生物成像技术调研
初探生物光子学
第一部分生物医学光子学研究背景
光子学是研究作为信息和能量载体的光子行为及其应用的科学[1]。光子学正在继电子学之后为新世纪人类信息社会的进步与发展提供越来越重要的物质基础和手段。光子学具有极强的应用背景，其触角几乎遍及科技、经济、军事和社会发展的众多技术领域，为此产生了丰富多彩的光子技术，其作用和影响远远超出人们对光子学本身原有的预想，并形成了一系列新的交叉学科领域[2~7]。
在生命科学领域，光与生命现象早已结下不解之缘。从科学发展观来看，在21世纪，所有的科学技术都将围绕人与人类的发展问题，寻找各自的存在意义与发展面。生物医学光子学正是在这样的背景下产生的[2,3,5~7] 。简言之,生物医学光子学是利用光子来研究生命现象的科学，它是光子学和生命科学相互交叉、互相渗透而产生的边缘学科。具体地，生物医学光子学涉及生物(包括人体组织)系统以光子形式释放的能量与来自生物系统的光子探测过程，以及这些光子所携带的有关生物系统的结构与功能信息，还包括利用光子的能量对生物系统进行的加工与改造等。生物学研究与医学研究、诊断和治疗涉及到的光学及其相关的应用技术, 包括其中最基础性的光物理问题, 均可归为生物医学光子学的研究对象。较普遍的观点认为, 生物医学光子学可以定义为研究所有波长范围的电磁辐射在生物医学领域的应用科学与技术。生物医学光子学涉及对生物体的成像、探测和操纵, 具体可划分为生物光子学和医学光子学两个相对独立的部分, 但它们各自的领域存在互相重叠的范围[6~9],两者的区分主要在于光子学及其技术的具体应用对象不同。生物光子学主要研究分子水平上的细胞功能和结构, 包括生物系统的光子辐射以及这些光子携带的信息, 用光子及其技术对生物系统进行检测、加工和改造等等; 而医学光子学的研究对象为人体及其器官和组织。通过检测组织与血液参数, 探索组织结构与功能的变化, 进而实现宏观和微观水平疾病无损探测、诊断和治疗, 包括组织光学、医学光谱术、医学成像术、以及光诊断与光治疗技术及其作用机理的研究等[8,10~12]。
生物医学光子学的学科发展及其研究成果, 对生命科学有重要且积极的意义, 将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性, 从而提高人类的生存价值和意义, 其中的重大突破将起到类似X射线和CT 技
术在人类文明进步史上的重要推动作用, 在知识经济崛起的时代还可能产生和带动一批高新技术产业。
第二部分什么是生物光子
萤火虫发光是自然界一个常见的生命现象，它属于高强度的生物发光肉眼可以看见。生物发光是一种酶催化的氧化作用，存在于细菌、真菌、昆虫、鱼类等许多有机体中，但是在高等的动植物中没有发现生物发光。
生物组织在某些化学物质的作用下，还可以诱发化学发光，这样的作用通常被表示为
A+B→(AB)* →AB+hv
其中，A是一种化学物质，如过氧化氢；B是一个确定的细胞组分，如类脂
hv是一个光子的能量。化学发光作为一个探索化学反应过程及产物的工具，已
经被使用了很多年。
与生物发光、化学发光不同，所有被测量的生物系统存在着超弱的光辐射，它们涉及的范围极为广泛动物及其器官、组织、细胞、亚细胞，基至生物大分子；植物及其根、茎、叶、花、果各种水藻各种微生物，如细菌、酵母菌等。这种普遍存在于生物系统中的超弱光辐射被称为"生物光子辐射外。生物光子辐射的强度定主力被测样品每秒每平方厘米表面发射的光子数，它的数量级为几个到几千个光子。换言之，典型的生物光子流约为10—16 W/cm2(取波长λ=500nm)。这样的强度远低于通常的生物发光和化学发光。生物光子辐射探测器的光谱响应通常为（200-800nm）。在此区间，生物光子辐射的谱线基本上是连续的。
从分子物理学的观点来看，生物光子可以被理解为生物分子从高能态向低能态的跃迁。这样的理解是基于一个众所周知的事实生物系统具有新陈代谢的功能。换言之，生物系统是一个典型的开放系统，与外界环境存在着永恒的物质、能量、信息的交换。外界不间断地泵浦(pump)耗散的生物系统，使之处于一种远离热平衡的状态。事实上，生命物质的高能态具有很高的分子布居数(与热平衡状态相比较)。处于高能态的分子是不稳定的，它们必须向低能态跃迁，在此过程中释放能量，这就是生物光子。而回到低能态的分子在外界作用下又跃迁到高能态，再次辐射光子。外界泵浦和光子辐射相伴发生，达到一个动态平衡。因此生物光子可以理解为生命活动的一种损耗。就如激光器的输出光束一样。这样，有理由
相信生物光子携带着生命系统的微观信息。从量子理论的观点来看，生命系统的任何内部变化，无论是组分上的还是结构上的，都会引起系统微观能级的改变，从而导致生物光子辐射的改变。事实上，生物光子辐射已经被发现关联到许多基本的生命过程，如细胞分裂、受精卵发育、光合作用、有机体的病变和死亡等。另外，生物系统所处环境的变化也会影响系统的物质、功能、状态等方面的改变，并表现在生物光下辐射的改变用光子的特性(强度、光谱、光子空间分布、光子统计性质等)来反映生物系统内部性质的变化和外界环境的影响，这是一个由量子测量到宏观分析的过程，它的灵敏度是毋庸置疑的。事实上，大量的研究表明，生物光子的探测和分析能够揭示生物系统内部的细节变化、展示外界环境的微弱影响。
第三部分生物光子辐射的基本特征大量实验结果表明，生物光子辐射具有下列基本特征。
（1）生物光子辐射的强度极低，其数量级为10～1000个光子/(s·cm2)，因而乘积I*△t一般情况下小于100，这里I是总的光子计数率，△t是计数间隔(典型值为△t=100ms)，这样被测的生物光子场中约有100个光子。这意味着生物光子辐射绝不是一个经典效应，而是一个典型的量子现象。
（2）在所有被测量的样品中，生物光子辐射的谱线绝不呈现在某个频率处的尖峰，而是相当平坦的谱分布(测量范围200～800nm)。这是因为生命物质的能级不服从封闭系统的玻尔兹曼(Boltzmann)分布，而是与f v=constant规律相吻合。按此规律，生命物质所有的相关激发态具有基本相同的布居，与能级的高低无关。
（3）对于所有被测量的生物样品，其光照后(白光或单色光)的生物光子辐射动力学均显示长时间的弛豫行为。这样一种延迟发光不服从指数衰变，意味着延迟发光绝不属于线性而是非线性动力学。它起因于集体生物分子之间的相干非线性相互作用。
（4）生物光子被发现关联到许多生命过程和生物功能。特别是实验观察表明，不同的DNA空间构象相应于不同强度的生物光子辐射。实验中采用特殊的物质溴化乙锭作为一种试剂被嵌人DNA的碱基对。由于EB的惰性，它只作用于DNA,而不与其他的生物分子发生作用。不断增加EB的浓度，可以连续改变DNA 的空间构象。在这一过程中，同时测量DNA样品的生物光子辐射。结果显示，在
DNA空间构象变化的过程中，样品的生物光子辐射也发生相应的改变，二者之间有很强的关联。
（5）生物系统处于逆境(stress)时，如病变、受伤、外界环境突然变化等，其生物光子辐射行为一般会发生显薯变化。不过变化的方式因情况而异，没有一个固定的模式。例如，在许多情况下，细胞癌变后的生物光子辐射强度增大，水藻在污染水中的生物光子辐射强度减小。大量实验观察显示，多种溶剂即使在浓度很低、剂量很小的情况下也可以显奢地改变诸多生物系统的光子辐射。
第四部分生物光子学中重要研究领域
1.生物发光的检测与成像技术
生物体超微弱光子辐射(bio-photon emission, 简称BPE)现象是自然界普遍存在的一种现象, 是生物体的一种固有功能。检测这种来自生物体本原信号所携带的与生命活动相关的信息, 可以了解各种生命过程。目前的研究结果已经表明生物光子辐射与生物系统的现正向细胞、亚细胞和分子水平深入。与之相关的理论和测试技术也在不断发展, 并逐渐形成一个重要的交叉学科领域。这种研究方法可能成为研究细胞的信息传递、调控、分化、识别等基本过程的重要工具, 进而发展人为调节超弱发光来实现对生命过程的控制。目前, 对BPE 的检测及成像技术主要包括: (ⅰ) 光子学检测技术: 高灵敏度单光子计数技术、光谱分辨和时间分辨的功能检测技术、二维(三维) 单光子成像检测技术; (ⅱ) 生物光子辐射的物理增强技术: 光诱导延时发光增强技术、弱超声场增强技术、交变磁场增强技术、选择性激发增强技术; (ⅲ) 生物光子辐射的化学增强技术: 化学发光分子反应增强技术、电化学反应增强技术. 通过生物光子辐射检测及选择性增强某一功能性生理过程的光子辐射, 实现生物体无损伤结构及功能检测。这一技术不仅对生物科学领域具有重大的科学意义, 也在农业、医学、食品和环境科学等领域具有广泛的应用背景。随着激光技术、显微技术、荧光标记技术、高灵敏度探测技术、计算机图像处理等技术的飞速发展, 它们在生物科学研究中的应用越来越深入和广泛, 已成为现代生命科学中的重要工具, 并为生命科学的研究带来革命性的变化。
2.微成像与微操纵技术
在激光扫描共焦显微技术方面, 利用目前已达上千种与细胞内不同分子(或离子)特异性结合的荧光探针, 已可以直接观测活细胞中各种重要生物分子的位置、运动以及与其他分子的相互作用等。例如观测细胞骨架上的微管、微丝与中间纤维, 观察信号转导通路上的各种重要的酶与信使分子, 还可利用基因重组技术将自身已有的荧光蛋白引入细胞, 用激光扫描共焦显微镜研究基因的表达、细胞内蛋白质的相互作用与细胞内的“交通”等。
利用双光子激发显微成像技术可以提高荧光成像的穿透深度。并且, 双光子激发的吸收谱很宽, 可以利用单一光源激发不同荧光波段的多种探针; 同时, 双光子激发利用了生物体对光的非线性效应可以获得较单光子激发更高的层析分辨能力。这些特点使双光子激发荧光成像在生物医学的许多研究领域得到了广泛的应用。目前, 这种技术已应用于活体动物和脑切片中神经细胞结构与功能、活体动物脑皮层毛细血管网的成像、胚胎发育过程的长时间动态观测、多光子激发光解笼与光激活、细胞内微区钙动力学以及多光子激发自发荧光等研究领域。最近, 哈佛医学院已经成功地利用双光子荧光成像技术对大鼠大脑进行了活体动态测量。
