KR102606351B1 - 세포의 약물 반응을 측정하는 3차원 이미징 및 영상 처리 장치 및 방법 - Google Patents

세포의 약물 반응을 측정하는 3차원 이미징 및 영상 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법은 약물 처리된 제1 심근 세포에 대한 디지털 홀로그래픽 영상인 심근 세포 홀로그램을 제공 받는 단계, 프로세서에 의해 심근 세포 홀로그램에 대해 재건(reconstruction) 및 위상 펼침(phase unwrapping)을 수행하고, 복수의 심근 세포 영상을 생성하는 단계, 프로세서에 의해 심근 세포 영상에 기반하여 제1 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 적어도 하나의 제1 동적 파라미터를 획득하는 단계 및 프로세서에 의해 약물 처리되지 않은 제2 심근 세포에 기반하여 획득된 제2 동적 파라미터를 제1 동적 파라미터와 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

세포의 약물 반응을 측정하는 3차원 이미징 및 영상 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR 3-DIMENSIONAL IMAGING AND IMAGE PROCESSING OF EVALUATING RESPONSE OF DRUG-TREATED CELLS}
본 명세서의 개시는 약물 처리된 세포의 기계 운동학적 특성을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
심장의 주요 기능은 기계적 수축을 가능하게 하는 심장 근육 세포(심근 세포)로 구성된 심장 근육(심근)의 수축과 이완을 통해 혈액을 효율적으로 공급하는 것이다. 심근 세포는 수축기동안 짧은 간격(밀리 세컨드)에서 이벤트를 발생시키면서 빠르게 형태를 변화시킨다. 박동을 포함한 지속 시간, 수축-이완기(contraction - relaxation period), 휴지기(resting period) 및 피크 변화는 다양한 자극에 대한 심근 세포의 반응 및 변이, 성숙 상태에 의해 조절되고, 심근 세포의 활동 예를 들어 특히 박동 패턴은 다른 종류의 약물 및 특정 순환 호르몬의 수준에 민감하다.
또한, 약물 개발 분야에서는 약물 안정성 평가 등을 포함한 다양한 약물 개발 단계에서 비 표지(label-free) 분석법을 사용해 발전시켜 왔고, 특히 유도 만능 줄기 세포(induced pluripotent stem cells:iPSC)를 이용하여 새로운 약물을 스크리닝하기 위해 독성을 테스트하는 노력 또한 계속되고 있다.
그러나, 심근 세포를 포함하여 대부분의 세포들은 투명 또는 반 투명하여, 광 현미경 기술에 기반한 2차원 고해상도 라이브 세포 영상을 획득하는 것은 여전히 과제로 남아 있다. 하지만, 정량적 위상 디지털 홀로그래픽 현미경(QP-DHM: quantitative phase digital holographic microscopy)을 포함한 정량적 위상 영상 기술은 비 침습적인 방법으로 세포의 정확하고 정량적인 시각화 및 동역학적 정보를 제공할 수 있다.
따라서, 정량적 위상 디지털 홀로그래픽 기술에 기반하여, 측정 방법이 세포에 대한 영향을 미치지 않으면서 약물 처리된(drug-treated) 세포의 반응을 정확하게 시각화하고 그 반응을 평가할 수 있는 방법이 요구되고 있으며, 특히 약물의 독성과 중요한 관련성을 갖는 심장의 기계 동역학적 특성을 평가할 수 있는 방법이 더욱 요구되고 있다.
하지만, 아래의 선행기술 1을 비롯한 종래의 정량적 위상 신호에 기반한 약물 반응 측정 기술은 약물 처리된 세포의 형태 또는 질량을 측정하는데 그치고 있고, 약물 처리된 심근 세포의 중요한 반응인 기계 운동학적 특성을 측정하는 방법은 제시하지 못하는 문제점이 있다.
