ART Optix MX3小动物分子成像系统

产地：加拿大

品牌：ART （Advanced Research Technology Inc.)

型号：Optix MX3

功能：活体动物激发荧光断层成像和生物发光断层成像

Optix MX3是由加拿大ART公司生产性能卓越的激发荧光成像（fluorescence）和生物发光成像（bioluminescence）功能的活体动物分子成像系统。在激发荧光成像模式下，Optix MX3使用专利的时域光学技术（Time Domain，TD），该技术独家创新采用光电倍增管和单光子计数器作为荧光检测系统，Optix MX3的独一无二的优势是:

1. 采用时域光学技术（TD）既可以探测活体动物体内靶目标荧光探针信号强度数据，又可以给出荧光探针所处的位置深度数据，而不是简单的纵向2个光源信号的简单叠加。
2. 采用时域光学技术（TD）可以完全排除生物体内组织背景荧光信号干扰，极大提高激发荧光成像检测灵敏度。
3. 采用时域光学技术（TD）可以提供高质量的活体动物体内靶目标三维影像，分辨率高。
4. 单光子计数器可以分离来自具有相同发射波长但不同荧光寿命的发光物质，从而达到组织自发荧光的完全分离，排除背景荧光干扰，实现精确的探针浓度计算。

Optix MX3利用特异或非特异性的探针，对活体动物体内的分子和细胞活动进行定性、定量观察并获取影像。结合时域技术，Optix MX3 可应用于对疾病机理进行深入研究，监测疾病进展，评估治疗效果。

使用TD（Time Domain时域光学技术） 的成像实例

Optix MX3采用时域光学技术(TD)的光学成像策略所具有的卓越优势在于能够精确给出标记荧光探针的靶目标的深度和浓度信息，同时通过测量靶目标荧光寿命与周围组织自发荧光的荧光寿命区别，完全排除背景干扰（组织自发荧光干扰），实现功能3D影响重建。



发光基团纵向深度位置和浓度（发光强度）复原
荧光成像的关键问题是发光点信号的定位，如果不能得到发光点的纵向精确深度信息，除非加入许多假设条件，否则定量是不可能的。比如，连续波长荧光成像系统就无法区分深度包埋的较强荧信号和较浅部位包埋的微弱荧光信号，除非使用X射线断层技术。


荧光寿命
时域光学技术（TD）的另外一个优势就是其0.1纳秒级时间分辨率，可以给研究人员提供体内荧光寿命测量，该参数可以计算荧光基团的荧光寿命，荧光基团的荧光寿命与生物体内的生化环境相关，可以用来将生物体内标记的细胞与未标记游离物质区分开来。荧光寿命与荧光基团的浓度相关，而与photo-bleaching过程无关。


荧光寿命技术指标的典型应用为：

1. 监测联合药物治疗，采用TD技术可以同时测量2个或多个以上相同波长但不同荧光寿命组分。
2. pH值和氧化程度感测，因为荧光寿命与组织pH值和氧化程度相关。
3. 可以将标记的和未标记的游离介质区分开来。
4. 区分 healthy 和 ischemic tissues.
5. 区分具有相同光谱但不同荧光寿命的2种报告基团。


功能3D重建
光学成像的最终目标是要实现3D影像重建。连续波长测量方式（CW，continue wavelenth）是采用多角度投影数据来给出标本的3D影像，Optix MX3采用时域光学TD技术，通过反射采集模式，只需要使用1个方向上投影采集的数据，即可给出清晰的重建3D影像。重建过程依据多重TPSFs数据和光子在组织中迁移和散射模型，通过复杂的数学运算。

直到今日，Optix MX3具有只需通过平面扫描，即使在探针浓度很低的情况下，给出精确的断层影像的卓越能力。3D体积重建，精确复原荧光基团的分布，给出活体动物体内标记组织外形、深度和荧光包埋浓度，下图显示，3D 重建结果可以同时显示为任何方向上的2D切片影像。 

3D 重建文件可以输出为DICOM格式，从而与高分辨CT影像兼容。

Optix MX3 提供：

1. 近红外荧光成像（NIR）－近红外光具有低组织吸收特性，能深层穿透组织。
2. 荧光团定量－对荧光强度、相对浓度、深度和荧光寿命进行定量测定，提高数据和分析以及三维重建的质量
3. 集成的多模式平台－可同时对多个生物学靶目标进行生物分布的监测，与活体microCT 进行影像整合，获取精确的解剖学信息。并能将数据以DICOM影像格式无缝输出至临床图像工作站，提高分析能力。

应用广泛的近红外荧光成像

细胞表面抗原成像
一些细胞表面受体分子可能在有活化的内皮细胞和肿瘤细胞上过度表达，其相应的高特异性的配体或多肽可经由荧光进行标记，用于肿瘤成像。

其它应用
细胞内和细胞外环境：使用特定的荧光团寿命衰变的特性，对荧光团所处环境进行辨别。
报告基因：监测与信号转导、基因表达以及蛋白和蛋白间相互作用相关的细胞活动。

药物动力学
对少量一群实验动物进行治疗干预的纵向监测。
荧光团深度和浓度定量

Optix MX3 技术

任何光学成像方法必须克服影响光学信号强度的物理性质，包括周围组织的散射特性和背景噪音（如自发荧光团）。由于这些综合因素的影响，对于那些定量化的应用要求仅依靠强度信号是不够的。

Optix MX3 突破了上述限制，能提供对荧光团强度、浓度和三维定位的精确测量。

基于时域技术，Optix MX3 利用脉冲激光二极管发送窄光谱的激光短脉冲作为激发光，并采用单光子计数光电倍增管记录被激发荧光光子的到达时间分布（时间点扩展函数或TPSF）。通过这些设计，Optix MX3 可确定荧光团的组织内深度，并将之用于衰减校正计算来获取荧光团的精确相对浓度。

荧光寿命
由于Optix MX3 具有纳秒级的时间分辨率，研究者可进行活体荧光寿命测量，从而辨别具有类似光谱图的荧光团。除此之外，研究者可以使用探针确定微环境，如pH、氧水平 （含量）、温度及其它已知的影响荧光寿命的因素。

集成的多模式平台获取定量化的3D数据

三维多模式图像融合
Optix MX3 采用小动物CT通用的动物床，支持多模式的图像融合。它的自动化的重合和视图软件工具能加速融合过程，并简化工作流程。Optix MX3 的高灵敏度和高分辨率，荧光示踪剂不仅能被检测、定量和监控，更能和特定的三维位置重合。

断层成像
时域光学成像允许高灵敏度的深度探测和结合平面成像几何信息的断层成像。

多波长
多波长激发显著扩展了可应用的光谱范围，提高了Optix MX3 的灵活性。Optix MX3 可支持多达4个脉冲激光二极管，14个滤光片。运用附加的激光管和滤光片，具有不同光谱性质的多种荧光靶目标均可被使用，其范围覆盖从可见光直至近红外光谱。