KR20170141029A - 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법 및 이에 사용되는 디지털 홀로그래픽 현미경 - Google Patents

형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법 및 이에 사용되는 디지털 홀로그래픽 현미경 Download PDF

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문인규
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조선대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법 및 이에 사용되는 디지털 홀로그래픽 현미경에 관한 것이고, 상기 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법은 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하는 모델링단계와, 상기 3차원 이미지를 통해 상기 적혈구에 대한 형태학적 파라미터를 측정하는 파라미터 측정단계를 포함한다.
본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법은 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하고, 상기 3차원 이미지를 토대로 적혈구의 형태학적 파라미터를 측정하므로 측정에 소요되는 시간 및 인력을 절약할 수 있고, 측정에 대한 정확성이 우수하다는 장점이 있다.

Description

형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법 및 이에 사용되는 디지털 홀로그래픽 현미경{Morphology parameters based red blood cell inspection method and digital holographic microscopy used in the same}
본 발명은 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법 및 이에 사용되는 디지털 홀로그래픽 현미경에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하고, 상기 3차원 이미지를 토대로 적혈구의 형태학적 파라미터를 측정하는 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법 및 이에 사용되는 디지털 홀로그래픽 현미경에 관한 것이다.
적혈구는 물과 단백질로 이루어져 있으며, 이들 대부분은 헤모글로빈, 지질 및 탄수화물인 것으로 보고되어 있다. 상기 적혈구 막은 물, 단백질, 지질 및 탄수화물로 이루어져 있다. 이의 형태에 관해 말하자면, 성숙한 적혈구는 혈액 순환에서의 주요 세포 유형이다. 적혈구는 미세 순환 도중에 작은 모세혈관을 통과하는 동안에 최대 변형, 소정의 부피에서의 최대 표면, 및 신속한 변화를 위해 최적인 유연막을 갖는 양면이 오목한 형태(종종 원판적혈구로서 지칭됨)와 유사하다.
특히, 상기 적혈구의 양면이 오목한 형태는 적혈구 내에서 복잡한 내부 구조가 없기 때문에 상기 면적 및 부피 제한 하에서의 막의 자유 에너지를 최소화하는 결과로서 간주된다]. 적혈구는 혈관에서 발견되는 상대적으로 넓은 모세혈관의 크기 범위에 적응해야 하지만, 이들은 이들의 세포 온전성(integrity) 및 기능을 유지하면서 동시에 변형 가능해야 한다. 이는 적혈구가 3D 세포 골격을 갖지 않기 때문에 가능하지만, 이는 유연한 스펙트린 4합체에 의해 형성된 2D 삼각형 격자에 의해 이의 형태 및 기계적 온전성을 유지하며, 상기 스펙트린 4합체는 액틴 올리고머에 의해 연결되어 있다. 액틴의 측면 길이(70 내지 80nm)가 스펙트린 4합체의 윤곽 길이(약 200nm)이보다 짧기 때문에 스펙트린은 본질적으로 굴곡률 또는 곡률에 대해 주요 기여자로서 작용하는 것으로 여겨진다.
상술된 바와 같이 구성된 적혈구에 대한 형태학적 파라미터를 측정하기 위해 종래에는 생화학적 방법이 이용되었으나, 이러한 생화학적 방법은 측정 및 파라미터 값 산출이 복잡하여 파라미터를 측정하는데 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
공개특허공보 제10-2005-0035542호: 혈액검사방법
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하고, 상기 3차원 이미지를 토대로 적혈구의 형태학적 파라미터를 측정하는 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법 및 이에 사용되는 디지털 홀로그래픽 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법은 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하는 모델링단계, 상기 3차원 이미지를 통해 상기 적혈구에 대한 형태학적 파라미터를 측정하는 파라미터 측정단계를 포함한다.
상기 모델링단계는 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holograghic microscopy)에 의해 상기 검사대상 적혈구로부터 3차원 이미지를 획득한다.
상기 모델링단계는 상기 적혈구를 통과한 물체광과 광원부로부터 출사된 참조광을 통해 광간섭신호를 생성하고, 상기 광간섭신호를 촬상유닛으로 촬영하여 홀로그램 영상을 제작하는 홀로그램 제작단계, 상기 홀로그램 제작단계를 통해 제작된 상기 홀로그램 영상을 토대로 상기 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하는 3차원 이미지 제작 단계를 포함한다.
