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서버 클라이언트 기반의 실시간 마이크로칩 형광 이미지 분석 시스템 개발
Development of a real-time Analysis System of Microchip Fluorescence Images based on Server-Client 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.17 no.5, 2013년, pp.1239 - 1244  

조미경 (동명대학교 미디어공학과) ,  심재술 (영남대학교)

초록
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임상 의료 분야에서 질병 진단 및 치료를 위해서는 분자 수준(프로틴, DNA 등)의 크기 뿐만 아니라, 세포 수준에 대한 분석이 필요하다. 많은 경우 실험 샘플이 시간에 따라 변질되기 때문에 정확한 분석을 위해서는 빠른 분석과 실시간 데이터가 필요하다. 본 연구에서는 나노 마이크로 크기의 세포내 단백질이나 DNA의 변화 과정 등을 촬영할 수 있는 3차원 형광 관측 장치를 제작하고 이로부터 얻은 형광 이미지를 실시간 통합 관리 및 분석하기 위한 서버 클라이언트 기반의 형광 이미지 분석 시스템을 구축하였다. 시스템은 형광 관측 장치와 소프트웨어 그리고 형광 이미지를 실시간으로 분석할 수 있는 모바일 프로그램으로 구성된다. 개발된 시스템은 의료인이 시공간의 제약 없이 응급환자의 샘플에서 획득한 형광이미지를 실시간으로 전송받아 분석 및 진단을 내릴 수 있도록 해 주므로 유비쿼터스 헬스 구현에 활용할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the field of clinical medicine and research, the analysis of such as protein and DNA at the molecular level and even at the cell level are necessary for disease diagnosis and treatment. In many cases, a real time image of samples is needed for the accurate analysis and manipulation of samples sin...

