荧光分子成像的探针技术及其应用

近几年,随着生物和基因技术的发展,荧光探针的获取手段越来越丰富.荧光探针的发展使得荧光分子成像技术及其应用备受关注.借助于荧光探针,可以对目标分子、蛋白质、基因等特异性成像,从而实现分子、蛋白、基因等的精确定位与分析,进一步实现疾病的早期诊断与治疗.主要对荧光分子成像技术中用到的荧光探针技术以及在生物医学领域的应用进行概述.     

基于荧光分子断层成像的多模成像系统研究进展

基于荧光分子断层成像（FMT）的多模成像系统已广泛应用于动物实验研究,它将现有的其他成像模态与FMT系统相融合,实现同时对被测生物解剖学结构、生理学功能和分子或细胞水平生物学活动的在体成像.首先介绍了单模FMT系统的发展历史和现状,并介绍了国内外基于FMT的多模系统的研究进展,着重介绍了文献报道的典型的FMT/CT、FMT/MRI和FMT/放射性核素成像系统的系统组成、工作原理、性能特点及实验应用.对基于FMT的多模成像系统的发展进行了展望.     

荧光分子断层成像系统的研究进展与比较

荧光分子断层成像（FMT）利用具有特异性的荧光分子探针,在体成像、观测生物体内细胞和分子水平的变化。介绍FMT系统的国内外研究进展,从系统的复杂性、投影数目、光源-探测器（S-D）数据对集大小、重构图像的质量等方面,分析5种S-D几何结构的特点。着重从实现方面,分析、比较已报道的几种FMT系统的特点,并对其多模态成像的可扩展性、临床应用的可能性等进行了总结与展望。     

基于Monte Carlo荧光分子断层成像前向问题的研究

随着生物和光学技术的成熟，近红外荧光成像得到了飞速发展。荧光分子断层成像是以特定波长的光去激发荧光染料，使其吸收入射光，并发出波长长于入射光的近红外荧光。前向问题是进行光学成像研究的关键环节，可以指导实验以及重建算法。本文提出了一种基于Monte Carlo方法的荧光分子断层成像的光子传输模型，重点研究了激发光激发荧光的过程以及光子在生物体内的传播过程，在已知激发光源、传播介质、荧光物质等参数的条件下，得到荧光光子在CCD探测器上的分布情况，并且分别用理论和实验两种方法对算法的仿真结果进行了验证。     

活体动物光学成像技术与应用研究

活体动物光学成像是利用生物发光及荧光技术在活体动物体内进行生物标记通过光学成像系统来监测被标记动物体内分子及细胞等的生物学过程。按发光模式可分为生物发光和荧光两类。相对于传统动物实验研究方法,具有无创、可多次重复、实时活体成像、灵敏、安全等优势,这项技术在标记活体内肿瘤活体细胞示踪、标记基因及转基因动物等方面的应用广泛。     

近红外荧光散射断层成像的研究进展

近红外荧光光学断层成像(FODT)是以合适的荧光探针作为标记物或对比剂，用特定波长的红光激发荧光染料，使其发出波长长于激发光的近红外荧光，通过测量媒质边界处有限点的荧光强度，考虑光子在组织中传播的散射特性，来重建出组织内部的荧光光学特性的分布图像以及组织光学参数。这种成像方式具有无电离辐射、染料稳定、可长期监测和设备简单、成本低等优点，在肿瘤检测、基因表达、蛋白质分子检测和药物受体定位等方面有着很大的应用潜力。在给出近红外荧光散射断层成像典型系统的基础上，详述了近红外荧光在组织中的频域传播模型和重建算法；介绍了两家研究机构在此领域的研究进展；讨论了将该成像方法应用于临床的进一步的发展方向。     

乳腺癌分子分型用荧光分子影像探针

目前,乳腺癌的临床诊断就是结合病理类型和分子分型 (免疫组化)。该方法是有创的,而且不能原位、实时地展现关键生物分子与临床关键信息之间的关系。本文介绍了利用分子影像技术对乳腺癌进行分子分型检测的最新研究进展。荧光成像灵敏度高,且不过分依赖图像分析,只需相应的荧光分子探针,即可实时、定量或半定量、多通道地得到肿瘤组织分子分型信息。因此,研制安全高效、组织穿透力强的近红外荧光分子探针是未来荧光成像技术和乳腺癌分子分型研究的重点。     

