화상처리 분석 시스템 Image Analysis System

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1 화상처리 분석 시스템 Image Analysis System
Micro Imager™ Series (BIOSPACE 사) 영인과학 생명과학사업부

2 Biospace 사  프랑스 파리에 위치하고 있으며, 1992년에 노벨 물리학상을 수상한 Dr. Georges Charpak에 의해 1989년에 설립  회사의 모든 역량이 Image Analyzer의 연구, 개발에 집중  Beta Imager™, Micro Imager™ 생산 판매  유럽의 여러 나라와 미국의 유수 연구소에 판매망 구축  홈페이지 :

3 Image Analyzer System이란?
 사물에서 방출되는 신호를 영상으로 처리  Radio-Isotope 또는 Non-radioisotope를 이용  CCD camera나 Laser scanner로 영상 획득  여러 다양한 방법으로 영상신호 분석  사용자에게 사물의 영상 제공

4 Image Analyzer의 분석방식  Non-Radioisotope를 이용한 방식  Radioisotope를 이용한 방식
- 주로 Fluorescence와 Chemiluminescence를 이용 - 시료에 알맞은 염료가 있어야 실험이 가능  Radioisotope를 이용한 방식 - 동위원소로 표지 되는 모든 sample 적용 - 3H, 14C, 32/33P, 35S, 125I 등의 동위원소 이용

5 R/I를 이용한 Image Analyzer의 원리 (1)
 Phosphor Screen Based Technology - Sample에서 방출된 -particle을 phosphor plate에 노출 - 이 에너지는 laser beam으로 plate를 scanning할 때 방출 - 이 때, 저장된 에너지는 blue light를 방사 - 방사된 blue light가 기록 되어 image를 형성  현재 국내에 보급되어 있는 Image Analyzer System중 대부분이 이 방식을 채택하고 있음  Plate에 signal을 반영하는 exposure time이 isotope에 따라 몇 시간에서 몇 주까지 소요되는 단점이 있음

6 R/I를 이용한 Image Analyzer의 원리(2)
 Contact Imaging 방식 (Micro Imager™ M25/26/40) - Sample에서 방출된 입자가 scintillator sheet에 light spot을 형성 - 이 light가 intensifier tube로 유입 - Double microchannel plate에 의해 신호가 증폭 - 각각의 light spot은 CCD chip으로 측정 - Light spots을 실시간에 영상화하여 PC screen에 전시  15 ∼ 20 ㎛ 정도의 높은 spatial resolution을 나타냄

7 본 체 구 성

8 기 기 구 성  Hardware  Software - Detection system - CPU : Pentium based
64 Mb RAM, 4 Gb Hard drive CD ROM drive Windows NT - Monitor : 19”Trinitron (Acquisition computer) 19”Trinitron(Data Analysis work station)  Software - BV Acquisition™ : System 통제 및 신호 영상화 작업 - Beta Vision™ : Sample로부터 얻은 영상데이터 처리 - Dual labeling software / Chemiluminescence software

9 제 품 규 격  분석방식 : Solid scintillator sheet와 Image intensifier tube를 이용
한 Contact Imaging 방식  Image intensifier tube : Double microchannel plate tube  Interlaced CCD : 800 x 600 pixels  Dimensions : 40㎝(w) x 40㎝(d) x 70㎝(h)  Weight : 40 ㎏  Sample size : 24 ㎜ x 32 ㎜  Option : Automatic sample feeder Series M25 M26 M40 분석영역 15㎜ x 20㎜ 24㎜ x 32㎜ 해상력 Very high High

10 제 품 특 성  분석능력 : Radioisotope와 Chemiluminescence
 분석한계 및 해상도(Pixel size : 1 ㎛)  Real-time acquisition(avoids under or over exposure)  Linearity : 104 이상의 dynamical range  Simultaneous detection of dual isotopes labeled sample  Optical Imaging Isotope 분석한계 공간해상도 (㎛) cpm/㎟ M25 M26 M40 3H 0.4 15 30 20 14C, 33P, 35S 0.04 40 25

11 Micro Imager의 장점  탁월한 민감도로 Tritium까지 분석 가능
 Exposure나 scanning의 전처리 과정 없이 직접 분석  실시간에 신호를 영상화 하여 PC screen에 전시  1 ㎛ 크기의 Pixel로 15 ㎛의 공간해상도 연출  짧은 분석시간으로 신속하게 결과 산출  Radioisotope 뿐만 아니라 Chemiluminescence 분석 가능  2가지 Isotopes를 동시에 분석  Windows 체계의 Software로 영상분석이 용이  다양한 Software를 이용하여 데이터 분석 및 처리  Optical image로 분석하고자 하는 위치 파악  Auto sample feeder를 이용하여 실험의 효율을 높임

12 응 용 분 야  In Situ Hybridization  DNA Arrays (Macro- & Micro-array)
 Bio-Chips (DNA- & Protein-chip)  Immunocytochemistry  Differential pharmacodistribution application  Differential gene expression  Receptor Binding Assay  Metabolic Tracer Experiments

