KR20180055547A

KR20180055547A - 정자 활동성 검사장치

Info

Publication number: KR20180055547A
Application number: KR1020160153497A
Authority: KR
Inventors: 류정식
Original assignee: 주식회사 제이이노텍
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-05-25
Also published as: KR101901774B1

Abstract

본 발명은 정자 활동성 검사장치에 관한 것으로, 정액 시료(5)가 배치되는 슬라이드(10)를 갖는 스테이지(20)와; 슬라이드(10)에 배치된 정액 시료(5)를 촬영하기 위한 라이트 필드(Light field) 카메라(30)와; 조명부(35)가 배치되는 카메라 셀 보드(40)와; 카메라(30)의 위치를 선정하여 서로 상이한 시점을 정합(Calibration)하는 카메라 제어부(50)와; 카메라(30)로부터 영상을 획득하고, 상기 획득한 영상들로부터 형상 정보를 획득하는 형상 획득부(60)와, 상기 형상 획득부(60)로부터 획득한 형상을 투영하고, 투영된 영상들과 상이한 투영된 영상들의 픽셀값을 변경하여 형상 정보를 개선하는 형상 개선부(70)와, 상기 획득한 형상 정보에 기초하여 영상들을 복원하는 영상 복원부(80)로 이루어진 형상 제어부(55)와; 상기 형상 제어부(55)의 형상 개선부(70)로부터 얻어진 형상에 기초하여 정자수 및 활동성 정자수를 계산하는 연산부(65)와; 상기 연산부(65)로부터 얻은 데이터에 근거하여 정자 및 활동성 정자 상태를 판별하는 판별부(75) 및 판별부(75)에서 판별된 정자 및 활동성 정자 상태를 표시하는 표시부(85)로 이루어지게 된다.

Description

정자 활동성 검사장치{Apparatus for inspecting motile of sperm}

본 발명은 정자 활동성 검사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정액으로부터 정자 활동성을 검사하기 위한 정자 활동성 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 정액 분석은 채취한 정액을 육안으로 검사하거나 현미경을 통해 검사하는 방법이 있다. 특히, 현미경을 통해 정액농도, 운동성, 정자 모양 및 정자수를 분석함으로써 정자 상태(정자의 정상 여부 등)를 검사할 수 있다.

그러나, 최근에는 과학기술이 발전함에 따라 간편하게 정자(정액) 상태를 판정하는 정액 분석시스템이 개발되었다.

상기 정액 분석시스템의 일예로, 한국공개특허공보 제2013-0130443호(특허문헌 1)에 공지되어 있고, 'ㄷ'자 형상을 갖는 거치대의 밑면에 구비된 삽입홈이 안착되어 고정되는 슬라이드와; 상기 삽입홈의 하부에 배치된 발광부에 의해 상기 슬라이드의 홈안으로 넣어진 정액 시료가 희석되거나 묽은 액상 형태로 변해 팽창될 경우 상기 팽창된 정액시료를 고배율로 확대하는 렌즈 유닛과; 상기 렌즈 유닛에서 확대된 영상을 촬영하는 카메라와; 상기 카메라에서 촬영된 전체 정액 영상에 있는 정자수를 해독하여 정자 상태를 판별하고, 등록된 순위 지표에 기초하여 순위를 도출하는 제1 휴대 달말기로 구성된다.

그러나, 이와 같은 정액 분석시스템은 카메라의 촬영에 한계가 있어 정자의 활동성을 정확히 분석할 수 없는 문제점을 내포하고 있다.

: 한국공개특허공보 제2013-0130443호

본 발명의 목적은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로 정자 및 활동성 정자의 상태를 판별하는 정자 활동성 검사장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 정자의 상태를 3차원 형상으로 획득하고 아울러 얻어진 3차원 형상을 개선하여 영상을 복원할 수 있는 정자 활동성 검사장치를 제공함에 있다.