선행기술 1: 한국 등록특허공보 제10-1950339호(2019.02.14. 등록)
본 개시의 일 실시 예는 약물 처리된 세포의 반응을 측정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시 예는 약물 처리된 심근 세포의 기계 운동학적 특성을 측정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시 예는 약물 처리된 심근 세포의 박동 프로파일(beating profile)을 측정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다른 실시 예는 약물 처리된 심근 세포의 박동 프로파일에 기반하여 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 파라미터를 측정하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법은 약물 처리된 제1 심근 세포에 대한 디지털 홀로그래픽 영상인 심근 세포 홀로그램을 제공 받는 단계, 프로세서에 의해 심근 세포 홀로그램에 대해 재건(reconstruction) 및 위상 펼침(phase unwrapping)을 수행하고, 복수의 심근 세포 영상을 생성하는 단계, 프로세서에 의해 심근 세포 영상에 기반하여 제1 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 적어도 하나의 제1 동적 파라미터를 획득하는 단계 및 프로세서에 의해 약물 처리되지 않은 제2 심근 세포에 기반하여 획득된 제2 동적 파라미터를 제1 동적 파라미터와 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 세포 약물 반응을 측정하는 컴퓨팅 장치는 프로세서 및 프로세서와 전기적으로 연결되고, 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서를 통해 실행될 때 프로세서가 약물 처리된 제1 심근 세포에 대한 디지털 홀로그래픽 영상인 심근 세포 홀로그램을 제공 받고, 심근 세포 홀로그램에 대해 재건(reconstruction) 및 위상 펼침(phase unwrapping)을 수행하고, 복수의 심근 세포 영상을 생성하고, 심근 세포 영상에 기반하여 제1 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 적어도 하나의 제1 동적 파라미터를 획득하고, 약물 처리되지 않은 제2 심근 세포에 기반하여 획득된 제2 동적 파라미터를 제1 동적 파라미터와 비교하도록 야기하는 코드를 저장할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 약물 반응을 측정하는 장치 및 방법은 약물 처리된 심근 세포의 동적 파라미터를 측정하기 위한 장치 및 방법을 제공함으로써, 약물 독성에 대한 심근 세포의 정확한 반응을 측정할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 약물 반응을 측정하는 장치 및 방법은 약물 처리된 라이브 심근 세포의 반응을 측정 가능한 장치 및 방법을 제공함으로써, 약물 개발을 위한 정량적인 테스트 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 약물 반응을 측정하는 장치 및 방법은 심근 세포의 박동 프로파일을 상승-하강(rising-falling) 부분에 기반하여 생성함으로써, 심근 세포의 수축-이완의 동적 특성을 정확하게 반영하는 약물 처리 반응을 측정할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 약물 반응을 측정하는 방법을 수행하거나 약물 반응을 측정하는 장치가 구동하기 위한 환경을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에서 사용된 홀로그램을 획득하는 디지털 홀로그램 획득 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 약물 반응을 측정하는 컴퓨팅 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 약물 반응을 측정하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 약물 반응을 측정하는 생성하는 방법에서 사용된 영상들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 제어 환경에서 측정된 심근 세포의 두 가지 상태의 정량적 위상 영상과 그 차이를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 심근 세포의 박동 프로파일을 생성하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 경로차 분산 신호에 디트렌딩 처리를 수행한 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 박동 프로파일에 기반하여 동적 파라미터를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 서로 다른 농도의 약물 또는 서로 다른 약물로 처리된 심근 세포의 반응을 비교하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되고, 특별히 그 순서를 의미하는 것은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 약물 반응을 측정하는 장치를 구동하기 위한 환경을 설명한다.
본 개시의 실시 예에 따른 약물 반응을 측정하는 방법을 수행하거나 약물 반응을 측정하는 장치를 구동하기 위한 환경은 약물 반응 측정 장치(100) 및 디지털 홀로그램(hologram) 획득 장치(200)를 포함할 수 있다.
약물 반응 측정 장치(100)는 프로세서, 메모리 등의 저장부 등을 포함한 랩탑 컴퓨터, 모바일 디바이스, 퍼스널 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있고, 특별히 그 종류를 서버 장치로 한정하지 않는다.
디지털 홀로그램 획득 장치(200)는 정량적 위상 영상을 획득하는 장치로서, 정량적 위상 디지털 홀로그래픽 현미경(QP-DHM: quantitative phase digital holographic microscopy)일 수 있다.
약물 반응 측정 장치(100)는 디지털 홀로그램 획득 장치(200)에서 획득한 홀로그램을 네트웍(300) 또는 저장 매체를 통해 제공받을 수 있다. 또는, 약물 반응 측정 장치(100)는 별도의 영상 제공 장치에 저장되어 있는 홀로그램을 네트웍(300) 또는 저장 매체를 통해서 제공받을 수 있다.
약물 반응 측정 장치(100)는 제공받은 홀로그램으로부터 복수의 심근 세포 영상을 생성하고, 심근 세포 영상으로부터 동적 파라미터를 획득할 수 있다.
약물 반응 측정 장치(100)는 약물 처리되지 않은 심근 세포에 기반하여 획득된 동적 파라미터를 약물 처리된 심근 세포에 기반하여 획득된 동적 파라미터와 비교할 수 있고, 그 결과를 디스플레이에 표시하거나 메모리를 포함하는 저장 장치에 저장할 수 있다.
도 2를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에서 사용된 홀로그램을 획득하는 디지털 홀로그램 획득 장치(200)의 구성을 설명한다.
