KR20230057983A - Method of managing cell culture fluid using cell image processing technology and automatic cell incubator using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세포 배양액을 촬영한 영상정보를 이용하여 세포의 밀도, 클러스터의 개수 및 크기 등을 파악하여 세포 배양액을 최적의 상태로 유지할 수 있는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법 및 이를 이용한 자동 세포 배양기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전자 현미경을 통해 세포 배양액을 촬영하여 영상정보를 취득하는 영상정보 취득단계; 상기 영상정보에 포함된 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 명확하게 하기 위한 히스토그램 평활화단계; 상기 히스토그램 평활화단계를 통한 영상정보에서 픽셀 별 RGB 세 개의 값 중 가장 높은 값을 최대값으로 변환하고, 나머지 두 개의 값은 최소값으로 변환하여 상기 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 더욱 명확하게 구분하는 영역 분리단계; 상기 영역 분리단계를 통한 영상정보의 노이즈를 제거하고 상기 클러스터의 형태를 복원하는 모폴로지 연산단계; 및 상기 모폴로지 연산단계를 통한 이진 영상을 바탕으로 상기 클러스터의 외곽선을 검출하고, 상기 외곽선 내부의 픽셀 개수를 통해 상기 클러스터의 면적을 검출하는 클러스터 감지단계를 포함하는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법 및 이를 이용한 자동 세포 배양기에 관한 것이다.The present invention relates to a cell culture medium management method through cell image image processing capable of maintaining the cell culture medium in an optimal state by identifying the density of cells, the number and size of clusters, etc. using image information obtained by photographing the cell culture medium, and an automatic method using the same It relates to a cell cultivator, and more particularly, image information acquisition step of acquiring image information by photographing the cell culture medium through an electron microscope; a histogram smoothing step for clearly distinguishing the background, single cells, and clusters included in the image information; In the image information through the histogram smoothing step, the highest value of the three RGB values for each pixel is converted to the maximum value, and the other two values are converted to the minimum value to more clearly distinguish the background, single cell, and cluster area separation step; a morphology calculation step of removing noise from image information through the region separation step and restoring the shape of the cluster; and a cluster detection step of detecting the outline of the cluster based on the binary image through the morphology calculation step and detecting the area of the cluster through the number of pixels inside the outline. It relates to a method and an automatic cell culture machine using the same.
Description
본 발명은 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법 및 이를 이용한 자동 세포 배양기에 관한 것으로, 특히, 세포 배양액을 촬영한 영상정보를 이용하여 세포의 밀도, 클러스터의 개수 및 크기 등을 파악하여 세포 배양액을 최적의 상태로 유지할 수 있는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법 및 이를 이용한 자동 세포 배양기에 관한 것이다.The present invention relates to a cell culture solution management method through cell image image processing and an automatic cell culture device using the same. In particular, the cell culture solution by identifying the density of cells, the number and size of clusters, etc. using image information obtained by photographing the cell culture solution. It relates to a method for managing a cell culture medium through image processing of a cell image capable of maintaining a cell in an optimal state and an automatic cell culture device using the same.
일반적으로, NK세포 같은 부유세포(suspension cell)는 어떤 표면에 부착하여 자라지 않고 부유하며 생장하며, 이때 생장에 필요한 여러 인자(factor)들을 주고받으면서 서로 상호작용하기 쉽게 뭉침현상이 발생(클러스터)한다.In general, suspension cells such as NK cells do not grow by attaching to a certain surface, but float and grow. At this time, aggregation (cluster) occurs to facilitate interaction with each other while exchanging various factors necessary for growth. .
특히, 면역세포의 경우 배양 초기에 서로 클러스터를 형성해야 상호작용이 발생하여 성장이 잘 되는 것으로 알려져 있고, 클러스터는 시험관 내 세포 배양 시 시간이 지날수록 크기가 커지는 경향이 있다.In particular, in the case of immune cells, it is known that clusters should form with each other at the beginning of culture so that interactions occur and grow well, and clusters tend to increase in size over time during in vitro cell culture.
이러한 뭉침 현상은 세포의 생장에 중요한 역할을 하기도 하자만, 이러한 뭉침 현상이 과하게 일어나 클러스터의 크기가 커지게 되면 양분, 산소 등을 교환하기 어려워 생장에 제한이 되기도 하므로 부유세포의 뭉침 현상을 조절, 즉 클러스터의 크기를 조절하는 것은 부유세포의 배양에서 매우 중요하다.Although this aggregation phenomenon plays an important role in the growth of cells, if this aggregation phenomenon occurs excessively and the size of the cluster increases, it is difficult to exchange nutrients and oxygen, which may limit growth. That is, controlling the size of clusters is very important in culturing floating cells.
한편, 배양 초기의 상호작용에 의한 성장이 잘 되는 것으로 알려져 있어 초기에는 적은 용량의 플라스크에서 배양한 후 큰 용량의 플라스크로 옮기면서 배양하는 것이 일반적이다.On the other hand, it is known that the growth by interaction in the initial stage of culture is good, so it is common to culture while initially culturing in a small-capacity flask and then transferring to a large-capacity flask.
따라서, 지금까지는 클러스터의 크기를 주기적으로 관찰하여 세포의 배양 상태를 확인하고 만약 클러스터의 크기가 일정 기준값을 초과되는 경우 교반을 통해 클러스터를 풀어주는 작업을 진행하고 있으며, 더 큰 용량의 플라스크로 세포를 옮겨주는 작업시에도 클러스터와 세포를 관찰하여 그 기준에 따르고 있는 실정이다.Therefore, until now, the size of the cluster has been periodically observed to check the culture state of the cells, and if the size of the cluster exceeds a certain standard value, the cluster is released through agitation. Clusters and cells are observed and the criteria are followed even during the work of moving the cells.
그러나, 세포 배양 시 현미경 이미지를 바탕으로 연구자가 판단하여 세포 배양 상태를 결정하므로 연구자마다 그 기준이 달라 실험의 재현성에 문제가 있으며, 세포 클러스터의 크기를 판단하는 데 있어 그 정확성이 떨어질 뿐만 아니라 2주의 배양 기간동안 연구자의 지속적인 관찰이 필요한 실정이다.However, since the researcher determines the cell culture state by making a judgment based on the microscopic image during cell culture, there is a problem with the reproducibility of the experiment because the standard is different for each researcher. During the culturing period, continuous observation by the researcher is required.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전술한 문제점을 해결하기 위해 전자 현미경으로 촬영한 이미지를 바탕으로 영상 처리 기술을 이용하여 세포의 밀도, 클러스터의 크기 및 개수 등의 정보를 검출하고, 이를 토대로 세포 배양액을 자동 관리할 수 있는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법 및 이를 이용한 자동 세포 배양기를 제공하는데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to detect information such as the density of cells and the size and number of clusters by using image processing technology based on images taken with an electron microscope to solve the above-mentioned problems, An object of the present invention is to provide a method for managing a cell culture medium through image processing of a cell image capable of automatically managing a cell culture medium and an automatic cell culturing device using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 밀폐된 배양장치 내에 위치하는 배양백의 상부를 이동하면서 배양백의 상부를 가압하는 롤러를 이용하여 배양용기의 배양영역을 확장하는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법 및 이를 이용한 자동 세포 배양기를 제공하는데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is a cell culture solution through cell image image processing that expands the culture area of the culture vessel by using a roller that presses the top of the culture bag while moving the top of the culture bag located in a closed culture device. It is to provide a management method and an automatic cell cultivator using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 밀폐된 배양기의 상부에 배양백을 설치하고, 배양백의 상부에는 세포의 배양 상태에 따라 배양백의 배양영역을 조절할 수 있는 롤러 모듈을 설치하고, 투명한 재질의 패널(panel) 상부에 위치하는 배양백의 하부에는 3차원으로 이동할 수 있는 3차원 스테이지(3 dimensional stage)에 장착된 도립식 전자 현미경(Inverted Electron Microscope)을 이용하여 상기 투명한 패널의 하부에서 상기 배양백의 배양상태를 검사할 수 있는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법 및 이를 이용한 자동 세포 배양기를 제공하는데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to install a culture bag on top of a closed incubator, install a roller module that can adjust the culture area of the culture bag according to the culture condition of cells on the top of the culture bag, and install a transparent material The culture at the bottom of the transparent panel using an inverted electron microscope mounted on a 3-dimensional stage that can move in three dimensions at the bottom of the culture bag located on the top of the panel of An object of the present invention is to provide a method for managing a cell culture medium through image processing of a cell image capable of inspecting the culture state of a bag and an automatic cell culture device using the same.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시례에 따른 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법은, 전자 현미경을 통해 세포 배양액을 촬영하여 영상정보를 취득하는 영상정보 취득단계; 상기 영상정보에 포함된 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 명확하게 하기 위한 히스토그램 평활화단계; 상기 히스토그램 평활화단계를 통한 영상정보에서 픽셀 별 RGB 세 개의 값 중 가장 높은 값을 최대값으로 변환하고, 나머지 두 개의 값은 최소값으로 변환하여 상기 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 더욱 명확하게 구분하는 영역 분리단계; 상기 영역 분리단계를 통한 영상정보의 노이즈를 제거하고 상기 클러스터의 형태를 복원하는 모폴로지 연산단계; 및 상기 모폴로지 연산단계를 통한 이진 영상을 바탕으로 상기 클러스터의 외곽선을 검출하고, 상기 외곽선 내부의 픽셀 개수를 통해 상기 클러스터의 면적을 검출하는 클러스터 감지단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A cell culture medium management method through cell image image processing according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem includes an image information acquisition step of acquiring image information by photographing a cell culture medium through an electron microscope; a histogram smoothing step for clearly distinguishing the background, single cells, and clusters included in the image information; In the image information through the histogram smoothing step, the highest value of the three RGB values for each pixel is converted to the maximum value, and the other two values are converted to the minimum value to more clearly distinguish the background, single cell, and cluster area separation step; a morphology calculation step of removing noise from image information through the region separation step and restoring the shape of the cluster; and a cluster detection step of detecting the outer line of the cluster based on the binary image through the morphology calculation step and detecting the area of the cluster through the number of pixels inside the outer line.
이때, 상기 클러스터 감지단계를 통해 감지된 어느 하나의 상기 클러스터의 면적이 기준값 이상이거나 상기 클러스터의 개수가 기준값 이상이면 상기 세포 배양액을 흔들어주는 쉐이킹 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the method may further include a shaking step of shaking the cell culture medium when the area of one of the clusters detected through the cluster detecting step is greater than or equal to a reference value or the number of clusters is greater than or equal to a reference value.
또한, 상기 영상정보 취득단계에서는, 전자 현미경을 통해 상기 세포 배양액 중 일부를 촬영하여 영상정보를 취득하며, 상기 클러스터 감지단계를 통해 감지된 상기 클러스터의 면적이 기준값 미만이지만 상기 클러스터의 개수가 기준값 이상일 경우, 상기 세포 배양액의 다른 곳을 촬영하여 영상정보를 취득 후 전술한 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the image information acquisition step, image information is acquired by photographing a part of the cell culture medium through an electron microscope, and when the area of the cluster detected through the cluster detection step is less than a reference value, but the number of clusters is greater than or equal to the reference value. In this case, it is characterized in that the above-described steps are performed after acquiring image information by photographing another part of the cell culture medium.
