KR20120129383A - 석면섬유 자동계수 장치, 방법 및 그에 사용되는 슬라이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 이송시키면서 상기 시료에 대한 영상을 획득하는 단계; 상기 획득된 영상의 배경을 평균화하는 단계; 상기 배경이 평균화된 영상을 흑백으로 이원화하는 단계; 상기 이원화된 영상에 포함된 입자 중에서 석면섬유를 데이터로 추출하는 단계; 및 상기 데이터로부터 석면섬유를 계수하는 단계;를 포함하는 석면섬유 자동계수 방법 및 그에 관한 장치를 제공하여, 석면 계수를 위한 분석에 소요되는 시간 및 노력을 줄이고 검출의 정확도를 높일 수 있다.

Description

석면섬유 자동계수 장치, 방법 및 그에 사용되는 슬라이드{Method and Apparatus for Automated Counting of Asbestos Fibers and Slide thereof}

본 발명은 석면섬유 자동계수 장치와 자동계수 방법 및 그에 사용되는 슬라이드에 관한 것이다.

석면은 내열성이 우수한 특성을 가지고 있어 빌딩 등의 건축 재료나 자동차의 브레이크 패드 등에 많이 사용되고 있다. 그러나 석면이 공기 중에 비산되어 인체 내에 흡입된다면 폐암 등의 병을 일으키기 때문에 석면에 의한 피해가 사회 문제로 되고 있다. 더욱이 석면을 사용한 건축물 등의 해체 작업이 향후 계속 증가할 것으로 예상되기 때문에 대기 중의 석면의 농도 추이 등을 파악하는 것이 중요해지고 있다.

종래 대기 중의 석면의 농도를 파악하기 위한 석면 검출법으로는 위상차현미경법, 편광현미경법, 엑스선회절법, 전자현미경법 등이 있다. 특히 위상차현미경법의 경우 가장 간단한 방법으로 널리 사용되고 있으나 석면의 감별이 어렵고 검사자가 육안으로 직접 판별하기 때문에 검사자의 주관적인 판단에 따라 부정확한 결과를 초래할 수 있으며 크기가 작은 석면을 검출하기 힘든 단점이 있다.

전자현미경법이나 그 밖의 방법들은 비교적 정확하다는 장점이 있으나 고가의 장비를 사용해야 하며 시간과 노동력이 많이 소요되는 문제점이 있다.

한편, 종래 석면 검출법에서는 대기 중에서 포집한 시료를 슬라이드에 담아 상기 슬라이드를 장비를 통해 관찰함으로써 석면을 검출 또는 계수하였는데, 상기 슬라이드에는 석면 외에 대기 중에 부유하는 여러 종류의 먼지가 다량 포함되어 있음으로써 석면의 검출 또는 계수에 한계가 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 이송시키면서 상기 슬라이드에 존재하는 석면섬유를 자동 계수하는 장치 및 방법과 그에 사용되는 슬라이드를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 장치는 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 일정거리 간격으로 단속적으로 이송시키는 구동부; 상기 구동부가 단속적으로 작동을 시작할 때마다 발생하는 신호를 입력받아 상기 입력 신호를 일정시간 지연시키는 신호지연부; 상기 신호지연부에 의해 지연된 지연 신호를 입력받는 트리거 연결부; 상기 트리거 연결부를 통해 입력된 지연 신호에 따라 상기 슬라이드를 촬영하는 촬영부; 및 상기 촬영부에 의해 획득한 영상을 처리하여 상기 슬라이드에 존재하는 석면섬유를 데이터로 추출하여 계수하도록 하는 영상처리부;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 지연신호부는 상기 입력 신호를 증폭하여 TTL 신호를 발생시키는 파형발생기를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 방법은 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 이송시키면서 상기 시료에 대한 영상을 획득하는 단계; 상기 획득된 영상의 배경을 평균화하는 단계; 상기 배경이 평균화된 영상을 흑백으로 이원화하는 단계; 상기 이원화된 영상에 포함된 입자 중에서 석면섬유를 데이터로 추출하는 단계; 및 상기 데이터로부터 석면섬유를 계수하는 단계;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 석면섬유를 데이터로 추출하는 단계는, 상기 입자 중에서 일정 종횡비 이상의 입자를 검출하는 종횡비 데이터 검출 단계; 및 상기 종횡비 검출 단계를 통해 검출된 입자 중에서 일정 길이 이상의 입자를 검출하는 길이 데이터 검출 단계;를 포함함으로써 석면 섬유 검출의 정확도를 높인다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 배경이 평균화된 영상을 흑백으로 이원화하는 단계는, 상기 평균화된 배경과 입자를 각각 흑색과 백색 또는 백색과 흑색으로 이원화하는 것을 특징함으로써 영상의 배경 부분과 입자 부분이 더욱 구분된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 방법은 석면에만 특이적으로 결합하는 단백질과 석면이 결합된 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 이송시키면서 상기 시료에 대한 영상을 획득하는 단계; 상기 획득된 영상에 포함된 입자 중에서 석면섬유를 데이터로 추출하는 단계; 및 상기 데이터로부터 석면섬유를 계수하는 단계;를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 영상을 획득하는 단계는, 석면에만 특이적으로 결합하는 단백질을 슬라이드에 도포한 후 공기 또는 석면이 포함된 시료 용액 중에 노출시키는 단계; 상기 공기 또는 석면 시료 용액 중에 노출된 슬라이드를 증류수 용액으로 씻어내어 상기 슬라이드에 부착된 먼지 등의 이물질을 제거하는 단계; 및 상기 이물질이 제거된 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 이송시키면서 상기 시료에 대한 영상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징한다.

