KR20140045802A - 시료 내 분석물의 측정 방법 및 측정 시스템 - Google Patents

시료 내 분석물의 측정 방법 및 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) (i) 시료가 적용되어 정색반응(color reaction)이 발생하도록 유도하는 정색반응 수단 및 (ii) 소정(pre-determined)의 색상을 갖는 색상 보정용 대조수단을 포함하는 반응 디바이스에 시료를 적용하여 상기 정색반응 수단에서 정색반응이 발생하도록 유도하는 단계; (b) 디지털 촬상장치로 상기 디바이스에서의 상기 색상 보정용 대조수단의 이미지로서의 제1이미지 및 상기 정색반응의 결과의 이미지로서의 제2이미지를 포함하는 대조-결과 동기적 이미지(reference-result synchronized image)를 하나의 이미지로 동시에 얻는 단계; 상기 제1이미지 및 제2이미지는 동일한 광(light) 환경 하에서 동시에 하나의 이미지로 얻으며, (c) 상기 대조-결과 동기적 이미지에 있는 제1이미지 및 제2이미지를 비교하여 상기 제2이미지의 색상을 보정(calibration)하는 단계; 및 (d) 상기 보정된 제2이미지의 색상으로부터 상기 시료 내 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 얻는 단계를 포함하는 시료 내 분석물의 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 시료 내 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 간편하고 정확하게 도출할 수 있다.

Description

시료 내 분석물의 측정 방법 및 측정 시스템{Method and System for Measurement of Analytes in Samples}
본 발명은 디지털 촬상장치를 이용한 시료 내 분석물의 측정 방법 및 측정 시스템에 관한 것이다.
물질을 분석하기 위한 방법으로는 가스 크로마토그래피(Gas Chromatography), 질량 분석(Mass Spectrometry), 고속 액체 크로마토그래피(High-Performance Liquid Chromatography), 얇은 막 크로마토그래피(Thin-Layer Chromatography), 전기영동(Electrophoresis), 전기화학(Electrochemistry), 적외선 분광법(Infrared Spectroscopy), 라만 분광법(Raman Spectroscopy), X-선 분광법(X-ray Flourescene), 자외선/가시광선 분광법(Ultraviolet/Visible Spectroscopy) 등이 있으며, 이러한 분석 방법들은 자연과학이나 공학 연구 및 의료, 제약, 환경 등과 같은 산업 분야에 널리 이용되고 있다.
상기의 분석 방법들은 대부분 고가의 장비가 필요하고 사용 방법이 어려우며 소형화 내지 휴대용으로 적용하기 어려운 단점을 지니고 있다. 이에 비해 전기화학적 방법은 저렴한 가격에 손쉽게 측정하고 휴대할 수 있다는 장점이 있어 이미 혈당 검사에 적용되어 상용화 되었다. 그러나 전기화학적 방법은 전자를 생성시킬 수 있는 반응에만 적용되기 때문에 그 활용도가 한정되어 있다는 단점이 있다.
한편, 물체에 투과, 반사, 굴절되는 복사 에너지를 파장의 함수로 측정하는 광학적 검출 방법은 전기화학적 측정방법과 마찬가지로 사용이 쉽고 정확하며, 저렴한 가격과 소형화 내지 휴대화가 용이할 뿐만 아니라, 매우 다양한 반응을 이용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 원리를 이용하는 분석 방법은 화학, 물리학, 생화학, 면역학, 효소학, 분자생물학, 식품학 등 매우 다양하게 적용되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-0384795호에서는 분광 광도계를 이용하여 키네틱 타입으로 발색반응을 측정하는 분석 기술에 대해 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허공보 제10-0251999호에서는 스트립 형태의 반응 물질을 가시광선 등의 전자기 방사를 이용하여 분석 결과를 판독하는 방법에 대해 개시하고 있다. 대한민국 등록특허공보 제10-1092351호, 미국등록특허 US7538336, 미국등록특허 US7803322, 미국등록특허 US7267799 및 미국공개특허 US20030049849A1에서는 스트립 형태의 반응 결과물을 반사율로 측정하는 방법에 대해 개시하고 있다. 상기 분석 방법은 흡광이나 반사율에 대한 분석 결과를 판독하는데, 특정한 형태의 디바이스에 분석 결과물을 기기 내부에 삽입해야 하기 때문에 범용성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 미국등록특허 US6586257에서는 멀티웰에서 나타나는 발색, 형광, 화학발광을 스캐닝하여 분석하는 시스템에 대해 설명하고 있으나, 고가의 장비와 전문적인 지식이 필요하기 때문에 손쉽게 사용하기 어렵다는 단점이 있다.