또한, 본 발명의 다른 실시례에 따른 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법은, 전자 현미경을 통해 세포 배양액을 촬영하여 영상정보를 취득하는 영상정보 취득단계; 상기 영상정보에 포함된 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 명확하게 하기 위한 히스토그램 평활화단계; 상기 히스토그램 평활화단계를 통한 영상정보에서 픽셀 별 RGB 세 개의 값 중 가장 높은 값을 최대값으로 변환하고, 나머지 두 개의 값은 최소값으로 변환하여 상기 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 더욱 명확하게 구분하는 영역 분리단계; 상기 영역 분리 단계에서 얻어진 영상정보로부터 전체 영상이미지 픽셀 수 대비 상기 배경, 단일세포 및 클러스터가 차지하는 픽셀 수의 비율을 구해 세포의 밀도를 검출하는 세포 밀도 검출단계; 및 상기 세포 밀도 검출단계를 통한 세포 밀도가 기준값 이상일 경우 상기 세포 배양액의 양을 증대시키는 세포 배양액 조절단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a cell culture medium management method through cell image image processing according to another embodiment of the present invention includes an image information acquisition step of acquiring image information by photographing a cell culture medium through an electron microscope; a histogram smoothing step for clearly distinguishing the background, single cells, and clusters included in the image information; In the image information through the histogram smoothing step, the highest value of the three RGB values for each pixel is converted to the maximum value, and the other two values are converted to the minimum value to more clearly distinguish the background, single cell, and cluster area separation step; a cell density detection step of detecting a density of cells by obtaining a ratio of the number of pixels occupied by the background, single cells, and clusters to the total number of pixels of the video image from the image information obtained in the region separation step; and a cell culture medium adjusting step of increasing the amount of the cell culture medium when the cell density through the cell density detecting step is greater than or equal to a reference value.
이때, 상기 세포 밀도 검출단계에서는, 상기 클러스터 내부의 세포를 계수시, 한 픽셀의 0~255까지의 명도값을 다수의 범위로 구분하고, 구분된 범위에 해당하는 가중치 값을 곱하여 상기 클러스터 내부의 세포를 계수하는 것을 특징으로 한다.At this time, in the cell density detection step, when counting the cells inside the cluster, the brightness value from 0 to 255 of one pixel is divided into a plurality of ranges, and the weight value corresponding to the divided range is multiplied to determine the number of cells inside the cluster. characterized by counting cells.
한편, 전술한 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 벙법을 이용한 자동 세포 배양기를 제공하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, it is characterized by providing an automatic cell culture machine using the cell culture medium management method through the above-described cell image image processing.
또한, 본 발명에 따른 자동 세포 배양기는, 배양액보관통; 설정된 초기 세포 배양액이 수용되며, 상기 배양액보관통으로부터 배양액을 공급받는 플렉시블 재질의 투명한 배양백; 상기 배양액보관통과 상기 배양백에 연결된 튜브의 압력을 조정하여 상기 배양액보관통으로부터 상기 배양백으로 공급되는 배양액의 공급량을 조절하는 튜브 펌프; 상부에 상기 배양백이 결합되는 투명한 플레이트; 상기 투명한 플레이트의 상부에서 상기 배양백을 개재시킨 상태로 상기 투명한 플레이트와 밀착되어 이동하면서 상기 배양백의 수용량을 조절하는 롤러 모듈; 상기 투명한 플레이트와 연결되어 상기 투명한 플레이트를 흔들어주는 쉐이킹 모듈; 상기 투명한 플레이트의 하부에 이동가능하게 배치되어 상기 배양백 내부의 세포 배양액을 촬영하는 전자 현미경; 및 상기 튜브 펌프, 상기 롤러 모듈, 상기 쉐이킹 모듈 및 상기 전자 현미경을 컨트롤하는 제어기 모듈을 포함하며, 상기 제어기 모듈은 상기 전자 현미경을 통해 취득된 영상정보를 상기 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법에 기반하여 처리하고, 처리된 결과를 바탕으로 상기 튜브 펌프와 상기 롤러 모듈 및 상기 쉐이킹 모듈의 동작 상태를 컨트롤하는 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the automatic cell culturing machine according to the present invention includes a culture medium storage container; a transparent culture bag made of a flexible material in which the set initial cell culture medium is accommodated and the culture medium is supplied from the culture medium reservoir; a tube pump for adjusting the supply amount of the culture solution supplied from the culture solution reservoir to the culture bag by adjusting the pressure of the culture solution reservoir and the tube connected to the culture bag; A transparent plate to which the culture bag is coupled to an upper portion; A roller module controlling the capacity of the culture bag while moving in close contact with the transparent plate with the culture bag interposed at the top of the transparent plate; a shaking module connected to the transparent plate to shake the transparent plate; an electron microscope movably disposed below the transparent plate and photographing the cell culture medium inside the culture bag; and a controller module controlling the tube pump, the roller module, the shaking module, and the electron microscope, wherein the controller module transfers image information obtained through the electron microscope to a cell culture medium management method through image processing of the cell image. and controlling operation states of the tube pump, the roller module, and the shaking module based on the processed result.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시례들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시례들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.The above aspects of the present invention are only some of the preferred embodiments of the present invention, and various embodiments reflecting the technical features of the present invention are detailed descriptions of the present invention to be detailed below by those of ordinary skill in the art. It can be derived and understood based on.
이상에서 설명한 본 발명인 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법 및 이를 이용한 자동 세포 배양기를 사용하면 다음과 같은 효과가 있다.The cell culture medium management method through cell image image processing and the automatic cell cultivator using the method according to the present invention described above have the following effects.
먼저, 실험의 재현성 및 검출 정확도를 향상할 수 있으며, 인력 개입을 최소화하여 숙련된 기술자가 아니어도 동일한 양질의 실험 결과를 도출할 수 있다.First, it is possible to improve the reproducibility and detection accuracy of the experiment, and by minimizing human intervention, it is possible to derive the same high-quality experimental results even without skilled technicians.
또한, 자연 살해(NK) 세포를 배양할 때 소모되는 인건비와 오염 원인의 감소 등 다양한 측면에서 생산 비용을 낮출 수 있고, 더불어 암환자에게 보다 접근하기 쉬운 치료법으로 거듭나 매년 증가하는 암 사망자의 추세를 낮출 수 있는 장점이 있다.In addition, the production cost can be lowered in various aspects, such as the reduction of labor costs and contamination sources consumed when culturing natural killer (NK) cells, and in addition, it can be reborn as a treatment that is more accessible to cancer patients, thereby reducing the trend of cancer deaths, which are increasing every year. There are advantages to lowering it.
또한, 상부에 위치하는 롤러의 가압 및 이동을 이용하여 하부에 위치하는 배양백의 배양 영역을 자동으로 조절할 수 있으며, 밀폐된 케이스에 설치되므로 외부의 오염원에 의한 영향을 최소로 할 수 있는 장점이 있다.In addition, the culture area of the culture bag located at the bottom can be automatically adjusted by using the pressure and movement of the roller located at the top, and since it is installed in a sealed case, it has the advantage of minimizing the influence of external contaminants. .
또한, 밀폐된 내부에 설치된 배양백의 상부에서는 배양영역을 조절하는 롤러 모듈이 설치되고 하부에는 배양백의 세포 배양 상태를 영상으로 촬영할 수 있기 때문에, 배양백을 밀폐된 배양기 케이스 외부로 유출하지 않은 상태에서도 세포 배양 상태를 확인할 수 있다는 장점이 있다. In addition, since a roller module for controlling the culture area is installed at the top of the culture bag installed in the sealed interior and the cell culture state of the culture bag can be captured as an image at the bottom, even in a state where the culture bag is not leaked out of the closed incubator case. It has the advantage of being able to check the cell culture state.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.
도 1은 본 발명에 따른 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법의 일 실시례에 의한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 영상 처리 이미지 사진,
도 3은 본 발명에 따른 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법의 일 실시례에 의한 도면,
도 4는 영상정보 이미지의 각 채널에 따른 픽셀값 분포 그래프를 나타낸 도면,
도 5는 각 채널별 히스토그램 평활화 진행 후 픽셀값 분포 그래프를 나타낸 도면,
도 6은 클러스터의 Z축을 고려한 세포 개수 추정 방법을 나타낸 도면,
도 7은 원형의 클러스터 이미지의 검출과 중심 영역 표시 이미지,
도 8은 세포 계수를 나타낸 이미지,
도 9는 본 발명에 따른 자동 세포 배양기의 외형을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 자동 세포 배양기의 구성을 나타낸 도면,
도 11은 용액 케이스의 내부를 나타낸 도면,
도 12는 용액 케이스의 내부에 설치되는 주사기 펌프 모듈의 일 실시례에 따른 도면,
도 13은 튜브 펌프의 일 실시례에 따른 도면,
도 14는 펠티어 모듈 및 펠티어 모듈의 동작 원리를 설명한 도면,
도 15는 내부 모듈의 일 실시례에 따른 도면,
도 16은 롤러 모듈을 나타낸 도면,
도 17은 3차원 스테이지의 일 실시례에 따른 도면,
도 18은 내부 공기 순환 팬의 동작 원리를 설명한 도면,
도 19는 본 발명에 따른 세포 배양 방법의 일 실시례에 따른 도면,
도 20은 본 발명에 따른 배양백의 배양영역 자동조절장치의 일 실시례에 따른 도면,
도 21은 롤러모듈을 이용하여 배양백의 배양면적을 가변하는 상황에 대해 설명한 도면,
도 22는 배양 케이스에 설치된 롤러를 상부의 일 지점에서 본 도면,
도 23은 배양 케이스에 설치된 롤러를 상부의 다른 일 지점에서 본 도면,
도 24는 롤러 프레임의 가장자리를 확대한 도면,
도 25는 롤러 브라켓의 일 실시례에 따른 도면,
도 26은 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기의 외부 구조도면,
도 27은 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기 구성의 일 실시례에 따른 도면,
도 28은 상부의 일 측면에서 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기의 내부 구성 도면,
도 29는 상부의 다른 일 측면에서 본 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기의 내부 구성 도면,
도 30은 상부의 일 측면에서 본 도립식 전자 현미경과 배양백의 배치 상황 도면,
도 31은 상부의 다른 일 측면에서 본 도립식 전자 현미경과 배양백의 배치 상황 도면,
도 32는 도립식 전자 현미경에서 촬영한 세포의 배양 상태의 예를 설명한 도면.1 is a diagram according to an embodiment of a cell culture medium management method through cell image image processing according to the present invention;
2 is a picture of an image processing image according to the present invention;
3 is a view according to an embodiment of a cell culture medium management method through cell image image processing according to the present invention;
4 is a diagram showing a pixel value distribution graph according to each channel of a video information image;
5 is a diagram showing a pixel value distribution graph after histogram smoothing for each channel;
6 is a diagram showing a method for estimating the number of cells in consideration of the Z-axis of a cluster;
7 is a circular cluster image detection and center region display image;
8 is an image showing cell counting;
9 is a view showing the appearance of an automatic cell culture device according to the present invention;
10 is a view showing the configuration of an automatic cell culture device according to the present invention;
11 is a view showing the inside of the solution case;
12 is a view according to an embodiment of a syringe pump module installed inside a solution case;
13 is a view according to an embodiment of a tube pump;
14 is a diagram explaining a Peltier module and the operating principle of the Peltier module;
15 is a diagram according to an embodiment of an internal module;
16 is a view showing a roller module;
17 is a diagram according to an embodiment of a 3D stage;
18 is a view explaining the operating principle of the internal air circulation fan;
19 is a view according to an embodiment of a cell culture method according to the present invention;
20 is a view according to an embodiment of an apparatus for automatically adjusting a culture area of a culture bag according to the present invention;
21 is a view explaining a situation in which the culture area of the culture bag is varied using a roller module;
Figure 22 is a view of the roller installed in the culture case from one point on the top;
Figure 23 is a view of the roller installed in the culture case from another point on the top;
24 is an enlarged view of the edge of the roller frame;
25 is a view according to one embodiment of a roller bracket;
26 is an external structural diagram of an automatic cell culturing apparatus using an inverted electron microscope according to the present invention;
27 is a view according to an embodiment of the configuration of an automatic cell culture system using an inverted electron microscope according to the present invention;
28 is a view of the internal configuration of an automatic cell culturing machine using an inverted electron microscope according to the present invention from one side of the upper side;
29 is a view of the internal configuration of an automatic cell culturing machine using an inverted electron microscope according to the present invention from another upper side;
30 is a view of the arrangement of an inverted electron microscope and a culture bag as seen from one side of the upper part;
31 is a view of the arrangement of an inverted electron microscope and a culture bag as seen from another side of the upper part;
Fig. 32 is a view for explaining an example of a cultured state of cells taken with an inverted electron microscope;
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 설`명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제2, 제1 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 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers such as second and first may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a second element may be termed a first element, and similarly, a first element may be termed a second element, without departing from the scope of the present invention. The terms and/or include any combination of a plurality of related recited items or any of a plurality of related recited items.
