• 한국빅데이터학회지
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• 제4권1호
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• pp.53-61
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• 2019

주변 세포의 구조적, 생화학적 지지체를 제공하는 세포 외 기질은 세포의 분열과 분화 등을 좌우하는 세포생리 조절인자이다. 바이오 분야에서는 3차원 조직공학 지지체인 스캐폴드를 제작하고, 제작한 스캐폴드에 줄기세포를 배양해 동물에 이식해 조직 재생력을 평가한다. 이는 조직 내 콜라겐과 같은 구성성분에 좌우된다. 따라서 조직 내 구성성분의 포함율 및 분포를 파악하는 것이 매우 중요한데, 이에 관한 데이터를 염색된 조직 이미지의 색상을 분석함으로써 얻어낸다. 이때 이미지 수집부터 분석까지의 과정이 적지 않은 비용이 소모되고 있고, 수집되고 분석된 데이터를 연구 기관마다 상이한 포맷으로 관리하고 있다. 따라서 데이터 통합관리 및 분석결과 검색 등이 이루어지지 않고 있다. 본 논문에서는 관련 빅데이터를 통합적으로 관리할 수 있는 데이터베이스를 구축하고, 이 연구 분야에서 중요한 분석 척도인 색상을 기준으로 검색할 수 있는 바이오 이미지 통합 관리 및 검색 시스템을 제안한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.431-436
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• 2014

세포 분할 작업은 세포 이미지의 배경으로부터 세포 영역을 추출하는 작업으로 배양과정에 있는 살아있는 세포를 이미지화하여 분석하는 바이오 이미징 분야에서 기초적인 작업들 중 하나이다. 선명한 이미지의 경우 바이모덜 히스토그램 분포를 가지므로 Otsu와 같은 전역임계값 알고리즘을 이용하여 쉽게 세포분할 작업을 수행할 수 있지만 희미한 이미지의 경우는 정확한 세포 분할을 하기가 어렵다. 본 논문에서는 입력된 세포이미지의 히스토그램을 분석하여 히스토그램 분포에 따라 분류한 후 바이모덜 분포를 가지는 이미지의 경우 전역임계값 알고리즘을 적용하고 유니모덜 분포를 가지는 이미지의 경우 영역을 분할하여 부분 영역별로 다른 임계값을 적용하는 새포 분할 시스템을 개발하였다. 실험결과 제안한 시스템은 바이모덜 분포를 가지는 세포이미지 뿐만 아니라 유니모덜 분포를 가지는 세포 이미지에 대해서도 정확한 세포 분할 작업을 수행하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제15권12호
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• pp.2697-2704
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• 2011

조직 공학에서는 하이드로 젤 내 3차원 세포 배양 과정에서 세포와 세포간의 공생관계를 관찰하게 되는데, 시간이 경과함에 따라 세포들의 증가나 상호작용, 분화, 사멸되는 과정들을 고배율 공초점 현미경을 이용하여 단층 촬영하고, 촬영된 이미지들로부터 세포의 공생 메커니즘이나 변화 과정을 관찰 및 분석하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 하이드로 젤 내 3차원 세포 배양 과정에서 단층 촬영된 세포 이미지로부터 클러스터 경계선 정보를 추출하기 위한 수준별 잡음 제거 방법과 클러스터 경계선 추출 방법을 제안하였다. 실험을 통해 제안된 방법은 하이드로젤로 인한 좁쌀 모양의 잡음에 뛰어난 잡음 제거 성능을 보여 줄 뿐만 아니라 복잡한 클러스터들에 대해서 도 정확한 클러스터 경계선을 추출함을 보여 주었다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2012년도 춘계학술대회
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• pp.916-919
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• 2012

