The first benchtop multi-modality imaging system with in-line X-ray CT
The InSyTe™ Series
제조사인 Trifoil imaging 社는 세계적으로 Non-invasive animal imaging system의 선두주자로서, X-ray CT, MRI, MMP-SPECT,
PET/SPECT 등의 최첨단 영상장치를 꾸준히 개발해오고 있습니다.
최근 Trifoil imaging 社가 개발한 InSyteTM system (Integrated System Technologies) 은 연구자들에게
공간효율성과 경제성을 두루 만족시키며 사용자 편의성과 호환성이 대폭 강화된 인터페이스를 갖추고 있습니다.
특히 Benchtop 형식의 외형은 학교 실험실 또는 소규모 연구소에서도 별도의 공간을 마련해야 하는 부담을 없앤 동시에,
고성능과 합리적인 가격을 모두 만족시킵니다.
The InSyTeTM Series 은 체내 약물대사를 분자수준으로 실시간 관찰하는 것을 가능케 함으로서 세포치료 및
맞춤형 약물개발에 필요한 동물실험의 경제적 부담을 최소화시킬 것입니다.
■ Dual modality system
사용자는 독립된 형태의 영상장치뿐 아니라 X-ray CT 에 PET, SPECT, FLECT 각각이 나란히 부착된 일체형 이중영상기기를
필요에 따라 선택적으로 구매하실 수 있습니다. 또한 모든 제품군에 최첨단 디지털 측정이 가능하도록 설계되어 있습니다.
– 3D/4D X-ray CT
– APD-CBM PET(Sub-mm resolution)
– Dynamic SPECT(MMP-SPECT™ with CZT detection)
– 3D Optical FLECT(360° Optical Imaging)
Best price-perfomance design “캐비닛 X-ray 시스템” 은 FDA 에서 요구하는 방사선 안전사양 기준에 맞추어 설계되었습니다.
이로부터 방출되는 방사선은 반경 5 cm 내 시간당 0.5 milliroentgen을 초과하지 않습니다. (Title 21 CFR 1020.40)
“Bench-top CT 시스템”은 기존 PMT 검출기보다 높은 양자효율을 지닌 APD (Avalanche Photo Diode) 검출기를 이용합니다.
이로써 사용자는 소형화된 기기의 경제성뿐 아니라 고성능의 3D 이미지 구현을 체험하실 수 있습니다.
■ Digital APD-PET | ||||||||||||||||||||||||
광다이오드 (Avalanche photodiode, APD) 검출기가 LYSO/LGSO poswich scintillators와 직접적으로 연결된 구조로 설계되어 타깃의 정확한 위치확인과 정량분석에 유용합니다.
▷ High resolution 기존 광전자증배관 (Photomultiplier, PMT) 검출기와 달리 검출기 간의 빛의 공유 또는 신호 중첩 현상이 없어 고해상도 | ||||||||||||||||||||||||
현저히 줄어들어 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. | ||||||||||||||||||||||||
▷ Sub-mm resolution 일반적으로 마주보는 감마선 소자의 한 중앙에 선원이 없을 경우 공간해상도가 급격히 저하되는 현상이 발생됩니다. 상관없이 1 mm 이하의 일정한 공간분해능을 나타냅니다. | ||||||||||||||||||||||||
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■ CBM-PET Continuous bed motion (CBM) 은 Animal bed 가 detector를 일정한 속도로 통과하여 전체 이미지의 S/N 비율이 동일하도록 만든 시스템입니다. 그림 2. 타사 PET 장비의 step-and-shoot 방식으로 촬영한 PET 영상과 LabPET CBM-PET로 촬영한 영상 비교. 불연속적인 촬영에 의해 이미지 일부가 선명하지 못한 (a) step-and-shoot 방식에 비해 (b) CBM-PET으로 얻은 마우스 전신이미지는 전 FOV 구간에서 일정한 민감도를 나타냅니다. | ||||||||||||||||||||||||
