KR20230081001A - Method for quantitative analysis of target gene and device using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 및 이를 이용하는 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석 방법은, 공초점형 (confocal) 렌즈 기반의 정량 분석용 디바이스를 이용하여, 표적 유전자 및 형광 물질을 포함하는 미세 액적에 대한 복수의 제1 시트 (sheet) 이미지를 획득하는 단계, 인공 지능 알고리즘 기반의 광학 모델을 이용하여, 복수의 제1 시트 이미지에 기초하여 제2 시트 이미지를 획득하는 단계, 및 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 표적 유전자의 정량 분석을 수행하는 단계를 포함한다.Provided is a device for quantitative analysis of a target gene and a method using the same according to an embodiment of the present invention. A quantitative analysis method of a target gene according to an embodiment of the present invention uses a confocal lens-based quantitative analysis device for a plurality of first sheets for microdroplets containing a target gene and a fluorescent material. ) acquiring an image, acquiring a second sheet image based on a plurality of first sheet images using an artificial intelligence algorithm-based optical model, and based on the fluorescence intensity of microdroplets in the second sheet image and performing quantitative analysis of the target gene.
Description
본 발명은 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 및 이를 이용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for quantitative analysis of a target gene and a method using the same.
생명과학, 유전공학 및 의학 분야 등의 연구개발 및 진단 목적으로 DNA 증폭기술이 광범위하게 활용되고 있으며, 그 중 중합효소 연쇄반응 (Polymerase Chain Reaction; PCR) 을 이용한 DNA 증폭기술이 널리 활용되고 있다.DNA amplification technology is widely used for R&D and diagnostic purposes in life science, genetic engineering, and medical fields, and among them, DNA amplification technology using polymerase chain reaction (PCR) is widely used.
구체적으로, PCR은 분리된 생물학적 시료에 대하여 DNA를 복제하기 위한 분자 생물학 기술로, 다양한 과제, 예를 들면, 감염 질환 (infectious disease) 의 진단, 유전 질환 (hereditary disease) 의 검출, 유전자 지문 (genetic fingerprint) 의 확인, 유전자의 클로닝 (cloning), 친자확인검사 (paternity testing), 유전자형 (genotyping) 확인, 유전자 염기서열 (gene sequencing) 검사 그리고 DNA 컴퓨팅 (computing) 에 일상적으로 이용될 수 있다. Specifically, PCR is a molecular biology technique for replicating DNA from an isolated biological sample, and is used for various tasks, such as diagnosis of infectious diseases, detection of genetic diseases, and genetic fingerprinting. It can be used routinely in fingerprint identification, gene cloning, paternity testing, genotyping, gene sequencing and DNA computing.
특히, 디지털 PCR (Digital Polymerase Chain Reaction; dPCR) 기술은 기존의 시료를 나노 리터 부피의 미세 액적으로 나누고, 그 안에 들어 있는 표적 유전자의 형광 변화를 관찰하는 유전자 검사 방법이다. 이러한 디지털 PCR은, 민감도가 매우 높고 절대 정량 분석이 가능하여 유전자 분석, 바이오 마커 개발, 유전자 염기 서열 분석 등에 있어 그 활용도가 높다.In particular, digital polymerase chain reaction (dPCR) technology is a genetic testing method that divides a conventional sample into nanoliter droplets and observes a fluorescence change of a target gene contained therein. Such digital PCR has high sensitivity and enables absolute quantitative analysis, so it is highly utilized in genetic analysis, biomarker development, gene sequencing, and the like.
한편, 디지털 PCR 기술은 절대 정량 분석이 가능함에 따라, 2세대의 RT (real-time PCR) 의 단점을 보완할 수 있으나, 기하광학 리더기에 기초함에 따라 광 간섭의 발생, 별도의 형광 리더기의 이용, 낮은 형광 강도의 이유로 분석 단계에서 한계가 여전히 존재할 수 있다.On the other hand, digital PCR technology can compensate for the disadvantages of the second-generation real-time PCR (RT) as it can perform absolute quantitative analysis, but it is based on a geometric optical reader, resulting in optical interference and the use of a separate fluorescence reader. , limitations may still exist in the assay step due to the low fluorescence intensity.
따라서, 종래의 디지털 PCR의 한계를 극복하고, 시료 내의 표적 유전자에 대한 정밀도 높은 분석이 가능한, 새로운 표적 유전자의 정량 분석 시스템의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다. Therefore, there is a continuous demand for the development of a novel target gene quantitative analysis system capable of overcoming the limitations of the conventional digital PCR and performing high-precision analysis of the target gene in a sample.
발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다.The background description of the invention has been prepared to facilitate understanding of the present invention. It should not be construed as an admission that matters described in the background art of the invention exist as prior art.
한편, 본 발명의 발명자들은, 종래의 디지털 PCR 기술에서, 표적 유전자의 정량 분석을 위해 PCR 단계가 종료된 미세 액적을 채널 형태의 검출부로 유동시키면서 수행되며, 기하광학 리더기를 기반으로 함에 따른 한계에 주목하였다.On the other hand, the inventors of the present invention, in the conventional digital PCR technology, is carried out while flowing the PCR step-completed microdroplets to a channel-shaped detector for quantitative analysis of the target gene, and is based on a geometric optical reader. noticed.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은, 종래의 디지털 PCR 기술의 경우 검출부로 유동하는 미세 액적 각각에 대한 형광 물질의 강도를 분석함에 따라 분석 시간이 오래 걸리며, 고가의 PMT (Photo Multiplier Tube) 가 필요하고, 액적 재생산이 요구될 수 있으며, 광 간섭의 요인으로 정량 분석의 오차가 발생할 수 있다는 점을 인지할 수 있었다.More specifically, the inventors of the present invention, in the case of the conventional digital PCR technology, analyzes the intensity of the fluorescent substance for each of the microdroplets flowing into the detector, which takes a long analysis time and requires an expensive Photo Multiplier Tube (PMT). It was recognized that droplet reproduction may be required, and errors in quantitative analysis may occur due to light interference.
이에, 본 발명의 발명자들은, 미세 액적에 대한 이미지 기반의 정량 분석이 전술한 문제점을 해결할 수 있음에 주목하였다.Accordingly, the inventors of the present invention paid attention to the fact that image-based quantitative analysis of microdroplets can solve the above problems.
특히, 본 발명의 발명자들은, 표적 유전자와 형광 물질을 포함하는 미세 액적에 대한 이미지를 획득하여 정량 분석을 수행함으로써 종래의 디지털 PCR이 갖는 한계를 극복할 수 있음에 주목하였다.In particular, the inventors of the present invention paid attention to the fact that the limitations of conventional digital PCR can be overcome by acquiring images of microdroplets containing a target gene and a fluorescent material and performing quantitative analysis.
그 결과, 본 발명의 발명자들은, 미세 액적의 유동 없이도 미세 액적 내의 표적 유전자에 대한 검출이 가능하며, 보다 빠른 표적 유전자의 정량 분석이 가능한 미세 액적 이미지 기반의 새로운 표적 유전자 정량 시스템을 개발하기에 이르렀다.As a result, the inventors of the present invention have developed a new target gene quantification system based on microdroplet image, which enables detection of target genes in microdroplets without the flow of microdroplets and enables faster quantitative analysis of target genes. .
이때, 본 발명의 발명자들은, 3D 형태로 재구성된 미세 액적 이미지에 기초하여 정량 분석을 수행하도록 표적 유전자 정량 시스템을 설계할 수 있었다. At this time, the inventors of the present invention were able to design a target gene quantification system to perform quantitative analysis based on the microdroplet image reconstructed in 3D form.
그 결과, 미세 액적, 나아가 미세 액적 내의 표적 유전자에 대한 정밀한 정량 분석이 가능함을 기대할 수 있었다.As a result, it could be expected that precise quantitative analysis of the microdroplet and the target gene in the microdroplet would be possible.
특히, 본 발명의 발명자들은, 미세 액적 단위의 분석이 가능함에 따라, 미량으로 존재하는 바이러스의 검출이 가능하며, 무증상의 바이러스 감염증 환자의 구별이 용이할 것을 기대할 수 있었다. In particular, the inventors of the present invention expected that as minute droplet analysis is possible, it is possible to detect viruses present in trace amounts, and to easily distinguish patients with asymptomatic viral infections.
