KR20190136896A

KR20190136896A - 매질 특성 차이를 이용한 영상 기반의 시료 분석 장치 및 이를 이용하여 시료를 측정하고 분석하는 방법

Info

Publication number: KR20190136896A
Application number: KR1020180152966A
Authority: KR
Inventors: 이종묵; 신희찬; 권성원; 장기호
Original assignee: (주) 솔
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2019-12-10
Also published as: KR102139477B1

Abstract

본 발명은 다이렉트 컨택 방식의 시료 분석 장치에 대한 것으로서, 시료로 서로 다른 파장의 광을 이시(異時)에 조사하는 광원; 상기 광원의 파장별 광 조사에 따른 상기 시료에 대한 데이터를 센싱하는 센서부로서, 상기 시료는 상기 센서부에 접하여 위치하는 것인 센서부; 및 상기 광원의 파장별 광 조사에 따른 상기 센서부의 파장별 센싱 데이터를 이용하여, 시료에 포함된 구성요소들에 대한 이미지 데이터를 획득하는 제어부를 포함한다.

Description

매질 특성 차이를 이용한 영상 기반의 시료 분석 장치 및 이를 이용하여 시료를 측정하고 분석하는 방법 {SAMPLE ANALYZING APPARATUS BASED ON IMAGE PROCESSING USING CHARACTERISTIC DIFFERENCE OF MEDIUM AND SAMPLE SENSING AND ANALYZING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 매질 특성 차이를 이용한 영상 기반의 시료 분석 장치 및 이를 이용하여 시료를 측정하고 분석하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 현미경을 이용하여 영상 기반으로 시료의 구성 요소를 분석하기는 어렵다. 이 때문에, 영상 기반으로 시료의 구성 요소를 분석하기 위해서 시료의 염색 과정을 수행하고 있으며, 염색된 시료를 광학 현미경으로 확인하는 과정을 거치고 있다. 이러한 경우 시료를 염색하는 과정을 거쳐야 한다는 번거로움이 있었다.

또한, 시료의 염색된 특정 부분을 정확하게 확인하기 위해서는 1차적으로 저배율의 넓은 면적 이미지를 이용하고 이후에 2차적으로 고배율의 좁은 면적 이미지를 추가적으로 이용하는 과정을 거치고 있다. 이 때문에, 저배율 이미지와 고배율 이미지를 획득하기 위해서 여러 배율의 렌즈들을 가지는 광학 현미경이 요구되는 실정이며, 부분 확대된 시료 이미지를 추가적으로 획득해야 하는 번거로움이 존재하였다.

또한, 기존 광학 현미경은 시료와 센서부가 소정 간격 이격되어 있어, 미세한 시료의 매질 차이를 정확하게 영상으로 파악하는 것이 불가능하였다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 복수의 광학 렌즈를 사용하지 않더라도 정밀하게 시료를 분석할 수 있는 시료 분석 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 매질의 특성 차이를 이용하여 시료를 염색하지 않더라도 시료의 구성요소를 확인할 수 있는 시료 분석 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 복수의 파장의 광을 조사하고, 각 파장별로 센싱되는 센싱 데이터를 이용하여 시료에 포함된 세포에 대한 이미지 데이터를 획득하는 시료 분석 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 광원을 이동시킴으로써 시료를 정밀하게 분석할 수 있는 시료 분석 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 포커싱 렌즈를 이용하여 광원의 광을 포커싱하여, 시료를 정확하게 분석할 수 있는 시료 분석 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 캘리브레이션을 통해 시료의 미세한 특성 차이도 구분할 수 있는 시료 분석 장치를 이용하여 시료를 측정하고 분석하는 방법을 제공할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 분석 장치는, 시료로 서로 다른 파장의 광을 이시(異時)에 조사하는 광원; 상기 광원의 파장별 광 조사에 따른 상기 시료에 대한 데이터를 센싱하는 센서부로서, 상기 시료는 상기 센서부에 접하여 위치하는 것인 센서부; 및 상기 광원의 파장별 광 조사에 따른 상기 센서부의 파장별 센싱 데이터를 이용하여, 시료에 포함된 구성요소들에 대한 이미지 데이터를 획득하는 제어부를 포함한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 분석 장치를 이용한 시료 측정 및 분석 방법은, 상기 시료 분석 장치의 센서부를 캘리브레이션하는 단계; 상기 시료의 표준 특성 이미지에 대한 데이터베이스를 구축하는 단계; 상기 시료 분석 장치를 이용하여 시료를 측정하는 단계; 및 측정된 이미지 데이터를 이용하여 시료를 분석하고 시료에 대하여 판정을 하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 광학렌즈를 사용하지 않음은 물론 시료를 염색하지 않더라도 시료의 구성요소를 확인할 수 있는 시료 분석 장치를 제공함으로써, 정확하면서도 신속한 시료 분석이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 파장별 매질의 광 특성 차이를 이용하여 복수의 이미지 데이터를 획득하고 재구성(reconstruction)함으로써, 시료의 구성요소 분석이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 광원의 수평적 이동을 통해 광 입사각을 변경시킴으로써 시료의 구성요소를 효과적으로 분석할 수 있다.

