自從Roentgen發(fā)現(xiàn)了X光的用途，動(dòng)物活體成像就走進(jìn)了科學(xué)家的視野�；铙w成像有很多種模式，除了X光的離子輻射成像，還有聲音、磁鐵甚至光光成像。

每種都有缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，舉例來(lái)說(shuō)，要確定解剖結(jié)構(gòu)的位置和形狀，CT掃描、MRI、超聲波可能是較好的選擇，但涉及到腫瘤細(xì)胞的注射位置、表達(dá)層面，他們就不能提供必要的信息。

光學(xué)成像：化學(xué)發(fā)光和熒光技術(shù)出現(xiàn)了幾十年了，由于其相對(duì)低的花費(fèi)、容易操作、高靈敏度、能長(zhǎng)期追蹤、低毒性等特點(diǎn)而成為活體成像中有效的方法。

“熒光探針和化學(xué)發(fā)光報(bào)告子技術(shù)的發(fā)展使光學(xué)成像在臨床前分子成像方面得到廣泛應(yīng)用”加利福尼亞州的Simon Cherry 說(shuō)。

早在利用結(jié)構(gòu)成像檢測(cè)拓?fù)鋵W(xué)變化前，光學(xué)成像就確立了其在小動(dòng)物模式下藥物合成方面的潛能。它還打算建立小動(dòng)物疾病的生物標(biāo)記，最終應(yīng)用到臨床上。

二、化學(xué)發(fā)光和熒光技術(shù)的原理

化學(xué)發(fā)光和熒光的原理都很簡(jiǎn)單，前者產(chǎn)生螢火蟲(chóng)和海里生物的光，這是熒光素酶和其底物發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果，產(chǎn)生電子激發(fā)狀態(tài)，然后發(fā)光。

通過(guò)生物工程操作，細(xì)胞甚至動(dòng)物都可以產(chǎn)生熒光素酶，其他象ATP和鈣離子也能發(fā)生類(lèi)似反應(yīng)，這樣化學(xué)發(fā)光成為多種分析方法的有效工具。

熒光技術(shù)和化學(xué)發(fā)光相似，只不過(guò)是熒光分子在不同波長(zhǎng)下得到激發(fā)，壽命更短些，類(lèi)似磷光。

三、活體成像

利用這些原理，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)基因熒光素酶的啟動(dòng)子、熒光標(biāo)記的抗體和藥物都可以在活體動(dòng)物上成像，動(dòng)物注射被靜脈熒光素底物或藥物后，關(guān)在不透光的密室內(nèi)，一旦熒光素酶和底物反應(yīng)，發(fā)出的光被化學(xué)發(fā)光檢測(cè)系統(tǒng)捕獲。同樣，熒光成像系統(tǒng)對(duì)抗體或藥物成像。精密的檢測(cè)系統(tǒng)和軟件把從動(dòng)物體內(nèi)采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)成圖像呈現(xiàn)在屏幕上。

有些成像系統(tǒng)可以同時(shí)檢測(cè)5個(gè)動(dòng)物，通過(guò)持續(xù)輸入麻醉劑，能長(zhǎng)時(shí)間采集信號(hào)。數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)且長(zhǎng)期的，長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)、數(shù)天、甚至幾個(gè)月。

四、各廠家的活體成像有什么不同？--唇槍舌戰(zhàn)

然而小動(dòng)物光學(xué)成像系統(tǒng)并不一樣，有些參數(shù)需要考慮，每個(gè)系統(tǒng)提供它自己的生產(chǎn)、采圖和處理數(shù)據(jù)，但是他們?cè)谀承┑胤阶龅暮貌缓檬欠浅２煌�的�?/SPAN>

因?yàn)椴挥猛鈦?lái)光源以及哺乳動(dòng)物很少發(fā)化學(xué)光，所以化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)的背景很低，它們的敏感性很高。但是它們的局限是，研究者通過(guò)生物工程或注射方法導(dǎo)入報(bào)告子的能力有限，因此熒光成為更好的選擇。

