랩-온-핸드(Lab-on-hand) 컴퓨터화된 플랫폼으로, 동일한 RevDx 하드웨어 플랫폼을 기반으로하는 다양한 의료 진단 적용을 위해 프로그래밍될 수 있다.
개시된 장치는 혈액 샘플을 수용할 수 있으며, 혈액 샘플은 거의 훈련되지 않은 사용자 또는 의료진이 손가락으로 찌르면 되므로 훈련된 의료진을 필요로하지 않는다. 개시된 장치는 혈액 샘플을 분석하도록 설계된 장치와 함께 스마트 폰과 같은 모바일 장치 또는 모바일 컴퓨터에 연결되도록 설계되어 현장에서 실시간으로 즉각적인 진단을 제공할 수 있다. 장치는 기계 학습과 같은 기술과 원격 의료와 같은 다른 네트워크 연결성에 의해 분석을 수행함에 따라 혈액 샘플의 이미지가 인터넷과 같은 네트워크를 통해 원격 위치의 훈련된 의료진에게 전송된다.
이 민감하고 정확한 진단을 즉시 획득함으로써 환자는 기존의 치료보다 훨씬 빨리 치료받을 수 있다. 이것은 환자의 건강을 유지하고 질병이 전염성이 있는 곳에서 질병이 확산되는 것을 방지한다.
본 발명은 마이크로유체 기술 및/또는 바이오 센서/전기 화학 스트립에 기초한 일회용 샘플 준비 키트를 사용하여, 대응하는 판독 및 분석 시스템에 의한, 통상적으로 현장에서 질병의 상이한 또는 이중 측면을 진단한다. 예를 들어, 말라리아의 경우 마이크로유체 칩은 판독 및 분석을 수행하여 높은 민감성과 특이성으로 말라리아 기생충 유형을 감지할 수 있으며 기생충 밀도가 낮은 초기 단계(말라리아 진행된 상태에 비교할 때)에서도 말라리아의 검출이 가능하다. 바이오 센서 스트립 및 판독기 채널은 G6PD 결핍을 탐지하는데 사용된다. 이는 말라리아 기생충 Plasmodium vivax에 사용되는 약물 프리마퀸(primaquine)으로의 치료가 안전하게 투여되도록 보장하는데 필수적이다. 또한 프리마퀸(primaquine)은 다른 말라리아 기생충 유형의 전염을 막기 위해 사용된다. 바이오 센서 판독 채널은 글루코스 레벨 모니터링에도 사용될 수 있다. 말라리아는 저혈당(위험하게 낮은 수준의 글루코스)을 유발할 수 있기 때문에 어느 환자가 병원에 입원해야하는지 결정하는데 도움을 준다.
또한, 마이크로유체 칩 및 바이오 센서 스트립은 모두 일회용이고, 테스트 시점에 혈액 샘플을 수용하기 때문에, 프로세스가 위생적이고, 검사 대상의 환자들 사이에서 질병이 통과될 수 없으며, 정확하며, 혈액이 변질될 가능성이 없고, 최소한의 훈련을 받거나 훈련받지 않은 의료진이 많은 환자를 적은 시간에 검사할 수 있다. 또한, 마이크로유체 칩 및 바이오 센서 스트립은 혈액 스미어(smear)에 잉용가능한 소량의 혈액만을 필요로 한다. 혈액은 예를 들어 손가락 찌름에 의해 얻어지며, 이는 의료 훈련이 없는 또는 최소한의 의료 훈련만을 받은 사용자 또는 누군가에 의해 수행될 수 있다.
또한, 마이크로유체 칩 및 바이오 센서 스트립이 저렴하기 때문에 프로세스가 저렴하며, 사용되는 장치는 한번구매(one-time purchase)로 여러 번 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예는 질병 상태를 분석하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 관찰 가능한 샘플을 제공하도록 구성된 이미징 채널; 및 질병 상태의 존재를 결정하기 위해 샘플에 반응한 전극으로부터 방출된 전기 화학 반응에 기초하여 수신된 신호를 분석하기 위한 신호 분석기를 포함하는 신호 채널을 포함한다.
선택적으로, 장치는 관찰 가능한 샘플의 이미지를 스캐닝하고, 스캔된 이미지로부터 질병 상태의 존재를 결정하도록 구성된 분석 모듈을 더 포함한다.
선택적으로, 분석 모듈은 스캔된 이미지로부터: G6PD 결핍 출력, 혈당 수준, P. flciparum, P. vivax , P. 말라리아, P. ovale, P. knowlesi 및 질병 상태, 완전 혈액 세포(blood cell) 수, 재발열 및 필라리아(relapsing fever and Filarias)를 포함한 다중-기생충, 결핵, 자궁경부 세부진 검사, 소변 검사 및/또는 분석, 가축 질환으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 질병 상태의 존재를 결정하도록 구성된다.
선택적으로, 장치는 샘플을 확대 및 스캐닝하기 위한 광 기계 시스템을 더 포함하고, 광 기계 시스템은 분석 모듈과 통신한다.
선택적으로, 장치는 질병 상태에 대한 치료를 결정하도록 프로그램된 프로세서를 더 포함하고, 프로세서는 분석 모듈과 통신한다.
선택적으로, 장치는 질병 상태에 대한 치료를 결정하도록 프로그램된 프로세서를 포함하고, 프로세서는 분석 모듈 및 신호 분석기와 통신한다.
선택적으로, 영상 채널 및 신호 채널은 질병 상태의 존재의 결정을 실시간으로 출력하도록 구성된다.
선택적으로, 장치는 이미징 채널 및 신호 채널과 통신하는 디스플레이를 포함한다.
선택적으로, 디스플레이는, 1) 스크린 디스플레이, 및 2) 외부 컴퓨터 장치의 디스플레이 스크린 상에 그래픽을 디스플레이 하기 위해 외부 컴퓨터 장치의 이미지 센서와 통신하도록 구성된 디스플레이 출력 중 하나 이상을 포함한다.
선택적으로, 이미징 채널은 샘플을 수용하기위한 제 1 단부, 및 디스플레이와 연관되어 대향 배치된 제2 단부를 포함한다.
선택적으로, 장치는 신호 분석기와 통신하는 아날로그-디지털 신호 변환기(ADC); 및 샘플과 반응한 전극으로부터 방출된 전기 화학 신호를 판독하기 위한 신호 판독기를 더 포함하고, 신호 판독기는 ADC와 통신한다.
선택적으로, 신호 분석기는: G6PD 결핍 출력, 혈당 수준, P. flciparum, P. vivax , P. 말라리아, P. ovale, P. knowlesi 및 질병 상태, 완전 혈액 세포(blood cell) 수, 재발열 및 필라리아(relapsing fever and Filarias)를 포함한 다중-기생충, 결핵, 자궁경부 세부진 검사, 소변 검사 및/또는 분석, 가축 질환으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 질병 상태의 존재를 결정하기 위해 신호를 분석하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 장치는 질병 상태의 존재에 대한 UI(User Interface) 그래픽 디스플레이를 제공하도록 디스플레이로 데이터를 전송하도록 프로그램 된 프로세서를 추가로 포함한다.
선택적으로 상기 장치는 이미징 채널 또는 상기 신호 채널 중 적어도 하나와 통신하는 위치 모듈을 더 포함하고, 상기 위치 모듈은 질병 상태의 검출의 GPS(Global Positioning System) 매핑에 기초하여 실시간 위치를 디스플레이하도록 구성된다.
선택적으로, 상기 장치는 이미징 채널에서 렌더링된 관찰가능한 샘플을 유지하는 마이크로유체 칩을 수용하기 위한 제1 포트; 및 신호 채널에서 샘플을 유지하는 전극을 수용하기 위한 제2 포트;를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 장치는 제1 포트에 수용하기 위한 샘플 준비를 위한 마이크로유체 칩을 더 포함한다.
