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光学成像与光声成像对比

发布时间:2012-09-17浏览:154次

小动物光学活体成像与小动物光声活体成像系统的区别

作者:翟俊辉

 

小动光学活体成像主要采用生物发光(bioluminescence)与荧光(fluorescence)两种技术。生物发光是用荧光素酶(Luciferase)基因标记细胞或DNA,而荧光技术则采用荧光报告基团(GFP、RFP, Cyt及dyes等)进行标记。利用一套非常灵敏的光学检测仪器,让研究人员能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。因其操作极其简单、所得结果直观、灵敏度高等特点,在刚刚发展起来的几年时间内,已广泛应用于生命科学、医学研究及药物开发等方面。

小动物光声活体成像是近年来发展起来的一种无损医学成像方法,它结合了光学成像的高对比度特性和超声成像的高穿透深度特性,可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。该系统的购置充分考虑了科学研究和实际应用的需求,可针对小动物活体进行心血管疾病(血管生成、心肌炎、血栓、心梗等)、 淋巴、肿瘤、神经系统、血液病、新型分子探针、血红蛋白浓度和血氧饱和度测量和功能影像等方面的前沿性研究,将进一步提升科研单位在这些领域的研究水平和地位。光声技术具有比近红外技术更好的生物组织穿透性,同时还具有分辨率高、无副作用等特点,并正逐步成为生物组织无损检测技术领域的另一研究热点。

鉴于光学活体与光声活体都可以进行小动物体内活体成像,因此可能会有人对这两类技术产生混淆,下面我们就看一下这两者都有什么区别。

 1. 成像模式

光学活体成像多采用2-D成像模式,得到的是平面二维图像。图像不具有深度,无法得到深度信息,因此动物脏器堆积在一起,无法确切判定荧光信号的来源。而光声成像多采用3-D成像模式,得到的是立体三维结构图像,可从三维方向任意切割观察各个角度信息。真正的3-D成像模式已经成为分子影像产品的发展趋势,所以从这一点看,光声成像是符合分子影像发展的发展规律的。

 

2.分辨率

光学活体成像通常具有微米级光学平面分辨率,无空间分辨率。光声成像具有微米级的三维空间分辨率,且是等向性(isotropic)分辨率。等向性分辨率更能产生高质量、均一、清晰的图像。

 

3.光源

光学活体成像通常采用氙灯配合滤光片产生不同的波长组合,滤光片的选择总是伴随成本的增加。而且限于空间大小,滤光片数量不可能无限扩大,氙灯造价比激光器便宜,但稳定性和单色性方面较差。光声成像一般采用OPO近红外可调式脉冲激光器,激光器可以1nm步进调节,一般可从680-950nm波长连续可调。激光能量稳定,使用寿命较长。基于激光器的光学设备已经是分子影像产品研发的。

 

4.灵敏度

光学和光声成像都具有至少纳摩尔级的灵敏度。但是光学活体成像会伴随动物体毛的反射信号,常常受到干扰,使其真实灵敏度大打折扣。而光声信号则得益于近红外物质的抗干扰性,灵敏度还取决于能够从背景中区分出目的信号的能力,所以优于光学成像设备。

 

5.抗干扰能力

光学成像由于受到像小鼠体毛类的影响,活体成像往往伴随非常大的反射和散射信号,无法对具体部位实施准确定。光声成像由于光声是由激光发射,用超声检测,完全避免了光学的散射和反射灯现象,能够呈现非常准确清晰的局部定位图像。光声就是结合光学和声学的优势,具有高达7cm的穿透深度,避免了信号的干扰,因此光声在抗干扰方面具有优势。

 

6.信号采集方式

光学成像采用CCD系统来采集,得到平面二维的图片。而光声信号大多采用128个探测器检测,得到的是立体三维的信号信息。

 

7.动力学研究

光学成像只能得到平面二维的图像信息,光声可对目的代谢物进行各脏器三维分布研究。3D成像的一个优势在于可进行代谢、药代动力学、生物分布等分析。

因此综合以上各方面,我们可以看出光声成像已经成为分子影像发展的一个趋势,近的一系列研究表明,光声成像将很快迈向临床应用。

例如,Endra Nexus 128光声成像系统,这是目前市场上*一款完全的3-D光声成像系统,能够确定探针在组织中的分布,而其他的光声系统是基于切片式的扫描系统。完全的3-D光声成像系统从而决定了Nexus128在空间分辨率、灵敏度、动物处理速度、扫描速度和通量方面都优于其他同类产品。

 

(Endra公司简介:美国Endra公司是由辉瑞、默克、强生、雅培、Lilly、诺华诺德、阿斯特拉等七大制药公司组成的Enlight Biosciences实体投资成立的。Endra发展光声的历史可以追溯到2001年,迄今已有九年的历史,目前Endra已经在肿瘤生物学和探针研发方面开展了3年多的应用性研究。Endra致力于真正的3-D成像系统;迄今为止,Endra Nexus 128是装机量zui多,使用率zui高的3-D成像系统。)

 

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