디지털 홀로그램 획득 장치(200)는 세포의 위상 정보(phase information)를 획득할 수 있다. 디지털 홀로그램 획득 장치(200)는 마하 젠더 간섭계(Mach- Zender interferometer)를 기반으로 동작될 수 있다. 디지털 홀로그램 획득 장치(200)의 간섭성 레이저 소스는 두 개의 빔 사이의 작은 경사각을 가진 빔 스플리터(beam splitter)를 사용하여 광 소스를 물체 파(object wave)와 기준 파(reference wave)로 분할될 수 있다. 물체 파는 표본(specimen)을 조명하고 물체 파면(object wave front)을 생성할 수 있다. 현미경 대물 렌즈(MO)는 물체 파면을 확대하고, 물체 및 기준 파면은 간섭계(interferometer)의 출구에서 빔 콜렉터에 의해 결합되어 홀로그램을 생성할 수 있다.
디지털 홀로그램 획득 장치(200)는 간섭광 강도의 변화에 따라 생기는 명암의 간섭 도형을 기록한 신호인 간섭도(interferograms)를 생성할 수 있다. 간섭도는 CCD 또는 CMOS 센서를 포함하는 카메라에 기록될 수 있고, 세포에 처리된 약물의 종류에 따라 서로 다른 기록 주파수로 촬영 및 생성될 수 있다. 예를 들어, 디지털 홀로그램 획득 장치(200)는 이소프레날린(isoprenaline) 약물 처리된 경우 50 Hz로 간섭도를 생성하거나 E-4031 약물 처리된 경우 10 Hz로 간섭도를 생성하도록 촬영 조건이 설정될 수 있다. 촬영 조건의 속도는 약물의 종류에 따라 미리 설정될 수 있다. 또는 촬영 중 실시간으로 측정된 심근세포의 박동수에 따라 촬영 조건의 속도가 변경 되도록 설정될 수 있다.
도 3을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 약물 반응 측정 장치(100)의 구성을 설명한다.
일 실시 예에서, 약물 반응 측정 장치(100)는 디지털 홀로그램 획득 장치(200)가 획득한 디지털 홀로그래픽 영상인 심근 세포 홀로그램을 통신부(110) 또는 USB 포트, 메모리 카드 인터페이스 등의 인터페이스(150)를 통해 제공받을 수 있다. 이 경우, 약물 반응 측정 장치(100)의 프로세서(130)는 약물 반응 측정 장치(100)에서 제공받은 세포의 홀로그램에 대해 재건(reconstruction) 및 위상 펼침(phase unwrapping)을 수행하여 세포 영상을 생성하고, 메모리(120)에 그 결과를 저장할 수 있다.
다른 실시 예에서, 약물 반응 측정 장치(100)는 심근 세포 홀로그램에 대해 재건(reconstruction) 및 위상 펼침(phase unwrapping)을 수행한 이후의 심근 세포 영상을 통신부(110) 또는 USB 포트, 메모리 카드 인터페이스 등의 인터페이스(150)를 통해 제공받을 수 있다. 이 경우, 약물 반응 측정 장치(100)의 프로세서(130)는 심근 세포 영상에 기반하여 약물 처리된 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 적어도 하나의 동적 파라미터를 획득하고, 약물 처리되지 않은 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 적어도 하나의 동적 파라미터를 비교할 수 있다. 약물 반응 측정 장치(100)는 그 비교 결과를 메모리(120)에 저장하거나, 통신부(110)를 통해 별도의 장치로 전송하거나, 디스플레이(140)에 표시할 수 있다.
통신부(110)는 무선 통신부 또는 유선 통신부를 포함할 수 있다.
무선 통신부는, 이동통신 모듈, 무선 인터넷 모듈, 근거리 통신 모듈, 위치정보 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이동통신 모듈은, 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), CDMA2000(Code Division Multi Access 2000), EV-DO(Enhanced Voice-Data Optimized or Enhanced Voice-Data Only), WCDMA(Wideband CDMA), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등)에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다.
무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 약물 반응 측정 장치(100)에 내장되거나 외장될 수 있다. 무선 인터넷 모듈은 무선 인터넷 기술들에 따른 통신망에서 무선 신호를 송수신하도록 이루어진다.
무선 인터넷 기술로는, 예를 들어 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등이 있다.
근거리 통신 모듈은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다.
일 실시 예에서, 약물 반응 측정 장치(100)는 사용자의 입력을 위한 인터페이스(150)를 포함할 수 있다.