■ 소동물 대사활성 측정에 최적화된 시스템 | ||||||||||||||||||||||||
▷ 폭넓은 정량구간 1. 수십 마이크로베쿼럴에서 약 40 MBq까지의 광범위한 검출능을 갖고 있습니다. 타사 제품보다 월등히 높습니다. 따라서 기존의 정량이 불가능한 구간에서도 암조직이나 약물의 활성 등을 보다 | ||||||||||||||||||||||||
그림 3. (a) C11을 주입하여 총 ~21μCi 의 activity를 1분동안 획득하여 얻은 이미지 (b) 18-FDG를 10MBq 주입하여 kinetic 조건으로 측정한 결과 (c) ~15MBq 의 Ga68 tracer를 주입하여 암 발생 정도를 kinetic 조건으로 측정한 결과 2. PET 이미징으로 고해상도의 골격사진 획득 : 주로 전이성 골수암 측정에 쓰이는 NaF를 이용하여 마치 X-ray CT 로
▷ 짧은 이미지 획득 시간
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■ Digital CZT-based detection
InSyTeTM의 MMP-SPECT은 solid-state의 Cadmium Zinc Telluride (CZT) 반도체 어레이를 감마선 검출기로 사용하여 해상도와 sensitivity를 대폭 증가시킨 제품입니다.
■ 고해상도 이미지 획득
a. 이미지 퍼짐현상 방지 : 검출기 내 6400개의 구획 간 빛의 공유가 차단되어 image blurring 이 일어나지 않도록 합니다.
b. 검출기의 높은 자체 해상도 (intrinsic resolution): 높은 방출계수(countrate)에서도 약 1.5 mm 자체 해상도를 나타냅니다.
제한된 방출계수에서 2.5-3.5 mm 의 수치를 갖는 기존 NaI(Tl)-based PMT 검출기보다 약 2배 높은 해상도를 얻을 수 있습니다.
마우스 전신촬영 시 해상도를 약 1 mm 이하까지 얻을 수 있습니다.
▷ Multi-label imaging
4% 의 높은 에너지 해상도로 두가지 이상의 tracer를 동시에 영상화하고 정량분석하는 효율이 뛰어납니다.
그림 1. 4개의 SPECT 용 isotope(Thallium-21, 99mTc, Indium -111 and Iodine 123)를 이용하여 동시에 영상화한 사진.
높은 에너지 분해능을 지닌 CZT 검출기로 인해 각각의 tracer 간의 간섭현상 없이 고해상도의 3D 이미징이 가능합니다.
■ Multi-Pinhole SPECT (MMP-SPECT)
Multiplexed Multi-Pinhole (MMP)는 검출면에서 감마선이 중첩되는 것을 허용하여 시스템 민감도를 최대화하는 기술입니다. 두
개의 디지털 감마카메라 당 16개의 pinhole을 통해 32개의 복합다중 동시투영영상을 얻어 3D 영상으로 구현해냅니다.
▷ Fast Limited-angle SPECT Acquisition
1. “Real time” imaging : 실험동물이 축방향으로 이동하는 동안 0과 90도 각도로 회전하며 촬영한 영상을 취함으로써 실시간에 가까운 시간해상도를 얻을 수 있습니다.
2. 타사 모델보다 최대 10배 짧은 이미지 획득시간으로 방사능과 마취 등 기타 요인에 의한 위험성을 줄일 수 있습니다. (마우스 전신 촬영 시 최소 3~4 분 소요)
3. 검출기가 회전하며 촬영하는 방식으로 동물이 고정되어 있는 상태에서 관측하고자 하는 생리학적 현상의 간섭을 최소화할 수 있습니다.
▷ Mouse 전용 촬영 모드
마우스 전신촬영 시 제시되는 최적 조건 (16-pinhole, FOV = 30 mm x 12 mm, Pinhole diameter = 1 mm)에서 약 0.74 mm 의 고해상도 이미징이 가능합니다.