熒光活體成像需要外置光源，采用激光或白光源，和檢測(cè)器放在動(dòng)物的同側(cè)，或?qū)γ妗?/SPAN>

據(jù)Caliper Life Sciences公司的副總裁Mark Roskey說(shuō)，公司的IVIS系統(tǒng)利用透射光照明，此時(shí)檢測(cè)器和光源在動(dòng)物的對(duì)面，因此在信噪比上有很大優(yōu)勢(shì)。

然而，由于檢測(cè)過(guò)程中，可見(jiàn)光、一部分近紅外光都被組織吸收了，用這個(gè)方法檢測(cè)的動(dòng)物大小就受到限制。同時(shí)，在檢測(cè)心臟、肝、脾等血紅蛋白密集的器官時(shí)更要注意。

Advanced Research Technology (ART)公司開(kāi)發(fā)的eXplore Optix系統(tǒng)利用每100P秒一個(gè)脈沖激發(fā)熒光，它不僅采集到發(fā)射的波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，還收集到時(shí)間的數(shù)據(jù)。ART負(fù)責(zé)Optix銷(xiāo)售和市場(chǎng)的副總裁Pierre Couture認(rèn)為，這個(gè)生命周期分析系統(tǒng)允許研究者更好的理解動(dòng)物體內(nèi)某個(gè)特定的過(guò)程。例如，某些熒光分子的衰減曲線隨環(huán)境的變化，如PH，或位置的變化而改變。這個(gè)系統(tǒng)要比其他活體成像貴幾倍。

 CRI公司的系統(tǒng)因結(jié)合電子可調(diào)濾片和多光譜分析等特點(diǎn)而在業(yè)界享有盛名，因此它在解決自發(fā)熒光或熒光串色上有優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)熒光分子的同時(shí)成像。

Kodak的In-Vivo Imaging System FX Pro系統(tǒng)為多模式成像提供了CT掃描，能夠在一臺(tái)機(jī)器上采集功能（分子）和結(jié)構(gòu)（解剖）的信息。“用我們的系統(tǒng)可以做熒光、化學(xué)發(fā)光，在動(dòng)物下放個(gè)磷屏還可以看X射線成像”。

中科愷盛的在體生物光學(xué)分子成像與分析平臺(tái)(Molecular Optical Simulation Environment, MOSE)。MOSE是基于蒙特卡洛方法來(lái)仿真光子在生物組織中以及自由空間中傳播的平臺(tái)，通過(guò)仿真可以預(yù)測(cè)小動(dòng)物體體內(nèi)和表面的光強(qiáng)信號(hào)分布。

一個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，其他的系統(tǒng)可能用不同的方式完成同一工作，或者并不重視這個(gè)工作的重要性。

Roskey說(shuō)，IVIS用光譜解串色和去卷積等功能完成多光譜分析。

IVIS和eXplore 都能提供拓?fù)鋵W(xué)版本，盡管Couture對(duì)此有些不高興，他提到，“我們出了在Q2下可用的新版本，能做三維重建。”

Couture還提到eXplore Optix可以和GE的eXplore Locus CT scanner 連用，利用軟件可以對(duì)圖像三維疊加（然而，McLaughlin說(shuō)Kodak的軟件不需要這種軟件）。

五、展望未來(lái)

現(xiàn)在他們?cè)谧鍪裁�？以后呢？例如�?/SPAN>Kodak還有國(guó)內(nèi)的中科愷盛正在做3D分析和多光譜成像的研究。中科愷盛推出的最新Micro-CT產(chǎn)品對(duì)組織穿透力大，可與熒光成像系統(tǒng)整合組成多模態(tài)系統(tǒng)，完備的動(dòng)物數(shù)據(jù)庫(kù)，極大降低成像偽影。

總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)行業(yè)正在解決光學(xué)成像能適用的組織，是否可以讓狗、猴子甚至人成像。Roskey 認(rèn)為，將更亮更特異的染料、更先進(jìn)的生物工程技術(shù)和儀器的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，就有可能完成這一難題。