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光學(xué)成像與光聲成像對(duì)比

[2012/9/28]

　　小動(dòng)光學(xué)活體成像主要采用生物發(fā)光(bioluminescence)與熒光(fluorescence)兩種技術(shù)。生物發(fā)光是用熒光素酶(Luciferase)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)(GFP、RFP, Cyt及dyes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)控活體生物體內(nèi)的細(xì)胞活動(dòng)和基因行為。因其操作極其簡(jiǎn)單、所得結(jié)果直觀、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。

　　小動(dòng)物光聲活體成像是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)損醫(yī)學(xué)成像方法，它結(jié)合了光學(xué)成像的高對(duì)比度特性和超聲成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高對(duì)比度的組織成像。該系統(tǒng)的購(gòu)置充分考慮了科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用的需求，可針對(duì)小動(dòng)物活體進(jìn)行心血管疾病(血管生成、心肌炎、血栓、心梗等)、 淋巴、腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)、血液病、新型分子探針、血紅蛋白濃度和血氧飽和度測(cè)量和功能影像等方面的前沿性研究，將進(jìn)一步提升科研單位在這些領(lǐng)域的研究水平和地位。光聲技術(shù)具有比近紅外技術(shù)更好的生物組織穿透性，同時(shí)還具有分辨率高、無(wú)副作用等特點(diǎn)，并正逐步成為生物組織無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的另一研究熱點(diǎn)。

　　鑒于光學(xué)活體與光聲活體都可以進(jìn)行小動(dòng)物體內(nèi)活體成像，因此可能會(huì)有人對(duì)這兩類技術(shù)產(chǎn)生混淆，下面我們就看一下這兩者都有什么區(qū)別。

　　1. 成像模式。

　　光學(xué)活體成像多采用2-D成像模式，得到的是平面二維圖像。圖像不具有深度，無(wú)法得到深度信息，因此動(dòng)物臟器堆積在一起，無(wú)法確切判定熒光信號(hào)的來(lái)源。而光聲成像多采用3-D成像模式，得到的是立體三維結(jié)構(gòu)圖像，可從三維方向任意切割觀察各個(gè)角度信息。真正的3-D成像模式已經(jīng)成為分子影像產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，所以從這一點(diǎn)看，光聲成像是符合分子影像發(fā)展的發(fā)展規(guī)律的。

　　2.分辨率。

　　光學(xué)活體成像通常具有微米級(jí)光學(xué)平面分辨率，無(wú)空間分辨率。光聲成像具有微米級(jí)的三維空間分辨率，且是等向性(isotropic)分辨率。等向性分辨率更能產(chǎn)生高質(zhì)量、均一、清晰的圖像。

　　3.光源。

　　光學(xué)活體成像通常采用氙燈配合濾光片產(chǎn)生不同的波長(zhǎng)組合，濾光片的選擇總是伴隨成本的增加。而且限于空間大小，濾光片數(shù)量不可能無(wú)限擴(kuò)大，氙燈造價(jià)比激光器便宜，但穩(wěn)定性和單色性方面較差。光聲成像一般采用OPO近紅外可調(diào)式脈沖激光器，激光器可以1nm步進(jìn)調(diào)節(jié)，一般可從680-950nm波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)。激光能量穩(wěn)定，使用壽命較長(zhǎng)。基于激光器的光學(xué)設(shè)備已經(jīng)是分子影像產(chǎn)品研發(fā)的首選。

　　4.靈敏度。

　　光學(xué)和光聲成像都具有至少納摩爾級(jí)的靈敏度。但是光學(xué)活體成像會(huì)伴隨動(dòng)物體毛的反射信號(hào)，常常受到干擾，使其真實(shí)靈敏度大打折扣。而光聲信號(hào)則得益于近紅外物質(zhì)的抗干擾性，靈敏度還取決于能夠從背景中區(qū)分出目的信號(hào)的能力，所以優(yōu)于光學(xué)成像設(shè)備。

　　5.抗干擾能力。

　　光學(xué)成像由于受到像小鼠體毛類的影響，活體成像往往伴隨非常大的反射和散射信號(hào)，無(wú)法對(duì)具體部位實(shí)施準(zhǔn)確定。光聲成像由于光聲是由激光發(fā)射，用超聲檢測(cè)，完全避免了光學(xué)的散射和反射燈現(xiàn)象，能夠呈現(xiàn)非常準(zhǔn)確清晰的局部定位圖像。光聲就是結(jié)合光學(xué)和聲學(xué)的優(yōu)勢(shì)，具有高達(dá)7cm的穿透深度，避免了信號(hào)的干擾，因此光聲在抗干擾方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

　　6.信號(hào)采集方式。

　　光學(xué)成像采用CCD系統(tǒng)來(lái)采集，得到平面二維的圖片。而光聲信號(hào)大多采用128個(gè)探測(cè)器檢測(cè)，得到的是立體三維的信號(hào)信息。

　　7.動(dòng)力學(xué)研究。

　　光學(xué)成像只能得到平面二維的圖像信息，光聲可對(duì)目的代謝物進(jìn)行各臟器三維分布研究。3D成像的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于可進(jìn)行代謝、藥代動(dòng)力學(xué)、生物分布等分析。

　　因此綜合以上各方面，我們可以看出光聲成像已經(jīng)成為分子影像發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，最近的一系列研究表明，光聲成像將很快邁向臨床應(yīng)用。