또한, 본 발명은 포커싱 렌즈를 이용하여 포커싱 포인트를 조절하여 시료를 분석하기 때문에, 오차를 최소화하고 정확하게 시료를 분석할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이 밖에 본 발명은 캘리브레이션을 통해 시료의 미세한 특성 차이도 구분할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치의 정면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 분석 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시료 내에 포함된 세포들을 예시한 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 파장별로 센싱되는 이미지 데이터를 예시한 예시도.
도 5는 제어부가 도 4에서 센싱된 이미지 데이터를 합하여 최종 이미지를 생성한 것을 예시한 예시도.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 도 4 및 도 5에서 센싱된 세포 이미지를 데이터베이스와 매칭하는 것을 예시한 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치에 컬러필터가 포함된 것을 예시한 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치에 포커싱 렌즈가 포함된 것을 예시한 예시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치를 이용한 시료 측정 및 분석 방법의 순서도.
도 10은 도 9의 S100 단계의 세부적인 순서도.
도 11은 도 10의 S110 단계의 측정을 설명하기 위한 예시도.
도 12는 도 10의 S120 단계의 측정을 설명하기 위한 예시도.
도 13은 도 10의 S110 단계의 세부적인 순서도.
도 14는 (a)광반응도의 각 픽셀 공간적 균일도 측정 예시도, (b)광반응도의 각 픽셀 공간적 선형성 측정 예시도, (c)광반응도의 각 픽셀 공간적 선형성 캘리브레이션 예시도.
도 15은 도 10의 S120 단계의 세부적인 순서도.
도 16은 도 10의 S120 단계의 측정 예시도.
도 17은 도 9의 S300 단계의 세부적인 순서도.
도 18은 도 9의 S300 단계의 예시도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

이하, 매질 특성 차이를 이용한 영상 기반의 시료 분석 장치(1)를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치(1)의 정면도이다.

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치(1)를 설명하도록 한다.

시료 분석 장치(1)는 광원지지부(10), 센서지지부(15), 광원(20), 센서부(30), 제어부(40)를 포함한다.

광원(20)은 광원지지부(10)에 의해 지지되어 시료(100)로 서로 다른 파장을 갖는 복수의 파장의 광을 조사한다. 여기서, 광원(20)은 백색광(white light)과 같이 다파장의 광을 일시에 시료(100)에 조사하는 것은 아니며, 서로 다른 파장을 갖는 복수의 광을 시차를 두고 시료(100)에 조사한다.

일 실시예로, 광원(20)은 시료 분석 장치(1)의 상부인 광원지지부(10)에 배치되며, 하측에 배치된 시료(100), 센서부(30) 방향으로 광을 조사한다.

본 발명의 실시예에서는 제1파장, 제2파장 및 제3파장의 광을 조사하는 것을 예시하고, 여기서 제1 내지 제3 파장은 서로 다른 대역의 파장을 갖는다.

이때, 파장의 종류 및 파장의 개수는 발명의 실시자가 용이하게 선택하도록 한다.

센서부(30)는 광원(20)의 파장별 광 조사에 따른 시료(100)에 대한 데이터를 센싱한다. 여기서, 센서부(30)는 센서 이외에 센서 패키지(package)를 포함하는 것으로 정의하고, 센서부(30)는 복수의 센서를 포함할 수 있으며, 각 픽셀(P) 단위로 이미지 데이터를 센싱할 수 있다.

제어부(40)는 광원(20)의 파장별 광 조사에 따른 센서부(30)의 파장별 센싱 데이터를 이용하여, 시료(100)에 포함된 세포에 대한 이미지 데이터를 획득한다.