近红外荧光散射断层成像的研究进展

近红外荧光光学断层成像(FODT)是以合适的荧光探针作为标记物或对比剂,用特定波长的红光激发荧光染料,使其发出波长长于激发光的近红外荧光,通过测量媒质边界处有限点的荧光强度,考虑光子在组织中传播的散射特性,来重建出组织内部的荧光光学特性的分布图像以及组织光学参数。这种成像方式具有无电离辐射、染料稳定、可长期监测和设备简单、成本低等优点,在肿瘤检测、基因表达、蛋白质分子检测和药物受体定位等方面有着很大的应用潜力。在给出近红外荧光散射断层成像典型系统的基础上,详述了近红外荧光在组织中的频域传播模型和重建算法;介绍了两家研究机构在此领域的研究进展;讨论了将该成像方法应用于临床的进一步的发展方向。     

超分辨显微成像中荧光单分子定位算法的研究进展

超分辨显微成像技术的发展,可为生物医学的研究提供前所未有的机会。基于单分子定位的超分辨显微成像技术由于其相对简单的硬件结构,在生物医学领域的应用较为广泛。单分子定位的超分辨成像巧妙利用荧光发光的特点,针对少量离散的随机发光的荧光分子进行成像,再通过拟合分析实现单分子的高精度空间定位。在这一过程中,荧光单分子的定位算法及图像处理速度显得尤其关键。对单分子定位成像算法的基本原理进行阐述,包括模型和估计器的选择以及重建结果的评估等内容。同时针对拟合方法和功能的不同,对10余种算法进行分类和比较,并选取具有代表性的算法展开讨论和分析,希望对未来开展相关研究提供一定的参考。     

用于荧光分子断层成像的小动物躯干部分三维表面轮廓重建研究

目的:基于CCD的荧光分子断层成像(FMT)近年来取得了快速发展,非接触式荧光分子断层成像技术(FMT)需要获取成像对象的三维表面轮廓,用于荧光团浓度重建的前向模型.方法:提出一种在白光条件下基于反投影法的三维轮廓提取方法,在获取360°的CCD照片后,滤波反投影重建断层,经过相应的图像平滑处理,得到轮廓边界,校准后重建出表面轮廓.结果:仿体实验和小动物实验结果表明,该方法具有毫米量级的重建精度.结论:该方法能够很好地重建躯干部分表面三维轮廓,较其他表面轮廓提取方法简单、实用,而且能够顺利地结合到荧光成像的工作流程中去,不需要单独成像,保证了整个成像过程的连续性.     

吲哚菁绿荧光影像技术在肝胆外科中的发展及应用

随着医学模式的转变、外科技术和影像技术的快速发展,吲哚菁绿荧光影像技术被越来越广泛地用于临床,其在肝胆外科中获得了初步良好的效果。现对吲哚菁绿荧光影像技术在肝脏外科术中的应用进行综述。     

正电子发射计算机断层显像/核磁共振：分子影像学技术新进展

背景：正电子发射计算机断层显像(PET)从分子水平反映细胞代谢和功能变化,MRI有更高的软组织对比度和空间分辨率,且无电磁辐射。近年来,随着多模式成像技术飞速发展,作为刚刚应用于临床的多模式分子成像技术,PET/MRI融合显像可提供分子、形态与功能信息,有关研究已成为分子影像领域的关注焦点。 目的：就目前PET/MRI研制存在的问题和进展情况做一综述,并展望其潜在的临床和科研价值。 方法：由第一作者应用计算机检索CNKI数据库、Springerlink数据库、Pubmed数据库相关文献。检索时间范围：2000年1月至2012年6月。英文检索词：“PET/MRI”和“multimodality imaging or image fusion”,中文检索词：“分子影像学”和“图像融合”。选择内容与PET/MRI多模式成像相关的文章,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章,共纳入53篇文献。 结果与结论：已有的研究成果表明,PET/MRI较传统显像手段和其他成功的多模式成像技术,如PET/CT和SPECT/CT有更多、更新的应用优势,并已积累临床前和初步临床应用的经验,PET/MRI具有广阔的发展空间,有望将分子影像技术的发展带入一个新的时代,为临床诊断掀开新的篇章。     