한편 본 발명의 다른 국면은, 석면에만 특이적으로 결합하는 단백질과 석면이 결합된 석면섬유 시료를 담고 있는 석면섬유 자동계수를 위한 슬라이드로서, 상기 석면에만 특이적으로 결합하는 단백질을 슬라이드에 이용함으로써 석면섬유의 선택적 검출 기능을 부여하고 석면섬유 자동 계수의 정확도를 더욱 높인다.

본 발명에 따르면, 석면의 영상을 분석하여 석면섬유를 자동계수 함으로써 석면섬유 계수를 위한 분석에 소요되는 시간 및 노력을 줄이고 검출의 정확도를 높일 수 있으며, 종래와 다른 검출 슬라이드를 사용함으로써 석면섬유 검출의 선택성과 정확도를 더욱 높일 수 있다.

도1은 본 발명의 석면섬유 자동계수를 위한 장치를 나타낸 구성도이다.
도2a 및 2b는 본 발명의 구동부와 촬영부의 동기화를 설명하기 위한 블럭도 및 신호 타이밍도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 방법을 나타낸 흐름도이다.
도4a 내지 4c는 본 발명에 따른 영상의 이원화 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따라 추출된 석면섬유 데이터를 나타낸 도면이다.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 방법을 나타낸 흐름도이다.
도7은 슬라이드에 도포된 단백질에 석면섬유가 결합된 것을 개념적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

도1은 본 발명에 따른 석면섬유 자동계수를 위한 장치를 나타낸 구성도로서, 본 발명의 석면섬유 자동계수 장치(100)는 석면섬유 시료(10)를 담고 있는 슬라이드(20)가 고정되는 고정대(110), 상기 고정대(110)를 이송시키는 이송부(120), 상기 이송부(120)를 일정거리 간격으로 단속적으로 이송시키는 구동부(130), 상기 슬라이드(20)의 상측에 설치되어 상기 시료(10)를 촬영하는 촬영부(140) 및 상기 촬영부에 의해 획득한 영상을 처리하는 영상처리부(150)를 포함한다. 도1에 도시된 바와 같이, 촬영부(140)는 광의 조사를 통해 선명을 영상을 획득하기 위하여 경통(142)의 하단에 설치되는 조명부(145)을 더 포함할 수 있다. 조명부(145)는 원반형태로 이루어질 수 있고, 일례로 경통(142) 주위로 다수로 배열되도록 설치되는 LED가 사용될 수 있다. 또한, 조명부(145)는 시료(10)의 하부에 설치될 수도 있다.