상기 홀로그램 제작단계에서, 상기 물체광을 상기 적혈구의 하측에서 상측으로 통과시키는 것이 바람직하다.
상기 홀로그램 제작단계에서, 소정의 반경을 갖는 원반형으로 형성된 상기 적혈구의 중앙에 마련된 오목한 부분에 대한 홀로그램 영상을 획득할 수 있도록 상기 적혈구의 반경방향에 대해 교차하는 방향으로 상기 물체광을 투과시킨다.
상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 적혈구의 중앙으로부터 반경방향으로, 상기 적혈구의 반경의 절반이 되는 부분에 대응되는 위치의 상기 3차원 이미지의 두께 값에 대한 상기 적혈구의 중앙에 대응되는 위치의 상기 3차원 이미지의 두께 값에 대한 비를 산출한다.
상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 적혈구의 반경에 대응되는 반경을 갖는 구의 겉넓이에 대한 상기 적혈구의 겉넓이의 비인 상기 적혈구의 형태학적 기능 계수를 산출할 수도 있다.
상기 적혈구의 겉넓이는 상기 3차원 이미지의 투영 면적과 상기 3차원 이미지의 평면 시점(top view)에 대한 면적의 합이다.
상기 3차원 이미지의 투영 면적(PSA)은 하기의 수학식으로부터 산출하고,
Figure pat00001
여기서, p는 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 한변의 길이이며, N은 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 수이다.
상기 적혈구의 반경에 대응되는 반경을 갖는 구의 겉넓이(SS)는 하기의 수학식으로부터 산출하고,
Figure pat00002
여기서, r은 상기 적혈구의 반경인 것이 바람직하다.
상기 적혈구의 반경(r)은 하기의 수학식으로부터 산출하고,
Figure pat00003
여기서, PSA는 상기 3차원 이미지의 투영 면적으로서, 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 한변 길이의 제곱과 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 수를 곱한 값이다.
상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 3차원 이미지의 부피(V) 및 상기 적혈구의 겉넓이(SA)로부터
Figure pat00004
의 수학식을 적용하여 구형 지수(SP)를 산출할 수도 있다.
상기 적혈구의 겉넓이는 상기 3차원 이미지의 투영 면적과 상기 3차원 이미지의 평면 시점(top view)에 대한 면적의 합인 것이 바람직하다.
상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 3차원 이미지의 픽셀의 한변의 길이(p) 및 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 수(N)로부터
Figure pat00005
의 수학식을 적용하여 상기 적혈구의 투영면적(PSA)를 산출한다.
상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 적혈구의 투영면적과 상기 3차원 이미지의 평면 시점(top view)에 대한 면적의 합인 상기 적혈구의 겉넓이를 산출한다.
본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법은 상기 파라미터 측정단계를 통해 측정된 상기 형태학적 파라미터를 토대로 상기 적혈구의 상태를 추정하는 추정단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 모델링 단계에서, 다수의 적혈구 샘플을 각각 3차원 이미지로 모델링하고, 상기 파라미터 측정단계에서, 상기 적혈구 샘플들의 3차원 이미지를 토대로 각 상기 적혈구 샘플들에 대한 형태학적 파라미터를 측정하고, 상기 추정단계는 상기 적혈구 샘플들의 형태학적 파라미터를 토대로 각각의 상기 적혈구 샘플의 채혈 이후 경과된 보관시간을 추정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 디지털 홀로그래픽 현미경은 물체광 및 참조광을 발생시키는 것으로서, 검사대상 적혈구를 통과하도록 상기 물체광을 조사하는 광원부, 상기 적혈구를 통과한 상기 물체광과 참조광을 수신하여 광간섭신호를 생성하는 빔스프리터, 상기 빔스프리터로부터 생성된 광간섭신호를 촬영하는 촬상유닛을 구비하고, 상기 광원부는 소정의 반경을 갖는 원반형으로 형성된 상기 적혈구의 중앙에 마련된 오목한 부분에 대한 영상을 획득할 수 있도록 상기 적혈구의 반경방향에 대해 교차하는 방향으로 상기 물체광을 통과시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 디지털 홀로그래픽 현미경은 상기 물체광이 투과될 수 있도록 투광성 소재로 형성되고, 상기 오목한 부분이 상측에 위치하도록 상기 적혈구가 세팅되는 세팅 플레이;를 더 구비하고, 상기 광원부는 상기 세팅 플레이트의 하측에서 상측으로 통과되도록 상기 물체광을 조사한다.