선택적으로, 상기 장치는 제2 포트에 수용하기 위해 샘플에 의해 접촉될 때 전기 화학적 응답을 생성하기 위한 전극을 포함하는 바이오 센서 스트립을 더 포함한다.
선택적으로, 샘플은 동일한 샘플의 일부를 포함하고, 샘플은 혈액, 소변 및 조직 중 적어도 하나를 포함한다.
선택적으로, 마이크로유체 칩은 샘플을 착색제, 영상 증강제(imaging enhancers) 및 팽창제(dilatants) 중 적어도 하나와 혼합하도록 구성된다.
본 발명의 실시예는 예를 들어 질병 상태를 자동으로 분석하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은: 디스플레이상에서의 관찰을 위해, 디스플레이를 포함하는 장치의 이미징 채널에 샘플을 제공하는 단계; 및 장치의 신호 채널에 샘플을 제공하는 단계를 포함하고, 장치는, 신호 분석기를 포함하고, 신호 분석기는 질병 상태의 존재를 결정하기 위해, 샘플에 반응한 전극으로부터 방출된 전기 화학 반응에 기초하여 수신된 신호를 분석한다.
선택적으로, 방법은 신호 분석기에 의해 검출된 질병 상태에 관한 정보가 디스플레이 상에 디스플레이되도록 한다.
선택적으로, 상기 방법은 이미징 채널에 제공된 샘플 및 신호 채널에 제공된 샘플은 동일한 샘플의 부분을 포함하고, 샘플은 혈액, 소변 및 조직 중 적어도 하나를 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및/또는 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기술된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시예의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 예시적인 방법 및/또는 재료가 이하에 설명된다. 상충되는 경우, 정의를 포함한 특허 명세서가 우선한다. 또한, 재료, 방법 및 실시예는 단지 예시적인 것이며 반드시 본 발명은 제한하는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 전술한 과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예는 첨부 도면을 참조하여 단지 하나의 예로서 설명되며, 여기서 동일한 참조 번호 또는 문자는 대응하거나 유사한 요소를 나타낸다. 이제 도면을 구체적으로 참조하면, 도시된 세부 사항들은 예로서 그리고 본 발명의 실시예들의 예시적인 논의의 목적으로 강조된다. 이와 관련하여, 도면과 함께 이루어진 설명은 본 발명의 실시예가 어떻게 실시될 수 있는지 당업자에게 자명하다.
도면을 참조하면, 유사한 참조번호 또는 문자가 대응하거나 유사한 구성요소를 나타니며, 도면은 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예가 수행되는 예시적인 환경을 나타낸 도면.
도 2는 조합되어 사용되는 베이스 및 컴퓨터 장치의 블록도이며, 이들 장치가 어떻게 네트워크에 링크되는지를 나타낸 도면.
도 3은 조합하여 사용되는 베이스 및 컴퓨터 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4a는 본 발명의 현미경 측면(aspect)에서의 예시적인 프로세스를 나타내는 흐름도.
도 4b는 본 발명의 전기화학적 측면에서의 예시적인 프로세스를 나타내는 흐름도.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 독립형(standalone) 컴퓨터 장치를 나타내는 블록도.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 다른 독립형 컴퓨터 장치를 나타내는 블록도.
도 5c는 도 5b의 장치의 사시도.
도 6a 내지 도 6d는 개시된 장치에 있어서의 마이크로유체(microfludic) 장치의 예시적인 도면.
도 7은 말라리아를 판정하고, 검출된 경우, 치료 프로토콜을 발행하기 위한, 개시된 장치에 의해 수행되는 프로세스의 흐름도.
도 8a 내지 도 8d는 도 5b 및 도 5c의 장치가 동작중일 때 장치의 스크린 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예를 나타내는 도면으로, 여기서 베이스(이러한 용어는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용됨) 형태의 전자 장치(100)는 예를 들어 디스플레이 스크린(103)을 포함하는 스마트폰(102)과 같은 모바일 컴퓨팅 장치를 기계적 결합으로 수용하여 옵틱에 직접 연결되고 서로 전자 및/또는 데이터 통신한다. 베이스(100) 및 스마트폰(102)은 또한 원거리(wide area) 통신 또는 인터넷과 같은 공중(public) 통신 등의 통신 네트워크를 통해 서로 연결될 수 있다. 이들은 근거리(near field) 통신 및 다른 전자 통신 포맷을 통해 서로 연결될 수도 있으며, 또한 통신 모듈(254)의 입력/출력(I/O) 포트를 통해 직접 연결될 수 있다(도 2).
베이스(100)는 예를 들어 분석을 위한 혈액 샘플인 마이크로유체 기술(112)에 기초하여 일회용 샘플 준비 칩/카세트를 수용하기 위한 하나의 포트(110)와, 작동 단부(116a)에서, 예를 들어 전극(116b) 상에서 혈액 샘플을 수용하는 바이오 센서 스트립(116)을 수용하기 위한 다른 포트(114)를 포함한다. 포트(110,114)는 채널로 연관된다. 포트(110)는, 현미경 또는 이미징 또는 현미경 채널(용어 "이미징 채널", "현미경 채널" 및 "광/광학" 채널은 본 명세서에서 상호교환적으로 사용됨)에 대한 인렛(inlet)으로 기능하는데, 예를 들면, 말라리아에 대해, 특정 기생충(말라리아 유형), 말라리아의 단계(stage)를 식별하고, 또한 CBC(Complete Blood Count) 적용을 위한 것이다. 다른 포트(114)는 바이오 센서 스트립(116)의 전극(116b)상의 혈액 샘플로부터의 전기화학적 신호를 분석하고, 말라리아에 감염된 환자의 경우, 적절하고 정확한 약물 치료를 결정하기 위해 포도당-6-인산 탈수소 효소(G6PD:a Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase) 결핍이 있는지를 결정하는 신호 채널 또는 전기화학적 채널(본 명세서에서 "신호 채널" 및 "전기화학적 채널"은 상호교환적으로 사용됨)로서 기능한다.
도 2는 베이스(100)와 스마트 폰(102)의 블록도를 나타낸다. 베이스(100)와 스마트 폰(102)은 서로 직접 연결된 것으로 도시되고, LANs(Local Area Networks)및, 인터넷, 셀룰러 네트워크, 기타 통신 네트워크 등의 공중 네트워크를 포함하는 WANs(Wide Area Networks) 등의 하나 이상의 네트워크에 연결된다.
포트(110)로부터의 이미징 채널 및 포트(114)로부터의 신호 채널 모두, 스토리지/메모리(204), 베이스용 전원(206) 및 통신 모듈(208)이 링크된 공동 중앙처리유닛(CPU)(202)를 사용하며, 통신 모듈로부터 수형(male type) USB(범용 직렬 버스) 커넥터(209) 또는 다른 유사한 커넥터가 연장된다.
중앙처리유닛(CPU)(202)는 이중 채널의 처리를 수행하기 위해 CPU(202)에 의해 실행하기 위한 기계 실행가능 명령을 저장하는 저장/메모리(204)와 전자 및 데이터 통신하는 하나 이상의 프로세서로 형성된다. 전원(206)은 배터리 또는 플러그인 전원이다. 통신 모듈(208)은 베이스(100)와 스마트 폰(102) 사이의 전자 및 데이터 통신을 위해 직접 연결을 제공하는 것 외에도 베이스(100)와의 네트워크(예를 들어, 인터넷) 연결 및 통신을 제공한다.
