KR20160098215A - 홈 테스팅 장치 - Google Patents

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Abstract

광학 장치(22)는 제1 및 제2 면을 가지고, 출구 애퍼어처를 통해 하나의 빔의 조명을 방출하는 광원(29) 및 입구 애퍼어처를 통해 이미지를 캡처하는 카메라 모듈(27)을 포함하는 휴대용 컴퓨팅 장치(24)의 적어도 일부분 위에 끼워 맞춤되는 케이스(30)를 포함한다. 입구 및 출구 애퍼어처 모두는 휴대용 컴퓨팅 장치의 제2 면을 통해 개방되어 있다. 케이스 내의 리셉터클(31)은 샘플(56)을 수용하고 휴대용 컴퓨팅 장치의 제2 면 부근에서 카메라 모듈의 시야 내에 샘플을 위치시킨다. 조명 광학부재(36, 38)는 광원에 의해 방출되는 빔을 수신하고 그 빔을 샘플을 후방 조명하도록 방향 전환시키고, 이 동안 카메라 모듈은 후방 조명을 받은 샘플의 하나 이상의 이미지를 캡처한다.

Description

홈 테스팅 장치{HOME TESTING DEVICE}
본 발명은 일반적으로 샘플의 광학적 검사(optical inspection)에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 샘플의 전자적 이미지를 캡처 및 분석하는 자동화된 방법 및 장치에 관한 것이다.
불임은 흔하지만 여전히 복잡한 문제이며 아이를 임신하고자 시도하는 부부의 대략 10~15%가 불임에 해당한다. 불임 중 최대 1/3의 경우에, 이 문제는 적어도 부분적으로 남성의 생식 문제와 관련되어 있다. 이러한 문제 중에서도, 낮은 정자 운동성이 불임과 연관되는 것이 일반적이다. 운동성 정자의 질적 평가는 현미경을 통해 샘플 내의 정자의 움직임을 시각적으로 평가함으로써 행해질 수 있다. 이러한 현미경 시스템은 일반적으로 비싸기도 하지만, 경험이 부족한 사람이 사용하기에도 적합하지 않다. 이러한 종류의 시각적 평가는 잘 훈련된 사람이 사용할 때에도 일정하지 않은 결과를 만들어낼 수 있다.
자동화된 정자 운동성 검사를 위한 다수의 장치 및 방법들이 개발되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 2014/0254004는 대물 평면을 형성하는 샘플 홀더, 렌즈, 및 공통의 선형 축을 따라 배치된 이미지 평면을 형성하는 2차원 광 센서를 포함하는 남성 생식력을 평가하기 위한 테스트 키트를 서술하고 있다. 이 테스트 키트는 100mm 이하의 최대 선형 크기를 가지는 하우징을 가질 수 있다. 2차원 광 센서로부터의 이미지 데이터를 프로세싱함으로써 정자 수 및/또는 정자 운동성의 측정값을 산출하도록 구성된 프로세싱 회로가 제공될 수 있다.
현재 판매중인 거의 대부분의 휴대전화는 다양한 애플리케이션에서 사용될 수 있는 내장 카메라를 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 2011/0292198는 제1 면에 배치된 디스플레이 및 그 반대편의 제2 면에 배치된 카메라를 구비한 휴대 전화에 부착하기 위한 현미경 액세서리를 서술하고 있다. 이 현미경 액세서리는 휴대전화에 현미경 액세서리를 탈착 가능하게 부착하기 위한 체결부와, 카메라로부터 어긋나도록 배치된 제1 미러, 카메라와의 정렬을 위해 배치된 제2 미러, 및 그 광 경로 내에 배치된 현미경 렌즈를 가진 광 어셈블리를 포함한다. 이 광 어셈블리는 휴대 전화가 한 표면에 대하여 평평하게 놓인 때 그 표면이 초점에 맞게 되도록 카메라와 매칭된다.
아래에 서술된 본 발명의 몇몇 실시예들은 샘플의 현미경 검사 및 자동 평가를 수행하기 위해, 스마트폰과 같은 휴대용 컴퓨팅 장치의 이미징 및 프로세싱 능력을 활용하는 장치 및 방법을 제공한다.
그러므로, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 장치가 제공되는데, 이 광학 장치는 제1 면 및 제2 면을 가지고, 출구 애퍼어처를 통해 하나의 빔의 조명을 방출하는 광원, 및 입구 애퍼어처를 통해 이미지를 캡처하는 카메라 모듈을 구비한 휴대용 컴퓨팅 장치의 적어도 일부분 위에 끼워 맞춤되도록 구성된 케이스를 포함하며, 이 입구 및 출구 애퍼어처는 모두 휴대용 컴퓨팅 장치의 제2 면을 통해 개방되어 있다. 케이스 내의 리셉터클은 휴대용 컴퓨팅 장치의 제2 면 부근에서 샘플을 수용하고 샘플을 카메라 모듈의 시야 내에 위치하게 하도록 구성된다. 조명 광학부재는 광원에 의해 방출된 빔을 수신하고 방향 전환하여 샘플을 후방에서 조명하도록 구성되어 있고, 그 동안 카메라 모듈은 후방 조명을 받는 샘플의 하나 이상의 이미지를 캡처한다.
