결핵균의 신속 약제 감수성 검사를 위한 단일세포 추적 자동 현미경 시스템

Abstract

본 논문은 결핵균의 신속한 약제 감수성 검사를 위해 구현한 고속의 자동 촬영 시스템을 제시한다. 기존의 결핵균 약제 감수성 검사에 사용되고 있는 수동 배양 검사 방법은 효율이 낮아 많은 양의 검사를 처리하는데 오랜 시간이 걸리는 한계를 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 결핵균과 다양한 농도의 약제가 있는 DAC 웰 플레이트를 자동으로 이송하는 로봇팔 시스템과 실험 프로파일을 인식하는 바코드 시스템, 자동으로 동일한 위치를 찾아 결핵균의 배양 상태를 촬영할 수 있는 시스템을 구현하였다. DAC 웰 플레이트에는 인식부호를 설계하여 부착하여 단일 세포를 추적하여 촬영 할 때 3차원상의 동일한 위치를 찾아낼 수 있도록 하였다. 결핵균은 1-4 um 정도 크기를 갖는 막대 모양의 균이므로 배양 상태를 정확하게 촬영하기 위해서는 수 마이크로미터의 위치 오차만을 허용하는 고속 자동 초점 시스템을 구현해야 한다. 이를 위해 두 단계로 인식부호를 검출하는 알고리즘을 구현하여, 1 단계로 z축 방향으로 900 um를 이동하면서 인식부호의 위치를 추정해 내고, 2 단계로 정밀 초점 작업을 하여 4 um 이내의 높이 편차를 가지도록 촬영 장비의 위치를 정렬할 수 있음을 확인하였다. 개발된 시스템은 배양에 기반한 기존의 검사방법과 비교하여 짧은 9일 검사시간과 94%의 높은 정확도를 가짐을 확인하였으며 다른 배양 실험에도 활용할 수 있을 것으로 기대한다.