이미징 채널은 마이크로유체 칩(112)(도 1)을 수용하는 포트(110)를 포함한다. 마이크로유체 칩(110)은 광기계 시스템(212) 및 광 릴레이 시스템(214)을 포함하는 광학 장치(308)(도 3)에 의해 보여질 수 있고, 이미지가 전송되는 광학 모듈 렌즈(216)에서 끝난다. 광학 장치(308), 예를 들어, 광기계 시스템(212)은 샘플을 확대하고 이미지를 포함하는 시각적 표현을 향상시켜 마이크론의 고해상도를 달성할 수 있게 한다.
마이크로유체 칩(112)은 모세관 작용(capillary action)에 기초하여 작동하여, 적절한 관찰을 위해 혈액을 운반하고 염색한다. (제어기(212a)를 갖는) 광기계 시스템 (212)은 광학 모듈 렌즈 (216)에서 종결되는 광 릴레이 시스템(214)에 의한 현미경 관찰을 위해 마이크로유체 칩(112)의 스캐닝(스캐닝은 제어기(212a)에 의한 스캐닝 메커니즘(304)(도 3) 상의 스탠드(stand)/드러워(drawer)(302)의 이동에 의해 제공됨)을 제공한다. 광기계 시스템(212)의 일부로서 광(LT)(217)이 있으며, 이는 수동으로(버튼 등의 스위치(미도시)) 제어되거나 또는 제어기(212a)를 통해 제어될 수 있다. 광기계 시스템(212) 및 광 릴레이 시스템(214)은 CPU(202), 저장/메모리(204), 전원(206) 및 통신 모듈(208)과 직접 또는 간접적으로 전자 및/또는 데이터 통신을 하고 있다.
도 6a-6d는 다양한 마이크로유체 칩(112a-112d)을 각각 나타낸다.
도 6a에 도시된 마이크로유체 칩(112a)은 현미경에서 혈액, 및 소변 또는 기타 성분, 예를 들면 스테인(stain) 등의 기타 유체를 지지하기에 적합한 유리 또는 중합체 또는 둘다, 또는 친수성 코팅을 갖거나 갖지 않는 다른 물질의 기판(601)을 포함한다. 기판(601)상에는 혈액 인렛(602) 및 기판(601a)의 일단부에서 블리스터(blister)(패킷)(604)로 둘러싸인 스테인(stain)이 있다. 사용이 필요할 때, 블리스터(604) 상의 압력은 터널 측으로부터 블리스터(604)를 파열하고 마이크로 유동 터널(606)을 통해 스테인을 가압한다. 혈액 및/또는 희석 혈액 및 스테인은 마이크로유체 채널(606)을 통해 혈액 및 스테인을 위한 혼합 영역(610)으로서 기능하는 구불구불한 형상의 마이크로유체 채널(608)로 이동한다. 여전히 이동중인 혈액과 스테인은 다른 마이크로유체 채널(612)을 통해 기판의 타단부(601b)에서의 관찰 챔버(614)로 이동한다. 관찰 영역(614)은 장치(100, 500)의 광기계 시스템(212)의 광학계(308)와 정렬되도록 기판(601) 상에 구성된다.
도 6b에 도시된 마이크로유체 칩(112b)은 현미경을 위해 혈액 및 다른 요소, 예를 들어 스테인, 세척액 등의 다른 요소를 지지하는 기판(601)을 포함한다. 기판(601) 상에는 혈액 인렛(622), 블리스터(패킷)(624)에 둘러싸인 스테인, 및 기판(601a)의 일단부에서 블리스터(패킷)(626)에 둘러싸인 세척액이 있다. 사용이 필요할 때, 혈액 인렛(622)으로부터의 혈액은 마이크로유체 채널(628)을 통해 유동하여 혈액 세포가 마이크로유체 채널(628)의 벽에 부착되게 한다. 블리스터(624)의 압력은 블리스터(624)를 파열시켜 혈액 세포가 부착된 마이크로유체 채널을 통해 스테인이 흐르게 하여 스테인 및 세포가 기질(601) 상의 착색 및 관찰 영역(630)에 도달하도록 한다. 착색 및 관찰 영역(630)은 장치(100, 500)의 광기계 시스템(212)의 광학계(308)와 정렬되도록 기판 (601)상에 구성된다. 다음으로, 블리스터(626)에 대한 압력은 블리스터(626)를 파열시켜 세척 용액이 마이크로유체 채널(628)을 흐르게 하여 잔류 스테인을 제거하고 혈액-스테인 혼합물을 희석시킨다.
도 6c에 도시된 마이크로유체 칩(112c)은 현미경을 위해 혈액 및 다른 성분, 예를 들어 스테인을 지지하기 위한 기판(601)을 포함한다. 기판(601) 상에는(기판(601)의 일단부(601a)에) 혈액 인렛(642)이 있으며, 이는 마이크로유체 채널(644)의 말단부에 있고, 착색 및 관찰 챔버(646)에서(기판(601)의 타단부(601b)에서) 종료된다. 착색 및 관찰 챔버(646)는 장치(100, 500)의 광기계 시스템(212)의 광학계(308)와 정렬되도록 기판(601) 상에 구성된다. 건조 상태에서, 스테인은 마이크로유체 채널(644)의 벽에 포함되어, 혈액 또는 희석 혈액(647)이 마이크로유체 채널(644)을 통해 착색 및 관찰 영역으로 흐르면 혈액(647)이 스테인을 픽업한다. 이 마이크로유체 칩(112)은 전형적으로 단일 적혈구를보기 위해 사용된다. 여기서, 마이크로유체 채널은 혈액이 희석되지 않기 때문에 직경이 약 10 마이크로 미터로 얕다(shallow).
도 6d에 도시된 마이크로유체 칩(112d)은 혈액 및 다른 성분을 지지하기 위한 기판(601)을 포함한다. 일단부(601a)에서 기판(601)은 샘플 인렛(652)을 지지하고, 이는 마이크로유체 채널(654)을 결합하고, 이는 차례로 기판(601)의 타단(601b)에서 관찰 챔버(656)에서 결합 및 종결된다. 스테인(657)과 희석 또는 비희석된 혈액 샘플 혼합물은 샘플 인렛(652)에 배치되고, 스테인된 샘플은 관찰 영역(656)으로 흐른다. 관찰 챔버(656)는 장치(100, 500)의 광기계 시스템(212)의 광학계(308)과 정렬되도록 기판(601) 상에 구성된다.
신호 채널은 포트(114)에서 시작하고, 생체 센서 스트립 판독기(222)를 포함하고, 이는 전기적 응답(샘플와 전극(116b) 사이의 전기화학 반응으로부터 생성된 전류, 전극(116b)/바이오 센서 스트립(116)으로부터 아날로그 신호로서 출력됨)을 일회성 바이오센서 전극(116b)(예를 들면, 바이오 센서 스트립(116)의 작동 단부(116a)에서)로부터 판독하고, 전기 응답의 아날로그 신호를 증폭하는데, 아날로그 신호는 질병, 상태, 측정 등의 전기화학적 반응을 나타낸다. 판독기(222)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(224)가 있으며, 신호 분석 소프트웨어 모듈(226)은 샘플에서 G6PD 결핍이 있는지의 여부를 결정하기 위해 디지털 신호를 분석하고 추가 분석을 위해, 신호를 스마트 폰(102)에 전송하는 통신 모듈(208)과 통신한다.