또한, 본 발명의 발명자들은, 새로운 표적 유전자 정량 시스템에 대하여 인공 지능 기반 알고리즘을 더욱 적용하고자 하였다.In addition, the inventors of the present invention tried to further apply an artificial intelligence-based algorithm to a new target gene quantification system.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은, 저해상도의 이미지를 고해상도의 이미지로 복원하도록 학습된 광학 모델을 새로운 표적 유전자 정량 시스템에 대하여 적용하고자 하였고, 이로 하여금 진단 기술의 고도화가 가능함을 기대할 수 있었다.More specifically, the inventors of the present invention intended to apply an optical model learned to reconstruct a low-resolution image into a high-resolution image to a new target gene quantification system, which could be expected to enable advancement of diagnostic technology.
관련하여, 본 발명의 발명자들은 저성능의 렌즈를 사용하더라도, 표적 유전자에 대한 정밀도 높은 정량 분석이 가능함을 기대할 수 있었다.In this regard, the inventors of the present invention could expect high-precision quantitative analysis of the target gene even when using a low-performance lens.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공초점형 (confocal) 렌즈 기반의 미세 액적에 대한 시트 이미지를 수신하고, 인공지능 알고리즘 기반 광학 모델을 이용하여 고해상도의 시트 이미지를 획득하고 이를 기초로 표적 유전자에 대한 정량 분석을 수행하도록 구성된, 표적 유전자의 정량 분석 방법 및 이를 이용한 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스를 제공하는 것이다. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to receive a sheet image of a microdroplet based on a confocal lens, obtain a high-resolution sheet image using an artificial intelligence algorithm-based optical model, and based on this, a target gene It is to provide a method for quantitative analysis of a target gene configured to perform quantitative analysis on and a device for quantitative analysis of a target gene using the same.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석 방법이 제공된다. In order to solve the above problems, a method for quantitative analysis of a target gene according to an embodiment of the present invention is provided.
본 발명의 일 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석 방법은, 공초점형 (confocal) 렌즈 기반의 정량 분석용 디바이스를 이용하여, 표적 유전자 및 형광 물질을 포함하는 미세 액적에 대한 복수의 제1 시트 (sheet) 이미지를 획득하는 단계, 인공 지능 알고리즘 기반의 광학 모델을 이용하여, 복수의 제1 시트 이미지에 기초하여 복수의 제2 시트 이미지를 획득하는 단계, 및 복수의 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 표적 유전자의 정량 분석을 수행하는 단계를 포함한다.A method for quantitative analysis of a target gene according to an embodiment of the present invention, using a device for quantitative analysis based on a confocal lens, a plurality of first sheets ( sheet) Acquiring an image, using an artificial intelligence algorithm-based optical model, obtaining a plurality of second sheet images based on the plurality of first sheet images, and measuring microdroplets in the plurality of second sheet images. and performing quantitative analysis of the target gene based on the fluorescence intensity.
본 발명의 특징에 따르면, 복수의 제1 시트 이미지를 획득하는 단계는, 튜브 내의 PCR이 완료된 표적 유전자 및 형광 물질을 포함하는 미세 액적에 대한 시트 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.According to a feature of the present invention, acquiring a plurality of first sheet images may include acquiring sheet images of micro droplets including a target gene and a fluorescent material in a tube in which PCR has been completed.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 튜브는 복수 개이고, 복수의 제1 시트 이미지를 획득하는 단계는, 복수 개의 튜브를 일렬로 배치하는 단계, 일렬로 배치된 복수 개의 튜브 각각을 일방향으로 이동하도록 제어하는 단계, 및 일방향으로 이동하는 동안 정량 분석용 디바이스를 이용하여, 미세 액적을 포함하는 튜브에 대한 제1 시트 이미지를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, a plurality of tubes, and obtaining a plurality of first sheet images, arranging the plurality of tubes in a row, controlling each of the plurality of tubes arranged in a row to move in one direction and acquiring a first sheet image of the tube including the microdroplets by using a device for quantitative analysis while moving in one direction.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 방법은, 복수의 제2 시트 이미지를 획득하는 단계 이후에, 복수의 제2 시트 이미지를 기초로 3차원 이미지를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 정량 분석을 수행하는 단계는, 3차원 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 표적 유전자의 정량 분석을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, the method may further include generating a three-dimensional image based on the plurality of second sheet images after the acquiring of the plurality of second sheet images. In this case, performing the quantitative analysis may include performing quantitative analysis of the target gene based on the fluorescence intensity of the microdroplet in the 3D image.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 정량 분석을 수행하는 단계는, 3차원 이미지 내의 형광을 발현하는 미세 액적을 계수하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, performing the quantitative analysis may include counting microdroplets expressing fluorescence in the 3D image.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 정량 분석을 수행하는 단계는, 3차원 이미지 내의 형광 강도에 기초하여, 미세 액적 각각에 대한 표적 유전자의 정량 분석을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, performing the quantitative analysis may include performing quantitative analysis of the target gene for each microdroplet based on the fluorescence intensity in the 3D image.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 방법은, 3차원 이미지를 생성하는 단계 이후에, 미세 액적 각각의 크기를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, the method may further include, after generating the 3D image, determining a size of each microdroplet.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 정량 분석을 수행하는 단계는, 미세 액적에 대한 이미지를 입력으로 하여 미세 액적을 검출하도록 구성된 예측 모델을 이용하여, 복수의 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 개수를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, the performing quantitative analysis may include determining the number of micro-droplets in a plurality of second sheet images by using a predictive model configured to detect micro-droplets by taking an image of micro-droplets as an input. Prediction may be included.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광학 모델은, 학습용 저해상도 이미지를 고해상도 이미지로 재구성하도록 학습하는 단계를 통해 학습된 모델일 수 있다.According to another feature of the present invention, the optical model may be a model learned through the step of learning to reconstruct a low-resolution image for training into a high-resolution image.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 방법은, 학습하는 단계 이후에, 재구성된 고해상도 이미지를 학습용 중해상도 이미지로 전환하는 단계, 및 학습용 중해상도 이미지를 고해상도 이미지로 재구성하도록 재학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, the method further includes, after the learning step, converting the reconstructed high-resolution image into a medium-resolution image for training, and re-learning to reconstruct the medium-resolution image for training into a high-resolution image. can include
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 제2 시트 이미지를 획득하는 단계는, 광학 모델을 이용하여, 복수의 제1 시트 이미지와 기저장된 재구성된 고해상도 이미지를 비교하여, 고해상도의 제2 시트 이미지로 전환하는 단계를 포함할 수 있다.According to another feature of the present invention, the obtaining of a plurality of second sheet images may include comparing the plurality of first sheet images with a pre-stored reconstructed high-resolution image using an optical model to obtain a high-resolution second sheet image. It may include a step of converting to.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스가 제공된다. 상기 디바이스는, PCR (polymerase chain reaction) 이 완료된 표적 유전자 및 형광 물질을 포함하는 미세 액적이 배치된 튜브; 튜브의 적어도 일면에 광을 조사하는 광원; 튜브의 적어도 일면에 대응하는 공초점형 (confocal) 렌즈; 광원을 통해 조사된 광과 상이한 방향에 배치되고, 튜브 내의 미세 액적에 대한 복수의 제1 시트 이미지를 제공하도록 구성된 이미지 센서, 및 이미지 센서와 동작가능하게 연결된 프로세서를 포함한다. 이때, 프로세서는, 인공 지능 알고리즘 기반의 광학 모델을 이용하여, 복수의 제1 시트 이미지에 기초하여 복수의 제2 시트 이미지를 획득하고, 복수의 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 표적 유전자의 정량 분석을 수행하도록 구성된다.In order to solve the above problems, a device for quantitative analysis of a target gene according to another embodiment of the present invention is provided. The device includes a tube in which microdroplets containing a target gene and a fluorescent substance for which polymerase chain reaction (PCR) has been completed are disposed; a light source for radiating light to at least one surface of the tube; a confocal lens corresponding to at least one surface of the tube; An image sensor disposed in a direction different from light emitted through the light source and configured to provide a plurality of first sheet images of the microdroplets in the tube, and a processor operatively connected to the image sensor. At this time, the processor obtains a plurality of second sheet images based on the plurality of first sheet images by using an artificial intelligence algorithm-based optical model, and obtains a plurality of second sheet images based on fluorescence intensities of microdroplets in the plurality of second sheet images. It is configured to perform quantitative analysis of a target gene.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 디바이스는 튜브가 배치되고, 배치된 튜브가 일 방향으로 이동하도록 제어하는, 튜브 제어부를 더 포함할 수 있다.According to a feature of the present invention, the device may further include a tube control unit for controlling the tube to be disposed and to move the disposed tube in one direction.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 프로세서는, 복수의 제2 시트 이미지를 기초로 3차원 이미지를 생성하고, 3차원 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 표적 유전자의 정량 분석을 수행하도록 더 구성될 수 있다.According to another feature of the present invention, the processor is further configured to generate a three-dimensional image based on the plurality of second sheet images, and perform quantitative analysis of the target gene based on the fluorescence intensity of the microdroplets in the three-dimensional image. can
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 프로세서는 3차원 이미지 내의 형광을 발현하는 미세 액적을 계수하도록 더 구성될 수 있다.According to another feature of the present invention, the processor may be further configured to count microdroplets expressing fluorescence in a three-dimensional image.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 프로세서는, 3차원 이미지 내의 형광 강도에 기초하여, 미세 액적 각각에 대한 표적 유전자의 정량 분석을 수행하도록 더 구성될 수 있다.According to another feature of the present invention, the processor may be further configured to perform quantitative analysis of the target gene for each microdroplet based on the fluorescence intensity in the three-dimensional image.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 프로세서는, 미세 액적에 대한 이미지를 입력으로 하여 미세 액적을 검출하도록 구성된 예측 모델을 이용하여, 복수의 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 개수를 예측하도록 더 구성될 수 있다.According to another feature of the present invention, the processor is further configured to predict the number of micro-droplets in the plurality of second sheet images using a predictive model configured to detect the micro-droplets by taking the micro-droplet image as an input. can
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광학 모델은, 학습용 저해상도 이미지를 고해상도 이미지로 재구성하도록 학습하는 단계를 통해 학습된 모델일 수 있다. According to another feature of the present invention, the optical model may be a model learned through the step of learning to reconstruct a low-resolution image for training into a high-resolution image.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other embodiment specifics are included in the detailed description and drawings.