본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법은 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하고, 상기 3차원 이미지를 토대로 적혈구의 형태학적 파라미터를 측정하므로 측정에 소요되는 시간 및 인력을 절약할 수 있고, 측정에 대한 정확성이 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법에 대한 순서도이고,
도 2는 본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법에 이용되는 디지털 홀로그래픽 현미경에 대한 개념도이고,
도 3은 본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법에 의해 모델링된 적혈구의 3차원 이미지이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 적혈구 측정방법에 따라 산출된 형태학적 파라미터 값의 보관 기간에 따른 변화에 대한 그래프이고,
도 7 및 도 8에는 보관 기간에 따른 적혈구들의 3d 맵과 겉넓이의 히스토그램(histograms)이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법 및 이에 사용되는 디지털 홀로그래픽 현미경에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 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 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 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 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1에는 본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법은 모델링단계(S101), 파라미터 측정단계(S102) 및 추정단계(S103)를 포함한다.
모델링단계(S101)는 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하는 단계이다. 상기 모델링단계(S101)는 도 2에 도시된 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holograghic microscopy)에 의해 상기 검사대상 적혈구로부터 3차원 이미지를 획득하는 단계로서, 홀로그램 제작단계, 3차원 이미지 제작단계를 포함한다.
상기 디지털 홀로그래픽 현미경(100)에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 디지털 홀로그래픽 현미경(100)은 검사대상 적혈구가 세팅되는 세팅 플레이트(110)와, 물체광(11) 및 참조광(12)을 발생시키는 것으로서, 검사대상 적혈구를 통과하도록 상기 물체광(11)을 조사하는 광원부와, 상기 적혈구를 통과한 상기 물체광(11)과 참조광(12)을 수신하여 광간섭신호를 생성하는 빔스프리터(120)와, 상기 빔스프리터(120)로부터 생성된 광간섭신호를 촬영하는 촬상유닛(130)을 구비한다.
상기 세팅 플레이트(110)는 물체광(11)이 투과될 수 있는 소재로 형성되며, 이격부재(112)에 의해 상하방향으로 상호 이격되게 지지된 복수의 투과판(111)을 구비한다. 투과판(111) 사이에는 적혈구가 포함된 혈액이 안착되는 안착공간이 마련된다. 이때, 적혈구는 소정의 반경을 갖는 원반형으로 형성된 상기 적혈구의 중앙에 마련된 오목한 부분이 마련되어 있는데, 투과판(111)들 사이에 상기 오목한 부분이 상측에 위치하도록 상기 적혈구가 세팅되는 것이 바람직하다.
광원부는 도면에 도시되진 않았지만, 세팅 플레이트(110)의 하방에 설치되어 상기 세팅 플레이트(110) 측으로 물체광(11)(Object beam)을 조사하는 제1광원과, 세팅 플레이트(110)를 투과한 상기 물체광(11)의 광로 상으로 참조광(12)(Reference beam)을 조사하는 제2광원을 구비한다. 제1광원 및 제2광원은 물체광(11) 및 참조광(12)으로 파장이 682nm인 레이져를 발생시키는 것이 바람직하다.
이때, 광원부는 상기 적혈구의 중앙에 마련된 오목한 부분에 대한 홀로그램 영상을 획득할 수 있도록 상기 적혈구의 반경방향에 대해 교차하는 방향으로 상기 물체광(11)을 투과시키는 것이 바람직하다.
빔스프리터(120)는 물체광(11)의 광로와 참조광(12)의 광로가 상호 교차되는 위치에 설치되어 적혈구를 투과한 물체광(11)과 참조광(12)으로부터 광간섭신호를 생성한다. 상기 빔스프리터(120)는 물체광(11)과 참조광(12) 사이에 광간섭신호를 생성하기 위해 종래에 디지털 홀로그래픽 현미경(100)에 사용되는 빔스프리터(120)이므로 상세한 설명은 생략한다.
이때, 빔스프리터(120)와 세팅 플레이트(110) 사이의 물체광(11)의 광로 상에 대물렌즈가 설치되어 있다. 상기 대물렌즈의 배율은 40x이고, 시야 범위(field of view)는 150㎛인 것이 바람직하다.
촬영유닛은 빔스프리터(120)의 상측에 설치되며, 빔스프리터(120)에 의해 생성된 광간섭신호를 촬영하는 것으로서, CCD 카메라가 적용된다.