微纳米光学是借助微电子技术中的微制作手段, 将传统光学延伸到微米甚至纳米尺度, 从而实现器件的小型化以及检测或操纵微纳米尺度的物体, 如单体细胞, 蛋白质或微纳米颗粒等, 是国际光学界公认的主流方向之一, 其中微操纵, 即分子操纵技术, 是单分子科学研究的范畴。目前实现分子操纵的动力主要有电场、原子间力和光梯度力, 并由此诞生了扫描隧道显微镜、原子力显微镜和光镊。光镊利用激光光束产生的力或动量来操作微小的颗粒, 使这些物体可以被光束捕获并按指定的路径运动。由于光镊的无损、非接触特性使其特别适合用于细胞、亚细胞结构和生物分子的研究(如生物细胞细菌、病毒、小的原生动物等生物粒子)所以, 光镊是生物医学光子学领域一个非常重要的研究工具。应用微光学元件构建光镊以及光镊驱动全光学生物芯片将成为光镊发展的趋势, 目前, 光镊主要用于细胞分离, 监测染色体在细胞分裂中的移动情况, 研究细胞骨架的结构和弹性, 研究生物分子动力源, 研究细胞周期及其调控机制等。
3.光学生物芯片的开发与应用
它的研究内容, 包括实现芯片核心功能元件微型泵和微型阀的微制作, 在光学实验室平台芯片上提供微颗粒筛选的解决方案, 以及光学芯片生物传感测量功能的实现等。
微纳光生物芯片结合了纳米技术、光子技术与生物芯片技术, 为解决基因超快速测序、人工智能和神经创伤恢复等提供了非常有意义的科学研究和实际应用前景。结合纳米光子学、OT 和PCR 等技术实现完全意义上的“Lab-on-a-Chip”, 在无污染的环境内实现对生命个体基因的准确测序,为临床基因诊断、基因治疗提供准确可靠的信息。微纳光学生物芯片技术利用微流体对光学性质的调控和检测, 将纳米光子结构与多功能微流控芯片进行集成, 研究DNA 与蛋白质之间、蛋白质与蛋白质之间的相互作用等, 也能够应用于生物化学传感以及人工智能方面, 通过对微流的控制变换实现神经反馈信号的发送和传输, 完成相应的功能。
最新研发的垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser, 简称VCSEL), 为细胞的相干光谱、图像以及细胞内的结构研究提供了可能。初步实验证表明这种激光器在探测人类免疫系统(测量淋巴细胞和细胞核的直径)、基因的紊乱特征化(计算病态和正常红细胞)和区别肿瘤上的癌细胞和正常细胞方面有极大潜力。在药学发展中, 对活细胞的快速药物检测, 或在大量对象的筛查中找到稀少的非正常细胞方面, 这种激光器也是有用的。
4.医学成像应用
医学光子学成像诊断技术发展出具有无辐射损伤、高分辨率、非侵入、实时、安全的光子学成像诊断技术, 并具有经济、小型、且能监测活体组织内部处于自然状态化学成分等特点的医疗诊断设备。医学光子学成像诊断技术主要包括:超快时间分辨成像技术: 以超短脉冲激光作为光源, 根据光脉冲在组织内传播时的时间分辨特性, 使用门控技术分离出漫反射脉冲中未被散射的所谓早期光, 进行成像。正在研究的典型时间门有条纹照相机、克尔门、电子全息等。
散射成像技术: 包括光子密度波散射层析成像、组织深度光谱测量以及复合成像等, 利用红外光源, 光子密度波在生物组织中的穿透深度可达几个毫米, 在低散射的人脑组织中甚至可达30 mm。
红外热成像技术: 红外热成像是利用红外探测器测量人体和动物的正常与病变组织的温度差异来诊断病变及其位置, 现已在医学诊断中得到广泛的应用, 如乳腺肿瘤的诊断。
光学相干层析成像技术: 一种非侵入式无损成像技术, 并且可以与显微镜、手持探针、内窥镜、医用导管、腹腔镜等相结合使用, 从而具有广阔的应用领域。而且, OCT 能进行众多功能成像, 如分光镜OCT、多普勒OCT、偏振OCT: 也可以与众多成像技术结合使用, 如荧光、双光子、二次谐波成像等技术。
荧光寿命成像: 受超短光脉冲激发后, 荧光团, 包括自体荧光团如NADH, FAD等和外源荧光团, 如有机荧光染料、荧光蛋白等, 所发出荧光的寿命取决于荧光团的分子种类及其所处的微环境, 如pH、离子浓度(如Ca 2+ 和Na + 等)、氧压等, 因此荧光寿命的测量和成像,有助于提供生物组织的功能信息。和内窥镜结合, 可用于胃癌、食道癌等疾病的早期诊断, 是一种很有前途的具有高灵敏度、高特异性以及高诊断准确性的早期癌症诊断方法。
光声作用成像: 利用超声场在生物组织中的优良传输特性和激光在生物组织中的选择性吸收特性, 将超声定位技术和光学高灵敏度检测技术结合, 以实现无损伤临床医学的结构和功能层析诊断。预期成像深度远好于目前的光学成像方法, 对于较厚生物组织成像及临床应用特别具有吸引力, 可为及早发现一些特殊病变提供一种无损、有效、高准确度的方法。
非线性光学成像: 双光子激发荧光显微成像、二次谐波等成像技术由于具有三维高空间分辨率, 对比度高、对生物组织的损伤小等优点, 研究工作重点是扩展成像技术在生物医学领域的应用范围, 重点解决研制小型化内窥型诊断设备所面临的相关技术问题。
第五部分几种主要的生物光子成像技术生物光子学近几年进展如此之快，其速度与生物光子成像技术是密不可分的。成像技术在生物光子技术的发展中起了十分重要的作用。下面就几种基本的成像原理做简单的介绍。
1.光相干层析成像技术
光学相干层析成像（optical coherence tomography, OCT）是20世纪90年代逐步发展而成的一种新的三维层析成像技术[12]。OCT基于低相干干涉原理获得深度方向的层析能力，通过扫描可以重构出生物组织或材料内部结构的二维或三维图像，其信号对比度源于生物组织或材料内部光学反射（散射）特性的空间变化。该成像模式的核心部件包括宽带光源、迈克尔逊干涉仪和光电探测器，其轴向分辨率取决于宽带光源的相干长度，一般可以达到1-10μm，而径向分辨率与普通光学显微镜类似，决定于样品内部聚焦光斑的尺寸，一般也在微米量级。OCT 具有非接触、非侵入、成像速度快（实时动态成像）、探测灵敏度高等优点。目前，OCT技术已经在临床诊疗与科学研究中获得了广泛的应用。
最早的OCT系统称作时域OCT系统，基本结构如图一所示。在这套系统中，宽谱光源发出的光被干涉仪分成两路，分别进入到样品臂中，样品臂的光照射到样品上，参考臂的光照射到一个平面镜上。样品的背向散射与参考臂镜面反射光进行干涉，干涉信号利用光电探测器进行收集。只有两臂的光程差近似相等时，干涉信号才能达到较大幅度被检测出来。通过调节参考臂镜面的前后位置或者使用基于光栅的快速扫描光延时线，得到样品不同深度处对光的反射情况，获取样品的结构和功能信息，这里的位置移动或者扫描成为纵向扫描。通过改变入射光线与放置样品的X方向或Y方向的相对位置进行横向扫描，一般通过横向移动载物台或者使用扫描镜来实现。通过对获得的样品信息数据赋予灰度值或者伪彩色值来进行成像。
由于纵向采用时间空间逐点扫描的机制，成像速度受限。由于该扫描机制的限制，TDOCT的轴向线扫描速度（A-line）一般被限制在2-4kHz，极大的限制了TDOCT的成像速度。但是，由于其灵敏度不随深度增加而衰减，目前，TDOCT仍然用于眼前节、冠状动脉等需要较大量程的情况。
图一时域OCT原理图
2.谱域光学相干层析成像术
谱域OCT(Spectral domain OCT, SD-OCT)是第二代OCT技术,相比第一代时域OCT技术,在成像速度、信噪比和灵敏度等方面具有明显优势,在眼科成像、功能成像等领域发挥了重要作用。
谱域OCT的原理如图二所示，SD-OCT 技术可设计成采用宽带光源和光纤迈克尔逊干涉仪构造的、并由光谱仪接收干涉信号的系统, 它由低时间相干度光源、迈克尔逊干涉仪、光谱仪、参考镜和横向扫描装置构成, 其核心部件是迈克尔逊干涉仪和光谱仪. 光谱仪由准直透镜、衍射光栅、成像透镜和CCD 线扫描照相机组成, 光源发出的光耦合进2* 2 光纤耦合器, 并分别进入有反射镜的参考臂和放有被测样品的样品臂。反射镜反射回来的光(参考光)与样品的后向散射光(信号光) 经过光纤耦合器重新汇合后产生干涉信号, 此时可把耦合的光看成是从样品后向散射光的各个单色波分量与从参考镜返回的相应分量相干涉后的叠加，干涉信号从光纤耦合器的另一端输出，被光谱仪接收并经光谱仪中的衍射光栅展开, 由CCD采集并转换为电信号和数字化后输入计算机。然后, 将所得数据进行傅里叶逆变换, 即可得到样品的F(z)或一维深度信息。在此基础上, 通过横向扫描, 就可重构样品的二维层析图像, 从而获得被测物体的结构。
谱域光学相干层析成像技术是继时域光学相干层析成像技术发展而来的，SDOCT通过记录低相干干涉的光谱信号，利用傅里叶分析，实现纵向的空间结构信息的并行获取。参考臂固定不动从而无需对样品进行轴向扫描，直接测量干涉信号的光谱，对所测的光谱进行快速傅里叶逆变换得到样品不同纵向深度
的信息，A-line速度主要决定于相机的曝光频率，一般可以达到几十kHz，甚至数百kHz，因此具有高灵敏度，高成像速度等优点，同时SD-OCT 信号在光谱密度中被采样, 且作为一个傅里叶重构的结果, 改善了信噪比。最近几年科研人员提出对OCT进行量化，这是一种对生物组织光学特性进行研究的技术，目前还处于起步阶段，主要研究正常组织与不正常组织的散射系数的差别。生物组织的光学参数（吸收系数μa和约化散射系数μt）可以提供组织生理过程的许多相关信息，对临床医学的研究具有一定的意义。
图三谱域OCT结构原理图
3.扫频光学相干层析成像技术（Swept source optical coherence tomography，SSOCT）
在SSOCT系统中，干涉信号的产生及其光谱的探测是利用快速可调谐扫频光源以及光电探测器来实现的。SSOCT系统最早出现于1997年，随后2003
年基于半导体光放大器的扫频光源被研制出来，很大程度上提高了SSOCT系