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. It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.
실시례들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the description of the embodiments, each layer (film), region, pattern or structure is "on" or "under" the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. The substrate formed on includes all those formed directly or through another layer. The criteria for upper/upper or lower/lower of each layer will be described based on drawings. In addition, since the thickness or size of each layer (film), region, pattern, or structure in the drawing may be modified for clarity and convenience of description, it does not entirely reflect the actual size.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시례를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.
도 1은 본 발명에 따른 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법의 일 실시례에 의한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 영상 처리 이미지 사진이며, 도 3은 본 발명에 따른 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법의 일 실시례에 의한 도면으로, 도 1은 세포 배양액 내부의 클러스터의 크기와 개수를 검출하기 위한 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법으로 볼 수 있고, 도 3은 세포 배양액 내부의 세포의 밀도를 검출하기 위한 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법으로 볼 수 있다. 1 is a diagram according to an embodiment of a cell culture medium management method through cell image image processing according to the present invention, FIG. 2 is a picture of an image processing image according to the present invention, and FIG. 3 is a cell image image processing according to the present invention. 1 can be seen as a cell culture management method through cell image image processing for detecting the size and number of clusters inside the cell culture medium, and FIG. It can be seen as a cell culture medium management method through cell image image processing for detecting the density of cells inside the culture medium.
또한, 본 발명인 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법은, 후술할 자동 세포 배양기에 있는 제어기 모듈에서 수행하는 것으로 볼 수 있으며, 이하의 설명에서는 편의상 제어기 모듈에서 수행하는 설명은 생략하도록 한다.In addition, the cell culture medium management method through cell image image processing according to the present invention can be regarded as being performed by a controller module in an automatic cell cultivator, which will be described later.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명인 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법은, 영상 정보 취득단계(S10), 히스토그램 평활화단계(S20), 영역 분리단계(S30), 모폴로지 연산단계(S40) 및 클러스터 감지단계(S50)를 포함하여 구성될 수 있으며, 쉐이킹 단계(S60)를 더 포함할 수 있다.First, referring to FIGS. 1 and 2, the cell culture medium management method through cell image image processing according to the present invention includes an image information acquisition step (S10), a histogram smoothing step (S20), a region separation step (S30), and a morphology calculation step. (S40) and a cluster detection step (S50) may be included, and a shaking step (S60) may be further included.
영상 정보 취득 단계(S)는 전자 현미경을 통해 세포 배양액을 촬영하여 영상정보를 취득하는 단계이다. 먼저, 세포배양 과정 중 내부 모듈에 장착된 디지털(전자) 현미경으로 촬영하여 실시간 저장되는 원본 이미지(Microscopy image), 즉 영상정보를 얻을 수 있다.The image information acquisition step (S) is a step of acquiring image information by photographing the cell culture medium through an electron microscope. First, it is possible to obtain a microscopy image, that is, image information, which is stored in real time by taking a picture with a digital (electronic) microscope installed in an internal module during the cell culture process.
이와 같이 영상정보는 RGB(Red, Green, Blue)의 총 3개의 채널로 구성되며, 행렬로 표현하면 3차원 행렬로 표현할 수 있다.In this way, image information is composed of a total of three channels of RGB (Red, Green, Blue), and can be expressed as a three-dimensional matrix when expressed as a matrix.
또한, 전자 현미경을 통해 취득된 영상정보는 배경, 단일세포(클러스터를 형성하지 않은 세포), 클러스터의 색상이 유사하여 분류가 쉽지 않은 상태이다. 여기서, 배경은 배양액으로 볼 수 있으며, 배양액은 소량의 시약과 혈장 및 배양액 대부분을 구성하는 배지용액으로 구성될 수 있다.In addition, image information obtained through an electron microscope is not easy to classify because the color of the background, single cells (cells that do not form clusters), and clusters are similar. Here, the background can be viewed as a culture medium, and the culture medium may consist of a small amount of reagents, blood plasma, and a medium solution constituting most of the culture medium.
히스토그램 평활화(Histogram Equalization)단계(S20)는 상기 영상정보에 포함된 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 명확하게 하기 위한 단계로써, 상기 영상정보(원본 이미지) 내 배경, 단일세포, 클러스터 구분을 명확하게 하기 위해 각 채널(R, G, B)을 분리하여 히스토그램 평활화를 진행한다.The histogram equalization step (S20) is a step for clearly distinguishing the background, single cells, and clusters included in the image information, and clearly distinguishes the background, single cells, and clusters in the image information (original image). In order to do this, each channel (R, G, B) is separated and histogram smoothing is performed.
도 4는 영상정보 이미지의 각 채널에 따른 픽셀값 분포 그래프를 나타낸 도면으로, 각 곡선은 색상에 따라 B, G, R 채널의 분포를 나타낸다.4 is a diagram showing a pixel value distribution graph according to each channel of a video information image, and each curve represents the distribution of B, G, and R channels according to color.
도 5는 각 채널별 히스토그램 평활화 진행 후 픽셀값 분포 그래프를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing a pixel value distribution graph after histogram smoothing for each channel.
각 채널에 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]를 적용하여 히스토그램 평활화를 진행하고, 명암비를 최대화하게 되면 도 5와 같이 픽셀값의 분포가 0 ~ 255의 범위에 걸쳐 펼쳐지게 된다.[Equation 1] and [Equation 2] are applied to each channel to perform histogram equalization and maximize the contrast ratio, and the distribution of pixel values spreads over the range of 0 to 255 as shown in FIG. 5 .
상기 [수학식 1]과 [수학식 2]에서, i = 픽셀의 위치값, hist[j] = 명암값의 빈도수, N = 영상의 전체 픽셀수를 나타낸다.In [Equation 1] and [Equation 2], i = position value of a pixel, hist[j] = frequency of contrast values, and N = total number of pixels of an image.
이후 평활화된 각 채널(3개의 2차원 행렬)을 병합하여 이미지를 나타내면 도 2의 Histogram Equalization과 같은 이미지로 표현되며, 전체적으로 유사한 색상을 나타내던 원본 이미지와 비교하여 배경(B), 클러스터(G), 단일세포(R)가 각 색상별로 뚜렷하게 나타난다.Then, when each smoothed channel (three two-dimensional matrices) is merged and the image is displayed, the image is expressed as the Histogram Equalization in FIG. 2, and the background (B) and cluster (G) , single cells (R) appear distinctly for each color.
영역 분리(Zone Separation) 단계(S30)는 히스토그램 평활화단계(S20)를 통한 영상정보에서 픽셀 별 RGB 세 개의 값 중 가장 높은 값을 최대값으로 변환하고, 나머지 두 개의 값은 최소값으로 변환하여 상기 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 더욱 명확하게 구분하는 단계이다.In the zone separation step (S30), the highest value among the three RGB values for each pixel in the image information through the histogram equalization step (S20) is converted to the maximum value, and the remaining two values are converted to the minimum value, and the background , It is a step to more clearly distinguish between single cells and clusters.
영역 분리단계(S30)에서는 이미지 처리 시 편이성을 높이기 위해 각 픽셀에 대해 가장 큰 값을 가지는 채널 값을 '255', 나머지 채널 값을 '0'으로 변환할 수 있다. 예컨데, 이미지는 3개의 채널(BGR)로 이루어져 있으므로 한 픽셀 값을 확인했을 때 (183, 23, 54) 와 같이 총 세 개의 값(B, G, R)을 갖는다. 따라서, 이 중 가장 높은 값을 가지는 첫 번째 인자 (B) 채널을 '255'로, 나머지 두 인자 값을 '0'으로 변환하여 (255, 0, 0)으로 나타내면 더욱 뚜렷한 파란색(이 경우 배경 영역) 이미지를 얻을 수 있다. 이와 같은 작업을 거치면 도 2의 Zone Separation 이미지를 얻을 수 있으며, 이전의 Histogram Equalization 이미지와 비교하였을 때도 각 영역의 구분이 더욱 명확해짐을 알 수 있다.In the region separation step (S30), the channel value having the largest value for each pixel may be converted to '255' and the remaining channel values to '0' to increase convenience in image processing. For example, since an image consists of three channels (BGR), when one pixel value is checked, it has a total of three values (B, G, R) such as (183, 23, 54). Therefore, if the first factor (B) channel with the highest value is converted to '255' and the remaining two factor values are converted to '0' and expressed as (255, 0, 0), a more distinct blue color (in this case, the background area ) image can be obtained. Through this operation, the Zone Separation image of FIG. 2 can be obtained, and it can be seen that the division of each region becomes more clear when compared with the previous Histogram Equalization image.
이후 클러스터 영역을 추출하기 위해 클러스터 영역에 해당하는 G(Green) 채널을 따로 분리하면 '0'과 '255'로 이루어진 2차원 행렬로 나타나며, 이미지를 나타내면 도 2의 Cluster estimation and extraction와 같은 이미지로 나타나 클러스터 영역(픽셀값 255)을 제외한 픽셀은 검정색(픽셀값 0)으로 표현된다.Afterwards, if the G (Green) channel corresponding to the cluster area is separately separated to extract the cluster area, it appears as a two-dimensional matrix consisting of '0' and '255'. Pixels excluding the cluster area (pixel value 255) are displayed in black (pixel value 0).
모폴로지 연산단계(S40)는 영역 분리단계를 통한 영상정보의 노이즈를 제거하고 상기 클러스터의 형태를 복원하는 단계로써, 이미지에 포함된 노이즈를 제거하기 위해 모폴로지 연산(침식 및 팽창)을 진행할 수 있다. 즉, 침식 연산에서 노이즈가 제거되며, 이후 팽창 연산을 통해 침식된 기존 클러스터 형태를 복원하여 도 2의 Noise removal and Redetection와 같은 이미지를 얻을 수 있다.The morphology calculation step (S40) is a step of removing noise from image information through a region separation step and restoring the shape of the cluster, and morphology calculation (erosion and dilation) may be performed to remove noise included in the image. That is, noise is removed in the erosion operation, and then an image such as noise removal and redetection in FIG. 2 can be obtained by restoring the shape of the existing cluster eroded through the expansion operation.
클러스터 감지(Cluster contour detection)단계(S50)는 모폴로지 연산단계(S40)를 통한 이진 영상을 바탕으로 상기 클러스터의 외곽선을 검출하고, 상기 외곽선 내부의 픽셀 개수를 통해 상기 클러스터의 면적을 검출하는 단계이다.The cluster contour detection step (S50) is a step of detecting the outline of the cluster based on the binary image through the morphology calculation step (S40) and detecting the area of the cluster through the number of pixels inside the outline. .