주제어

#마이크로 칩   #형광 관측 시스템   #스마트폰   #서버 클라이언트 시스템  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 기존의 3차원 측정 장치는 하나의 PMT를 이용하여 하나의 특수한 레이저 입력 파장에 대한 형광 입력을 얻는 반면에 본 연구에서 개발된 형광 측정 장치는 동시에 두 개의 PMTs를 구성함으로써 두 개 이상의 형광물질에서 나오는 저주파 영역 (λ>665 nm) 및 고주파 영역 (550nm <λ< 600nm)이 동시에 측정가능 하도록 하여, 실시간으로 두 가지 형광물질을 동시에 사용할 수 있도록 구성하여 실험적 측정 시간을 줄이고자 하였다.
  • 또한 PMTs를 두 개를 사용하므로 기존의 공초점 현미경과 비교하여 픽셀 강도 민감도가 증가되었고, 픽셀 매칭 작업이 불필요하며, 측정시편이 레이저에 매우 민감할 경우 레이저에 의한 오차율을 최소화 하는 것이 가능하도록 구성한 것이 본 연구의 핵심 기술이다.
  • 본 논문에서 나노 마이크로 크기인 세포들의 상호 작용이나 세포내에서의 이동, 세포의 생성과 소멸 등을 영상화할 수 있는 형광 관측 장치와 스마트폰을 이용하여 형광이미지를 분석 진단할 수 있는 서버 클라이언트 기반의 형광이미지 분석 시스템을 개발하였다. 개발한 시스템은 의사가 스마트 폰을 이용하여 환자의 형광이미지를 시공간에 제약 없이 진단할 수 있도록 해 주므로 유비쿼터스 헬스 구현에 활용할 수 있다.
  • 본 연구에서 개발된 형광 이미지 분석 시스템은 위에서 소개한 것과 같은 기존의 한계점을 극복하기 위하여 형광 관측 장치와 연결된 소프트웨어 및 컴퓨터를 서버로 하고 실시간으로 서버와 연결하여 2D 및 3D 형광이미지를 의사나 연구자가 즉각적으로 분석 및 진단할 수 있도록 Wifi 및 3G가 작동되는 스마트폰을 기반으로 하는 클라이언트 분석 시스템을 함께 개발하여 장소나 시간적인 제약 없이 언제든지 사용 가능하도록 하였다. 예를 들어, 의사가 병원에 있지 않는 상황에서 위급한 환자의 형광 이미지를 보고 곧바로 처방을 해야 될 상황이 발생할 때, 모바일 형광이미지 분석시스템을 통하여 의사가 스마트 폰을 이용하여 병원 서버로 접속한 후 형광이미지를 다운로드하여 곧바로 분석할 수 있도록 해 주는 시스템이다.
  • 형광 관측 장치로부터 획득한 형광 이미지를 분석하기 위해 본 연구에서는 서버 클라이언트 기반의 형광 이미지 분석 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템의 전체적인 구조는 그림 5과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 개발하여 사용한 형광 관측 장치의 구성 요소에는 무엇이 있는가? 그림 2는 본 연구에서 개발하여 사용한 형광 관측 장치를 보여준다. 제작된 형광 관측 장치는 형광 현미경(Olympus BX51M)과 공초점 스캔 장치(NSS NF-1000K), 전원 및 제어 장치와 형광 이미지 그래버(grabber)로 구성되어 있다.
바이오이미징이란? 최근 들어 새로운 신약개발을 위한 임상 실험 기초 분야에서 분자 수준의 크기인 세포내에서 일어나는 형상들을 영상화하고 분석하는 기술인 바이오이미징(Bioimaging)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 세포의 형광이미지 분석에 대한 요구가 증가하고 있는데 이는 생체 세포 내 일어나는 현상들을 영상을 통해 직접 확인하고 분석할 수 있도록 해 주기 때문에 질병의 조기 진단 및 치료에 필수적으로 사용될 수 있기 때문이다[1-3].
세포의 형광이미지 분석에 대한 요구가 증가하는 이유는 무엇 때문인가? 최근 들어 새로운 신약개발을 위한 임상 실험 기초 분야에서 분자 수준의 크기인 세포내에서 일어나는 형상들을 영상화하고 분석하는 기술인 바이오이미징(Bioimaging)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히 세포의 형광이미지 분석에 대한 요구가 증가하고 있는데 이는 생체 세포 내 일어나는 현상들을 영상을 통해 직접 확인하고 분석할 수 있도록 해 주기 때문에 질병의 조기 진단 및 치료에 필수적으로 사용될 수 있기 때문이다[1-3].
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참고문헌 (8)

  1. 광IT융합산업 워킹그룹, "임상 전 단계 전신 형광 이미지 기술 분석 및 동향", 2011년 광 IT융합산업 보고서, 한국광산업진흥회, 2011. 

  2. 최영진, "차세대 나노바이오 의료 융합 기술의 개발 동향", KEIT PD Issue Report, Vol. 7, pp.71-85, 2011. 

  3. 엄태중, 강철, 변지수, 한송희, "바이오 포토닉스 영상 기술", 물리학과 첨단기술 June 2007. 

  4. M. R. Lamprecht, D. M. Sabatini, et al., "CellProfilerTM: free, versatile software for automated biological image analysis", BioTechniques, Vol. 42, pp. 71-75, 2007. 

    상세보기 crossref

  5. Mi. Pounda, A. Frencha, et al., "CellSeT: Novel Software to Extract and Analyze Structured Networks of Plant Cells from Confocal Images", The Plant Cell, vol. 24, no. 4, pp. 1353-1361, 2012. 

    상세보기 crossref

  6. W. Trotman, D. Taatjes, E. Bovill, "Multifluorescence Confocal Microscopy: Application for a Quantitative Analysis of Hemostatic Proteins in Human Venous Valves", Methods in Molecular Biology, vol. 931, pp 85-95, 2013. 

    상세보기

  7. 성건용 외 5인, "유비쿼터스 라이프케어 기술 동향", 전자통신통향분석 제 22권 제 5호, 2007년. 

    원문보기 상세보기

  8. 조미경, 심재술, "모바일 형광 이미지를 분석 통합 관리 시스템 개발", 한국정보통신학회 2012 춘계종합학술대회 논문집, pp.919-921, 2012. 

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