본 발명은, 미세 액적의 유동 없이도 미세 액적 내의 표적 유전자에 대한 검출이 가능한, 미세 액적 이미지 기반의 새로운 표적 유전자 정량 시스템을 제공할 수 있다.The present invention can provide a novel target gene quantification system based on a microdroplet image, capable of detecting a target gene in a microdroplet without flow of the microdroplet.
보다 구체적으로, 본 발명은, 인공 지능 알고리즘에 기초하여 재구성된 고해상도의 미세 액적 이미지에 기초하여 정량 분석을 수행하도록 구성된 표적 유전자 정량 시스템을 제공할 수 있다. More specifically, the present invention can provide a target gene quantification system configured to perform quantitative analysis based on a high-resolution microdroplet image reconstructed based on an artificial intelligence algorithm.
특히, 본 발명은 3D 형태로 재구성된 미세 액적 이미지에 기초하여 정량 분석을 수행하도록 구성된 표적 유전자 정량 시스템을 제공함에 따라, 미세 액적, 나아가 미세 액적 내의 표적 유전자에 대한 정밀한 정량 분석이 가능할 수 있다. In particular, as the present invention provides a target gene quantification system configured to perform quantitative analysis based on a microdroplet image reconstructed in a 3D form, precise quantitative analysis of a microdroplet and a target gene within the microdroplet may be possible.
이에, 본 발명은, 검출 채널로 유동하는 미세 액적 각각에 대한 형광 물질의 강도를 분석함에 따라 분석 시간이 오래 걸리며, 고가의 PMT (Photo Multiplier Tube) 가 필요하고, 액적 재생산이 요구될 수 있으며, 광 간섭의 요인으로 정량 분석의 오차가 발생할 수도 있는 종래의 디지털 PCR 기술이 갖는 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.Therefore, in the present invention, as the intensity of the fluorescent material for each microdroplet flowing into the detection channel is analyzed, the analysis time is long, an expensive Photo Multiplier Tube (PMT) is required, and droplet reproduction may be required. There is an effect that can overcome the limitations of the conventional digital PCR technology that may cause errors in quantitative analysis due to optical interference.
특히, 본 발명은 종래의 디지털 PCR보다, 표적 유전자의 정량 분석 시간을 단축시킬 수 있어, 다량의 시료에 대하여 빠르고 정밀한 분석 결과를 제공할 수 있다. In particular, the present invention can shorten the quantitative analysis time of the target gene compared to conventional digital PCR, and can provide fast and precise analysis results for a large amount of samples.
나아가, 본 발명은 미세 액적 단위의 분석이 가능함에 따라, 미량으로 존재하는 바이러스의 검출이 가능하며, 무증상의 바이러스 감염증 환자의 구별의 용이함을 제공할 수 있다.Furthermore, as the present invention enables analysis in microdroplet units, it is possible to detect viruses present in trace amounts, and it is possible to provide ease of discrimination of patients with asymptomatic viral infections.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.Effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.
도 1a 및 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 이용되는 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스의 구조 및 이의 구성들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스에 기초한 통합 장비의 구성을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2b는 표적 유전자의 존재 여부에 따른 PCR 반응 이후 미세 액적을 예시적으로 도시한 것이다.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스를 이용한 표적 유전자의 정량 분석의 절차를 예시적으로 도시한 것이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스의 광학 모델의 학습 절차를 예시적으로 도시한 것이다.1a and 1b exemplarily illustrate the structure and configurations of a device for quantitative analysis of a target gene used in various embodiments of the present invention.
Figure 2a shows the configuration of integrated equipment based on the device for quantitative analysis of target genes according to various embodiments of the present invention by way of example.
FIG. 2B illustratively shows microdroplets after PCR reaction according to the presence or absence of a target gene.
3a to 3d exemplarily illustrate procedures of quantitative analysis of a target gene using a device for quantitative analysis of a target gene according to various embodiments of the present invention.
4a and 4b exemplarily illustrate a procedure for learning an optical model of a device for quantitative analysis of a target gene according to various embodiments of the present disclosure.
발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. The advantages of the invention, and how to achieve them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.The shapes, sizes, ratios, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings for explaining the embodiments of the present invention are illustrative, so the present invention is not limited to the details shown. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. When 'includes', 'has', 'consists of', etc. mentioned in this specification is used, other parts may be added unless 'only' is used. In the case where a component is expressed in the singular, the case including the plural is included unless otherwise explicitly stated.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the components, even if there is no separate explicit description, it is interpreted as including the error range.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each feature of the various embodiments of the present invention can be partially or entirely combined or combined with each other, and as those skilled in the art can fully understand, various interlocking and driving operations are possible, and each embodiment can be implemented independently of each other. It may be possible to implement together in an association relationship.
본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.For clarity of interpretation of this specification, terms used in this specification will be defined below.
본 명세서에서 사용되는 용어, "시료"는 분석하고자 하는 상의 유체 시료를 의미할 수 있다. 예를 들어, 유체 시료는, 검출 대상을 포함하는 미세 액적, 나아가 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. As used herein, the term "sample" may refer to a fluid sample of a phase to be analyzed. For example, the fluid sample may be a microdroplet containing a detection target, cell lysate, whole blood, plasma, serum, saliva, ocular fluid, cerebrospinal fluid, sweat, urine, milk, ascites fluid, synovial fluid, and peritoneal fluid, It is not limited thereto.
한편, 시료 내의 표적 유전자는, 특정 DNA 또는 RNA일 수 있다. 바람직하게, 표적 유전자는 특정 바이러스에 대한 RNA일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. Meanwhile, the target gene in the sample may be specific DNA or RNA. Preferably, the target gene may be RNA for a specific virus, but is not limited thereto.
본 명세서에서 사용되는 용어, "미세 액적"은 디지털 PCR을 위한 미세 방울로서, 증폭 대상이 되는 표적 유전자 (또는 비표적 유전자), 형광 물질, PCR을 위한 시료를 포함할 수 있다. 나아가, 미세 액적은 PCR이 완료된 표적 유전자와 형광 물질을 포함할 수도 있다. As used herein, the term "micro droplet" is a micro droplet for digital PCR, and may include a target gene (or non-target gene) to be amplified, a fluorescent material, and a sample for PCR. Furthermore, the microdroplet may contain a PCR-completed target gene and a fluorescent material.
이때, 미세 액적은 시료와 비혼화 성질을 갖는 오일의 접촉에 의해 생성될 수 있다.At this time, the fine droplets may be generated by contact between the sample and oil having immiscible properties.