본 발명의 정자 활동성 검사장치는 적어도 1개 이상의 정액 시료가 배치되는 슬라이드를 갖는 스테이지와; 상기 슬라이드의 상부 방향에 배치되며, 슬라이드에 배치된 정액 시료를 촬영하기 위한 라이트 필드(Light field) 카메라와; 상기 카메라와 연결되고, 일측이나 양측에 조명부가 배치되는 카메라 셀 보드와; 상기 카메라의 위치를 선정하여 서로 상이한 시점을 정합하는 카메라 제어부와; 상기 카메라로부터 영상을 획득하고, 상기 획득한 영상들로부터 형상 정보를 획득하는 형상 획득부와, 상기 형상 획득부로부터 획득한 형상을 투영하고, 투영된 영상들과 상이한 투영된 영상들의 픽셀값을 변경하여 형상 정보를 개선하는 형상 개선부와, 상기 획득한 형상 정보에 기초하여 영상들을 복원하는 영상 복원부로 이루어진 형상 제어부와; 상기 형상 제어부의 형상 개선부로부터 얻어진 형상에 기초하여 정자수 및 활동성 정자수를 계산하는 연산부와; 상기 연산부로부터 얻은 데이터에 근거하여 정자 및 활동성 정자 상태를 판별하는 판별부와; 및 판별부에서 판별된 정자 및 활동성 정자 상태를 표시하는 표시부로 이루어지는 점에 있다.

본 발명의 정자 활동성 검사장치는 카메라로부터 서로 상이한 시점을 정합함으로써 획득한 영상들 내에서 라이트 필드 3차원 형상을 용이하게 획득할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 정자 활동성 검사장치는 정합된 카메라로부터 획득한 영상들의 유사도를 이용하여 형상 정보를 개선함으로써, 개선된 형상 정보에 기초하여 영상들을 효과적으로 복원할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 정자 활동성 검사장치는 정자 및 활동성 정자의 상태를 3차원 형상으로 정확하게 계산하여 판별할 수 있으므로 종래의 장치에 비하여 정자 상태를 정확하게 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 정자 활동성 검사장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 요부인 슬라이드를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 요부인 카메라 회전장치(32)를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 요부인 형상 제어부의 블럭도,
도 5는 본 발명의 요부인 연산부의 블럭도,
도 6은 본 발명의 요부인 판별부의 블럭도,
도 7은 종래 공간 해상도 향상을 위한 영상 취득 기법을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 공간 해상도 향상을 위한 영상 취득 기법을 나타낸 도면,
도 9는 정자 구조 유사성을 이용하여 형상 정보를 개선한 형상 정보를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 정자 활동성 검사장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 정자 활동성 검사장치의 설명에 앞서 라이트 필드(Light field) 영상 기술에 대하여 개략적으로 설명하기로 한다. 라이트 필드(Light field) 영상 기술은 여러 방향의 빛을 기록하는 기술로서 기존 한 방향의 빛의 세기만을 기록하는 사진 기술의 한계를 극복할 새로운 기술이다. 초기에는 수많은 카메라를 사용하는 카메라 배열을 사용하였지만, 최근에는 소형렌즈 배열 방식의 등장으로 한 대의 카메라로 라이트 필드 영상을 취득할 수 있게 되었다. 본 발명의 정자 활동성 검사장치도 한 대의 카메라로 라이트 필드 영상을 취득하게 된다.

본 발명의 정자 활동성 검사장치의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 정자 활동성 검사장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 스테이지(20)와, 카메라(30)와, 카메라 셀 보드(40)와, 카메라 제어부(50)와, 카메라 셀 보드(40)와, 카메라 제어부(50)와, 형상 제어부(55)와, 연산부(65)와, 판별부(75) 및 표시부(85)로 크게 이루어지게 된다.

