KR20100098107A

KR20100098107A - 휴대용 세포 분석장치 및 분석방법

Info

Publication number: KR20100098107A
Application number: KR1020090017117A
Authority: KR
Inventors: 윤 식 최
Original assignee: 휴먼전자 주식회사
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-06

Abstract

본 발명은 휴대용 세포 분석장치 및 분석방법에 관한 것으로, 광원의 하부에서 상기 광원에 의해 형성된 세포의 그림자 및 상기 세포의 하부에 위치하고, 상기 광원으로부터 세포감지 센서부에 직접 조사된 빛과의 명암 차이로 상기 세포를 감지하는 세포감지 센서부, 상기 세포감지 센서부에서 감지한 세포의 이미지를 포착하는 디지털 샤터 제어기, 상기 디지털 샤터 제어기에서 포착된 세포의 이미지를 영상으로 분석하는 제어프로그램 장치, 상기 디지털 샤터 제어기 및 상기 제어프로그램 장치의 정보를 서로 연결하는 사용자 인터페이스 및 상기 제어프로그램 장치에서 분석된 이미지를 표시하는 영상 표시장치를 포함하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 휴대용 세포 분석장치 및 분석방법을 이용하는 것에 의해, 혈액

에서 적혈구 또는 다른 세포들을 간단하게 카운트할 수 있고, 실시간으로 질병을 진단할 수 있다.

혈액세포, 광전자 센서, 현미경, 세포 분석

Description

휴대용 세포 분석장치 및 분석방법 {A portable cell analyzer and method thereof}

본 발명은 세포 분석장치 및 분석방법에 관한 것으로, 특히 혈액속의 정보를 실시간으로 분석하고, 의료제공자에게 무선으로 전송할 수 있는 휴대용 세포 분석장치 및 분석방법에 관한 것이다.

일반적으로, 임상의학에서 세포 수의 측정은 대부분 플로우 사이토미터(Flow-Cytometer)라는 고가의 큰 장비를 사용하거나 현미경을 통한 수작업으로 이루어지는데, 이는 많은 비용과 복잡한 시스템과 큰 공간을 차지한다. 따라서, 실시간으로 의학적 진단을 무선 통신으로 가능케 하는 간단하고, 이동가능한 저가의 1회용 혈액 분석시스템 기술이 요구된다. 원리적으로 휴대용 혈액분석 시스템 기술은 빈혈 진단이나 여타 혈액검사로 진단하는 현재의 모든 혈액분석을 가능하게 하므로, 그 파급효과 및 활용방안은 무궁무진하다 하겠다. 참고로 현재 혈액검사로 알 수 있는 질병은 후천성면역결핍증(AIDS), 백혈병, 빈혈, 적혈병, 영양부족, 신증후군, 만성간질환 및 고지혈증 등이 있다.

의료현장케어(Point of care)를 효율적으로 하기 위해서, 무선 세포 카운팅 시스템은 최소한의 교육만으로도 의료 제공자가 쉽게 쓸 수 있어야 한다. 한편, 그러한 이동용 실시간 케어 기술에는 수만 ~ 수십만 개의 세포를 급속하게 관찰하고 숫자를 세어야 하는 어려움이 있다. 이러한 과제를 해결하기 위해서는 혈액에서 적혈구 또는 백혈구 등과 같은 특정 세포의 선택적인 포획과 분리를 빠른 속도로 해야하고, 포획되고 분리된 세포들이 작은 공간에서 저비용으로 급속하게 이루어져야 한다.

이러한 문제점을 보완하기 위한 기술의 일례가 [하기문헌 1] 내지 [하기문헌 5]에 개시되어 있다. 하기문헌 1에 있어서는, 큰 크기의 시스템에서 폴리카보네이트 필터를 이용하여 특정 세포가 포획되도록 하는 미세 유체적(Microfluidic)인 접근방법이 제시되었다. 이러한 세포분리법은 세포 추출의 정확도가 상대적으로 낮아 폴리카보네이트 (Polycarbonate) 필터에 포획된 다른 세포들과 타겟 세포들을 구분하기 위해서 타겟 세포에 형광물질을 도포하는 것 등과 같은 추가적인 단계를 필요로 한다. 그러한 추가적인 과정 후에 타겟 세포들은 형광 현미경을 이용한 이미지 자동 인식 기술들로 카운팅 된다. 이 방법은 고가의 대규모의 형광 현미경들을 이용하므로 실시간 의료현장케어 시스템에는 적합치 않다.