인터페이스(150)는 사용자로부터 정보를 입력 받기 위한 사용자 입력부를 포함할 수 있다. 사용자 입력부는 기계식(mechanical) 입력수단(또는, 메커니컬 키, 버튼, 돔 스위치 (dome switch), 조그 휠, 조그 스위치 등) 및 터치식 입력수단을 포함할 수 있다. 일 예로서, 터치식 입력수단은, 소프트웨어적인 처리를 통해 터치스크린에 표시되는 가상 키(virtual key), 소프트 키(soft key) 또는 비주얼 키(visual key)로 이루어지거나, 상기 터치스크린 이외의 부분에 배치되는 터치 키(touch key)로 이루어질 수 있다. 인터페이스(150)는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행하는 인터페이스 모듈을 포함할 수 있다. 인터페이스 모듈은 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 약물 반응 측정 장치(100)는 사용자에게 정보를 전달하기 위한 디스플레이(140)를 포함할 수 있다.
디스플레이(140)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부, 음향 출력부, 광 출력부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이(140)는 약물 반응 측정 장치(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(140)는 약물 반응 측정 장치(100)에서 제공 받거나 생성한 심근 세포 영상, 심근 세포 영상에서 획득한 동적 파라미터, 동적 파라미터들의 비교 결과 등을 표시할 수 있다.
도 4를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 약물 처리된 세포의 약물 반응을 측정하는 컴퓨팅 장치의 약물 반응을 측정하는 방법을 설명한다.
약물 반응을 측정하는 방법은 약물 처리된 세포의 약물 반응을 측정하는 컴퓨팅 장치에 의해 수행될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 하나 또는 그 이상의 하드웨어 모듈, 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 모듈, 또는 이들의 다양한 조합에 의하여 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 프로세서, 메모리 등의 저장부 등을 포함한 랩탑 컴퓨터, 모바일 디바이스, 퍼스널 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있고, 특별히 그 종류를 서버 장치로 한정하지 않는다. 컴퓨팅 장치는 도 1 내지 도 3을 참조로 하여 설명한 약물 반응 측정 장치(100)일 수 있다.
컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서, 디지털 홀로그램을 획득 가능한 장치, 예를 들어 디지털 홀로그래픽 현미경(DHM)이 획득한 디지털 홀로그래픽 영상인 심근 세포 홀로그램을 네트웍 등을 제공받을 수 있다(S110). 다른 실시 예에서, 컴퓨팅 장치는 디지털 홀로그래픽 영상인 심근 세포 홀로그램에 기반하여 생성된 심근 세포 영상을 제공받을 수 있다.
일 실시 예에서, 심근 세포 홀로그램은 유도 만능 줄기 세포(iPSC: induced pluripotent stem cells)에서 촬영된 홀로그램일 수 있고, 동일한 약물의 서로 다른 농도의 약물로 처리된 복수의 심근 세포에서 촬영된 홀로그램일 수 있다.
심근 세포 홀로그램을 제공받은 경우, 컴퓨팅 장치의 프로세서는 제공받은 세포의 홀로그램(510)에 대해 재건 및 위상 펼침을 수행하여(S120) 세포 영상을 생성하고(S130), 메모리에 그 결과를 저장할 수 있다.
홀로그램이 축외 구성(off-axis)에서 생성되는 경우, 홀로그램의 푸리에 변환은 도 5의 그림(520)과 같이 실제 이미지, 가상 이미지 및 0 차 노이즈의 대역폭을 개별적으로 나타낼 수 있다. 이 경우, 컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서, 실제 이미지에 해당하는 대역폭에만 미칠 수 있도록 적절하게 정의된 크기의 공간 필터를 적용할 수 있다(530).
컴퓨팅 장치는 필터링된 홀로그램에 디지털 기준 평면파(reference plane wave)를 곱하고 Fresnel 근사에 의해 필터링된 홀로그램을 재건할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 위상 점프(위상 접힘, phase wrapping) 문제를 해결하기 위해 위상 펼침(phase unwrapping) 처리를 수행하고(S120), 복수의 심근 세포 영상을 생성(S130)할 수 있다.
심근 세포 영상은 도 6과 같은 정량적 위상 영상(QPIs: quantitative phase images)일 수 있다. 도 6을 참조하면, 일 실시 예에서 정량적 위상 영상은 피크 최고 값에서의 정량적 위상 영상(610), 피크 최소 값에서의 정량적 위상 영상(620) 및 그 차이에 해당하는 정량적 위상 영상(630)일 수 있고, 정량적 위상 영상은 수학식 1과 같은 광 경로차(OPD: optical path difference)와 관련될 수 있다.
Figure 112020072079157-pat00001
Figure 112020072079157-pat00002
는 간섭 성 레이저 소스의 파장이고,
Figure 112020072079157-pat00003
는 수치 재구성 알고리즘에 의해 얻어진 픽셀(x, y)에서의 위상 값일 수 있다.
광 경로차(OPD)는 세포 두께 및 세포 내 굴절률의 두 가지에 비례할 수 있고, 컴퓨팅 장치는 광 경로차(OPD)에 관련된 심근 세포 영상에 기반하여 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 적어도 하나의 동적 파라미터를 획득할 수 있다(S140).