개시된 실시예에서, 광원은 휴대용 컴퓨팅 장치의 제2 면으로부터 빔을 내보내고, 조명 광학부재는 그 빔을 제2 면을 향해 반사하도록 구성된 적어도 하나의 반사기를 포함한다. 이 장치는 각각 90°씩 빔을 방향 전환 시키도록 구성된 한 쌍의 반사면을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이 장치는 케이스에 샘플과 입구 애퍼어처 사이의 위치에 장착되어 있고, 샘플이 카메라 모듈의 초점 범위 내에 위치되게 하도록 구성된 된 렌즈를 포함한다. 전형적으로, 이 렌즈는 카메라 모듈에 의해 캡처된 하나 이상의 이미지를 확대하도록 구성된다. 개시된 실시예에서, 이 렌즈는 케이스 내에 장착하기 위해 날개가 부착되어 있는 볼 렌즈를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 이 장치는 샘플을 수용하고 리셉터클 내에 배치됨으로써 그 샘플을 확실히 카메라의 시야 내에 위치시키는 투명 샘플 홀더를 포함한다. 샘플이 액체일 때, 이 샘플 홀더는 전형적으로 샘플 담기 위한 오목부가 형성되어 있는 슬라이드, 및 오목부 위에 고정되는 커버 슬립을 포함한다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테스팅 장치가 제공되는데, 이 테스팅 장치는 제1 면 및 제2 면을 가지고, 출구 애퍼어처를 통해 하나의 빔의 조명을 방출하는 광원, 및 입구 애퍼어처를 통해 이미지를 캡처하는 카메라 모듈을 구비한 휴대용 컴퓨팅 장치를 포함하며, 이 입구 및 출구 애퍼어처는 모두 휴대용 컴퓨팅 장치의 제2 면을 통해 개방되어 있다. 이 장치는 또한 리셉터클이 샘플을 카메라 모듈의 시야 내에 위치시키고 조명 광학부재가 광원과 나란하게 되게끔 휴대용 컴퓨팅 장치 위에 끼워 맞춤되도록 구성된, 상술한 바와 같은, 광학 장치를 더 포함한다.
개시된 실시예에서, 휴대용 컴퓨팅 장치는 스마트폰이다.
전형적으로, 휴대용 컴퓨팅 장치는 샘플의 특성을 분석하기 위해 캡처된 이미지를 프로세싱하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 샘플은 정액을 포함하고, 프로세서는 정액 내의 정자의 운동성 특성을 분석하도록 구성된다.
부가적으로 또는 대안으로서, 휴대용 컴퓨팅 장치는 휴대용 컴퓨팅 장치의 제1 면 상에 디스플레이 스크린을 포함하고, 프로세서는 상기 특성의 평가를 디스플레이 스크린상에 표시하도록 구성된다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 샘플 홀더가 제공되는데, 이 샘플 홀더는 슬라이드의 표면에 오목부를 포함하는 슬라이드, 및 오목부의 로딩(loading) 영역을 덮지 않고 남겨둔 채 샘플 챔버를 형성하여 로딩 영역에 놓인 액체 샘플이 모세관 운동에 의해 샘플 챔버로 끌려 들어가도록 오목부 위에서 슬라이드에 고정되는 커버 슬립을 포함한다.
개시된 실시예에서, 슬라이드는 커버 슬립을 슬라이드에 고정시키기 위한 접착제가 삽입되는 적어도 하나의 제1 홈, 및 접착제가 적어도 하나의 제1 홈으로부터 샘플 챔버로 흘러 넘치는 것을 방지하기 위해 적어도 하나의 제1 홈과 오목부 사이에 위치하는 적어도 하나의 제2 홈을 형성하도록 몰딩된다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테스트 방법이 제공되는데, 이 방법은 샘플을 투명한 샘플 홀더에 삽입하는 단계 및 샘플을 가진 투명 샘플 홀더를 광 어댑터에 삽입하는 단계를 포함한다. 이 광 어댑터는 출구 애퍼어처를 통해 하나의 빔의 조명을 방출하는 광원, 및 입구 애퍼어처를 통해 이미지를 캡처하는 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 컴퓨팅 장치 위에, 샘플이 카메라 모듈의 시야 내에 위치하도록, 끼워 맞춤된다. 광 어댑터 내의 샘플의 이미지는 광원에 의해 방출된 빔으로 샘플을 조명하는 동안 카메라 모듈을 이용하여 캡처된다. 캡처된 이미지는 샘플의 평가를 계산 및 출력하기 위해 휴대용 컴퓨팅 장치 내에서 분석된다.
몇몇 실시예에서, 샘플은 액체이고, 샘플 홀더는 샘플을 담기 위한 오목부가 형성되어 있는 슬라이드, 및 오목부 위에 고정되는 커버 슬립을 포함한다. 개시된 실시예에서, 커버 슬립은 오목부의 로딩 영역이 덮이지 않도록 남겨두고 샘플 챔버를 형성하도록 오목부 위에서 슬라이드에 고정되고, 샘플을 삽입하는 단계는 액체가 모세관 운동에 의해 샘플 챔버로 끌려 들어가도록 로딩 영역에 샘플을 배치하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예에서, 휴대용 컴퓨팅 장치는 스마트폰이고, 캡처된 이미지를 분석하는 단계는 스마트폰 내의 프로세서상에서 실행하는 애플리케이션 소프트웨어를 이용하여 캡처된 이미지를 프로세싱하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 샘플은 정액이고, 캡처된 이미지를 분석하는 단계는, 예컨대, 운동성 정자 농도를 계산함으로써 정액 내의 정자 운동성 특성을 평가하는 단계를 포함한다.
본 발명은 아래의 도면과 함께 아래의 그 실시예의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테스팅 장치의 개략적인 도면이다.
