動(dòng)物活體成像技術(shù)

1、.1動(dòng)物活體成像技術(shù) Animal Vivo Imaging Technology 北京廣源達(dá)科技北京廣源達(dá)科技.2內(nèi)內(nèi) 容容動(dòng)物活體成像技術(shù)的背景動(dòng)物活體成像技術(shù)的背景動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較動(dòng)物活體光學(xué)成像技術(shù)的原理與系統(tǒng)構(gòu)動(dòng)物活體光學(xué)成像技術(shù)的原理與系統(tǒng)構(gòu) 成成CRI公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)CRI公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)的應(yīng)用公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)的應(yīng)用.3動(dòng)物活體成像的背景動(dòng)物活體成像的背景1999年，美國(guó)哈佛大學(xué)年，美國(guó)哈佛大學(xué)Weissleder等人提等人提出了分子影像學(xué)（出了分子影像

2、學(xué)（molecular imaging）的概念的概念應(yīng)用影像學(xué)方法，對(duì)活體狀態(tài)下的應(yīng)用影像學(xué)方法，對(duì)活體狀態(tài)下的生物過(guò)程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定性和定量研生物過(guò)程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定性和定量研究。究。 傳統(tǒng)成像大多依賴于肉眼可見(jiàn)的身體、生理和傳統(tǒng)成像大多依賴于肉眼可見(jiàn)的身體、生理和代謝過(guò)程在疾病狀態(tài)下的變化，而不是了解疾代謝過(guò)程在疾病狀態(tài)下的變化，而不是了解疾病的特異性分子事件。分子成像則是利用特異病的特異性分子事件。分子成像則是利用特異性分子探針追蹤靶目標(biāo)并成像。這種從非特異性分子探針追蹤靶目標(biāo)并成像。這種從非特異性成像到特異性成像的變化，為疾病生物學(xué)、性成像到特異性成像的變化，為疾病生物學(xué)

3、、疾病早期檢測(cè)、定性、評(píng)估和治療帶來(lái)了重大疾病早期檢測(cè)、定性、評(píng)估和治療帶來(lái)了重大的影響。的影響。 .4動(dòng)物活體成像的背景動(dòng)物活體成像的背景分子成像技術(shù)使活體動(dòng)物體內(nèi)成像成為可能，分子成像技術(shù)使活體動(dòng)物體內(nèi)成像成為可能，它的出現(xiàn)，歸功于分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的它的出現(xiàn)，歸功于分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的使用、新的成像藥物發(fā)展、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的使用、新的成像藥物的運(yùn)用、高特異性的探針、小動(dòng)物成像設(shè)備的的運(yùn)用、高特異性的探針、小動(dòng)物成像設(shè)備的發(fā)展等諸多因素。目前，分子成像技術(shù)可用發(fā)展等諸多因素。目前，分子成像技術(shù)可用于于研究觀測(cè)特異性細(xì)胞、基因和分子的表研究觀測(cè)特異性細(xì)胞、基因和

4、分子的表達(dá)或互作過(guò)程，同時(shí)檢測(cè)多種分子事件，追蹤達(dá)或互作過(guò)程，同時(shí)檢測(cè)多種分子事件，追蹤靶細(xì)胞，藥物和基因治療最優(yōu)化，從分子和細(xì)靶細(xì)胞，藥物和基因治療最優(yōu)化，從分子和細(xì)胞水平對(duì)藥物療效進(jìn)行成像，從分子病理水平胞水平對(duì)藥物療效進(jìn)行成像，從分子病理水平評(píng)估疾病發(fā)展過(guò)程，對(duì)同一個(gè)動(dòng)物或病人進(jìn)行評(píng)估疾病發(fā)展過(guò)程，對(duì)同一個(gè)動(dòng)物或病人進(jìn)行時(shí)間、環(huán)境、發(fā)展和治療影響跟蹤。時(shí)間、環(huán)境、發(fā)展和治療影響跟蹤。 .5動(dòng)物活體成像的背景動(dòng)物活體成像的背景活體生物體內(nèi)檢驗(yàn)是生物研究的最終驗(yàn)活體生物體內(nèi)檢驗(yàn)是生物研究的最終驗(yàn)證證 體外試驗(yàn)體外試驗(yàn)（In VitroIn Vitro） 分子生物學(xué)技術(shù)分子生物學(xué)技術(shù) 克隆技術(shù)