상기 스테이지(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 1개 이상의 정액 시료(5)가 배치되는 슬라이드(10)를 구비하게 된다. 그리고, 상기 슬라이드(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 정액 시료(5)간에 혼합되는 것을 방지하도록 돌출된 형태의 복수개의 단턱부(12)가 형성된다. 상기 슬라이드(10)에는 대상자의 정액(도시되지 않음)을 채취하여 정액 시료(5)에 담을 수 있도록 도시되지 않은 홈이 형성되며, 사용자에 따라 덮개(도시되지 않음)도 적용할 수 있다. 대상자로부터 채취된 정액시료(5)는 소정 처리(혼합 처리) 과정을 거쳐서 슬라이드(10)에 배치된다.

상기 스테이지(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하부에 램프가 내보내는 빛을 정액 시료(5)에 집중시키기 위한 집광기(24)가 배치되고, 상기 집광기(24)의 하부에는 간격을 두고 주위의 빛을 정액 시료(5)에 반사시켜 밝게 하는 반사경(28)이 배치된다. 여기서, 상기 집광기(24) 및 반사경(28)은 일반적인 생물학적 현미경에서 사용하는 것을 적용하게 된다.

상기 카메라(30)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 슬라이드(10)의 상부 방향에 배치되며, 슬라이드(10)에 배치된 정액 시료(5)를 촬영하기 위한 라이트 필드(Light field) 카메라이다.

상기 카메라(30)는 지지체(42)의 일측에 배치된 회전장치(32)에 의해 회전하도록 구성되며, 상기 회전장치(32)는 후술하게 되는 카메라 제어부(50)의 동작에 의해 구동된다. 상기 회전장치(32)는 일측이 제1 연결부재(44)를 거쳐서 지지체(42)에 연결되고 타측이 제2 연결부재(46)를 거쳐서 카메라(30)에 연결된다. 상기 카메라(30)를 이용하여 정액시료(10)의 영상을 1차로 촬영하게 되고, 회전장치(32)를 이용하여 카메라(30)를 소정 거리 이동시킨 후 정액시료(10)의 영상을 2차 및 3차로 촬영하게 된다(카메라(30)를 좌,우측으로 이동하여 각각의 위치에서 촬영하게 된다).

상기 카메라 셀 보드(40)는 카메라(30)와 연결되고, 일측이나 양측에 조명부(35)가 배치된다. 상기 조명부(35)는 사용자에 따라 일측에 1개를 적용할 수도 있지만, 양측에 2개를 적용하는 것이 바람직하다. 상기 카메라 셀 보드(40)는 카메라(30)로부터 획득한 형상신호를 형상 제어부(55)로 전달하고, 상기 형상 제어부(55)는 획득한 형상신호를 내부에 저장된 기준 형상 데이터와 비교하여 불명확한 형상을 개선하는 역할을 하게 된다.

상기 카메라 제어부(50)는 카메라(30)의 위치를 선정하여 서로 상이한 시점을 정합(Calibration)하는 역할을 수행하게 된다. 즉, 카메라 제어부(50)는 카메라(30)의 바람직한 촬영 위치, 조명 조건 및 촬영 시점 등을 선정함에 의해 획득한 영상들의 형상 정보 정밀도를 높이게 된다.

상기 카메라 제어부(50)는 카메라(30)로 부터 획득한 영상들의 디스플레이 환경으로부터 공간 관점, 객체 관점, 객체 위치, 카메라의 촬영 횟수, 카메라의 시점 및 카메라의 변수 중 적어도 하나를 제한 조건으로 획득할 수 있다.

상기 카메라 제어부(50)는 공간 해상도를 향상시키기 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 소형렌즈(도시되지 않음) 영상에서 정사각형 모양의 화소묶음을 취득하여 공간해상도를 향상시킨다(즉, 종래에는 도 7에 도시된 바와 같이, 소형렌즈 영상에서 한 개의 화소씩 취득한다). 또한, 본 발명의 카메라 제어부(50)는 소형렌즈에서 취득한 화소묶음을 정사각형이 아닌 원형모양 묶음으로 취득하여 직교 좌표계에서 육각 격자 좌표계로 변환하는 방식으로 영상을 취득하게 된다.