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 장치의 전방 및 후방에서 본, 도 1의 장치의 개략적인 분해도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 1의 장치에 사용되는 휴대용 컴퓨팅 장치를 위한 현미경 어댑터의 개략적인 분해도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 도 1의 장치의 상세를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테스트 슬라이드의 개략적인 전면도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 정자 테스팅 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 운동성 정자 농도의 자동 평가 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다.
남성 생식력 문제의 높은 발생률을 고려하여, 정자 검사는 부부가 임신에 어려움을 가지는 대부분의 경우에 초기 단계에서 수행되어야 한다. 그러나, 이러한 검사는 남자가 실험실에서 정액 샘플을 사정할 것을 요구하는데 이는 곤란하고 부끄러울 수 있고, 또는 샘플을 그의 집에서 실험실로 신속하게 가져올 것을 요구할 수도 있는데 이는 운반중 정자가 죽을 수 있다는 위험이 있다.
여기 서술된 본 발명의 실시예들은 자신의 집에서 사적으로 믿을 수 있고 편리하게 작동될 수 있는 자동화된 정자 검사 장치를 제공함으로써 이러한 문제점을 해소한다. 이 장치는 스마트폰과 같은 기존의 휴대용 컴퓨팅 장치에 끼워 맞춤되어 그 휴대용 컴퓨팅 장치를 비디오 현미경으로 변환시키는 광 어댑터를 포함한다. 이 장치는 카메라 (및 그 내부 광학부재), 조명원, 프로세서, 및 디스플레이 스크린을 포함하는 휴대용 컴퓨팅 장치의 기존 리소스들을 이용하고, 그러므로 사용자가 임의의 단계에서 심지어 의사를 만나러 가기 전에도 집에서 자신의 정액을 테스트하는 것을 가능하게 하는 저비용의 솔루션을 제공한다.
개시된 실시예에서, 클립 온(clip-on) 광 어댑터 장치는 광원 및 카메라 모듈이 배치되어 있는 스마트폰과 같은 휴대용 컴퓨팅 장치의 적어도 일부분 위에 끼워 맞춤되는 케이스를 포함한다. 어댑터 장치의 케이스는 투명 슬라이드와 같은 적절한 샘플 홀더 내에 담겨 있는 정액 샘플 또는 다른 액체 샘플과 같은, 샘플을 위한 리셉터클을 가진다. 리셉터클로 삽입될 때, 샘플은 휴대용 컴퓨팅 장치의 입구 및 출구 애퍼어처가 배치되어 있는 면 부근에서 카메라 모듈의 시야 및 초점 범위 내에 위치한다. 개시된 실시예에서, 샘플의 바람직한 초점 및 배율은 아래에 서술한 바와 같이 어댑터 장치 내의 내부 광학부재의 도움을 받아 달성된다.
분석을 위한 샘플의 적절한 전자 이미지를 캡처하기 위해, 샘플은 후방 조명을 받는 것이 바람직하다. 그러나, 모든 일반적인 스마트폰, 뿐만 아니라 다른 유사한 장치에서, 광원의 출구 애퍼어처 및 카메라 모듈의 입구 애퍼어처는 그 장치의 동일면상에 위치하고 서로 마주보지 않기 때문에 후방 조명이 필요하다. 이러한 목적으로 별도의 광원이 제공될 수 있으나, 이러한 접근법은 어댑터의 크기 및 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 광원에 전력을 제공하는 것을 필요로 한다.
그 대신, 본 발명의 개시된 실시예들은 광원에 의해 방출된 빔을 수신하고 샘플을 후방에서 조명하도록 그 빔을 방향 전환시키기 위해, 어댑터 장치의 케이스 내의 조명 광학부재를 이용하여 휴대용 컴퓨팅 장치 자체 내의 기존 광원을 활용한다. 그러므로, 카메라 모듈은 (어댑터 장치 내의 광학부재의 도움을 받아) 후방 조명을 받은 샘플의 이미지를 캡처하며, 이러한 이미지들은 샘플의 평가를 계산 및 출력하기 위해 휴대용 컴퓨팅 장치에 의해 프로세싱된다. 전형적으로, 어댑터 장치는 또한 샘플과 카메라 모듈의 입구 애퍼어처 사이의 위치에서 케이스에 장착된 렌즈를 포함하는데, 이는 카메라 모듈에 의해 캡처된 이미지를 확대한다.
스마트폰 또는 다른 컴퓨팅 장치 내의 광원 및 카메라 모듈을 이용하는 이러한 종류의 클립 온 어댑터는 자동화된 테스트를 위한 다양한 방법에서 유용할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 또한 샘플이 투명한 샘플 홀더로 삽입되고, 샘플을 가진 투명한 샘플 홀더가 광 어댑터로 삽입되며, 광 어댑터가 휴대용 컴퓨팅 장치 위에 끼워 맞춤되는, 하나의 방법을 제공한다. (대안으로서, 어댑터가 먼저 휴대용 컴퓨팅 장치 위에 끼워 맞춤된 다음, 샘플 홀더가 어댑터로 삽입될 수도 있다.) 카메라 모듈은 스마트폰 내의 광원에 의해 방출된 빔에 의해 조명되는 샘플의 하나 이상의 전자 이미지를 캡처한다. 휴대용 컴퓨팅 장치상에서 실행되는 애플리케이션 프로그램은 광원 및 카메라 모듈을 작동시키고, 그 장치 내의 프로세서가 이미지를 분석하여 샘플의 평가를 계산하고 출력하게 한다.
