The term molecular imaging can be broadly defined as the in vivo characterization and measurement of biologic processes at the cellular and molecular level. Optical imaging that has highly reproducibility and repetition used in molecular imaging research. In the bioluminescence imaging, animals carrying the luciferase gene are imaged with a cooled CCD(Charge-Coupled Device) camera to pick up the small number of photons transmitted through tissues. Molecular imaging analysis will allow us to observe the incipience and progression of the disease. But hardware device for molecular imaging and software for molecular image analysis were dependent on imports. In this paper, we suggest image processing methods and designed software for bioluminescence signal analysis. And we demonstrated high correlation(r=0.99) between our software's photon counts and commercial software's photon counts. ROI function and processing functions were accomplished without error. This study have the importance of the development software for bioluminescence image processing and analysis. And this study built the foundations for creative development of analysis methods. We expected this study lead the development of image technology.
Tak, Yoon-Oh;Kim, Hyeon-Sik;Park, Hyeong-Ju;Choi, Heung-Kook;Choi, Eun-Seo;Hann, S.-Wook;Lee, Byeong-Il
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.32
no.2
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pp.85-92
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2011
Bioluminescence imaging (BLI) is the most sensitive animal imaging technique for molecular imaging research. Generally, highly sensitive CCD is used to detect an optical probe introduced in a living mouse. However, in many cases, the light signal emitted from a probe is too small to detect because it is scattered and attenuated by the tissue prior to being detected. The problem is that scattering and attenuation not only inhibit accurate measurement but also make image quality down. Thus we introduced a new method to reduce noise by using property of CCD and method to improve image quality of bioluminescence image by using two steps Gaussian blurring.
Objective : This study was designed to validate the cell trafficking efficiency of the in vivo bioluminescence image (BLI) study in the setting of transplantation of the luciferase expressing bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSC), which were delivered at each different time after transient middle cerebral artery occlusion (MCAO) in a mouse model. Methods : Transplanting donor BMSC were prepared by primary cell culture from transgenic mouse expressing luciferase (LUC). Transient focal infarcts were induced in 4-6-week-old male nude mice. The experiment mice were divided into five groups by the time of MSC transplantation : 1) sham-operation group, 2) 2-h group, 3) 1-day group, 4) 3-day group, and 5) 1-week group. BLI for detection of spatial distribution of transplanted MSC was performed by detecting emitted photons. Migration of the transplanted cells to the infarcted area was confirmed by histological examinations. Differences between groups were evaluated by paired t-test. Results : A focal spot of bioluminescence was observed at the injection site on the next day after transplantation by Signal intensity of bioluminescence. After 4 weeks, the mean signal intensities of 2-h, 1-day, 3-day, and 1-week group were $2.6{\times}10^7{\pm}7.4{\times}10^6$. $6.1{\times}10^6{\pm}1.2{\times}10^6$, $1.7{\times}10^6{\pm}4.4{\times}10^5$, and $8.9{\times}10^6{\pm}9.5{\times}10^5$, respectively. The 2-h group showed significantly higher signal intensity (p<0.01). The engrafted BMSC showed around the infarct border zones on immunohistochemical examination. The counts of LUC-positive cells revealed the highest number in the 2-h group, in agreement with the results of BLI experiments (p<0.01). Conclusion : In this study, the results suggested that the transplanted BMSC migrated to the infarct border zone in BLI study and the higher signal intensity of LUC-positive cells seen in 2 hrs after MSC transplantation in MCAO mouse model. In addition, noninvasive imaging in real time is an ideal method for tracking stem cell transplantation. This method can be widely applied to various research fields of cell transplantation therapy.
Kim, Hyeon-Sik;Choi, Eun-Seo;Tak, Yoon-O;Choi, Heung-Kook;Lee, Ju-Young;Min, Jung-Joon;Lee, Byeong-Il
Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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v.43
no.5
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pp.451-458
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2009
Purpose: Optical molecular luminescence imaging is widely used for detection and imaging of bio-photons emitted by luminescent luciferase activation. The measured photons in this method provide the degree of molecular alteration or cell numbers with the advantage of high signal-to-noise ratio. To extract useful information from the measured results, the analysis based on a proper quantification method is necessary. In this research, we propose a quantification method presenting linear response of measured light signal to measurement time. Materials and Methods: We detected the luminescence signal by using lab-made optical imaging equipment of animal light imaging system (ALIS) and different two kinds of light sources. One is three bacterial light-emitting sources containing different number of bacteria. The other is three different non-bacterial light sources emitting very weak light. By using the concept of the candela and the flux, we could derive simplified linear quantification formula. After experimentally measuring light intensity, the data was processed with the proposed quantification function. Results: We could obtain linear response of photon counts to measurement time by applying the pre-determined quantification function. The ratio of the re-calculated photon counts and measurement time present a constant value although different light source was applied. Conclusion: The quantification function for linear response could be applicable to the standard quantification process. The proposed method could be used for the exact quantitative analysis in various light imaging equipments with presenting linear response behavior of constant light emitting sources to measurement time.
Purpose: Optical imaging is providing great advance and improvement in genetic and molecular imaging of animals and humans. Optical imaging system consists of optical imaging devices, which carry out major function for monitoring, tracing, and imaging in most of molecular in-vivo researches. In bio-luminescent imaging, small animals containing luciferase gene locally irradiate light, and emitted photons transmitted through skin of the small animals are imaged by using a high sensitive charged coupled device (CCD) camera. In this paper, we introduced optical imaging system for the image acquisition of bio-luminescent signals emitted from small animals. Materials and Methods: In the system, Nikon lens and four LED light sources were mounted at the inside of a dark box. A cooled CCD camera equipped with a control module was used. Results: We tested the performance of the optical imaging system using effendorf tube and light emitting bacteria which injected intravenously into CT26 tumor bearing nude mouse. The performance of implemented optical imaging system for bio-luminescence imaging was demonstrated and the feasibility of the system in small animal imaging application was proved. Conclusion: We anticipate this system could be a useful tool for the molecular imaging of small animals adaptable for various experimental conditions in future.
Although the outcome of cancer patients after cytotoxic chemotherapy is related diverse mechanisms, multidrug resistance (MDR) for chemotherapeutic drugs due to cellular P-glycoprotein (Pgp) or multidrug-resistance associated protein (MRP) is most important factor in the chemotherapy failure to cancer. A large number of pharmacologic compounds, including verapamil, quinidine, tamoxifen, cyclosporin A and quinolone derivatives have been reported to overcome MDR. Single photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET) are available for the detection of Pgp and MRP-mediated transporter. $^{99m}Tc$-MIBI and other $^{99m}Tc$-radiopharmaceuticals are substrates for Pgp and MRP, and have been used in clinical studies for tumor imaging, and to visualize blockade of PgP-mediated transport after modulation of Pgp pump. Colchicine, verapamil and daunorubicin labeled with $^{11}C$ have been evaluated for the quantification of Pgp-mediated transport with PET in vivo and reported to be feasible substrates with which to image Pgp function in tumors. Leukotrienes are specific substrates for MRP and $N-[^{11}C]acetyl-leukotriene$ E4 provides an opportunity to study MRP function non-invasively in vivo. SPECT and PET pharmaceuticals have successfully used to evaluate pharmacologic effects of MDR modulators. Imaging of MDR and reversal of MDR with bioluminescence in a living animal is also evaluated for future clinical trial. We have described recent advances in molecular imaging of MDR and reviewed recent publications regarding feasibility of SPECT and PET imaging to study the functionality of MDR transporters in vivo.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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