动物活体光学成像的概念

动物活体光学成像（Optical in vivo Imaging），指利用光学的探测手段结合光学探测分子对实验动物进行成像，来获得动物体内生物学信息的方法。根据探测方式的不同，光学成像可分为生物发光成像、荧光成像、上转换荧光成像、切伦科夫成像和 X-ray 成像等。其中，最常用到的是生物发光成像和荧光成像。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。

动物活体光学成像通过将目的基因、细胞、药物分子等做上标记后注射到动物体内。标记物多种多样，例如：萤火虫荧光素酶基因、荧光蛋白、荧光染料、量子点及其他纳米荧光颗粒等。体内光源发出的光，经过散射吸收后到达表面形成光斑。透过灵敏的光学元件（如 CCD），可将光信号转换成为电信号，再转换成图像输出。

动物活体光学成像原理示意图

与传统实验相比，动物活体光学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，对动物体内靶点、信号通路、代谢过程及动物活体内证实生物过程模型起到更好的探索作用；其次，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，避免个体差异对实验结果造成影响，又不需要杀死实验动物，减少实验动物的使用量；再者，在转基因动物研究过程中，可以更早期、更快速、高通量精确筛选目标动物，具有廉价、灵敏、定量和可重复性的检测特性，同时节约时间成本，提高实验效率。