한국어병학회지제 23 권제 3 호 J.Fish Pathol., 23(3) : 379~388 (2010) 넙치, Paralichthys olivaceus 질병진단프로그램의설계및구현 한창민ㆍ정성주ㆍ오명주ㆍ한순희ㆍ박정선 전남대학교친환경어류양식연구센터 Design and implementation of olive flounder Paralichthys olivaceus disease diagnosis program ChangMin Han, SungJu Jung, MyungJoo Oh, Soonhee Han and JeongSeon Park Eco Aquafarm Research Center, Chonnam National University 1) This paper presents a computer program for easy and rapid disease diagnosis of olive flounder diseases. To design the program, standard diagnosis process of the 14 olive flounder diseases was first setup, then implemented foursteps diagnosis program. To run program, first input fundamental information such as water temperature, size of the diseased fish. Then sequentially, three categories of key factors for disease diagnosis which include external clinical signs, internal clinical signs and microscopic observations are selected. When a user selects the observed signs of olive flounder from the listed options, the program provides maximum 5 presumed disease candidates in order. The disease information, treatment and prevention methods are provided by connected web server through internet. The program would support fish doctors and farmers by providing easy and rapid diagnosis of diseased olive flounder. Key words :Olive flounder Paralichthys olivaceus, Disease diagnosis, Program 양식장의넙치에서질병이발생하였을때빠른진단을위한어류질병진단프로그램을개발하였다. 진단프로그램을설계하기위하여우선넙치에서발생하는 14종의질병에대한표준진단과정을정의하고, 이로부터 4단계의진단과정을기본으로한진단프로그램을구현하였다. 진단을위하여수온과어체크기의기본정보를입력하고, 외부증상, 내부증상, Corresponding author : JeongSeon Park Department of Multimedia, Chonnam National University, Mipyong 386, Yeosu, Chonnam 550749, Korea Tel : +82616597444 Fax : +82616597449 Email : jpark@chonnam.ac.kr 현미경관찰결과를순차적으로선택하는단계로구성하였다. 사용자가각단계에서제시된항목으로부터관찰된증상의선택을완료하면, 프로그램은정확성이가장높은후보질병을포함하여최대 5개의질병명을제시하고그에따른질병정보및대처방안을제공한다. 구현된넙치질병진단프로그램을사용함으로써수산질병관리사또는사육관리인이쉽고빠르게질병을진단하고대처할수있을것이다.