5、克隆技術(shù) 蛋白組學(xué)蛋白組學(xué) 等等等等 體內(nèi)反應(yīng)體內(nèi)反應(yīng) （In VivoIn Vivo）研究方法受體內(nèi)環(huán)研究方法受體內(nèi)環(huán)境制約，很難準(zhǔn)確境制約，很難準(zhǔn)確反映體內(nèi)情況反映體內(nèi)情況 體外檢驗(yàn)體外檢驗(yàn)（ Ex Vivo Ex Vivo ） PCRPCR 電泳電泳 組織病理學(xué)組織病理學(xué) 腫瘤稱量腫瘤稱量 等等等等 活體生物體內(nèi)成像活體生物體內(nèi)成像（ In Vivo Imaging Technology In Vivo Imaging Technology ）.6動(dòng)物活體成像的背景動(dòng)物活體成像的背景分子成像的優(yōu)點(diǎn)：分子成像的優(yōu)點(diǎn)：分子成像和傳統(tǒng)的體外成像或細(xì)胞培養(yǎng)相比有著顯著優(yōu)點(diǎn)。分子成像和傳統(tǒng)的體外成

6、像或細(xì)胞培養(yǎng)相比有著顯著優(yōu)點(diǎn)。分子成像能夠反映細(xì)胞或基因表達(dá)的空間和時(shí)間分布，從而分子成像能夠反映細(xì)胞或基因表達(dá)的空間和時(shí)間分布，從而了解活體動(dòng)物體內(nèi)的相關(guān)生物學(xué)過(guò)程、特異性基因功能和相了解活體動(dòng)物體內(nèi)的相關(guān)生物學(xué)過(guò)程、特異性基因功能和相互作用?；プ饔谩７肿映上裼捎诳梢詫?duì)同一個(gè)研究個(gè)體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)跟蹤成分子成像由于可以對(duì)同一個(gè)研究個(gè)體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)跟蹤成像，既可以提高數(shù)據(jù)的可比性，避免個(gè)體差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的像，既可以提高數(shù)據(jù)的可比性，避免個(gè)體差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的可影響，又不需要?dú)⑺滥Ｊ絼?dòng)物，節(jié)省了大筆科研費(fèi)用。可影響，又不需要?dú)⑺滥Ｊ絼?dòng)物，節(jié)省了大筆科研費(fèi)用。分子成像應(yīng)用尤其在藥物開(kāi)發(fā)方面，更是具

7、有劃時(shí)代的意義。分子成像應(yīng)用尤其在藥物開(kāi)發(fā)方面，更是具有劃時(shí)代的意義。根據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由于進(jìn)入臨床研究的藥物中大部分根據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由于進(jìn)入臨床研究的藥物中大部分因?yàn)榘踩珕?wèn)題而終止，導(dǎo)致了在臨床研究中大量的資金浪因?yàn)榘踩珕?wèn)題而終止，導(dǎo)致了在臨床研究中大量的資金浪費(fèi)，而分子成像技術(shù)的問(wèn)世，為解決這一難題提供了廣闊費(fèi)，而分子成像技術(shù)的問(wèn)世，為解決這一難題提供了廣闊的空間，將使藥物在臨床前研究中通過(guò)利用分子成像的方的空間，將使藥物在臨床前研究中通過(guò)利用分子成像的方法，獲得更詳細(xì)的分子或基因述水平的數(shù)據(jù)，這是用傳統(tǒng)法，獲得更詳細(xì)的分子或基因述水平的數(shù)據(jù)，這是用傳統(tǒng)的方法無(wú)法了解的領(lǐng)域，所以分子

8、成像將對(duì)新藥研究的模的方法無(wú)法了解的領(lǐng)域，所以分子成像將對(duì)新藥研究的模式帶來(lái)革命性變革。式帶來(lái)革命性變革。其次，在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、動(dòng)物基因打靶或制藥研究過(guò)程中，其次，在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、動(dòng)物基因打靶或制藥研究過(guò)程中，分子成像能對(duì)動(dòng)物的性狀進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，對(duì)表型進(jìn)行直接分子成像能對(duì)動(dòng)物的性狀進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，對(duì)表型進(jìn)行直接觀測(cè)和（定量）分析。觀測(cè)和（定量）分析。 .7動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類活體成像技術(shù)主要分為五大類：活體成像技術(shù)主要分為五大類：光學(xué)成像（光學(xué)成像（Optical Imaging with visible light and Optical Imaging with visi

9、ble light and FluorescenceFluorescence）熒光成像（熒光成像（FluorescenceFluorescence）生物發(fā)光成像（生物發(fā)光成像（BioluminescenceBioluminescence） 核素成像核素成像Positron-Emission Tomography Positron-Emission Tomography 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱PETPET 正電子發(fā)射或衍射斷層掃描正電子發(fā)射或衍射斷層掃描 Single-Photon-Emission Computed Tomography Single-Photon-Emission Computed Tom

