小动物体内可见光三维成像技术研究进展（二）
Key Words: animal imaging; in vivo optical imaging; 3-Dimentional bioluminescence; fluorescence; tumor
metastasis
活体动物体内光学成像(optical in vivo
imaging)主要采用生物发光(bioluminescence)与荧光(fluorescence)两种技术标记细胞、蛋白质或DNA，利用一套非常灵敏的光学检测仪器，直接监控活体生物体内的细胞活动、蛋白表达情况和基因行为。通过这个系统，可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。传统的动物实验方法需要在不同的时间点宰杀实验动物以获得数据,
得到多个时间点的实验结果。相比之下，可见光体内成像通过对同一组实验对象在不同时间点进行记录，跟踪同一观察目标(标记细胞及基因)的移动及变化，所得的数据更加真实可信。另外,
这一技术最大的特点就是其极高的灵敏度，对肿瘤微小转移灶的检测灵敏度极高，可以检测到体内几百个标记的细胞。并且，这个技术不涉及放射性物质和方法,
非常安全。 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[1-4]。仅仅近两年在Nature和Science
杂志上就有四十多篇的论文在各个领域及各种方式应用到了这个技术[5-8]，文献[9,10]对该技术有详细的介绍。
目前，活体动物体内光学成像技术主要停留在二维成像基础上，在实际应用中面临许多新的挑战，例如，仅能确定发光信号在体内的二维平面信息，无法确定发光信号位于体内的深度，无法准确定位发光信号与动物器官的直接关系，即无法实现三维成像。光子在组织内被吸收和分散；CCD
镜头采集到的信号强弱有赖于信号源的深度；仅仅凭借光的强度和其表面图像无法判断标记物的绝对数量和其深度，因而出现使用二维成像技术所获得的图像中，动物背侧和腹侧成像得到的结果有很大区别。最近一年来，这个技术最令人瞩目的一项进展就是从二维成像拓展到三维成像。本文就小动物体内可见光的三维成像技术的原理和应用进行详细的分析。
1 概述
三维成像对于二维成像技术的优势自然不必多说，一个非常接近的例子就是CT 与X-Ray
成像的区别。尤其当利用可见光成像时，因为可见光穿透性的限制，透过动物体内时，又有不可避免的折射和散射，即使对同一只老鼠成像时，在腹部和背部成像的结果可能有很大的区别。没有三维成像技术，很难对结果做出满意的解释(图1)。
目前，对于动物体内可见光三维成像技术有两个方向已经得到实施，它们分别是多角度扫描技术和单角度三维成像技术。单角度三维成像技术又分为层析成像技术(diffuse
luminescent image tomography,DLIT)和透视成像技术(fluorescence luminescent
imagetomography，FLIT )。前者应用于生物发光的三维成像；后者应用于荧光的三维成像。
1.1 多角度扫描技术 多角度扫描技术是比较传统的三维成像技术, 也是研究人员比较熟悉的一个技术。该技术的原理与CT 及PET 等其他三维成像技术很类似。它对小鼠不同的角度进行二维成像，然后将这些不同角度的二维图像用软件合成构建成三维图像(图2)。
因为生物发光成像的检测需要很灵敏的CCD镜头，其对环境温度要求达到-90℃。利用这个原理的仪器往往CCD镜头是固定的，而将小动物平台环绕检测镜头一周成像。
这种技术的优势是分辨率相对较高，原理简单，容易理解。 但是这种成像的时间要求较长，需要20 － 30min。
并且，每次只能成像一只小鼠，在通量上有一定局限性。
这种技术在可见光成像中的应用并不普遍，往往只是在利用其他高通量检测技术发现到一个特别感兴趣的小鼠后， 需要详细研究时，
才采取这个技术。XENOGEN公司的IVIS 3D即采用此种技术进行生物发光的三维成像。