따라서, 최근에는 [하기문헌 2] 및 [하기문헌 5]와 같이 형광 표식이 필요없는(Label-free) 세포 카운팅 기술들이 소개되었다. 이러한 무표식 방법들은 마이크로 플루이딕 채널의 표면에 화학적인 처리를 하여, 타겟 세포들을 보다 정확하고 효율적으로 포획한다. 그러나, 이러한 기술들도 포획된 세포의 카운팅에는 여전히 일반 광학 현미경을 이용하고, 한 소자에 포획된 세포의 수를 정량화하기 위해선 수 시간이 소요된다. 타겟 세포의 무표식 포획과 분리가 마이크로 플루이딕 채널(Microfluidic Channel)과 표면 화학을 이용하여 비교적 손쉽게 이루어지지만, 제한된 공간 안에서 포획된 세포들의 급속한 카운팅은 여전히 달성하기 힘든 과제로 남아있다.

이러한 두번째 문제를 해결하기 위해서 [하기문헌 3]에서는 전기적인 분광현미경 기술을 이용한 접근법이 제안되었다. 이 기술은 마이크로 플루이딕 채널에 포획되고 분리된 세포들을 정량화하기 위해서 포획된 세포 용액의 전기적인 전도성을 모니터링 한다. 그러나, 이러한 접근방식도 환자 각각에서 채취한 포획 세포들이 서로 다른 이온 농도를 가지고 있을 경우에는 표준화된 세포 카운팅을 어렵게 만든다. 또한, 포획된 세포의 수가 많을 수록 큰 오차를 가지게 된다. 더욱이, 그러한 임피던스에 의존한 시스템은 하나의 마이크로 플루이딕 채널 내에 포획된 세포가 존재하는 상태에서 여러 용액들을 교환하여야 하는 문제가 있다. 포획된 세포들은 쉽게 퇴화하고, 쉽게 이온을 잃기 때문에 다양한 용액들이 교환되는 마이크로 플루이딕 채널에서는 추가적인 오차의 근원으로 작용할 수 있다. 결론적으로, 작은 공간에서 포획된 혈액 세포들의 정량화/카운팅은 여전히 달성하기 어려운 과제로 남아 있으며, 이는 실시간 의료현장케어 혈액세포 분석을 힘들게 하는 주 원인이다.

[문헌 1] Rodriguez, W.R., et al., A microchip CD4 counting method for HIV monitoring in resource-poor settings. PLoS Medicine, 2005. 2(7): p. e182.

[문헌 2] Cheng, X., et al., A microfluidic device for practical label-free CD4(+) T cell counting of HIVinfected subjects. Lab Chip, 2007. 7(2): p. 170-8.

[문헌 3] Cheng, X., et al., Cell detection and counting through cell lysate impedance spectroscopy in microfluidic devices. Lab Chip, 2007. 7(6): p. 746-755.

[문헌 4] Chin, C.D., V. Linder , and S.S. K, Devices for global health: Past studies and future opportunities. Lab-on-a-chip, 2007. 7(1): p. 41-57.