홀로그램 제작단계는 상기 적혈구를 통과한 물체광(11)과 광원부로부터 출사된 참조광을 통해 광간섭신호를 생성하고, 상기 광간섭신호를 촬상유닛(130)으로 촬영하여 홀로그램 영상을 제작하는 단계이다. 광원부를 작동시켜 물체광(11) 및 참조광(12)을 생성하고, 빔스프리터(120)를 통해 생성된 광간섭신호를 촬영하여 홀로그램 영상을 획득한다. 이때, 검사자는 오목한 부분이 상측에 위치하도록 적혈구를 세팅 플레이트(110)에 세팅하거나, 촬영된 영상에 포함된 적혈구 객체 중 오목한 부분이 상측으로 세팅된 적혈구만을 검사대상으로 선정하는 것이 바람직하다.
3차원 이미지 제작 단계는 상기 홀로그램 제작단계를 통해 제작된 상기 홀로그램 영상을 토대로 상기 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하는 단계이다. 도 3에는 적혈구 샘플의 홀로그램 영상을 모델링한 3차원 이미지가 도시되어 있다.
파라미터 측정단계(S102)는 상기 3차원 이미지를 통해 상기 적혈구에 대한 형태학적 파라미터를 측정하는 단계이다. 이때, 상기 형태학적 파라미터는 적혈구의 구형계수 k(Sphericity coefficient), 적혈구의 투영면적(PSA: Projected Surface Area), 적혈구의 겉넓이(SA: Surface Area), 적혈구의 형태학적 기능 계수 f(morphological functionality factor of the erythrocyte), 적혈구의 부피 및 적혈구의 구형지수(sphericity index)가 적용된다.
상기 적혈구의 구형계수k는 하기의 수학식 1에 의해 산출된다.
Figure pat00006
여기서, dc는 상기 적혈구의 중앙에 대응되는 위치의 상기 3차원 이미지의 두께 값이고, dr은 상기 적혈구의 중앙으로부터 반경방향으로, 상기 적혈구의 반경의 절반이 되는 부분에 대응되는 위치의 상기 3차원 이미지의 두께 값이다. 즉, 적혈구의 구형계수k는 상기 적혈구의 중앙으로부터 반경방향으로, 상기 적혈구의 반경의 절반이 되는 부분에 대응되는 위치의 상기 3차원 이미지의 두께 값에 대한 상기 적혈구의 중앙에 대응되는 위치의 상기 3차원 이미지의 두께 값에 대한 비인 것이 바람직하다.
상기 적혈구의 구형계수는 적혈구의 중앙의 형상을 나타내는 것으로서, 상기 구형계수가 1보다 작을 경우, 적혈구 중앙에 상기 오목한 부분이 마련된 것이고, 구형계수가 1일 경우, 적혈구 중앙은 평편하게 형성되고, 구형계수가 1보다 클 경우, 적혈구의 중앙은 볼록하게 형성된 것으로 판단할 수 있다.
상기 적혈구의 투영면적(PSA)은 하기의 수학식 2에 의해 산출된다.
Figure pat00007
여기서, p는 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 한변의 길이이며, N은 상기 3차원 이미지 중 상기 적혈구에 대응되는 범위의 픽셀의 수이다. 도 2의 3차원 이미지의 경우, p는 0.159㎛이고, PSA는 45±5㎛2이다. 상기 적혈구의 투영면적은 혈액의 채취로부터 보관 기간이 증가할수록 전체적으로 감소한다.
이때, 상기 적혈구의 투영면적(PSA)을 통해 적혈구의 반경(r)을 산출할 수 있는데, 하기의 수학식 3에 의해 산출된다.
Figure pat00008
또한, 적혈구의 투영면적(PSA)을 통해 적혈구의 겉넓이(SA: Surface Area)를 구할 수 있는데, 상기 적혈구의 겉넓이는 하기의 수학식 4에 의해 산출된다.
Figure pat00009
여기서, TVSA는 상기 3차원 이미지 중 적혈구에 대응되는 부분의 평면 시점(top view)에 대한 면적으로, 도 2와 같은 3차원 이미지를 통해 산출할 수 있다. 즉, 적혈구의 겉넓이는 상기 적혈구의 투영 면적과 상기 적혈구의 평면 시점(top view)에 대한 면적의 합으로 산출된다.