쉐이킹 단계(S60)는 클러스터 감지단계를 통해 감지된 어느 하나의 상기 클러스터의 면적이 기준값 이상이거나 상기 클러스터의 개수가 기준값 이상이면 상기 세포 배양액을 흔들어주는 단계이다.The shaking step (S60) is a step of shaking the cell culture medium when the area of one of the clusters detected through the cluster detection step is greater than or equal to a reference value or the number of clusters is greater than or equal to a reference value.
즉, 상기와 같이 모폴로지 연산이 진행된 이진 영상을 바탕으로 외곽선을 검출할 수 있다. 외곽선을 검출하면 이미지에 포함된 외곽선(폐곡선)의 개수와 각 외곽선에 대한 내부 면적(픽셀의 개수)을 검출할 수 있다. 이때, 만약 가장 큰 클러스터의 면적이 쉐이킹 동작 기준값(α) 이상이면 쉐이킹 동작이 이루어질 수 있다.That is, the outline can be detected based on the binary image on which the morphology operation has been performed as described above. When the outline is detected, the number of outlines (closed curves) included in the image and the internal area (number of pixels) of each outline can be detected. At this time, if the area of the largest cluster is greater than or equal to the shaking operation reference value α, the shaking operation may be performed.
한편, 영상정보 취득단계(S10)에서는 전자 현미경을 통해 상기 세포 배양액 중 일부를 촬영하여 영상정보를 취득하며, 클러스터 감지단계를 통해 감지된 상기 클러스터의 면적이 기준값 미만이지만 상기 클러스터의 개수가 기준값 이상일 경우, 상기 세포 배양액의 다른 곳을 촬영하여 영상정보를 취득 후 전술한 단계를 수행할 수 있다.On the other hand, in the image information acquisition step (S10), image information is obtained by photographing a part of the cell culture medium through an electron microscope, and the area of the cluster detected through the cluster detection step is less than the reference value, but the number of the clusters is greater than the reference value. In this case, the above-described steps may be performed after acquiring image information by photographing another part of the cell culture medium.
즉, 가장 큰 클러스터 면적이 기준값 미만이지만 클러스터의 개수가 판단 기준값 이상이라면 세포의 성장이 상당 부분 진행된 상태로 간주하고, 클러스터의 성장이 예상되는 상태이므로 다른 포인트로 현미경을 이동시켜 재촬영을 진행하고, 전술한 동작을 반복할 수 있다.That is, if the area of the largest cluster is less than the reference value, but the number of clusters is greater than the criterion, it is considered that the growth of the cells has progressed considerably, and since the growth of the cluster is expected, move the microscope to another point and retake , the above operation can be repeated.
도 3을 참조하면, 본 발명인 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법은 영상 정보 취득단계(S10), 히스토그램 평활화단계(S20), 영역 분리단계(S30), 세포 밀도 검출단계(S70) 및 세포 배양액 조절단계(S80)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the cell culture medium management method through cell image image processing according to the present invention includes image information acquisition step (S10), histogram smoothing step (S20), region separation step (S30), cell density detection step (S70), and cell It may be configured including a culture medium control step (S80).
영상 정보 취득단계(S10), 히스토그램 평활화단계(S20) 및 영역 분리단계(S30)에 대한 설명은 전술한 설명을 참조할 수 있다.Descriptions of the image information acquisition step (S10), the histogram smoothing step (S20), and the region separation step (S30) may refer to the above description.
도 6은 클러스터의 Z축을 고려한 세포 개수 추정 방법을 나타낸 도면이고, 도 7은 원형의 클러스터 이미지의 검출과 중심 영역 표시 이미지이며, 도 8은 세포 계수를 나타낸 이미지이다.6 is a diagram showing a method for estimating the number of cells in consideration of the Z-axis of a cluster, FIG. 7 is an image of detecting a circular cluster image and displaying a central region, and FIG. 8 is an image showing cell counting.
세포 밀도 검출단계(S70)는 전술한 영역 분리 단계(S30)에서 얻어진 영상정보로부터 전체 영상이미지 픽셀 수 대비 상기 배경, 단일세포 및 클러스터가 차지하는 픽셀 수의 비율을 구해 세포의 밀도를 검출하는 단계이다.The cell density detection step (S70) is a step of detecting the cell density by obtaining the ratio of the number of pixels occupied by the background, single cells, and clusters to the total number of pixels of the video image from the image information obtained in the above-described region separation step (S30). .
세포 배양액 조절단계(S80)는 세포 밀도 검출단계(S70)를 통한 세포 밀도가 기준값 이상일 경우 상기 세포 배양액의 양을 기 설정된 값에 따라 증대시키는 단계이다.The cell culture medium adjusting step (S80) is a step of increasing the amount of the cell culture medium according to a predetermined value when the cell density through the cell density detecting step (S70) is greater than or equal to the reference value.
즉, 영역 분리단계(S30)에서 전체 이미지 픽셀 수(N) 대비 각 영역에 해당하는 픽셀 수가 차지하는 비율을 통해 하기와 같이 클러스터의 밀도, 단일 세포의 밀도를 검출할 수 있다. That is, in the region separation step (S30), the density of clusters and the density of single cells can be detected through the ratio of the number of pixels corresponding to each region to the total number of image pixels (N) as follows.
1) 클러스터의 밀도 = 클러스터 영역 픽셀 수(G채널에서 255픽셀 값을 갖는 픽셀 수)/전체 픽셀수(N)1) Density of cluster = number of cluster area pixels (number of pixels with 255 pixel value in G channel)/total number of pixels (N)
2) 단일 세포 밀도 = 단일세포 영역 픽셀 수(R채널에서 255픽셀 값을 갖는 픽셀 수)/전체 픽셀 수(N)2) Single cell density = number of pixels in single cell area (number of pixels with 255 pixel value in R channel)/number of total pixels (N)
3) 세포가 차지하는 비율 = 클러스터 밀도 + 단일 세포 밀도3) Proportion occupied by cells = cluster density + single cell density
이에 따라 세포가 차지하는 비율을 바탕으로 전체 차지 비율이 기준값 이상일 경우 후술할 롤러 모듈을 동작시켜 배양 영역을 확장하고 세포의 밀도를 기준값 미만으로 유지할 수 있다.Accordingly, based on the ratio occupied by the cells, if the total occupancy ratio is greater than or equal to the reference value, the roller module to be described later may be operated to expand the culture area and maintain the cell density below the reference value.
이때, 세포 밀도 검출단계(S70)에서는 상기 클러스터 내부의 세포를 계수시, 한 픽셀의 0~255까지의 명도값을 다수의 범위로 구분하고, 구분된 범위에 해당하는 가중치 값을 곱하여 상기 클러스터 내부의 세포를 계수할 수 있다.At this time, in the cell density detection step (S70), when counting the cells inside the cluster, the brightness value of one pixel from 0 to 255 is divided into a plurality of ranges, and the weight value corresponding to the divided range is multiplied to obtain the inside of the cluster. of cells can be counted.
즉, 전자 현미경을 통해 취득된 영상정보에서는 x축과 y축을 기준으로 한 평면 이미지(2D 이미지)만을 얻을 수 있다. 따라서, z축에 대한 정보는 알 수 없으므로, 이에 대한 맵핑 테이블(mapping table)을 만들 수 있다.That is, from the image information obtained through the electron microscope, only a plane image (2D image) based on the x-axis and the y-axis can be obtained. Therefore, since information on the z-axis is unknown, a mapping table for this can be created.
클러스터의 형태는 다양하나 2D 이미지 관찰시 클러스터의 형태가 원형에 가깝고 가장 어두운 픽셀을 가지는 세포 픽셀 그룹이 중심에 있으며, 개수가 적을수록(유일할수록) 이상적인 구의 형태에 가깝다고 가정할 수 있다. 따라서, z축의 길이는 2D 이미지에서 관찰되는 클러스터의 지름과 같다고 판단할 수 있다.Although the shape of the cluster is diverse, it can be assumed that the shape of the cluster is closer to a circle when observing a 2D image, and the cell pixel group with the darkest pixel is in the center. Therefore, it can be determined that the length of the z-axis is equal to the diameter of the cluster observed in the 2D image.
따라서, 도 7과 같이 2D 이미지에서 원형의 클러스터를 기준으로 클러스터의 중심부에 위치한 가장 어두운 픽셀값(도 7에 빨간색으로 영역 표시)과 클러스터의 지름(외곽선 길이/π)을 맵핑(mapping)하여 도 6의 '7-1' 및 '7-2'와 같이 테이블을 구성할 수 있다. Therefore, as shown in FIG. 7, based on the circular cluster in the 2D image, the darkest pixel value (region indicated in red in FIG. 7) located in the center of the cluster and the diameter of the cluster (outline length / π) are mapped. Tables can be configured like '7-1' and '7-2' in 6.
도 6의 '7-1'의 '7-2'는 맵핑 테이블(mapping table) 정보를 단순화하여 예를 든 것으로, 만약 구형의 클러스터를 바탕으로 데이터를 수집할 때, 픽셀값 범위에 따라 구분한 1~7 단계 중 3단계 범위의 픽셀값이 검출되었을 때의 z축(클러스터의 지름)에 3개의 세포가 포함되어 있다면 각 범위의 가중치를 3으로 설정할 수 있다. 이때, 가중치는 해당 지름에 포함되는 세포의 개수를 나타낼 수 있다.'7-2' of '7-1' in FIG. 6 is a simplified example of mapping table information. If data is collected based on a spherical cluster, the
맵핑 테이블은 z축의 길이(구의 지름)와 해당 지름을 가질 때의 빛의 투과율에 따른 클러스터의 명도(픽셀값), 해당 지름에 포함될 수 있는 세포의 개수 정보를 포함할 수 있다. 지름에 포함될 수 있는 세포의 개수는 도 8의 클러스터 내부 세포 계수에서 검출한 세포의 크기(A)를 바탕으로 클러스터의 지름 x에 대한 포함 가능한 세포의 개수(n) = (클러스터의 지름(x)/세포 하나의 지름)으로 검출할 수 있다.The mapping table may include the length of the z-axis (the diameter of the sphere), the brightness (pixel value) of the cluster according to the light transmittance when the diameter has the corresponding diameter, and information on the number of cells that can be included in the corresponding diameter. The number of cells that can be included in the diameter is based on the size (A) of the cells detected in the cell counting inside the cluster in FIG. /diameter of one cell).
또한, 맵핑 테이블 기반 비정형 형태 클러스터 내부 세포 계수 방법은 다음과 같다.In addition, the mapping table-based cell counting method inside the atypical cluster is as follows.
비정형 형태의 클러스터는 구형의 클러스터에서 수집한 데이터를 기반으로 클러스터 내부의 명암(픽셀값)을 이용하여 z축 길이를 추측하여 내부 세포의 개수를 검출할 수 있다.The number of cells inside an atypical cluster can be detected by estimating the z-axis length using the brightness (pixel value) inside the cluster based on the data collected from the spherical cluster.
즉, 세포의 대표 크기(A)의 면적을 갖는 픽셀 그룹을 구성하고 각 그룹의 평균 픽셀값과 맵핑 테이블을 이용하여 픽셀값에 해당하는 z축의 길이, 해당 z축 길이에 포함되는 세포의 개수를 이용하여 각 픽셀 그룹의 영역만큼 세포의 개수를 검출할 수 있다.That is, a pixel group having an area of the representative cell size (A) is formed, and the z-axis length corresponding to the pixel value and the number of cells included in the z-axis length are calculated using the average pixel value of each group and the mapping table. It is possible to detect the number of cells as much as the area of each pixel group.