상기의 분석 방법 및 시스템들은 적어도 하나 이상의 광원이 포함된 장치를 사용하며, 고상 또는 액상의 반응을 스트립이나 튜브 형태의 특정 디바이스에서 정색(color reaction)이나 표지체 침착(label deposition) 반응을 유발시킨 후 기기 내에 반응 디바이스를 삽입하여 외부 빛이 차단된 상태에서 측정하고 있다. 이러한 분석 방법은 특정한 형태의 디바이스를 사용하고, 분석기기가 이를 측정하기 때문에 디바이스 형태가 다를 경우 적용하기 어려운 단점이 있다. 따라서 여러 종류의 검사를 위해서는 각 검사에 맞는 분석기기를 각각 구입해야 하고, 측정 결과도 각각의 기기에 맞춰 진행해야 하는 불편함이 존재한다.
본 발명자들은 시료 내의 분석물을 디지털 촬상장치가 포함된 기기를 이용하여 간편하게 측정할 수 있는 방법을 개발하고자 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 색상 보정용 대조수단의 제1이미지와 반응 디바이스에서 정색반응(color reaction)의 결과로서의 제2이미지를 디지털 촬상장치를 이용하여 동시에 수득하고, 색상 보정용 대조수단을 이용하여 제2이미지의 색상을 보정하고 상기 제2이미지의 색상으로부터 시료 내 분석물의 존재 여부 또는 농도를 간편하게 분석할 수 있는 방법을 규명함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 시료 내 분석물의 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 시료 내 분석물을 측정하기 위한 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 시료 내 분석물의 측정 방법을 제공한다:
(a) (i) 시료가 적용되어 정색반응(color reaction)이 발생하도록 유도하는 정색반응 수단 및 (ii) 소정(pre-determined)의 색상을 갖는 색상 보정용 대조수단을 포함하는 반응 디바이스에 시료를 적용하여 상기 정색반응 수단에서 정색반응이 발생하도록 유도하는 단계;
(b) 디지털 촬상장치로 상기 디바이스에서의 상기 색상 보정용 대조수단의 이미지로서의 제1이미지 및 상기 정색반응의 결과의 이미지로서의 제2이미지를 포함하는 대조-결과 동기적 이미지(reference-result synchronized image)를 하나의 이미지로 동시에 얻는 단계; 상기 제1이미지 및 제2이미지는 동일한 광(light) 환경 하에서 동시에 하나의 이미지로 얻으며,
(c) 상기 대조-결과 동기적 이미지에 있는 제1이미지 및 제2이미지를 비교하여 상기 제2이미지의 색상을 보정(calibration)하는 단계; 및
(d) 상기 보정된 제2이미지의 색상으로부터 상기 시료 내 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 얻는 단계.
본 발명자들은 시료 내의 분석물을 디지털 촬상장치를 이용하여 간편하게 측정할 수 있는 방법을 개발하고자 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 색상 보정용 대조수단의 제1이미지와 반응 디바이스에서 정색반응(color reaction)의 결과로서의 제2이미지를 디지털 촬상장치를 이용하여 동시에 수득하고, 색상 보정용 대조수단을 이용하여 제2이미지의 색상을 보정하고 상기 제2이미지의 색상으로부터 시료 내 분석물의 존재 여부 또는 농도를 간편하게 분석할 수 있음을 규명하였다.
본 발명에 따르면, 색상 보정용 대조수단의 이미지와 정색반응의 결과를 동시에 촬상함으로써 동일한 조건에서 대조수단 이미지 및 결과 이미지를 수득하고 대조수단 이미지로부터 결과 이미지의 색상을 간단하게 보정할 수 있으며, 결과적으로 시료 내 분석물에 대한 간편하고 정확한 분석 결과를 도출할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 본 발명에서 이용되는 시료는 혈액, 혈장, 혈청, 소변, 림프액, 골수액, 타액, 우유, 안구액, 정액, 뇌 추출물, 척수액, 관절액, 흉선액, 복수, 양막액, 세포 조직액, 완충액, 수돗물, 오수, 하수, 또는 지하수이고, 바람직하게는 혈액, 혈장, 혈청, 소변, 림프액, 골수액, 타액, 우유, 척수액, 세포 조직액, 완충액, 수돗물 또는 오수이며, 보다 바람직하게는 혈액, 혈장, 혈청 또는 소변이다.
본 발명에서 시료 내 분석물은 단백질, 유전자, 지질, 탄수화물, 아미노산, 핵산, 단당류, 비타민, 호르몬, 대사산물, 약물, 항생제, 농약, 살충제 및 환경 오염물질일 수 있다. 상기 분석 물질은 단일 혹은 다단계의 과정을 통해 일어나는 발색이나 변색과 같은 정색 반응 및 색소, 금속 나노입자, 색상을 띠는 고분자 등 표지체 침착에 의한 정색 반응을 통해 측정된다.
본 발명의 시료는 단독 혹은 혼합물의 형태로 존재할 수 있고, 고상 또는 액상의 형태로 존재할 수 있다.
본 발명의 측정 방법은 질병의 진단 및 예측, 건강관리, 친자확인, 체질 확인, 발효공학, 생명공학, 식품의 안전성 검사, 환경 분석, 화장품 분석, 화합물 분석 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.