统的性能。SSOCT系统的纵向分辨率一般在10μm量级。基于半导体光放大器的扫频光源利用可调谐滤波器来实现频率的扫描。
如图三所示，SSOCT一般以迈克尔逊干涉仪为主体，利用点探测器分时记录宽带扫频光源的低相干干涉光谱信号，通过傅里叶变换，实现样品内部纵向信息（深度方向）的并行获取。该技术的成像速度主要决定于光源的扫频频率。得益于高速扫频光源技术的发展，该OCT技术目前最高可以实现数MHz
的纵向线扫描速度，具有良好的发展前景。
图三扫频光学相干层析成像技术原理图
4.双光子荧光显微镜
双光子荧光显微镜是结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术的一种新技术。荧光是物质吸收光照或者其他电磁辐射后发出的光。大多数情况下，发光波长比吸收波长较长，能量更低。但是，当吸收强度较大时，可能发生双光子吸收现象，导致辐射波长短于吸收波长的情况发生。由于生物细胞组织中富有各种自家荧光源，因此双光子显微镜被广泛应用于皮肤组织以及细胞的成像。
双光子激发的基本原理是：在高光子密度的情况下，荧光分子可以同时吸收2 个长波长的光子，在经过一个很短的所谓激发态寿命的时间后，发射出一个波长较短的光子；其效果和使用一个波长为长波长一半的光子去激发荧光分子是相同的。双光子的原理如图四所示。荧光分子在10^-18s同时吸收两个hw0的光子
跃迁到激发态S2，随后由激发态S2驰豫到S1，用时0.01ns，在经过约1ns时间回到基态S0。由于S2到S1的驰豫和基态的驰豫，双光子信号频率略小于2W0，但十分接近。
图四双光子能级跃迁原理图
由于双光子激发所产生的荧光强度与激发光的光强平方成正比，因而与单光子激发的线性过程相比，双光子激发就需要很强的激发光强，为了不损伤细胞，双光子显微镜使用高能量锁模脉冲激光器。这种激光器发出的激光具有很高的峰值能量和很低的平均能量，其脉冲宽度只有100 飞秒，而其周期可以达到80 至100 兆赫。在使用高数值孔径的物镜将脉冲激光的光子聚焦时，物镜的焦点处的光子密度是最高的，双光子激发只发生在物镜的焦点上，所以双光子显微镜不需要共聚焦针孔，提高了荧光检测效率。
双光子荧光显微技术有很多优势。首先由于双光子显微镜的荧光激发属于双光子激发，能量吸收仅发生在焦点附近极小的范围内，其他地方几乎不发生双光子吸收。而激发波长与单光子激发波长偏离较远，单光子吸收较小或几乎不发生，因此光漂白和光毒性被降到最低。其次，因为超短飞秒脉冲波长落在700nm-1000nm的长波长范围内，这一波长范围是生物组织的光窗口，一次双光子显微镜具有较深的层析穿透深度。第三，由于双光子吸收只局限于焦点内，因此不需要空间滤光器且对光路调整不敏感，这扩大了信号的收集范围，除了弹道光线被收集，经组织散射的蛇形光也可以被收集，从而提高了成像的信噪比。第四，由于激发光的波长与荧光波长通常距离较远，可以很容易的使用IR滤光片滤除激发光而不影响荧光信号的获取，从而得到较高的信噪比和全部的荧光发射谱。已被广泛地应用于生命科学、半导体、化学、医学领域和三维高密度存储及微细加工的研究。
图五双光子荧光显微镜实物图
5.光声显微成像
光学成像技术虽然具有诸多优点，但其最大的局限在于光子在体内传输受到散射的影响，俗称“软极限”和“硬极限”。分辨率较高的共聚焦显微成像、双光子显微成像和光学弱相干层析成像都只能在“软极限”(即1 mm内)范围工作。光声成像的出现，突破了“软极限”的瓶颈。该技术利用脉冲激光打入生物组织，组织吸收光能转化为热能，产生不受组织深度限制的声波信号，被超声传感器捕捉形成图像。光声成像技术既有光学成像的高分辨率，同时也具备超声成像的高穿透深度优势，从原理上避开了光散射的负面影响，其成像深度已突破了光学“软极限”，是高分辨光学成像技术中唯一有望突破深度“硬极限”(5 cm)的技术，有望成为光学显微成像的主流。
光声成像（Photoacoustic Imaging, PAI）是近年来发展起来的一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法。当脉冲激光照射到（热声成像则特指用无线电频率的脉冲激光进行照射）生物组织中时，组织的光吸收域将产生超声信号，我们称这种由光激发产生的超声信号为光声信号。生物组织产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息，通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声组织成像中深穿透特性的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织图像，从原理上避开
了光散射的影响，突破了高分辨率光学成像深度“软极限”（~1 mm），可实现50 mm的深层活体内组织成像。
光声信号产生的基本原理如图六所示。当用短脉冲激光照射吸收体时，吸收体中的分子吸收光子后，当满足一定的条件时，吸收体分子的电子从低能级跃迁到高能级而处于激发态，而处于激发态的电子极不稳定，当电子从高能级向低能级跃迁时，会以光或热量的形式释放能量。在光声成像应用中通常会选择合适波长的激光作为激发源，使吸收的光子的能量转化为热能的效率最大，通常从光能转化为热能的效率可达到90%以上。释放的热量导致吸收体局部温度升高，温度升高后导致热膨胀而产生压力波，这就是光声信号。因此，光声信号的产生过程就是“光能”－“热能”－“机械能”的转化过程。
图六光声显微镜原理图
光声成像过程可以分为三个部分：信号的产生、信号的接收和信号处理及
图像重建。由于脉冲激光器具有光声转换效率高的优点，因此通常被作为光声成像研究中产生信号的激励源。脉冲激光器发出的激光束照射在待研究组织样品上，由于组织样品的吸收效应，在样品内部形成了与组织光学参数相关的能量沉积分布。由于激光脉宽很窄（ns）吸收的能量不能在短时间内释放，导致瞬间温度变化，从而通过热弹机制转化为热膨胀。周期性热流使周围的介质热胀冷缩而激发超声波，由于这种超声波信号的特殊产生机理，为了区别于其它的超声信号，通常称为光声信号。利用超声探测器接收光声信号并对采集到的信号进行适当地处理和采用相应的图像重建算法，就能够得到样品内部光能量沉积的分布。当保证入射光的均匀性的前提下，光声重建图像与吸收分布具有一一对应的关系。
光声成像将光学成像和超声成像的优点结合起来，一方面，在光声成像中用来重建图像的信号是超声信号，生理组织对超声信号的散射要比光信号低2到3个数量级，因此它可以提供较深的成像深度和较高的空间分辨率；另一方面，光声成像根据不同组织对可见光、近红外光或无线电频率(Radio frequency)电磁波的选择性吸收，利用特定波长的激光脉冲对组织进行照射，并间接地对脉冲能量在生理组织中的吸收分布进行成像，成像的是被“吸收”的光能，这在纯光学成像中是无法做到的，因此相比纯超声成像，光声图像中不同组织间的光学对比度较高。光声成像与传统医学影像技术相比具有如下特点：第一，由于激光的窄线宽，利用生物组织的高光谱选择性吸收差异，光声成像能够实现高特异性光谱组织的选择激发, 不仅可以反映组织结构特征，更能够实现功能成像，开创了一种有别于传统医学影像技术的新成像方法与技术手段。
第二，光声成像结合了光学成像和声学成像的优点。一方面，比纯光学成像穿透更深（可突破激光共聚焦显微成像(LCSM)、双光子激发显微成像(TPEF)、光学弱相干层析成像（OCT）等高分辨率光学成像深度“软”极限
（~1mm）；另一方面，比传统的MRI以及PET成像拥有更高的分辨率；其图像分辨率可达到亚微米、微米量级，可实现高分辨率的分子成像。
第三，光声成像是一种非侵入式成像技术，这对于在体成像非常重要。由于使用的激光功率密度低于生物组织损伤阈值，组织中产生的超声场强度远远
低于组织的损伤阈值，所以光声成像是一种非入侵、非电离的无损伤的成像技术。
第四，随着光声成像系统的一体化、小型化，该成像系统比传统的MRI以及PET脑功能成像系统价格更便宜，使用更便捷，利于普及和推广。
因此，无损光声成像作为一种新兴的医学影像技术，能够在一定的深度下获得足够高的分辨率和图像对比度，图像传递的信息量大，可以提供形态及功能信息，在生物医学应用领域具有广阔的应用前景。
图七通过光谱解析方法获得的动脉粥样硬化血管内窥光声图像
图八光声显微镜监测小鼠耳部黑色素瘤生长过程作为新一代的无损医学成像技术，光声成像可以无标记地对单个细胞成像、可以对血管形态的高分辨成像、对不同组织的成份进行解析和对血液参数高特异性的功能检测。光声成像实现了从细胞到组织结构的多尺度示踪及功能成像。光声成像可以用于研究动物体脑功能、肿瘤细胞转移和肿瘤形态结构，生理、病理特征，血流异常、药物代谢功能、深层荧光蛋白表达、基因活性等方面的内容，为生物医学应用领域提供了重要研究及监测手段，具有良好的发展前景和广泛的生物医学应用潜力。预期光声成像技术将会引起基础生命科学以及临床医学影像领域的变革。
第六部分总结
生物光子学是生物学与光学两大领域相互交叉渗透的一门学科，有着巨大的研究潜力，前景十分广阔。这是一个十分诱人的领域，虽然已经有了很多进展，但仍有很多问题待我们去发现并解决。我相信，对生物光子学技术越来越深入的研究，必将造福于人类。
参考文献
[1] 国家自然科学基金委员会. 光子学与光学技术. 国家自然科学基金优先资助领域战略研究报告. 北京: 高等教育出版社和施普林格出版社. 1999
[2] 美国国家研究理事会, 编. 驾驭光: 21 世纪光科学与工程学. 上海应用物理研究中心,译. 上海: 上海科学技术文献出版社, 2001
[3] 谢树森, 雷仕湛. 光子技术, 北京: 科学出版社, 2004
[4] 谢树森, 李晖, 秦玉文, 等. 生物医学光子学与光子技术. 光电子激光, 2004, 15(11): 1384—1388
