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活体成像系统是在不损伤动物的前提下对其进行长期研究的技术。活体成像系统属于功能成像,如何能更好地与结构成像技术相结合,使实验结果不但能够定量,而且还能精确定位,这是活体成像系统今后的发展方向。
CT是利用组织密度的不同造成对X射线透过率不同,对活体成像系统一定厚度的层面进行扫描,并利用计算机重建三维图像的影像技术。小动物CT(微型CT)作为一种Zxin的活体成像系统,具有微米量级的空间分辨率(>9μm)并可以提供三维图像。
小动物CT系统在小动物骨和肺部组织检查等方面具有独特的优势。对于骨的研究,分辨率限制在15μm,如果在小梁水平上分析,负荷也被考虑在内;小动物CT也常应用在呼吸系统疾病(如哮喘、慢性阻塞性肺疾病)的检测,为避免呼吸和其他人为因素造成的动物固定器移动,现在多用附加组件来控制呼吸和使人为因素Z小化;特异对比因子的使用可以进一步促进软组织的研究如心血管发生、肿瘤生长等。高分辨率小动物CT系统在研究软组织肿瘤和转基因动物的特征性结构上取得了较好的效果。
diyi代小动物CT的主要缺点是即使使用特异对比因子、高辐射剂量和长时间的扫描,对软组织的相对分辨率仍很低。第二代小动物CT系统组合了很多在临床上使用的技术,配置了小探测器组件和更强大的X线管,可实现更快地扫描整个动物(0.8s),并可使用临床对比剂(造影剂)而且使灌注研究成为可能。这项活体成像系统主要的不足是还必须暴露在电离辐射下,特别是持续反复的研究,电离辐射可能改变肿瘤学等方面的研究。
为使活体成像系统具有分子成像能力,特异CT探针被设计出,探针在CT扫描时同时使用,遗憾的是,对比剂的使用导致射线的危害。因为敏感度和空间分辨率也依赖于CT暴露的时间和对比剂使用的数量。
MRI是依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减,而绘制出物体内部的结构图像的活体成像系统。相对于CT,MRI具有无电离辐射性(放射线)损害,高度的软组织分辨能力,无需使用对比剂即可显示血管结构等独特优点。对于核素和可见光成像,小动物MRI的优势是具有微米级的高分辨率及低毒性;在某些应用中,MRI能同时获得生理、分子和解剖学的信息,这些正是核医学、光学成像的弱点。
对于小动物研究,小动物MRI是一个功能强大、多用途的成像系统,但是MRI的敏感性较低(微克分子水平),与核医学成像技术的纳克分子水平相比,低几个数量级。所以它不是Z理想的成像系统,随着多模式平台的发展,如MRI/PET,可以从活体成像系统中得到更全面的信息。
目前MRI分子影像图像仅仅局限于临床前期的动物研究中,MRI分子影像距离真正的临床分子影像图像还有很远的路程,需要设计新的分子探针来适应临床诊断和ZL的需要。
超声基于声波在软组织传播而成像,由于无辐射、操作简单、图像直观、价格便宜等优势在临床上广泛应用。在小动物研究中,由于所达到组织深度的限制和成像的质量容易受到骨或软组织中的空气的影响而产生假象。所以超声不像其他活体成像系统那样应用广泛,应用主要集中在生理结构易受外界影响的膀胱和血管,此外小动物超声在转基因动物的产前发育研究中有很大优势。
传统的活体成像系统,如CT、MRI和超声等有较高的空间分辨率,但他们的共同缺点是直到组织结构变化才能检测到疾病,即对疾病的敏感性较低,而这时疾病通常已到中晚期;功能成像技术,如可见光成像、核素成像则能通过分子和细胞的变化检测到疾病,例如肿瘤在导致组织结构变化之前就可通过核素成像被检测到,但活体成像系统的空间分辨率较低,结构信息不足。
由于每种活体成像系统都有其独特的优势和局限性,结合几种技术的多模式成像平台,象PET/SPECT/CT,FMT-CT,FMT-MRI,PET-MRI等应运而生,这些多模式成像平台促进了图像的重构和数据的可视。例如PET/SPECT-CT、PET/SPECT-MRI将PET显像与高分辨率、非侵入性解剖学显像如CT、MRI等结合起来,这样在研究中即可获得生物功能信息又得到解剖结构信息。
随着分子生物学及相关技术的发展,各种活体成像系统应用更广泛,成像系统要求能定量、分辨率高、标准化、数字化、综合性、在系统中对分子活动敏感并与其他分子检测方式互相补偿及整合。与此同时,作为动物显像的技术平台,活体成像系统将在生命科学、医药研究中发挥着越来越重要的作用。
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