한편, 상기 적혈구의 형태학적 기능 계수 f는 상기 적혈구의 반경에 대응되는 반경을 갖는 구의 겉넓이에 대한 상기 적혈구의 겉넓이의 비로서, 적혈구의 겉넓이(SA)로부터 하기의 수학식 5에 의해 산출된다.
Figure pat00010
여기서 r은 상기 적혈구의 반경으로서, 3차원 이미지 중 적혈구에 해당되는 부분의 반경에 대응되는 값이다.
또한, 적혈구의 부피(V)는 하기의 수학식 6에 의해 산출된다.
Figure pat00011
여기서, p는 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 한변의 길이이며, k는 3차원 이미지 중 적혈구에 해당하는 부분의 단면적 너비이고, l은 3차원 이미지 중 적혈구에 해당하는 부분의 높이이고,
Figure pat00012
은 3차원 이미지 중 적혈구에 해당하는 부분의 라디안 위상값(phase value in radians)이며, λ은 광원의 파장이고, nrbc는 적혈구의 굴절률로서, 1.396이고, nm은 매질의 굴절률로서, 1.3334이다.
한편, 상기 적혈구의 구형지수(SP)는 적혈구의 구형정도를 파악할 수 있는 파라미터로서, 하기의 수학식 7에 의해 산출된다.
Figure pat00013
여기서, V는 상술된 바와 같이 적혈구의 부피이고, SA는 적혈구의 겉넓이이다. 상기 구형지수를 통해 혈액의 채혈시점으로부터 시간의 경과 정도를 파악할 수 있다.
하기의 표 1에는 다수의 적혈구에 대한 보관 기간에 따른 각 형태학적 파라미터의 값이 나타나있다. 상기 형태학적 파라미터는 본 발명에 따른 측정단계를 통해 산출되었다.
Figure pat00014
여기서, Mean은 샘플로 사용된 적혈구들의 각 파라미터에 대한 평균값이고, STD는 샘플로 사용된 적혈구들의 각 파라미터에 대한 편차 값이다. 여기서 k factor는 적혈구의 구형계수이고, f factor는 적혈구의 형태학적 기능 계수이다.
한편, 도 4 내지 도 6에는 표 1의 각 파라미터 값이 그래프로 도시되어 있다. 도 4는 보관 기간에 따른 적혈구의 투영면적(PSA), 3차원 이미지의 평면 시점에서의 면적(TVSA), 적혈구의 겉넓이(SA), 적혈구의 부피(Volume)의 그래프이고, 도 5는 보관 기간에 따른 적형구의 직경 및 SVR의 그래프이고, 도 6은 보관 기간에 따른 적혈구의 구형계수 k, 적혈구의 형태학적 기능 계수 f, 적혈구의 구형지수의 그래프이다.
상기 표 및 도면을 참조하면, 3차원 이미지의 평면 시점에 대한 면적 및 적혈구의 부피는 보관기간에 대한 값이 변화가 비교적 작은 반면에, 적혈구의 겉넓이 및 적혈구의 투영면적은 30일 이후부터 감소하기 시작한다. 또한, 적혈구의 직경 및 SVR도 보관 초기에는 그 값이 변화가 크기 않으나, 35일 이후에는 급격히 감소한다. 그리고, 적혈구의 구형계수 k, 적혈구의 형태학적 기능 계수 f, 적혈구의 구형지수는 보관기간이 34일 지난 다음에는 급격한 증가를 보인다. 따라서, 적혈구의 보관기간 또는 신선도를 산출하기 위해 상기 형태학적 파라미터들 중 적혈구의 구형계수 k, 적혈구의 형태학적 기능 계수 f, 적혈구의 구형지수, 적혈구의 겉넓이, 적혈구의 투영면적, 적혈구의 직경 및 SVR 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 7 및 도 8에는 보관 기간에 따른 적혈구들의 3d 맵과 겉넓이의 히스토그램(histograms)이다. 도 7에서, (a), (c), (e)는 보관기간이 각각 8일, 16일, 23일의 적혈구 샘플들에 대한 3d 맵 이미지이고, (b), (d), (f)는 보관기간이 각각 8일, 16일, 23일의 적혈구 샘플들에 대한 겉넓이 히스토그램이다. 도 8에서, (a), (c), (e)는 보관기간이 각각 30일, 40일, 57일의 적혈구 샘플들에 대한 3d 맵 이미지이고, (b), (d), (f)는 보관기간이 각각 30일, 40일, 57일의 적혈구 샘플들에 대한 겉넓이 히스토그램이다. 도면을 참조하면, 보관기간이 23일까지는 적혈구의 겉넓이 변화가 비교적 크기 않으나, 30일 이후에는 적혈구의 겉넓이가 감소하고, 비교적 작은 겉넓이를 갖는 적혈구의 수도 증가함을 알 수 있다.