본 발명에서 시료를 적용하여 정색반응(color reaction)이 발생하도록 유도하는 반응 디바이스는 당업계에 공지된 다양한 디바이스를 이용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 반응 디바이스는 시료로부터 분석물을 검출하기 위해 고정화가 가능한 니트로셀룰로스 멤브레인, 셀룰로스 종이, 유리 섬유, PVDF 멤브레인, 유리, 플라스틱 등 고형상 물질이 포함된 스트립과 이를 포함하는 하우징 또는 카세트일 수 있다. 본 발명의 반응 디바이스는 직사각형, 정사각형, 직삼각형, 정삼각형, 다원형, 원형 등 어떠한 형태라도 가능하다.
본 발명에서의 반응 디바이스는 색상 보정용 대조수단을 포함한다.
본 발명에서 색상 보정용 대조수단은 크게 두 가지 방식으로 제공될 수 있다:
첫 번째 방식은, 색상 보정용 대조수단은 색상 보정용 대조수단이 인쇄된 비색표를 정색반응 수단과 별도로(separately) 제공될 수 있다.
두 번째 방식은, 색상 보정용 대조수단은 정색반응 수단과 일체로 하여 제공될 수 있다. 즉, 색상 보정용 대조수단은 정색반응 수단과 하나의 지지체 상에 인접하여 동일 면에 위치하여 제공될 수 있다.
상기 첫 번째 방식에 따르면, 정색반응 수단에서의 정색반응의 결과의 이미지와 별도로 제공된 비색표 형태의 색상 보정용 대조수단 이미지를 하나의 이미지로 동시에 얻게 된다. 현재 판매되고 있는 소변검사, pH 검사와 질산염 검사 등의 제품들은 스트립 형태의 반응 디바이스와 더불어 포장 용기나 종이에 비색표를 인쇄하여 제공하고 있다. 따라서, 반응 디바이스의 반응부의 색상을 비색표와 육안으로 대조하여 반응 정도를 인지하고 있다. 이를 활용하여 기존에 육안으로 검사하던 방식에 따라 색상 보정용 대조수단을 포장 용기나 종이에 별도로 제공하고, 디지털 촬상장치를 이용하여 반응 디바이스의 색상 변화 정도를 검사할 수 있다.
그러나 상기 첫 번째 방식의 경우 각 반응이나 검사에 대해 일일이 색상 보정용 대조수단을 설정해야 하는 불편함이 존재한다. 또한 실제로 육안이나 디지털 촬상장치로 수득하는 이미지 색상과 인쇄 색상은 동일하게 구현하는 것이 매우 힘들기 때문에 다양한 검사에 대해 적용하기 위해서는 상당한 노력이 필요하다. 특히, 여러 종류의 검사를 하나의 디바이스 내에서 수행하는 경우 색상 보정용 대조수단의 수가 수십 가지가 되기 때문에 상기와 같은 방법은 적용이 쉽지 않다는 단점이 있다. 예를 들어 Bayer 사의 MultiStixTM 10SG의 경우 포도당, 케톤, 빌리루빈 등에 대한 10종의 소변 검사 스트립으로 50가지 이상의 색상이 포함된 비색표를 제공하고 있고, 이를 디지털 촬상장치를 활용하여 검사하려면 각각의 색상에 대한 알고리즘을 개발하고 정확하게 인쇄해야 하기 때문에 적용이 쉽지 않다. 또한 디지털 촬상장치로 촬영시 색상 보정용 대조수단이 반응 디바이스에 비해 지나치게 크고 복잡하기 때문에 정확한 위치 파악이 힘들고 이미지의 색상이나 형태 왜곡에 대한 대처가 쉽지 않다. 아울러 색상 보정용 대조수단이 디바이스와 별도로 제공되는 경우 공간적으로 볼 때 수평 상태로 디바이스와 대조수단을 함께 두고 이미지를 수득해야 하기 때문에 시험관 반응과 같이 수직 상태측정이 바람직한 검사에는 적용하기가 매우 불편하다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 색상 보정용 대조수단은 두 번째 방식에 따라 정색반응 수단과 하나의 지지체 상에 인접하여 동일 면에 위치하여 제공된다. 이 경우, 상술한 첫 번째 방식의 문제점들을 극복할 수 있다.
본 발명에서 색상 보정용 대조수단은 반응 디바이스 내에 포함되어야 하기 때문에 10종 이하의 색상(예컨대, 백색, 적색, 청색, 녹색 등) 또는 5종 이하의 색상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3가지 이상 10가지 이하이다. 이와 같이 반응 디바이스에 색상 보정용 대조수단이 포함되면 여러 가지 검사에 대해 동일하게 적용될 수 있다는 장점이 있다.