[문헌 5] Cheng, X., et al., A Microchip Approach for Practical Label-Free CD4+T-Cell Counting of HIVInfected Subjects in Resource-Poor Settings. J Acquir Immune Defic Syndr, 2007.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 혈액 속의 각종 정보들을 분석하고, 휴대폰으로 의료 제공자에게 무선 송신하여 의료 제공자나 건강관리자가 환자의 건강 상태를 실시간으로 분석하는 휴대용 세포 분석장치 및 분석방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 종래 광학 현미경보다 큰 시계(Field of view, FOV로 모니터/카운팅 할 수 있고, 어떠한 기계적인 스캐닝이나 광학적인 부품(현미경의 대물렌즈 등)을 사용하지 않기 때문에 저비용이며, 조작하기에 간편한 휴대용 세포 분석장치 및 분석방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 휴대용 세포 분석장치는 광원의 하부에서 상기 광원에 의해 형성된 세포의 그림자 및 상기 세포의 하부에 위치하고, 상기 광원으로부터 세포감지 센서부에 직접 조사된 빛과의 명암 차이로 상기 세포를 감지하는 세포감지 센서부, 상기 세포감지 센서부에서 감지한 세포의 이미지를 포착하는 디지털 샤터 제어기, 상기 디지털 샤터 제어기에서 포착된 세포의 이미지를 영상으로 분석하는 제어프로그램 장치, 상기 디지털 샤터 제어기 및 상기 제어프로그램 장치의 정보를 서로 연결하는 사용자 인터페이스 및 상기 제어프로그램 장치에서 분석된 이미지를 표시하는 영상 표시장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 세포 분석장치에서 상기 세포감지 센서부는 CCD 센서 또는 CMOS 센서를 이용하여 세포를 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 세포 분석장치에서 상기 세포와 상기 세포감지 센서부와의 거리는 100㎛보다 짧은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 세포 분석장치에서 상기 제어프로그램 장치는 상기 세포가 혈액세포인 경우에 상기 혈액세포 내의 적혈구, 백혈구, 혈소판, 헤마토크릿, MCV(Mean Corpuscular Volume), MPV(Mean Platelet Volume), RDW(Red cell Distribution Width) 및 혈액의 pH농도를 분석하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 휴대용 세포 분석방법은 ⅰ) 세포감지 센서부 상에 위치하는 세포에 광원으로부터 빛을 조사하는 단계, ⅱ) 광원에 의해 형성된 세포의 그림자 및 상기 광원에 의해 상기 세포감지 센서부에 직접 조사된 빛과의 명암 차이로 세포를 감지하는 상기 세포감지 센서부에서 감지한 세포의 이미지를 디지털 샤터 제어기에서 포착하는 단계, ⅲ) 상기 디지털 샤터 제어기에서 포착된 세포의 이미지에 대한 정보를 사용자 인터페이스에 전달하는 단계, ⅳ) 상기 사용자 인터페이스에서 전달받는 정보를 제어프로그램 장치에 전송하는 단계, ⅴ) 상기 제어프로그램 장치에서 전송받는 정보를 영상으로 분석하는 단계 및 ⅵ) 상기 분석된 영상을 영상 표시장치에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 세포 분석방법에서 상기 ⅱ)에서 단계 상기 세포감지 센서부는 CCD 센서 또는 CMOS 센서를 이용하여 세포를 감지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 세포 분석방법에서 상기 단계 ⅴ)에서 상기 제어프로그램 장치는 상기 세포가 혈액세포인 경우에 상기 혈액세포 내의 적혈구, 백혈구, 혈소판, 헤마토크릿, MCV(Mean Corpuscular Volume), MPV(Mean Platelet Volume), RDW(Red cell Distribution Width) 및 혈액의 pH농도를 분석하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 세포 분석장치 및 분석방법에 의하면 혈액에서 적혈구 또는 다른 세포들을 간단하게 카운트할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 세포 분석장치 및 방법에 의하면 세포 분석장치를 손쉽게 조작할 수 있고, 실시간으로 질병 진단할 수 있다는 효과도 있다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 세포 분석장치 및 방법에 의하면 렌즈를 사용하지 않고도 세포를 분석할 수 있고, 분석된 데이터를 무선 통신망과 쉽게 연결할 수 있다는 효과도 있다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 세포 분석장치 및 방법에 의하면 고가의 광학렌즈 등을 이용하지 않으므로 제조단가를 낮출 수 있고, 장치의 크기를 소형화시킬 수 있다는 효과도 있다.

또한, 본 발명에 따른 휴대용 세포 분석장치 및 방법에 의하면 종래 광학 현미경에 비해 100 배 이상의 시계(Field-of-view)를 가지고, 빠른 속도로 세포들을 셀수 있다는 효과도 있다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 세포 그림자의 회절현상을 이용한 세포 분석장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 세포 분석장치(50)는 상부에 위치한 세포들(11)을 감지하는 세포감지 센서부(13)를 포함하여 구성된다. 상기 세포들(11)은 글라스(15) 및 기판(17) 사이에 위치하고, 상기 기판(17)은 세포감지 센서부(13)에 접촉한다. 다시 말해, 상기 세포들(11)은 세포감지 센서부(13) 상에 놓이게 된다.