10、ography 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱SPECTSPECT 單光子發(fā)射或者衍射單光子發(fā)射或者衍射磁共振成像磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging Magnetic Resonance Imaging ，MRIMRI） 包括功能性核磁共振（包括功能性核磁共振（Functional MRIFunctional MRI，fMRIfMRI）, , 心血管核磁共振心血管核磁共振（Cardio-vascular MRI Cardio-vascular MRI ，cMRIcMRI），等等），等等超聲成像超聲成像（UltrasoundUltrasound） CT成像成像.8動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類動(dòng)

11、物活體成像技術(shù)的分類光學(xué)成像光學(xué)成像 活體動(dòng)物體內(nèi)光學(xué)成像活體動(dòng)物體內(nèi)光學(xué)成像(Optical in vivo Imaging)主要主要采用生物發(fā)光（采用生物發(fā)光（bioluminescence）兩種技術(shù)與熒光）兩種技術(shù)與熒光（fluorescence） 。生物發(fā)光是用熒光素酶生物發(fā)光是用熒光素酶(Luciferase)基因標(biāo)記細(xì)胞或基因標(biāo)記細(xì)胞或DNA，而熒光技術(shù)則采用熒光報(bào)告基團(tuán)（而熒光技術(shù)則采用熒光報(bào)告基團(tuán)（GFP、RFP, Cyt及及dyes等）進(jìn)行標(biāo)記。等）進(jìn)行標(biāo)記。利用一套非常靈敏的光學(xué)檢測(cè)儀器，讓研究人員能夠直接監(jiān)利用一套非常靈敏的光學(xué)檢測(cè)儀器，讓研究人員能夠直接監(jiān)控活體生物體內(nèi)

12、的細(xì)胞活動(dòng)和基因行為。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，可控活體生物體內(nèi)的細(xì)胞活動(dòng)和基因行為。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，可以觀測(cè)活體動(dòng)物體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移、感染性疾病發(fā)展過(guò)以觀測(cè)活體動(dòng)物體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移、感染性疾病發(fā)展過(guò)程、特定基因的表達(dá)等生物學(xué)過(guò)程。傳統(tǒng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方法需程、特定基因的表達(dá)等生物學(xué)過(guò)程。傳統(tǒng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方法需要在不同的時(shí)間點(diǎn)宰殺實(shí)驗(yàn)動(dòng)物以獲得數(shù)據(jù)要在不同的時(shí)間點(diǎn)宰殺實(shí)驗(yàn)動(dòng)物以獲得數(shù)據(jù), 得到多個(gè)時(shí)間得到多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。相比之下，可見(jiàn)光體內(nèi)成像通過(guò)對(duì)同一組實(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。相比之下，可見(jiàn)光體內(nèi)成像通過(guò)對(duì)同一組實(shí)驗(yàn)對(duì)象在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行記錄，跟蹤同一觀察目標(biāo)（標(biāo)記細(xì)驗(yàn)對(duì)象在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行記錄，跟蹤同一觀察目

13、標(biāo)（標(biāo)記細(xì)胞及基因）的移動(dòng)及變化，所得的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可信。另外胞及基因）的移動(dòng)及變化，所得的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可信。另外, 這一技術(shù)對(duì)腫瘤微小轉(zhuǎn)移灶的檢測(cè)靈敏度極高，不涉及放射這一技術(shù)對(duì)腫瘤微小轉(zhuǎn)移灶的檢測(cè)靈敏度極高，不涉及放射性物質(zhì)和方法性物質(zhì)和方法, 非常安全。非常安全。 因其操作極其簡(jiǎn)單、所得結(jié)果直因其操作極其簡(jiǎn)單、所得結(jié)果直觀、靈敏度高等特點(diǎn)觀、靈敏度高等特點(diǎn), 在剛剛發(fā)展起來(lái)的幾年時(shí)間內(nèi)，已廣在剛剛發(fā)展起來(lái)的幾年時(shí)間內(nèi)，已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究及藥物開(kāi)發(fā)等方面泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究及藥物開(kāi)發(fā)等方面。 .9動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類核素成像核素成像核素成像技術(shù)用于