색상 보정용 대조수단이 복수개의 색상으로 구성되는 경우, 바람직하게는 이 수단은 코딩 시스템으로 이용될 수 있다. 본 명세서에서, 용어 “코딩 시스템”은 코딩 시스템이 부착된 대상(object)과 관련된 데이터의 광학 기기-판독 표식(representation)을 의미한다. 즉, 본 발명에서의 “코딩 시스템”은 코딩 시스템이 부착된 반응 디바이스와 관련된 검사의 종류, 이미지 정보 처리 방법 및 검사 결과 표시 방법 등과 같은 데이터의 표식을 의미한다. 본 발명의 디바이스는 후술하는 바와 같이 코딩 시스템을 별도로 가질 수 있으며, 색상 보정용 대조수단이 복수개의 색상으로 구성되는 경우에는 색상 보정용 대조수단을 코딩 시스템으로 이용할 수도 있다.
본 발명에서 색상 보정용 대조수단은 디지털 촬상장치의 광원에 대한 이미지 정보의 편차를 줄이기 위해 이용된다. 예컨대, 조도가 높은 백색광과 조도가 낮은 백색광을 광원으로 사용하였을 경우 이미지 데이터에 차이가 발생하게 되는데, 이러한 차이를 색상 대조수단으로 보정하여 보다 정확한 분석을 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 디지털 촬상장치는 카메라 모듈을 포함한다. 촬상장치의 촬상 소자인 이미지 센서는 광을 받아들여 전기 신호로 전환하는 소자를 포함하며 전자 정공이 신호를 형성하여 출력되는 방식에 따라 CCD(Charge Coupled Device)형 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary metal-oxidesemiconductor)형 이미지 센서일 수 있다. CCD형 이미지 센서와 CMOS형 이미지 센서는 공통적으로 광을 받아들여 전기 신호로 전환하는 수광부를 가지고 있으며, CCD형 이미지 센서는 이 전기 신호를 CCD를 통해 전달하며 마지막 단에서 전압으로 변환하며, CMOS형 이미지 센서는 각 화소에서 전압으로 신호를 변환하여 외부로 내보낸다. 디지털 촬상장치는 렌즈를 통과한 빛이 이미지 센서를 통해 전기신호로 바꾼 후 화상 이미지를 아날로그 데이터로 만들어낸 뒤 AD 컨버터를 거치면서 디지털 데이터로 신호를 처리한다. 이후 화상 디지털 데이터는 개인용 컴퓨터와 같은 별도의 기기로 분석할 수 있으나, 화상처리가 동일 전자기기에서 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명에서의 디지털 촬상장치는 바람직하게는 마이크로콘트롤러 칩셋을 포함하여 AD 컨버터에서 바뀐 화상 디지털 데이터를 압축할 수 있고, 색 보정, 윤곽 강조, 노이즈 제어, 감마값 보정, 계조(그라데이션)나 화이트밸런스 처리 등을 통해 선명한 화질로 바뀔 수 있으며, 수정된 디지털 데이터는 디지털 촬상장치 내부 또는 외부의 저장 장치에 저장된다.
본 발명에서의 디지털 촬상장치는 디지털 촬상장치를 포함되고, 마이크로프로세서를 통해 이미지 보정이 가능하며 결과를 저장할 수 있는 디지털 촬상장치이고, 보다 바람직하게는 PMP(portable multimedia player), PDA(personal digital assistant), 스마트폰, 디지털 카메라, 노트북 또는 태블렛 PC이며, 보다 더 바람직하게는 스마트폰이다.
본 발명에서의 디지털 촬상장치는 바람직하게는 장치 내부에 이미지 데이터로부터 분석물의 존재 여부 또는 농도를 분석할 수 있는 분석 수단을 포함한다. 상기 분석 수단을 이용하면 반응 디바이스 상에서 발생한 정색반응 결과에 대한 이미지 데이터로부터 색상의 강도 또는 변화를 비교하여 분석물의 존재 여부 또는 농도를 분석할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 반응 디바이스는 내부 또는 외부에 바코드와 같은 코딩 시스템을 부착할 수 있으며, 디지털 촬상장치가 이를 인식하면 시료에 대한 검사의 종류, 이미지 정보 처리 방법, 검사 결과 표시 방법 등이 설정된 분석 수단을 불러올 수 있다(참조: 도 3-4). 바람직하게는 디지털 촬상장치를 이용하여 코딩 시스템을 인식하면 검사 종류 및 형태가 미리 저장되어 있는 분석 수단을 불러오게 되고, 디지털 촬상장치 화면에 괄호, 사각형 또는 원형 모양이 표시되어 반응 디바이스 및 디지털 촬상장치의 거리를 조절할 수 있다(참조: 도 3-4). 또한, 색상 보정용 대조수단 또는 정색반응 결과가 괄호와 같은 모양으로 화면상에 나타나며, 수동 또는 자동으로 초점을 맞추게 된다. 예컨대, 수동으로 초점을 맞추는 경우 디지털 카메라와 같이 셔터를 이용할 수 있고, 일정 크기 및 위치가 맞는 경우 자동적으로 이미지를 캡쳐할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 본 발명의 색상 보정용 대조수단의 이미지로서의 제1이미지 및 상기 정색반응의 결과의 이미지로서의 제2이미지를 포함하는 대조-결과 동기적 이미지는 동일한 광 환경 하에서 동시에 하나의 이미지로 동시에 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 동기적 이미지를 얻기 위한 상기 광 환경은 외부 광원 또는 내부 광원 하에 있는 것이다.
