基因、细胞和活体动物都可被荧光素酶基因标记。标记细胞的方法基本上是通过分子生物学克隆技术, 将荧光素酶的基因插到预期观察的细胞的染色体内，通过单克隆细胞技术的筛选, 培养出能稳定表达荧光素酶的细胞株。目前, 常用的肿瘤细胞株基本上都已标记好, 市场上已有销售。 而对于非永生系细胞，如干细胞和淋巴细胞，可采用病毒转染或者利用转基因动物方式获得标记细胞。将标记好的细胞接种到实验动物体内后, 观测前需要注射荧光素酶的底物—荧光素。荧光素是280道尔顿的小分子，其脂溶性非常好, 能很容易地透过血脑屏障。注射一次荧光素能保持小鼠体内荧光素酶标记的细胞发光30-45分钟。每次荧光素酶催化反应只产生一个光子，这是肉眼无法观察到的，精诺真公司（Xenogen Corp.）生产的IVIS成像系统，应用一个高度灵敏的制冷CCD（Charge Coupled Device）相机及特别设计的成像暗箱和成像软件，可观测并记录到这些光子（见图2）。
图2 体内可见光成像系统组成。A. 细胞、病原体及病毒均可被荧光素酶标记。B.小鼠携带标记的细胞及基因。C.在暗箱中由CCD相机记录生物发光。D.由成像软件定量、分析所得数据。
2.不同波长可见光穿透动物组织能力不同
光在哺乳动物组织内传播时会被散射和吸收，光子遇到细胞膜和细胞质时会发生折射现象，而且不同类型的细胞和组织吸收光子的特性并不一样。血红蛋白（hemoglobin）是造成体内可见光被吸收的主要因素，其吸收可见光中蓝绿光波段的大部分。但是在可见光大于600纳米的红光波段，血红蛋白的吸收作用却很小。因此，在偏红光区域, 大量的光可以穿过组织和皮肤而被检测到，如图3所示。利用精诺真公司的IVIS系统最少可以看到皮下的500个细胞，当然，由于发光源在老鼠体内深度的不同，在不同情况下可看到的最少细胞数是不同的。在相同的深度情况下, 检测到的发光强度和细胞的数量具有非常好的线性关系。体内可见光成像技术的基本原理在于光可以穿透实验动物的组织并且可由仪器量化检测到的光强度，同时反映出细胞的数量。
图3在波长大于600nm时，由老鼠体内发出的光是可以穿透皮肤被检测到。
3. 技术特性
相比较于目前的活体生物成像技术，如超声（Ultrasound）、计算机断层摄影（Computed
Tomography ，CT）、核磁共振（Magnetic Resonance Imaging ，MRI）、正电子衍射成像（Positron-Emission Tomography，PET）、单光子衍射(Single-Photon-Emission Computed Tomography, SPECT)等技术，体内可见光成像技术(Optical Imaging)包括生物发光 （Bioluminescence） 与荧光（Fluorescence）具有许多独特的优点：操作简便，测量快速（短于5分钟），同时可检测多个动物，费用低廉等。
1）与荧光成像技术的比较[2]
荧光发光需要激发光使得荧光团达到较高的能量水平，然后发射出较长波长的发射光。两种常见的荧光蛋白：绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）和红色荧光蛋白（Discosoma red fluorescent protein, DsRed）的发射光局限于可见光400-650nm范围。生物体内很多物质在受到激发光激发后，也会发出荧光，产生的非特异性荧光会影响到检测灵敏度。特别是当发光细胞深藏于组织内部，则需要较高能量的激发光源，也就会产生很强的背景噪音。