본 명세서에서 사용되는 용어, "공초점형 렌즈"는 특수한 핀홀 (pinhole) 을 사용하여 초점 거리에 일치하는 광학 영상을 선택적으로 제공하는 렌즈로서, 초점 거리의 조절에 따라 3D 이미지의 제공이 가능할 수 있다.As used herein, the term "confocal lens" is a lens that selectively provides an optical image matching the focal length using a special pinhole, and can provide 3D images according to the adjustment of the focal length. .
즉, 공초점형 렌즈와 이미지 센서에 의해 시트 형태의 미세 액적에 대한 이미지의 획득이 가능할 수 있다.That is, it may be possible to acquire an image of sheet-shaped microdroplets by using a confocal lens and an image sensor.
본 명세서에서 사용되는 용어, "시트 이미지"는 3D 형태의 미세 액적을 이루는 복수의 슬라이스 (slice) 이미지를 의미할 수 있다. 이때, 시트 이미지는, 공초점형 렌즈 기반의 디바이스로부터 획득 가능한 이미지로서, 표적 유전자의 증폭이 일어나 형광을 발현하는 미세 액적에 의한 광학 시트 이미지에 대응할 수도 있다.As used herein, the term “sheet image” may refer to a plurality of slice images constituting 3D micro droplets. In this case, the sheet image, as an image obtainable from a device based on a confocal lens, may correspond to an optical sheet image by microdroplets expressing fluorescence due to amplification of a target gene.
한편, 본 발명의 특징에 따르면, 시트 이미지는, 미세 액적을 포함하는 튜브로부터 획득될 수 있다. 즉, 시트 이미지는 미세 액적이 존재하는 튜브의 이미지일 수 있다. Meanwhile, according to a feature of the present invention, a sheet image may be obtained from a tube containing fine droplets. That is, the sheet image may be an image of a tube in which fine droplets exist.
또한, 시트 이미지는 일 방향으로 이동하는 튜브에 대한 스틸 컷 이미지일 수도 있다.Also, the sheet image may be a still cut image of a tube moving in one direction.
본 명세서에서 사용되는 용어, "제1 시트 이미지"는 공초점형 렌즈 기반의 디바이스로부터 획득된 원본의 시트 이미지로서, 표적 유전자 및 형광 물질을 포함하는 미세 액적 (또는, 미세 액적을 포함하는 튜브) 에 대한 시트 이미지를 의미할 수 있다. 이때, 미세 액적은 전술한 바와 같이 PCR 반응에 따라 증폭된 표적 유전자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "first sheet image" is an original sheet image obtained from a device based on a confocal lens, in which a microdroplet (or a tube including the microdroplet) containing a target gene and a fluorescent material is attached. It can mean a sheet image for In this case, the microdroplet may include the target gene amplified according to the PCR reaction as described above, but is not limited thereto.
본 명세서에서 사용되는 용어, "제2 시트 이미지"는 제1 시트 이미지로부터 해상도 (또는, 화질) 가 개선된 이미지를 의미할 수 있다. 즉, 제2 시트 이미지는, 제1 시트 이미지보다 해상도가 높을 수 있다. 따라서, 제2 시트 이미지는, 제1 시트 이미지보다 미세 액적에 대한 정량 분석이 용이할 수 있다. As used herein, the term “second sheet image” may refer to an image whose resolution (or image quality) is improved from the first sheet image. That is, the resolution of the second sheet image may be higher than that of the first sheet image. Therefore, the second sheet image may be easier to quantitatively analyze the microdroplets than the first sheet image.
본 명세서에서 사용되는 용어, "광학 모델"은 저해상도 (또는, 저화질) 의 이미지를 고해상도 (또는, 고화질) 이미지로 변환시키도록 구성된, 인공지능 알고리즘 기반의 모델일 수 있다.As used herein, the term “optical model” may be an artificial intelligence algorithm-based model configured to convert a low resolution (or low quality) image into a high resolution (or high quality) image.
보다 구체적으로, 광학 모델은, 저해상도의 미세 액적에 대한 학습용 이미지를 입력으로 하여, 원래의 고해상도의 미세 액적 이미지로 복원하도록 학습된 모델일 수 있다.More specifically, the optical model may be a model learned to restore an original high-resolution micro-droplet image by taking a low-resolution micro-droplet training image as an input.
즉, 광학 모델은, 제1 시트 이미지를 재구성하여, 고해상도의 제2 시트 이미지를 출력하도록 학습될 수 있다. That is, the optical model can be learned to reconstruct the first sheet image and output a high-resolution second sheet image.
이때, 학습에 이용되는 저해상도의 이미지는, 고해상도의 미세 액적에 대한 이미지 (또는, 미세 액적을 포함하는 튜브 이미지) 가 저해상도로 전환된 이미지일 수 있다.In this case, the low-resolution image used for learning may be an image obtained by converting a high-resolution micro-droplet image (or a tube image including the micro-droplet) into a low-resolution image.
본 발명의 특징에 따르면, 광학 모델은, 컨볼루션 레이어 (Convolutional Layer) 를 사용하는 CNN (Convolutional Neural Network) 기반의 모델일 수 있다. 예를 들어, 광학 모델은 GAN (Generative Adversarial Network) 기반, VDSR (Very Deep Super Resolution) 기반, SRUGAN (Super-Resolution Using a Generative Adversarial Network) 기반, DCGAN (Deep Convolution GAN), iGAN (Interactive GAN) 기반, 또는 StackGAN (Stacked GAN) 기반의 해상도 복원 알고리즘에 기초할 수 있다.According to a feature of the present invention, the optical model may be a convolutional neural network (CNN)-based model using a convolutional layer. For example, the optical model is based on Generative Adversarial Network (GAN), Very Deep Super Resolution (VDSR) based, Super-Resolution Using a Generative Adversarial Network (SRUGAN) based, Deep Convolution GAN (DCGAN), Interactive GAN (iGAN) based , or a resolution restoration algorithm based on StackGAN (StackGAN).
이에, 광학 모델은, 저화질의 이미지를 제공하는 저성능의 렌즈를 이용하는 등의 다양한 촬영 조건에서 미세 액적 내의 표적 유전자에 대한 정밀한 정량 분석 결과를 제공할 수 있다.Thus, the optical model can provide precise quantitative analysis results for target genes in microdroplets under various imaging conditions, such as using low-performance lenses that provide low-quality images.
본 명세서에서 사용되는 용어, "예측 모델"은 미세 액적에 대한 시트 이미지를 입력으로 하여, 이미지 내의 형광을 발현하는 미세 액적의 개수를 예측하도록 학습된 모델일 수 있다.As used herein, the term “prediction model” may be a model trained to predict the number of microdroplets expressing fluorescence in the image by taking a sheet image of microdroplets as an input.
즉, 예측 모델은 이미지 내에서 형광 발현 미세 액적을 검출하여, 표적 유전자의 정량 값을 제공하도록 구성될 수 있다.That is, the predictive model can be configured to provide a quantitative value of the target gene by detecting fluorescence-expressing microdroplets in the image.
이때, 예측 모델은, Segnet, Unet, faster rcnn, FCN 또는 Voxnet 기반의 영상 분할을 위한 딥러닝 알고리즘에 기초할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In this case, the prediction model may be based on a deep learning algorithm for image segmentation based on Segnet, Unet, faster rcnn, FCN, or Voxnet, but is not limited thereto.
이하에서는, 1a 및 1b를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 및 이의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, with reference to 1a and 1b, a device for quantitative analysis of a target gene according to various embodiments of the present invention and its configuration will be described in detail.
도 1a 및 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 이용되는 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스의 구조 및 이의 구성들을 예시적으로 도시한 것이다. 1a and 1b exemplarily illustrate the structure and configurations of a device for quantitative analysis of a target gene used in various embodiments of the present invention.