도1을 참조하여 상기 석면섬유 자동계수 장치의 동작 과정을 설명하면, 공기 중에서 포집한 석면섬유 시료(10)를 슬라이드(20)에 담아 상기 고정대(110)에 고정한다. 상기 고정대(110)는 X축 및 Y축 방향으로 이송되는 제1 및 제2 스테이지(121, 122)로 구성된 이송부(120) 위에 놓여 상기 이송부(120)의 움직임에 따라 상기 슬라이드(20)를 X축 및 Y축 방향으로 이송시키는 기능을 한다. 상기 구동부(130)는 상기 제1 및 제2 스테이지(121, 122)를 각각 X축 및 Y축 방향으로 이송시키는데, 상기 구동부(130)는 일반적인 액추에이터가 사용될 수 있다.

상기 구동부(130)는 상기 제1 및 제2 스테이지(121, 122)를 일정거리 간격으로 단속적으로 움직이는데, 상기 구동부(130)가 단속적으로 작동을 시작할 때마다 발생하는 신호에 따라 상기 촬영부(140)가 상기 시료를 촬영하여 지속적으로 상기 시료(10)에 대한 영상을 획득한다. 상기 촬영부(140)를 통해 획득한 영상들은 상기 영상처리부(150)에서 처리되고, 상기 영상처리부(150)에서 처리된 영상을 분석하여 상기 시료(10)에 포함된 석면섬유를 데이터로 추출함으로써 상기 시료(10)에 포함된 석면섬유를 자동 계수한다.

도2a 및 2b는 본 발명에 따른 석면섬유 자동계수를 위한 장치에 있어서, 상기 구동부(130)와 상기 촬영부(140)의 동기화를 설명하기 위한 블럭도 및 신호 타이밍도이다.

도2a 및 2b를 참조하면, 상기 구동부(130)가 상기 제1 스테이지(121)를 X축 방향의 일정거리 간격으로 단속적으로 이송시키면, 상기 제1 스테이지(121)의 단속적인 움직임마다 상기 촬영부(140)의 트리거가 작동하여 지속적으로 영상을 촬영한다. 이때, 상기 구동부(130)가 단속적으로 작동을 시작할 때마다 발생하는 2V의 구형파 신호(구동부 입력신호)는 신호지연부(210)에 입력되어 일정시간(t), 예를 들어 0.5초 지연된 후 지연신호를 생성하고, 상기 지연신호는 트리거 연결부(220)를 통해 촬영부(140)를 트리거함으로써 상기 시료(10)를 촬영하게 된다. 여기서, 상기 신호지연부(210)는 파형발생기(미도시)를 통해 상기 구동부 입력신호를 증폭하여 TTL 신호로 증폭함으로써 상기 지연신호를 생성한다.

이처럼, 상기 지연신호를 통해 상기 촬영부(140)를 트리거함으로써 상기 구동부(130)와 상기 촬영부(140)의 동기화를 이루는데, 이는 상기 구동부(130)를 통한 상기 제1 스테이지(121)의 단속적인 움직임이 끝난 후 상기 촬영부(140)에서 정지 영상을 촬영하게 함으로써 더욱 선명한 정지 영상을 얻기 위함이다.

상기 제1 스테이지(121)를 X축 방향으로 단속적으로 움직여 상기 제1 스테이지(121)가 X축 말단에 위치하게 되면 상기 제2 스테이지(122)를 Y축으로 일정거리 움직이고, 다시 상기 제1 스테이지(121)를 -X축 방향으로 단속적으로 움직이면서 상기 시료(10)의 정지 영상을 지속적으로 획득한다. 이러한 상기 제1 및 제2 스테이지(121, 122)의 반복적인 움직임과 그 때마다의 정지 영상 촬영을 통해 상기 슬라이드(20)에 담고 있는 시료(10)에 대한 전체적인 영상을 획득할 수 있다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 방법을 나타낸 흐름도로서, 도3을 참조하여 본 발명의 석면섬유 자동계수 방법을 상세히 설명한다.