[5] Popp F A, Beloussov L. Integrative Biophysics: Biophotonics. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2003
[6] Tuan V o-Dinh. Biomedical Photonics Handbook. Florda: CRC Press, 2003
[7] 刘颂豪. 光子学: 技术与应用. 广州: 广东科技出版社, 2006
[8] 谢树森, 李晖, 郑蔚. 医学光子学. 光子学报, 1999, 28: 455—460
[9] Prasad P N, 著, 何赛灵, 译. 生物光子学导论. 浙江: 浙江大学出版社, 2006
[10] 谢树森, 李晖, 陆祖康. 组织光学概要. 物理, 1998, 27: 599—603
[11] Welch A J, van Gemert M J C. Optical-Thermal Response of Laser-Irradiated Tissue. New York: Plenum Press, 1995
[12] 谢树森, 李晖, 李步洪, 等. 光电子技术在保健医疗和生物学应用中的进展. 物理, 34(12): 927—933
[13] S. H. Yang, D. Xing, Y. Q. Lao, D. W. Yang, L. M. Zeng, L. Z. Xiang and W. R. Chen, Noninvasive monitoring of traumatic brain injury and post-traumatic rehabilitation with laser-induced photoacoustic imaging, Appl. Phys. Lett. 90, 243902 (2007)
[14]J. Zhang,S. H. Yang, X. R. Ji, Q. Zhou and D. Xing, Characterization of Lipid-Rich Aortic Plaques by Intravascular Photoacoustic Tomography: Ex Vivo and In Vivo Validation in a Rabbit Atherosclerosis Model with Histologic Correlation, J Am Col Cardiol, 64(4), 385-390, (2014)
[15]Y. G. Zeng, D. Xing, Y. Wang et al, Photoacoustic and ultrasonic co-image with a linear transducer array, Opt. Lett., 29, 1760-1762, (2004).
[16]P. Li, Z. Ding, Y. Ni, B. Xu, C. Zhao, Y. Shen, C. Du, and B. Jiang, "Visualization of the ocular pulse in the anterior chamber of the mouse eye in vivo using phase-sensitive optical coherence tomography," Journal of Biomedical Optics 19, 090502-090502 (2014).
[17]Y. Chen, A. D. Aguirre, P. L. Hsiung, et al., optical coherence tomography of Barrett's esophagus: preliminary descriptive clinical study correlating images with histology. Endoscopy, 2007, 39: 599-605.
[18]A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, G. Kamp, et al., Measurement of intraocular distances by backscattering spectral interferometry. Opt. Commun., 1995, 117: 43-48.
[18]徐可欣, 高峰, 赵会娟. 生物医学光子学. 科学出版社. 2011年7月, 第2版
[19]王凯. 谱域光学相干层析成像方法与系统研究[D].浙江大学, 2010
[20]金霞, 刘铁根, 李刚,等. 一种高速的光学相干层析成像系统[J]. 仪器仪表学报, 2002, 23(s1):228-229.
[21]郑明杰. 双光子显微镜在生物医学中的应用及其进展[J]. 激光生物学报, 2010, 19(3):423-426.
[22]陶超, 刘晓峻. 生物医学光声成像的研究进展[J]. 应用声学, 2012, 31(6):401-409.
生物医学电阻抗成像技术
第一章绪论 进入21世纪，生物医学工程迅猛发展，如何将先进的科学技术用于人体医学检查及各项机能测试，从而提高人类对疾病的早期预防和治疗，增强机体功能、提高健康水平一直是人们共同关心的问题。因此，人们对医学检测手段的要求越来越高，检测方式已从人工主观检测发展到现在的主客观相结合。特别是医学影像技术的出现，使疾病的诊断更加客观和准确。然而，通过医学实践可以发现单一形态影像诊断仪器不能满足疾病早期诊断的需要，形态和功能相结合的新型检测系统是医学发展的需要，形态和功能相结合的新型检测系统是医学发展的需要。向功能性检查和疾病的早期诊断发展，向疾病的康复和愈合评价延伸，正是现代医学发展所追求的目标。 电阻抗成像（Electrical Impedance Tomography,EIT）技术，是以生物体内电阻抗的分布或变化为成像目标的一种新型无损伤生物医学检测与成像技术。它通过对生物体外加一定的安全激励电流，测得生物体表面电压信号来重构生物体的阻抗分布。由于生物组织阻抗特性差别显著，因而电阻抗成像结果明显。利用EIT技术，可以显示生物体组织的阻抗分布图像、阻抗随频率变化的图像、生物体器官生理活动（如呼吸、心脏搏动）时阻抗变化图像。由于采用外加安全电流激励，是非侵入检测技术，且是功能成像技术，在研究人体生理功能和疾病诊断方面有重要的临床价值。它具有简便、无创廉价的优势，可作为对病人进行长期、连续监护的设备，对疾病的早期预防、诊断、治疗及医疗普查都具有十分重大的意义，一直受到众多研究者的关注。 第一节医学影像技术概况 医学影像技术是用各种成像装置采集人体内部解剖学、生理学、病理学和心理学的信息，并实现可视化的科学。医学影像技术涉及物理学、生物学、医学、电子信息技术等多科学领域，是典型的跨学科
医学影像技术名词解释
名词解释 第一篇总论 1.穿透作用：是指X线穿过物质时不被吸收的本领，X线的穿透力与管电压相关，与物质的密度和厚度相关。穿透性是X线成像的基础。 2.荧光作用：X线能激发荧光物质产生荧光，它是进行透视检查的基础。 3.感光作用：由于电离作用，X线照射到胶片，使胶片上的卤化银发生光化学反应，出现银颗粒沉淀，称X线的感光作用。感光效应是X 线摄影的基础。 4.电离作用：物质受到X线照射，原子核外电子脱离原子轨道，这种作用称为电离作用。 5.造影检查：用人工的方法将高密度或低密度物质引入体内，使其改变组织器官与邻近组织的密度差，以显示成像区域内组织器官的形态和功能的检查方法。 6.对比剂：引入人体产生影像的化学物质。 7.阴性对比剂：原子序数低、吸收X线少，是一种密度低、比重小的物质。影像显示低密度或黑色。包括空气、氧气、二氧化碳等。 8.阳性对比剂：原子序数高、吸收X线多，是一种密度高、比重大的物质，影像显示高密度或白色。包括钡制剂和碘制剂 9.直接引入法：通过人体自然管道、病理瘘管或体表穿刺等途径，将对比剂直接引入造影部位的检查方法。包括口服法、灌注法、穿刺注入法。 10.间接引入法：通过口服或静脉注射将对比剂引入体内，利用某些器官的生理排泄功能将对比剂有选择性地排泄到需要检查的部位而
第二篇普通X线成像技术 1.实际焦点：X线管阳极靶面实际接受电子撞击的面积称之为实际焦点。 2.有效焦点：实际焦点在X线摄影方向上的投影。 3.标称焦点：实际焦点垂直于X线长轴方向的投影。X线管规格特性表中标注的焦点为标称焦点。其焦点的大小值称为有效焦点的标称值。 4.听眶线：外耳孔上缘与眼眶下缘的连线。 5.听眦线：外耳孔中点与眼外眦的连线。 6.听鼻线：外耳孔中点与鼻前棘的连线。 7.瞳间线：两侧瞳孔间的连线。 8.听眉线：外耳孔中点与眶上缘的连线。 9.眶下线：两眼眶下缘的连线。 10.中心线：Ｘ线束居中心的那一条线。
生物医学工程相关精彩试题