먼저, 도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 (1000) 는, 미세 액적, 특히 PCR이 완료된 미세 액적과 형광 물질을 포함하는 튜브 (110), 튜브 (110) 가 배치되고, 배치된 튜브를 일 방향으로 이동하도록 제어하는 튜브 제어부 (120), 공초점형 렌즈 (210), 광원 (310), 시트 이미지 제공을 위한 이미지 센서 (400) 및 이와 통신하도록 구성된 프로세서 (500) 로 이루어질 수 있다. First, referring to FIG. 1A, the
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 (1000) 는, 미세 액적을 포함하는 튜브 (110) 의 근접한 위치에 배치된 대물 렌즈 (220a, 220b), 광원의 방향을 전환하는 반사부 (320) 를 더 포함할 수 있다.At this time, the
보다 구체적으로, 광원 (310) 및 반사부 (320) 를 통해 튜브 (110) 상의 미세 액적으로 시트-광이 조사되고, 동시에 튜브 (110) 는 스캐닝을 위해 튜브 제어부 (120) 에 의해 일 방향으로 이동하거나 정지할 수 있다. 이때, 공초점형 렌즈 (210), 대물 렌즈 (220) 및 이미지 센서 (400) 에 의해, 일정한 속도로 이동하거나 정지된 튜브 (110) 에 대한 복수의 제1 시트 이미지가 획득될 수 있다.More specifically, the sheet-light is irradiated into fine droplets on the
한편, 획득된 복수의 제1 시트 이미지는, 미세 액적을 포함하는 튜브에 대한 이미지로서, 표적 유전자의 증폭에 따라, 형광을 발현하는 미세 액적에 대한 광학 시트 이미지에 대응할 수 있다. Meanwhile, the obtained plurality of first sheet images are images of a tube including microdroplets, and may correspond to optical sheet images of microdroplets expressing fluorescence according to amplification of a target gene.
이미지 센서 (400) 로부터 획득된 복수의 제1 시트 이미지는, 이미지 센서 (400) 와 통신하도록 구성된 프로세서 (500) 로 송신되고, 프로세서 (500) 에 의해 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 표적 유전자의 정량 분석이 수행될 수 있다.The plurality of first sheet images obtained from the
이때, 프로세서 (500) 는 인공 지능 알고리즘 기반의 광학 모델에 기초할 수 있다. At this time, the
보다 구체적으로, 수신된 복수의 제1 시트 이미지는, 저해상도 이미지를 고해상도 이미지로 재구성하도록 학습된 광학 모델에 의해 제2 시트 이미지로 전환될 수 있다. 따라서, 이미지 센서 (400) 로부터 저해상도의 이미지가 획득되더라도, 인공지능 알고리즘 기반의 광학 모델에 의해, 고해상도의 시트 이미지의 획득이 가능할 수 있다. More specifically, the received plurality of first sheet images may be converted into second sheet images by an optical model learned to reconstruct low-resolution images into high-resolution images. Therefore, even if a low-resolution image is acquired from the
선택적으로, 프로세서 (500) 는, 재구성된 이미지를 3D 복셀 (voxel), 즉 3D 이미지로 전환한 후 형광이 발현되는 미세 액적의 계수를 수행하도록 구성될 수 있다.Optionally, the
본 발명의 특징에 따르면, 프로세서 (500) 는 3차원 이미지 내의 형광 강도에 기초하여, 미세 액적 각각에 대한 표적 유전자의 정량 분석을 수행하도록 더 구성될 수 있다.According to a feature of the present invention, the
본 발명의 다른 특징에 따르면, 프로세서 (500) 는 미세 액적에 대한 이미지를 입력으로 하여 미세 액적을 검출하도록 학습된 예측 모델을 이용하여, 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 개수를 예측하도록 더 구성될 수 있다. According to another feature of the present invention, the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 (1000) 의 구성 및 이의 위치는 전술한 것에 제한되는 것이 아니다.Meanwhile, the configuration and location of the
예를 들어, 이미지 센서 (400) 는 대물 렌즈 (220b) 의 후면에 위치하는 것에 제한되는 것이 아니라, 광원이 조사된 미세 액적에 대한 시트 이미지를 획득하고, 광원과 상이한 방향 (예를 들어, 수직인 위치) 에 존재할 수 있다. For example, the
나아가, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 (1000) 상에서 공초점형 렌즈 (210) 는 복수 개로 구비될 수 있다. Furthermore, a plurality of
한편, 도 1b를 참조하면, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 (1000') 에서 튜브 (110) 가 복수 개 구비될 수도 있다.Meanwhile, referring to FIG. 1B , according to another feature of the present invention, a
이때, 복수의 튜브 (110) 는 미세 액적의 스캐닝을 위해 튜브 제어부 (미도시) 에 일렬로 배치된 후 시트-광이 조사되는 방향으로 이동할 수 있다. At this time, the plurality of
예를 들어, PCR이 수행되는 동안, 온도 제어를 위해 뭉쳐 있던 복수의 튜브 (110) 는 표적 유전자의 검출 단계에서 튜브 (110) 각각에 대한 분석을 위해 튜브 제어부 상에 일렬로 배치될 수 있다. For example, while PCR is being performed, a plurality of
이때, 복수의 튜브 (110) 는 조사되는 시트-광과 수직인 위치에 배치된 이미지 센서 (400) 사이로 이동할 수 있고, 튜브 (110) 각각의 스틸 컷의 시트 이미지를 획득하기 위해, 스캐닝 동안 일시적으로 멈출 수도 있다. At this time, the plurality of
그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 복수의 튜브 (110) 가 일렬로 배치되어 이동하는 동안 각각의 튜브 (110) 에 대한 시트 이미지가 획득될 수도 있다. However, it is not limited thereto, and while the plurality of
나아가, 튜브 제어부에 의한 튜브 (110) 의 이동 방향은 이미지 센서 (400) 와 평행한 방향에 제한되는 것이 아니며, 보다 다양한 방향으로 설정될 수 있다. Furthermore, the moving direction of the
이상의 구조적 특징에 따라, 미세 액적의 채널 형태의 검출부로의 이동 절차 없이도 PCR이 완료된 미세 액적을 포함하는 튜브의 이미지만으로 분석이 가능함에 따라, 표적 유전자에 대한 정밀하고 빠른 정량 분석이 가능할 수 있다. 나아가, 인공 지능 기반의 광학 모델 및/또는 예측 모델이 적용될 수 있어 표적 유전자 검사의 신뢰성이 향상될 수 있다. According to the above structural features, analysis can be performed only with the image of the tube containing the PCR-completed microdroplets without the process of moving the microdroplets to the channel-shaped detector, enabling precise and fast quantitative analysis of the target gene. Furthermore, since artificial intelligence-based optical models and/or predictive models can be applied, the reliability of target genetic testing can be improved.
이하에서는 도 2a 및 2b를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스가 구비된, 통합형 분석 장비에 대하여 설명한다. 도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스에 기초한 통합 장비의 구성을 예시적으로 도시한 것이다. 도 2b는 표적 유전자의 존재 여부에 따른 PCR 반응 이후 미세 액적을 예시적으로 도시한 것이다. Hereinafter, with reference to FIGS. 2A and 2B, integrated analysis equipment equipped with a device for quantitative analysis of a target gene according to various embodiments of the present invention will be described. Figure 2a shows the configuration of integrated equipment based on the device for quantitative analysis of target genes according to various embodiments of the present invention by way of example. FIG. 2B illustratively shows microdroplets after PCR reaction according to the presence or absence of a target gene.
통합형 분석 장비 (10000) 는, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 (1000) 과 함께 미세 액적 생성 유닛 (2000) 및 PCR 유닛 (3000) 으로 구성될 수 있다.The
보다 구체적으로, 미세 액적 생성 유닛 (2000) 에서 표적 유전자를 포함하는 시료와 오일의 접촉이 유도될 수 있다. 시료와 오일이 접촉하면, 오일로 캡슐화된 복수의 미세 액적이 형성될 수 있다. 이때, 미세 액적은, 표적 유전자를 포함하는 미세 액적이 생성될 수 있다. 이때, 미세 액적은, 표적 유전자, 형광 물질, 나아가 프라이머, 폴리머레이즈 (polymerase) 를 포함할 수 있다. More specifically, in the
미세 액적 생성 유닛 (2000) 으로부터 생성된 미세 액적은 PCR 유닛 (3000) 으로 이동하게 된다. 이때, 미세 액적은, 미리 구비된 튜브 내에 수용될 수 있다. 그 다음, 미세 액적을 미세 액적 내의 표적 유전자의 증폭을 위한 온도 조건 사이클이 제공되고, 그 결과로 튜브 상에 미세 액적은, 증폭된 표적 유전자 및 형광 물질을 포함할 수 있다.The microdroplets generated from the
보다 구체적으로, 도 2b를 함께 참조하면, 바이러스 유전자와 같이 표적 유전자가 포함된 미세 액적은 유전자의 증폭과 함께 형광이 발현할 수 있다.More specifically, with reference to FIG. 2B , microdroplets containing a target gene, such as a viral gene, can express fluorescence along with amplification of the gene.