예를 들어, 시료(100)가 없는 상태에서 광을 조사할 경우, 광원(20)으로부터 조사된 광 그대로 센서부(30)에서 데이터가 센싱된다. 하지만, 시료(100)가 배치되고 시료(100)에 특정 세포가 포함되어 있을 경우, 세포가 존재하는 영역에 대해서는 매질의 광 특성 차이로 인해 기타 영역과 다른 데이터가 센싱되게 된다.

시료(세포)에 포함되는 내부 구성요소의 특성에 따라서, 광의 파장에 반응하는 정도가 다르고, 이로 인해 센서부(30)의 픽셀에 떨어지는 빛의 세기가 달라지게 되는데, 센서부(30)는 이러한 빛의 세기가 달라지는 것을 센싱하게 된다. 그리고, 제어부(40)는 위와 같은 센서부(30)의 센싱 데이터를 이용하여 시료(100)에 포함된 세포에 대한 이미지 데이터를 획득하게 된다.

이때, 제어부(40)는 각각의 파장별 광 조사에 따른 센서부(30)의 파장별 센싱 데이터를 이용하여 획득된 파장별 세포에 대한 이미지 데이터를 합하여, 시료(100)에 포함된 세포들에 대한 최종 이미지를 생성한다.

일 실시예로, 센서부(30)는 시료 분석 장치(1)의 하면에 배치되며, 광원(20)은 광축이 센서부(30)의 면과 수직 방향이 되도록 배치된다. 또한, 광원(20)의 광축은 센서부(30)의 정중앙을 향하도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치(1)는 다이렉트 컨택방식의 시료 분석 장치(1)로, 시료(100)가 센서부(30)의 상면에 직접 접촉하도록 위치할 수 있다.

본 실시예에 따른 시료 분석 장치(1)는 다이렉트 컨택방식으로서 센서부(30)가 시료(100)와 직접 접촉하기 때문에, 센서부(30)의 각 픽셀이 해당 픽셀 바로 위에 접촉하는 시료(100)의 특정 부분을 통과하는 광 데이터를 수신할 수 있으며, 이러한 과정에서 다른 픽셀 위에 접촉하는 시료(100)의 다른 특정 부분을 통과하는 광 데이터의 영향을 최소화할 수 있다. 본 실시예에 따른 시료 분석 장치(1)를 이용하면, 따라서 미세한 시료(100)의 매질 차이를 정확하게 영상으로 파악하는 것이 가능하다.

다만, 몇몇 실시예에서 도 2를 참조하면, 시료(100)와 센서부(30) 사이에 시료 홀더(50)가 위치할 수도 있다. 시료 홀더(50)의 두께가 미세하기 때문에, 도 2에 도시된 시료 분석 장치(2) 역시 다이렉트 컨택방식으로서 미세한 시료(100)의 매질 차이를 정확하게 영상으로 파악하는 것이 가능하다.

전술한 구성을 이용하여 본 발명은 별도의 염색과정이 필요없이 시료를 분석하는 것이 가능하며, 이에 대해서는 자세하게 후술한다.

시료(100)에 포함된 세포들에 광을 조사하여 센서부(30)를 통해 시각화하는 경우, 예를 들어, 백혈구는 라인 자체가 보이질 않는다. 따라서, 빛을 줄 때 백색광이 아닌 RGB 각 파장별로 광을 조사하는 것이 필요하며, 서로 다른 대역의 파장을 조사하는 경우 혈구를 구성하는 구성요소의 매질 특성 차이로 인하여 혈구를 통과하여 센서부(30)에 감지되는 데이터 값의 차이가 발생한다. 이 차이값을 이용하여 혈구를 구성하는 구성요소에 대한 이미지를 그릴 수 있기 때문에 별도의 염색 과정이 필요하지 않더라도 혈구의 구성요소를 확인할 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명하도록 한다. 도 3 내지 도 5는 도 1을 통해 설명한 파장별 광 조사에 따른 센싱 데이터를 이용하여 세포 이미지를 획득하는 것을 상세하게 예시한 도면이으로서, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시료(100) 내에 포함된 세포들을 예시한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 파장별로 센싱되는 이미지 데이터를 예시한 예시도이며, 도 5는 제어부(40)가 도 4에서 센싱된 이미지 데이터를 합하여 최종 이미지를 생성한 것을 예시한 예시도이다.

도 3과 같이 시료(100)에는 n1, n2, m1, p1과 같은 구성요소들이 포함되어 있다고 가정한다.