그림 2. MOBY 마우스를 마우스 촬영 최적조건에서 MMP-SPECT 로 촬영한 이미지.
▷ Dynamic MMP-SPECT Imaging
1. 사용자 선택 줌기능 (User selectable SPECT-Zoom) : 두 개의 디지털 감마카메라의 회전반경 (Radius-of-Rotation, ROR)을
실험동물의 종류나 관측범위에 따라 사용자가 자유롭게 조절할 수 있습니다.
그림 3. Mouse의 (a)전신(횡단면)과 (b)Microscopy 기능으로 신장을 focus하여 99mTc-MAG3 uptake를 촬영한 이미지
2. 정량적 이미지 분석능
InSyTe™의 MMP-SPECT은 재구성된 이미지의 고해상도와 민감도로 인해 기존 SPECT 장비들의 정량분석에서의 한계를 극복하였습니다.
하단 그림을 통해 재구성한 이미지 상에서 구현한 정량분석 결과가 다양한 tracer 들이 방출하는 실제 감마선량을 정확하게 반영하는 것을 확인하실 수 있습니다.
그림 4. (a)99mTc,(b) 111In 그리고 (c)177Lu tracer로 MMP-SPECT의 광범위한 정량범위를 측정한 결과
■ MMP-SPECT 적용 연구분야
MMP-SPECT은 전세계적으로 약 100여 곳에 설치되어 200여편이 넘는 문헌이 발표되었습니다.
다양한 분야에서 각각에 목적에 맞도록 설계한 측정방법들을 참고하여 사용자가 원하는 결과를 보다 효율적으로 얻을 수 있습니다.
– Oncology
– CNS/Neurology
– Cardiovascular
– Inflammation/Arthritis
– Respiratory/Pulmonary
– Nephrology (kidney)
– Regenerative medicine (stem cells)
– Toxicology (side effects)
InSyteTM FLECT/CT는 소동물 촬영용 전임상 영상장비로서, FLECT (형광 방출 단층 촬영) 에 X-ray CT (컴퓨터 단층 촬영) 가 나란히 부착된
일체형 FLECT/CT system 입니다. 방사선 동위원소 대신 빛을 방출하는 화합물(reporter)을 이용함으로써 안정성과 편의성을 높이고,
고해상도의 360도 이미지 촬영기술로 피사체의 왜곡 없이 타깃 분자의 위치와 강도를 정확하게 측정해낼 수 있습니다.
■ 세계 유일의 360도 형광 tomography
그림1.한 개의 검출기를 이용한 이미지 수집방법은 reflectance (a) 와 transillumiation(b)으로 나뉩니다. reflectance 의 경우 표면층에 한하여
정확한 분석이 가능한 반면, transillumination 은 표층과 하부층의 다소 불분명한 이미지를 얻을 수 있습니다. InSyTeTM FLECT/CT의 360°
tomography(C)는 실험체의 360도 사방에서 표면과 조직의 정확한 형광값을 검출해낼 수 있습니다.
피사체의 주위를 360도 돌아가면서 FLECT laser는 동물 안에 있는 fluorophore를 excite 시키고, 다른 파장에서 얻어진 양성자 방출 데이터를
검출기가 모아 컴퓨터 계산을 통하여 3D 정보로 재구성하게 됩니다. 이로써 사용자는 반사이미지를 통한 인위적인 재구성에 의해 생겨날 수 있는
오류를 배제하고, 동물의 압축 없이도 어떤 방향에서든 3D 입체상의 고해상도와 고감도의 이미지를 얻을 수 있습니다.
그림2. InSyTe™ FLECT/CT의 360° tomography 측정원리와 결장암 유도 마우스 측정 사진
■ 고해상도/고감도의 폭넓은 정량 범위
InSyTe™ FLECT/CT 의 360도 단층촬영과 진보된 영상처리 기술로 심부 조직의 고해상도/고감도의 이미징과 정량결과를 얻을 수 있습니다.