상기 세포감지 센서부(13)는 1회용 마이크로 플루이딕 채널 안의 수십만개의 세포들(11)을 수 초안에 카운팅 할 수 있는 CCD 센서 또는 CMOS 센서와 같은 광전자 센서를 구비한다. 상기 세포감지 센서부(13)의 상부에는 광원이 위치하고 있다. 따라서, 상기 세포감지 센서부(13)는 광원에서 생성된 동일 조도의 빛(UI)이 세포 들(11)에 조사되어 생성된 세포그림자들(11a)을 이미지화함으로써 세포들(11)의 수를 셀 수 있다. 또한, 상기 세포 분석장치(50)는 광학 렌즈를 사용하지 않고 복수의 센서들을 통해 세포들(11) 각각의 그림자에 대한 이미지를 감지할 수 있다.

상기 세포감지 센서부(13)에서 감지한 세포(11)의 이미지는 디지털 샤터 제어기(19)에서 포착된다. 상기 디지털 샤터 제어기(19)에서 포착된 세포(11)의 이미지는 제어프로그램 장치(21)에서 영상으로 분석된다. 상기 디지털 샤터 제어기(19) 및 제어프로그램 장치(21)는 사용자 인터페이스(23)에 의해 정보를 서로 교환한다. 상기 제어프로그램 장치(21)에서 분석된 이미지는 영상 표시장치(25)에서 표시된다.

따라서, 상기 세포 분석장치(50)는 기존 광학현미경에 비해 최소 100배 이상 증가된 시계(Field Of View; FOV)를 가지고, 다양한 세포 군상에서 수십만 개의 세포를 실시간으로 감지할 수 있다.

상기 세포 분석장치(50)에서 세포들(11)은 세포감지 센서부(13) 상에 위치하므로, 상기 세포 분석장치(50)의 해상도는 세포가 놓인 평면과 센서칩의 표면 사이의 거리(S) 및 센서 어레이의 픽셀 폭(W)에 따라 결정된다. S와 W에 추가하여, 이미지 될 세포의 지름(D) 또한 세포 분석장치(50)의 성능에 중요한 역할을 한다. 대부분의 포유류 동물의 세포들(적혈구 등)은 S≤100㎛ 조건이 충족된다면 세포 분석장치(50)에서 포착된 이미지의 공간 해상도는 단지 W에 의해 제한된다. 현존하는 대부분의 센서 어레이 기술들(CCD 또는 CMOS)은 W=5~10㎛의 값을 가지는데, 이는 세포 분석장치(50)의 공간 해상도에 지대한 영향을 미친다. 그러나, 특정한 타겟 세포를 넓은 시계(FOV) 상에서 급속히 카운팅 하는데에는, W≥5~10㎛의 공간 해상도도 충분히 쓰일 수 있다.

다음으로, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 세포 분석장치에서 분석한 이미지의 해석을 통하여 서로 다른 세포들 간의 차이점을 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용하여 다양한 크기의 폴리스티렌 마이크로 비즈의 사진들이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용한 마이크로 비즈들의 위치를 자동으로 인식한 사진들이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용하여 검출된 3T3 세포, 배아줄기 세포 및 적혈구 세포에 대한 사진들이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용한 PDMS 마이크로 칩 상에서 검출된 폴리스티렌 마이크로 비즈, 간세포 및 섬유세포들에 대한 사진들이다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용한 서로 다른 세포들과 마이크로 비즈들의 조도와 모양의 차이를 보여주는 사진들이다.

도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 세포 모니터링/카운팅을 위한 세포 분석장치(50)의 성능을 설명하기 위하여 폴리스티렌(Polystyrene) 마이크로 비즈(Microbeads), 섬유세포(Fibroblast), 적혈구(Red Blood Cell), 림프구(T-lymphocytes), 간세포(Hepatocytes) 및 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell-mES) 등의 다양한 세포들을 이용하여 기초실험을 실시하였다. 상기 기초실험은 약 1100만 화소(W=9㎛)의 해상도와 37.25mm×25.70mm의 능동 이미지 면적을 갖는 Kodak 사의 KAI-11002 CCD 칩을 이용하여 실시되었다. 상기 CCD 칩의 보호 유리막은 보다 원활 한 S의 제어를 위해 제거되었다. 상기 기초실험에서 세포나 마이크로 비즈들을 두장의 현미경 슬라이드 사이에 위치하게 하고, PDMS(polydimethylsiloxane) 재질로 제작된 마이크로 플루이딕 채널에 넣고 그 바닥면을 통하여 관찰하였다.