그리고, n1, n2는 광원(20)의 제1파장에 대하여 반응성이 상대적으로 큰 구성요소이고, m1은 광원(20)의 제2파장에 대하여 반응성이 상대적으로 큰 구성요소이며, p1은 광원(20)의 제3파장에 대하여 반응성이 상대적으로 큰 구성요소이다.

따라서, 광원(20)으로부터 제1파장이 조사되는 경우, 센서부(30)를 통해 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이 제1파장에 따른 구성요소들(n1, n2, m1, p1)에 대한 데이터를 얻을 수 있다. 여기서, n1, n2 세포에 대한 이미지가 m1, p1에 비하여 상대적으로 선명한 것을 확인할 수 있으며, 제어부(40) n1, n2 구성요소를 투과한 광 강도가 m1, p1 구성요소를 투과한 광 강도에 비해 상대적으로 크다.

여기서, n1, n2 세포에 대한 이미지가 m1, p1에 대한 이미지에 비하여 상대적으로 선명한 이유는 매질 특성 차이 때문이며, 구체적으로 n1, n2, m1, p1 각각의 매질에 대한 제1파장의 투과율/흡수율이 서로 상이하기 때문이다.

그리고, 광원(20)으로부터 제2파장이 조사되는 경우, 센서부(30)를 통해 도 4의 (b)에 도시된 것과 같이 제2파장에 따른 구성요소들(n1, n2, m1, p1)에 대한 데이터를 센싱하였고, 제어부(40)가 m1 세포에 대한 이미지 데이터를 획득하였다.

그리고, 광원(20)으로부터 제3파장이 조사되는 경우, 센서부(30)를 통해 도 4의 (c)에 도시된 것과 같이 제3파장에 따른 구성요소들(n1, n2, m1, p1)에 대한 데이터를 센싱하였고, 제어부(40)가 p1 세포에 대한 이미지 데이터를 획득하였다.

도 5를 참조하면, 제어부(40)가 획득된 이미지 데이터를 합하여 시료(100)에 포함된 세포들에 대한 최종 이미지를 생성하였다. 즉, 제어부(40)는 서로 다른 파장에 따른 이미지 데이터를 합성(reconstruction)한다.

따라서, 사용자는 최종 이미지를 통해서 시료(100)에 포함된 세포들을 분석할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도 4 및 도 5에서 센싱된 세포 이미지를 데이터베이스(60)와 매칭하는 것을 예시한 예시도이다.

도 6을 참조하면, 제어부(40)는 획득된 이미지 데이터와 데이터베이스(60)에 기 저장된 다수 개의 시료에 대한 데이터를 매칭하여, 시료(100)에 포함된 구성성분들을 분석하는 것을 특징으로 하고, 사용자로부터 입력받은 이미지 데이터에 대한 정보를 데이터베이스(60)에 저장하여 데이터를 축적하도록 한다.

따라서, 도 3 내지 도 5를 통해 수집된 n1, n2, m1, p1의 이미지 데이터가 데이터베이스(60)에 저장된 매질 특성(예컨대 파장별 매질의 투과도, 흡수율, 굴절각도 등)과 매칭하는지 여부를 확인하게 된다.

이를 위해, 데이터베이스(60)에는 매질 특성(예컨대 파장별 매질의 투과도, 흡수율, 굴절각도 등)에 대한 데이터가 저장되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 매칭이 되지 않는 이미지 데이터에 대해서는 매칭이 실패하였거나, 데이터가 존재하지 않을 수 있으므로, 사용자가 직접 분석을 한 결과 데이터를 입력받고, 결과 데이터를 저장함으로써, 추후에 다시 사용할 수 있도록 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치(3)에 컬러필터(70)가 포함된 것을 예시한 예시도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치(3)는 컬러필터(70)를 더 포함한다.

보다 상세하게는, 센서부(30) 또는 시료(100)의 홀더는 컬러필터(70)를 더 포함한다. 이때, 센서부(30)는 센서부(30)의 상면에 컬러필터(70)가 배치될 수 있다. 여기서, 컬러필터(70)는 시료 홀더의 기능을 할 수도 있다.

시료 분석 장치(1)는 컬러필터(70)가 포함됨에 따라서 센서부(30)에서 센싱되는 이미지 데이터에 컬러가 포함되기 때문에, 시료(100)을 염색하지 않고도 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치(4)에 포커싱 렌즈(80)가 포함된 것을 예시한 예시도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치(4)는, 광원(20)에서 조사되는 광을 시료(100) 또는 센서부(30)로 포커싱 해주는 포커싱 렌즈(80)를 더 포함한다.