한편, 추정단계(S103)는 상기 파라미터 측정단계(S102)를 통해 측정된 상기 형태학적 파라미터를 토대로 상기 적혈구의 상태 즉, 보관 기간 또는 신선도를 추정하는 단계이다. 검사자는 측정된 형태학적 파라미터 값을 토대로 적혈구의 보관 기간 및 신선도를 추정하는 것으로서, 적혈구의 구형계수 k, 적혈구의 형태학적 기능 계수 f, 적혈구의 구형지수, 적혈구의 겉넓이, 적혈구의 투영면적, 적혈구의 직경 및 SVR 중 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 검사자는 이전에 다수회의 실험을 통해 보관기간에 따른 각 형태학적 파라미터의 값에 대한 데이터를 수집하고, 측정된 형태학적 파라미터 값과 수집된 데이터를 비교하여 적혈구의 상태를 추정할 수 있다.
상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법은 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하고, 상기 3차원 이미지를 토대로 적혈구의 형태학적 파라미터를 측정하므로 측정에 소요되는 시간 및 인력을 절약할 수 있고, 측정에 대한 정확성이 우수하다는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사방법은 채혈 이후 경과된 보관시간이 상이한 다수의 적혈구 샘플에 대한 보관기간을 추정할 수 있는데, 상기 모델링 단계(S101)에서, 다수의 적혈구 샘플을 각각 3차원 이미지로 모델링하고, 상기 파라미터 측정단계(S102)에서, 상기 적혈구 샘플들의 3차원 이미지를 토대로 각 상기 적혈구 샘플들에 대한 형태학적 파라미터를 측정하고, 상기 추정단계(S103)는 상기 적혈구 샘플들의 형태학적 파라미터를 토대로 각각의 상기 적혈구 샘플의 채혈 이후 경과된 보관시간을 추정한다. 이때, 추정단계(S103)에서, 보관기간에 따른 형태학적 파라미터의 값에 대한 데이터가 충분할 경우, 각 적혈구 샘플의 보관시간을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 반면에, 보관기간에 따른 형태학적 파라미터의 값에 대한 데이터가 불충분하더라도, 적혈구 샘플들 사이의 보관시간이 길고 짧음을 용이하게 비교할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
S101: 모델링단계
S102: 파라미터 측정단계
S103: 추정단계
100: 디지털 홀로그래픽 현미경
110: 세팅 플레이트
111: 투과판
112: 이격부재
120: 빔스프리터
130: 촬상유닛

Claims (19)

  1. 검사대상 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하는 모델링단계;
    상기 3차원 이미지를 통해 상기 적혈구에 대한 형태학적 파라미터를 측정하는 파라미터 측정단계;를 포함하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모델링단계는 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holographic microscopy)에 의해 상기 검사대상 적혈구로부터 3차원 이미지를 획득하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모델링단계는,
    상기 적혈구를 통과한 물체광과 광원부로부터 출사된 참조광을 통해 광간섭신호를 생성하고, 상기 광간섭신호를 촬상유닛으로 촬영하여 홀로그램 영상을 제작하는 홀로그램 제작단계;
    상기 홀로그램 제작단계를 통해 제작된 상기 홀로그램 영상을 토대로 상기 적혈구에 대한 3차원 이미지를 모델링하는 3차원 이미지 제작 단계;를 포함하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 홀로그램 제작단계에서, 상기 물체광을 상기 적혈구의 하측에서 상측으로 통과시키는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 홀로그램 제작단계에서, 소정의 반경을 갖는 원반형으로 형성된 상기 적혈구의 중앙에 마련된 오목한 부분에 대한 홀로그램 영상을 획득할 수 있도록 상기 적혈구의 반경방향에 대해 교차하는 방향으로 상기 물체광을 투과시키는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 파라미터 측정단계는
    상기 형태학적 파라미터로서, 상기 적혈구의 중앙으로부터 반경방향으로, 상기 적혈구의 반경의 절반이 되는 부분에 대응되는 위치의 상기 3차원 이미지의 두께 값에 대한 상기 적혈구의 중앙에 대응되는 위치의 상기 3차원 이미지의 두께 값에 대한 비를 산출하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 적혈구의 반경에 대응되는 반경을 갖는 구의 겉넓이에 대한 상기 적혈구의 겉넓이의 비인 상기 적혈구의 형태학적 기능 계수를 산출하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적혈구의 겉넓이는 상기 3차원 이미지 중 상기 적혈구에 대응되는 부분의 투영 면적과 상기 3차원 이미지 중 적혈구에 대응되는 부분의 평면 시점(top view)에 대한 면적의 합인,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 3차원 이미지 중 상기 적혈구에 대응되는 부분의 투영 면적(PSA)은 하기의 수학식으로부터 산출하고,