이와 대조적으로, 비어 있는 미세 액적 및 정상 유전자를 포함하는 미세 액적의 경우 PCR 유닛 (3000) 에 의해 PCR이 수행되었음에도 형광 발현이 일어나지 않을 수 있다. In contrast, in the case of empty microdroplets and microdroplets containing normal genes, fluorescence expression may not occur even though PCR is performed by the
그 다음, PCR이 완료된 미세 액적을 포함하는 튜브는, 튜브 제어부에 의해 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 (1000) 로 이동할 수 있다. Then, the tube containing the microdroplet on which the PCR has been completed may be moved to the
이때, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 (1000) 에 의해 튜브에 대한 복수의 제1 시트 이미지와 고해상도의 제2 시트 이미지가 순차적으로 획득되고, 3차원 이미지가 재구성된다. 그 다음, 재구성된 3차원 이미지로부터 표적 유전자를 포함하는 미세 액적의 개수가 결정된다.At this time, a plurality of first sheet images and a high-resolution second sheet image of the tube are sequentially obtained by the
즉, 통합형 분석 장비 (10000) 는, 표적 유전자를 포함하는 미세 액적의 생성 및 미세 액적 내 표적 유전자의 증폭을 수행할 뿐만 아니라, 표적 유전자의 정량 분석을 수행하도록 구성될 수 있다.That is, the
이에, 사용자의 핸들링 없이 표적 유전자에 대한 분자 생물학적 분석이 가능하여, 신뢰도가 높은 정량 분석 결과가 획득될 수 있다. Accordingly, molecular biological analysis of the target gene is possible without user handling, and thus highly reliable quantitative analysis results can be obtained.
이하에서는, 도 3a 내지 3d를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스를 이용한 표적 유전자의 정량 분석 방법의 절차를 설명한다.Hereinafter, procedures of a method for quantitative analysis of a target gene using a device for quantitative analysis of a target gene according to various embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
도 3a 내지 3d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스를 이용한 표적 유전자의 정량 분석 방법의 절차를 예시적으로 도시한 것이다.3A to 3D exemplarily illustrate procedures of a method for quantitative analysis of a target gene using a device for quantitative analysis of a target gene according to various embodiments of the present invention.
먼저, 도 3a를 참조하면, 먼저, 공초점형 렌즈 기반의 정량 분석용 디바이스로부터, 미세 액적에 대한 복수의 제1 시트 이미지가 획득되고 (S210), 광학 모델에 의해 복수의 제1 시트 이미지에 대한 복수의 제2 시트 이미지가 획득된다 (S220). 마지막으로, 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 표적 유전자의 정량 분석이 수행된다 (S230).First, referring to FIG. 3A , first, a plurality of first sheet images of microdroplets are acquired from a device for quantitative analysis based on a confocal lens (S210), and a plurality of first sheet images are obtained by an optical model. A plurality of second sheet images are obtained (S220). Finally, quantitative analysis of the target gene is performed based on the fluorescence intensity of the microdroplets in the second sheet image (S230).
보다 구체적으로, 도 3b를 함께 참조하면, 복수의 제1 시트 이미지가 획득되는 단계 (S210) 에서, 공초점형 렌즈 기반의 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분석용 디바이스 (100) 에 의해 미세 액적에 대한 복수의 제1 시트 이미지 (612) 가 획득된다.More specifically, referring to FIG. 3B , in step S210 in which a plurality of first sheet images are acquired, microfluids are analyzed by the confocal lens-based device 100 for quantitative analysis according to various embodiments of the present invention. A plurality of
이때, 복수의 제1 시트 이미지 (612) 는 튜브에 대한 이미지에 대응할 수 있다.At this time, the plurality of
나아가, 복수의 제1 시트 이미지 (612) 는 저해상도의 이미지일 수도 있다.Furthermore, the plurality of
그 다음, 제2 시트 이미지가 획득되는 단계 (S220) 에서 복수의 제1 시트 이미지 (612) 가 인공지능 기반의 광학 모델 (510) 에 입력되고, 고해상도의 복수의 제2 시트 이미지 (614) 가 획득된다. 이후, 고해상도의 제2 시트 이미지 (614) 는 3D 복셀로 재구성된다.Then, in step S220 of acquiring second sheet images, the plurality of
즉, 제2 시트 이미지가 획득되는 단계 (S220) 에서 광학 모델 (510) 에 의해 저해상도의 이미지가 고해상도의 이미지로 복원될 수 있다.That is, in the step of acquiring the second sheet image (S220), the low-resolution image may be restored to a high-resolution image by the
이때, 광학 모델 (510) 은 저해상도 (또는, 저화질) 의 이미지를 고해상도 (또는, 고화질) 이미지로 변환시키도록 구성된, 인공지능 알고리즘 기반의 모델일 수 있다.In this case, the
보다 구체적으로, 도 3c를 함께 참조하면, 제2 시트 이미지가 획득되는 단계 (S220) 에서, 미세 액적을 포함하는 튜브에 조사된 시트-광에 의해, 저화질의 복수의 제1 시트 이미지 (612) 가 광학 모델 (510) 에 입력된다. 그 다음, 광학 모델 (510) 은, 학습 단계에서 기저장된 제2 시트 이미지와 입력된 복수의 제1 시트 이미지 (612) 를 비교하여 고해상도의 복수의 제2 시트 이미지 (614) 를 출력한다. 이렇게 출력된 고해상도의 복수의 제2 시트 이미지 (614) 는 3D 복셀로 변환되고, 그 결과 미세 액적에 대한 3D 이미지 (616) 가 획득될 수 있다.More specifically, referring to FIG. 3C , in step S220 of acquiring second sheet images, a plurality of low-quality
다시 도 3a를 참조하면, 표적 유전자의 정량 분석이 수행되는 단계 (S230) 에서 3D 이미지 내의 미세 액적에 대한 형광 강도에 기초하여 표적 유전자에 대한 정량 분석이 수행될 수 있다.Referring back to FIG. 3A , in step S230 where quantitative analysis of the target gene is performed, quantitative analysis of the target gene may be performed based on the fluorescence intensity of the microdroplet in the 3D image.
본 발명의 특징에 따르면, 표적 유전자의 정량 분석이 수행되는 단계 (S230) 에서, 미세 액적에 대한 이미지를 입력으로 하여 미세 액적의 개수를 예측하도록 구성된 예측 모델을 이용하여, 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 검출이 수행될 수 있다.According to the features of the present invention, In the step of performing quantitative analysis of the target gene (S230), the microdroplets in the second sheet image may be detected using a prediction model configured to predict the number of microdroplets by taking the microdroplet image as an input. there is.
보다 구체적으로, 도 3d를 참조하면, 표적 유전자의 정량 분석이 수행되는 단계 (S230) 에서, 재구성된 3D 이미지 (616) 가 인공 지능 기반의 예측 모델 (520) 에 입력되고, 예측 모델 (520) 로부터 표적 유전자 및 형광 물질을 포함하는 미세 액적에 대한 정량 분석 결과 (618) 가 출력될 수 있다.More specifically, referring to FIG. 3D , in the step of performing quantitative analysis of the target gene (S230), the reconstructed
이때, 예측 모델은 미세 액적에 대한 시트 이미지를 입력으로 하여, 이미지 내의 형광을 발현하는 미세 액적을 분할하고, 이로부터 미세 액적의 수를 예측하도록 학습된 모델일 수 있다. In this case, the prediction model may be a model learned to predict the number of microdroplets by segmenting microdroplets emitting fluorescence in the image by taking a sheet image of microdroplets as an input.