이때, 포커싱 렌즈(80)는 광원(20)의 하측에 배치된다.

광원(20)의 광축은 센서부(30)의 센서부(30)면과 수직이 되어, 센서부(30)의 정중앙을 향하도록 배치되기 때문에, 센서부(30)의 정중앙에서 멀어질 수록 밀도에 대한 분해능이 떨어지면서 퍼지게 되는 문제점이 발생할 수 있다.

그리고, 위와 같은 문제는 세포에 대한 데이터를 센싱하는 데 있어서 오차가 발생할 수 있다.

따라서, 포커싱 렌즈(80)를 통해서 포커싱 포인트를 이동시켜 주고, 광이 포커싱 되는 지점 주변의 데이터를 센싱함으로써, 위와 같은 문제점이 발생하지 않도록 할 수 있다.

보다 상세하게는, 포커싱 렌즈(80)는 포커싱 포인트를 시료(100)의 일측으로부터 타측으로 이동시키고, 센서부(30)는 포커싱 포인트 주변의 데이터를 센싱하되, 포커싱 포인트의 이동에 따라서 연속적으로 데이터를 센싱하도록 한다.

또한, 포커싱 렌즈(80)는 포커싱 포인트의 X, Y, Z 좌표를 이동시키고, 제어부(40)는 포커싱 포인트의 이동에 따라서 센서부(30)에서 센싱되는 데이터들을 합성하여 시료(100)의 2차원 또는 3차원 이미지를 생성한다.

따라서, 사용자는 시료(100)에 포함된 세포들에 대한 2차원 이미지 또는 3차원 이미지를 획득하여 시료(100)을 분석할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 시료 분석 장치(4)는 컬러필터(70)와 포커싱 렌즈(80)를 함께 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 도 8을 참조하면, 광원(20)의 수평방향 이동이 가능하고, 포커싱 렌즈(80)의 수직방향 이동이 가능하다.

광원(20)의 수평방향 이동이 있는 경우, 광원(20)의 수평방향 이동에 따라 시료(100)의 매질을 통과하는 광의 입사각과 입사거리가 달라지기 때문에, 이미지의 선명도가 높아지도록 할 수 있다.

또한, 광원(20)의 수평방향 이동이 있는 경우, 광원(20)의 위치 변화에 따라 굴절각이 달라지기 때문에, 센싱 위치의 변화로 시료(100) 내에 서로 오버랩 되는 구성물질도 분석하기 용이해질 수 있다. 따라서 시료(100)의 입체적인 관찰이 가능할 수 있다.

포커싱 렌즈(80)의 수직방향 이동이 있는 경우, 시료(100)의 이미지를 입체적으로 구현해 낼 수 있다.

몇몇 실시예에서, 포커싱 렌즈(80)는 가변 곡률을 갖는 액체 렌즈일 수도 있다. 이러한 경우 포커싱 렌즈(80)의 위치는 고정되어 있더라도 곡률 가변을 통해 초점의 위치를 임의로 변경 가능할 수 있으며, 높낮이를 조절하는 것 대비 제품 콤팩트화에 유리할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 시료 분석 장치(4)에 따르면, 매질 차이에 따른 광 밀도(optical density) 차이뿐만 아니라, 광원(20)의 위치 변경을 통한 입체적(3D) 시료 분석이 가능하다.

이하, 도 9 내지 도 18을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 시료 분석 장치를 이용하여 시료를 측정하고 분석하는 방법을 설명한다. 여기서, 시료 분석 장치를 이용하여 시료를 측정하고 분석하는 방법은 제어부(40)에 의해서 수행되거나 수행되도록 제어될 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 분석 장치를 이용하여 시료를 측정하고 분석하는 방법은, 시료 분석 장치(1)의 센서부(30)를 캘리브레이션하는 단계(S100), 시료의 표준 특성 이미지에 대한 데이터베이스를 구축하는 단계(S200), 시료 분석 장치(1)를 이용하여 시료를 측정하는 단계(S300) 및 측정된 이미지 데이터를 이용하여 시료를 분석하고 시료에 대하여 판정을 하는 단계(S400)를 포함한다. 다만, 몇몇 실시예에 따른 시료 분석 장치를 이용하여 시료를 측정하고 분석하는 방법은 도 9에 도시된 단계보다 상대적으로 적거나 많은 단계를 포함할 수도 있다.