380 한창민ㆍ정성주ㆍ오명주ㆍ한순희ㆍ박정선 서론 IT기술의발달과함께여러산업분야는물론농업, 어업과같은 1차산업에서활용하는사례가점차로보고되고있다. 최근들어, 양식업에서양식장수조의수온, 용존산소, ph, 염도등을센서로측정하고모니터링함으로써적절한사육환경상태를유지할수있도록하고조절할수있는시스템이소개되고있다 ( 서정현등, 2007). 어류양식업에있어서환경적인요소들과함께중요한것은양식어류가질병에걸렸을때이를빨리진단하고판별하는것이다. 이는어류의질병에대한대책을빠르게마련함으로써어류질병이확산되는것을미연에방지하고최소화하기위함이다. 양식어류에서발생하는질병은물을통해빠른속도로확산되므로, 보다신속한진단과수질오염을막을수있는정확한약제의사용이필요하다. 따라서수산질병관리사나현장의어민들이양식어류에이상증상이발견되었을때보다빨리질병을진단하고대처할수있도록하기위한어류질병진단프로그램을개발한다면유용하게사용할수있을것이다. IT기술을접목하여어류의질병을진단하는예로, 국립수산과학원어병정보센터 (http://fdcc.nfrdi.re.kr) 에서는어류질병에대한정보와함께질병어류의사진을올리면진단결과를 SMS로알려주는화상진단서비스를제공하고있다. 또한친환경어류양식연구센터에서는질병명을인덱스로하여질병에대한정보, 예방대책, 치료법등을알려주는웹페이지를구축 (http://earc.chonnam.ac.kr/disease/) 하여제공하고있다 ( 김해란등, 2008). 그러나국립수산과학원어병정보센터의경우는진단의기초자료와결과를 IT를이용하여전송하는것으로질병의진단에필요한판단은질병전문가가해야하며, 친환경어류양식 연구센터에서제공하는어병정보는모든질병에대한정보를다읽어정리한후에야후보질병을선정할수있어전문가가아니면정보를소화하여활용하기어려운단점이있다. 본연구에서는대표적인양식어류인넙치를대상으로질병의증상을비롯한관찰결과를순차적으로프로그램에입력하면입력된정보를프로그램이종합하여후보질병명을알려주는넙치질병진단프로그램을개발하였으므로보고한다. 재료및방법대상질병넙치의질병인상피증생증 (viral epithelial hyperplasia disease), 버나바이러스병 (aquabirnavirus disease), 림포시스티스병 (lymphocysti disease), 넙치랍도바이러스병 (Hirame rhabdoviral disease), 바이러스성출혈성패혈증 (viral hemorrhagic septicemia), 바이러스성신경괴사증 (viral nervous necrosis), 에드워드병 (edwardsiellosis), 활주세균증 (gliding bacterial disease), 비브리오병 (vibriosis), 연쇄구균증 (streptococcosis), 장관백탁증 (bacterial white enteritis), 백점병 (white spot disease), 트리코디나 (trichodinosis) 및스쿠티카증 (scuticociliatosis) 을포함하는 14가지질병에대한증상및대책에대한정보는수산생명질병학 ( 박성우, 오명주, 2008) 와수산생물질병진단지침서 ( 김진우등, 2005) 의내용을바탕으로정리하였다. 프로그램개발넙치질병진단프로그램은개인용컴퓨터상에구현하였으며, 컴퓨터의 CPU는 Intel(R) Core(TM) Quad CPU Q9400이며메모리는 2GB이다. 프로그램개발도구는 MicroSoft Visual Studio 2005 환경에서
넙치, Paralichthys olivaceus 질병진단프로그램의설계및구현 381 Visual C++ 언어와영상처리를위한공개소스라이브러리인 OpenCV 2.0을사용하였다. 또한질병진단정보를표현하기위해서데이터베이스관리시스템인 MySQL 5.0을사용하여데이터베이스를구축하였다. 결과진단프로그램을위한질병정보넙치에서발병하는대표적인 14종의질병에대하여진단에필요한항목과증상들을각진단단계별로 정리하여이정보를기초로진단프로그램을개발하였다 (Table 1). 어체의크기, 수온의기본정보와함께외부증상, 해부소견그리고광학현미경관찰결과와함께확정진단을위하여필요한정보를포함하고있다. 진단정보를데이터베이스화하기위해테이블을구성하고데이터베이스에 14종의질병에대한증상자료를등록하였다 (Table 2). 본연구에서는 Mysql 5.0 버전의 DBMS(DataBase Management System) 를사용하였다. Table 1. Disease and its clinical signs of the disease used for the development of disease diagnosis program 질병명 상피증생증 버나바이러스병 림포시스티스병 넙치랍도바이러스병 바이러스성출혈성패혈증 어체크기 자어, (30 일령이하 ) 자어,, 프로그램설정수온 ( 발병수온 ) 1623 (1820 ) 1623 (1820 ) 외부증상 지느러미가장자리백탁, 복부함몰, 성장불량, 체색흑화 비정상유영, 복부팽만, 두부발적 체표종양, 8 이상지느러미종양, (1025 ) 주둥이종양 815 (1015 ) 820 (1018 ) 지느러미출혈, 체표의출혈, 복부팽만 복부팽만 해부소견 복수, 간의퇴색, 뇌의출혈, 소화관백탁, 소화관팽만 복수출혈, 근육출혈, 생식선출혈, 담낭황색화, 신장비대, 비장비대 맑은복수, 출혈성복수, 간의울혈, 신장비대, 비장비대, 탈장 광학현미경관찰여부 체표상피세포의이상증생, 증생지느러미상피세포의이상증생 세균분리 종양부위거대세포 분리세균현미경관찰여부 확정진단법 전자현미경 혈청중화시험 PCR 현미경으로종양세포관찰 혈청중화시험 PCR 혈청중화시험 PCR