상기 형상 제어부(55)는 상기 카메라(30)로부터 영상을 획득하고, 상기 획득한 영상들로부터 형상 정보를 획득하는 형상 획득부(60)와, 상기 형상 획득부(60)로부터 획득한 형상을 투영하고, 투영된 영상들과 상이한 투영된 영상들의 픽셀값을 변경하여 형상 정보를 개선하는 형상 개선부(70)와, 상기 획득한 형상 정보에 기초하여 영상들을 복원하는 영상 복원부(80)로 이루어지게 된다.

상기 형상 획득부(60)는 획득한 영상들로 부터 3차원 포인트 클라우드(Point cloud)들을 획득하고, 획득한 3차원 포인트들을 정합하여 포인트 클라우드 세트를 생성하고, 매쉬 모델링 기법을 이용하여 상기 포인트 클라우드 세트로부터 형상 정보를 획득할 수 있다. 3차원 포인트 클라우드 추출방법은 내부 이미지의 특징점 추출기능, 이미지 간 특징점 매칭 기술, 깊이 맵 포인트 추출 기능으로 수행하는 방법과, 스테레오 스코픽 기반 깊이맵 계산 기법으로 2개의 카메라를 하나의 대상에 대하여 촬영하고 삼각 측량과 유사한 방식으로 특징점의 깊이 값을 계산하는 방식이다. 본 발명에서는 전자의 방법을 수행하였지만, 후자를 적용할 경우 카메라의 위치를 회전장치(32)를 이용하여 변경하여 적용할 수도 있다. 상기 형상 획득부(60)는 기준시점 영상과 깊이 영상을 활용하여 3차원 위핑을 수행하고 경계 잡음 영역(부분)을 검출하고 가중치를 조합하여 최종 시점 영상을 취득할 수도 있다.

상기 카메라(30)에 포함된 깊이 카메라는 장면의 깊이, 즉 카메라로부터 물체까지의 거리를 측정하여 영상으로 출력하는 장비이다. 그리고, 깊이 카메라는 타임 오브 플라이트(TOF; Time of flight)기술을 사용하여 장면의 깊이 영상을 획득하게 된다. 그런데, 깊이 카메라는 광학적, 기계적, 알고리즘 잡음 등을 포함하고 있으므로 1차적으로 얻어진 형상 정보는 다소 에러를 포함하고 있다.

이를 해결하기 위하여, 형상 개선부(70)는 도 9에 도시된 바와 같이, 다수의 투영된 영상들과 컬러 세트 정보가 상이한 소수의 투영된 영상 내의 픽셀값을 변경하여 형상 정보를 개선하게 된다. 즉, 정자의 구조 특성(정자의 크기, 정자의 개수 및 정자의 이동 속도(정자 활동성))을 이용하여 형상 정보를 개선하게 된다. 예를 들어, 정자의 크기는 미리 저장된 정자 크기 데이터에 비추어 촬영한 영상의 정자의 크기가 범위내에 들어가게 되면 정상 크기의 정자로 복원을 수행하게 되고, 정자의 활동성도 정자의 이동 속도를 미리 저장된 데이터에 비추어 촬영한 정자의 이동 속도로 영상의 복원을 수행하게 된다. 영상 복원부(80)는 공지된 신뢰 전파 알고리즘을 이용하여 개선된 형상 정보로부터 획득한 영상들 내 각 픽셀 주변 확률을 산출하고, 산출된 주변 확률을 통해 획득한 영상들을 복원하게 된다.

이와 같이, 영상을 복원하게 되면 촬영한 영상 정보의 불명한 부분을 명확하게 복원하여 형상을 개선할 수 있다.