개시된 실시예에서, 샘플은 앞서 언급한 바와 같이 정액을 포함하고, 프로세서는 정액 내의 정자의 운동성을 평가한다. 유리하게도, 프로세서는 정자 농도에 정자의 퍼센트 운동성을 곱한(100으로 나눈) 값인 운동성 정자 농도(MSC, 몇몇 공개물에서 운동성 정자 수라고도 함)와 같은, 정자의 운동 특성의 평가를 계산 및 출력할 수 있다. MSC가 두 파라미터를 통합하기 때문에, MSC는 정자 농도 또는 운동성 중 하나인 경우보다 불임 문제에 대하여 더 우수한 검사 지표(screening indication)를 제공한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테스팅 장치(20)의 개략적인 도면이다. 장치(20)는 당업계에 공지된 임의의 적절한 타입일 수 있는 스마트폰(24) 형태의 휴대용 컴퓨팅 장치를 포함한다. 광 어댑터 장치(22)는 스마트폰(24)의 상단부 위에 끼워 맞춤된다. 테스트 슬라이드(26) 형태의 샘플 홀더는 어댑터 장치로 삽입되어, 샘플 홀더가 담고 있는 샘플이 (아래의 도면에 도시된 바와 같이, 어댑터 장치(22) 내의 내부 광학 부재를 포함하여) 스마트폰(24) 내의 카메라 모듈의 시야 및 초점 범위 내에 위치하게 된다.
스마트폰(24) 내의 프로세서(도시되지 않음)는 카메라 모듈에 의해 캡처된 이미지들을 분석하여 샘플을 평가하고 그 평가를 디스플레이 스크린(28)에 출력한다. 카메라 모듈에 의해 캡처된 이미지는 본 명세서에서 상호 치환 가능하게, "전자 이미지" 또는 "비디오 이미지"라 불린다. 아래의 설명에서 명료함을 위해, 스마트폰(24)과 관련된 용어 "제1 면"은 스마트폰의 디스플레이 스크린(28)이 위치하는 쪽을 의미하고, 도 1의 페이지와 마주보는 그 반대면을 제2 면이라 칭한다.
본 특허 출원에 제공된 실시예 및 도면들이 특정 타입의 스마트폰을 언급하고 있으나, 이 실시예의 특징들은 다른 타입 및 디자인의 스마트폰과 함께, 뿐만 아니라 태블릿 및 랩탑 컴퓨터와 같은 적절한 이미징 및 컴퓨팅 기능을 가진 다른 휴대용 장치와 함께 실시하도록, 필요한 부분만 수정하여(mutatis mutandis), 조정될 수 있다. 모든 이러한 대안의 구현방법은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전방 및 후방에서 본 장치(20)의 개략적인 분해도이다. 앞서 언급한 바와 같이, 도 2a는 스마트폰(24)의 "제1 면"을 도시하고, 도 2b는 "제2 면"을 도시한다. 스마트폰은 각각 스마트폰의 제2 면에 서로 나란한 입구 애퍼어처 및 출구 애퍼어처를 가지는 카메라 모듈(27) 및 광원(29)을 포함한다. 어댑터 장치(22)는 스마트폰(24)의 끝부분에 끼워 맞춤되고, 카메라 모듈(27) 및 광원(29)의 입구 및 출구 애퍼어처를 덮는다.
테스트 슬라이드(26)는 어댑터 장치(22)의 케이스 내에 슬롯으로 형성된 리셉터클(31)에 끼워 맞춤된다. 대안으로서, 리셉터클(31)은 임의의 적절한 크기 및 형상이고 적절한 투명 재료로 만들어진 샘플 홀더와 샘플을 수용하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 어댑터 장치(22)의 개략적인 분해도이다. 장치(22)는 전형적으로 몰딩된 플라스틱으로 만들어지고 리셉터클(31)용 슬롯을 포함하는 케이스(30)를 포함한다. 카메라 모듈(27)의 시야 및 초점 범위 내에 샘플이 있도록 리셉터클 내에서 안정적으로 그리고 정밀하게 슬라이드(26)를 유지하기 위해 케이스 내에 스프링(32)이 끼워 넣어진다. 미러 홀더(34)는 케이스(30)의 뒤쪽에 끼워 맞춤되고 한 쌍의 미러(36 및 38)를 고정시키는데, 장치(22) 내의 조명 광학부재로서의 이 미러들의 동작은 도 4를 참조하여 아래에 설명된다.
한 쌍의 렌즈 홀더(42) 사이에 유지되는 볼 렌즈(40)는 슬라이드(26)가 보유한 샘플과 카메라 모듈(27)의 입구 애퍼어처 사이의 위치에서 케이스(30) 내에 장착된다. 스프링(32)은 렌즈(40)로부터 고정된 정확한 거리에 슬라이드(26)를 유지한다. 렌즈(40)는 카메라 모듈에 의해 캡처된 샘플의 이미지를 확대하는 역할을 한다. 렌즈 홀더(42)는 볼 렌즈의 작은 광 애퍼어처를 가리지 않으면서 볼 렌즈(40)의 양측으로 뻗어 있는 날개와 같은 형상이다. 대안으로서, 볼 렌즈 및 날개는 광학 플라스틱 또는 유리의 단일 조각으로부터 함께 몰딩될 수 있다. 전형적으로, 볼 렌즈(40)는 대략 2mm 직경이지만, 더 크거나 작은 엘리먼트가 대안으로서 사용될 수도 있다. 다른 대안으로서, 볼 렌즈(40)는 원하는 배율 및 다른 광학적 요구사항에 따라, 미니어처 심플 렌즈(구형 또는 비구형) 또는 심지어 컴파운드 렌즈와 같은, 다른 확대 광학부재로 대체 가능하다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 장치(20) 및 특히 어댑터 장치(22)의 상세를 보여주는 개략적인 단면도이다. 이 도면은 도 3을 참조하여 앞서 서술되었던 엘리먼트들의 기능을 보여준다. 광원(29)은 스마트폰(24)의 제2 면으로부터 조명 빔(54)을 내보낸다. 빔(54)은 각각 빔을 90°씩 방향 전환시키는 미러(36 및 38)의 반사면에 의해 스마트폰의 제2 면 내의 카메라 모듈(27)의 입구 애퍼어처를 향해 반사된다. 도시된 실시예에서, 미러(36 및 38)는 전면 반사기를 포함한다. 대안으로서, 반사면을 가진 적절한 프리즘과 같은, 상이한 디자인의 하나 이상의 반사기, 또는 심지어 만곡형 광 가이드와 같은 투과형 광학부재가 미러(36 및 38) 대신 사용될 수 있다.