동적 파라미터를 획득하기 위해, 컴퓨팅 장치가 심근 세포 영상에 기반해 박동 프로파일을 생성하는 방법은 도 7 내지 도 8을 참조하여 자세히 설명한다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치가 심근 세포 영상에 기반해 박동 프로파일을 생성하기 위한 순서도이다.
컴퓨팅 장치는 복수의 심근 세포 영상에 3D 미디언 필터를 적용하여(S210), 측정치의 정확도를 향상시킬 수 있다. 일 실시 예에서, 컴퓨팅 장치는 2X2X2 크기의 3D 미디언 필터를 공간적 및 시간적 잡음을 제거하기 위해 복수의 심근 세포 영상 전체 스택(stack)에 적용할 수 있다.
컴퓨팅 장치는 심근 세포 영상에 기반하여 수학식 2에 의해 심근 세포 영상들 중 연속적 영상들의 공간적 분산인 광 경로차(OPD) 분산 신호()를 획득할 수 있고(S220), 이를 박동 프로파일로서 생성하거나, 추가적인 처리를 수행하여 박동 프로파일로서 생성할 수 있다.
Figure 112020072079157-pat00005
수학식 2에서,
Figure 112020072079157-pat00006
는 i번째의 광 경로차(OPD) 영상이고
Figure 112020072079157-pat00007
는 전체 영상들의 평균을 의미할 수 있다. 광 경로차(OPD) 분산 신호는 심근 세포의 수축-이완 사이클 동안 발생하는 세포 건조 질량의 시간적인 변화를 반영할 수 있다. 따라서, 광 경로차(OPD) 분산 신호는 박동 패턴, 다시 말해서 수축기 및 이완기, 휴지기(resting duration), 박동 주기 등에 관한 정보들을 포함할 수 있고, 컴퓨팅 장치는 아래에서 자세히 설명하는 것처럼 광 경로차(OPD) 분산 신호로부터 생성된 박동 프로파일 또는 광 경로차(OPD) 분산 신호에 추가적인 처리를 수행하여 생성한 박동 프로파일로부터 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 동적 파라미터를 획득할 수 있다.
일 실시 예에서 컴퓨팅 장치는, 동적 파라미터의 측정 효율을 위해서 윈도우 폭(span)이 6인 이동 평균 필터를 적용하여 광 경로차(OPD) 분산 신호의 고주파 잡음을 제거할 수 있다. 컴퓨팅 장치는 이동 평균 필터링 처리를 통해 박동 프로파일의 어깨 영역(휴지기)에 해당하는 신호의 평평한 영역에 나타나는 잡음을 효율적으로 감소시킬 수 있고, 박동 프로파일 생성을 위한 QRS 콤플렉스의 양의 값을 갖는 피크(포지티브 피크)를 효율적으로 검색 할 수 있다. 또한, 높은 박동 수(30 bpm 이상) 및 낮은 박동 수(20 bpm 이하) 모두에 관련된 동적 파라미터의 측정 효율도 향상시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서, 홀로그램 측정 시 발생하는 실험적 드리프트(drift) 또는 관찰 영역 내에서 이동하는 비 초점 입자들에 의해 발생될 수 있는 광 경로차(OPD) 분산 신호의 특정 증가 경향 또는 감소 경향을 제거하기 위해 디트렌딩(detrending) 처리를 수행할 수 있다(S220).
컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서, 광 경로차(OPD) 분산 신호에 기반하여 회귀 분석 모델 기반의 수학식 3과 같은 적합 다항 곡선을 획득하고(S230), 이를 수학식 4와 같이 광 경로차(OPD) 분산 신호(810)에서 감산하여(S240) 디트렌딩 광 경로차(OPD) 분산 신호(820)를 획득(S250)하여 이를 박동 프로파일로 생성할 수 있고, 여기에서 계수 bi는 최소 자승법에 의해 획득될 수 있다. 수학식 5에서 확인 가능한 것처럼, 컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서 5차의 다항식에 기반하여 적합 다항 곡선을 획득할 수 있고, 이는 다항식의 차수를 변화시키는 실험을 통해 최소 자승 오차의 변화가 없으면서 높은 적합 정확도를 확보 가능하도록 설정된 차수이다.
Figure 112020072079157-pat00008
Figure 112020072079157-pat00009
도 9를 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치에서 수행 가능한 박동 프로파일에 기반하여 동적 파라미터를 획득하는 방법을 설명한다. 아래에서는, 광 경로차(OPD) 분산 신호를 박동 프로파일로 생성하고, 이에 기반하여 동적 파라미터를 획득하는 방법을 예로서 설명한다.