상기 고정대(110)에 고정된 석면섬유 시료(10)를 담고 있는 슬라이드(20)를 X축 및 Y축 방향으로 움직이면서 상기 시료(10)에 대한 영상을 획득한다(S310).

다음으로, 상기 획득된 영상의 배경을 평균화함으로써(S320), 상기 획득된 영상에 포함된 입자 부분과 배경의 구분을 명확히 한다. 상기 획득된 영상의 평균화 작업은 예를 들어 다음과 같은 방법이 사용될 수 있는데, 전체 영상을 소정 크기의 격자로 구획하고, 구획된 각 격자 내 화소값의 변화량을 산출한 다음, 산출된 화소값의 변화량이 소정의 값 이하인 격자를 배경후보격자로 선출한다. 그다음, 선출된 배경후보격자들의 밝기값을 평균값으로 조절한 다음, 상기 배경후보격자들을 그루핑(grouping)하여 배경영역을 추출함으로써 상기 획득된 영상의 배경을 평균화한다.

다음으로, 상기 배경이 평균화된 영상을 흑백으로 이원화하는데(S330), 이때 상기 평균화된 배경을 흑색으로 하는 경우 상기 영상에 포함된 입자 부분은 백색으로 하고, 반대로 상기 평균화된 배경을 백색으로 하는 경우 상기 입자부분은 흑색으로 한다. 도4a는 본 발명에 따른 영상의 이원화 과정을 거치기 전의 시료(10)에 대한 획득 영상이고, 도4b 및 도4c는 이원화 과정을 거친 후의 획득 영상인데, 도4b는 배경 및 입자 부분을 각각 백색 및 흑색으로 이원화한 것이고, 도4c는 배경 및 입자 부분을 각각 흑색 및 백색으로 이원화한 것으로써, 본 발명에 따른 영상의 이원화 과정을 거친 후에 석면섬유를 포함하는 입자들을 더욱 선명하게 구분할 수 있음을 알 수 있다.

다음으로, 상기 이원화된 영상에 포함된 입자 중에서 석면섬유를 데이터로 추출하고(S340), 그 데이터로부터 석면섬유를 자동으로 계수한다(S350).

도5는 본 발명에 따라 추출된 석면섬유 데이터를 나타낸 도면으로서, 도4b의 입자 부분 중에서, 일정 종횡비 이상(예를 들어, 길이 대 직경비가 3:1)의 입자를 검출하고, 상기 종횡비 검출 단계를 통해 검출된 입자 중에서 일정 길이(예를 들어, 5㎛) 이상의 입자를 추출함으로써 석면섬유 데이터를 추출할 수 있고, 이를 자동화된 프로그램을 통해 계수함으로써 최종적으로 시료(10)에 포함된 석면섬유의 개수를 계수할 수 있다.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 방법을 나타낸 흐름도로서, 도6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 방법을 상세히 설명한다.

먼저 석면에만 특이적으로 결합하는 단백질을 슬라이드(700)에 도포한다(S610). 석면에만 특이적으로 결합하는 단백질의 예로서 백석면에 부착하는 DksA 단백질이 있는데, 상기 슬라이드(700)의 표면을 산성 용액으로 처리하여 슬라이드(700) 표면의 작용기를 활성화시킨 후, 상기 DksA 단백질을 상기 슬라이드(700) 표면에 도포하면 상기 슬라이드(700) 표면이 단백질 성분으로 코팅된다. 상기 단백질은 상기 슬라이드에 잉크젯 프린팅 기술 또는 micro-contacting 기술 등을 이용해 특정한 패턴을 가지도록 도포할 수 있다.

다음으로, 상기 단백질 성분으로 도포된 슬라이드(700)를 공기 또는 석면시료 용액 중에 노출시켜 공기 또는 석면 시료 용액 중에 부유하는 석면섬유 입자를 상기 슬라이드(700)에 포집한다(S620).