미러(36 및 38)로부터 반사된 후, 빔(54)은 슬라이드(26)가 보유한 샘플(56)을 후방 조명한다. 볼 렌즈(40) 는 카메라 모듈(27) 내의 이미지 센서 평면상에 샘플의 확대된 이미지를 생성한다. 스마트폰(24)은 아래에 더 설명한 바와 같이 이미지를 캡처 및 프로세싱한다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테스트 슬라이드(26)의 개략적인 전면도이다. 슬라이드(26)는 투명 플라스틱 또는 유리를 포함하고, 슬라이드의 표면에 액체 샘플을 담기 위한 전형적으로 대략 100μm 깊이의 오목부(58)를 형성하도록 몰딩되거나 또는 다르게 제조된다. 예를 들어, 오목부는 대안으로서 샘플을 담기 위한 영역 둘레의 슬라이드 표면상에 대략 100μm 두께의 적절한 양면 접착층을 배치함으로써 형성될 수도 있다. 전형적으로 대략 0.3mm 두께의 투명 커버 슬립(60)이 도면에 도시된 바와 같이 볼 렌즈(40)와 나란하게 샘플 챔버를 형성하기 위해 (몰딩되거나, 양면 접착에 의해 또는 다른 수단에 의해 형성된) 오목부 위에서 슬라이드에 부착된다. 커버 슬립(6)은 오목부(58)의 로딩 영역(62)을 덮지 않고 남겨두도록 배치된다. 결과적으로, 액체 샘플이 로딩 영역(62)에 놓여진 때, 그 액체는 모세관 운동에 의해 샘플 챔버로 끌려 들어간다. 그 다음, 테스트 슬라이드(26)는 샘플의 이미징을 위해 리셉터클(31) 내로 로딩될 수 있다. 이러한 테스트 슬라이드(26)의 디자인은 제어된 기지의 체적의 정액이 카메라 모듈(27)의 시야 내에 놓여질 것임을 보장하고, 그러므로 신뢰성 있는 이미징 및 평가가 가능하게 된다.
전형적으로, 커버 슬립(60)은 슬라이드(26) 상에 접착된다. 이러한 목적으로, 슬라이드는 슬라이드에 커버 슬립을 적용하기 전에 접착제를 삽입하기 위한 하나 이상의 홈(64)을 형성하도록 몰딩될 수 있다. (예컨대, 자외선 조명에 의해) 경화된 후, 접착제는 커버 슬립을 슬라이드에 고정시킨다. 접착제가 홈(64)에서부터 샘플 챔버로 흘러 넘치는 것을 방지하기 위해, 하나 이상의 추가 홈(66)이 홈(64)과 오목부(58) 사이 위치에 몰딩될 수 있다. 대안으로서, 앞서 언급한 바와 같이, 커버 슬립은 오목부(58)를 생성하는 성형된 양면 접착제의 상부에 놓여질 수도 있다.
슬라이드(26)의 디자인 및 그 치수는 예시의 방법으로 여기 도시되고 서술된 것이다. (도면에 도시되지 않은) 대안의 실시예에서, 어댑터 장치(22)는 다른 치수 및 디자인의 샘플 홀더를 수용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 정자 검사 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 이 방법은 편의상 장치(20)를 참조하여 서술되었으나, 다른 종류의 어댑터 및 샘플에도 휴대용 컴퓨팅 장치를 이용하여 유사하게 적용될 수 있다.
사용자는 스마트폰(24) 내에 테스팅 애플리케이션 소프트웨어를 설치하는 예비 단계를 통해 프로시저를 시작한다. 소프트웨어는 웹 사이트 또는 공지된 "앱 스토어"로부터 다운로드될 수 있다. 그것은 테스트를 수행함에 있어 사용자를 안내하고, 요청된 사용자 입력, 뿐만 아니라 필요하다면 카메라 모듈(27), 광원(29) 및 디스플레이 스크린(28)을 동작시키기 위한 구동 컴포넌트를 수신하는 사용자 인터페이스를 포함한다. 이 애플리케이션 소프트웨어는 또한 카메라 모듈에 의해 캡처된 샘플의 이미지를 분석하고 테스트 결과를 계산하는 이미지 프로세싱 및 분석 컴포넌트를 포함한다.
애플리케이션이 설치된 후, 사용자는 샘플 준비 단계(70)에서 정액 샘플을 수집 및 준비한다. 이러한 목적으로, 사용자는 정액의 점도를 줄이기 위해 키모트립신과 같은 액화제(liquefying agent)와 정액을 혼합할 수 있다. 사용자는 샘플 이동 단계(72)에서 로딩 영역(62)에 소량의 샘플을 삽입하는데, 이 때 샘플은 샘플 이동 단계(72)에서 오목부(58)에 의해 형성된 챔버로 끌려들어 간다. 예를 들어, 사용자는 소량의 액화된 정액을 모세관으로 끌어들인 다음, 정액이 샘플 챔버를 채우도록 로딩 영역에 그 모세관의 끝을 놓아둘 수 있다.