컴퓨팅 장치는 박동 프로파일(910)의 한 주기(921)에 해당하는 QRS 콤플렉스에 적합한 수학식 5와 같은 적합 다항 곡선(922)을 획득할 수 있다.
Figure 112020072079157-pat00010
컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서 9차의 다항식에 기반하여 QRS 콤플렉스에 적합한 적합 다항 곡선을 획득할 수 있고, 이는 다항식의 차수를 변화시키는 실험을 통해 최소 자승 오차의 변화가 없으면서 높은 적합 정확도를 확보 가능하도록 설정된 차수이다.
컴퓨팅 장치는 우선 인접한 두 개의 골(valley)에 해당하는 피크(네거티브 피크) 사이에서 양의 값을 갖는 피크(포지티브 피크)로 이루어진 부분(대상 부분)을 박동 프로파일에서 추출하고, 일 실시 예에서 대상 부분의 상승-하강(rising-falling) 부분에 적합되는 적합 다항 곡선(922)을 획득할 수 있다. 적합한 네거티브 피크 및 포지티브 피크를 검색하기 위해 문턱치 값을 미리 설정할 수 있고, 이는 설정 이전의
실험적인 방법에 기반할 수 있다. 대상 부분을 검색하기 위해 적절한 검색 폭 또한 설정 이전의 실험적인 방법에 기반하여 미리 설정될 수 있다. 문턱치 값 및 검색 폭은 약물의 종류에 따라 서로 다르게 설정될 수 있다.
컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서 미리 설정된 값(하한 기준 값) 이상이면서 미리 설정된 값(상한 기준 값) 이하의 범위로 상승-하강 부분을 추출할 수 있다. 예를 들어 도 9를 참조하면, 컴퓨팅 장치는 추출된 상승-하강 부분에서 상승-하강 부분의 최고 피크 값과 최저 피크 값 차이의 10% 이상이면서 최고 피크 값과 최저 피크 값 차이의 90% 이하인 부분(T1~T3 및 T4~T6의 구간)으로 상승-하강 부분을 획득할 수 있다. 이와 같이 상승-하강 부분을 추출하고 추출된 상승-하강 부분에 기반하여 동적 파라미터를 획득함으로써, 신호의 진폭을 다른 레벨로 계산할 수 있고 박동 프로파일에서 평평한 휴지기 부분을 제외할 수 있으므로 심근 세포를 정확히 특성화할 수 있는 파라미터를 추출할 수 있다.
컴퓨팅 장치는 박동 프로파일의 상승-하강 부분에 기반하여 동적 파라미터를 측정함으로써, 심근 세포에 영향을 미칠 수 있는 약물이 처리된 심근 세포의 수축-이완과 관련된 동역학적 특성을 박동 프로파일에서 정량적으로 정확히 측정할 수 있다.
또한, 수학식 5에 기반한 적합 다항 곡선을 박동 프로파일의 상승-하강 부분에 적용함으로써, 박동 프로파일의 진폭을 서로 다른 레벨에서 계산할 수 있고, 따라서 심근 세포의 수축기, 이완기, 휴지기, 박동 주기 및 박동수를 정확히 판단할 수 있다.
컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서, 도 9와 같은 박동 프로파일에 기반한 적합 다항 곡선을 이용하여 표 1과 같은 동적 파라미터 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.
컴퓨팅 장치는 적어도 하나의 동적 파라미터를 단일 심근 세포 레벨에서 측정하거나 표준 편차 및 전체 집단의 평균 또한 계산할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 컴퓨팅 장치는 약물 처리되지 않은 심근 세포에 기반하여 획득된 동적 파라미터를 약물 처리된 심근 세포에 기반하여 획득된 동적 파라미터와 비교할 수 있다(S150).
도 10 및 도 11을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 컴퓨팅 장치에서 수행 가능한 서로 다른 농도의 약물로 처리된 심근 세포의 반응 및 동적 파라미터를 비교하는 방법을 설명한다.
컴퓨팅 장치는 일 실시 예에서, 동일한 약물의 서로 다른 농도의 약물로 처리된 복수의 심근 세포에서 촬영된 홀로그램을 제공 받고(S110), 앞에서 설명한 방법으로 복수의 심근 세포에서 촬영된 홀로그램 각각에 기반하여 도 10과 같은 박동 프로파일을 생성할 수 있다.
예를 들어, 컴퓨팅 장치는 이소프레날린을 약물 후보로 가정하여, 서로 다른 농도의 이소프레날린 처리한 복수의 심근 세포에서 촬영된 홀로그램에서 박동 프로파일(1020~1040)을 생성하고, 해당 박동 프로파일(1020~1040)에서 도 11과 같은 동적 파라미터(1120)를 획득하고, 각 농도별 약물 처리에 대한 동적 파라미터(1120)들을 비교하여 심근 세포의 약물 농도에 대한 반응을 비교하고(S150), 그 결과를 표시할 수 있다.