    Figure pat00015

    여기서, p는 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 한변의 길이이며, N은 상기 3차원 이미지 중 상기 적혈구에 대응되는 범위의 픽셀의 수인,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 적혈구의 반경에 대응되는 반경을 갖는 구의 겉넓이(SS)는 하기의 수학식으로부터 산출하고,
    Figure pat00016

    여기서, r은 상기 적혈구의 반경인,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적혈구의 반경(r)은 하기의 수학식으로부터 산출하고,
    Figure pat00017

    여기서, PSA는 상기 3차원 이미지 중 상기 적혈구에 대응되는 부분의 투영 면적의 투영 면적으로서, 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 한변 길이의 제곱과 상기 3차원 이미지를 이루는 픽셀의 수를 곱한 값인,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  12. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 3차원 이미지의 부피(V) 및 상기 적혈구의 겉넓이(SA)로부터
    Figure pat00018
    의 수학식을 적용하여 구형 지수(SP)를 산출하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적혈구의 겉넓이는 상기 3차원 이미지 중 상기 적혈구에 대응되는 부분의 투영 면적 및 평면 시점(top view)에 대한 면적의 합인,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  14. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 3차원 이미지의 픽셀의 한변의 길이(p) 및 상기 3차원 이미지 중 상기 적혈구에 대응되는 부분을 이루는 픽셀의 수(N)로부터
    Figure pat00019
    의 수학식을 적용하여 상기 적혈구의 투영면적(PSA)를 산출하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 파라미터 측정단계는 상기 형태학적 파라미터로서, 상기 적혈구의 투영면적과 상기 상기 3차원 이미지 중 상기 적혈구에 대응되는 부분의 평면 시점(top view)에 대한 면적의 합인 상기 적혈구의 겉넓이를 산출하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 파라미터 측정단계를 통해 측정된 상기 형태학적 파라미터를 토대로 상기 적혈구의 상태를 추정하는 추정단계;를 더 포함하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 모델링 단계에서, 다수의 적혈구 샘플을 각각 3차원 이미지로 모델링하고,
    상기 파라미터 측정단계에서, 상기 적혈구 샘플들의 3차원 이미지를 토대로 각 상기 적혈구 샘플들에 대한 형태학적 파라미터를 측정하고,
    상기 추정단계는 상기 적혈구 샘플들의 형태학적 파라미터를 토대로 각각의 상기 적혈구 샘플의 채혈 이후 경과된 보관시간을 추정하는,
    형태학적 셀파라미터 기반 적혈구 검사 방법.
  18. 물체광 및 참조광을 발생시키는 것으로서, 검사대상 적혈구를 통과하도록 상기 물체광을 조사하는 광원부;
    상기 적혈구를 통과한 상기 물체광과 참조광을 수신하여 광간섭신호를 생성하는 빔스프리터;
    상기 빔스프리터로부터 생성된 광간섭신호를 촬영하는 촬상부재;를 구비하고,
    상기 광원부는 소정의 반경을 갖는 원반형으로 형성된 상기 적혈구의 중앙에 마련된 오목한 부분에 대한 영상을 획득할 수 있도록 상기 적혈구의 반경방향에 대해 교차하는 방향으로 상기 물체광을 통과시키는,
    디지털 홀로그래픽 현미경.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 물체광이 투과될 수 있도록 투광성 소재로 형성되고, 상기 오목한 부분이 상측에 위치하도록 상기 적혈구가 세팅되는 세팅 플레이트;를 더 구비하고,
    상기 광원부는 상기 세팅 플레이트의 하측에서 상측으로 통과되도록 상기 물체광을 조사하는,
    디지털 홀로그래픽 현미경.












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