14、發(fā)現(xiàn)易于為核素標(biāo)記的既定核素成像技術(shù)用于發(fā)現(xiàn)易于為核素標(biāo)記的既定靶目標(biāo)底物的存在，或用于追蹤小量標(biāo)記基因靶目標(biāo)底物的存在，或用于追蹤小量標(biāo)記基因藥物和進(jìn)行許多藥物抵抗或病毒載體的傳送。藥物和進(jìn)行許多藥物抵抗或病毒載體的傳送。包括微包括微PET、微、微SPECT。 其中，微其中，微PET（正電子發(fā)射斷層掃描儀（正電子發(fā)射斷層掃描儀Positron Emission Tomography）在目前的分子影像）在目前的分子影像學(xué)研究中占據(jù)著極其重要的地位。最先開(kāi)始的分子學(xué)研究中占據(jù)著極其重要的地位。最先開(kāi)始的分子影像學(xué)研究就是用影像學(xué)研究就是用PET完成的，如今，用微完成的，如今，用微PET進(jìn)進(jìn)行的單

15、純胞疹病毒胸苷激酶的分子影像學(xué)技術(shù)已應(yīng)行的單純胞疹病毒胸苷激酶的分子影像學(xué)技術(shù)已應(yīng)用于臨床試驗(yàn)中。用于臨床試驗(yàn)中。.10動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類微微PET技術(shù)是將正電子同位素標(biāo)記的化合物注入生物體技術(shù)是將正電子同位素標(biāo)記的化合物注入生物體內(nèi)作為探針，當(dāng)這些化合物參與生物體內(nèi)的代謝過(guò)程時(shí)，內(nèi)作為探針，當(dāng)這些化合物參與生物體內(nèi)的代謝過(guò)程時(shí)，PET按照同位素放射性分布的絕對(duì)量進(jìn)行連續(xù)性掃描，按照同位素放射性分布的絕對(duì)量進(jìn)行連續(xù)性掃描，根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理和圖像數(shù)據(jù)，對(duì)活體組織中的生理生化根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理和圖像數(shù)據(jù)，對(duì)活體組織中的生理生化代謝過(guò)程作出定量分析，如血流量、能量代謝、蛋白質(zhì)代謝

16、過(guò)程作出定量分析，如血流量、能量代謝、蛋白質(zhì)合成、脂肪酸代謝、神經(jīng)遞質(zhì)合成速度、受體密度及其合成、脂肪酸代謝、神經(jīng)遞質(zhì)合成速度、受體密度及其與配體結(jié)合的選擇性和動(dòng)力學(xué)等。與配體結(jié)合的選擇性和動(dòng)力學(xué)等。PET 通常使用的探通常使用的探針是用針是用11C，14N， 15O 及及18F 等生物組織中含量等生物組織中含量最多元素的放射性核素標(biāo)記的化合物，它們具有與體內(nèi)最多元素的放射性核素標(biāo)記的化合物，它們具有與體內(nèi)分子類似（包括細(xì)胞代謝）的特點(diǎn)。分子類似（包括細(xì)胞代謝）的特點(diǎn)。在藥理學(xué)研究中，則可以用正電子同位素直接標(biāo)記藥物，在藥理學(xué)研究中，則可以用正電子同位素直接標(biāo)記藥物，觀察其在活體中的分布和代謝

17、，或測(cè)量生理性刺激及病觀察其在活體中的分布和代謝，或測(cè)量生理性刺激及病理學(xué)過(guò)程中藥物分布與代謝的變化，從而對(duì)藥物劑量、理學(xué)過(guò)程中藥物分布與代謝的變化，從而對(duì)藥物劑量、作用部位、可能發(fā)生的毒副作用等做出前瞻性判斷。還作用部位、可能發(fā)生的毒副作用等做出前瞻性判斷。還可以判斷其代謝反應(yīng)的類型及產(chǎn)物，觀察藥物與其他藥可以判斷其代謝反應(yīng)的類型及產(chǎn)物，觀察藥物與其他藥物的相互作用、藥物與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的相互作用、藥物與受物的相互作用、藥物與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的相互作用、藥物與受體的作用、藥物與酶的相互作用等。體的作用、藥物與酶的相互作用等。 .11動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類磁共振成像磁共振成像磁共振（磁

18、共振（MRI）分子影像學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于它的高分辨率（已達(dá)）分子影像學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于它的高分辨率（已達(dá)到到m級(jí)），同時(shí)可獲得解剖及生理信息。這些正是核醫(yī)學(xué)、級(jí)），同時(shí)可獲得解剖及生理信息。這些正是核醫(yī)學(xué)、光學(xué)成像的弱點(diǎn)。但是光學(xué)成像的弱點(diǎn)。但是MRI分子影像學(xué)也有其弱點(diǎn)，它的敏分子影像學(xué)也有其弱點(diǎn)，它的敏感性較低（微克分子水平），與核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的納克分子感性較低（微克分子水平），與核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的納克分子水平相比，低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。水平相比，低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的MRI是以物理、生理特性作為成像對(duì)比的依據(jù)。分子是以物理、生理特性作為成像對(duì)比的依據(jù)。分子水平的水平的MRI成像是建立在上述傳統(tǒng)成像技術(shù)基礎(chǔ)