본 발명의 특징에 따르면, 예측 모델 (520) 은 Segnet, Unet, faster rcnn, FCN 또는 Voxnet 기반의 영상 분할을 위한 딥러닝 알고리즘에 기초할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to a feature of the present invention, the
이에, 미세 액적에 대한 정량 분석 결과 (618) 는, 3D 이미지 (616) 내에서 형광이 발현된 미세 액적의 영역 분할 결과를 포함할 수 있고, 형광이 발현된 미세 액적, 즉 표적 유전자 및 형광 물질을 포함하는 미세 액적에 대한 계수 결과를 더욱 포함할 수 있다. Accordingly, the quantitative analysis result 618 of the microdroplet may include a result of region division of the microdroplet in which the fluorescence is expressed in the
한편, 본 발명의 특징에 따르면,
표적 유전자의 정량 분석이 수행되는 단계 (S230) 에서, 3차원 이미지 (616) 내의 형광 강도에 기초하여, 미세 액적 각각에 대한 표적 유전자의 정량 분석이 수행될 수 있다.On the other hand, according to the features of the present invention,
In the step of performing quantitative analysis of the target gene ( S230 ), based on the fluorescence intensity in the
즉, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 정량 분석 방법에 의해, 미세 액적 각각에 대한 형광 강도가 결정될 수 있어, 시료 전체에 대한 표적 유전자의 정량 분석뿐만 아니라, 미세 액적 각각에 대한 표적 유전자의 정량 분석이 가능할 수 있다. 이에, 표적 유전자에 대한 정밀한 분석 결과가 제공될 수 있다.That is, the fluorescence intensity of each microdroplet can be determined by the quantitative analysis method according to various embodiments of the present invention, so that not only the quantitative analysis of the target gene for the entire sample, but also the quantitative analysis of the target gene for each microdroplet this could be possible Thus, precise analysis results for target genes can be provided.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 표적 유전자의 정량 분석이 수행되는 단계 (S230) 에서, 형광 강도에 따라 미세 액적 각각에 대한 크기가 결정될 수도 있다.According to another feature of the present invention, In the step of performing quantitative analysis of the target gene (S230), the size of each microdroplet may be determined according to the fluorescence intensity.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 튜브 이미지에 기초한 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스 및 이를 이용한 정량 분석 방법은, 3D 형태로 재구성된 미세 액적 이미지에 기초하여 정량 분석을 수행할 수 있어, 미세 액적, 나아가 미세 액적 내의 표적 유전자에 대한 정밀한 정량 분석 결과를 제공할 수 있다.Therefore, according to various embodiments of the present invention, a device for quantitative analysis of a target gene based on a tube image and a quantitative analysis method using the same can perform quantitative analysis based on a micro-droplet image reconstructed in a 3D form, It is possible to provide accurate quantitative analysis results for the target gene in the droplet, and furthermore, the microdroplet.
특히, 본 발명은, 검출 채널로 유동하는 미세 액적 각각에 대한 형광 물질의 강도를 분석함에 따라 분석 시간이 오래 걸리며, 고가의 PMT (Photo Multiplier Tube) 가 필요하고, 액적 재생산이 요구될 수 있으며, 광 간섭의 요인으로 정량 분석의 오차가 발생할 수도 있는 종래의 디지털 PCR 기술이 갖는 한계를 극복할 수 있다.In particular, as the present invention analyzes the intensity of the fluorescent material for each microdroplet flowing into the detection channel, it takes a long analysis time, requires an expensive Photo Multiplier Tube (PMT), and may require droplet reproduction. It is possible to overcome the limitations of the conventional digital PCR technology, which may cause errors in quantitative analysis due to optical interference.
이하에서는, 도 4a 및 4b를 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 이용되는 광학 모델의 학습 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of learning an optical model used in various embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.
도 4a 및 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스의 광학 모델의 학습 절차를 예시적으로 도시한 것이다.4a and 4b exemplarily illustrate a procedure for learning an optical model of a device for quantitative analysis of a target gene according to various embodiments of the present disclosure.
먼저, 도 4a를 참조하면, 광학 모델의 학습을 위해 미세 액적에 대한 제2 시트 이미지가 획득된다 (S310), 그 다음 제2 시트 이미지가 학습용 저해상도 이미지로 변환된다 (S320). 그 다음, 학습용 저해상도 이미지를 제2 시트 이미지로 재구성하도록 광학 모델이 학습된다 (S330).First, referring to FIG. 4A , a second sheet image of a microdroplet is obtained for learning an optical model (S310), and then the second sheet image is converted into a low-resolution image for learning (S320). Then, the optical model is learned to reconstruct the low-resolution image for training into a second sheet image (S330).
보다 구체적으로, 도 4b를 함께 참조하면, 제2 시트 이미지가 획득되는 단계 (S310) 에서 낮은 FOV (field of view) 의 고해상도 시트 이미지 (712) 가 획득된다. 그 다음, 광학 모델 (510) 의 학습용 데이터를 획득하기 위해, 학습용 저해상도 이미지로 변환되는 단계 (S320) 가 수행된다. 그 결과, 저해상도의 학습용 시트 이미지 (714) 가 획득된다. 이때, 학습 데이터의 다양화를 위해 저해상도의 학습용 시트 이미지 (714) 에 대하여 비율, 크기 등의 다양한 변환이 수행될 수 있다. 그 다음, 학습되는 단계 (S330) 에서 변환된 학습용 시트 이미지 (716) 가 광학 모델 (510) 에 입력되고, 광학 모델 (510) 은 변환된 학습용 시트 이미지 (716) 를 고해상도 시트 이미지 (712) 에 대응하는 이미지로 복원하도록 학습된다. More specifically, referring to FIG. 4B , a high-
즉, 광학 모델 (510) 은 저해상도의 학습용 시트 이미지 (714) 로부터 재구성된 고해상도 시트 이미지 (718) 를 출력하도록 학습된다. 선택적으로, 재구성된 고해상도 시트 이미지 (718) 는 중화질의 시트 이미지 (719) 로 전환되어, 광학 모델 (510) 의 학습에 재이용될 수 있다.That is, the
이상의 절차에 의해 학습된 광학 모델 (510) 은, 저화질의 이미지를 제공하는 저성능의 렌즈 또는 이미지 센서가 구비된 다양한 촬영 조건에서 미세 액적 내의 표적 유전자에 대한 정밀한 정량 분석 결과를 제공할 수 있다.The
이때, 광학 모델 (510) 은 컨볼루션 레이어 (Convolutional Layer) 를 사용하는 CNN (Convolutional Neural Network) 기반의 모델일 수 있다. 예를 들어, 광학 모델은 GAN (Generative Adversarial Network) 기반, VDSR (Very Deep Super Resolution) 기반, SRUGAN (Super-Resolution Using a Generative Adversarial Network) 기반, DCGAN (Deep Convolution GAN), iGAN (Interactive GAN) 기반, 또는 StackGAN (Stacked GAN) 기반의 해상도 복원 알고리즘에 기초할 수 있다.In this case, the
그러나, 광학 모델 (510) 의 학습 절차 및 알고리즘은 전술한 것에 제한되는 것이 아니다. However, the learning procedures and algorithms of the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in more detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and may be variously modified and implemented without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
10000: 통합 분석 장비
1000, 1000': 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스
110: 튜브
120: 튜브 제어부
210: 공초점형 렌즈
220a, 220b: 대물 렌즈
310: 광원
320: 반사부
400: 이미지 센서
500: 프로세서
510: 광학 모델
520: 예측 모델
612: 복수의 제1 시트 이미지
614: 고해상도의 복수의 제2 시트 이미지
616: 재구성된 3D 이미지
618: 정량 분석 결과
712: 고해상도 시트 이미지
714: 저해상도의 학습용 시트 이미지
716: 변환된 학습용 시트 이미지
718: 재구성된 고해상도 시트 이미지
719: 중화질의 시트 이미지
2000: 미세 액적 생성 유닛
3000: PCR 유닛10000: Integrated analysis equipment
1000, 1000': Device for quantitative analysis of target genes
110: tube
120: tube control
210: confocal lens
220a, 220b: objective lens
310: light source
320: reflector
400: image sensor
500: processor
510: optical model
520: prediction model
612: plurality of first sheet images
614: A plurality of high-resolution second sheet images
616: reconstructed 3D image
618: quantitative analysis result
712: high-resolution sheet image
714: low resolution learning sheet image
716: Converted learning sheet image
718: reconstructed high-resolution sheet image
719: medium quality sheet image
2000: micro droplet generating unit
3000: PCR unit
Claims (18)
인공 지능 알고리즘 기반의 광학 모델을 이용하여, 상기 복수의 제1 시트 이미지에 기초하여 고해상도의 복수의 제2 시트 이미지를 획득하는 단계, 및
상기 복수의 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 상기 표적 유전자의 정량 분석을 수행하는 단계를 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법.Acquiring a plurality of first sheet images of microdroplets including a target gene and a fluorescent material by using a confocal lens-based device for quantitative analysis;
Acquiring a plurality of high-resolution second sheet images based on the plurality of first sheet images by using an artificial intelligence algorithm-based optical model; and
And performing a quantitative analysis of the target gene based on the fluorescence intensities of the microdroplets in the plurality of second sheet images.