도 6의 7-1에서 400x400은 하나의 클러스터를 단순화하여 나타낸 것이며, 이때 클러스터는 100x100의 세포 크기(A)를 갖는 세포로 구성되어 있다. 따라서, 100x100 만큼의 면적으로 세포 클러스터 영역을 분할하여 각 영역에 대하여 평균 픽셀값을 계산하고, 픽셀값의 범위에 따라 도 6의 7-2와 같이 총 7단계로 분류할 수 있다.In 7-1 of FIG. 6, 400x400 is a simplified representation of one cluster, and the cluster is composed of cells having a cell size (A) of 100x100. Accordingly, the cell cluster region is divided into 100×100 areas, the average pixel value is calculated for each region, and the cell cluster region can be classified into a total of 7 stages as shown in 7-2 of FIG. 6 according to the range of pixel values.
7단계, 일례로 0~35, 36~71, 72~107, 108~143, 144~179, 180~215, 216~255의 7단계로 분류된 각 픽셀 영역은 세포 크기(A)의 면적으로 분할하였으므로 2D 이미지 상 하나의 세포라고 가정하고, 3D z축까지 고려하여 세포를 계수할 때 맵핑 테이블에 포함된 가중치(지름에 포함된 세포 개수)를 곱하여 세포 개수를 검출할 수 있다.7 levels, for example, 0~35, 36~71, 72~107, 108~143, 144~179, 180~215, 216~255, each pixel area classified into 7 levels is an area of cell size (A). Since it is divided, assuming that it is one cell on the 2D image, and counting the cells by considering the 3D z-axis, the number of cells can be detected by multiplying the weight (the number of cells included in the diameter) included in the mapping table.
도 6의 7-3은 각 단계별 픽셀 영역의 개수를 나타낸 것으로 각 단계는 이에 해당하는 가중치를 가지고 있으며, 각 단계별 픽셀 영역의 개수와 가중치를 곱하여 총 세포의 개수를 검출할 수 있다.7-3 of FIG. 6 shows the number of pixel regions for each step, each step has a corresponding weight, and the total number of cells can be detected by multiplying the weight by the number of pixel regions for each step.
한편, 도 8은 세포 계수 알고리즘에 따른 이미지를 나타낸 것으로, 단일세포 계수시 클러스터를 검출하고 클러스터 내부의 세포를 계수하여 단일세포의 개수를 추정할 수 있다.Meanwhile, FIG. 8 shows an image according to a cell counting algorithm. When counting single cells, clusters are detected and cells inside the clusters are counted to estimate the number of single cells.
즉, 클러스터의 검출은 전술한 클러스터 감지단계에서 검출한 클러스터 영역 정보를 바탕으로 세포 계수를 진행할 수 있다. That is, the detection of clusters may proceed with cell counting based on cluster area information detected in the cluster detection step described above.
또한, 클러스터 내부의 세포 계수는 도 2의 Cluster estimation and extraction에서 검출한 클러스터 영역에 해당하는 픽셀 인텍스를 활용하여 클러스터 영역에 해당하는 픽셀만을 이용하여 히스토그램 평활화를 진행할 수 있다.In addition, for the cell count inside the cluster, histogram smoothing may be performed using only pixels corresponding to the cluster region by utilizing the pixel index corresponding to the cluster region detected in the cluster estimation and extraction of FIG. 2 .
그리고, 클러스터 내부 영역에 대해 명암비를 최대화하게 되면 클러스터 내부에 뭉쳐있는 세포의 구분이 명확해지므로 내부 세포를 검출할 수 있다.In addition, when the contrast ratio is maximized for the inner region of the cluster, it is possible to detect the inner cells because cells clustered inside the cluster are clearly distinguished.
또한, 히스토그램 평활화를 진행한 클러스터 영역에서 클러스터 내부의 개별 세포를 검출하여 개별 세포에 대한 외곽선을 추출하고 각 외곽선 내부 크기를 검출하여 클러스터를 구성하는 세포의 각 크기를 리스트화 할 수 있다. In addition, individual cells inside the cluster are detected in the cluster area where histogram smoothing has been performed, outlines for individual cells are extracted, and the size of each cell constituting the cluster can be listed by detecting the size inside each outline.
예컨데, 만약 내부 세포를 검출한 외곽선(폐곡선)의 개수가 11개라면 [5, 9, 16, 13, 8, 10, 12, 9, 14, 18, 6] 와 같은 리스트를 구성하고, 크기 리스트의 중위값을 추출하며, 추출된 중위값을 개별 세포(하나의 세포)의 대표 크기(A)로 판단할 수 있다.For example, if the number of outlines (closed curves) detected inside cells is 11, a list such as [5, 9, 16, 13, 8, 10, 12, 9, 14, 18, 6] is constructed, and the size list The median value of is extracted, and the extracted median value can be determined as the representative size (A) of an individual cell (one cell).
이후 상기 리스트에서 각 크기를 재나열했을 때 [5, 6, 8, 9, 9, 10, 12, 13, 14, 16, 18] 에서 중위값은 리스트의 중간에 있는 10에 해당하며, 세포의 크기 10(외곽선 내부 픽셀수 10개)을 세포 하나의 대표 크기로 판단할 수 있다.After that, when each size is reordered in the above list, the median value in [5, 6, 8, 9, 9, 10, 12, 13, 14, 16, 18] corresponds to 10 in the middle of the list, and the cell size 10 (10 pixels inside the outline) can be judged as a representative size of one cell.
또한, 단일세포 개수 추정시에는 전술한 영역 분리단계(S30)에서 단일영역세포(R로 표시)의 면적(빨간색으로 표시된 픽셀 수)을 상기 'A'로 나누어 세포의 개수를 도출할 수 있다.In addition, when estimating the number of single cells, the number of cells can be derived by dividing the area (number of pixels marked in red) of single-region cells (indicated by R) by 'A' in the above-described region separation step (S30).
본 발명에 따르면, 전술한 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 벙법을 이용하여 자동 세포 배양기를 제공할 수 있다.According to the present invention, an automatic cell culture device can be provided using the cell culture medium management method through cell image image processing described above.
본 발명에 따른 자동 세포 배양기는, 배양액보관통; 설정된 초기 세포 배양액이 수용되며, 상기 배양액보관통으로부터 배양액을 공급받는 플렉시블 재질의 투명한 배양백; 상기 배양액보관통과 상기 배양백에 연결된 튜브의 압력을 조정하여 상기 배양액보관통으로부터 상기 배양백으로 공급되는 배양액의 공급량을 조절하는 튜브 펌프; 상부에 상기 배양백이 결합되는 투명한 플레이트; 상기 투명한 플레이트의 상부에서 상기 배양백을 개재시킨 상태로 상기 투명한 플레이트와 밀착되어 이동하면서 상기 배양백의 수용량을 조절하는 롤러 모듈; 상기 투명한 플레이트와 연결되어 상기 투명한 플레이트를 흔들어주는 쉐이킹 모듈; 상기 투명한 플레이트의 하부에 이동가능하게 배치되어 상기 배양백 내부의 세포 배양액을 촬영하는 전자 현미경; 및 상기 튜브 펌프, 상기 롤러 모듈, 상기 쉐이킹 모듈 및 상기 전자 현미경을 컨트롤하는 제어기 모듈을 포함할 수 있다.The automatic cell culturing machine according to the present invention includes a culture medium storage container; a transparent culture bag made of a flexible material in which the set initial cell culture medium is accommodated and the culture medium is supplied from the culture medium reservoir; a tube pump for adjusting the supply amount of the culture solution supplied from the culture solution reservoir to the culture bag by adjusting the pressure of the culture solution reservoir and the tube connected to the culture bag; A transparent plate to which the culture bag is coupled to an upper portion; A roller module controlling the capacity of the culture bag while moving in close contact with the transparent plate with the culture bag interposed at the top of the transparent plate; a shaking module connected to the transparent plate to shake the transparent plate; an electron microscope movably disposed below the transparent plate and photographing the cell culture medium inside the culture bag; and a controller module controlling the tube pump, the roller module, the shaking module, and the electron microscope.
상기 제어기 모듈은 상기 전자 현미경을 통해 취득된 영상정보를 상기 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법에 기반하여 처리하고, 처리된 결과를 바탕으로 상기 튜브 펌프와 상기 롤러 모듈 및 상기 쉐이킹 모듈의 동작 상태를 컨트롤할 수 있다.The controller module processes the image information obtained through the electron microscope based on the cell culture medium management method through the cell image image processing, and based on the processed result, the operation of the tube pump, the roller module, and the shaking module state can be controlled.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동 세포 배양기를 설명하도록 한다.Hereinafter, an automatic cell culture device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
도 9는 본 발명에 따른 영상 처리 기술을 활용하는 자동 세포 배양기의 외형을 나타낸다.9 shows an external appearance of an automatic cell culturing device using the image processing technology according to the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 영상 처리 기술을 활용하는 자동 세포 배양기(100)는 용액 케이스(10) 및 외부 케이스(20)에 의해 밀폐되며, 용액 케이스(10)와 접하는 외부 케이스(20)의 상부 내부에 제어기 모듈(140)이 설치된다.Referring to FIG. 9 , the automatic
용액 케이스(10) 및 외부케이스(20)는 스테인리스 재질로 구현하며, 용액 케이스(10)의 내부에는 단열재를 추가로 사용하는 것이 바람직하다.The
도 10은 본 발명에 따른 영상 처리 기술을 활용하는 자동 세포 배양기의 구성의 예이다.10 is an example of the configuration of an automatic cell culturing device using the image processing technology according to the present invention.
도 10을 참조하면, 영상 처리 기술을 활용하는 자동 세포 배양기(100, 이하 자동 세포 배양기)는, 용액 케이스(10)에는 주사기 펌프 모듈(110), 튜브 펌프(120), 펠티어 모듈(130) 및 배양액보관통(135)을 내장하고, 외부 케이스(20)에는 제어기 모듈(140), 내부 모듈(150) 및 내부 공기 순환 팬(160)을 내장한다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10 , an automatic cell cultivator (100, hereinafter referred to as an automatic cell cultivator) utilizing image processing technology includes a
주사기 펌프 모듈(110)은 주사기(112)를 포함한다. 튜브 펌프(120)는 배양액보관통(135)과 배양백(153)을 연결하는 튜브(121)의 중간 부분의 압력을 조정하여 배양액보관통(135)으로부터 배양백(153)의 내부로 전달되는 세포 배양액 및 약품의 양을 조절한다. 펠티어 모듈(130)은 용액 케이스(10)의 내부 온도를 조절한다.The
제어기 모듈(140)은 주사기 펌프 모듈(110), 튜브 펌프(120), 펠티어 모듈(130), 및 내부 모듈(150)을 구성하는 쉐이킹 모듈(153), 롤러 모듈(155), 전자 현미경(157) 및 3차원 스테이지(156)의 동작을 제어하며, 전자 현미경(157)을 통해 입수한 배양백(153)에서 배양 중인 세포의 영상정보를 이용하여 세포 배양 상태를 판단하고, 외부에서 외부 케이스(20)의 내부로 공급되는 이산화탄소(미도시) 및 열원(미도시)을 제어하는 제어장치(141), 외부 케이스의 외면에 장착되어 제어장치(141)에 사용자의 지시를 입력하거나 자동 세포 배양기(100)의 상태를 표시하는 터치 스크린(142) 및 타이머(143)를 포함한다. 타이머(143)는 후술하는 자동 세포 배양 방법을 수행할 때 사용된다.The controller module 140 includes a
투명한 플레이트(152)의 상부에 위치하는 배양백(153)은 튜브(121)를 통해 공급되는 세포 배양액 및 약품을 이용하여 내부에 기투입된 세포를 배양한다. 쉐이킹 모듈(154)은 투명한 플레이트(152)를 흔들어 주며, 롤러 모듈(155)은 왕복 이동하면서 배양백(153)의 상부에 압력을 가함으로써 배양백(153)에서의 세포배양 면적을 조절한다. 3차원 스테이지(156)는 장착해 놓은 전자 현미경(157)을 3차원으로 이동시키며, 내부 공기 순환 팬(160)는 외부 케이스(20) 내부의 공기에 포함되는 오염원을 필터링 하면서 외부 케이스(20) 내부의 공기를 순환시킨다.The
용액 케이스(10) 및 외부 케이스(20)는 튜브(121)가 관통하는 홀(미도시)가 각각 형성되어 있다.The
이하에서는, 자동 세포 배양기(100)의 구성 요소 및 기능에 대해 설명한다.Hereinafter, components and functions of the automatic
도 11은 용액 케이스의 내부를 나타낸다.11 shows the inside of the solution case.