대안적으로, 신호 채널은 혈당 수준 검출을 위해 사용될 수 있다. 바이오 센서 스트립 판독기(222)는 일회용 바이오 센서 전극(예를 들어, 바이오 센서 스트립(116))으로부터 전기 응답으로부터 생 된 아날로그 신호(들)를 증폭하도록 추가로 구성된다. 아날로그 신호는 혈당 수준에 해당한다. 아날로그-디지털 변환기(ADC)(224)는 판독기(222)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 신호 분석 모듈(226)은 ADC(224)로부터 수신된 디지털 신호를 분석하여 혈액 샘플에서 혈당 수준을 결정한다. 이 혈당 수준은 혈당에 대한 표준 측정에 따라, 통신 모듈(208)로 출력되어, 추가적인 분석과 디스플레이 스크린 상에 표시((독립형 장치(500,500')(도 5a 및 도 5b))를 위해 신호는 스마트 폰(102)으로 전송된다.
대안적으로, 바이오 센서 스트립(116)은 전기적 응답을 생성하기 위한 전극을 포함하는 다수의 바이오 센서 전극(116b)을 포함할 수 있고, 이 전기적 응답은 G6PD 결핍 및 혈당 수준의 검출이 동시에 가능한 신호로 변환될 수 있다.
다른 대안에서, 신호 채널은 다른 질환, 병원체 또는 바이오 마커와 같은 다른 조건에 사용될 수 있다. 바이오 센서 스트립 판독기(222)는 일회용 바이오 센서 스트립상의 전극으로부터의 전기적 응답(전기 화학적 응답)에 의해 생성된 아날로그 신호를 증폭 또는 수정하도록 추가로 구성된다. 바이오 센서 스트립상의 전극은 샘플과 조건이 접촉될 때 전기화학적 반응을 생성하도록 구성되며, 전기화학적 반응은 상태에 대한 전류 및 대응하는 아날로그 신호를 생성한다(바이오 센서 스트립 판독기는 이러한 상태의 전기 화학적 시그니처(또는 전기 화학적 반응)를 인식하고 전기화학적 반응에 의해 야기되는 결과적인 아날로그 신호를 증폭 시키도록 구성됨). 아날로그-디지털 변환기(ADC)(224)는 판독기(222)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 신호 분석 모듈(226)(예를 들어, 그 부재의 존재를 결정하도록 프로그램 됨)은 ADC로부터 수신된 디지털 신호를 분석하고 상태를 결정한다. 이 상태 결정은 (도 5a 및 도 5b의 스마트 폰(102) 또는 독립형 장치(500,500')의) 디스플레이 스크린 상에 표시하기 위해, 이 결정의 신호를 스마트 폰(102)에 전송하기 위해 통신 모듈(208)에 출력된다.
장치, 예를 들어, 스마트 폰(102)은 현미경 채널 및 신호 채널 모두의 일부를 포함한다. 스마트 폰(102)은 공통 중앙 처리 유닛(CPU)(242)을 포함하고, 이는 저장/메모리(244), 스마트폰(102)의 스크린 디스플레이(103)을 제어하는 로직을 포함하는 스크린 디스플레이 모듈(246), GPS(Global Positioning System) 모듈(248), RAM (Random Access Memory)과 같은 데이터 저장 장치(250), 자이로미터, 온도계, 자력계 및 가속도계와 같이 IMU(내부 측정 유닛)을 형성하는 센서(252), 및 전자 및/또는 데이터 통신으로 수형 커넥터(209)로부터 수신을 위한, 암형 USB 커넥터(255) 또는 기타 유사한 커넥터를 포함하는 통신 모듈(254)에 링크된다. GPS 또는 위치 모듈(248)은 (독립형 장치 GPS 또는 위치 모듈(548)의 일부분으로서 스마트 폰(102)의) 내장된 GPS 유닛에 기반하여, 실시간 매핑, 역학(epidemiologic) 제어 및 말라리아와 같은 질병의 학습에 이용되어지는 질병의 매핑에 의해 실시간 위치 표시의 디스플레이를 제공하도록 기능한다.
카메라 이미지를 스크린 디스플레이 (103) 상에 디스플레이하기 위한 신호로 변환하기 위한(스크린 디스플레이 모듈(246)을 통해) 카메라/이미지 센서 유닛(260), 이미지 분석 중에, 예를 들어 말라리아 기생충의 유형(예 : Plasmodium, falciparum, P. vivax, P. malaria. P. ovale, P. Knowlesi 및 질병 단계)을 검출하고 특정 혈액 샘플과 관련된 데이터 태그를 수행하기 위한 분석 모듈 (264)이 있다. 대안적으로, 분석 모듈 (264)은 완전한 혈액 세포 수, 다중 기생충(예 : 재발열, 필라리아스), 결핵 객담(Tuberculosis sputum) 현미경 검사, 소변 분석, 자궁 경부 세포진 검사 분석(Pap smear analysis), 및 가축(veterinary) 질병 및 상태를 포함하는 다른 질병 및 상태를 분석 및 검출하도록 프로그래밍될 수 있다.
베이스(100)와 스마트 폰(102)은 모두 네트워크(200)를 통해 클라우드 서버(270)로 링크되고, 여기서 말라리아 기생충의 각 프레임 샘플은(직접적으로 또는 데이터 저장 장치(250)로부터) 전송되어, 누적적으로 분석 모듈(264)의 기계 학습을 업데이트한다. 각각의 새로운 이미지 프레임 샘플에서, 클라우드 서버(270)는 말라리아 기생충을 더 잘 검출할 수 있도록 업데이트된 기계 학습을 분석 모듈(264)에 전송한다. 이는 연결이 자동 또는 요청에 따라 가능할 때 마다 온라인 또는 오프라인으로 수행된다. 클라우드 서버(270)는 또한 예를 들어, 각각의 테스트 기록, 시간, 위치, 진단(기생충 및 G6PD 둘 다), 환자 정보, 증상, 기계(102)에 의한 더 많은 것, 옵션적으로 원격의료(telemedicine) 제공자(280)로부터의 진단, 스크린 디스플레이, 및 기타 정보를 저장하고, 말라리아 케이스를 실시간으로 매핑할 수 있다. 베이스(100), 스마트 폰(102), 클라우드 서버(270), 원격의료 제공자 컴퓨터(280a, 280b) 사이의 네트워크(200)를 통한 모든 데이터 저장 및 데이터 전송은 HIPAA(Health Insurance Portability and Accountability Act)에 따른다.
베이스(100) 및 스마트 폰(102)은 또한 예를 들어 네트워크(200)를 통해 컴퓨터(280a) 또는 스마트 폰(280b)(셀룰러 타워(282)를 통해)을 통해 원격의료 제공자(280)에게 연결된다. 원격의료 제공자(280)는 진단을 제공 할 수 있으며, 이는 클라우드 서버(270) 또는 스마트 폰(102)의 분석 모듈(246)로 다시 전송된다.
도 3은 이미징 채널 및 신호 채널을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이들 채널은 베이스(100)와 스마트 폰(102) 모두에 부분적으로 존재한다.
현미경 채널은 마이크로유체 칩(112)을 수용하는 포트(110)에서 시작된다. 이 칩(112)은 모세관 작용을 사용하여 혈액 샘플을 분배하고 혈액 샘플을 적절히 착색하고 혈액 세포를 분리한다. 광기계 시스템(212)은 마이크로유체 칩(112)을 유지하는 스탠드(stand) 또는 드로어(302)를 포함한다. 스탠드/드로어(302)는 컨트롤러(212a)에 의해 제어되는 스캐닝 메커니즘(304) 상에 있으며, 렌즈(216) 등에서 종결되는 광 릴레이 시스템(214)의 광학계(308)에 의해 관찰될 때 마다, 컨트롤러는 칩(112)이 다양한 위치로(이중 헤드 타원 화살표(306)으로 표시됨) 조작 될 수 있게 한다. 스크리닝(screening) 메커니즘(스탠드/드로워(302) 및 스캐닝 메커니즘(304)에 의해 형성됨)은 예를 들어, 드로워(302)의 움직임에 기초하거나 광학 설계에 기초하여, 예를 들면 거울 또는 프리즘을 사용하여 광학적으로 스크리닝된다.