슬라이드 삽입 단계(74)에서, 사용자는 샘플을 가진 슬라이드(26)를 광 어댑터 장치(22)의 리셉터클(42)로 삽입하여, 슬라이드가 제 위치에 단단히 고정된다. 그 다음, 사용자는 장치 끼워 맞춤 단계(76)에서 앞선 도면에 도시된 바와 같이, 스마트폰(24)의 단부에 장치(22)를 클립에 의해 고정시킨다(clip). 대안으로서, 단계(74 및 76)의 순서는 바뀔 수 있다. 어떤 경우든, 샘플은 이제 이미징을 위해 준비되었다.
사용자는 측정 실행 단계(78)에서 스크린(28) 상에 표시된 컨트롤을 누름으로써 샘플이 제 위치에 있음을 스마트폰(24) 상의 테스팅 애플리케이션에게 알린다. 이 단계는 애플리케이션이 광원(29)을 키고 카메라 모듈(27)이 샘플의 하나 이상의 이미지를 캡처하도록 동작하게 만든다. 애플리케이션의 이미지 프로세싱 컴포넌트는 스마트폰(24) 내의 프로세서가 휴대용 컴퓨팅 장치 내의 전자 이미지들을 프로세싱하여 샘플의 평가를 계산 및 출력하게 만든다. 이 단계에서 수행되는 프로세싱은 도 7을 참조하여 아래에 더 상세하게 서술된다.
캡처된 이미지의 프로세싱을 완료한 후, 스마트폰(24)은 데이터 출력 단계(80)에서 그 결과를 전형적으로 디스플레이 스크린(28)를 통해 출력한다. MSC와 같은 측정 결과는 수치값으로 출력될 수 있다. 대안으로서 또는 부가적으로, 디스플레이를 보는 사용자에게 우려할 만한 원인이 있는지 없는지 나타내기 위해, 그 결과가 속하는 범위를 간단히 보고하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, MSC의 경우에, 결과는 그것이 6백만/ml 이상이라면 사용자에게 "정상"으로 보고될 수 있고, 또는 결과가 6백만/ml 미만이라면 "낮음"으로 보고될 수 있다. 후자의 경우에, 사용자는 다시 테스트를 하고 MSC가 다시 낮게 나타난다면 의사를 찾아가도록 유도될 수 있다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 정자 운동성의 자동 평가 방법을 개략적으로 보여주는 흐름도이다. 이 방법은 사용자가 단계(78)(도 6)에서의 측정 프로세스를 실행할 때 시작된다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 단계에서, 광원(29)이 동작을 시작하고, 카메라 모듈(27)은 뒤에서 조명을 받고 있는 샘플의 일련의 이미지를 전형적으로 고해상도 설정으로 캡처한다. 앞서 언급한 애플리케이션 소프트웨어의 통제 하에서 동작하는 스마트폰(24)은 안정화 단계(90)에서, 최종 비디오 이미지가 안정화되는 것을 기다린다. 안정화를 기다리는 것은 스마트폰 오토 포커스 피처가 카메라 모듈이 작동하는 동안 최적의 비디오 초점을 얻기 위해 시간이 필요하기 때문에 도움이 된다. 스마트폰 프로세서는 단계(90)에서 간단히 20초와 같은 미리 정해진 시간동안 대기할 수 있다. 대안으로서, 애플리케이션 프로그램은 카메라 모듈(27)로부터 오토 포커스가 고정되었음을 나타내는 피드백을 수신할 수 있고, 오직 그 포인트에서만 분석을 위한 이미지 캡처가 시작할 것이다.
안정된 비디오 이미지 내에서, 스마트폰 프로세서는 관심 영역(ROI) 선택 단계(92)에서 분석을 위해 정자 세포의 가장 선명한 화면을 제공하는 영역을 선택한다. 본 발명자는 700×700 픽셀의 ROI가 분석에 편리하고 신뢰성 있는 결과를 제공한다는 것을 알게 되었다. 프로세서는 우수한 초점 품질 및 명암(contrast)을 가진 ROI를 선택하도록 시도한다. 이러한 목적으로, 예를 들어, 프로세서는 시간에 따라(모든 프로세싱된 이미지 프레임에 걸쳐) 모든 픽셀에서 변하는 최대 그래디언트(gradient)의 그레이 레벨을 찾고, 모든 픽셀에 걸친 최대 그래디언트를 판정할 수 있다. 프로세서는 연속된 이미지 내에서 적어도 한번 최대 그래디언트의 적어도 50%의 그래디언트를 가지는, 캡처된 비디오 스트림 내의 모든 픽셀을 식별한다. 그 다음, ROI는 모든 식별된 하이-그래디언트 픽셀의 무게 중심에 중심을 가지는 700×700 픽셀의 영역이 되도록 선택된다.
그 다음, 애플리케이션 프로그램은 픽셀 탐지 단계(94)에서 스마트폰 프로세서가 정자 세포에 속할 수 있는, ROI 내의 픽셀을 탐지하게 한다. 정자 세포에 해당하는 픽셀은 더 밝은 픽셀 영역에 의해 둘러싸인 어두운 픽셀로 정의된다. 이러한 어두운 픽셀들은 배경 환경의 밝기, 및 정자 세포를 포함하는 것으로 의심되는 영역의 밝기를 먼저 정의한 후, 이미지 내의 픽셀을 분류하기 위한 밝기 기준을 정의함으로써 탐지된다.