도 11을 참조하면, 용액 케이스(10)의 내부에는 주사기 펌프 모듈(110), 튜브 펌프(120) 및 펠티어 모듈(130)이 내장되어 있다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11 , it can be seen that a
도 12는 용액 케이스의 내부에 설치되는 주사기 펌프 모듈의 일 실시례이다.12 is an example of a syringe pump module installed inside a solution case.
도 12를 참조하면, 주사기 펌프 모듈(110)은, 주사기 프레임(111) 및 주사기(112)를 포함한다. 주사기 프레임(111)에 고정된 펌프(114)가 활성화됨에 따라 이동하는 밀대(113)에 의해 주사기(112)에 유입 또는 배출되는 배양액의 양을 제어할 수 있다. 주사기(112)의 배양액은 튜브(121)를 통해 외부로 유출된다.Referring to FIG. 12 , the
도 13은 튜브 펌프의 일 실시례이다.13 is an embodiment of a tube pump.
도 13을 참조하면, 튜브 펌프(120)는 내부를 경유하는 튜브(121)의 외면에 압력을 가해 튜브(121)를 이용하여 주사기 모듈(110)에서 배양백(153)으로 공급되는 배양액의 양을 조정한다. 배양액의 양 및 배양액의 주입을 모두 자동으로 할 수 있기 때문에, 수동으로 하던 종래의 장치에서 발생하였던 오염원의 유입을 원천적으로 차단할 수 있다. 공급량은 튜브 펌프(120)를 작동하는 모터(미도시)를 세밀하게 조정함으로써 조절할 수 있다.Referring to FIG. 13, the
도 14는 펠티어 모듈 및 펠티어 모듈의 동작 원리를 설명한다.14 explains the Peltier module and the operating principle of the Peltier module.
도 14를 참조하면, 펠티어 모듈(130)은 용액 케이스(10)에 설치되어, 용액 케이스(10)의 내부 공기를 냉각시킴으로써, 용액 케이스(10)의 내부에 위치하는 배양액의 보존 온도를 유지할 수 있도록 한다.Referring to FIG. 14, the
도 15는 내부 모듈의 일 실시례이다.15 is an embodiment of an internal module.
도 15를 참조하면, 내부 모듈(150)은 투명한 플레이트(152, 미도시), 배양백(153), 쉐이킹 모듈(154), 롤러 모듈(155), 3차원 스테이지(156) 및 전자 현미경(157)을 포함하며, 이들은 모두 프레임(151)에 고정되어 있다.Referring to FIG. 15, the
배양백(153)은 투명한 플레이트(152)의 상부에 위치하며, 쉐이킹 모듈(154)은 투명한 플레이트(152)를 흔듦으로써 세포가 배양백(153) 내부에서 골고루 배양되도록 한다. 쉐이킹 모듈(154)은 모터(미도시)에 의해 동작하는 바벨 기어(미도시)를 이용함으로써, 투명한 플레이트(152)를 모터의 다양한 회전력을 이용하여 흔들 수 있도록 한다.The
도 16은 롤러 모듈을 자세하게 도시한 것이다.16 shows the roller module in detail.
도 16을 참조하면, 롤러 모듈(155)은 배양백(153)의 양쪽에 설치되는 가이드 레일(155-1), 양단에 설치된 롤러 브라켓(155-3)을 이용하여 가이드 레일(155-1)을 따라 이동하는 롤러 프레임(155-2) 및 롤러 브라켓(155-3)의 양단 내부에 고정되는 롤러(155-4)를 포함한다. 롤러(155-4)의 면이 배양백(153)의 일 면에서 타 면으로 이동하며, 이동이 이루어짐에 따라 세포배양 면적이 증가하도록 동작하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 16, the
도 17은 3차원 스테이지의 일 실시례이다.17 is an example of a 3D stage.
도 17을 참조하면, 3차원 스테이지(156)는 x-y 방향의 이동 및 x-z 방향의 이동이 가능하므로, 결국 내부 모듈(150)의 내부 3차원 공간의 원하는 곳으로 이동 가능하다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 17 , since the
도면의 간소화를 위해 자세하게 도시되어 있지 않지만, 3차원 스테이지(156)의 상부에 전자 현미경(157)을 설치하도록 하여, 도 8에 도시된 바와 같이 전자 현미경(157)이 배양백(153)의 하부에서 상부 방향으로 영상을 촬영하도록 하는 것이 바람직하다.Although not shown in detail for simplification of the drawing, by installing the
도 18은 내부 공기 순환 팬의 동작 원리를 설명한다.18 explains the operating principle of the internal air circulation fan.
도 18을 참조하면, 프레임(151)에 고정되는 것이 바람직한 내부 공기 순환 팬(160)은 외부 케이스(20)의 내부 공기를 순환시킨다. 내부 공기 순환 팬(160)은 내부 공기가 외부 케이스(20)의 외부로 배출되는 것이 아니라 계속하여 내부를 순환하도록 하며, 이때 내부 공기에 포함된 불순물을 필터링하는 것이 가능하다.Referring to FIG. 18 , an internal
도 19는 본 발명에 따른 세포 배양 방법의 일 실시례이다.19 is an embodiment of a cell culture method according to the present invention.
도 19를 참조하면, 본 발명에 따른 도 11은 본 발명에 따른 세포 배양 방법(1100)은, 검사 타이머 확인 단계(1110), 쉐이커 활용 단계(1120) 및 배양영역 변경단계(1130)를 포함한다.Referring to FIG. 19, the
검사 타이머 확인 단계(1110)에서는, 타이머(143)를 이용하여 미리 정해진 시간 마다 세포 검출 알고리즘인 쉐이커 활용 단계(1120) 및 배양영역 변경단계(1130)를 수행하도록 하며, 정해진 시간이 12시간이라고 가정하면, 매 12시간 마다 세포 검출 알고리즘을 수행하도록 하는 것이 바람직하다.In the test
쉐이커 활용 단계(1120)에서는 배양백(153)의 영상을 이용하여 배양백(153)에서 배양되고 있는 세포의 클러스터링을 검출하여 필요에 따라 쉐이킹 모듈(154, 또는 쉐이커)을 활성화하여 배양백(153)에서 세포가 균일한 분포로 배양될 수 있도록 하며, 영상 생성단계(1121), 영상 처리단계(1122), 클러스터링 검출단계(1123), 쉐이커 구동 판단단계(1124) 및 쉐이커 구동단계(1125)를 포함한다.In the step of utilizing the shaker (1120), the clustering of the cells being cultured in the
영상 생성단계(1121)에서는 전자 현미경(157)이 배양백(153)에서 배양되는 세포를 배양백(153)의 하부에서 촬영하여 취득한다.In the
영상 처리단계(1122)에서는 영상 생성단계(1121)에서 생성한 영상을 처리하게 되는데, 이는 전자 현미경(157)에서 취득한 영상을 이용하여 후술하는 클러스터링 또는 세포의 밀도를 측정하는 것은 정밀도가 떨어지기 때문이다.In the
클러스터링 검출단계(1123)에서는 영상 처리단계(1122)에서 처리한 영상을 이용하여 세포의 클러스터링을 검출한다. 세포의 클러스터링의 크기가 균일하도록 하는 것이 바람직하므로, 이를 확인하기 위해서는 먼저 세포의 클러스터링을 검출하여야 한다.In the
쉐이커 구동 판단단계(1124)에서는 검출한 클러스터링을 미리 설정해 놓은 기준 크기와 비교하며, 검출한 클러스터링의 크기가 기준 크기 이하일 때(1124, No)는 후술하는 배양영역 변경단계(1130)를 수행하도록 한다.In the shaker
쉐이커 구동단계(1125)에서는 검출한 클러스터링의 크기가 기준 크기 이상일 때(1124, Yes)에 쉐이킹 모듈(154, 또는 쉐이커)을 구동하여 클러스터링의 크기를 감소시키도록 한다. 쉐이커 구동단계(1125)가 종료되었을 때에는 영상 생성단계(1121)를 재수행하도록 한다.In the
쉐이커 구동단계(1125)에서 쉐이킹 모듈(154)의 구동 시간 및 RPM 설정 값을 기준할 때, 서로 다른 구동시간 서로 다른 RPM 값을 짝으로 가지는 복수의 진동 모드를 설정하고, 복수의 진동 모드 중 하나를 사용하거나 이들을 조합하여 사용하는 실시례가 가능할 것이다.In the
배양영역 변경단계(1130)에서는 배양백(153)의 영상을 이용하여 배양백(153)에서 배양되는 세포의 밀도로부터 롤러 모듈(155)을 활성화하여 배양백 영역을 증가시키거나, 주사기 펌프 모듈(110) 및 튜브 펌프(120)를 활성화하여 배양백(153)에 배양액을 추가하는 기능을 수행하며, 영상 생성단계(1131), 영상 처리단계(1132), 세포 밀도 검출단계(1133), 배양영역 확장 판단단계(1134) 및 배양영역 확장 & 배양액 추가단계(1135)를 포함한다.In the culture
영상 생성단계(1131)에서는 전자 현미경(157)이 배양백(153)에서 배양되는 세포를 배양백(153)의 하부에서 촬영하여 취득한다.In the
영상 처리단계(1132)에서는 영상 생성단계(1131)에서 생성한 영상을 처리한다.In the
세포 밀도 검출단계(1133)에서는 영상 처리단계(1132)에서 처리한 영상으로부터 세포의 밀도를 검출한다. 배양백(153)에서 배양되는 세포의 밀도는 미리 설정한 기준 밀도를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.In the cell
배양영역 확장 판단단계(1134)에서는 검출한 세포의 밀도를 미리 설정한 기준 밀도와 비교하여, 검출한 세포 밀도가 기준 밀도 이하일 때(1134, No)에는 검사 타이머 확인 단계(1110)를 수행하도록 한다.In the culture area
배양영역 확장 & 배양액 추가단계(1135)에서는 검출한 세포 밀도가 기준 밀도 이상일 때(1134, Yes), 배양영역을 확장하거나 배양액을 추가한다.In the culture area expansion & culture solution addition step (1135), when the detected cell density is equal to or greater than the standard density (1134, Yes), the culture area is expanded or culture solution is added.
이때, 배양백 영역의 증가 비율은 동일한 면적으로 증가시키는 것도 가능하지만, 증가하는 횟수가 증가할 때마다 추가되는 면적을 증가시키는 실시례도 가능하다. 또한, 배양백(153)에 추가되는 배양액도 동일한 양을 추가하는 것도 가능하지만 매 추가시 추가되는 양을 증가시키는 실시례도 가능하다.At this time, it is possible to increase the increase rate of the culture bag area to the same area, but an embodiment in which the area to be added is increased every time the number of increases is also possible. In addition, it is possible to add the same amount of culture medium added to the
도 19에 도시된 복수의 단계(1122, 1123, 1124, 1132, 1133, 1134)는 자동 세포 배양기(100) 내에 설치한 영상처리장치(미도시) 또는 자동 세포 배양기(100) 외부에 설치한 영상처리장치(미도시)를 이용하여 수행하도록 한다. 만일 외부에 설치한 영상처리장치(미도시)를 이용하는 경우라면, 자동 세포 배양기(100)의 내부에 통신 수단(미도시)을 구비하여야 할 것이다.The plurality of
도 20은 본 발명에 따른 배양백의 배양영역 자동조절장치의 일 실시례이다.20 is an example of an apparatus for automatically adjusting the culture area of a culture bag according to the present invention.