광 릴레이 시스템(214)의 광학계(308)로부터의 이미지(광선(309)(전술한 광(217)과 유사함)를 포함함)는 스마트 폰(102)의 카메라(260)의 렌즈(320)로 또는 독립형 장치의 경우 독립형 이미지 센서로 전송된다. 카메라(260)로부터의 이미지는 이미지 센서 유닛(262)에 의해 신호로 변환되고, 출력 신호는 분석 모듈(264)로 입력된다. 출력 신호는 또한 분석 모듈(264)로부터 스크린 디스플레이 모듈(246)로 이동하여 혈액이 샘플이 디스플레이 스크린(103)에 표시된다.
질병 또는 상태(condition)를 결정하고 검출된 질병 또는 상태에 대한 진단 및/또는 치료 프로토콜을 제공하기 위해 분석 모듈(264)은 이미지 분석, 기계 학습 및 인공 지능(AI)을 포함하는 프로세스에 의해 훈련된다. 또한, CPU(202)는 검출된 질병 또는 상태에 대한 진단 및/또는 치료 프로토콜을 제공하는 역할을 수행한다. 질병 및/또는 상태의 이러한 검출 및/또는 진단은 예를 들어 상이한 단계 및 유형에서의 기생충의 형태학적 "바이오 마커" 분석에 기초한다. 알고리즘(제어기(212a)에 의해 실행 됨)은 이미지 처리 기능(소프트웨어 및/또는 하드웨어), 세그멘테이션 기능(소프트웨어 및/또는 하드웨어), 필터, 및 ReVDx 시스템으로부터 알려지고 수집된 데이터에 대한 특정 형태학적인 비교를 포함한다. 결과 진단 데이터는 데이터 저장 장치(250) 및/또는 클라우드 서버(270)에 저장된다. 예를 들어, 이는 또한 확인을 위해 원격의료 제공자 (280)에게도 전송된다.
신호 채널은 포트(114)에서 시작된다. 바이오 센서 스트립(116)상의 혈액 샘플은 포트(114)에 배치되고, 전기화학 반응으로부터 유도된 전기 반응(전기화학 반응)은 상관된 아날로그 신호를 생성한다. 아날로그 신호는 바이오 센서 판독기(222)에 의해 판독되며, 이는 상관된 아날로그 신호를 증폭시킨다. 바이오 센서 판독기(222)는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(224)에 의해 디지털 신호로 변환되는 아날로그 신호를 증폭하고 일부 경우 필터링한다. 디지털 신호(들)의 ADC(224) 출력은 신호 분석 모듈(226)에 신호로 입력되고, 여기서 예를 들어, G6PD 결핍에 대한 디지털 신호 입력을 분석한다. 샘플로부터 G6PD의 존재에 대응하는 데이터는 신호 분석 모듈(226)에 의해 통신 모듈(208)로 전송된 다음 스마트 폰(112)의 통신 모듈(254)로 전송된다. 이제 스마트 폰(112)에서, 데이터는 통신 모듈(254)로부터 분석 모듈(264)로 전달되며, 여기서 알려진 치료 절차에 기초하여 권장 의료에 대해 분석된다. 분석 모듈(264)은 G6PD 결핍 및 말라리아 기생충의 유형, 그의 종(species), 그의 밀도, 단계 및 기타 인자가 있는지 여부를 나타내는 그래픽을 디스플레이 스크린(103) 상에 디스플레이하도록 스크린 디스플레이 모듈(246)에 신호를 보낸다.
대안적으로, 전술한 바와 같이, 신호 채널은 혈당 측정 판독값을 제공하도록 구성된다면, 이러한 혈당 측정 판독값은 바이오 센서 스트립(116)상의 전극(들)(116b)에 의존하여 G6PD 출력으로 또는 그로부터 별도로 획득될 수 있다. 예를 들면, 포도당(glucose) 레벨과 결합된 G6DP 결과는 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 치료 프로토콜을 결정하기 위해 CPU(202)에 의해 분석된다. 치료 프로토콜 및 질병 또는 상태의 존재는 디스플레이 스크린, 스마트 폰(103) 또는 독립형 장치(500, 500') 상에, 개시된 장치(100, 500, 500')에서의 CPU(202)의 지시에 따라 사용자 인터페이스(UI)로서 디스플레이 된다.
말라리아 치료 프로토콜에 대한 궁극적인 결정은 말라리아가 탐지되어야 하는 경우 현미경 채널과 신호 채널 모두의 분석을 기반으로 한다. 이 분석은 몇 분 안에 현장에서 알고리즘(예를 들어 CPU(202)에 의해 실행)에 의해 자동으로 수행되거나, 불확실한 경우, 데이터는 인터넷 상에서 전송되고, 원격으로 원격의료 제공자(280)에 의해 네트워크(200)를 통해 분석될 수 있다.
유사하게, 신호 채널은 G6PD 출력, 혈당을 포함하는 혈액으로부터 또는 소변 검사로부터 질병 및 상태의 다른 판독값을 제공하도록 구성될 수 있다. 전술한 것 중 하나 이상이, 처리 프로토콜을 결정하도록 프로그램된 CPU(202)에 의해 함께 분석된다.
이제 도 4a 및 4b를 참조하면, 도 4a 및 도 4b는 개시된 주제의 실시예에 따른 컴퓨터 구현 프로세스를 상세히 설명하는 흐름도를 나타낸다. 도 1 내지 도 3에 도시된 요소들도 참조된다. 도 4a 및 도 4b의 프로세스 및 서브 프로세스는 본 발명의 시스템에 의해 수행되는 컴퓨터화된 프로세스이며, 예를 들어 수동, 자동 또는 이들의 조합, 및 예를 들어 실시간으로 수행된다.
도 4a는 본 발명의 현미경 채널에 대한 예시적인 현미경 프로세스의 흐름도이다. 최초로 혈액 샘플을 채취되고, 전술한 마이크로유체 칩(112)과 같은 마이크로유체 칩 상에 배치되고, 마이크로유체 칩(112)을 블록(402)에서 포트(110)를 통해 베이스(100)에 위치시켜 혈액이 착색한다. 광 릴레이 시스템(광 릴레이)(214)은 블록(404)에서 마이크로유체 칩에서 착색된 혈액 샘플의 현미경 이미지가 스마트 폰의 카메라(260) 또는 독립형 장치 컨셉(102)에 도달한다. 이미지 센서 유닛(260)에서의 이미지는 블록(406)에서 디지털 데이터, 예를 들어 디지털 신호로 변환된다. 디지털 데이터는 블록(408)에서 소프트웨어 분석 모듈(264)에 의해 기계 학습 및 인공 지능(AI)을 사용하여 분석된다. 분석 모듈(264)은 블록(420)에서 질병을 보고한다. 또한 블록(420)에서, 혈액 샘플의 이미지는 스크린 디스플레이 모듈(246)을 통해 스크린 디스플레이(103)에 표시된다. 블록(408)으로부터, 처리는 블록(470)으로 이동할 수 있고, 여기서 종료된다.
블록(420)으로부터 블록(430)으로 이동하여, 시각적 이미지를 포함하는 혈액 샘플에 대한 데이터는 분석 모듈(264)에 의해 필요시 태그될 수 있다.
블록(430)으로부터, 프로세스는 시리즈(440), 시리즈(450) 및 시리즈(460)의 블록으로 정의된 3 개의 옵션적인 경로 중 하나 이상을 이동할 수 있다.
