Abstract


The Division of Medical Entomology, Korea National Institute of Health (KNIH), and Korea Centers for Disease Control and Prevention (KCDC) have jointly sponsored the development of an Auto Remote-Counting System for Mosquito Surveillance through an outsourced project. To track mosquitoes, this automatically-controlled system is composed of the following functions: collection, image capturing, counting, and identification. In order to develop this system, CO2 gas was selected as the attractant while the circular air flow was calculated for effective mosquito collection. The screen fixing method was devised to obtain the mosquito images. These obtained images were stored in the computer’s server and the data gathered were used for analysis and counting. Furthermore, the system was developed to be compatible with the 'Vector Control Management System using Geographical Information System' that is utilized in several Heath Service Centers. Through the development of the vector surveillance system, it has become faster and more efficient to produce high-quality information that may be utilized to effectively manage vector-borne diseases.



Ⅰ. 들어가는 말

  모기는 사람에게 말라리아, 사상충, 뇌염, 뎅기열, 황열 등을 매개하는 매우 위험한 곤충이다. 또한 알을 낳기 위해 필수적인 혈액을 섭취하기 위한 흡혈활동으로 사람들을 매우 불쾌하게 하고 성가시게 한다[1, 2].
모기가 매개하는 질병을 방제하고 관리하기 위해서 필요한 기본 정보를 확보하기 위해 가장 우선적으로 실시하는 것이 모기의 감시이다. 모기감시는 발생밀도, 분포, 병원체 감염 등을 포함한다. 지금까지의 모기 감시는 주로 조사지역에 유문등(誘蚊燈) 등 채집기구를 설치하여 모기를 채집하고 채집된 모기를 맨눈, 현미경 또는 분자생물학적 기법을 이용하여 종류를 분류동정 하여 시간 및 시기별 발생밀도를 측정하고 지역적 발생분포를 확인하는 방법으로 수행되어 왔다. 따라서 수시로 일어나는 모기의 발생밀도와 분포를 실시간으로 감시하기 위해서는 사람이 현장에서 모기를 직접 채집해야 하고, 이를 실험실로 조심스럽게 운반해야 하는 등 많은 인력과 시간이 수반되어야 감시가 가능하다.

이번에 질병관리본부 국립보건연구원에서 개발한 감염병 매개모기 원격 계측기는 사람이 현장에서 직접 채집하여 운반 하는 과정을 기계적 장치와 통신을 이용해 가능하도록 한 신개념 감시시스템이라 할 수 있다. 모기에 대한 원격 계측기 개발은 2010년까지 모기만 선별되어 계측기 안으로 채집되어 들어오는 개체를 자동 센서에 의해 숫자만 계측되어 자동으로 전송되는 1세대 제품을 개발하였으며[3], 최근에는 모기의 개체 수만 계측할 수 있는 것이 아닌, 모기 종류별 형태적 분석을 통해 모기를 분류할 수 있도록 2세대 계측기를 개발하고자 하였다[4, 5]. 2세대 계측기는 현재 모기를 완벽하게 구별하여 낼 수 있는 수준은 아니나 계측기에서 획득된 이미지가 자동으로 전송되어 컴퓨터 서버에 저장되고 이것을 실험실이나 사무실에서 분석할 수 있는 단계에 이르렀다. 현재 모기의 개체 수만 계측 되는 모기 원격 계측기는 질병관리본부 국립보건연구원에서 개발한 지리정보를 이용한 방역지리정보시스템과 연동하여 시스템을 운영하고 있는 보건소에서 모기 방제를 위한 감시에 현장 활용하고 있다. 향후 정밀한 이미지 분석 등 추가적인 연구개발 및 보완을 통해 자동으로 모기를 분석할 수 있는 기술이 완료될 경우 감염병 매개모기의 발생감시에 획기적인 전환점을 맞이할 것으로 판단된다. 본 글은 지금까지 연구 개발된 감염병 매개모기에 대한 원격계측기 개발 전반에 대한 내용을 소개하고자 한다.