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14 Micro Imager 응용 예 (1) 125I labelled mouse brain 15 ㎛ resolution
Receptor Binding Assay : caracterization of Serotonin receptors on a rat brain section, with 125I labelled serotonin-O-carboxyméthyl-glycile. The image shows an heterogeneous distribution with regions rich in 5-HT 1B and 5-HT 1D binding sites. The absence of saturation allows to distinguish all structures in the section. (courtesy Louis Ségu, CNRS URA 339, Bordeaux, France) 125I labelled mouse brain 15 ㎛ resolution

15 Micro Imager 응용 예 (2) Small tissue section
Autoradiographic image of rat tritium labelled kidney section Small tissue section

16 Micro Imager 응용 예 (3) Small tissue section
3H labelled lypolitic protease distribution in a rat jeujunum section.(courtesy M. Binder, Knoll, Germany). Small tissue section

17 Micro Imager 응용 예 (4) Whole body section 3H labelled mouse section
(overnight acquisition). Whole body section

18 Pharmacodistribution
Micro Imager 응용 예 (5) Autoradiographic image of a rat kidney sections showing the distribution of physiological concentrations of 3H labelled Pentapeptide. (courtesy Ana Cardona, Pasteur Institute, Paris, France) Pharmacodistribution

19 Micro Imager 응용 예 (6) In Situ Hybridization
ISH(In Situ Hybridization) of a 20 days mouse embryo using a 35S labelled probe specific to actin mRNA. Overnight acquisition (a week+ with film). Spaces between fingers is 50 µm. In Situ Hybridization

20 Micro Imager 응용 예 (7) In Situ Hybridization ISH : mRNA Neuromoduline 2
In Situ Hybridization with a 33P probe. Neuromoduline is a protein involved in synaptic exchanges. Dentate gyrus and other struc- tures of the hippocampus. (CA1,CA2,CA3 et CA4) are easily identified (courtesy A. Hicks). In Situ Hybridization

21 Micro Imager 응용 예 (8) DNA array 9600 clones at a 225 µm pitch on a
27 mm x 18 mm nylon membrane. The 33P labelled complex probe was prepared from a breast cancer line (MDA-MB-134 cell line RNA). RNAs are extracted from the tumor cells, labelled and hybridized to the corresponding cDNAs on the membrane. The high resolution and efficiency of the Micro Imager allows this very high density profiling with very limited amounts (submicrograms) of total unamplified RNA. Precise quantification is obtained with BetaVision. (Courtesy Bertrand Jordan, CIML, Marseille, France and Konan Peck, Academia Sinica, Taipei, Taiwan) DNA array

22 Micro Imager 응용 예 (9) Microarray 220 Clones at 300µm pitch on a
5 mm x 5 mm chip on a glass side. The 33P probe was prepared from rat brain cells, labelled and hybridized to the corresponding cDNAs on the slide.(Courtesy Sylvie Dumas and Jacques Mallet, laboratoire LGN, Paris) Microarray

23 Dual isotopes detection
Micro Imager 응용 예 (10) 3H / 35S dual labelling rat hippocampus section imaging. Center image : acquisition with Micro-Imager Top image : algorithmic filtering of the 35S sub-image Bottom image : algorithmic filtering of the 3H sub-image. Dual isotopes detection

24 경쟁사 제품 (1)  Fuji : 현재 국내 Image Analyzer 시장 선점
- BAS –1800 / 2500 / 5000 (R/I detection) - FLA – 3000 / 5000/ 8000 (R/I + 형광 + 발광) - LAS PLUS 1000 (형광 + 발광) - 방 식 : Phosphor Screen Based - 장 점 : 다양한 신호 분석 - 단 점 ㆍ2단계의 검출 방식으로 real time detection 안됨 ㆍRelative quantitation만 가능 ㆍStorage 방식으로, sample exposure에 많은 시간 소요 ㆍLow energy Isotope (3H,125I,99mTc 등)에 대해 낮은 민감도(Special plate 필요)

25 참고 : Phosphor Screen 기법의 원리
Sample에서 나온 beta particle이 에너지 형태로phosphor screen에 저장되고, 이 에너지는 laser beam으로 screen을 scanning할 때 방출된 다. 이 때, 에너지가 저장 되어있던 screen에 의해 blue light가 방출 되고, 이 light가 기록 되어 image를 형성한다. 즉, 2단계를 거쳐서 detection이 이루어지므로, sample 중의 R/I를 Imaging Plate에 노출시키는 exposure 과정 중에 under or over exposure의 가능성이 매우 크며, 선명한 Image를 얻는데 한계가 있다.

26 경쟁사 제품 (2)  BIO-RAD : Fuji와 같은 phosphor screen 방식
- 방 식 : Phosphor Screen Based Technology - Model : Molecular Imager FX (R/I + 형광 + 발광) 이외에 저가 model이 몇 가지 더 있음 - 장/단점 : Fuji model 과 동일

27 경쟁사 제품 (3)  amersham pharmacia : phosphor screen 방식
- 방 식 : Phosphor Screen Based Technology - Model : Typhoon 8600 - 장/단점 : Fuji model과 동일 4가지 형광을 동시에 분석