블록(430)에서 블록(440)으로 이동하면, 태그된 샘플 데이터는 예를 들어 데이터 스토리지(250)에 저장될 수 있다. 태그된 데이터는 블록(442)에서 스토리지로부터 클라우드 서버(270)와 같은 클라우드 서버로 전송될 수 있거나,블록(430)으로부터 블록(442)로 직접적으로 클라우드 서버(270)으로 전송될 수 있다. 블록(442)에서, 클라우드 서버(470)에서, 그의 기계 학습, 인공 지능(AI)을 이미지에 대한 데이터 및 진단으로 업데이트한다. 프로세스는 블록(444)으로 이동하고, 여기서 분석 모듈(264)은 이 새로운 데이터로 업데이트된다. 그 후 프로세스는 블록(470)으로 이동하고 종료된다.
옵션적인 프로세스에서, 블록(430)에서 블록(450)으로 이동하여, 태그된 샘플 데이터, 또는 저장된 태그된 샘플 데이터(블록(440)로부터)는 예를 들어 네트워크(200)를 통해 원격의료 전문가(280)에게, 예를 들면 그의 컴퓨터(280a) 또는 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터(280b) 등으로 전송될 수 있다. 블록(452)에서, 진단은 예를 들어 클라우드 서버(270)에서 또는 원격의료 제공자(280)으로부터 예를 들면 스마트 폰(102)에서 수신되고, 여기서 프로세스는 블록(470)으로 이동하여 종료된다. 클라우드 서버(270)에서 수신된 경우, 프로세스는 블록(444)로 이동하고, 여기서 분석 모듈(264)은 이 새로운 데이터로 업데이트되거나 또는 블록(460)으로 이동하여 아래와 같이 설명된다. 블록(444)으로부터, 프로세스는 블록(470)으로 이동하고, 여기서 종료된다.
블록(430) 또는 블록(452)으로부터 도달되는 블록(460)에서, GPS 태그 및 타임 스탬프에 기초한 샘플은 예를 들어 클라우드 서버(270)에 의해 옵션적으로 매핑 될 수 있다. 프로세스는 블록(462)의 옵션적인 프로세스로 이동할 수 있고, 여기서클라우드 서버(270)는 모든 테스트 결과의 맵을 제공한다. 그 후 프로세스는 블록(470)으로 이동하여 종료된다. 프로세스는 또한 블록(460)에서 블록(470)으로 이동하여 종료될 수 있다.
도 4b는 본 발명의 신호 채널에 대한 예시적인 신호 처리 프로세스의 흐름도이다. 최초, 블록(412)에서, 혈액 샘플이 얻어지고 전술한 바이오 센서 스트립(116)과 같은 바이오 센서 스트립 상에 배치된다. 바이오 센서 스트립(116)은 블록(402)에서 포트(114)를 통해 베이스(100)에 배치된다. 혈액 샘플은 전기 화학적 반응을 야기하고, 그 결과 전기 응답이 블록(414)에서 아날로그 신호(들)로서 출력되고, 이 아날로그 신호 출력은, 예를 들어, 바이오 센서 판독기(222)에 의해 판독된다. 바이오 센서 판독기(222)에 의해 증폭된 아날로그 신호 출력은 블록(416)에서 아날로그-디지털 변환기(ADC)(224)로 입력되며, 이 아날로그-디지털 변환기는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 블록(418)에서, 디지털 신호는 신호 분석 모듈(226)로 입력되고, 여기서 신호가 분석된다. 또한, 블록(420')에서, G6PD 결핍의 상태를 나타내는 그래픽 및 절대값이 스크린 디스플레이 모듈(246)을 통해 스크린 디스플레이(103) 상에 디스플레이된다. 블록(418)으로부터, 프로세스는 블록(470)으로 이동하여 종료된다.
블록(420')으로부터, 프로세스는 블록(430, 440, 442, 444, 450, 452, 460, 462)의 옵션적인 프로세스로 이동할 수 있고, 전술한 바와 같이 블록(470)에서 종료될 수 있다.
도 5a 및 5b는 현미경 채널 및 신호 채널을 통해 개시된 프로세스를 수행하기 위한 대안적인 모바일 컴퓨팅 장치(500, 500')를 나타낸다. 장치들(500, 500')은 장치(100)의 구성요소들과 동일하거나 유사한 구성요소들을 포함하고, 동일한 구성요소 번호를 가지며, 도 2의 장치(100)에서 전술한 설명에 따른다. 스크린 디스플레이 모듈(546)(장치(500)의 스크린 디스플레이(503), 예를 들어, 터치 스크린을 제어함), 위치 기반 GPS 모듈(548), 데이터 스토리지(550), 센서 IMU(552), 이미지 센서 유닛(562) 및 분석 모듈(564)을 포함한 구성요소는 도 2의 스마트 폰(102) 상의 대응하는 구성 요소와 동일하거나 유사하지만, 도 2의 200 번대가 아닌 500 번대의 요소 번호를 가지며, 도 2의 대응하는 번호가 매겨진 구성 요소에 따라 번호된다. 분석 모듈(564)은 예를 들어 이미지 식별, 인공 지능 등에 의해 스캔된 샘플을 분석하여 질병 및/또는 상태(예: 말라리아 기생충의 진단)의 존재 또는 비존재 여부 또는 측정(예: 혈당 수준 및 완전 혈액 세포 수 카운트)를 결정한다. 광 릴레이 시스템(214)은 옵션적인 것으로, 따라서 장치(500)(도 5a)는 독립 장치로서 작동 할 수 있고, 여기서 렌즈(216) 및 광 릴레이 시스템(214)이 필요하지 않으며, 또는 스마트폰 또는 기타 장치를 가진 경우 광 릴레이 시스템(214) 및 렌즈(216)가 필요할 수도 있다. 장치(500')(도 5b)는 광 릴레이 시스템(214) 및 렌즈(216)가 결여되어 있는 경우에는 따라서 단독 장치로서 배타적으로 동작한다.
도 5c는 스크린 샷(580)을 제공하는 스크린 디스플레이(503)를 포함한 독립형 유닛으로서의 장치(500')를 나타낸다.이 장치(500')는 휴대용이며 배터리로 작동되며 외부 전원 및 태양 에너지로부터 재충전하기위한 옵션을 갖는다.
도 7은 예를 들어, 치료 결정 지원(예를 들어, 치료 권고, 치료 프로토콜 등을 제공)을 위해 장치(100, 500 및 500')의 CPU(202)에 프로그래밍된 결정 다이어그램으로서의 프로세스를 나타낸다. 치료 권고 및 프로토콜은 예를 들어, 도 8A-8D에서 스크린 디스플레이(스크린 샷)(580a-580d)로 도시된 독립형 장치(500')의 스크린 디스플레이(503)상에 표시되는, 스크린 디스플레이의 사용자 인터페이스(UI)로서 나타나며, 이하에 설명된다.
프로세스의 제1 브랜치에서, 블록(702)에서 팔시파룸(Falciparum) 말라리아가 검출되면, 블록(704)에서 대상체가 저혈당증(hypoglycemic)인지 여부를 확인하기 위해 글루코스 검사가 수행된다. 만약 그렇다면, 블록(706)에서, 아르테미시닌(artemisinin) 병용 요법(ACT)에 의한 치료가 제안된다. 블록(708)에서, 프리마퀸(primaquine)이 추가 전송의 방지를 위해 사용되는 경우, 본원에 개시된 장치(100, 500, 500')를 통한 G6PD 결핍 검사가 치료 전에 사용될 수도 있다.
프로세스의 제2 브랜치에서, 비-팔시파룸 말라리아 또는 혼합 감염이 블록(712)에서 검출되는 경우, 블록(714)에서 ACT에 의한 치료가 제안되고 또는 본 발명의 장치(100, 500, 500')에 의한 클로로퀸(chloroquine) 및 G6PD 검사가 제안된다. G6PD가 음성이면, 블록(716)에서 프리마퀸 처리가 제안된다.