본 명세서에서 용어 “광원”은 자연광을 비롯하여 광을 발산하는 어떠한 디바이스도 포함하고, 예컨대, 전구, LED(light emitting diode) 및 레이저를 포함한다. 광원으로부터 발산되는 조사(illumination)를 집중시키거나 분산시키기 위한 리플렉터를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 반응 디바이스는 바람직하게는 백색, 적색, 청색, 녹색 등을 단독 또는 복수의 색상 보정용 대조수단을 포함하며, 이를 이용하여 반응 결과물을 보정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 색상은 RGB, HSB, CMYK, CIELab, CIEXYZ 등의 색공간을 사용하여 표시할 수 있으며, 각각의 색상에 대한 색공간 상에서의 좌표값은 상호 전환할 수 있으며, 이와 관련된 공식은 이미 알려져 있다. 예를 들어 RGB(255, 0, 0)로 표시되는 적색은 HSB(0, 100, 100)으로, CIELab(53, 80, 67)과 같은 색상이고, RGB(0, 255, 0)로 표시되는 녹색은 HSB(120, 100, 100)으로, CIELab(88, -86, 83)과 같은 색상이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 특정한 좌표를 갖는 색상 보정용 대조수단은 외부 환경(예컨대, 광원의 종류나 밝기)에 의해 변할 수 있으며, 이에 대한 보정 값을 설정하면 외부 환경의 변화를 최소화할 수 있다. 예컨대, HSB 좌표(32, 100, 100) 또는 RGB 좌표(255, 136, 0)를 갖는 주황색은 명도가 낮아질 경우 HSB 좌표(32, 100, 80) 또는 RGB 좌표(204, 109, 0)로 나타날 수 있다. 이와 같은 방식으로 하나 이상의 색상 대조수단을 디바이스에 포함하여 이미지를 분석하는 경우 해당 디바이스에 적합한 알고리즘을 적용하여 각 좌표에 대한 위치를 보정할 수 있다. 색상 보정과 관련하여 다양한 알고리즘(Barnard et al., IEEE Transactions on Image Processing, 11, 972-983, 985-996(2002), Agawal et al., J Pattern Recognition Research 1, 42-54(2006))이 알려져 있으며, 본 발명에서는 기존에 알려져 있는 알고리즘을 활용하거나 새로운 알고리즘을 적용하여 외부 환경에 대한 영향력을 최소화할 수 있다.
본 발명에서는 반응이 나타난 이미지의 특정 위치에서 색공간상의 좌표 값 중 선택된 두개 이상 조합의 평균값을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱더 바람직하게는 상기의 좌표값을 3개 이상 조합의 평균값을 사용하는 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명에서의 디지털 촬상장치는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 본 발명에서 이용되는 통신 모듈은 당업계에 공지된 다양한 통신 모듈을 이용할 수 있다. 상기 통신 모듈을 이용하여 유선 또는 무선으로 동종 혹은 이종의 디지털 촬상장치에 자료를 전송할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서의 디지털 촬상장치는 상기 반응 디바이스로부터 나오는 이미지 또는 상기 분석 프로그램으로부터 나오는 분석 결과를 사용자에게 유/무선으로 송신하는 송신수단을 추가적으로 포함한다. 예를 들어, 분석 프로그램으로부터 나오는 분석 결과를 상기 송신수단을 통하여 무선으로 송신하면 3세대(3G) 광대역 부호분할다중접속망(WCDMA), 무선랜(Wi-Fi), 와이브로(휴대인터넷) 망 또는 롱텀에볼루션망(LTE)을 이용하여 사용자들이 전송받을 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 다음을 포함하는 시료 내의 분석물을 측정하기 위한 시스템을 제공한다:
(a) (i) 시료를 적용하여 정색반응(color reaction)이 발생하도록 유도하는 정색반응 수단 및 (ii) 소정(pre-determined)의 색상을 갖는 색상 보정용 대조 수단을 포함하는 반응 디바이스;
(b) 디지털 촬상장치; 상기 디지털 촬상장치는 상기 반응 디바이스에서의 상기 색상 보정용 대조 수단의 이미지로서의 제1이미지 및 상기 정색반응 수단에서의 정색반응의 결과의 이미지로서의 제2이미지를 포함하는 대조-결과 동기적 이미지(reference-result synchronized image)를 동일한 광(light) 환경 하에서 하나의 이미지로 동시에 얻으며;
(c) 상기 대조-결과 동기적 이미지에 있는 제1이미지 및 제2이미지를 비교하여 상기 제2이미지의 색상을 보정(calibration)하고 상기 보정된 제2이미지의 색상으로부터 상기 시료 내 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 제공하는 분석 수단.