– 고해상도 및 높은 contrast: 5 lines/mm at MTF(100um FWHM)
– 초정밀 공간 해상도 구현(~ 1mm)
– 고감도 정량구간 (1 mm3 voxels 당 최대 femtomole 수준까지 측정)
– Image 당 90초의 빠른 스캔 시간
– 광범위한 구간(~1011)의 Fluorescent probe 정량 가능 (R2 = 0.9985)
그림 3. ApoE mouse 결장에 삽입한 0.5 mm I.D. 의 카테터 내 형광물질의 정량가능 구간을 농도 및 조직 깊이 변화에 따라 측정한 결과
■ 사용자 맞춤형 측정 시스템
InSyTe™ FLECT/CT 의 “Medical Spectral Window” 은 근적외선 파장 (NIR) 과 600-900nm 사이의 가시광선 파장대를 이용하여 3D in vivo image을
효과적으로 얻기 위한 시스템입니다. 조직 내 물과 헤모글로빈이 광원을 흡수하는 현상 때문에 650-900 nm 파장대 영역에서 조직 투과력과 해상도가 최적화됩니다.
장파장 영역은 실험체에 무해하며, 조직 투과력이 좋고 S/N을 최대화할 수 있기 때문에, 심부조직 또는 전신의 단층촬영에 매우 효과적입니다.
총 12개의 laser 와 16 형광 filter을 장착할 수 있으며, 현재 상업적으로 개발된 제품 중 최초로 Antistokes/Upconverting fluorophores 적용이 가능한 레이저를 제공하고 있습니다.
또한 사용자가 초기 장착한 기기 사양에 기준하여 자동화된 다중 분광 영상 (Multi-spectral image)처리가 가능합니다.
Fluorophore |
Filter for Single Labeling* |
Filter for Multispectral Labeling* |
Excitation Laser |
TOMOGRAPHABLE ? |
GFP |
515N |
515N |
473 nm |
No** |
RFP |
610W |
593N |
515 nm |
No** |
FRFP |
670W |
637N |
594 nm |
Yes |
E2-Crimson |
670W |
665N |
594 nm |
Yes |
IFP1.4 |
670W |
720N |
642 nm |
Yes |
647 Fluors |
710W |
695N |
594 / 642 nm |
Yes |
660 Fluors |
695N |
695N |
642nm |
Yes |
680 Fluors |
710W |
720N |
642nm |
Yes |
700 Fluors |
710W |
755N |
660 / 685 nm |
Yes |
750 Fluors |
740w |
785N |
705 nm |
Yes |
790/800 Fluors |
803W |
813N |
730 nm |
Yes |
ICG |
853N |
853N |
770 nm |
Yes |
Antistokes/Upconvert |
Various |
Various |
980 nm |
Yes |
*N=Narrow-band filter ± 10-25 nm, W=Wide-band filter ± 25-35 nm**Not suited for deep-tissue scanning
FLECT |
FLECT/CT
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Animal Model |
Mice and small rats
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Beds |
Multi-modality compatible TriFoil Imaging cells
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Transaxial FOV |
Up to 40 mm
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Axial FOV |
Up to 130 mm
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Bore Size |
45 mm
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Software |
FluoroViewTM Acquisition and Reconstruction VivoQuantTM Postprocessing and Imaging Analysis
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Anatomical Correlation |
3D surface scan with fused tomographic fluorescence image
| 3D surface scan and in-line CT, fused with tomographic fluorescence image
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Multispectral Imaging |
Yes | Yes
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Imaging Modes |
Standard Fast & High Performance
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Computer |
256GB RAM, 2×12 core CPU
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|||
Excitation (laser) OPTIONS |
4 standard, 16 maximum
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Filtration options |
4 standard, 16 maximum
|
|||
Upgrade Options |
Upgradable to FLECT/CT
| NA | ||
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