프로세서는 픽셀 집성 단계(96)에서, 프로세서가 블롭(blob)으로 탐지했던 잠재적 정자 픽셀을 집성한다. 이 단계는 연결된 컴포넌트들을 식별하는 공지된 이미지 프로세싱 방법을 이용할 수 있다. 전형적으로, 인접한 정자 픽셀의 그룹들은 그것들을 식별하기 위해 "블롭"으로 라벨링되고, 이 블롭들은 크기에 따라 필터링되어 특정한 최소 크기의 블롭만이 정자 세포로 분류된다. 각각의 이미지에서, 프로세서는 이러한 기준을 충족하는 각각의 블롭의 중심을 표시한다.
프로세서는 움직임 카운팅 단계(98)에서, 각각의 블롭의 위치를 이전 프레임에서의 위치와 비교함으로써 각각의 이미지 프레임 내에서 움직이는 정자의 개수를 센다. 주어진 블롭이 움직였다고 판정되면, 정자 움직임 카운트는 1씩 증가한다. 그러므로 움직인 블롭의 총 개수는 각각의 프레임에 대한 움직임 카운트를 제공한다. 그 다음, 프로세서는 운동성 카운팅 단계(100)에서 이미지 프레임마다 움직이는 블롭의 중간(median) 카운트를 기초로 운동성 정자 수를 계산한다. 이 값은 앞서 정의한 바와 같이 실제 MSC 값을 제공하기 위해 ROI 내에 포함된 정액의 체적만큼 크기 조절(scale)된다. 그 결과는 단계(80)(도 6)에서 스크린(28)에 출력된다.
대안으로서, 당업계에 공지된 다른 이미지 프로세싱 방법이 카메라 모듈(27)에 캡처된 샘플의 일련의 이미지를 분석하기 위해 적용될 수 있다. 이러한 대안적 방법 및 상술된 방법은 MSC를 계산하는 것, 뿐만 아니라, 정자 수 및/또는 운동성만의 측정값을 추출하는 것은 물론, 정액 및 다른 종류의 샘플의 다른 양을 분석하는데에도 적용될 수 있다.
상술된 실시예가 특히 정액을 테스트하는 것 및 더욱 상세하게는 MSC의 평가에 대하여 언급하고 있으나, 본 발명의 원리는 기존의 휴대용 컴퓨팅 장치의 기능을 이용하여 다른 종루의 샘플을 테스트하는데 유사하게 적용될 수 있다. 그러므로, 상술된 실시예는 단지 예시로 언급된 것일 뿐이고, 본 발명이 본 명세서에 특별하게 도시되고 서술된 내용으로 제한되지 않음이 이해될 것이다. 그 보다는, 본 발명의 범위는 여기 서술된 다양한 특징의 조합 또는 하위 조합을 모두 포함함은 물론, 종래기술에 서술되지 않은 앞선 설명을 읽은 당업자들에게 가능한 그 다양한 변형 및 수정을 포함한다.

Claims (27)

  1. 제1 면 및 제2 면을 구비하고 있고, 출구 애퍼어처를 통해 하나의 빔의 조명을 방출하는 광원, 및 입구 애퍼어처를 통해 이미지를 캡처하는 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 컴퓨팅 장치의 적어도 일부분 위에 끼워 맞춤되도록 구성된 케이스로서, 상기 입구 및 출구 애퍼어처는 모두 상기 휴대용 컴퓨팅 장치의 상기 제2 면을 통해 개방되어 있는 상기 케이스;
    샘플을 수용하고 그 샘플을 상기 휴대용 컴퓨팅 장치의 상기 제2 면 부근에, 상기 카메라 모듈의 시야 내에 위치시키도록 구성된, 상기 케이스 내의 리셉터클; 및
    상기 광원에 의해 방출된 상기 빔을 수신하고 그 빔을 방향 전환시켜 상기 샘플을 후방에서 조명하고, 그 동안 상기 카메라 모듈이 후방에서 조명을 받고 있는 샘플의 하나 이상의 이미지를 캡처하도록 구성된 조명 광학부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 상기 빔을 상기 휴대용 컴퓨팅 장치의 상기 제2 면으로부터 내보내고, 상기 조명 광학부재는 상기 빔을 상기 제2 면을 향해 반사하도록 구성된 적어도 하나의 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반사기는 각각 상기 빔을 90°씩 방향 전환하도록 구성된 한 쌍의 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스 내에, 상기 샘플과 상기 입구 애퍼어처 사이의 위치에 장착되어 있고, 상기 샘플이 상기 카메라 모듈의 초점 범위 내에 위치되게 하도록 구성된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 렌즈는 상기 카메라 모듈에 의해 캡처된 상기 하나 이상의 이미지를 확대하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 렌즈는 상기 케이스에 장착하기 위해 날개가 부착되어 있는 볼 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플을 상기 카메라의 시야 내에 확실하게 배치시키기 위해, 상기 샘플을 수용하고 상기 리셉터클 내에 놓여지도록 구성되어 있는 투명 샘플 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 샘플은 액체이고, 상기 샘플 홀더는 상기 샘플을 담기 위한 오목부가 형성되어 있는 슬라이드 및 상기 오목부 위에 고정되는 커버 슬립을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 테스팅 장치로서,
    제1 면 및 제2 면을 포함하고, 출구 애퍼어처를 통해 하나의 빔의 조명을 방출하는 광원, 및 입구 애퍼어처를 통해 이미지를 캡처하는 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 컴퓨팅 장치로서, 상기 입구 및 출구 애퍼어처는 모두 상기 휴대용 컴퓨팅 장치의 상기 제2 면을 통해 개방되어 있는 상기 휴대용 컴퓨팅 장치; 및
    상기 리셉터클이 상기 샘플을 상기 카메라 모듈의 시야 내에 위치하게 하고, 상기 조명 광학부재가 상기 광원과 나란하게 되도록, 상기 휴대용 컴퓨팅 장치 위에 끼워 맞춤되도록 구성된, 청구항 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스팅 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 휴대용 컴퓨팅 장치는 스마트폰인 것을 특징으로 하는 테스팅 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 휴대용 컴퓨팅 장치는 상기 샘플의 특성을 분석하기 위해 상기 캡처된 이미지를 프로세싱하도록 구성되어 있는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스팅 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 샘플은 정액이고, 상기 프로세서는 상기 정액 내의 정자의 운동성 특성을 분석하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 테스팅 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 휴대용 컴퓨팅 장치는 상기 휴대용 컴퓨팅 장치의 상기 제1 면상에 디스플레이 스크린을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 디스플레이 스크린 상에 상기 특성의 평가를 표시하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 테스팅 장치.