분자 수준의 크기인 세포 내에서 일어나는 현상들을 영상화하는 바이오 이미징 분야는 단백질이나 DNA 등에서 일어나는 현상까지도 공초점 형광현미경을 이용하여 영상으로 또렷이 관찰할 수 있는 수준으로 발전하였다. 따라서 생체 형광 이미징 분야는 진단과 치료를 위해 의료 임상 분야에서 필수적으로 사용되고 있다. 본 논문에서는 시공간의 제약을 받지 않고 형광 이미지를 분석할 수 있는 모바일용 형광이미지 분석통합 관리 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 서버 클라이언트 기반이며 형광이미지의 강도 값을 분석하고 통합 관리하기 위한 기능을 제공한다. 본 시스템은 의료인이 언제 어디에서나 응급환자의 형광이미지 사진을 분석하여 진단을 내릴 수 있도록 돕기 때문에 유비쿼터스 헬스를 구현하기 위한 수단이 된다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제15권11호
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• pp.2493-2499
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• 2011

나노 바이오산업의 발전과 더불어 세포 성장 과정에서 발견되는 세포의 이동, 분열, 통합, 아포토시스(apoptosis), 모양 변형, 세포들 간의 상호 작용 등을 포함하는 세포의 행동을 분석하기 위한 자동화된 시스템의 개발은 매우 중요하다. 본 연구에서는 세포 배양 과정에서 광학현미경을 통해 얻은 세포의 실시간 이미지들의 변화/변형 과정을 2D 또는 3D 분석 하기위한 전처리 방법과 세포와 클러스터(둘 이상의 세포의 결합)를 자동 식별하기 위한 방법, 시간의 흐름에 따라 변화되는 세포와 클러스터의 개수를 계수하기 위한 방법을 제시한다. 제안된 방법들은 30분 간격으로 촬영한 3T3 세포 배양 이미지들을 이용하여 실험하였으며 세포 및 클러스터를 분류하고 각각의 개수를 자동계수한 결과 평균 99.8%의 정확도를 보여 주었다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2012년도 춘계학술대회
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• pp.909-912
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• 2012

광학 현미경을 통해 일정한 시간 간격으로 얻은 세포 이미지들로부터 세포의 변화 과정을 관찰하여 어떻게 변화되어 가는지 자동적으로 추적하고 분석하는 것을 자동화된 세포 트래킹이라고 한다. 본 연구에서는 수 천 개 혹은 수 만개의 세포를 하나의 이미지에 포함함으로 크기가 매우 작아진 세포 클러스터를 분리하기 위한 타원 근사 기반의 알고리즘을 제안하고 개발하였다. 제안된 방법은 클러스터의 경계선을 추출하여 라인 세그먼트들로 분리한 다음 휴리스틱을 이용하여 라인 세그먼트들을 결합해 가며 근사 타원을 생성한다. 실험 결과 제안된 알고리즘은 두 개의 세포가 겹쳐진 클러스터의 경우 평균적으로 91%의 정확도로, 세개의 세포가 겹쳐진 클러스터의 경우 평균적으로 84%의 정확도를 가지도 클러스터를 분리해 주었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권3호
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• pp.259-266
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• 2013

광학 현미경을 통해 일정한 시간 간격으로 얻은 세포 이미지로부터 세포 변화를 자동적으로 추적 및 분석하는 것이 세포 트래킹이라고 한다. 세포 변화 과정에서 이웃에 있는 세포들이 겹쳐져 있는 상태를 클러스터라고 하며 세포트래킹에서 클러스터를 다시 세포로 분리하는 작업은 매우 중요하다. 본 논문에서는 타원 근사법을 기반으로 클러스터를 분리하기 위한 알고리즘을 제안한다. 클러스터의 외곽선을 추출한 후 외곽선의 오목정점을 이용하여 클러스터를 라인 세그먼트들로 분리한 다음 휴리스틱을 이용하여 라인 세그먼트들을 결합해 가며 근사 타원을 생성한다. 실험 결과 두 개의 세포가 겹쳐진 클러스터의 경우 평균적으로 91%, 세 개의 세포가 겹쳐진 경우 평균적으로 84% 그리고 겹쳐진 세포의 개수가 네 개 이상인 경우 약 73%의 정확도로 클러스터를 분리해 주었다.