Ⅱ. 몸말


  감염병 매개모기 원격 계측기의 개발을 위한 기본 요건으로 1) 모기 선택적 유인력이 있어야하고 2) 유인된 모기의 포집 효율이 우수하여야 하며 3) 포집모기 영상을 획득할 수 있는 기능의 기계적 구조이어야 한다. 이를 위해 1) 모기 전용 유인제인 CO2를 사용하였고 2) Body-Landing보다 비교우위의 포집효율을 확보하기위해 Circle Flow 흡입 방식을 개발하였으며 3) 포집모기를 투명 천공판위에 공기의 힘으로 고정하여 촬영하는 영상 취득 방법을 개발하였다.

감염병 매개모기 원격 계측기에서 획득한 포집 모기 영상은 1) 유·무선 통신으로 컴퓨터 서버(computer server)로 보내지고 2) DB server에 저장되며 3) 영상 분석 server에서 분류/동정/계수 과정을 거쳐 데이터가 생성되고 4) 디지털 모기 계측·관리 프로그램의 PC에 연동되어 소비자(관리자)에 모기 계측 정보가 제공되는 시스템이다. 이러한 기능을 갖춘 감염병 매개모기 원격 계측기를 개발하였다.

  모기 유인 물질 탐색
  모기의 유인 요소(물질)를 찾기 위하여 모기 흡혈원 탐색 요인을 분석하였고 흡혈 대상인 사람에서 확산되어 나오는 다양한 물질 중, 모기에 특화된 물질을 선택하였으며, 모기 유인 선택성 증대를 위하여 이산화탄소를 주 유인제로 사용하였다. 체취(젖산, 헥산, 옥테놀, 등)는 유인영역은 넓으나 모기 이외 타 곤충의 유인이 많아 선택성을 저해하여 본 시스템에 적용할 유인체에서 제외하였다. 모기는 빛(블랙라이트, UV-Light (356nm))에 유인되어 유인은 유인효율이 낮고 모기 선택성이 없어 제외하였다. 체온과 체습은 모기에 의한 물림을 높일 뿐 모기 유인 효율과의 연관은 더 많은 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 추가적으로 유인제의 확산과 공기 흐름에 민감한 모기의 유인을 위해 흡/배출 바람에 의한 유인효율을 높였다.


  모기 포집방법 개발
  날아다니는 모기를 채집하기 위하여 비래 매질(공기)을 흡입함으로 유인된 모기를 포집하는 방법을 사용하였으며 기회 접근하는 타 비래곤충의 비율을 낮추기 위하여 Bottom-Up 방법을 사용하였다(Figure 1). Top-Down 방식은 포집양은 많을 수 있으나 기회 접근된 타 곤충의 흡입이 가능하고 Side-Down 방식은 유인제의 적용이 난해한 문제가 있었다. 끈끈이 채집 방법과 전기충격 채집 방법은 개체의 훼손과 개체분리의 어려움이 있어 연구개발 목적과 부합하여 제외하였다.

  유인 포집 모기 고정 촬영 방법 개발
  모기 흡입통은 유인 모기 흡입부, 흡입 포집된 모기를 모으는 포집망, 모기를 잠시 고정하고 촬영하는 촬영부/ 빔 센서부로 구성하였다. 모기 영상을 촬영하기 위해 이산화탄소에 의해 유인된 모기가 흡입되면 모기 흡입 통로를 통해 이동하고 공기의 흡입력에 의해 필터망으로 되어있는 곳에서 고정되게 된다. 이렇게 고정된 영상은 카메라로 촬영되고 동시에 필터망이 회전되어 붙어 있는 모기는 포집망으로 들어가게 되고 회전된 필터망은 뒤이어 들어오는 모기를 고정하기 위해 준비상태가 된다. 모기의 고정과 촬영은 이와 같은 방식의 반복으로 이루어지도록 개발되었다.

  모기 분류동정을 위한 이미지 분석 개발
  카메라를 이용해 확보되어 서버에 보관된 이미지를 종류별로 구별하기 위한 분석법으로 다음과 같은 단계를 거쳐 분석 하였다. 1) 가우시안 필터를 이용한 노이즈 제거, 2) 영상축소를 이용한 고주파 노이즈 제거, 3) 개체 크기에 따른 분류, 4) 정규 분포를 이용한 패턴 분석으로 모기 후보군 검출, 5) 배경 및 무생물 제거, 6) 기타 곤충 및 이물질 제거, 7) 검출된 개체의 변형 히스토그램에 의한 분류 및 동정.