Df 《生物医学工程进展》试题库 1. 试述组织光透明技术在生物医学成像的作用及应用前景？ 作用：生物组织属于浑浊介质，具有高散射和低吸收的光学特性，这种高散射特性限制光在组织的穿透深度和成像的对比度，使得很多光学成像技术只能用于浅表组织，制约了光学手段检测诊断及治疗技术的发展和应用。生物组织光透明技术的作用就是通过向生物组织中引入高渗透、高折射、生物相容的化学试剂，来改变组织的光学特性，以此来暂时降低光在组织中的散射、提高光在组织中的穿透深度，从而提高光学成像的成像深度，推动成像技术的发展和新方法的产生。 前景：1、应用骨组织使得骨组织变得光透明，进而对骨组织下的组织成像，避免手术开骨窗照成的伤害，如应用于颅骨，用得当的成像方法获得皮层神经亚细胞结构与微血管信息； 2、解决皮肤角质层的天然阻挡作用，促进透皮给药系统的研究和应用； 3、皮肤光透明剂的发展推动光学相干断层成像技术的发展； 4、光透明剂使得光辐射能在生物组织达到一定深度之后，可以极大地推动光学显微成像、光学手段检测诊断及治疗技术的发展和应用。推进无损光学成像技术在临床上的发展。 2. 请结合图示，描述如何通过单分子定位的方法，实现超分辨光学显微成像。 要通过单分子定位实现超分辨光学显微成像，首先需要利用光激活/光切换的荧光探针标记感兴趣的研究结构。成像过程中，利用激光对高标记密度的分子进行随机稀疏点亮，进而进行单分子荧光成像和漂白；不断重复这种分子被漂白、新的稀疏单分子不断被点亮、荧光成像的过程，将原本空间上密集的荧光分子在时间上进行充分的分离。随后，利用单分子定位算法对采集到的单分子荧光图像进行定位，可以准确得到分子发光中心位置；最后，利用这些分子位置信息，结合图像重建算法，获得最终的超分辨图像。超分辨图像质量的关键在于二点：一是找到有效的方法控制发光分子的密度，使同一时间内只有稀疏的荧光分子能够发光；二是高精度地确定每个荧光分子的位置。 以分辨两个相距20nm 的点光源为例。如下图7, 当两个点光源相距20nm 时，由于衍射极限（一个理想点物经光学系统成像，由于衍射的限制，不可能得到理想像点，而是得到一个艾里斑，这样每个物点的像就是一个弥散斑，两个弥散斑靠近后就不好区分，这样就限制了系统的分辨率，这个斑越大，分辨率越低）的限制，使得每一个点光源经过显微系统所成的像为一个光斑。为了简化起见，假定光斑为一个半径300nm 的圆斑（实际情况下，光斑不是均匀分布的，而是满足方程(1)）。则在荧光显微镜下，两个点光源所成的像为图7（a）所示。在这个时候，两个点光源r1，r2 由于半径都在300nm，是无法区分的，几乎重叠在一起。所以分辨率为300nm。但是如果第一时刻，只有r1 光源发光，如图7（b）所示，
生物技术在医学领域的应用
微生物制药技术 工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位。 微生物制药技术是工业微生物技术的最主要组成部分。微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，抗生素一般定义为：是一种在低浓度下有选择地抑制或影响其他生物机能的微生物产物及其衍生物。(有人曾建议将动植物来源的具有同样生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的范畴，但多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。)近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物
合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢产物统称为微生物药物。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容： 第一方面菌种的获得 根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。 分离思路新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。具体分离操作从以下几个方面展开。 定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。
医学功能成像技术
医学功能成像技术 第二讲功能性磁共振成像 吕维雪 本讲座撰写人吕维雪先生浙江大学教授 解剖结构的磁共振成像已经在临床和研究中被普遍接受了功能性磁共振成像做脑功能定位的出现更进一步扩大了磁共振成像技术在临床上的作用这一新技术可以通过检测神经活动对局域血流流量以及氧饱和的影响产生被激活脑区的图像它对于进一步理解脑的结构功能和病理学之间的关系有重要的作用而且该技术是无损的能很容易地和现有的临床实践集成所以受到了很大的重 视 仅有结构成像技术是不能确定功能性的神经解剖学的已经证明即使在正常人中其脑的中央沟都有很大差异这种情况当存在脑肿瘤时变得更为严重这 时会有质量效应和功能性的重新组织能做功能性定位的技术可以在畸变和脑解剖不确定的场合下提供有临床意义的信息 在对脑肿瘤做手术治疗时功能性成像也是很有价值的在很多场合中需要对主要的功能性皮层做精确的定位以便能最大程度地切除病态组织而使术后的神 经性后遗症减到最少术前能确定主要的功能区对于评价手术是否可行和手术的 方案都有重要意义 术前关键功能区的定位是功能性磁共振成像立即可以对临床有用的领域 fMRI可以在医院现有的MRI扫描仪上做功能区定位的常规检查图像的采集和处理时间基本上和结构性MRI检查类似除了这种应用以外fMRI对许多心理学和认知异常方面的理解和治疗也有潜在的临床价值 一功能性磁共振的原理 要了解功能性磁共振需要熟悉磁共振的物理原理它决定了信号的特性并由这些信号形成图像 1990年Seiji Ogawa首先报道了在磁共振图像中发现了血液氧合对T2*的影响他注意到当血液氧合降低时皮层血管变得更清楚了他知道这是由于去氧基血红素造成局域磁场不均匀的结果并把这一方法称为BOLD(Blood Oxygenation
医学生物技术专业实习报告(新版)
医学生物技术专业实习报告 (新版) Internship is to combine the theoretical knowledge learned with practice, cultivate the innovative spirit of exploration and strengthen the ability of social activities. ( 实习报告 ) 部门：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：MZ-SN-0530
医学生物技术专业实习报告(新版) 医学生物技术专业实习报告【一】 首先，我想谈一下实习的意义。作为一名学生，我想学习的目的不在于通过结业考试，而是为了获取知识，获取工作技能，通过实习工作了解到工作的实际需要，使得学习的目的性更明确，得到的效果也相应的更好。 再次，我要总结一下自己在实习期间的体会。在实习期间，通过在生产现场观摩，经过专业人员的讲解，了解了微生物发酵技术在制药、酿酒和作为生物菌肥等方面的在作用。参观实习是对自己在学校学习的补充，这次实习让我对《发酵工程》这门学科有了更深的认识，亲眼看见了发酵的设备，及其整个的生产流程，对这三个企业有了初步的理解，让我对好氧发酵、厌氧液体发酵、厌氧固体发酵等过程中的灭菌、制种、放大、发酵控制、检测、生产流程
等以及生化药物的提取、精制、冷冻干燥、包装等生物分离工程获得了感性认识，建立了从理论到实际的跨越。也对传统的白酒酿造工艺有了进一步的了解，对酿酒时制曲、原料的选取与处理、配料搅拌及烝酒蒸粮、入窖发酵等工艺过程有了直观的认识。另外还参观了微生物肥料生产的工艺流程，看到了发酵罐的罐体及一些管路，对微生物发酵的用途又多了一份理解。 XXX图文设计 本文档文字均可以自由修改
医学生物技术专业毕业实习报告
( 实习报告) 单位：____________________ 姓名：____________________ 日期：____________________ 编号：YB-BH-035260 医学生物技术专业毕业实习报Graduation practice report of Medical Biotechnology
医学生物技术专业毕业实习报告 医学生物技术专业毕业实习报告【一】 光阴流转，又是一年五月花开，一年的实习即将告一段落，这一年的时间作为人生中第一次的实习，从开始初至的陌生到如今即将来临的告别，期间倍受医院里各位老师的教导、提点，让我从中获益良多。 记得第一个实习科室是神经内科，神经内科作为这所医院的重点专科，收治的病人种类繁杂。在这里，我开始学会了一名医学生在医院里所必须的基本常识，从一片茫然到逐渐锻炼为熟练，也开始一点一点的明白了在课本中浩如烟海的文字里寻找与实际临床的交汇的通道，看到了书本里的文字一点一滴都化作现实成为人生中难以忘怀甚至不可或缺的经历化入脑海;同时也是在这里看到了与现如今人言啧啧的医护行业大相径庭的现实，我看到了诸位老师作为临床医师的各种不足为外人道的辛苦与委屈，在这里我突然发现过着所谓的朝九晚五的生活都成为一种遥不可及的奢望，日夜颠倒的作息时间，无所谓双休节假日的漫长无期的工作日，无论何时何地都要在病人需要的第一时间做出清醒正确的处理。而在这些辛苦的背后还有病人的不理解甚至无理取闹，还有现如今社会中各种恶劣的诋毁与嘲弄，还有与辛劳付出甚至连基本的等比都不能达到的微薄薪金。老师们虽然在闲暇时偶尔玩笑般抱怨现实不公，可一旦工作来临，依旧打起一百二十分的
医学生物技术专业毕业实习报告
( 实习报告 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 医学生物技术专业毕业实习报 告 Graduation practice report of Medical Biotechnology
医学生物技术专业毕业实习报告 医学生物技术专业毕业实习报告【一】 光阴流转，又是一年五月花开，一年的实习即将告一段落，这一年的时间作为人生中第一次的实习，从开始初至的陌生到如今即将来临的告别，期间倍受医院里各位老师的教导、提点，让我从中获益良多。 记得第一个实习科室是神经内科，神经内科作为这所医院的重点专科，收治的病人种类繁杂。在这里，我开始学会了一名医学生在医院里所必须的基本常识，从一片茫然到逐渐锻炼为熟练，也开始一点一点的明白了在课本中浩如烟海的文字里寻找与实际临床的交汇的通道，看到了书本里的文字一点一滴都化作现实成为人生中难以忘怀甚至不可或缺的经历化入脑海;同时也是在这里看到了与现如今人言啧啧的医护行业大相径庭的现实，我看到了诸位老师作