다음으로, 석면섬유 입자를 포집한 상기 슬라이드(700)를 증류수 용액으로 씻어내어(wash-out) 상기 슬라이드(700)에 부착된 먼지를 제거한다(S630). 공기 또는 석면 시료 용액 중에서 포집한 입자에는 다량의 먼지가 존재하기 때문에 본 과정을 통해 먼지를 제거하면 상기 슬라이드(700)에는 단백질에만 특이적으로 결합된 석면섬유만 남게 되는데, 이는 먼지를 석면섬유로 인식할 확률을 제거함으로써 석면섬유의 검출을 더욱 선택적으로 정확하게 하는데 일조한다.

도7은 상기 슬라이드(700)에 도포된 단백질에 석면섬유가 결합된 것을 개념적으로 나타낸 도면으로서, 단백질의 작용기에 석면의 끝단이 결합됨으로써 용액으로 상기 슬라이드(700)의 표면을 씻어내더라도 상기 석면섬유는 씻겨 내려가지 않고 상기 단백질에 결합되지 않은 먼지만 씻겨 내려가게 된다.

한편, 상기 슬라이드(700)를 씻어내는 용액으로는 물을 사용할 수 있다.

다음으로, 상기 먼지가 제거된 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드(700)를 고정대(110)에 고정한 후 이송시키면서 상기 시료에 대한 영상을 획득한다(S640).

다음으로, 상기 획득된 영상에 포함된 입자 중에서 석면섬유를 데이터로 추출하고(S650), 그 데이터로부터 석면섬유를 자동으로 계수함으로써(S660), 본 발명의 다른 실시예에 따른 석면섬유 자동계수 과정을 마친다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10: 시료 20,700: 슬라이드
100: 석면섬유 자동계수 장치 110: 고정대
120: 이송부 130: 구동부
140: 촬영부 150: 영상처리부
210: 신호지연부 220: 트리거 연결부

Claims (5)

1. 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 일정거리 간격으로 단속적으로 이송시키는 구동부;
   상기 구동부가 단속적으로 작동을 시작할 때마다 발생하는 신호를 입력받아 상기 입력 신호를 증폭하여 TTL 신호를 발생시키는 파형발생기를 구비하여, 상기 입력 신호를 일정시간 지연시키는 신호지연부;
   상기 신호지연부에 의해 지연된 지연 신호를 입력받는 트리거 연결부;
   상기 트리거 연결부를 통해 입력된 지연 신호에 따라 상기 슬라이드를 촬영하는 촬영부; 및
   상기 촬영부에 의해 획득한 영상을 처리하여 상기 슬라이드에 존재하는 석면섬유를 데이터로 추출하여 계수하도록 하는 영상처리부;를 포함하는 석면섬유 자동계수 장치.
2. 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 이송시키면서 상기 시료에 대한 영상을 획득하는 단계;
   상기 획득된 영상의 배경을 평균화하는 단계;
   상기 배경이 평균화된 영상을 흑백으로 이원화하는 단계;
   상기 이원화된 영상에 포함된 입자 중에서 석면섬유를 데이터로 추출하는 단계; 및
   상기 데이터로부터 석면섬유를 계수하는 단계;를 포함하는 석면섬유 자동계수 방법.
3. 석면에만 특이적으로 결합하는 단백질과 석면이 결합된 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 이송시키면서 상기 시료에 대한 영상을 획득하는 단계;
   상기 획득된 영상에 포함된 입자 중에서 석면섬유를 데이터로 추출하는 단계;및
   상기 데이터로부터 석면섬유를 계수하는 단계;를 포함하는 석면섬유 자동계수 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 영상을 획득하는 단계는,
   석면에만 특이적으로 결합하는 단백질을 슬라이드에 도포한 후 공기 또는 석면 시료 용액 중에 노출시키는 단계;
   상기 공기 또는 석면 시료 용액 중에 노출된 슬라이드를 증류수 용액으로 씻어내어 상기 슬라이드에 부착된 먼지를 제거하는 단계; 및
   상기 먼지가 제거된 석면섬유 시료를 담고 있는 슬라이드를 이송시키면서 상기 시료에 대한 영상을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석면섬유 자동계수 방법.
5. 석면에만 특이적으로 결합하는 단백질과 석면이 결합된 석면섬유 시료를 담고 있는 석면섬유 자동계수를 위한 슬라이드.
   
   

Images