도 20을 참조하면, 본 발명에 따른 배양백의 배양영역 자동조절장치(20)는 롤러모듈(201), 배양백(202), 패널(203), 현미경(204) 및 제어장치(205)를 포함하며, 배양 케이스(200)에 의해 밀폐되어 있다.Referring to FIG. 20, the
배양백(202)에는 배양액 및 배양하고자 하는 세포가 있다. 배양백(202) 속에 포함된 세포가 배양액을 이용하여 배양할 때, 배양 초기에는 좁은 면적으로도 충분하겠지만, 세포가 증식되면 배양백(202)의 배양면적을 넓혀야 하는 것은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.In the
본 발명에서는 배양백(202)의 상부에서 배양백(202)에 일정한 압력을 가하는 롤러모듈(201)을 이용하여 배양백(202)의 배양면적을 조절할 것을 제안한다.In the present invention, it is proposed to adjust the culture area of the
배양백(202)은 롤러 모듈(201)의 압력에 의해 휘어지지 않는 투명한 재질의 패널(203)의 상부에 위치하도록 하여, 한편으로는 롤러모듈(201)의 압력으로 배양백(202)의 배양면적을 조정하는 것을 용이하게 하며, 다른 한편으로는 패널(203)의 하부에 위치하는 현미경(204)이 배양백(202)에서의 배양 상황을 모니터할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The
배양백(202)의 내부에 배양액을 공급하는 것은 밀폐된 배양액 보존 케이스(100)에 설치된 배양액 공급 장치(10)를 구성하는 펌프(101), 주사기(102), 튜브펌프(103) 및 배양액보관통(104)을 이용하여 수행한다. 튜브펌프(103)에 압력을 가하여 배양액보관통(104)에 내장한 배양액을 배양백(202)에 전달하며, 이때 배양액 보존 케이스(100)와 배양 케이스(200)에는 일정한 홀(hole; 미도시)이 있어, 튜브가 관통할 수 있도록 하며, 튜브가 통과하는 홀 주변도 밀폐함으로써 배양액의 공급 시 배양액 및 배양 케이스(200)의 오염을 방지할 수 있다.Supplying the culture solution to the inside of the
배양백(202)에 공급되는 배양액의 양을 보다 정밀하게 하기 위해서는 튜브의 중간에 설치되어 통과하는 튜브의 외측에 압력을 가함으로써, 배양액보관통(104)으로부터 배양백(202)에 전달되는 배양액의 전달시기 및 배양액의 전달량을 조정하도록 하는 것이 바람직할 것이다.In order to make the amount of the culture solution supplied to the
제어장치(205)는 롤러 모듈(201) 및 현미경(204)의 동작을 제어한다.The
도 21은 롤러모듈을 이용하여 배양백의 배양면적을 가변하는 상황에 대해 설명한다.21 describes a situation in which the culture area of a culture bag is varied using a roller module.
도 21을 참조하면, 패널(203)의 상부에 안착한 배양백(202)의 상부에 위치하는 롤러모듈(201)이 배양백(202)의 상부에서 일정한 힘으로 배양백(202)의 한쪽을 다른 쪽으로부터 분리한다. 도 21은 패널(203), 배양백(202) 및 롤러모듈(201)이 이동한 상태의 측 단면도이며, D1, D2 및 D3는 배양백(202)의 한쪽 면으로부터 롤러모듈(201)에 의해 결정되는 배양영역의 길이를 의미한다. 여기서, 배양백(202)의 한쪽 면은 튜브를 통해 배양액이 배양백(202)으로 투입되는 면이 되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 21a에서의 배양면적이 가장 좁고, 도 21b 및 도 21c로 갈수록 배양면적이 증가한다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 21, a
상술한 바와 같이, 배양영역 자동조절장치(20)를 구성하는 롤러모듈(201), 배양용기(202), 패널(203) 및 현미경(204)이 밀폐된 배양 케이스(200)에 설치되며, 롤러모듈(201)의 이동을 자동으로 수행하도록 한다면 배양면적을 가변할 때 외부의 오염원이 개입할 수 없게 될 것이다.As described above, the
설명의 편의를 위해, 위에서는 롤러모듈(201)을 마치 롤러와 같이 취급하였는데, 이하에서는 롤러모듈(201)의 구성에 대해 설명한다.For convenience of description, the
도 22는 배양 케이스에 설치된 롤러를 상부의 일 지점에서 본 것이다.22 is a view of a roller installed in the culture case from an upper point.
도 23은 배양 케이스에 설치된 롤러를 상부의 다른 일 지점에서 본 것이다.23 is a view of the roller installed in the culture case from another point on the top.
도 22 및 도 23을 참조하면, 롤러모듈(201)은, 가이드 레일(201-1), 롤러 프레임(201-2), 롤러 브라켓(201-3), 롤러(201-4), 롤러 축(201-5), 벨트(201-6), 나비형 나사(201-7) 및 내벽(201-8)으로 구현할 수 있다.22 and 23, the
하부에 롤러(201-4)를 장착한 롤러 프레임(201-2)은 양쪽 가장자리에 설치된 롤러 브라켓(201-3)을 이용하여 가이드 레일(201-1)을 따라 이동한다. 가이드 레일(201-1)은 내벽(201-8)의 이동 방향을 따라 양쪽 면에 각각 설치된다.The roller frame 201-2 equipped with rollers 201-4 at the bottom moves along the guide rail 201-1 using roller brackets 201-3 installed on both edges. The guide rails 201-1 are installed on both sides of the inner wall 201-8 along the moving direction.
롤러 브라켓(201-3)은 2개의 롤러 축(201-5)을 감싸고 있는 벨트(201-6)를 따라 이동하는 방식으로 롤러 프레임(201-2)을 이동시킬 수 있다. 이외에도, 롤러 브라켓(201-3)은 벨트(201-6)에 고정되어 있고, 벨트(201-6)가 롤러 축(201-5) 사이를 이동함으로써 롤러 프레임(201-2)을 이동시키는 실시례도 가능하다. 첫 번째 실시례에서는 롤러 브라켓(201-3)의 내부에 벨트(201-6)에 형성된 나사산에 대응하는 나사산이 형성된 회전 부재(미도시)가 설치되어야 하며, 회전 부재는 내부에 설치된 모터(미도시)에 의해 동작하게 될 것이다. 두 번째 실시례에서는 2개의 롤러 축(201-5) 중 하나의 롤러 축(201-5)이 모터(미도시)에 의해 회전하고, 다른 하나의 롤러 축(201-5)은 벨트(201-6)의 이동에 따라 자유롭게(freely) 회전하도록 하는 것이 바람직하다.The roller bracket 201-3 may move the roller frame 201-2 in a manner of moving along the belt 201-6 surrounding the two roller shafts 201-5. In addition, the roller bracket 201-3 is fixed to the belt 201-6, and the belt 201-6 moves between the roller shafts 201-5 to move the roller frame 201-2. example is also possible. In the first embodiment, a rotating member (not shown) having threads corresponding to the threads formed on the belt 201-6 should be installed inside the roller bracket 201-3, and the rotating member should have a motor installed therein (not shown). city) will work. In the second embodiment, one of the two roller shafts 201-5 is rotated by a motor (not shown), and the other roller shaft 201-5 is rotated by a belt 201-5. It is preferable to rotate freely according to the movement of 6).
도 24는 롤러 프레임의 가장자리를 확대한 것이다.24 is an enlarged view of the edge of the roller frame.
도 25는 롤러 브라켓의 실시례이다.25 is an embodiment of a roller bracket.
도 24 및 도 25를 참조하면, 롤러(201-4)의 종단에 형성된 롤러 축(201-4a)이 롤러 브라켓(201-3)의 롤러 축 고정홈(201-3a)에 삽입되며, 롤러 프레임(201-2)의 가장자리에는 롤러 축(201-4a)가 장착된 롤러 브라켓(201-3)이 나비형 나사(201-7)에 의해 고정된다는 것을 알 수 있다. 이때 나비형 나사(201-7)가 롤러 축 고정홈(201-3a)에서 아래 방향으로 이동하면서 롤러 축(201-4a)에 압력을 가함으로써 롤러 축(201-4a)을 롤러 브라켓(201-3)에 고정하면서 롤러 브라켓(201-3)을 롤러 프레임(201-2)에 고정할 수 있다.24 and 25, the roller shaft 201-4a formed at the end of the roller 201-4 is inserted into the roller shaft fixing groove 201-3a of the roller bracket 201-3, and the roller frame It can be seen that the roller bracket 201-3 to which the roller shaft 201-4a is mounted is fixed to the edge of 201-2 by thumb screws 201-7. At this time, the thumb screw 201-7 applies pressure to the roller shaft 201-4a while moving downward in the roller shaft fixing groove 201-3a, thereby fixing the roller shaft 201-4a to the roller bracket 201-3a. 3) while fixing the roller bracket 201-3 to the roller frame 201-2.
도 26은 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기의 외부 구조이다. 26 is an external structure of an automated cell culturing apparatus using an inverted electron microscope according to the present invention.
도 27은 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기 구성의 일 실시례이다. 27 is an example of the configuration of an automated cell culture system using an inverted electron microscope according to the present invention.
도 26 및 도 27을 참조하면, 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기는 배양액 보존 케이스(100) 및 배양 케이스(200)에 의해 밀폐되며, 배양액 보존 케이스(100) 내부에 보존하고 있던 배양액은 튜브를 통해 배양 케이스(200)에 전달된다. 26 and 27, the automatic cell cultivator using an inverted electron microscope according to the present invention is sealed by a culture
배양 케이스(200)에는 롤러 모듈(201), 배양백(202), 패널(203), 도립식 전자 현미경(204), 3차원 스테이지(205), 통신모듈(206), 제어장치(207) 및 프레임(208)을 포함한다. The
도 28은 상부의 일 측면에서 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기의 내부 구성의 예이다. Figure 28 is an example of the internal configuration of an automatic cell culturing machine using an inverted electron microscope according to the present invention on one side of the top.
도 29는 상부의 다른 일 측면에서 본 본 발명에 따른 도립식 전자 현미경을 이용하는 자동 세포 배양기의 내부 구성의 예이다. Fig. 29 is an example of the internal configuration of an automatic cell culturing machine using an inverted electron microscope according to the present invention viewed from another upper side.
이하에서는 도 28 및 도 29를 참조하여 자동 세포 배양기의 내부 구성을 설명한다. Hereinafter, the internal configuration of the automatic cell culturing machine will be described with reference to FIGS. 28 and 29 .
롤러 모듈(201)은 배양백(202)의 상부에 위치하여, 내벽(201-1)에 설치된 가이드 레일(201-2)을 따라 이동하면서 롤러(201-3)가 배양백(202)에 일정한 압력을 가함으로써 배양백(202)의 배양영역을 증가시키는 기능을 수행한다. The
배양백(202)은 투명한 패널(203)의 상부에 위치하며, 외부 즉 배양액 보존 케이스(100)에서 튜브(미도시)를 통해 공급되는 배양액을 이용하여 내부에서 세포를 배양한다. 도립식 전자 현미경(204, 미도시)는 3차원 스테이지(205)에 설치되어 투명한 패널(203)의 하부에서 배양백(202)에서 배양되는 세포를 촬영한다. 3차원 스테이지(205)는 배양백(202)의 하부에 형성된 공간을 3차원 방향으로 이동할 수 있다. The
통신 모듈(206)은 도립식 전자 현미경(204)에서 촬영한 영상을 외부로 전송한다. 제어장치(207)는 롤러 모듈(201), 도립식 전자 현미경(204) 및 3차원 스테이지(205)의 동작을 제어한다. 롤러 모듈(201), 투명한 패널(203), 및 3차원 스테이지(205)는 배양 케이스(200)의 내부에 설치된 프레임(208)에 각각 고정된다. The
도 30는 상부의 일 측면에서 본 도립식 전자 현미경과 배양백의 배치 상황의 예이다. Fig. 30 is an example of an arrangement situation of an inverted electron microscope and a culture bag as seen from one side of the top.
