動物模型是現(xiàn)代生物醫(yī)學研究中重要的實驗方法與手段，有助于更方便、更有效地認識人類疾病的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律和研究防治措施，同時大鼠、天竺鼠、小鼠、少部分非人靈長類等動物由于諸多優(yōu)勢在生命科學、醫(yī)學研究及藥物開發(fā)等多個領(lǐng)域應用日益增多。近年來各種影像技術(shù)在動物研究中發(fā)揮著越來越重要的作用，涌現(xiàn)出各種動物成像的專業(yè)設備，為科學研究提供了強有力的工具。

動物活體成像技術(shù)是指應用影像學方法，對活體狀態(tài)下的生物過程進行組織、細胞和分子水平進行定量和定性的分析，對藥物療效進行成像，從病理水平到評估疾病的發(fā)展進程。

活體成像的實驗方法主要主要分為光學成像 (optical imaging)、核素成像（PET/SPECT）、核磁共振成像（magnetic resonance imaging ，MRI）、計算機斷層攝影（computed tomography，CT）成像和超聲（ultrasound）成像五大類。

目前實驗室常用的有生物發(fā)光（bioluminescence）和熒光（Fluorescence）兩種技術(shù)。

   那么主要的應用在以下幾個方面：

（1）標記細胞，如癌細胞及藥物研究、細胞凋亡等。

（2）標記RNA或DNA，尤其是基因治療方面的應用。

（3）標記基因，如轉(zhuǎn)基因動物模型研究，基因表達研究。

（4）標記細菌，如研究蛋白相互作用、代謝等。

Biospace Lab 5D清醒動物活體成像系統(tǒng)，是獨家動物全定量式多維光學動態(tài)采集系統(tǒng)。

成像系統(tǒng)由諾貝爾物理學獎獲得者Georges Charpak教授及其團隊研發(fā)，采用增強型CCD芯片作為其核心成像組件并集成各種優(yōu)化設計。且可以在動物完全清醒的狀態(tài)下，用于動物體內(nèi)外生物發(fā)光或熒光信號的檢測、定位、量化動態(tài)。避免了麻醉藥物對分子探針在體內(nèi)的分布，全球業(yè)界最靈敏光學檢測系統(tǒng)< 40 photons/s/sr/cm2。

關(guān)于5D清醒動物活體成像

技術(shù)優(yōu)勢：

1、超高靈敏度

無論是體內(nèi)還是體外的成像觀察，對于少量細胞的觀察仍然可以實現(xiàn)。

圖1 體內(nèi)外觀察不同數(shù)量細胞的成像情況

2、實時采集跟蹤信號

（1）實時定量成像

如小鼠胚胎的信號觀察傳統(tǒng)成像（圖2）于Biospace Lab實時成像觀察（Movie 1）,解決了傳統(tǒng)成像的局限，可以實時觀察檢測信號。

圖2 傳統(tǒng)成像

Movie 1:Biospace Lab實時成像

（2）藥物代謝觀察

實時觀察不同個體間的藥物代謝動力學差異

Movie 2:經(jīng)過藥物處理的實驗動物，Biospace Lab實時觀察個體間的代謝差異

3、獨家清醒動物成像

需要觀察的動物在完全清醒的狀態(tài)，可自由移動，接近于自然的狀態(tài)，同時觀察和采集動物的信號（Movie 3和Movie 4）

Movie 3:生物發(fā)光標記腫瘤細胞

Movie 4:ROI區(qū)域成像和定量

4、四個面成像3維空間立體定位信號

一次可以得到4個正交平面的空間信息（圖3）以及3維立體空間信號信息（Movie 5）

圖3 四面成像視野

Movie 5:Biospace Lab成像得到的3維空間立體定位信號

5、多模態(tài)融合成像

圖4 Biospace Lab和U-CT拍攝注射100ul熒光素后的效果展示

6、激光精確掃描斷層成像

TomoFluo采用縝密深層影像演算法，充分考慮光在動物體內(nèi)傳播的發(fā)散及吸收效應、組織異質(zhì)性等因素，可穿透整個實驗體，得到不同深度的3D熒光斷層數(shù)據(jù)并且精確定量，并因此進行3D重建（圖5）。能夠獲取熒光探針的濃度資訊、量化資訊(如fmol)、深度資訊及體積資訊等等，于分析上是絕對真實定量。

圖5 TomoFluo反射及穿透激發(fā)?式以固態(tài)激光進?透射掃描

7、支持X-Ray成像

X-ray成像最多10只小鼠同時成像，比如，成骨標記物成像的應用（圖6），方便節(jié)約時間。

圖6 成骨標記成像

關(guān)于應用：

Biospace Lab 5D清醒動物成像應用廣泛，可以應用在生命科學研究的各個領(lǐng)域：腫瘤研究、干細胞研究等等，可以標記細胞、病毒、基因、蛋白等研究各自的分布甚至功能；

對于一些特殊的研究，比如腦科學、睡眠-喚醒循環(huán)、動物行為學等需要對清醒狀態(tài)下的動物行為、運動等進行觀察，需要可以在時間、空間上對小動物的狀態(tài)進行整合研究。