다른 실시 예에서, 컴퓨팅 장치는 복수 후보 약물의 각각 서로 다른 농도의 약물로 처리된 복수의 심근 세포에서 촬영된 홀로그램을 제공 받고(S110), 앞에서 설명한 방법으로 복수의 심근 세포에서 촬영된 홀로그램 각각에 기반하여 도 10과 같은 박동 프로파일을 생성할 수 있다.
예를 들어, 컴퓨팅 장치는 이소프레날린 및 E-4031을 약물 후보로 가정하여, 각각 서로 다른 농도의 이소프레날린 및 E-4031 처리한 복수의 심근 세포에서 촬영된 홀로그램에서 박동 프로파일(1010~1080)을 생성하고, 해당 박동 프로파일(1010~1080)에서 도 11과 같은 동적 파라미터(1110, 1120)를 획득하고, 각 약물 후보별 및 농도별 약물 처리에 대한 동적 파라미터(1110, 1120)들을 비교하여 심근 세포의 약물 농도에 대한 반응을 비교하고(S150), 그 결과를 표시할 수 있다.
따라서, 컴퓨팅 장치는 복수의 약물 후보 물질들에 대한 심근 세포의 약물 반응을 정량적이고 종합적으로 비교함으로써, 사용자의 약물 후보들에 대한 판단을 빠르고 정확하게 할 수 있는 효과를 제공한다.
전술한 본 개시는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 상기 컴퓨터는 프로세서를 포함할 수도 있다.
한편, 상기 프로그램은 본 개시를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 개시의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 개시에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.
본 개시에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 본 개시에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 개시를 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 개시의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 인자(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 개시의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 개시의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
510: 세포의 홀로그램 530: 공간 필터 적용된 홀로그램
610: 피크 최고 값에서의 정량적 위상 영상
620: 피크 최고 값에서의 정량적 위상 영상
630: 차이에 해당하는 정량적 위상 영상
810: 광 경로차(OPD) 분산 신호
820: 디트렌딩 광 경로차(OPD) 분산 신호
910: 박동 프로파일
921: 박동 프로파일의 한 주기
922: 적합 다항 곡선
1010~1080: 박동 프로파일

Claims (17)

  1. 약물 처리된 제1 심근 세포에 대한 디지털 홀로그래픽 영상인 심근 세포 홀로그램을 제공 받는 단계;
    프로세서에 의해, 상기 심근 세포 홀로그램에 대해 재건(reconstruction) 및 위상 펼침(phase unwrapping)을 수행하여 세포 두께 및 세포 내 굴절률에 비례하는 광 경로차를 기반으로, 복수의 심근 세포 영상을 생성하는 단계;
    상기 프로세서에 의해, 상기 심근 세포 영상에 기반하여 상기 제1 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 적어도 하나의 제1 동적 파라미터를 획득하는 단계; 및
    상기 프로세서에 의해, 약물 처리되지 않은 제2 심근 세포에 기반하여 상기 제2 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련하여 획득된 제2 동적 파라미터를 상기 제1 동적 파라미터와 비교하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 심근 세포 영상은,
    상기 광 경로차의 피크 최고 값에서의 심근 세포 영상, 상기 광 경로차의 피크 최소 값에서의 심근 세포 영상 및 상기 광 경로차의 최고 값과 최소 값 사이의 차이에 해당하는 심근 세포 영상을 포함하고,
    상기 제1 동적 파라미터를 획득하는 단계는,
    상기 심근 세포 영상에 3D 미디언 필터를 적용하는 단계;
    상기 3D 미디언 필터를 적용한 결과에 기반하여 광 경로차 분산 신호를 획득하는 단계;
    상기 광 경로차 분산 신호에 기반하여 상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일에 기반하여 상기 제1 동적 파라미터를 획득하는 단계를 포함하는,
    컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 심근 세포 및 상기 제2 심근 세포는 유도 만능 줄기 세포(iPSC: induced pluripotent stem cells)인,
    컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 심근 세포 홀로그램을 제공 받는 단계는,
    동일한 약물의 서로 다른 농도의 약물로 처리된 복수의 심근 세포로부터 획득된 상기 심근 세포 홀로그램을 제공 받는 단계를 더 포함하는,
    컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일을 생성하는 단계는,
    상기 광 경로차 분산 신호에 디트렌딩(detrending) 처리를 수행하고, 디트렌딩 광 경로차 분산 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 디트렌딩 광 경로차 분산 신호에 기반하여 상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함하는,
    컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 디트렌딩 광 경로차 분산 신호를 획득하는 단계는,
    상기 광 경로차 분산 신호에 회귀 분석 모델을 적용하여 5차의 제1 적합 다항 곡선을 획득하는 단계; 및
    상기 광 경로차 분산 신호에서 상기 제1 적합 다항 곡선을 감산하는 단계를 더 포함하는,
    컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일에 기반하여 상기 제1 동적 파라미터를 획득하는 단계는,
    상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일에서 양의 값을 가진 포지티브 피크(positive peak) 및 상기 포지티브 피크의 양쪽 이웃한 골(valley) 사이인 대상 부분의 적어도 일 부분을 포함하는 상승-하강(rising-falling) 부분을 추출하는 단계;
    상기 상승-하강 부분에 적합된(fitted) 제2 적합 다항 곡선을 획득하는 단계; 및
    상기 제2 적합 다항 곡선에 기반하여 상기 제1 동적 파라미터를 획득하는 단계를 포함하는,
    컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상승-하강 부분은 상기 대상 부분의 최고 피크 값과 최저 피크 값 차이의 10% 이상인 값을 갖는 부분으로 구성된,
    컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상승-하강 부분은 상기 대상 부분의 최고 피크 값과 최저 피크 값 차이의 90% 이하인 값을 갖는 부분으로 구성된,
    컴퓨팅 장치의 세포 약물 반응 측정 방법.