본 발명의 시스템은 상술한 본 발명의 시료 내 분석물의 측정 방법을 구현하는 장치에 관한 것으로 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.
본 발명의 시스템은 반응 디바이스, 디지털 촬상장치 및 분석 수단을 포함한다. 상기 반응 디바이스(1)는 시료를 적용하여 정색반응이 발생할 수 있는 어떠한(any) 재료 및 형상을 포함한다. 바람직하게는, 상기 반응 디바이스(1)는 지지체(11), 정색반응 수단(12) 및 색상 보정용 대조수단(13)를 포함한다.
상기 지지체(11)는 당업계에서 통상적으로 이용되는 어떠한 지지체도 포함하며, 바람직하게는 폴리머(예컨대, 폴리스틸렌 및 폴리프로필렌), 유리, 금속 또는 종이이다. 지지체 상에 있는 정색반응 수단(12)에서 시료와의 반응이 유도되어 정색반응이 발생된다. 바람직하게는, 색상 보정용 대조수단 (13)은 정색반응 결과가 도출되는 정색반응 수단(12)과 지지체 상에서 인접하여 동일 면에 위치한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 반응 디바이스에 포함된 색상 보정용 대조수단을 코딩 시스템으로 활용하는 것이다. 예를 들어 백색, 적색, 녹색 및 청색 계열의 색상 보정용 대조수단을 사용하는 경우 24 (4× 3× 2× 1) 종류의 코딩이 가능하다. 이 경우, 바람직하게는 본 발명에서의 분석 수단은 (i) 코딩 시스템과 상관성(correlation)이 있는 시료에 대한 검사의 종류, 이미지 정보 처리 방법 및 검사 결과 표시 방법과 같은 정보, 그리고 (ii) 코딩 시스템과 상관성(correlation)이 있는 상기 정보에 기초하여 시료 내의 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 제공하는 프로세서를 포함한다.
예를 들어, 디지털 촬상장치를 이용하여 코딩 시스템을 인식하면 검사 종류, 이미지 정보 처리 방법 및 검사 결과 표시 방법과 같은 정보에 기초하여 시료 내의 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 제공하도록 상기 프로세서가 작동하고, 디지털 촬상장치 화면에 괄호, 사각형 또는 원형 모양이 표시되어 반응 디바이스 및 디지털 촬상장치의 거리를 조절할 수 있다(참조: 도 3-4).
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(ⅰ) 본 발명은 시료 내 분석물의 측정 방법을 제공한다.
(ⅱ) 본 발명은 시료 내 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 간편하고 정확하게 도출할 수 있다.
(ⅲ) 본 발명은 시료 내의 분석물을 측정하는 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 반응 디바이스(1)에 대한 개략도이다. 지지체 (11), 정색반응 수단(12) 및 색상 보정용 대조수단(13)을 포함한다.
도 2a-2c는 본 발명에 따라, 농도별로 아질산염 검사를 수행한 후 디지털 촬상장치를 이용하여 이미지를 수득하고 보정용 대조수단을 이용하여 RGB 값을 보정한 (a) R", (b) G" 및 (c) B" 값에 대한 정량 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 3a-b는 디지털 촬상장치를 이용하여 반응 디바이스에 포함된 색상 보정용 대조수단을 코딩 시스템으로 인식하는 과정을 보여주는 개략도이다.
도 4는 디지털 촬상장치를 이용하여 반응 디바이스에서의 색상 보정용 대조 수단(13)의 이미지로서의 제1이미지 및 정색반응 수단(12)에서의 정색반응의 결과의 이미지로서의 제2이미지를 포함하는 대조-결과 동기적 이미지를 얻는 과정을 보여주는 개략도이다.
도 5는 디지털 촬상장치에 포함되어 있는 분석 수단을 통해 대조-결과 동기적 이미지로부터 분석 결과를 도출하는 과정을 보여주는 개략도이다.
<도면의 부호에 대한 설명>
1: 반응 디바이스 11: 지지체
12: 정색반응 수단 13: 색상 보정용 대조수단
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: pH 스트립의 이미지 보정
RGB(255, 0, 0), CIELab(53, 80, 67)인 적색, RGB(0, 255, 0), CIELab(88, -86, 83)인 녹색, RGB(0, 0, 255), CIELab(32, 79, -108)인 청색, RGB(255, 255, 255), CIELab(100, 0, 0)인 백색 대조수단을 Pantone 사의 표준 색상표로부터 밴드 형태로 오려서 사각형 모양의 4개의 색상 패드가 포함된 Macherey-Nagel(독일) 사의 pH-Fix 테스트 스트립에 부착한 후 디지털 촬상장치로 스마트폰인 삼성전자 갤럭시 S와 삼성전자 갤럭시 SII를 이용하여 서로 다른 조도 환경 하에서 6회에 걸쳐 이미지를 수득하였다. 수득된 이미지는 이미지 분석 프로그램을 이용하여 각각의 밴드에 대해 3개의 지점에 대해 평균하여 RGB 값을 구하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.