구체적으로, 도 9를 참조하면 시료 분석 장치(1)의 센서부(30)를 캘리브레이션한다(S100).

다이렉트 컨택 방식에서는 센서부(30)의 표면에 직접 컨택된 시료(100)를 측정하기 때문에, 시료(100)를 통과하는 광의 파장, 입사각 등 투과 특성과, 광이 통과하는 시료(100)를 구성하는 매질의 종류/성분에 따른 미세한 특성 차이를 정밀하게 센싱할 수 있어야만 한다. 이 때문에, 표준 평행 광원(120) 하에서 센서부(30)를 구성하는 각 픽셀들을 캘리브레이션하는 과정을 구비함으로써 시료 분석 장치(1)의 측정 및 분석의 정확도를 높일 수 있다.

시료 분석 장치(1)의 센서부(30)를 캘리브레이션하기 위해서(S100), 도 10 및 도 11을 참조하여 표준 평행 광원(120)에서 측정 결과에 기초하여 센서부(30)를 캘리브레이션하고(S110), 도 10 및 도 12를 참조하여 적용 광원(20)에서 구조물이 시료 분석 장치(1)에 포함된 상태에서 측정 결과에 기초하여 센서부(30)를 캘리브레이션할 수 있다(S120). 한편, 센서부(30) 위에 시료(100)를 위치시키지 않은 상태에서 캘리브레이션을 위해 센서부(30)를 이용하여 측정을 진행한다.

여기서, 표준 평행 광원(120)은 미리 정해진 종류의 광원이고, 필요에 따라 선택된 파장이 적용될 수 있다. 적용 광원(20)은 시료 분석 장치(1)에 채용되어 시료의 측정에 실제로 이용되는 광원이다. 그리고 구조물은 측정 과정에서 센서부(30) 상에 위치하여 측정에 영향을 줄 수 있는 것으로 시료 홀더(50), 컬러필터(70) 또는 카트리지 등을 포함할 수 있다.

표준 평행 광원(120)에서의 캘리브레이션을 설명한다.

표준 평행 광원(120)에서 측정 결과에 기초하여 센서부(30)를 캘리브레이션하기 위해서(S110), 도 13을 참조하여 미리 정해진 파장의 표준 평행 광원(120)의 광원 세기를 0에서 미리 정해진 포화영역까지 증가시키면서, 각각 N번씩(여기서, N은 자연수) 측정하여 데이터를 수집한다(S111).

이어서, 도 13, 도 14(a) 및 14(b) 를 참조하여 센서부(30)의 각 픽셀(P)의 N번 측정값의 통계적 박스 플롯의 대표값을 기준으로 각 픽셀(P)의 광원 반응도의 공간적 균일도와 선형도를 산출한다(S112).

이어서, 도 13 및 도 14(c)를 참조하여 표준 평행 광원(120)에 해당하는 각 픽셀(P)의 제1 캘리브레이션 룩업테이블을 만들어서 광원 반응도의 공간적 균일도와 선형성을 캘리브레이션 한다(S113).

적용 광원(20)에서의 캘리브레이션을 설명한다. 여기서, 표준 평행 광원(120)의 파장과 적용 광원(20)의 파장은 동일할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.

적용 광원(20)에서 구조물이 시료 분석 장치(1)에 포함된 상태에서 측정 결과에 기초하여 센서부(30)를 캘리브레이션하기 위해서(S120), 도 15를 참조하여 적용 광원(20)의 광원 세기를 0에서 미리 정해진 포화영역까지 증가시키면서, 각각 N번씩 측정하여 데이터를 수집한다(S121).

이어서, 도 14(a) 및 도 15를 참조하여 센서부(30)의 각 픽셀(P)의 N번 측정값의 통계적 박스 플롯의 대표값을 기준으로 각 픽셀(P)의 광원 반응도의 공간적 균일도와 선형도를 산출한다(S122).

이어서, 도 14(b) 및 도 15를 참조하여 적용 광원(20)에 해당하는 각 픽셀(P)의 제2 캘리브레이션 룩업테이블을 만들어서 광원 반응도의 공간적 균일도와 선형성을 캘리브레이션 한다(S123).

이어서, 도 9 및 도 16을 참조하면 시료(100)의 표준 특성 이미지에 대한 데이터베이스를 구축한다(S200).