19、上，以特殊成像是建立在上述傳統(tǒng)成像技術(shù)基礎(chǔ)上，以特殊分子作為成像依據(jù)，其根本宗旨是將非特異性物理成像轉(zhuǎn)為分子作為成像依據(jù)，其根本宗旨是將非特異性物理成像轉(zhuǎn)為特異性分子成像，因而其評(píng)價(jià)疾病的指標(biāo)更完善，更具特異特異性分子成像，因而其評(píng)價(jià)疾病的指標(biāo)更完善，更具特異性。性。MRI分子影像學(xué)成像，可在活體完整的微循環(huán)下研究病分子影像學(xué)成像，可在活體完整的微循環(huán)下研究病理機(jī)制，在基因治療后表型改變前，評(píng)價(jià)基因治療的早期效理機(jī)制，在基因治療后表型改變前，評(píng)價(jià)基因治療的早期效能，并可提供三維信息，較傳統(tǒng)的組織學(xué)檢查更立體、快速。能，并可提供三維信息，較傳統(tǒng)的組織學(xué)檢查更立體、快速。概括起來(lái)，概括起來(lái)，MRI

20、在分子影像學(xué)的應(yīng)用主要包括基因表達(dá)與基在分子影像學(xué)的應(yīng)用主要包括基因表達(dá)與基因治療成像、分子水平定量評(píng)價(jià)腫瘤血管生成、顯微成像、因治療成像、分子水平定量評(píng)價(jià)腫瘤血管生成、顯微成像、活體細(xì)胞及分子水平評(píng)價(jià)功能性改變等方面?；铙w細(xì)胞及分子水平評(píng)價(jià)功能性改變等方面。 .12動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類超聲成像超聲成像 超聲分子影像學(xué)是近幾年超聲醫(yī)學(xué)在分子影超聲分子影像學(xué)是近幾年超聲醫(yī)學(xué)在分子影像學(xué)方面的研究熱點(diǎn)。它是利用超聲微泡造像學(xué)方面的研究熱點(diǎn)。它是利用超聲微泡造影劑介導(dǎo)來(lái)發(fā)現(xiàn)疾病早期在細(xì)胞和分子水平影劑介導(dǎo)來(lái)發(fā)現(xiàn)疾病早期在細(xì)胞和分子水平的變化，有利于人們更早、更準(zhǔn)確地診斷疾的變

21、化，有利于人們更早、更準(zhǔn)確地診斷疾病。通過(guò)此種方式也可以在患病早期進(jìn)行基病。通過(guò)此種方式也可以在患病早期進(jìn)行基因治療、藥物治療等，以期在根本上治愈疾因治療、藥物治療等，以期在根本上治愈疾病。病。 .13動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類動(dòng)物活體成像技術(shù)的分類CT成像成像 CT成像是利用組織的密度不同造成對(duì)成像是利用組織的密度不同造成對(duì)X射射線透過(guò)率的不同而對(duì)人體成像的臨床檢測(cè)技線透過(guò)率的不同而對(duì)人體成像的臨床檢測(cè)技術(shù)。術(shù)。近來(lái)，由于具有更高的分辨率與靈敏度的微近來(lái)，由于具有更高的分辨率與靈敏度的微CT的出現(xiàn)，使這項(xiàng)傳統(tǒng)的技術(shù)也進(jìn)入分子的出現(xiàn)，使這項(xiàng)傳統(tǒng)的技術(shù)也進(jìn)入分子成像領(lǐng)域。主要是應(yīng)用在腫瘤學(xué)，骨科方面

22、成像領(lǐng)域。主要是應(yīng)用在腫瘤學(xué)，骨科方面的研究的研究 .14幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較操作難易與成像區(qū)別操作難易與成像區(qū)別結(jié)構(gòu)成像結(jié)構(gòu)成像功能成像功能成像操作復(fù)雜操作復(fù)雜操作簡(jiǎn)單操作簡(jiǎn)單MRI核磁共振核磁共振Optical Imaging可見(jiàn)光成像可見(jiàn)光成像PET/SPET正電子衍射正電子衍射Ultrasound超聲超聲CT.15幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較不同分子成像技術(shù)不同分子成像技術(shù)/設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域 核素成像設(shè)備（核素成像設(shè)備（PET和和SPECT）和光學(xué)成像設(shè)備）和光學(xué)成像設(shè)備 特別適合研究分子（特別適合研究分子（molec