프로세스의 제3 브랜치에서, 팔시파룸(Falciparum)과 비-팔시파룸 말라리아에 대한 음성 검사가 있을 경우, 전술한 장치(100, 500, 500')을 사용한 검사는 블록(722)에서 환자가 높은 임상적 의심이 있는 경우 수행하는 것이 제안된다.
도 8a는 말라리아 검사 결과를 나타내고 치료 프로토콜을 제안하는 스크린 샷(580a)을 갖는 장치(500')를 나타낸다. 도 8b는 말라리아 테스트의 결과를 보여주고 CPU(202) 또는 클라우드 서버(270)로부터의 정보 및 의약품을 제공하는 스크린 샷(580b)을 갖는 장치(500')를 나타낸다. 도 8c는 백혈구 수를 상세히 설명하는 스크린 샷(580c)을 갖는 장치(500')를 나타낸다. 도 8d는 적혈구 수를 상세히 설명하는 스크린 샷(580d)을 갖는 장치(500')를 나타낸다.
전술한 장치 및 방법은 말라리아와 같은 질병에 관한 것이지만, 이들 장치는 다른 질병 상태를 진단하고, 백혈구/적혈구 수 및 백혈구 파생(differentiation)과 같은 혈액 세포 수를 진단하도록 적응될 수 있으며, 그 분석을 위해 백혈구/적혈구를 인식할 수 있도록 프로그램된 각종 모듈을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예의 방법 및/또는 시스템의 구현은 선택된 작업을 수동, 자동 또는 이들의 조합으로 수행 또는 완료하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법 및/또는 시스템의 실시예들의 실제 기구 및 장비에 따르면, 몇몇 선택된 작업은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어 또는 운영 체제를 사용하는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따라 선택된 작업을 수행하기 위한 하드웨어는 칩 또는 회로로서 구현 될 수 있다. 소프트웨어로서, 본 발명의 실시예에 따른 선택된 작업은 임의의 적절한 운영 체제를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 복수의 소프트웨어 명령으로서 구현될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 본 명세서에 기술된 방법 및/또는 시스템의 예시적인 실시예에 따른 하나 이상의 작업은 복수의 명령을 실행하기 위한 컴퓨팅 플랫폼과 같은 데이터 프로세서에 의해 수행된다. 선택적으로, 데이터 프로세서는 명령 및/또는 데이터를 저장하기 위한 휘발성 메모리, 및/또는 명령 및/또는 데이터을 저장하기위한 자기 하드디스크 및/또는 제거가능한 매체와 같은 비일시적 저장 매체와 같은 비휘발성 스토리지를 포함한다. 필요에 따라, 네트워크 연결도 제공된다. 키보드 및 마우스 또는 프린터와 같은 디스플레이 및/또는 사용자 입력 장치도 필요에 따라로 제공될 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 비 일시적 컴퓨터 판독 가능(저장) 매체(들)의 임의의 조합이 본 발명의 앞서 열거된 실시예들에 따라 이용될 수 있다. 비 일시적 컴퓨터 판독 가능(저장) 매체는 컴퓨터 판독 가능 신호 매체 또는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선 또는 반도체 시스템, 장치 또는 장치, 또는 전술한 것들의 임의의 적절한 조합일 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 보다 구체적인 예(비제 한리스트)는: 하나 이상의 와이어를 갖는 전기적 접속, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 소거가능 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광섬유, 휴대용 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM), 광학 저장 장치, 자기 저장 장치, 또는 전술한 것들의 임의의 적절한 조합을 포함한다. 본 명세서의 맥락에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 명령 실행 시스템, 장비 또는 장치에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 포함하거나 저장할 수 있는 임의 유형의 매체일 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 신호 매체는 예를 들어 기저 대역(baseband) 또는 반송파의 일부로서 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드가 구현된 전파 데이터 신호를 포함할 수 있다. 이러한 전파 신호는 전자기, 광 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함하지만 이는 이에 제한되는 것은 아니며 임의의 다양한 형태를 취할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 신호 매체는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 아니며 명령 실행 시스템, 장비 또는 장치에 의해 또는 이와 관련하여 사용하기 위한 프로그램을 통신, 전파 또는 전송할 수 있는 임의의 컴퓨터 판독 가능 매체일 수 있다.
전술한 단락 및 참조된 도면을 참조하여 이해되는 바와 같이, 컴퓨터로 구현되는 방법의 다양한 실시예가 본 명세서에 제공되며, 이 중 일부는 본 명세서에 설명된 장치 및 시스템의 다양한 실시예에 의해 수행될 수 있고, 일부는 본 명세서에 기술된 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 명령에 따라 수행될 수 있다. 여전히, 본 명세서에 제공된 컴퓨터로 구현되는 방법의 일부 실시예는 다른 장치 또는 시스템에 의해 수행될 수 있고, 당업자에게 명백한 바와 같이, 여기에 설명된 것 이외의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 명령에 따라 수행될 수 있다. 다음의 컴퓨터 구현 방법과 관련된 시스템 및 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 대한 어떠한 언급도 설명을 목적으로 제공되며, 전술한 컴퓨터 구현 방법의 실시 예에 관한 그런 시스템 및 그런 비 일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 제한하고자 하는 것은 아니다. 유사하게, 시스템 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 대한 다음의 컴퓨터 구현 방법에 대한 어느 언급도 예시를 위한 목적으로 제공되면 그와 같은 컴퓨터 구현 방법을 제한하도록 의도되지 않는다.
도면에서 흐름도 및 블록도는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 구현가능한 아키텍처, 기능 및 동작을 나타낸다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 블록도의 각 블록은 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 이는 특정 논리 기능을 구현하기 위한 하나 이상의 실행가능 명령어를 포함한다. 일부 대안적인 구현에서, 블록에서 언급된 기능들은 도면들에서 언급된 순서를 벗어나 발생할 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 연속으로 도시된 2개의 블록은 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 또는 관련된 기능에 따라 블록이 때로는 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 블록도 및/또는 흐름도의 각 블록 및 블록도 및/또는 흐름도의 블록의 조합은 특정 기능 또는 동작을 수행하는 특수 목적의 하드웨어 기반 시스템에 의해 구현될 수 있으며, 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령의 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들의 설명은 예시를 위한 목적으로 제안되었지만, 개시된 실시예들로 제한되도록 의도되지 않는다. 기술된 실시예의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 많은 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 자명한 사항이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들의 원리, 시장에서 발견된 기술들에 대한 실질적인 응용 또는 기술 개선을 가장 잘 설명하거나 당업자가 본 명세서에 개시된 실시예들을 이해시킬 수 있도록 하기 위해 선택되었다.
본 명세서에서 사용 된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥 상 명백하게 다르게 지시되지 않는 한 복수의 기준도 포함한다.
"예시적인"이라는 단어는 본 명세서에서 "예, 실례 또는 예시로서 제공"을 의미하는 것으로 사용된다. "예시적인"으로 설명된 임의의 실시예는 반드시 다른 실시예보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되거나 및/또는 다른 실시예로부터 특징을 내포하는 것을 배제하는 것은 아니다.
발명의 명확성을 위해, 별도의 실시예들과 관련하여 설명된 본 발명의 특정 특징들은 또한 단일 실시예에서 조합하여 제공될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 반대로, 간결하게, 단일 실시예와 관련하여 설명된 본 발명의 다양한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위조합으로 또는 본 발명의 임의의 다른 실시예에서 적합하게 제공될 수 있다. 다양한 실시예들과 관련하여 설명된 특정 특징들은 실시예들이 그러한 요소들없이 동작하지 않는 한, 이들 실시예들의 필수 특징으로 간주되지 않아야 한다.