상기 형상 개선부(70)를 적용할 경우에는 카메라(30)의 회전장치(32)를 동작시켜 서로 다른 좌표 위치에서 촬영한 영상들을 영상 정렬 과정을 거쳐서 중첩시켜 보정을 수행하게 된다(즉, 형상 개선부(70)의 적용은 라이트 필드 카메라를 적용한 경우에는 한 개의 카메라(30)를 활용하여 영상을 촬영하여 이용할 수도 있지만, 복수개의 카메라(30)로 서로 다른 위치에서 촬영하여 이용할 수도 있다. 여기서는 전자를 적용하였지만 사용자의 요구에 따라 후자를 적용할 수도 있다). 상기 영상 정렬은 두 개의 영상 평면을 평행하게 하고 카메라의 위치와 내부 특성 등에 고려하여 정렬하게 된다.

상기 연산부(65)는 상기 형상 제어부(55)의 형상 개선부(70)로부터 얻어진 형상에 기초하여 정자수 및 활동성 정자수를 계산하는 역할을 수행하게 된다. 일반적으로, 남성 수정능력은 정액 샘플에서 밀리리터(ml)당 정자의 수를 카운트함으로써 평가된다. 그리고, 정자의 전진운동은 수정 능력을 평가하는데 매우 중요한 지표이고, 운동성은 움직이는 속도와 방향으로 평가하게 된다.

상기 연산부(65)는 정자수 계산부(62)와 활동성 정자수 계산부(64)로 이루어지고, 상기 정자수 계산부(62)는 1ml당 정자수를 계산하며, 상기 활동성 정자수 계산부(64)는 3차원으로 측정한 활동성 정자수를 계산하게 된다.

상기 판별부(75)는 상기 연산부(65)로부터 얻은 데이터에 근거하여 정자 및 활동성 정자 상태를 판별하는 역할을 수행하게 된다. 상기 판별부(75)는 정자상태 판별부(72)와 활동성 정자상태 판별부(74)로 이루어지고, 상기 정자상태 판별부(72)는 정자수 계산부(62)에서 계산된 정자수와 미리 저장된 정자의 정상치를 나타내는 정자수와 비교하여 판단하며, 상기 활동성 정자상태 판별부(74)는 활동성 정자수 계산부(64)에서 계산된 활동성 정자수와 미리 저장된 활동성 정자수와 비교하여 정상 여부를 판단하게 된다.

상기 표시부(85)는 판별부(75)에서 판별된 정자 및 활동성 정자 상태를 표시하게 된다. 상기 표시부(85)는 컴퓨터와 같은 디스플레이 화면에 정자수, 정자상태, 활동성 정자수, 활동성 정자상태 등을 나타내게 된다.

한편, 본 발명의 정자 활동성 검사장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 스테이지(20)의 하부에 배치되며, 램프가 내보내는 빛을 정액 시료(5)에 집중시키기 위한 집광기(24)와; 상기 스테이지(20)와 간격을 두고 배치되며, 주의의 빛을 정액 시료(5)에 반사시켜 밝게 하기 위한 반사경(28)을 더 포함하여 구성할 수도 있다(즉, 현미경에 적용된 기술과 유사한 집광기나 반사경을 적용할 수 있다).

이와 같이 본 발명의 정자 활동성 검사장치는 개선된 형상 정보에 기초하여 획득한 영상들을 복원하고 다양한 신뢰 전파 알고리즘을 이용하여 개선된 형상정보로부터 획득한 영상들 내의 각 픽셀의 주변 확률을 산출하고 산출된 주변 확률을 통해 획득한 영상들을 복원하게 된다. 상기 신뢰 전파 알고리즘은 스테레오 비전을 사용하여 거리정보를 획득하고 스테레오 영상 쌍에서 대응점을 찾아 스테레오 매칭을 이용하는 신뢰 전파 스테레오 기법의 고속 알고리즘 기술을 활용하게 된다.

본 발명의 정자 활동성 검사장치는 가정, 병원 등에서 남성 수정 능력을 검사하는 장치 및 시스템 분야에 널리 사용될 수 있다.