23、ular）、代謝（）、代謝（metabolism）和生理學(xué)）和生理學(xué)（physiology）事件（功能成像）事件（功能成像）超聲成像設(shè)備和超聲成像設(shè)備和CT設(shè)備設(shè)備 適合于解剖學(xué)（適合于解剖學(xué)（anatomy）成像（結(jié)構(gòu)成像）成像（結(jié)構(gòu)成像）混合成像（混合成像（PET/CT、SPECT/CT） 能夠結(jié)合功能成像和結(jié)構(gòu)成像兩方面的優(yōu)點(diǎn)能夠結(jié)合功能成像和結(jié)構(gòu)成像兩方面的優(yōu)點(diǎn).16幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)缺點(diǎn)成像設(shè)備成像設(shè)備 主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 熒光成像熒光成像報(bào)告基因表達(dá)，細(xì)胞、病毒、細(xì)報(bào)告基因表達(dá)，細(xì)胞、病毒、細(xì)菌等示

24、蹤，蛋白和小分子示蹤菌等示蹤，蛋白和小分子示蹤 高靈敏性，可以檢測(cè)活細(xì)高靈敏性，可以檢測(cè)活細(xì)胞和死細(xì)胞的熒光信號(hào)，胞和死細(xì)胞的熒光信號(hào)，方便，低成本，相對(duì)高通方便，低成本，相對(duì)高通量量 相對(duì)低空間分辨率，特異相對(duì)低空間分辨率，特異性差性差熒光染料可能有毒性熒光染料可能有毒性 生物發(fā)光成像生物發(fā)光成像報(bào)告基因表達(dá)，細(xì)胞、病毒、細(xì)報(bào)告基因表達(dá)，細(xì)胞、病毒、細(xì)菌等示蹤菌等示蹤 極高的靈敏度，快速，方極高的靈敏度，快速，方便，低成本，相對(duì)高通量便，低成本，相對(duì)高通量 低空間分辨率，通常是二低空間分辨率，通常是二維成像，作用時(shí)間短維成像，作用時(shí)間短 PETPET 報(bào)告基因表達(dá)，小分子示蹤報(bào)告基因表達(dá)，小

25、分子示蹤 高靈敏性，同位素自然替高靈敏性，同位素自然替代靶分子，可進(jìn)行定量移代靶分子，可進(jìn)行定量移動(dòng)研究動(dòng)研究 需要回旋加速器或發(fā)生器，需要回旋加速器或發(fā)生器，相對(duì)低的空間分辨率，輻相對(duì)低的空間分辨率，輻射損害，價(jià)格昂貴射損害，價(jià)格昂貴 SPECTSPECT報(bào)告基因表達(dá)，小分子示蹤報(bào)告基因表達(dá)，小分子示蹤 同時(shí)使用多種分子探針，同時(shí)使用多種分子探針，能同時(shí)成像，適于用作臨能同時(shí)成像，適于用作臨床成像系統(tǒng)床成像系統(tǒng) 相對(duì)較低的空間分辨率，相對(duì)較低的空間分辨率，輻射損害輻射損害 ，價(jià)格昂貴價(jià)格昂貴MRIMRI 形態(tài)學(xué)形態(tài)學(xué) 極高的空間分辨率，結(jié)合極高的空間分辨率，結(jié)合形態(tài)學(xué)和功能學(xué)成像形態(tài)學(xué)和功能

26、學(xué)成像 相對(duì)低的靈敏性，掃描和相對(duì)低的靈敏性，掃描和后加工時(shí)間長(zhǎng)，需要極大后加工時(shí)間長(zhǎng)，需要極大量的探針量的探針，價(jià)格昂貴價(jià)格昂貴CTCT 腫瘤學(xué)、骨科腫瘤學(xué)、骨科 骨頭和腫瘤成像，解剖學(xué)骨頭和腫瘤成像，解剖學(xué)成像成像 有限的分子應(yīng)用，有限的有限的分子應(yīng)用，有限的溫和的組織分辯，輻射損溫和的組織分辯，輻射損害害 超聲超聲 心血管，神經(jīng)科學(xué)心血管，神經(jīng)科學(xué) 實(shí)時(shí)成像，低成本，血管實(shí)時(shí)成像，低成本，血管動(dòng)態(tài)成像動(dòng)態(tài)成像 有限的空間分辨率，主要有限的空間分辨率，主要用于形態(tài)學(xué)用于形態(tài)學(xué) .17幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較幾種動(dòng)物活體成像技術(shù)的比較總結(jié)：總結(jié)：從上面幾個(gè)圖標(biāo)，可以看出從綜合因素考慮動(dòng)物活