• 대한화장품학회지
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• 제47권4호
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• pp.297-304
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• 2021

본 연구에서는 미백 기능성 화장품 및 원료의 효능을 평가하는 동물대체시험법을 개발하기 위하여 세포수준과 색소화피부모델(KeraSkin-M^TM)에서 기존에 잘 알려진 4종의 미백기능성원료(arbutin, ascorbic acid, kojic acid, niacinamide)의 효능을 평가하였다. 특히 기존 시험법의 보완을 위해 인체피부유래 케라틴세포와 멜라닌세포를 혼합하고 공배양하여 색소화피부모델을 제작하였다. 그 결과 색소화피부모델을 이용하여 미백효능을 평가함으로써 세포수준에서는 확인이 어려웠던 각 피부세포층에 따른 멜라닌 과립과 멜라닌캡(melanin cap)의 분포 등의 지표들을 추가로 확인할 수 있었으며 이미지분석을 통한 정량화로 음성대조군 대비 통계적 유의성을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 KeraSkin-M^TM을 이용한 미백효능평가법이 기존에 사용하던 총멜라닌함량와 타이로시나아제 저해 평가를 보완할 수 있는 새로운 평가법으로 사용할 수 있음을 시사한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.599-599
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• 2013

최근의 원자간력현미경(AFM)은 생체물질을 대상으로 여러 구조적 형상뿐만 아니라 물리적 특성 측정이 가능하여 바이오분야에 다양이 활용되고 있다. 줄기세포의 신경세포로 분화 인지에 대한 연구와 관련하여 본 연구에서는 AFM의 한 기능인 Force-Distance curve 측정법을 활용하여 신경암세포주라 불리는 SH-SY5Y를 대상으로 분화 전과 후의 세포막의 stiffness 변화를 측정하였다. 세포막의 stiffness값은 시료표면과 맞닿은 AFM 탐침에 계속적으로 수직방향의 힘이 가해질 시 AFM 캔티레버의 구부러짐 정도로 측정된다. SH-SY5Y는 RA (retinoic acid) 처리에 의해 분화유도 되었으며, 생물학적 방법인 western blotting법을 통해 분화여부를 확인하였다. 측정영역은 AFM topography 이미지 상에서 roughness가 가장 낮은 분화 전과 후 SH-SY5Y의 핵 주변영역으로 선정하였다. 선정된 영역 내에 여러 부분의 분화 전후 세포막의 stiffness 값을 측정하여 통계화한 결과, 분화 전과 후 세포막의 stiffness 차이를 확인할 수 있었다. 분화 전 SH-SY5Y 세포막의 stiffness는 0.79445 N/m인 반면, 분화 후 SH-SY5Y 세포막의stiffness는 0.60324 N/m로 확인되었다. 이는 분화 전에 비하여 분화 후 SH-SY5Y 세포막의 stiffness가 약 24.07% 감소된 것으로 판단할 수 있다. 본 연구는 생물학적 복잡한 방법이 아닌 간단한 방법으로 세포의 stiffness의 변화 측정을 통한 세포의 분화를 판별할 수 있는 방법을 개발한 것으로 여러 줄기세포의 특정세포로 분화여부 판단에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.345-345
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• 2011

최근 대기압 플라즈마 젯을 이용한 바이오/메디컬의 활발한 응용연구가 진행 중이다. 박테리아 및 세균의 살균은 물론 암세포 세포예정사에 핵심적인 역할을 하는 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS) 또는 다양한 라디칼들은 대기압 플라즈마의 다양한 변수를 이용하여 조절할 수 있다고 알려져 있다. 수십 kHz의 고전압에서 발생된 마이크로 헬륨 플라즈마 젯에서 질소종의 제어를 통해 같은 부피의 플라즈마 젯에서의 방출광을 살펴보았다. 또한 광섬유센서를 이용하여 플라즈마의 기체온도를 측정하고 Boltzmann plot method를 통해 전자의 여기온도 변화를 관찰하였다. 실험의 결과, 같은 부피의 플라즈마에서 질소종이 증가할 때 기체온도는 큰 변함이 없지만 여기온도가 증가하는 것을 관찰하였다. 시간분해 이미지 촬영으로 질소종의 양에 따른 플라즈마 불릿의 속도 변화를 분석을 하였고, 최종적으로 대기압 플라즈마 젯의 질소종 변화에 따른 대장균의 비활성화 정도를 관찰하였다.