小动物活体光学三维成像系统

IVIS Spectrum小动物活体光学成像系统

IVIS Spectrum 小动物活体光学成像技术代表了目前活体光学成像系统的。系统同时具备二维及三维断层水平的生物发光、荧光、切伦科夫辐射成像功能，能够伤地在活体动物水平对疾病的发生发展及治疗、细胞的动态变化、基因的实时表达进行长期观测。基于的硬件配置，系统具备了业内灵敏度的生物发光及荧光成像性能，并且是目前同时具备生物发光和荧光三维成像性能的系统，因此能够和其它模式的三维影像系统（如MRI、CT 及PET 等）联合使用，将不同模式的三维影像进行融合，实现功能性成像与结构性成像的结合。

主要性能

♦    高灵敏度生物发光及荧光成像

♦    3D 断层扫描及重建

♦    精确定量

♦​​​​​​​    高通量

♦​​​​​​​    高分辨率（达20微米）

♦​​​​​​​    28个高效滤光片，覆盖430-850nm全波段

     –  实现基于多光谱扫描的高品质光谱分离成像

     –  实现基于光谱分离成像而进行的背景去除及多探针成像

♦​​​​​​​    多模式成像及影像融合

特点一：全面而*的荧光成像解决方案

荧光反射及透射成像功能

大多数活体光学成像系统均采用反射照明而激发体内荧光信号，此方式由于是全身激发，故存在激发光能量分散且全身组织自发背景荧光强的缺陷，因而对体内深层荧光信号的检测效果较差。IVIS Spectrum在具备荧光反射激发模式的基础上，开创性地整合了透射激发模式，即通过光纤将光源能量引至实验动物底部，进而从动物底部进行多点透射激发扫描，在集中激发能量的同时，减少了自发背景荧光的产生，地解决了深层荧光成像的问题。

长寿命高透光率窄带宽滤光片

为了实现品质的荧光成像性能，IVIS Spectrum配置了丰富且优质的荧光滤光片，光谱覆盖包括从蓝光至近红外光波段的全部区域，并且，所有滤光片的加工制作均采用的硬涂层技术，在保证高透光率（95%以上）的同时具备长寿命耐损伤品质。

♦    标配10块窄带激发光滤片：415 nm – 760 nm (30 nm 带宽)

♦    标配18块窄带发射光滤片：490 nm – 850 nm (20 nm 带宽)

图2. 窄带宽激发光和发射光滤片

特点二：灵活可调的成像视野

图3. IVIS Spectrum具备灵活的视野调节性能，可以实现从体外单个细胞的高分辨率成像至5只小鼠全身同时成像

特点三：业内灵敏度的生物发光成像

基于-90℃ 制冷的CCD 相机、大尺寸高量子效率CCD 芯片及大光圈镜头，IVIS Spectrum 具备了的超高生物发光检测灵敏度，可以实现对以萤火虫荧光素酶、海肾荧光素酶、细菌荧光素酶等多种荧光素酶为报告探针的发光信号进行快速准确的成像检测。这种超灵敏的检测能力，使研究者能够在活体动物水平观测到低至个位数级别的细胞信号，进而帮助研究者尽早地对疾病的发生发展进行监测和分析。

图4. （上图）在4T1-luc2肿瘤细胞皮下注射当天的活体裸鼠上检测到所注射5个细胞发出的信号，以及之后长期观测的结果；（下图）对左心室注射的MDA-MB-231-luc2肿瘤细胞在活体小鼠体内转移的长期观测。

图 5. 长期观测C57BL/6小鼠颅内移植GL261-luc2胶质瘤细胞在体内的发展情况。

特点四：强大的荧光成像性能​​​​​​​

使用IVIS Spectrum，研究者可以实现对荧光蛋白、荧光染料、纳米颗粒、量子点、功能性荧光试剂等荧光类探针进行成像。另外，IVIS Spectrum由于配置了丰富且优质的荧光滤光片，以及业内金标准的光谱分离分析算法，因而具备强大的光谱分离成像功能，能够实现组织自发背景荧光的去除，有效提高荧光成像的灵敏度和准确性，并满足多探针成像的需求。

除了提供高性能仪器，PerkinElmer还为使用者研发出丰富的活体荧光成像配套试剂，以帮助研究者更便捷快速的获取实验数据。而IVIS Spectrum是与这些配套试剂结合使用的。

图6. 在活体小鼠中，利用IVIS Spectrum及功能性荧光试剂MMPSense 680和ProSense750EX，监测基质金属蛋白酶（MMP）和组织蛋白酶（cathepsin）在4T1-luc2肿瘤细胞发生骨转移过程中的活性。

图7. 在右下肢关节炎小鼠模型中，利用IVIS Spectrum观测由VivoTrack680荧光染料标记的巨噬细胞对炎症发生区域的靶向富集。

特点五：利用*的光谱分离技术实现多光谱成像

IVIS Spectrum配套的Living Image成像和分析软件内置了功能强大的光谱分离算法，凭借该算法，研究者在基于多光谱成像结果的基础上，可以对不同探针信号的光谱信息进行绘制和拆分，而实现组织自发背景荧光去除及多探针成像。由于软件内置了Imaging Wizard成像及分析向导模块，一步步引导进行图像获取及分析，因此，研究者可以轻松便捷地完成包括上述多光谱分离在内的所有成像及分析操作。

结合*的光谱分离算法及丰富的窄带滤光片，组织自发背景荧光的干扰及多探针成像的困扰将不复存在。图8展示了利用光谱分离功能实现的4种荧光探针同时成像的结果。

图8. 利用光谱分离技术对4种荧光探针进行成像。4种探针分别为：肝脏中的VivoTag680、肺中的VivoTag750、肠道中的ICG以及绿色代表的组织自发背景荧光。

特点六：3D成像-对光学信号在体内进行精确定量和定位

二维成像只能实现对光学信号的相对定位和定量，而三维成像是解决上述问题的途径。IVIS Spectrum利用的生物发光和荧光三维成像技术对动物体内的光学信号进行断层扫描，并通过*的模型算法对成像结果进行三维重建。重建出的三维结果可利用软件进行分析，获得光学信号在体内的深度、发光体积、发光强度、细胞数量、探针浓度等三维定量信息，以及结合数字器官图而显示的器官定位信息（图9、10）。

图9. 生物发光三维成像显示GL261-luc2胶质瘤在颅内的定位

图 10. 荧光三维成像显示(a)tdTomato标记的P3CM前列腺癌细胞3D成像结果；(b)某750波段染料标记的抗体对P3CM细胞靶向3D成像结果；(c)上述肿瘤及抗体3D成像结果的融合影像

特点七：多模式影像融合

IVIS Spectrum 是当今的活体光学成像系统，不仅是因为具备*的二维及三维成像功能，而且具备与其它模式活体成像系统联合使用的能力（图  11、12和13），以实现功能性与结构性成像的融合，获取更为全面和准确的研究结果。

图11. 利用IVIS Spectrum对生物发光肿瘤MDA-MB-231-luc2进行三维成像（橙色），并与利用Quantum FX microCT对实验小鼠骨架进行三维成像的结果融合。

图 12. A)U-87MG-luc2胶质瘤3D光学信号与实验小鼠骨架microCT成像信号融合影像；B)生物发光肺炎链球菌3D光学信号与实验小鼠骨架microCT成像信号融合影像。

图 13. 生物发光肿瘤细胞MDA-MB-231-luc-D3H2ln在小鼠体内转移的3D信号与实验小鼠骨架microCT成像信号融合影像。