27、體光學(xué)成像技術(shù)即熒光與生物發(fā)光成像，是最適合的趨勢(shì)。如果做全方位的研究，可以考慮結(jié)合2種以上（既功能成像與結(jié)構(gòu)成像并用）活體成像技術(shù)。.18動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成光學(xué)原理光學(xué)原理光在哺乳動(dòng)物組織內(nèi)傳播時(shí)會(huì)被散射和吸收，光子遇到細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，而且不同類型的細(xì)胞和組織吸收光子的特性并不一樣。在偏紅光區(qū)域, 大量的光可以穿過(guò)組織和皮膚而被檢測(cè)到。利用靈敏的活體成像系統(tǒng)最少可以看到皮下的500個(gè)細(xì)胞，當(dāng)然，由于發(fā)光源在老鼠體內(nèi)深度的不同可看到的最少細(xì)胞數(shù)是不同的。在相同的深度情況下, 檢測(cè)到的發(fā)光強(qiáng)度和細(xì)胞的數(shù)量具有非常好的線性關(guān)系?？梢?jiàn)光體

28、內(nèi)成像技術(shù)的基本原理在于光可以穿透實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的組織并且可由儀器量化檢測(cè)到的光強(qiáng)度，同時(shí)反映出細(xì)胞的數(shù)量。 .19動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成熒光成像熒光成像 熒光發(fā)光是通過(guò)激發(fā)光激發(fā)熒光基團(tuán)到達(dá)高能量狀態(tài)，而后產(chǎn)生發(fā)射光。常用的有綠色熒光蛋白(GFP)、紅色熒光蛋白DsRed 及Cy5及Cy7等其它熒光報(bào)告基團(tuán)，標(biāo)記方法與體外熒光成像相似。和生物發(fā)光在動(dòng)物體內(nèi)的穿透性相似，紅光的穿透性在體內(nèi)比藍(lán)綠光的穿透性要好得多，近紅外熒光為觀測(cè)生理指標(biāo)的最佳選擇。 .20動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成熒光成像示意圖熒光成像示意圖.21動(dòng)物

29、活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成熒光成像結(jié)果示意圖熒光成像結(jié)果示意圖.22動(dòng)物活體成像技術(shù)的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體成像技術(shù)的原理與系統(tǒng)構(gòu)成生物化學(xué)發(fā)光成像生物化學(xué)發(fā)光成像 光源：螢火蟲(chóng)熒光素酶（光源：螢火蟲(chóng)熒光素酶（luciferase）基因、細(xì)胞、活體都可基因、細(xì)胞、活體都可被熒光素酶基因標(biāo)記。被熒光素酶基因標(biāo)記。標(biāo)記癌細(xì)胞標(biāo)記癌細(xì)胞 標(biāo)記細(xì)菌標(biāo)記細(xì)菌標(biāo)記轉(zhuǎn)基因鼠標(biāo)記轉(zhuǎn)基因鼠.23動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成熒光素酶的表達(dá)熒光素酶的表達(dá)將將熒光素酶熒光素酶基因連接于啟動(dòng)子下游，穩(wěn)定整合到細(xì)胞染基因連接于啟動(dòng)子下游，穩(wěn)定整合到細(xì)胞

30、染色體內(nèi)，使色體內(nèi)，使熒光素?zé)晒馑孛傅玫匠掷m(xù)表達(dá)。酶得到持續(xù)表達(dá)。染色體染色體體內(nèi)表達(dá)體內(nèi)表達(dá)外源注外源注入入底物底物活躍細(xì)胞活躍細(xì)胞體內(nèi)發(fā)光體內(nèi)發(fā)光.24動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成滿足成像的幾個(gè)條件滿足成像的幾個(gè)條件具有高親和力的分子探針。分子探針和經(jīng)典的造影劑的原理類似，它的一端聯(lián)有能夠和生物體內(nèi)特異靶點(diǎn)結(jié)合的分子結(jié)構(gòu)（如肽類、酶的底物、配體等），另一端是報(bào)告分子（可以是報(bào)告基因，也可以是熒光染料，或者放射性標(biāo)記物），分子探針產(chǎn)生的信號(hào)則由圖像采集系統(tǒng)收集、處理。分子探針能夠克服各種生理屏障，包括血管壁、細(xì)胞間隙、細(xì)胞膜、血腦屏障等，這是分子成像的一大