纳米磁颗粒电磁探测及成像技术研究进展

近10年来,磁纳米颗粒已由最初的核磁共振造影剂发展成为集疾病诊断、靶向药物输送及磁热疗等一体化诊断平台的功能性材料。磁纳米颗粒成像(MPI)是一种通过检测注射到血管中的超顺磁性纳米颗粒的磁性来构建三维图像的计算机断层成像技术。除血管造影和干细胞跟踪,磁纳米颗粒成像在生物医学上有一系列令人激动的潜在的应用,例如实时透视、诊断和分期癌症、体内炎症成像、温度显示和功能性分子成像等。该技术试图在现有的造影剂成像技术上以更敏感、更快捷、更安全的方式得到确定体积内的示踪剂分布的图像。首先介绍磁纳米颗粒在分子成像与诊疗应用研究进展,进一步说明磁纳米颗粒的电磁探测的原理,重点从扫描仪线圈拓扑结构和图像重建两方面介绍磁颗粒的电磁成像技术的研究现状和存在的问题,最后提出未来技术重要的发展趋势。     

量子点探针辅助的近红外荧光成像技术在肿瘤显影中的应用

肿瘤早期检测是精准并高效诊疗癌症的关键因素。荧光成像技术凭借其高灵敏度、高时空分辨率、无电离辐射和无创实时成像等优点,在生物医学领域,尤其在肿瘤检测方面展现出了广泛的应用前景。近红外光穿过生物组织时,受到的吸收和散射较少,因此在生物成像方面体现了高信噪比和强组织穿透能力。在众多荧光探针中,近红外发光的量子点探针因其量子产率高、抗光漂白性强、发射光可调和稳定性良好等特点在荧光成像方面显示出突出的优势。本文基于量子点探针的近红外荧光成像技术在肿瘤显影中的应用,介绍了量子点优异的光学性能,并重点讨论了硫化铅（PbS）和硫化银（Ag2S）近红外发光量子点探针在肿瘤成像方面的研究进展,并对近红外发光量子点探针的应用前景进行了展望。     

量子点在生物成像中的应用与研究进展

纳米材料在分子成像及肿瘤靶向治疗方面的作用越来越被重视,量子点由于具有丰富的表面化学性质和明亮稳定的荧光特性,被作为一种新型的纳米探针广泛地应用于分子、细胞及体内生物成像中.近年来,有关量子点的表面修饰及其在细胞和动物体内的成像方面研究不断深入,就量子点在生物成像中研究与应用的最新进展作一综述.     

Fluorescence ratio imaging for oxygen measurement in a tissue engineered construct

Abstract

Tissue engineering is limited by oxygen delivery to cells in cellular constructs. Oxygen-sensitive fluorescent particles, i.e. sensors, and fluorescence microscopy can facilitate the measurement of oxygen in tissue engineered constructs in a non-invasive, semi-quantitative, and spatial manner. This work examined two microscopy artifacts that limit fluorescence ratio imaging. These artifacts are (i) non-uniform fluorescence lamp illumination (ii) non-uniform sample fluorescence caused by either uneven sensor distribution or background fluorescence. Artifact correction and fluorescence ratio imaging were used to measure oxygen in a small-scale hypoxia hydrogel scaffold with fluorescent oxygen-sensitive nanoparticles. High cell density samples were oxygen deprived due to cellular oxygen consumption whereas hypoxia was not observed in low cell density samples. Next, cells were cultured in a hydrogel inside a bioreactor to demonstrate application of oxygen measurement methods to a more complex culture system. Widefield fluorescence microscopy imaging of nanoparticle sensors was used to measure oxygen. With fluorescence ratio imaging, an oxygen gradient was demonstrated, from high oxygen at the oxygen-supplied hydrogel periphery of the cellular hydrogel to low oxygen at the center.     

新型冠状病毒肺炎的影像学应用及进展

新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019, COVID-19）引起了全球大规模疫情,其影像学表现多种多样且变化迅速,本文从影像学在COVID-19的诊断、分期分型、随访方面的应用进展及人工智能在COVID-19影像诊断方面的研究进展进行综述。     

具有聚集诱导发光效应的荧光探针在生物医学中的应用

荧光技术的发展为人类的科学研究提供了重要的基础.荧光材料在环境检测与保护、分子识别与示踪、生物成像以及医学诊断等领域显示出重要的应用价值,因此受到广泛重视.具有聚集诱导发光效应(aggregation induced emission,AIE)的荧光探针具有毒性低、光稳定性好、生物相容性强等优点,并且能克服传统荧光物质...