382 한창민ㆍ정성주ㆍ오명주ㆍ한순희ㆍ박정선 바이러스성신경괴사증 에드워드병 활주세균증 비브리오병 연쇄구균증 장관백탁증 자어, 자어 (30 일령이하 ) 백점병 트리코디나병 스쿠티카병 1623 (1823 ) 20 이상 (23 이상 ) 823 (1520 ) 823 (1520 ) 20 이상 (23 이상 ) 1623 (1820 ) 16 이상 (20 이상 ) 15 이상 (2022 ) 12 이상 (12 이상 ) 비정상유영 안구돌출, 복부팽만, 탈장 체표부식, 아가미부식, 지느러미부식 아가미출혈, 지느러미출혈, 항문출혈, 피부궤양 안구돌출, 안구출혈, 안구백탁, 복부팽만, 탈장 복부함몰, 소화관백탁, 소화관위축 체표백색점, 지느러미백색점, 점액과다분비 출혈성복수, 간의갈색, 간의농양, 비장비대, 비장흰색병소, 신장비대, 신장흰색병소 부레의충혈, 간의울혈과퇴색 복수, 간의갈색, 간의농양, 비장비대, 비장흰색병소, 신장비대, 신장흰색병소 체표, 지느러미, 근육, 주둥이의궤양과출혈 + 그람음성간균 400배에서장간균이관찰 + 그람음성장간균 + + + 체표 / 아가미충체확인 체표 / 아가미충체확인 체표, 아가미, 궤양, 뇌부위충체확인 그람음성간균 그람양성연쇄구균 그람음성간균 PCR 조직검사 SS 배지배양혈청응집반응 현미경세균관찰 TCBS 배지배양 PCR TCBS 배지배양 현미경으로기생충확인 현미경으로기생충확인 현미경으로기생충확인
넙치, Paralichthys olivaceus 질병진단프로그램의설계및구현 383 Table 2. Column ID and column names for diagnosis table 컬럼ID sno name treatment size temperature external internal microscope bacteria 컬럼명번호질병명대책크기온도외부증상내부증상현미경관찰세균유무 관찰증상입력넙치질병진단후보질병출력상세질병정보확인질병상세정보출력 넙치질병진단 DB 인터넷 어류질병정보시스템 어류질병정보 DB 프로그램의구성넙치질병진단프로그램은질병진단정보를가지고있는데이터베이스를기본으로사용자가어체의크기, 수온등의기본정보를입력하고외부증상, 내부증상, 현미경관찰증상등을선택할수있도록구성하였다. 각각선택된사항을기본으로질병진단정보데이터베이스에서해당질병의증상과비교하여정확도가높은순으로최대 5개의질병명을나열하게된다. 넙치질병진단프로그램의구성도는 Fig. 1과같다. 해당질병에대한상세한진단및대책정보가필요할경우기구축된 110 여종의원격어류질병정보데이터베이스에서정보를가져와웹페이지를통해확인할수있다 ( 김해란등, 2008). 넙치의질병을진단하기위한보다자세한절차는 Fig. 2와같다. 어체크기와수온정보및 3 종류의증상을입력받으면, 이를바탕으로 DB에서검색하여가장확률이높은후보질병정보를출력해주고, 후보질병에대한상세정보를출력해준다. Fig. 1. Configuration for flounder disease diagnosis system. 진단, 대책정보출력 일반정보입력 ( 수온, 크기 ) 외부증상선택 내부증상선택 현미경관찰증상선택 후보질병출력 질병상세정보확인 (Web Page) 넙치질병진단 DB Fig. 2. Diagnosis process of the designed system.
384 한창민ㆍ정성주ㆍ오명주ㆍ한순희ㆍ박정선 넙치질병진단프로그램의구현외부증상선택외부증상은머리에서꼬리순으로나열하여사용자가관찰내용을차례대로선택할수있게구현하였다. 외부증상은 Fig. 3과같이구성되어있으며성장, 유영, 체색, 머리, 안구, 입, 아가미, 지느러미, 복부, 근육, 항문, 점액으로구분하여선택하도록하였다. 각부위의정상선택상태를비활성화시키면해당부위에서나타나는질병의특징을선택할수있으며, 선택된특징의대표이미지를좌측상단이미지부분에표시한다. 프로그램의하단부분에사용자가선택한항목에관한로그를보여주게되며질병에걸린넙치의샘플이미지가있다면이미지를불러와서비교해볼수있다. Fig. 3. Selection window for the external clinical signs.
넙치, Paralichthys olivaceus 질병진단프로그램의설계및구현 385 Fig. 4. Selection window for the internal clinical signs. Fig. 5. Selection window for the microscopicobservation.