도 31은 상부의 다른 일 측면에서 본 도립식 전자 현미경과 배양백의 배치 상황의 예이다. 31 is an example of an arrangement situation of an inverted electron microscope and a culture bag as seen from another side of the upper part.
도 30 및 도 31을 참조하면, 도립식 전자 현미경(204)의 렌즈가 상부 방향으로 영상을 촬영하는 형태로 설치되며, 도립식 전자 현미경(204)의 렌즈가 배양백(202)의 하부를 촬영할 수 있도록 설치되어 있다는 것을 알 수 있다. 30 and 31, the lens of the
상술한 바와 같이, 배양백(202)의 배양 영역은 배양백(202)의 상부에 위치하는 롤러 모듈(201)의 이동에 따라 가변할 수 있고, 미리 정해진 배양영역을 확장할 필요가 있다고 판단할 때 롤러 모듈(201)이 이동하게 될 것이다. As described above, the culture area of the
미리 정해진 배양영역의 확장은 도립식 전자 현미경(204)에서 촬영한 배양백의 세포 배양 상태를 통해 파악할 수 있다. The expansion of the predetermined culture area can be grasped through the cell culture state of the culture bag photographed by the
도 32는 도립식 전자 현미경에서 촬영한 세포의 배양 상태의 예를 설명한다. Fig. 32 illustrates an example of a cultured state of cells photographed under an inverted electron microscope.
도 32를 참조하면, 좌측의 영상의 색상 차를 이용하여 우측 영상을 생성하고, 우측 영상으로부터 세포 픽셀과 배경 픽셀의 개수를 도출하고, 확장 기준을 만족한다고 판단하면 배양 영역을 확장하면 될 것이다. Referring to FIG. 32 , a right image is generated using a color difference between the left image, the number of cell pixels and background pixels is derived from the right image, and the cultivation area is expanded when it is determined that the expansion criterion is satisfied.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시례를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.In the above, the technical idea of the present invention has been described with the accompanying drawings, but this is an exemplary description of preferred embodiments of the present invention, but does not limit the present invention. In addition, it is obvious that anyone skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
10: 용액 케이스
110: 주사기 펌프 모듈
120: 튜브 펌프
130: 펠티어 모듈
135: 배양액보관통
20: 외부 케이스
140: 제어기 모듈
150: 내부 모듈
151: 프레임
152: 투명한 플레이트
153: 배양백
154: 쉐이킹 모듈
155: 롤러 모듈
156: 3차원 스테이지
157: 전자 현미경
160: 내부 공기 순환 팬
100: 배양액 보존 케이스
101: 펌프
102: 주사기
103: 튜브 펌프
104: 배양액보관통
200: 배양 케이스
201: 롤러 모듈
202: 배양백
203: 패널
204: 현미경
205: 제어장치 10: solution case
110: syringe pump module
120: tube pump
130: Peltier module
135: culture medium container
20: outer case
140: controller module
150: internal module
151: frame 152: transparent plate
153: culture bag 154: shaking module
155: roller module 156: three-dimensional stage
157 electron microscope
160: internal air circulation fan
100: culture medium storage case
101: pump 102: syringe
103: tube pump 104: culture medium container
200: culture case
201: roller module 202: culture bag
203: panel 204: microscope
205: control device
Claims (7)
상기 영상정보에 포함된 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 명확하게 하기 위한 히스토그램 평활화단계;
상기 히스토그램 평활화단계를 통한 영상정보에서 픽셀 별 RGB 세 개의 값 중 가장 높은 값을 최대값으로 변환하고, 나머지 두 개의 값은 최소값으로 변환하여 상기 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 더욱 명확하게 구분하는 영역 분리단계;
상기 영역 분리단계를 통한 영상정보의 노이즈를 제거하고 상기 클러스터의 형태를 복원하는 모폴로지 연산단계; 및
상기 모폴로지 연산단계를 통한 이진 영상을 바탕으로 상기 클러스터의 외곽선을 검출하고, 상기 외곽선 내부의 픽셀 개수를 통해 상기 클러스터의 면적을 검출하는 클러스터 감지단계를 포함하는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법.Image information acquisition step of acquiring image information by photographing the cell culture medium through an electron microscope;
a histogram smoothing step for clearly distinguishing the background, single cells, and clusters included in the image information;
In the image information through the histogram smoothing step, the highest value of the three RGB values for each pixel is converted to the maximum value, and the other two values are converted to the minimum value to more clearly distinguish the background, single cell, and cluster area separation step;
a morphology calculation step of removing noise from image information through the region separation step and restoring the shape of the cluster; and
A cell culture solution management method through cell image image processing comprising a cluster detection step of detecting the outline of the cluster based on the binary image through the morphology calculation step and detecting the area of the cluster through the number of pixels inside the outline. .
상기 클러스터 감지단계를 통해 감지된 어느 하나의 상기 클러스터의 면적이 기준값 이상이거나 상기 클러스터의 개수가 기준값 이상이면 상기 세포 배양액을 흔들어주는 쉐이킹 단계를 더 포함하는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법.According to claim 1,
Cell culture medium management method through cell image image processing further comprising a shaking step of shaking the cell culture medium when the area of any one of the clusters detected through the cluster detection step is greater than or equal to a reference value or the number of clusters is greater than or equal to a reference value.
상기 영상정보 취득단계에서는,
전자 현미경을 통해 상기 세포 배양액 중 일부를 촬영하여 영상정보를 취득하며,
상기 클러스터 감지단계를 통해 감지된 상기 클러스터의 면적이 기준값 미만이지만 상기 클러스터의 개수가 기준값 이상일 경우, 상기 세포 배양액의 다른 곳을 촬영하여 영상정보를 취득 후 전술한 단계를 수행하는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법.According to claim 1,
In the image information acquisition step,
Obtaining image information by photographing a part of the cell culture medium through an electron microscope;
When the area of the clusters detected through the cluster detection step is less than the reference value but the number of clusters is greater than the reference value, image information is obtained by photographing other parts of the cell culture medium, and then cell image image processing is performed to perform the above-described steps. Cell culture management method through
상기 영상정보에 포함된 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 명확하게 하기 위한 히스토그램 평활화단계;
상기 히스토그램 평활화단계를 통한 영상정보에서 픽셀 별 RGB 세 개의 값 중 가장 높은 값을 최대값으로 변환하고, 나머지 두 개의 값은 최소값으로 변환하여 상기 배경, 단일세포 및 클러스터의 구분을 더욱 명확하게 구분하는 영역 분리단계;
상기 영역 분리 단계에서 얻어진 영상정보로부터 전체 영상이미지 픽셀 수 대비 상기 배경, 단일세포 및 클러스터가 차지하는 픽셀 수의 비율을 구해 세포의 밀도를 검출하는 세포 밀도 검출단계; 및
상기 세포 밀도 검출단계를 통한 세포 밀도가 기준값 이상일 경우 상기 세포 배양액의 양을 증대시키는 세포 배양액 조절단계를 포함하는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법.Image information acquisition step of acquiring image information by photographing the cell culture medium through an electron microscope;
a histogram smoothing step for clearly distinguishing the background, single cells, and clusters included in the image information;
In the image information through the histogram smoothing step, the highest value of the three RGB values for each pixel is converted to the maximum value, and the other two values are converted to the minimum value to more clearly distinguish the background, single cell, and cluster area separation step;
a cell density detection step of detecting a density of cells by obtaining a ratio of the number of pixels occupied by the background, single cells, and clusters to the total number of pixels of the video image from the image information obtained in the region separation step; and
A cell culture management method through cell image image processing comprising a cell culture medium adjusting step of increasing the amount of the cell culture medium when the cell density through the cell density detection step is greater than or equal to a reference value.
상기 세포 밀도 검출단계에서는,
상기 클러스터 내부의 세포를 계수시,
한 픽셀의 0~255까지의 명도값을 다수의 범위로 구분하고, 구분된 범위에 해당하는 가중치 값을 곱하여 상기 클러스터 내부의 세포를 계수하는 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법.According to claim 4,
In the cell density detection step,
When counting the cells inside the cluster,
A cell culture solution management method through cell image image processing that divides the brightness values of one pixel from 0 to 255 into multiple ranges and counts the cells inside the cluster by multiplying the weight values corresponding to the divided ranges.
배양액보관통;
설정된 초기 세포 배양액이 수용되며, 상기 배양액보관통으로부터 배양액을 공급받는 플렉시블 재질의 투명한 배양백;
상기 배양액보관통과 상기 배양백에 연결된 튜브의 압력을 조정하여 상기 배양액보관통으로부터 상기 배양백으로 공급되는 배양액의 공급량을 조절하는 튜브 펌프;
상부에 상기 배양백이 결합되는 투명한 플레이트;
상기 투명한 플레이트의 상부에서 상기 배양백을 개재시킨 상태로 상기 투명한 플레이트와 밀착되어 이동하면서 상기 배양백의 수용량을 조절하는 롤러 모듈;
상기 투명한 플레이트와 연결되어 상기 투명한 플레이트를 흔들어주는 쉐이킹 모듈;
상기 투명한 플레이트의 하부에 이동가능하게 배치되어 상기 배양백 내부의 세포 배양액을 촬영하는 전자 현미경; 및
상기 튜브 펌프, 상기 롤러 모듈, 상기 쉐이킹 모듈 및 상기 전자 현미경을 컨트롤하는 제어기 모듈을 포함하며,
상기 제어기 모듈은 상기 전자 현미경을 통해 취득된 영상정보를 상기 세포 이미지 영상 처리를 통한 세포 배양액 관리 방법에 기반하여 처리하고, 처리된 결과를 바탕으로 상기 튜브 펌프와 상기 롤러 모듈 및 상기 쉐이킹 모듈의 동작 상태를 컨트롤하는 자동 세포 배양기.According to claim 6,
Culture medium storage container;
a transparent culture bag made of a flexible material in which the set initial cell culture medium is accommodated and the culture medium is supplied from the culture medium reservoir;
a tube pump for adjusting the supply amount of the culture solution supplied from the culture solution reservoir to the culture bag by adjusting the pressure of the culture solution reservoir and the tube connected to the culture bag;
A transparent plate to which the culture bag is coupled to an upper portion;
A roller module controlling the capacity of the culture bag while moving in close contact with the transparent plate with the culture bag interposed at the top of the transparent plate;
a shaking module connected to the transparent plate to shake the transparent plate;
an electron microscope movably disposed below the transparent plate and photographing the cell culture medium inside the culture bag; and
A controller module for controlling the tube pump, the roller module, the shaking module, and the electron microscope,
The controller module processes the image information obtained through the electron microscope based on the cell culture medium management method through the cell image image processing, and based on the processed result, the operation of the tube pump, the roller module, and the shaking module Automated cell incubator with condition control.
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2022
- 2022-10-21 KR KR1020220136538A patent/KR20230057983A/en unknown
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101679602B1 (en) | 2009-09-11 | 2016-11-25 | 다카라 바이오 가부시키가이샤 | Process for production of natural killer cells |
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