  14. 샘플 홀더로서,
    슬라이드의 표면에 오목부를 포함하는 슬라이드; 및
    로딩 영역에 놓인 액체 샘플이 모세관 운동에 의해 샘플 챔버로 끌려들어 가도록 상기 오목부 중 로딩 영역을 덮이지 않게 남겨둔 채로, 상기 샘플 챔버를 형성하도록 상기 오목부 위에서 상기 슬라이드에 고정되는 커버 슬립을 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플 홀더.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 슬라이드는 상기 슬라이드에 상기 커버 슬립을 고정시키기 위한 접착제를 삽입하기 위한 적어도 하나의 제1 홈 및 상기 적어도 하나의 제1 홈으로부터 상기 샘플 챔버로 상기 접착제가 흘러 넘치는 것을 방지하기 위해 상기 적어도 하나의 제1 홈과 상기 오목부 사이에 위치하는 적어도 하나의 제2 홈을 형성하도록 몰딩된 것을 특징으로 하는 샘플 홀더.
  16. 테스트 방법으로서,
    샘플을 투명 샘플 홀더에 삽입하는 단계;
    상기 샘플을 가진 상기 투명 샘플 홀더를 광 어댑터에 삽입하는 단계;
    출구 애퍼어처를 통해 하나의 빔의 조명을 방출하는 광원 및 입구 애퍼어처를 통해 이미지를 캡처하는 카메라 모듈을 포함하는 휴대용 컴퓨팅 장치 위에 상기 샘플이 상기 카메라 모듈의 시야 내에 위치하도록 상기 광 어댑터를 끼워 맞추는 단계;
    상기 광원에 의해 방출되는 상기 빔으로 상기 샘플을 조명하면서 상기 카메라 모듈을 이용하여 상기 광 어댑터 내의 상기 샘플의 이미지를 캡처하는 단계; 및
    상기 휴대용 컴퓨팅 장치 내에서 상기 캡처된 이미지를 분석하여 상기 샘플의 평가를 계산 및 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 휴대용 컴퓨팅 장치는 제1 및 제2 면을 가지고, 상기 입구 및 출구 애퍼어처 모두 상기 제2 면을 통해 개방되어 있고, 상기 광 어댑터는 상기 카메라 모듈이 상기 이미지를 캡처하는 동안 상기 샘플을 후방에서 조명하기 위해 상기 광원에 의해 방출되는 상기 빔을 수신하고 방향 전환시키는 조명 광학부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 광원은 상기 빔을 상기 휴대용 컴퓨팅 장치의 상기 제2 면에서부터 내보내고, 상기 조명 광학부재는 상기 빔을 상기 제2 면을 향해 반사하도록 구성된 적어도 하나의 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 이미지를 캡처하는 단계는 상기 샘플의 상기 이미지를 상기 카메라 모듈의 초점 범위 내에 형성하기 위해, 상기 샘플과 상기 카메라 모듈의 상기 입구 애퍼어처 사이의 위치에서 상기 광 어댑터에 장착되는 렌즈를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 렌즈를 적용하는 단계는 상기 이미지를 확대하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플은 액체이고, 상기 샘플 홀더는 상기 샘플을 담기 위한 오목부가 형성되어 있는 슬라이드, 및 상기 오목부 위에 고정되는 커버 슬립을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 커버 슬립은 상기 오목부의 로딩 영역을 덮지 않고 남겨둔 채 샘플 챔버를 형성하도록 상기 오목부 위에서 상기 슬라이드에 고정되고, 상기 샘플을 삽입하는 단계는 상기 액체가 모세관 운동에 의해 상기 샘플 챔버로 끌려 들어가도록 상기 로딩 영역에 상기 샘플을 놓는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  23. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 휴대용 컴퓨팅 장치는 스마트폰인 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 캡처된 이미지를 분석하는 단계는 상기 스마트폰 내의 프로세서 상에서 실행하는 애플리케이션 소프트웨어를 이용하여 상기 캡처된 이미지를 프로세싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  25. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플은 정액이고, 상기 캡처된 이미지를 분석하는 단계는 상기 정액 내의 정자의 운동성 특성을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 운동성 특성을 평가하는 단계는 운동성 정자 농도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
  27. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡처된 이미지를 분석하는 단계는 상기 샘플의 평가를 상기 휴대용 컴퓨팅 장치의 디스플레이 스크린 상에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 방법.
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