상기 도 2에서 a 내지 d는 각각 20㎛, 10㎛, 5㎛ 및 3㎛의 지름을 갖는 폴리스티렌 마이크로 비즈에 대한 실험 결과를 보여준다. 이러한 초기 실험을 위해서, 어떠한 렌즈나 현미경 대물렌즈도 사용되지 않았다. CCD는 바닥면의 현미경 슬라이드를 통해 회절의 영향을 받으며 S =0.1mm를 진행한 마이크로 비즈 각각의 그림자를 감지한다.

도면 2의 최상부 및 최하부에 위치한 색 대조표(Colorbar)에서 알 수 있듯이, 마이크로 비즈의 D가 감소하면, 기록된 그림자 이미지의 조도(contrast) 또한 감소함을 알 수 있다. 그러나, D=3㎛인 경우에도(도면 2 (d) 참조) 세포 분석장치(50)에서 얻어진 이미지의 조도는 카운팅 목적으로 볼 때에는 좋은 상태임을 알 수 있다. 이 사실을 증명하기 위하여, 도면 3(a, b)는 3㎛ 와 5㎛의 지름을 가지는 비즈들을 직접 제작한 컴퓨터 프로그램으로 카운팅한 결과를 도시하고 있다. 컴퓨터 프로그램의 알고리즘에는 각각의 사물을 면적, 주변길이, 관성, 명도 및 이심률 등을 이용한 패턴 구분을 위해 매칭 필터링(Matching filtering), 바이너리 이미지 프로세싱(Binary image processing) 및 모멘트 계산(Momint Calculation) 등에 근거한 이미지 인식 알고리즘을 사용하였다. 도면 3의 결과에서 원형으로 표시된 곳이 마이크로 비즈의 위치를 나타내는데, 이는 세포 분석장치(50)를 이용하여 자동으로 마이크로 크기의 사물들을 카운팅할 수 있다는 것을 보여주고 있다.

도 4에서 도시한 바와 같이, 세포 분석장치(50)를 이용하여 다양한 세포들(림프구(T-lymphocytes), 섬유세포(Fibroblast-3T3), 배아줄기세포(Embryonic Stem Cell-mES), 간세포(Hepatocytes) 및 적혈구(Red Blood Cell) 등)을 모니터하였다. 도 4는 이러한 세포들에 대한 세포 분석장치(50)의 이미지를 보여준다. 이러한 세포 이미지들에서 보여진 조도(contrast)는 상기 컴퓨터 프로그램으로 세포들 각각의 위치를 탐색하는 세포 분석장치(50)의 자동 인식 프로그램에 사용하기에 충분하며, 도 3에서 얻은 것과 유사한 결과들을 세포들로부터 얻을 수 있었다.

도 4(a)는 37.25mm×25.70mm의 시계(FOV)로 3T3 세포의 이미지를 보여주고 있다. 도 4(a)에서 스케일 바(Scale bar)는 1cm이다. 기존의 5배율 또는 10배율 광학 현미경과 비교하였을 때, 보여준 세포 분석장치(50) 이미지는 100배 이상의 시계를 가짐을 알 수 있다. 도 4(a)에서 전형적인 광학 현미경의 시계(FOV)가 흰색 점선으로 표시되어 있다. 도 4(b~i)는 도 4(a)의 3T3 세포를 다양한 위치에서 확대한 그림들이다. 이러한 도면에서 세포 분석장치(50)의 특성을 다음과 같이 요약할 수 있다. 어떠한 광학 렌즈나 현미경 대물렌즈를 사용하지 않고, 세포 분석장치(50)는 37.25mm×25.70mm의 시계(FOV)로 각각의 세포들을 모니터/카운팅할 수 있다. 더욱이 더 큰 CCD를 사용한다면 세포 분석장치(50)의 시계는 더욱 더 증가할 수 있다.