장치 갤럭시 S 갤럭시 SII
회수 1 2 3 4 5 6
색상 R G B R G B R G B R G B R G B R G B
적색
대조수단		 131 14 30 152 25 40 175 34 51 117 15 31 136 40 53 163 53 76
녹색
대조수단		 10 84 56 21 107 76 25 126 93 1 87 55 13 113 82 22 138 113
청색
대조수단		 4 34 63 12 44 91 20 59 104 2 32 77 15 50 95 25 65 127
백색
대조수단		 150 153 136 175 181 163 200 203 186 114 158 141 151 191 177 180 213 208
패드 1 146 68 44 176 93 68 197 109 82 133 63 37 153 93 67 182 120 95
패드 2 154 105 43 181 132 63 201 151 76 133 106 17 159 144 52 187 171 76
패드 3 98 92 64 127 118 89 147 141 110 71 97 60 102 130 92 128 153 123
패드 4 150 103 38 176 127 51 200 148 64 133 102 9 156 137 40 188 169 66
상기 표에서 알 수 있듯이 대조수단의 경우 조명이나 이미지 수득 과정 등의 차이로 인해 표준색상표와 동일한 RGB 값을 얻을 수가 없었고, 대조수단과 패드의 색상 편차가 표 2와 같이 다양하게 나타났다.
구분 R G B
평균 표준편차 평균 표준편차 평균 표준편차
패드 1 165 24.3 91 22.3 66 22.0
패드 2 169 25.0 135 26.0 55 22.5
패드 3 112 27.1 122 24.2 90 24.8
패드 4 167 25.2 131 26.1 45 21.0
이미지의 색상을 보정하는 방법은 매우 다양하게 적용시킬 수 있으며, 본 실시예에서는 비교적 간단한 계산으로 대조수단을 이용하여 색상을 보정하였다. 상기 이미지의 RGB 값을 CIELab 값으로 전환시킨 후 상기의 6회 측정한 이미지 중 하나를 기준 이미지로 하고, 기준 이미지와 각 이미지의 백색 대조수단에 대한 CIELab 값 차이를 계산하였으며, 이 계산값을 각 패드의 CIELab 값에 적용한 후 다시 RGB 값(R′G′B′)으로 변환시켰다. 그 결과, 표 3에서 보는 바와 같이 결과값의 편차가 개선되었음을 알 수 있었다.
구분 R′ G′ B′
평균 표준편차 평균 표준편차 평균 표준편차
패드 1 145 5.9 62 4.9 38 6.3
패드 2 151 4.7 107 5.5 19 19.9
패드 3 97 7.8 91 2.7 57 11.1
패드 4 148 4.8 103 5.3 12 15.8
상기 6회 측정한 이미지 중 하나를 기준 이미지로 하고, 기준 이미지와 각 이미지의 적색대조수단의 R값, 녹색대조수단의 G값, 청색대조수단의 B값과의 비율을 계산하였고, 각 이미지에 이 계산값을 각 패드의 값에 적용한 후 다시 RGB 값(R″G″B″)으로 변환시켰다. 그 결과, 표 4에서 보는 바와 같이 결과값의 편차가 개선되었음을 알 수 있었다.
구분 R″ G″ B″
평균 표준편차 평균 표준편차 평균 표준편차
패드 1 148 2.1 69 4.7 44 6.9
패드 2 152 2.7 104 2.2 36 11.8
패드 3 100 11.2 94 1.6 61 6.0
패드 4 150 1.0 101 2.1 30 11.8
실시예 2: 아질산염 검사
실시예 1에서와 같이 색상 대조수단을 Pantone 사의 표준 색상표로부터 밴드 형태로 오려서 Merck(독일) 사의 아질산염 테스트 스트립에 부착한 후 아질산염을 농도별로 반응시켰으며, 반응 패드에서의 색상은 보라색 계열로 나타났다. 이것을 삼성전자 갤럭시 SII를 이용하여 서로 다른 조도 환경 하에서 3회에 걸쳐 이미지를 수득하였다. 수득된 이미지는 이미지 분석 프로그램을 이용하여 각각의 패드에 대해 3개의 지점에 대해 평균하여 RGB 값을 구하였다. 그 결과 이미지 수득 환경에 따라 RGB 값의 편차가 크게 나타났다.
회 1 2 3
색상 R G B R G B R G B
0 mg/L NO2 - 134 124 114 173 161 147 206 190 167
5 mg/L NO2 - 131 86 110 166 119 140 198 144 164
10 mg/L NO2 - 126 73 105 157 100 132 191 127 156
20 mg/L NO2 - 98 33 76 131 48 102 163 62 121
40 mg/L NO2 - 86 26 59 116 38 77 149 54 96
80 mg/L NO2 - 61 16 37 84 21 50 119 36 66
상기 3회 측정한 이미지 중 하나를 기준 이미지로 하고, 기준 이미지와 각 이미지의 적색대조수단의 R값, 녹색대조수단의 G값, 청색대조수단의 B값과의 비율을 계산하였고, 각 이미지에서 이 계산값을 각 패드의 값에 적용한 후 다시 RGB 값(R″G″B″)으로 아래 표와 같이 변환시켰다.