  10. 컴퓨팅 장치에서 하드웨어와 결합되어 제 1 항 내지 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
  11. 프로세서; 및
    상기 프로세서와 전기적으로 연결되고, 상기 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가 약물 처리된 제1 심근 세포에 대한 디지털 홀로그래픽 영상인 심근 세포 홀로그램을 제공 받고, 상기 심근 세포 홀로그램에 대해 재건(reconstruction) 및 위상 펼침(phase unwrapping)을 수행하여 세포 두께 및 세포 내 굴절률에 비례하는 광 경로차를 기반으로 복수의 심근 세포 영상을 생성하고, 상기 심근 세포 영상에 기반하여 상기 제1 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련된 적어도 하나의 제1 동적 파라미터를 획득하고, 약물 처리되지 않은 제2 심근 세포에 기반하여 상기 제2 심근 세포의 기계 운동학적 특성 또는 박동과 관련하여 획득된 제2 동적 파라미터를 상기 제1 동적 파라미터와 비교하도록 야기하는 코드를 저장하고,
    상기 복수의 심근 세포 영상은,
    상기 광 경로차의 피크 최고 값에서의 심근 세포 영상, 상기 광 경로차의 피크 최소 값에서의 심근 세포 영상 및 상기 광 경로차의 최고 값과 최소 값 사이의 차이에 해당하는 심근 세포 영상을 포함하며,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가 상기 심근 세포 영상에 3D 미디언 필터를 적용하고, 상기 3D 미디언 필터를 적용한 결과에 기반하여 광 경로차 분산 신호를 획득하고, 상기 광 경로차 분산 신호에 기반하여 상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일을 생성하고, 상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일에 기반하여 상기 제1 동적 파라미터를 획득하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    컴퓨팅 장치.
  12. 삭제
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가 상기 광 경로차 분산 신호에 디트렌딩(detrending) 처리를 수행하고, 디트렌딩 광 경로차 분산 신호를 획득하고, 상기 디트렌딩 광 경로차 분산 신호에 기반하여 상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일을 생성하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    컴퓨팅 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가 상기 광 경로차 분산 신호에 회귀 분석 모델을 적용하여 5차의 제1 적합 다항 곡선을 획득하고, 상기 광 경로차 분산 신호에서 상기 제1 적합 다항 곡선을 감산하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    컴퓨팅 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가 상기 제1 심근 세포의 박동 프로파일에서 양의 값을 가진 포지티브 피크(positive peak) 및 상기 포지티브 피크의 양쪽 이웃한 골(valley) 사이인 대상 부분의 적어도 일 부분을 포함하는 상승-하강(rising-falling) 부분을 추출하고, 상기 상승-하강 부분에 적합된(fitted) 제2 적합 다항 곡선을 획득하고, 상기 제2 적합 다항 곡선에 기반하여 상기 제1 동적 파라미터를 획득하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
    컴퓨팅 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 상승-하강 부분은 상기 대상 부분의 최고 피크 값과 최저 피크 값 차이의 10% 이상인 값을 갖는 부분으로 구성된,
    컴퓨팅 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 상승-하강 부분은 상기 상승-하강 부분의 최고 피크 값과 최저 피크 값 차이의 90% 이하인 값을 갖는 부분으로 구성된,
    컴퓨팅 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101950339B1 (ko) * 2011-08-02 2019-02-20 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 살아있는 세포의 간섭법을 통한 신속한, 대용량 병렬 단일-세포 약물 반응 측정방법

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