이러한 분석 방법을 통해 모기 종류별로 구분되지는 않으나 모기의 공통된 특징을 나타내는 아래와 같은 3-4개의 그룹으로 구별되는 결과를 얻었다. 검출된 개체에서 추출한 히스토그램에서 파란색의 그래프가 다른 색의 그래프와 다른 것을 알 수 있다. 밝기에 따라서 그래프의 모양과 위치가 다르게 나타났다. 이것을 보정하기 위해서 하위(왼쪽부분) 75이하에서 최대값을 구하여 최대값 이하에서 비교하는 방법을 선택하였다. 그 결과 파란색과 회색의 일치도가 흰줄 숲모기(0-2%), 토고 숲모기(8-12%), 빨간 집모기(20-62%), 얼룩날개 모기(20-35%)의 분포를 보였다. 빨간 집모기와 얼룩날개 모기의 분류는 그래프의 패턴을 분석하여 분류를 하였다(Figure 3).

모기의 영상을 정확하게 구별할 수 있는가는 본 시스템의 정확도와 활용범위를 결정하는 중요한 개발요소이다. 영상을 분석하는 기술은 본 연구 개발을 통해 시도된 방법 외에도 많은 것들이 있을 것이다. 본 시스템의 완성도를 높이기 위해 향후 다양한 분석기술을 적용하는 연구가 필요할 것이다.

Ⅲ. 맺는말


  기후변화(온난화), 이동수단의 발전, 지구 자연환경의 변화에 기인한 감염병의 발생, 전파 양상이 인간의 건강에 대단한 영향을 주고 있다. 특히 북반부에 위치하면서 기후변화에 많은 영향을 받는 것으로 주목받고 있는 우리나라의 경우, 기후 조건에 민감하게 반응하는 곤충에 의해 매개 전파되는 질환의 위험성이 점차 높아지고 있고 따라서 감염병 매개체에 대한 관리 감시가 매우 중요해졌다. 특히 대표적인 감염병 매개체인 모기의 관리, 감시, 통제가 객관화되고 효율적이며 일관된 정보를 신속 정확하게 생산하는 시스템이 무엇보다 중요해 졌다. 모기의 종별 발생 상황을 실시간으로 파악함으로써 모기 예보가 가능하고 모기 방제 지시와 방제 결과의 판정을 객관화 할 수 있는 활용성이 다양할 것이며 이러한 기술은 다양한 매개체 관리, 감시 기술로 발전이 가능할 것이다. 앞서 들어가는 말을 통해 언급했던 바와 같이 본 모기 계측기 개발은 사람이 현장에서 직접 채집하여 운반하는 과정을 기계적 장치와 통신을 이용해 가능하도록 하고 나아가 모기 종까지 식별할 수 있도록 하는 신개념 감시시스템이다. 이러한 감시체계의 실현은 보다 신속하고 효율적이며 양질의 매개체 감시정보 생산이 가능하게 되어 감염병 매개체 전파질환 방제관리에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.


Ⅳ. 참고문헌


1. 이한일. 2012. 위생곤충학. 고문사. 475 pp.
2. Marquardt WC et al. 2005. Biology of Disease Vectors. Elsevier Academic Press. 785 pp.
3. 이희일, 신이현, 박찬, 조동구, 김예경, 우선옥, 황택근. 2010. 포집율이 향상된 모기채집기. 특허 제10-1047594호. 특허청.
4. 신이현, 이욱교, 장규식, 노종열, 이희일, 유재승, 이훈복. 2013. 유인감지 모기채집기. 특허 제 10-1258655호. 특허청.
5. 주영란, 박미연, 신이현, 이욱교, 노종열, 유재승. 2014. 영상촬영기능을 갖춘 포충기. 2014. 특허 제 10-1476256호. 특허청.