为临床医师的各种不足为外人道的辛苦与委屈，在这里我突然发现过着所谓的朝九晚五的生活都成为一种遥不可及的奢望，日夜颠倒的作息时间，无所谓双休节假日的漫长无期的工作日，无论何时何地都要在病人需要的第一时间做出清醒正确的处理。而在这些辛苦的背后还有病人的不理解甚至无理取闹，还有现如今社会中各种恶劣的诋毁与嘲弄，还有与辛劳付出甚至连基本的等比都不能达到的微薄薪金。老师们虽然在闲暇时偶尔玩笑般抱怨现实不公，可一旦工作来临，依旧打起一百二十分的精神，尽心尽力，兢兢业业，我一度为这种付出与收获不平衡的状况疑惑着，但在医院里一天天的度过，我从最初对暴躁的患者的畏惧，到中间气郁，再到后来的从容应对，我突然想起金庸先生武侠中 最为经典的一句话：侠之大者，为国为民;也许如今的医护人员竟如古谓侠客事了拂衣去，深藏身与名，所求的不过是做好自己所应做的。古语有言天变不足畏，祖宗不足法，人言不足恤，在自己准备着成为一名真正的可以胜任自己职位并且担负职责的临床医师的同时，也在心里期盼着有人能看到这个群体的努力与不易，让这
生物成像技术调研
初探生物光子学 第一部分生物医学光子学研究背景 光子学是研究作为信息和能量载体的光子行为及其应用的科学[1]。光子学正在继电子学之后为新世纪人类信息社会的进步与发展提供越来越重要的物质基础和手段。光子学具有极强的应用背景，其触角几乎遍及科技、经济、军事和社会发展的众多技术领域，为此产生了丰富多彩的光子技术，其作用和影响远远超出人们对光子学本身原有的预想，并形成了一系列新的交叉学科领域[2~7]。 在生命科学领域，光与生命现象早已结下不解之缘。从科学发展观来看，在21世纪，所有的科学技术都将围绕人与人类的发展问题，寻找各自的存在意义与发展面。生物医学光子学正是在这样的背景下产生的[2,3,5~7] 。简言之,生物医学光子学是利用光子来研究生命现象的科学，它是光子学和生命科学相互交叉、互相渗透而产生的边缘学科。具体地，生物医学光子学涉及生物(包括人体组织)系统以光子形式释放的能量与来自生物系统的光子探测过程，以及这些光子所携带的有关生物系统的结构与功能信息，还包括利用光子的能量对生物系统进行的加工与改造等。生物学研究与医学研究、诊断和治疗涉及到的光学及其相关的应用技术, 包括其中最基础性的光物理问题, 均可归为生物医学光子学的研究对象。较普遍的观点认为, 生物医学光子学可以定义为研究所有波长范围的电磁辐射在生物医学领域的应用科学与技术。生物医学光子学涉及对生物体的成像、探测和操纵, 具体可划分为生物光子学和医学光子学两个相对独立的部分, 但它们各自的领域存在互相重叠的范围[6~9],两者的区分主要在于光子学及其技术的具体应用对象不同。生物光子学主要研究分子水平上的细胞功能和结构, 包括生物系统的光子辐射以及这些光子携带的信息, 用光子及其技术对生物系统进行检测、加工和改造等等; 而医学光子学的研究对象为人体及其器官和组织。通过检测组织与血液参数, 探索组织结构与功能的变化, 进而实现宏观和微观水平疾病无损探测、诊断和治疗, 包括组织光学、医学光谱术、医学成像术、以及光诊断与光治疗技术及其作用机理的研究等[8,10~12]。 生物医学光子学的学科发展及其研究成果, 对生命科学有重要且积极的意义, 将为解决长期困扰人类的疑难顽疾如心血管疾病和癌症的早期诊治提供可能性, 从而提高人类的生存价值和意义, 其中的重大突破将起到类似X射线和CT 技
小动物活体成像技术
小动物活体成像技术关键词：动物成像分子影像学光学成像2010-04-20 00:00 来源：互联网点击次数：5089 1、背景和原理 1999年，美国哈佛大学Weissleder等人提出了分子影像学（molecular imaging）的概念——应用影像学方法，对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究。传统成像大多依赖于肉眼可见的身体、生理和代谢过程在疾病状态下的变化，而不是了解疾病的特异性分子事件。分子成像则是利用特异性分子探针追踪靶目标并成像。这种从非特异性成像到特异性成像的变化，为疾病生物学、疾病早期检测、定性、评估和治疗带来了重大的影响。分子成像技术使活体动物体内成像成为可能，它的出现，归功于分子生物学和细胞生物学的发展、转基因动物模型的使用、新的成像药物的运用、高特异性的探针、小动物成像设备的发展等诸多因素。目前，分子成像技术可用于研究观测特异性细胞、基因和分子的表达或互作过程，同时检测多种分子事件，追踪靶细胞，药物和基因治疗最优化，从分子和细胞水平对药物疗效进行成像，从分子病理水平评估疾病发展过程，对同一个动物或病人进行时间、环境、发展和治疗影响跟踪。2、分子成像的优点分子成像和传统的体外成像或细胞培养相比有着显著优点。首先，分子成像能够反映细胞或基因表达的空间和时间分布，从而了解活体动物体内的相关生物学过程、特异性基因功能和相互作用。第二，由于可以对同一个研究个体进行长时间反复跟踪成像，既可以提
高数据的可比性，避免个体差异对试验结果的可影响，又不需要杀死模式动物，节省了大笔科研费用。第三，尤其在药物开发方面，分子成像更是具有划时代的意义。根据目前的统计结果，由于进入临床研究的药物中大部分因为安全问题而终止，导致了在临床研究中大量的资金浪费，而分子成像技术的问世，为解决这一难题提供了广阔的空间，将使药物在临床前研究中通过利用分子成像的方法，获得更详细的分子或基因述水平的数据，这是用传统的方法无法了解的领域，所以分子成像将对新药研究的模式带来革命性变革。其次，在转基因动物、动物基因打靶或制药研究过程中，分子成像能对动物的性状进行跟踪检测，对表型进行直接观测和（定量）分析；3、分类分子成像技术主要分为光学成像、核素成像、磁共振成像和超声成像、CT成像五大类。(1) 光学成像活体动物体内光学成像(Optical in vivo Imaging)主要采用生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）两种技术。生物发光是用荧光素酶(Luciferase)基因标记细胞或DNA，而荧光技术则采用荧光报告基团（GFP、RFP, Cyt及dyes等）进行标记。利用一套非常灵敏的光学检测仪器，让研究人员能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。通过这个系统，可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。传统的动物实验方法需要在不同的时间点宰杀实验动物以获得数据, 得到多个时间点的实验结果。相比之下，可见
医学生物技术专业实习报告
医学生物技术专业实习报告 下面是XXXX为大家整理的，更多请关注XX大学生实习报告。 【一】 首先，我想谈一下实习的意义。作为一名学生，我想学习的目的不在于通过结业考试，而是为了获取知识，获取工作技能，通过实习工作了解到工作的实际需要，使得学习的目的性更明确，得到的效果也相应的更好。 再次，我要总结一下自己在实习期间的体会。在实习期间，通过在生产现场观摩，经过专业人员的讲解，了解了微生物发酵技术在制药、酿酒和作为生物菌肥等方面的在作用。参观实习是对自己在学校学习的补充，这次实习让我对《发酵工程》这门学科有了更深的认识，亲眼看见了发酵的设备，及其整个的生产流程，对这三个企业有了初步的理解，让我对好氧发酵、厌氧液体发酵、厌氧固体发酵等过程中的灭菌、制种、放大、发酵控制、检测、生产流程等以及生化药物的提取、精制、冷冻干燥、包装等生物分离工程获得了感性认识，建立了从理论到实际的跨越。也对传统的白酒酿造工艺有了进一步的了解，对酿酒时制曲、原料的选取与处理、配料搅拌及烝酒蒸粮、入窖发酵等工艺过程有了直观的认识。另外还参观了微生物肥料生产的工艺流程，看到了发
酵罐的罐体及一些管路，对微生物发酵的用途又多了一份理解。 XX 在这次实习当中，我领悟到不论什么时候都要充分发挥自己学习的主观能动性，要主动的去学习，只有这样才能正真的实现实习的目的。 通过这次实习让我认清了自己的很多不足和缺点。第一个就是缺乏实际操作的经验。因为自己缺乏经验，很多问题而不能分清主次。第二是态度仍不够积极。在平时的实验课程中仅仅能够完成布置的工作，若没有工作做时就会松懈，不能做到主动学习。通过这一段时间的实习，从中获得的实践经验使我终身受益，并会在我毕业后的实际工作中不断地得到印证，我会持续地理解和体会实习XX中所学到的知识，期望在未来的工作中把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中来，充分展示我的个人价值和人生价值，为实现自我的理想和光明的前程而努力。 XX 总而言之，通过这几天的实习使我受益良多，我也衷心地感谢学院领导和老师的支持与鼓励，并且向实习单位的热情接待表示崇高的敬意，并希望以后能有更多的机会让我们在实践中提高专业水平。 【二】
活体成像技术-活细胞成像
整体水平和组织水平研究方法 活体成像技术 活体成像技术，即可见光成像技术，是在小动物活体内细胞和分子水平上进行生物学行为研究的一项技术，是近年来发展最快的生命科学和药物学的研究方法，是最直接观察细胞和分子在体内行为的一项新兴技术。 多模式活体成像是当今可见光成像的最新技术潮流，不仅由荧光、生物发光和同位素三种成像方法构成完整的功能成像体系，还有X光成像提供结构成像，二者相叠加，实现特异性信号的精确定位，真正体现活体成像技术的两大技术优势—空间上的分布和时间上的变化。 对于生命科学和药物学等研究而言，了解横向空间上的分布和纵向时间上的变化尤其重要。要了解所研究对象的特性，就必须掌握其进入体内后在各脏器和组织的分布情况，就必须进行精确的定位，现阶段这一点必须借助X光成像系统来实现。同时，还必须掌握所研究的对象在时间上的变化，即代谢情况。这一点，包括两种含义，即要了解同一器官不同时间量上的变化，也要了解不同时间点不同脏器内分布的变化，同样离不开精确的定位。 1.肿瘤方面的应用（应用的成像技术：X光、荧光、发光）