도 5에서 도시한 바와 같이, PDMS에 기초한 마이크로 플루이딕 채널에서 세포 분석장치(50)의 마이크로 비즈/세포 모니터링 성능 또한 조사되었다. 이를 위해, 3cm 길이와 50㎛의 폭을 갖는 4개의 PDMS채널을 0.1mm 두께의 유리 기판 위에 제작하였다. 도 5는 20㎛의 지름을 가지는 마이크로 비즈와 두 개의 서로 다른 세포 라인(섬유세포와 간세포)들이 세포 분석장치(50)를 이용하여 동시에 모니터되는 것을 보여준다. 이러한 실험 결과는 세포 분석장치(50)가 저가이면서, 간단하고, 급속하게 세포를 카운팅할 수 있도록 1회용 마이크로 플루이딕 채널과 집적화될 수 있는 특성를 보여준다.

도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치(50)는 적혈구(RBC), 섬유세포(Fibroblast) 및 폴리스티렌 마이크로비즈(Polystyrene microbeads)들에 대한 실험 결과들을 보여준다. 유사한 결과는 도 4(j, k)의 배아줄기세포(mES)와 적혈구(RBC)에도 보여져 있다. 이러한 결과들은 세포 분석장치(50)가 세포와 여타 마이크로 미터 크기의 분자들을 확연한 조도(Contrast) 차이를 가지며 구분할 수 있음을 입증하고 있다.

도 6에서 세포 그림자의 중앙은 배경 화면에 비해 더 어두운 반면 폴리스티렌 마이크로비즈들은 반대의 현상을 보인다. 이러한 조도의 차이를 세포 분석장치(50)에 이용하여 특정한 용액 속에 있는 서로 다른 세포들을 다른 마이크로미터 크기의 분자들과 구분할 수 있다. 도 3에서 사용된 것과 같은 알고리즘은 정확한 조도를 찾아내는 용도로 사용될 수 있다. 세포와 마이크로 분자들의 조도 차이에 추가하여, 서로 다른 세포들이 가지는 그림자의 형태를 (비록 해상도는 낮을 수 있지만) 우리는 주목할 것이다. 도 6과 도 4(j, k)의 예에서 보인 것 처럼, 적혈구의 그림자 형태는 섬유세포나 배아줄기세포의 그것과는 확연히 다름을 알 수 있다. 이러한 특성은 서로 다른 세포가 공존하는 용액에서 특정한 세포를 찾아내고, 카운팅 하는 알고리즘을 사용될 것이다. 그러므로, 상기 세포 분석장치(50)를 이용하면 한방울의 혈액에서 작고, 간편하며, 저비용으로 실시간 케어를 가능케하는 기술이 제공될 수 있다.

다음으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치의 세포 분석방법을 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용하여 세포를 분석하는 방법을 도시한 순서도이다.

도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따라 세포를 분석하기 위하여 세포감지 센서부(17) 상에 위치하는 세포들(11)에 광원으로부터 빛을 조사한다(S81). 상기 단계(S81) 후에 세포감지 센서부(17)에서 감지한 세포들(11)의 이미지를 디지털 샤터 제어기(19)에서 포착한다(S83). 이 경우, 상기 세포감지 센서부(17)는 광원에 의해 형성된 세포의 그림자 및 상기 광원에 의해 직접 세포감지 센서부(17)에 조사된 빛과의 명암 차이로 세포를 감지할 수 있다. 또한, 상기 세포감지 센서부(17)는 CCD 센서 또는 CMOS 센서를 포함할 수 있다.

상기 단계(S83) 후에 디지털 샤터 제어기(19)에서 포착된 세포들(11)의 이미지에 대한 정보를 사용자 인터페이스(23)에 전달한다(S85). 상기 단계(S85) 후에 사용자 인터페이스(23)에서 전달받는 정보를 제어프로그램 장치(21)에 전송한다(S87). 상기 단계(S87) 후에 제어프로그램 장치(21)에서 전송받는 정보를 영상으로 분석한다(S89). 이 경우, 상기 제어프로그램 장치(21)는 분석할 세포가 혈액세포인 경우에 상기 혈액세포 내의 적혈구, 백혈구, 혈소판, 헤마토크릿, MCV(Mean Corpuscular Volume), MPV(Mean Platelet Volume), RDW(Red cell Distribution Width) 및 혈액의 pH농도를 분석할 수 있다. 상기 단계(S89) 후에 상기 분석된 영상을 영상 표시장치에 전송한다(S91).