그 일부분을 포함하는 전술한 프로세스는 소프트웨어, 하드웨어 및 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 이들 프로세스 및 그 부분은 컴퓨터, 컴퓨터형 장치, 워크 스테이션, 프로세서, 마이크로 프로세서, 다른 전자 검색 툴 및 메모리 및 이와 관련된 다른 비 일시적 저장형 장치에 의해 수행될 수 있다. 프로세스 및 그 부분은 또한 프로그램 가능한 비 일시적 저장 매체, 예를 들어 컴팩트 디스크(CD) 또는 자기, 광학 등을 포함하는 기타 디스크, 기계 등에 의해 판독 가능하거나 다른 컴퓨터 사용 가능한 저장 매체로 구현될 수 있으며, 자기, 광학 또는 반도체 저장 스토리지 또는 기타 전자 신호 소스를 포함한다.
본 명세서의 구성 요소를 포함하는 프로세스(방법) 및 시스템은 특정 하드웨어 및 소프트웨어를 예시적으로 참조하여 설명되었다. 프로세스들(방법들)은 예시로서 기술되었으며, 이에 의해 특정 단계들 및 그들의 순서는 당업자들에 의해 생략 및/또는 변경되어 이들 실시예가 과도한 실험없이 실시되도록 감소시킬 수 있다. 프로세스(방법) 및 시스템은 당업자가 과도한 실험없이 종래의 기술을 사용하여 실시하기 위해 임의의 실시예를 감소시키기 위해 필요할 수 있는 다른 하드웨어 및 소프트웨어를 용이하게 적응시킬 수 있는 방식으로 설명되었다.
본 발명이 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 많은 대안, 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 자명하다. 따라서, 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위에 포함하는 모든 대안, 수정 및 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (23)

  1. 디스플레이상에서 관찰가능하고 현미경검사용 샘플의 이미지를 제공하도록 구성되는 이미징 채널로서, 샘플의 이미지를 스캐닝하고, 스캔된 이미지로부터 질병 상태 결정 또는 테스트 결과를 포함하는 진단을 제공하도록 구성되는 분석 모듈을 포함하는 이미징 채널; 및
    질병 상태 결정 또는 테스트 결과를 포함하는 진단을 제공하도록, 샘플에 반응한 전극으로부터 방출된 전기 화학 반응에 기초하여 수신된 신호를 분석하기 위한 신호 분석기를 포함하는 신호 채널을 포함하는
    진단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    분석 모듈은: 혈액 세포 수, P. flciparum, P. vivax , P. 말라리아, P. ovale, P. knowlesi를 포함하는 말라리아 기생충 및 질병 상태를 포함하는 말라리아 기생충, 완전 혈액 세포 수(complete blood cell counts, CBC), 재발열 및 필라리아(relapsing fever and Filarias)를 포함한 다중-기생충, 결핵, 자궁경부 세부진 검사, 소변 검사, 결핵 가래, 및 가축 질환 중 하나 이상의 테스트 결과를 제공하도록 스캔된 이미지를 분석하도록 구성된
    진단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    샘플을 확대 및 스캐닝하기 위한 광 기계 시스템을 더 포함하고, 광 기계 시스템은 분석 모듈과 통신하는
    진단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    제공된 진단된 질병 상태에 대한 치료를 제공하도록 프로그램된 프로세서를 더 포함하고, 프로세서는 분석 모듈과 통신하는
    진단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    제공된 진단된 질병 상태에 대한 치료를 결정하도록 프로그램된 프로세서를 포함하고, 프로세서는 분석 모듈 및 신호 분석기와 통신하는
    진단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    이미징 채널 및 신호 채널은 제공된 진단을 실시간으로 출력하도록 구성되는
    진단 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 이미징 채널 및 신호 채널과 통신하는 디스플레이를 포함하는
    진단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디스플레이는, 1) 스크린 디스플레이, 및 2) 외부 컴퓨터 장치의 디스플레이 스크린 상에 그래픽을 디스플레이 하기 위해 외부 컴퓨터 장치의 이미지 센서와 통신하도록 구성된 디스플레이 출력 중 하나 이상을 포함하는
    진단 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 이미징 채널은 샘플을 수용하기위한 제1 단부 및 대향하여 배치된 디스플레이와 관련한 제2 단부를 포함하는
    진단 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    신호 분석기와 통신하는 아날로그-디지털 신호 변환기(ADC); 및
    상기 샘플과 반응한 전극으로부터 방출된 전기 화학 신호를 판독하기 위한 신호 판독기 - 신호 판독기는 ADC와 통신함- ;를 더 포함하는
    진단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 분석기는: G6PD 출력, 혈당 수준으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 진단 및 테스트 결과를 제공하기 위해 신호를 분석하도록 구성되는
    진단 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    디스플레이에 데이터를 전송하도록 프로그램된 프로세서를 더 포함하고, 디스플레이에 데이터를 전송하는 것은 사용자 인터페이스(User Interface, UI)를 통해 질병 상태를 제공하도록 하는
    진단 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 이미징 채널 또는 상기 신호 채널 중 적어도 하나와 통신하는 위치 모듈을 더 포함하고,
    위치 모듈은, 질병 상태 검출 GPS(Global Positioning System) 매핑을 수행한 GPS로부터 획득되는 실시간 위치 표시를 디스플레이하도록 구성되고,
    진단 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    이미징 채널에서 이미지로서 렌더링되는 샘플을 유지하는 마이크로유체 칩을 수용하기 위한 제1 포트; 및
    신호 채널에서 샘플을 유지하는 전극을 수용하기 위한 제 2 포트를 더 포함하는
    진단 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 포트에 수용하기 위한 샘플 준비를 위한 마이크로유체 칩을 더 포함하는
    진단 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    제2 포트에 수용하기 위해 샘플에 의해 접촉될 때 전기 화학적 응답을 생성하기 위한 전극을 포함하는 바이오 센서를 더 포함하는
    진단 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    샘플은 동일한 샘플의 일부를 포함하고, 샘플은 혈액, 소변, 조직, 또는 체액 중 적어도 하나를 포함하는
    진단 장치.
  18. 제15항에 있어서, 마이크로유체 칩은 샘플을 착색제, 영상 증강제(imaging enhancers) 및 팽창제(dilatants) 중 적어도 하나와 혼합하도록 구성되는
    진단 장치.
  19. 디스플레이상에서 샘플 이미지 관찰을 위해 디스플레이를 포함하는 장치의 이미징 채널, 및 현미경검사에 의해 질병 상태의 존재 또는 테스트 결과를 결정하기 위해 샘플의 이미지를 스캐닝하도록 구성된 분석 모듈에 샘플을 제공하는 단계; 및
    장치의 신호 채널에 샘플을 제공하는 단계로서, 장치는 신호 분석기를 포함하고, 신호 분석기는 질병 상태의 존재 또는 테스트 결과를 결정하기 위해, 샘플에 반응한 전극으로부터 방출된 전기 화학 반응에 기초하여 수신된 신호를 분석하는, 단계를 포함하는
    질병 상태 분석 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    신호 분석기에 의해 검출된 질병 상태에 관한 정보는 디스플레이에 출력되는
    질병 상태 분석 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    이미징 채널에 제공된 샘플 및 신호 채널에 제공된 샘플은 동일한 샘플 또는 다른 샘플의 부분을 포함하고, 동일한 샘플 또는 다른 샘플은 혈액, 소변, 결핵 객담, 조직 또는 체액 중 적어도 하나를 포함하는
    질병 상태 분석 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 방법은 장치 및 상기 장치의 분석 모듈에 의해 자동으로 수행되는
    질병 상태 분석 방법.
  23. 삭제
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