例一：使用荷有4T1luc肿瘤细胞的小鼠模型；肿瘤细胞稳定表达生物素酶，通过生物发光技术显示肿瘤位置；用CY5.5近红外荧光染料标记VEGF(血管内皮生长因子)的单链抗体，静脉注射后，采用荧光成像技术显示抗体体内分布和代谢信息。活体成像表明，这种抗体可以特异性结合到肿瘤细胞上，成为一种新的肿瘤标示物。 Marina V Backer1, Zoya Levashova, NATURE MEDICINE 2007, 13（4）：504-509 例二：前列腺癌的生物发光成像：深层的前列腺癌成像，辅以肾造影剂显示的膀胱显影，进行精确的肿瘤定位。
2018考研专业：083100生物医学工程
2018考研专业：083100生物医学工程 考研专业选择在一定程度影响了未来的人生职业方向，因此建议大家在考研专业选择时，一定要结合自身对未来的职业规划及兴趣，选择适合自己的专业。 一、专业介绍 1、学科简介 生物医学工程是一级学科，部分院校也作为二级学科硕士点招生，本学科是工程技术向医学和生命科学渗透的结晶，它涉及到数学、物理、化学、生物等基础学科和电子信息技术、计算机技术、激光、微波和超声波，以及机械和化工等应用工程学科。它的主要研究领域有：医学成像理论与技术;生物医学信号检测与处理技术;医卫领域信息化工程;微波、毫米波、激光和超声等物理场的生物医学应用和生物医学仪器等。它的发展与人类的健康直接相关，是一个典型的交叉科学技术领域。 2、培养目标 1)较好地掌握马克思主义、毛泽东思想和邓小平理论，拥护党的基本路线，热爱祖国，遵纪守法，学风严谨，品行端正，有较强的事业心和献身科学的精神，积极为国家现代化建设服务。 2)掌握一门外国语，具有坚实的生物医学工程学科方面的理论基础和宽广的专业知识、较强的实验与设计能力。 3)德、智、体全面发展。在生物医学工程学科的某一研究领域掌握较系统的专门知识、技术与方法，具有综合应用生物医学工程学科的理论、方法和技术，进行生物医学工程科学研究与技术开发，把握生物医学工程学科发展的前沿和动态，通晓电子和计算机应用技术，能在本学科及相关领域独立开展工作，运用所掌握的知识与技能解决科学研究或实际工作中的问题的能力。 各招生单位研究方向和考试科目等不尽相同，在此以首都医科大学为例： 3、研究方向 (01)生物力学与康复工程学研究 (02)生物体参数检测研究 (03)生物医学信号处理研究 (04)医学图像处理与分析研究 (05)医学图像处理与信号分析研究 (06)医学信号处理，神经电刺激研究 4、硕士研究生入学考试科目 ①101思想政治理论 ②201英语一 ③301数学一 ④803电子技术基础 二、就业情况 1.专业发展前景 由于生物医学工程学科是应用最先进的理工科的理论与方法来研究人的生命现象与规律，因此其研究领域极其广泛，其研究方向也非常多。在每一个方向上又有着非常宽广的内容。因此，生物医学工程领域也是今后几十年内最容易出现理论突破和技术创新的学科领域之一。
在体生物光学成像技术的研究进展
第34卷第12期自动化学报Vol.34,No.12 2008年12月ACTA AUTOMATICA SINICA December,2008 在体生物光学成像技术的研究进展 李慧1,2戴汝为2 摘要在体生物发光成像和在体荧光成像是近年来新兴的在体生物光学成像技术,能够无损实时动态监测被标记细胞在活体小动物体内的活动及反应,在肿瘤检测、基因表达、蛋白质分子检测、药物受体定位、药物筛选和药物疗效评价等方面具有很大的应用潜力.本文详细介绍了在体生物发光成像和在体荧光成像的特点、系统及应用,比较了它们的异同,综述了在体生物光学成像技术的基本原理和应用领域,讨论了将其应用于临床的进一步发展方向. 关键词在体生物光学成像,生物发光成像,荧光成像 中图分类号R319 Development of In Vivo Optical Imaging LI Hui1,2DAI Ru-Wei2 Abstract With the emergence of in vivo optical imaging,bioluminescence imaging and?uorescence imaging can be used to non-invasively monitor the activities and responses of cells marked with optical signals in real time,which are considered to be promising tools for tumor detection,gene expression pro?ling,protein molecular detection,drug receptor localization,drug screening,and therapeutic evaluation.In this paper,the features,imaging systems,and applications of in vivo bioluminescence imaging and in vivo?uorescence imaging have been introduced and compared in detail.The basic theories,application?elds,and development of in vivo optical imaging in future are reviewed. Key words In vivo optical imaging,bioluminescence imaging(BLI),?uorescence imaging(FI) 随着荧光标记技术和光学成像技术的发展,在体生物光学成像(In vivo optical imaging)已经发展为一项崭新的分子、基因表达的分析检测技术,在生命科学、医学研究及药物研发等领域得到广泛应用,主要分为在体生物发光成像(Biolumi-nescence imaging,BLI)和在体荧光成像(Fluores-cence imaging)两种成像方式[1?2].在体生物发光成像采用荧光素酶(Luciferase)基因标记细胞或DNA,在体荧光成像则采用荧光报告基团,如绿色荧光蛋白(Green?uorescent protein,GFP)、红色荧光蛋白(Red?uorescent protein,RFP)等进行标记[3].利用灵敏的光学检测仪器,如电荷耦合摄像机(Charge coupled device camera,CCD camera),观测活体动物体内疾病的发生发展、肿瘤的生长及 收稿日期2007-08-08收修改稿日期2007-11-19 Received August8,2007;in revised form November19,2007国家自然科学基金(30500131),北京市优秀人才资助项目(20061D0501600216),中国博士后科学基金(20070410146)和中国科学院王宽诚博士后工作奖励基金资助 Supported by National Natural Science Foundation of China (30500131),Research Fund for Beijing Distinguished Specialists (20061D0501600216),Chinese Postdoctoral Science Foundation (20070410146),and Chinese Academy of Sciences K.C.Wong Postdoctoral Fellowships 1.首都师范大学教育技术系北京100048 2.中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学重点实验室北京100190 1.Department of Education Technology,Capital Normal Uni-versity,Beijing100048 2.Key Laboratory of Complex Sys-tems and Intelligence Science,Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190 DOI:10.3724/SP.J.1004.2008.01449转移、基因的表达及反应等生物学过程,从而监测活体生物体内的细胞活动和基因行为[4?8]. 相对于其他成像技术,如核磁共振成像(Mag-netic resonance imaging,MRI)、计算机层析成像(Computed tomography,CT)、超声成像(Ultra-sonic imaging)、正电子发射断层成像(Positron emission tomography,PET)、单光子发射断层成像(Single photon emission computed tomography, SPECT)等,在体生物光学成像具有巨大的优越性,堪称是分子基因检测领域的革命性技术.它具有如下优点:较高的时间/空间分辨率;在肿瘤和良性/正常疾患之间有高的软组织对比度;成像对比度直接与生物分子相关,适于重要疾病的基因表达、生理过程的在体成像;获得信息丰富、适于多参数复合测量;价格适中等.尽管其测量范围与测量深度有限,但适用于小动物的整体在体成像和在体基因表达成像.表1和表2(见下页)分别给出了几种主要成像技术的应用场合及参数比较[5,9],可以看出,基于分子光学标记的在体生物光学成像技术已经在活体动物体内基因表达规律方面展示了较大优势.近年来,随着生物光学成像设备的研制以及转基因动物的研究,国外发达国家已经将在体生物光学成像技术广泛应用于肿瘤免疫及治疗、基因治疗、药物研发等领域并取得了许多成果[4?8]. 本文分别介绍了在体生物发光成像和在体荧光成像的特点、系统及主要应用,比较二者在分子探
活体生物体内光学成像技术及其新进展