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 휴대용 세포 분석장치 및 분석방법에 관한 것이다. 상기와 같은 장치 및 방법을 이용하는 것에 의해 혈액세포들의 크기, 종류, 세포수 및 평균값 등을 계산할 수 있고, 실시간으로 이에 대한 데이터를 의료 제공자 서버에 전송할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 세포 그림자의 회절현상을 이용한 세포 분석장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용하여 다양한 크기의 폴리스티렌 마이크로 비즈의 사진들.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용한 마이크로 비즈들의 위치를 자동으로 인식한 사진들.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용하여 검출된 3T3 세포, 배아줄기 세포 및 적혈구 세포에 대한 사진들.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용한 PDMS 마이크로 칩 상에서 검출된 폴리스티렌 마이크로 비즈, 간세포 및 섬유세포들에 대한 사진들.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용한 서로 다른 세포들과 마이크로 비즈들의 조도와 모양의 차이를 보여주는 사진들.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 세포 분석장치를 이용하여 세포를 분석하는 방법을 도시한 순서도.

Claims

광원의 하부에서 상기 광원에 의해 형성된 세포의 그림자 및 상기 세포의 하부에 위치하고, 상기 광원으로부터 세포감지 센서부에 직접 조사된 빛과의 명암 차이로 상기 세포를 감지하는 세포감지 센서부;

상기 세포감지 센서부에서 감지한 세포의 이미지를 포착하는 디지털 샤터 제어기;

상기 디지털 샤터 제어기에서 포착된 세포의 이미지를 영상으로 분석하는 제어프로그램 장치;

상기 디지털 샤터 제어기 및 상기 제어프로그램 장치의 정보를 서로 연결하는 사용자 인터페이스; 및

상기 제어프로그램 장치에서 분석된 이미지를 표시하는 영상 표시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 세포 분석장치.
제 1 항에 있어서,

상기 세포감지 센서부는 CCD 센서 또는 CMOS 센서를 이용하여 세포를 감지하는 것을 특징으로 하는 휴대용 세포 분석장치.
제 1 항에 있어서,

상기 세포와 상기 세포감지 센서부와의 거리는 100㎛보다 짧은 것을 특징으 로 하는 휴대용 세포 분석장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어프로그램 장치는 상기 세포가 혈액세포인 경우에 상기 혈액세포 내의 적혈구, 백혈구, 혈소판, 헤마토크릿, MCV(Mean Corpuscular Volume), MPV(Mean Platelet Volume), RDW(Red cell Distribution Width) 및 혈액의 pH농도를 분석하는 것을 특징으로 하는 휴대용 세포 분석장치.
ⅰ) 세포감지 센서부 상에 위치하는 세포에 광원으로부터 빛을 조사하는 단계;

ⅱ) 광원에 의해 형성된 세포의 그림자 및 상기 광원에 의해 상기 세포감지 센서부에 직접 조사된 빛과의 명암 차이로 세포를 감지하는 상기 세포감지 센서부에서 감지한 세포의 이미지를 디지털 샤터 제어기에서 포착하는 단계;

ⅲ) 상기 디지털 샤터 제어기에서 포착된 세포의 이미지에 대한 정보를 사용자 인터페이스에 전달하는 단계;

ⅳ) 상기 사용자 인터페이스에서 전달받는 정보를 제어프로그램 장치에 전송하는 단계;

ⅴ) 상기 제어프로그램 장치에서 전송받는 정보를 영상으로 분석하는 단계; 및

ⅵ) 상기 분석된 영상을 영상 표시장치에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특 징으로 하는 휴대용 세포 분석방법.
제 6 항에 있어서,

상기 ⅱ)에서 단계 상기 세포감지 센서부는 CCD 센서 또는 CMOS 센서를 이용하여 세포를 감지하는 것을 특징으로 하는 휴대용 세포 분석방법.
제 6 항에 있어서,

상기 단계 ⅴ)에서 상기 제어프로그램 장치는 상기 세포가 혈액세포인 경우에 상기 혈액세포 내의 적혈구, 백혈구, 혈소판, 헤마토크릿, MCV(Mean Corpuscular Volume), MPV(Mean Platelet Volume), RDW(Red cell Distribution Width) 및 혈액의 pH농도를 분석하는 것을 특징으로 하는 휴대용 세포 분석방법.