본 단계에서는 표준 평행 광원(120)을 이용하여 다양한 파장에 대하여 각 파장마다 시료(100)의 표준 특성 이미지에 대한 데이터베이스를 구축한다. 표준 특성 이미지에 대한 데이터베이스를 세부적으로 구성하기 위해 다양한 크기의 파장이 다양한 세기로 이용될 수 있다.

예컨대, 암세포, 적혈구 또는 백혈구와 같이 측정하려는 시료(100)를 센서부(30) 위에 놓고 각 파장에 대하여, 표준 평행 광원(120)의 광원 세기를 0에서 미리 정해진 포화영역까지 증가시키면서, 각각 N번씩 측정하여 데이터를 수집하고, 센서부(30)의 각 픽셀(P)의 N번 측정값의 통계적 박스 플롯의 대표값을 기준으로 각 픽셀(P)의 광원 반응도의 공간적 균일도와 선형도를 산출하고, 표준 평행 광원(120)에 해당하는 각 픽셀(P)의 제1 캘리브레이션 룩업테이블을 만들어서 광원 반응도의 공간적 균일도와 선형성을 캘리브레이션 하는 과정을 반복함으로써, 제1 및 제2 캘리브레이션 룩업테이블을 만들고 시료(100)에 대한 표준 특성 이미지 데이터베이스를 구축할 수 있다.

이어서, 도 9를 참조하면 시료 분석 장치(1)를 이용하여 시료를 측정한다(S300).

이를 위해서, 도 4 및 도 17을 참조하여 표준 특성 이미지 데이터베이스에서 측정하려는 시료(100)의 특징을 가장 잘 나타내는 파장과 광원의 세기를 도출한다(S310). 여기서, 시료(100)가 여러 구성요소를 포함하는 경우, 각 시료(100)의 구성요소마다 적합한 파장과 광원의 세기가 도출될 수 있으며, 시료(100)의 특징을 가장 잘 나타내는 파장과 광원의 세기는 매칭/유사도 확률이 가장 큰 값을 나타낼 때의 파장과 광원의 세기일 수 있다. 예컨대, 매칭/유사도 확률 산출을 위해 이용되는 이미지 패턴 매칭 방법은 잘 알려진 Harris corner detector, Shi-Tomasi 특징점 추출 방법, SIFT(Scale Invariant Feature Transform), FAST(Features from Accelerated Segment Test), AGAST 방법, 그리고 SIFT, SURF, BRIEF, ORB, FREAK 등과 같은 지역적 불변 특징량(local invariant feature descriptor) 방법이나 딥러닝 기술 등을 적용할 수 있으며, 위에 언급된 기법에 한정되지는 않는다.

이어서, 도 5, 도 17 및 도 18을 참조하여 시료(100)를 센서부(30) 위에 놓고, 시료(100)의 특징을 가장 잘 나타내는 파장(예컨대 제1 파장, 제2 파장 및 제3 파장 등)과 광원의 세기 하에서 측정하여 얻은 각각의 이미지 데이터 또는 통합 이미지 데이터를 얻는다(S320). 즉, 다양한 파장과 광원의 세기 하에서 측정하여 얻은 이미지 데이터를 통해 시료(100) 전체에 대하여 잘 나타난 통합 이미지 데이터를 얻을 수 있다.

마지막으로, 도 9를 참조하면 측정된 이미지 데이터를 이용하여 시료를 분석하고 시료에 대하여 판정을 한다(S400).

측정에서 얻은 시료(100)의 이미지 데이터와 시료(100)의 표준 특성 이미지 데이터베이스를 비교(예컨대, 해당 시료(100)의 표준 특성 이미지 필터 연산 등)하여 매칭되는 것을 찾아낸다. 매칭 정확도 확률을 적용하여, x%로 표시하고, 해당 타겟 시료는 무엇이고 몇 개가 있는지 등을 계수하여 표시할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 시료 분석 장치 10: 광원지지부
15: 센서지지부 20: 광원
30: 센서부 40: 제어부
100: 시료