活体生物体内光学成像技术及其新进展 摘要：活体生物体内光学成像技术是近年发展起来的新兴技术，以其操作简便、灵敏度高、创伤性小成为研究生物活体成像的一种理想方法，在生命科学研究中有着较大优势并得以不断发展。按发光模式可分为生物自发光和荧光激发光两类。其原理为采用荧光素酶基因或荧光报告基团标记的目的细胞，通过灵敏的光学检测仪器，检测活体生物体内的细胞活动和基因行为。利用光学标记的转基因动物模型可以研究疾病的发生发展过程，进行药物研究及筛选等。本文综述了现有活体生物体内光学成像技术的基本原理、分类、比较以及发展应用。 关键词：活体生物体内光学成像；生物自发光成像；荧光激发光成像；文献综述 利用生物体内发出的能够穿透组织的光进行全身成像，是研究生物学过程的重要方法之一。活体生物体内光学成像技术主要采用生物自发光和荧光激发光两种技术。生物自发光是用荧光素酶基因标记或DNA，而荧光激发光则采用荧光报告基团进行标记[1]。成像试剂标记后，利用灵敏的光学检测仪器，可以直接检测活体生物体内的细胞活动和基因行为，是近年来发展起来的新兴技术。与其它的活体内成像技术，如超声、计算机断层显像、核磁共振成像、正电子衍射成像相比，活体生物体内光学成像技术有着灵敏度高、安全、易操作、结果直观、测量快速、数据真实可靠、费用低廉等特点。目前该技术已被广泛应用于生命科学、医学研究和药物研发等领域[2]。 1 活体生物体内光学成像技术的分类及其原理 活体生物体内光学成像系统由作为报告基因的荧光素酶或荧光蛋白、灵敏的光学检测仪器及其分析软件组成。报告基因被插入的多种基因启动之后，通过检测报告基因的表达情况，从而实现靶细胞或靶分子表达的实时检测[3,4]。目前活体生物光学成像仪的最高辨析度为0.1mm左右。活体生物体内光学成像技术按发光模式可分为两类,一种是采用生物发光技术, 另一种是采用荧光激发光技术。现分别加以介绍说明。 1.1 生物自发光技术 1995年，Contag首次在小动物体内检测到含有Lux操纵子的病原菌发出的可见光[5]。1997年，他又首次观察到表达Fluc基因的转基因小鼠在注入荧光素酶底物后后生物发光现象。从此，荧光素酶被广泛应用于小动物成像技术。细菌Lux 操纵子由荧光素酶基因和其底物合成酶基因组成，带有这种操纵子的细菌会持续发光。哺乳动物生物发光，是将Fluc基因整合到细胞染色体DNA上以表达荧光素
生物技术在医学方面的应用
姓名：杨小易 学院：法学院 学号：1012112 39 生物技术在医药方面的应用 一、关键词： 生物技术、生物制药、医学应用、前景 二、摘要： 21世纪，生物技术是高技术中发展最快的领域似乎是不争的事实。分子生物技术近年来发展迅速,已成为推动分子医学发展的重要工具。生物技术在医药领域中发挥着日趋重要的作用，促进了医学治疗方法与相关仪器的进步，生物芯片技术、分子生物纳米技术在制药中的重要性正在突出显现，生物技术在医药方面的应用，必将愈来愈广泛。 三、内容： （一）、生物技术制药 生物技术药物或称生物药物是集生物学、医学、药学的先进技术为一体，以组合化学、药学基因（功能抗原学、生物信息学等高技术为依托，以分子遗传学、分子生物、生物物理等基础学科的突破为后盾形成的产业。现在，世界生物制药技术的产业化已进入投资收获期，生物技术药品已应用和渗透到医药、保健食品和日化产品等各个领域，尤其在新药研究、
开发、生产和改造传统制药工业中得到日益广泛的应用，生物制药产业已成为最活跃、进展最快的产业之一。 目前生物制药主要集中在以下几个方向： 1、肿瘤在全世界肿瘤死亡率居首位，美国每年诊断为肿瘤的患者为100万，死于肿瘤者达54.7万。用于肿瘤的治疗费用1020亿美元。肿瘤是多机制的复杂疾病，目前仍用早期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。今后10年抗肿瘤生物药物会急剧增加。如应用基因工程抗体抑制肿瘤，应用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤，应用基因治疗法治疗肿瘤可抑制肿瘤血管生长，阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂，已有3种化合物进入临床试验。 2、神经退化性疾病老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗，胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均已进入Ⅲ期临床。中风症的有效防治药物不多，尤其是可治疗不可逆脑损伤的药物更少，Cerestal已证明对中风患者的脑力能有明显改善和稳定作用，现已进入Ⅲ期临床。Genentech的溶栓活性酶(Activase 重组tPA)用于中风患者治疗，可以消除症状30%。 3、自身免疫性疾病许多炎症由自身免疫缺陷引起，如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。风湿性关节炎患者多于4000万，每年医疗费达上千亿美元，一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E用于治疗哮喘，已进入Ⅱ期临 床;Cetor′s公司研制一种TNF-α抗体用于治疗风湿性关节炎，有效率达80%。Chiron公司的β-干扰素用于治疗多发性硬化病。还有的公司在应用基因疗法治疗糖尿病，如将胰岛素基因导入患者的皮肤细胞，再将细胞注入人体，使工程细胞产生全程胰岛素供应。
小动物活体成像技术_浙江大学汇总
小动物活体成像技术 李冬梅万春丽李继承 摘要：随着小动物成像技术的发展，活体小动物非侵袭性成像在临床前研究中发挥着越来越重要的作用。本文围绕五种小动物成像专用设备，综述其特点及主要应用，比较各种设备的优势和劣势，总结小动物活体成像设备的发展趋势。 关键词：小动物；活体；成像技术 Small living animal imaging technology LI Dong-Mei1 WAN Chun-li 2 LI Ji-Cheng 1 （1Medical college of Zhejiang university，2Shanghai sciencelight biology sci&tech Co.,Ltd.）Abstract: With the development of small animal imaging technology, non-invasive imaging in small living animal models has gained increasing importance in pre-clinical research. Based on five kinds of small animal imaging special equipments, this article reviews their characteristics and illustrates their main applications. Meanwhile, this article also compares the advantages and limitations of these equipments and summarizes the trends of small living animal imaging equipments. Key words: small animal;living; imaging technology 动物模型是现代生物医学研究中重要的实验方法与手段，有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生、发展规律和研究防治措施，同时大鼠、天竺鼠、小鼠等小动物由于诸多优势在生命科学、医学研究及药物开发等多个领域应用日益增多。近年来各种影像技术在动物研究中发挥着越来越重要的作用，涌现出各种小动物成像的专业设备，为科学研究提供了强有力的工具。 动物活体成像技术是指应用影像学方法，对活体状态下的生物过程进行组织、细胞和分子水平的定性和定量研究的技术。动物活体成像技术主要分为光学成像(optical imaging)、核素成像（PET/SPECT）、核磁共振成像（magnetic resonance imaging ，MRI）、计算机断层摄影（computed tomography，CT）成像和超声（ultrasound）成像五大类。 活体成像技术是在不损伤动物的前提下对其进行长期纵向研究的技术之一。成像技术可以提供的数据有绝对定量和相对定量两种。在样本中位置而改变，这类技术提供的为绝对定量信息，如CT、MRI和PET提供的为绝对定量信息；图像数据信号为样本位置依赖性的，如可见光成像中的生物发光、荧光、多光子显微镜技术属于相对定量范畴，但可以通过严格设计实验来定量[1]。其中可见光成像和核素成像特别适合研究分子、代谢和生理学事件，称为功能成像；超声成像和CT则适合于解剖学成像，称为结构成像，MRI介于两者之间。 1 可见光成像 体内可见光成像包括生物发光与荧光两种技术[2]。生物发光是用荧光素酶基因标记DNA，利用其产生的蛋白酶与相应底物发生生化反应产生生物体内的光信号；而荧光技术则采用荧光报告基因（GFP、RFP）或荧光染料（包括荧光量子点）等新型纳米标记材料进行标记，利用报告基因产生的生物发光、荧光蛋白质或染料产生的荧光就可以形成体内的生物光源。前者是动物体内的自发荧光，不需要激发光源，而后者则需要外界激发光源的激发[3]。 1.1 生物发光：哺乳动物生物发光，一般是将萤火虫荧光素酶（Firefly luciferase）基因整合到需观察细胞的染色体DNA上，以表达荧光素酶，培养出能稳定表达荧光素酶的细胞株，当细胞分裂、转移、分化时，荧光素酶也会得到持续稳定的表达[4]。标记后的荧光素酶