武漢神經(jīng)生物學(xué)光纖成像原理

研制小動(dòng)物三維在體光纖成像記錄，該成像設(shè)備以雙光子激發(fā)成像模態(tài)為中心，有機(jī)融合光片照明顯微成像模態(tài)，從細(xì)胞分子、結(jié)構(gòu)圖譜和功能回路多個(gè)層面系統(tǒng)多方面地提供生物體的神經(jīng)回路信息。圍繞小動(dòng)物三維在體神經(jīng)回路成像設(shè)備研制這一中心目標(biāo)，將會涉及到成像設(shè)備、圖像算法、軟件平臺、驗(yàn)證評價(jià)以及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等多方面研究。從生物體在體神經(jīng)回路深層和快速的成像要求出發(fā)，研制有機(jī)融合多光子深層激發(fā)成像模態(tài)和光片照明快速掃描顯微成像模態(tài)于一體的小動(dòng)物三維在體神經(jīng)回路成像設(shè)備，研發(fā)適用于快速動(dòng)態(tài)神經(jīng)回路成像的影像信息處理與分析平臺，建立小動(dòng)物三維在體神經(jīng)回路成像設(shè)備的醫(yī)學(xué)生物驗(yàn)證評價(jià)體系，開展小動(dòng)物預(yù)臨床生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究，為小動(dòng)物腦疾病模型在體神經(jīng)回路的機(jī)理研究提供成像方法和工具。在體光纖成像記錄在腦功能研究中具有較多的用途。武漢神經(jīng)生物學(xué)光纖成像原理

在體生物發(fā)光成像不需要外部光源激發(fā), 自發(fā)熒光少，而在體光纖成像記錄，需要特定波長的外部激發(fā)光源激發(fā), 自發(fā)熒光較多, 故前者比后者靈敏度更高, 在體生物發(fā)光斷層成像原型系統(tǒng), 主要由 CCD相機(jī)、 固定小動(dòng)物的支架、 控制裝置 （使支架水平運(yùn)動(dòng)、 垂直運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)） 、完全密閉的不透光的成像暗箱等組成。將小動(dòng)物麻醉后固定在支架上, 并置于成像暗箱中, 由控制裝置帶動(dòng)支架沿水平方向運(yùn)動(dòng)、 垂直方向運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn), 利用相機(jī)從多個(gè)不同角度和位置對活的物體小動(dòng)物的生物發(fā)光現(xiàn)象進(jìn)行投影成像 然后將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中, 并采用特定的圖像重建算法定位動(dòng)物體內(nèi)的發(fā)光光源, 得到活的物體動(dòng)物體內(nèi)發(fā)光光源的精確位置信息。神經(jīng)生物學(xué)單光纖成像技術(shù)醫(yī)生可以在體光纖成像記錄直觀地進(jìn)行診斷和分析。

在體光纖成像記錄的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用：低能量、無輻射、對信號檢測靈敏度高、實(shí)時(shí)監(jiān)測標(biāo)記的生物體內(nèi)細(xì)胞活動(dòng)和基因行為被較多應(yīng)用于監(jiān)控轉(zhuǎn)基因的表達(dá)、基因療于、染上的進(jìn)展、壞掉的的生長和轉(zhuǎn)移、系統(tǒng)移植、毒理學(xué)、病毒染上和藥學(xué)研究中?？梢姽獬上竦闹饕秉c(diǎn)：二維平面成像、不能對的定量。具有標(biāo)記的較多性，有關(guān)生命活動(dòng)的小分子、小分子藥物、基因、配體、抗體等都可以被標(biāo)記；對于淺部組織和深部組織都具有很高的靈敏度可獲得斷層及三維信息，實(shí)現(xiàn)較精確的定位。

在體光纖成像記錄和傳統(tǒng)的體外成像或細(xì)胞培養(yǎng)相比有著明顯優(yōu)點(diǎn)。首先，在體光纖成像記錄能夠反映細(xì)胞或基因表達(dá)的空間和時(shí)間分布，從而了解活的物體動(dòng)物體內(nèi)的相關(guān)生物學(xué)過程、特異性基因功能和相互作用。由于可以對同一個(gè)研究個(gè)體進(jìn)行長時(shí)間反復(fù)查看成像，既可以進(jìn)步數(shù)據(jù)的可比性，避免個(gè)體差異對試驗(yàn)結(jié)果的可影響，又不需要?dú)⑺滥Ｊ絼?dòng)物，節(jié)省了大筆科研用度。第三，尤其在藥物開發(fā)方面，在體光纖成像記錄更是具有劃時(shí)代的意義。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由于進(jìn)進(jìn)臨床研究的藥物中大部分由于安全題目而終止，導(dǎo)致了在臨床研究中大量的資金浪費(fèi)。在體生物發(fā)光成像不需要外部光源激發(fā)。

在體光纖成像記錄對于成像結(jié)果的處理，需要依賴專業(yè)的圖像分析軟件，分割出目的信號和背景噪聲，獲得準(zhǔn)確的熒光強(qiáng)度值。光學(xué)成像方法可分為基于熒光的方法和基于生物發(fā)光的方法。光學(xué)相對于設(shè)備小且較便宜?；畹奈矬w顯微成像的缺點(diǎn)是它的有創(chuàng)性，因?yàn)樾枰ㄟ^手術(shù)創(chuàng)造一個(gè)窗口來觀察感興趣的結(jié)構(gòu)和組織。宏觀層析熒光成像可以無創(chuàng)、定量和三維方式測定熒光，但其空間分辨率比活的物體顯微鏡低(約1毫米)。光學(xué)成像的根本缺點(diǎn)是光的組織穿透率低。由于吸收和散射，熒光發(fā)射的可見光譜中的光只能穿透幾百微米的組織。這個(gè)問題限制了大多數(shù)光學(xué)方法在小動(dòng)物或人類表面結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用。使用近紅外光譜能夠提高信號的組織穿透能力，并能降低了組織的自體熒光。在體光纖成像記錄利用生物發(fā)光技術(shù)進(jìn)行動(dòng)物體內(nèi)檢測。在體光纖記錄應(yīng)用

在體光纖成像記錄還應(yīng)保持標(biāo)本相對位置和形態(tài)的一致。武漢神經(jīng)生物學(xué)光纖成像原理

在體光纖成像記錄與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)顯微成像系統(tǒng)相結(jié)合，已形成光纖OCT成像系統(tǒng)、光纖共焦顯微成像系統(tǒng)、關(guān)聯(lián)成像、光纖多光子成像技術(shù)以及三維成像等技術(shù)，發(fā)揮了原有顯微系統(tǒng)的長處，可應(yīng)用到更多原來儀器所無法使用的場合。經(jīng)過近10年的發(fā)展，單光纖成像技術(shù)在成像機(jī)理、成像質(zhì)量和應(yīng)用研究等方面都取得了很大的進(jìn)步，為超細(xì)內(nèi)窺鏡技術(shù)的發(fā)展提供了新的方向，并使內(nèi)窺鏡在新領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。近幾年，衍射成像技術(shù)和計(jì)算成像技術(shù)成為新的研究熱點(diǎn)，該領(lǐng)域的研究成果為單光纖成像技術(shù)提供了更多的技術(shù)支持。武漢神經(jīng)生物學(xué)光纖成像原理