Claims

다이렉트 컨택 방식의 시료 분석 장치에 있어서,
시료로 서로 다른 파장의 광을 이시(異時)에 조사하는 광원;
상기 광원의 파장별 광 조사에 따른 상기 시료에 대한 데이터를 센싱하는 센서부로서, 상기 시료는 상기 센서부에 접하여 위치하는 것인 센서부; 및
상기 광원의 파장별 광 조사에 따른 상기 센서부의 파장별 센싱 데이터를 이용하여, 시료에 포함된 구성요소들에 대한 이미지 데이터를 획득하는 제어부
를 포함하는 시료 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서부는 복수의 픽셀을 포함하고,
각 픽셀은 해당 픽셀과 오버랩되는 상기 센서부의 상면에 접하는 상기 시료의 일부 영역을 통과하는 광을 수신하고, 수신된 데이터를 이용하여 파장별 센싱 데이터를 생성하는 것인, 시료 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 획득된 이미지 데이터를 합하여, 상기 시료에 포함된 구성요소들에 대한 최종 이미지를 생성하는, 시료 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서부 상에 위치하는 컬러필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 시료 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 획득된 이미지 데이터와 데이터베이스에 기 저장된 매질에 대한 데이터를 매칭하여, 상기 시료에 포함된 구성요소를 분석하는 것을 특징으로 하는, 시료 분석 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
사용자로부터 입력받은 상기 이미지 데이터에 대한 정보를 상기 데이터베이스에 저장하는, 시료 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원에서 조사되는 광을 시료 또는 센서부로 포커싱 해주는 포커싱 렌즈를 더 포함하는, 시료 분석 장치.
제7항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈는 포커싱 포인트를 시료의 일측으로부터 타측으로 이동시키고,
상기 센서부는,
상기 포커싱 포인트 주변의 데이터를 센싱하되, 포커싱 포인트의 이동에 따라서 연속적으로 데이터를 센싱하는, 시료 분석 장치.
제7항에 있어서,
상기 포커싱 렌즈는 포커싱 포인트의 X, Y, Z 좌표를 이동시키고,
상기 제어부는 상기 포커싱 포인트의 이동에 따라서, 상기 센서에서 센싱되는 데이터들을 합성하여 시료의 2차원 또는 3차원 이미지를 생성하는, 시료 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원은 수평방향으로 이동 가능한 것인, 시료 분석 장치.
다이렉트 컨택 방식의 시료 분석 장치를 이용한 시료 측정 및 분석 방법에 있어서,
상기 시료 분석 장치의 센서부를 캘리브레이션하는 단계;
상기 시료의 표준 특성 이미지에 대한 데이터베이스를 구축하는 단계;
상기 시료 분석 장치를 이용하여 시료를 측정하는 단계; 및
측정된 이미지 데이터를 이용하여 시료를 분석하고 시료에 대하여 판정을 하는 단계
를 포함하는 시료 분석 장치를 이용한 시료 측정 및 분석 방법.
제11항에 있어서,
상기 시료 분석 장치의 센서부를 캘리브레이션하는 단계는,
표준 평행 광원에서 측정 결과에 기초하여 상기 센서부를 캘리브레이션하는 단계와, 적용 광원에서 구조물이 상기 시료 분석 장치에 포함된 상태에서 측정 결과에 기초하여 상기 센서부를 캘리브레이션하는 단계를 포함하고,
상기 구조물은 시료 홀더, 컬러필터 및 카트리지 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 시료 분석 장치를 이용한 시료 측정 및 분석 방법.
제12항에 있어서,
상기 표준 평행 광원에서 측정 결과에 기초하여 상기 센서부를 캘리브레이션하는 단계는,
미리 정해진 파장의 상기 표준 평행 광원의 광원 세기를 미리 정해진 포화영역까지 증가시키면서, 각각 N번씩(여기서, N은 자연수) 측정하여 데이터를 수집하는 단계와,
상기 센서부의 각 픽셀의 N번 측정값의 통계적 박스 플롯의 대표값을 기준으로 각 픽셀의 광원 반응도의 공간적 균일도 및 선형도를 산출하는 단계와,
상기 표준 평행 광원에 해당하는 각 픽셀(P)의 제1 캘리브레이션 룩업테이블을 만들어서 광원 반응도의 공간적 균일도와 선형성을 캘리브레이션 하는 단계
를 포함하는 것인, 시료 분석 장치를 이용한 시료 측정 및 분석 방법.
제11항에 있어서,
상기 시료 분석 장치를 이용하여 시료를 측정하는 단계는,
상기 표준 특성 이미지에 대한 데이터베이스에서 측정하려는 상기 시료를 측정하기 위한 파장과 광원의 세기를 도출하는 단계와,
상기 도출된 파장과 광원의 세기 하에서 측정하여 얻은 각각의 이미지 데이터를 얻는 단계
를 포함하는 것인, 시료 분석 장치를 이용한 시료 측정 및 분석 방법.