5: 정액 시료 10: 슬라이드
20: 스테이지 30: 카메라
35: 조명부 40: 카메라 셀보드
50: 카메라 제어부 55: 형상 제어부
65: 연산부 75: 판별부
85: 표시부

Claims

적어도 1개 이상의 정액 시료(5)가 배치되는 슬라이드(10)를 갖는 스테이지(20)와;
상기 슬라이드(10)의 상부 방향에 배치되며, 슬라이드(10)에 배치된 정액 시료(5)를 촬영하기 위한 라이트 필드(Light field) 카메라(30)와;
상기 카메라(30)와 연결되고, 일측이나 양측에 조명부(35)가 배치되는 카메라 셀 보드(40)와;
상기 카메라(30)의 위치를 선정하여 서로 상이한 시점을 정합(Calibration)하는 카메라 제어부(50)와;
상기 카메라(30)로부터 영상을 획득하고, 상기 획득한 영상들로부터 형상 정보를 획득하는 형상 획득부(60)와, 상기 형상 획득부(60)로부터 획득한 형상을 투영하고, 투영된 영상들과 상이한 투영된 영상들의 픽셀값을 변경하여 형상 정보를 개선하는 형상 개선부(70)와, 상기 획득한 형상 정보에 기초하여 영상들을 복원하는 영상 복원부(80)로 이루어진 형상 제어부(55)와;
상기 형상 제어부(55)의 형상 개선부(70)로부터 얻어진 형상에 기초하여 정자수 및 활동성 정자수를 계산하는 연산부(65)와;
상기 연산부(65)로부터 얻은 데이터에 근거하여 정자 및 활동성 정자 상태를 판별하는 판별부(75)와; 및
판별부(75)에서 판별된 정자 및 활동성 정자 상태를 표시하는 표시부(85)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정자 활동성 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 슬라이드(10)는 정액 시료(5)간에 혼합되는 것을 방지하도록 돌출된 형태의 복수개의 단턱부(12)가 형성되는 것을 특징으로 하는 정자 활동성 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 스테이지(20)는 하부에 램프가 내보내는 빛을 정액 시료(5)에 집중시키기 위한 집광기(24)가 배치되고, 상기 집광기(24)의 하부에는 간격을 두고 주위의 빛을 정액 시료(5)에 반사시켜 밝게 하는 반사경(28)이 배치되는 것을 특징으로 하는 정자 활동성 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 카메라(30)는 지지체(42)의 일측에 배치된 회전장치(32)에 의해 회전하도록 구성되며, 상기 회전장치(32)는 카메라 제어부(50)의 동작에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 정자 활동성 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 카메라 셀 보드(40)는 카메라(30)로부터 획득한 형상신호를 형상 제어부(55)로 전달하고, 상기 형상 제어부(55)는 획득한 형상신호를 내부에 저장된 기준 형상 데이터와 비교하여 불명확한 형상을 개선하는 것을 특징으로 하는 정자 활동성 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 연산부(65)는 정자수 계산부(62)와 활동성 정자수 계산부(64)로 이루어지고, 상기 정자수 계산부(62)는 1ml당 정자수를 계산하며, 상기 활동성 정자수 계산부(64)는 3차원으로 측정한 활동성 정자수를 계산하는 것을 특징으로 하는 정자 활동성 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 판별부(75)는 정자상태 판별부(72)와 활동성 정자상태 판별부(74)로 이루어지고, 상기 정자상태 판별부(72)는 정자수 계산부(62)에서 계산된 정자수와 미리 저장된 정자의 정상치를 나타내는 정자수와 비교하여 판단하며, 상기 활동성 정자상태 판별부(74)는 활동성 정자수 계산부(64)에서 계산된 활동성 정자수와 미리 저장된 활동성 정자수와 비교하여 정상 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 정자 활동성 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 정자 활동성 검사장치는 스테이지(20)의 하부에 배치되며, 램프가 내보내는 빛을 정액 시료(5)에 집중시키기 위한 집광기(24)와; 상기 스테이지(20)와 간격을 두고 배치되며, 주의의 빛을 정액 시료(5)에 반사시켜 밝게 하기 위한 반사경(28)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정자 활동성 검사장치.