386 한창민ㆍ정성주ㆍ오명주ㆍ한순희ㆍ박정선 Fig. 6. Example of using fish disease information database in http://earc.chonnam.ac.kr/disease/. 내부증상선택내부증상은 Fig. 4와같이배, 간, 소화관, 근육, 생식선, 담낭, 신장, 비장, 부레, 뇌등으로구성되어있으며질병어류의해부를통해관찰할수있는정보를선택하도록하였다. 현미경관찰결과선택광학현미경관찰증상으로는 Fig. 5와같이체표, 지느러미, 종양부위, 아가미, 궤양부위, 장간균 (400 배 ) 로구분하였고, 분리한세균은그람염색결과와균의형태로구분하여선택하도록하였다. 선택하게되면프로그램내에서질병에대한대책과확정진단을위해필요한추가방법을안내한다. 웹페이지를통한상세정보확인선택한질병에대한자세한정보를원한다면기구축되어운영중인 110여종의어류질병에대한정보를제공하고있는시스템인어류질병정보시스템 (Fig. 6) 에인터넷을통해직접연결하여보다자세한정보를확인할수있다. 고찰 후보질병이름및정보확인외부증상, 내부증상, 현미경관찰증상에서선택했던항목들을질병데이터베이스의내용과비교하여정확도가높은순으로내림차순으로최대 5개의질병이름을알려준다. 사용자가해당질병이름을 국외의경우, 어류질병진단프로그램의구현사례는영국의 FishDoc사 (http://www.fishdoc.co.uk), 미국의 National Fish Pharmaceuticals사 (http://www.fishy farmacy.com) 와 FishVet사 (http://www.fishvet.com), 호주의 AquaPath Pty사 (http://www.aquapath.net) 등의
넙치, Paralichthys olivaceus 질병진단프로그램의설계및구현 387 제약회사에서제공하는진단도우미페이지, 소프트웨어회사인 Active Window Productions사에서제공하는어류정보시스템 (http://fins.actwin.com/disease/ chart1.php) 등을들수있다. 이들대부분은단순한질문에대한 Yes/No, 또는증상선택을하게함으로써질병을추측할수있도록인터넷으로서비스하고있다. 예를들어 FishVet사에서제공하는진단정보페이지는각각의질문에 Yes/No 항목으로따라가면예상되는질병과처치방법을보여주고, National Fish Pharmaceuticals사에서제공하는진단정보페이지는어류의색이바뀌었을때각각의증상별로예상되는질병과처치방법을알려준다. 중국에서는주로수산관련대학에서웹기반원격진단도구 (Duan et al., 2003; Zhang et al., 2004), 전문가가자문하는콜센터와퍼지추론을이용한전문가시스템을결합한진단도구 (Li et al., 2006), 수질정보와기타질병을유발하는요인을분석함으로써질병을미리경고하는시스템 (Xing et al., 2009) 등이개발되어있다. 그리고영상처리및 Fuzzy와같은기계학습방법을이용하여질병을진단하고자하는연구 (Lou et al., 2007; Park et al., 2007; Ross et al., 2006; Wen et al., 2006) 가보고되고있다. 본연구는표본어종인넙치에서발생하는대표적인질병 14종에대한넙치질병진단프로그램을설계하고구현하였다. 본프로그램은국내에서처음으로구현하였으며, 제시된넙치질병진단프로그램으로양식어민및수산질병전문가들에게넙치의질병진단시신속한처방및대책마련에기틀을마련할수있다는점은연구의의의라고할수있다. 구현된넙치질병진단프로그램은수산질병전문가및양식어민들의시범사용을통해문제점을수렴하여보다사용자친화적인인터페이스로구현하여야한다. 또한수산질병전문가그룹과의협력을통해 진단프로세스개선및진단정보의데이터베이스구축부분을확대할예정이다. 기구축된약물정보 DB와의연동을통해진단프로그램내에서질병어류의정확한질병에대한약물을제시함으로써적절한약제사용을통한약물오남용을예방할수있다. 앞으로지속적인연구를통해보다많은종류의어류질병진단에대한자료의체계화및표준화의기틀을마련하고, 진단의정확도를향상하기위하여단일감염보다는복합감염의형태로발생하는경우와, 단일감염이라하더라도고유의임상증상이동반되지않거나다소바뀌는경우를고려한자료축적및추가연구가필요하다. 감사의글본연구는지식경제부및정보통신산업진흥원의대학 IT연구센터지원사업의연구결과로수행되었음. (NIPA2010C109010210012) 참고문헌 Duan, Y., Fu, Z. and Li, D.: Toward Developing and Using Webbased TeleDiagnosis in Aquaculture. Expert System with Applications, 25(2):247254, 2003. Li, D., Zhu, W., Duan, Y. and Fu, Z.: Toward Developing a TeleDiagnosis System on Fish Disease. Artificial Intelligence in Theory and Practice, IFIP International Federation for Information Processing, 217:445454, 2006. Lou, D., Chen, M. and Ye, J.: Study on a Fish Disease Case Reasoning System based on Image Retrieval. New Zealand Journal of Agricultural Research, 50(5):887893, 2007.
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