31、難點(diǎn)。生物信號(hào)放大系統(tǒng)。由于分子探針在體內(nèi)的濃度非常低，所以需要通過(guò)化學(xué)或生物的方法使信號(hào)放大。這可以通過(guò)提高靶點(diǎn)結(jié)構(gòu)的濃度等方法實(shí)現(xiàn)。 .25動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)構(gòu)成：影像觀察暗箱影像觀察暗箱CCD影像擷取系統(tǒng)影像擷取系統(tǒng)熒光激發(fā)光源系統(tǒng)（生物發(fā)光不需要激發(fā)熒光激發(fā)光源系統(tǒng)（生物發(fā)光不需要激發(fā)濾光片，只需要發(fā)射濾光片）濾光片，只需要發(fā)射濾光片）專業(yè)影像擷取與分析軟件專業(yè)影像擷取與分析軟件控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)氣體吸入式麻醉系統(tǒng)氣體吸入式麻醉系統(tǒng) .26動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成示意圖系統(tǒng)構(gòu)成

32、示意圖.27動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成影像觀察暗箱：影像觀察暗箱：箱屏蔽宇宙射線及一切光源，可以使暗箱內(nèi)部保持完全黑暗，CCD所檢測(cè)的光線完全由被檢動(dòng)物體內(nèi)發(fā)出，避免外界環(huán)境的光污染。CCD鏡頭位于暗箱的頂部，光線通過(guò)50毫米f1的光圈被CCD收集。鏡頭下部是濾光鏡安裝環(huán)，可以根據(jù)應(yīng)用需要安裝不同的濾光鏡，擴(kuò)展其光學(xué)成像能力。暗箱里的平臺(tái)是由軟件控制升降，通過(guò)升降可以獲得不同的10厘米到25厘米視野（FOV），并且?guī)в屑訜嵫b置，可以保持觀察試驗(yàn)動(dòng)物的體溫。 .28動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成動(dòng)物活體光學(xué)成像的原理與系統(tǒng)構(gòu)成CCDCCD影像擷取系統(tǒng)：影像

33、擷取系統(tǒng)：一般采用2/3英寸接口的CCD黑白130萬(wàn)像素的科研級(jí)CCD系統(tǒng)讀出噪聲： 5 e- rms 100 or 50kHz 溫度范圍：-75 -110 冷卻方式：空氣，Pilter，液氮 動(dòng)態(tài)范圍：12bit以上.29CRI公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)公司簡(jiǎn)介：公司簡(jiǎn)介：CRI,Inc公司全名為Cambrige Research&Instrumentation.inc，（劍橋儀器公司）成立于1985年，總部位于波士頓。是專業(yè)的高性能的生物醫(yī)學(xué)影像公司，20年提供全球光電子影像科技，其液晶型成像技術(shù)是行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。為科研，衛(wèi)生，醫(yī)藥提供全球化的服務(wù)。 .30CR

34、I公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)示意圖影像觀察暗箱CCD影像擷取系統(tǒng)熒光激發(fā)光源系統(tǒng)專業(yè)影像擷取與分析軟件氣體吸入式麻醉系統(tǒng).31CRI公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)影像觀察暗箱規(guī)格影像觀察暗箱規(guī)格 暗箱外部尺寸：95.0cm（高） 47.2cm（寬） 41.4cm（深）內(nèi)建樣品觀察平臺(tái)，具九段平臺(tái)高度定位點(diǎn)可選擇視野范圍從3.342.54cm到10.167.62cm內(nèi)建三個(gè)不同管徑的麻醉氣體進(jìn)出管道，可搭配氣體麻醉系統(tǒng)（另購(gòu)）使用內(nèi)建配件儲(chǔ)存箱，可放置工具組及濾光片組內(nèi)建兩組白光LED燈組，作一般照明用之均勻光源具熒光光路遮斷開(kāi)關(guān)，可防止強(qiáng)烈的熒光激發(fā)光源在暗箱門打開(kāi)時(shí)刺激到操作者的眼睛全系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)CE認(rèn)證 .32CRI公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)公司動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)CCD影像擷取系統(tǒng)：影像擷取系統(tǒng)：攝像機(jī)具備2/3英吋電荷耦合感應(yīng)器，分辨率達(dá)130萬(wàn)像素內(nèi)建液晶調(diào)變式濾光片，可調(diào)變范圍有420-