상기 복수의 제1 시트 이미지를 획득하는 단계는,
유전자 증폭이 완료된 표적 유전자 및 형광 물질을 포함하는 미세 액적을 포함하는 튜브에 대한 시트 이미지를 획득하는 단계인, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 1,
The step of obtaining the plurality of first sheet images,
Acquiring a sheet image of a tube containing a target gene for which gene amplification has been completed and microdroplets containing a fluorescent material, a method for quantitative analysis of a target gene.
상기 튜브는 복수 개이고,
상기 복수의 제1 시트 이미지를 획득하는 단계는,
상기 복수 개의 튜브를 일렬로 배치하는 단계;
일렬로 배치된 복수 개의 튜브 각각을 일방향으로 이동하도록 제어하는 단계, 및
일방향으로 이동하는 동안 상기 정량 분석용 디바이스를 이용하여, 상기 미세 액적을 포함하는 튜브에 대한 제1 시트 이미지를 획득하는 단계를 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 2,
The tube is plural,
The step of obtaining the plurality of first sheet images,
arranging the plurality of tubes in a row;
Controlling each of the plurality of tubes arranged in a row to move in one direction, and
Acquiring a first sheet image of a tube containing the microdroplets by using the device for quantitative analysis while moving in one direction, wherein the target gene is quantitatively analyzed.
상기 복수의 제2 시트 이미지를 획득하는 단계 이후에,
상기 복수의 제2 시트 이미지를 기초로 3차원 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 정량 분석을 수행하는 단계는,
상기 3차원 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 상기 표적 유전자의 정량 분석을 수행하는 단계를 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 1,
After acquiring the plurality of second sheet images,
Further comprising generating a three-dimensional image based on the plurality of second sheet images,
Performing the quantitative analysis,
Comprising the step of performing a quantitative analysis of the target gene based on the fluorescence intensity of the microdroplet in the three-dimensional image, a quantitative analysis method of the target gene.
상기 정량 분석을 수행하는 단계는,
상기 3차원 이미지 내의 형광을 발현하는 미세 액적을 계수하는 단계를 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 4,
Performing the quantitative analysis,
A method for quantitative analysis of a target gene comprising counting microdroplets expressing fluorescence in the three-dimensional image.
상기 정량 분석을 수행하는 단계는,
상기 3차원 이미지 내의 형광 강도에 기초하여, 미세 액적 각각에 대한 표적 유전자의 정량 분석을 수행하는 단계를 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법. According to claim 4,
Performing the quantitative analysis,
Based on the fluorescence intensity in the three-dimensional image, performing a quantitative analysis of the target gene for each microdroplet, a quantitative analysis method of the target gene.
상기 3차원 이미지를 생성하는 단계 이후에,
미세 액적 각각의 크기를 결정하는 단계를 더 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 4,
After generating the three-dimensional image,
A method for quantitative analysis of a target gene, further comprising determining the size of each of the microdroplets.
상기 정량 분석을 수행하는 단계는,
미세 액적에 대한 이미지를 입력으로 하여 미세 액적을 검출하도록 구성된 예측 모델을 이용하여, 상기 복수의 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 개수를 예측하는 단계를 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 1,
Performing the quantitative analysis,
A method for quantitatively analyzing a target gene, comprising predicting the number of microdroplets in the plurality of second sheet images using a prediction model configured to detect microdroplets by taking an image of microdroplets as an input.
상기 광학 모델은,
학습용 저해상도 이미지를 고해상도 이미지로 재구성하도록 학습하는 단계를 통해 학습된 모델인, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 1,
The optical model,
A method for quantitative analysis of a target gene, which is a model learned through the step of learning to reconstruct a low-resolution image for learning into a high-resolution image.
상기 학습하는 단계 이후에,
재구성된 고해상도 이미지를 학습용 중해상도 이미지로 전환하는 단계, 및
학습용 중해상도 이미지를 고해상도 이미지로 재구성하도록 재학습하는 단계를 더 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 9,
After the learning step,
converting the reconstructed high-resolution image into a medium-resolution image for learning; and
Further comprising the step of re-learning to reconstruct a medium-resolution image for learning into a high-resolution image, a method for quantitative analysis of a target gene.
상기 복수의 제2 시트 이미지를 획득하는 단계는,
상기 광학 모델을 이용하여, 상기 복수의 제1 시트 이미지와 기저장된 재구성된 제2 시트 이미지를 비교하여 고해상도의 제2 시트 이미지로 전환하는 단계를 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석 방법.According to claim 9,
The step of acquiring the plurality of second sheet images,
Using the optical model, comparing the plurality of first sheet images and the pre-stored reconstructed second sheet image to convert the high-resolution second sheet image into a quantitative analysis method of a target gene.
상기 튜브의 적어도 일면에 대응하는 공초점형 (confocal) 렌즈;
상기 광원을 통해 조사된 광과 상이한 방향에 배치되고, 튜브 내의 미세 액적에 대한 복수의 제1 시트 이미지를 제공하도록 구성된 이미지 센서, 및
상기 이미지 센서와 동작가능하게 연결된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
인공 지능 알고리즘 기반의 광학 모델을 이용하여, 상기 복수의 제1 시트 이미지에 기초하여 고해상도의 복수의 제2 시트 이미지를 획득하고,
상기 복수의 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 상기 표적 유전자의 정량 분석을 수행하도록 구성된, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스.a light source for radiating light to at least one surface of the tube on which the micro droplets containing the target gene and the fluorescent substance, for which polymerase chain reaction (PCR) has been completed, are disposed;
a confocal lens corresponding to at least one surface of the tube;
An image sensor disposed in a direction different from that of the light irradiated through the light source and configured to provide a plurality of first sheet images of the microdroplets in the tube, and
a processor operatively connected to the image sensor;
the processor,
Obtaining a plurality of high-resolution second sheet images based on the plurality of first sheet images using an artificial intelligence algorithm-based optical model,
A device for quantitative analysis of a target gene, configured to perform quantitative analysis of the target gene based on fluorescence intensities of microdroplets in the plurality of second sheet images.
상기 튜브가 배치되고, 배치된 튜브가 일 방향으로 이동하도록 제어하는, 튜브 제어부를 더 포함하는, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스.According to claim 12,
A device for quantitative analysis of a target gene, further comprising a tube control unit for controlling the tube to be disposed and to move the disposed tube in one direction.
상기 프로세서는,
상기 복수의 제2 시트 이미지를 기초로 3차원 이미지를 생성하고, 상기 3차원 이미지 내의 미세 액적의 형광 강도에 기초하여 상기 표적 유전자의 정량 분석을 수행하도록 더 구성된, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스.According to claim 12,
the processor,
A device for quantitative analysis of a target gene, further configured to generate a three-dimensional image based on the plurality of second sheet images, and perform quantitative analysis of the target gene based on the fluorescence intensity of microdroplets in the three-dimensional image.
상기 프로세서는,
상기 3차원 이미지 내의 형광을 발현하는 미세 액적을 계수하도록 더 구성된, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스. According to claim 14,
the processor,
A device for quantitative analysis of a target gene, further configured to count microdroplets expressing fluorescence in the three-dimensional image.
상기 프로세서는,
상기 3차원 이미지 내의 형광 강도에 기초하여, 미세 액적 각각에 대한 표적 유전자의 정량 분석을 수행하도록 더 구성된, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스.According to claim 14,
the processor,
A device for quantitative analysis of a target gene, further configured to perform quantitative analysis of the target gene for each microdroplet based on the fluorescence intensity in the three-dimensional image.
상기 프로세서는,
미세 액적에 대한 이미지를 입력으로 하여 미세 액적을 검출하도록 구성된 예측 모델을 이용하여, 상기 복수의 제2 시트 이미지 내의 미세 액적의 개수를 예측하도록 더 구성된, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스.According to claim 12,
the processor,
The device for quantitative analysis of a target gene, further configured to predict the number of microdroplets in the plurality of second sheet images using a prediction model configured to detect microdroplets by taking an image of microdroplets as an input.
상기 광학 모델은,
학습용 저해상도 이미지를 고해상도 이미지로 재구성하도록 학습하는 단계를 통해 학습된 모델인, 표적 유전자의 정량 분석용 디바이스.According to claim 12,
The optical model,
A device for quantitative analysis of a target gene, which is a model learned through the step of learning to reconstruct a low-resolution image for learning into a high-resolution image.
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