회 1 2 3
색상 R″ G″ B″ R″ G″ B″ R″ G″ B″
0 mg/L NO2 - 134 124 114 136 136 112 138 130 109
5 mg/L NO2 - 131 86 110 131 100 106 132 98 107
10 mg/L NO2 - 126 73 105 123 84 100 128 87 102
20 mg/L NO2 - 98 33 76 103 40 78 109 42 79
40 mg/L NO2 - 86 26 59 91 32 59 100 37 63
80 mg/L NO2 - 61 16 37 66 18 38 80 25 43
색상 변화에 대한 값은 1/(R″+B″)로 계산하였고 그 결과, 도 2에서 보는 바와 같이 정량적 결과를 얻을 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (17)

  1. 다음의 단계를 포함하는 시료 내 분석물의 측정 방법:
    (a) (i) 시료가 적용되어 정색반응(color reaction)이 발생하도록 유도하는 정색반응 수단 및 (ii) 소정(pre-determined)의 색상을 갖는 색상 보정용 대조수단을 포함하는 반응 디바이스에 시료를 적용하여 상기 정색반응 수단에서 정색반응이 발생하도록 유도하는 단계;
    (b) 디지털 촬상장치로 상기 디바이스에서의 상기 색상 보정용 대조수단의 이미지로서의 제1이미지 및 상기 정색반응의 결과의 이미지로서의 제2이미지를 포함하는 대조-결과 동기적 이미지(reference-result synchronized image)를 하나의 이미지로 동시에 얻는 단계; 상기 제1이미지 및 제2이미지는 동일한 광(light) 환경 하에서 동시에 하나의 이미지로 얻으며,
    (c) 상기 대조-결과 동기적 이미지에 있는 제1이미지 및 제2이미지를 비교하여 상기 제2이미지의 색상을 보정(calibration)하는 단계; 및
    (d) 상기 보정된 제2이미지의 색상으로부터 상기 시료 내의 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 얻는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시료는 혈액, 혈장, 혈청, 소변, 림프액, 골수액, 타액, 우유, 안구액, 정액, 뇌 추출물, 척수액, 관절액, 흉선액, 복수, 양막액, 세포 조직액, 완충액, 수돗물, 오수, 하수, 또는 지하수인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 색상 보정용 대조수단 및 정색반응 수단은 하나의 지지체 상에서 인접하여 동일 면에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 색상 보정용 대조수단은 3가지 이상 10가지 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 색상 보정용 대조수단은 코딩 시스템으로 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털 촬상장치는 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 단말기인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 휴대용 단말기는 스마트폰인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 휴대용 단말기는 상기 대조-결과 동기적 이미지에 있는 제1이미지 및 제2이미지를 비교하여 상기 제2이미지의 색상을 보정(calibration)하고 상기 보정된 제2이미지의 색상으로부터 상기 시료 내 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 제공하는 분석 프로그램이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광 환경은 외부 광원 또는 내부 광원 하에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 다음을 포함하는 시료 내의 분석물을 측정하기 위한 시스템:
    (a) (i) 시료를 적용하여 정색반응(color reaction)이 발생하도록 유도하는 정색반응 수단 및 (ii) 소정(pre-determined)의 색상을 갖는 색상 보정용 대조수단을 포함하는 반응 디바이스;
    (b) 디지털 촬상장치; 상기 디지털 촬상장치는 상기 반응 디바이스에서의 상기 색상 보정용 대조 수단의 이미지로서의 제1이미지 및 상기 정색반응 수단에서의 정색반응의 결과의 이미지로서의 제2이미지를 포함하는 대조-결과 동기적 이미지(reference-result synchronized image)를 동일한 광(light) 환경 하에서 하나의 이미지로 동시에 얻으며; 그리고,
    (c) 상기 대조-결과 동기적 이미지에 있는 제1이미지 및 제2이미지를 비교하여 상기 제2이미지의 색상을 보정(calibration)하고 상기 보정된 제2이미지의 색상으로부터 상기 시료 내의 분석물의 존재 여부 또는 농도에 대한 데이터를 제공하는 분석 수단.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 색상 보정용 대조수단 및 정색반응 수단은 하나의 지지체 상에서 인접하여 동일 면에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 색상 보정용 대조수단은 3가지 이상 10가지 이하인 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 색상 보정용 대조수단은 코딩 시스템으로 이용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 디지털 촬상장치는 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 단말기인 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 휴대용 단말기는 스마트폰인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 휴대용 단말기는 상기 분석 수단이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 디지털 촬상장치는 상기 광 환경을 제공하기 위한 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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