BrukerXtreme多模式小动物活体成像系统吴伟全

小动物活体成像技术原理及常见问题分析活体成像技术是指应用影像学方法，在不损伤动物的前提下，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。

通过这项技术可以非侵入式、直观地观测活体动物体内肿瘤的生长，转移、疾病的发展过程、基因的表达变化等生物学过程。

与传统剥瘤称重测量的方法相比，活体成像能够对同一种实验对象在不同时间点进行观察，跟踪同一观察目标(标记细胞及基因)，数据更加真实可信，成本更低，灵敏度更高。

目前活体成像技术主要采用生物发光（Bioluminescence）与荧光（Fluorescence）两种技术，生物发光技术是用荧光素酶（Luciferase）基因标记细胞或者DNA，而荧光技术则是应用荧光蛋白（如GFP,RFP,Mcherry等）标记细胞或是蛋白等研究对象。

其中生物发光技术因其操作简单，反应灵敏，在肿瘤，分子互作及信号传导等研究中得到了广泛应用。

LUC荧光素酶（Luciferase）是自然界中能够产生生物荧光的酶的统称，其中最有代表性的是来自北美萤火虫（Photinus pyralis）体内的荧光素酶。

萤火虫荧光素酶属于加氧酶（oxygenase），其发光反应需要O2和Mg2+参与；有辅酶A（CoA）存在时能提高反应效率，增加发光时间。

萤火虫荧光素酶无需翻译后修饰，即可表现出荧光素酶活性。

将萤火虫荧光素酶的基因插入慢病毒介导的载体中，通过CAG启动子过表达从而作为报告基因，在细胞中表达。

常用于细胞标记后小动物细胞移植活体成像追踪，从而评估移植后细胞的归巢以及治疗效果等。

GFP绿色荧光蛋白1962年在一种学名Aequoreavictoria的水母中发现。

其基因所产生的蛋白质，在蓝色波长范围的光线激发下，会发出绿色萤光。

这个发光的过程中还需要冷光蛋白质Aequorin的帮助，且这个冷光蛋白质与钙离子（Ca2+）可产生交互作用。

将绿色荧光蛋白的基因插入慢病毒介导的载体中，通过flap-Ub启动子过表达从而作为报告基因，在细胞中表达。

brukerin-vivoxtreme⼩动物活体成像系统标准操作规程（1）Bruker In-Vivo Xtreme⼩动物活体成像系统标准操作规程【⽬的】通过制定本操作规程，规范⼩动物活体成像系统使⽤。

【准备】1、实验试剂（药物、染料、⿇醉剂、⽔、脱⽑膏等）；2、实验对象（⼩⿏、⼤⿏、⿊⿏、裸⿏等）；3、如需要⽓体⿇醉则要进⾏氧⽓准备，将⿇醉剂倒⼊⿇醉机中，并检查⿇醉机检查窗中液位位于“min”和“Max”之间；⽓体⿇醉前根据室内温度情况酌情打开动物空⽓加热器。

【开机】主机部分：1、打开X-Ray光源，将开关钥匙打到“ON”的位置；2、打开主机，将主机右后⽅的电源开关打到“ON”的位置。

接着打开电脑，等待⽹线图标出现⼀个黄⾊三⾓叹号后，将MI软件打开。

注意：仪器开机以后，需要⼤约20分钟的预冷时间。

附属部分：1、如需要进⾏⽓体⿇醉，则需要打开⿇醉机，并对实验对象进⾏预⿇醉；2、如果需要进⾏三维旋转拍摄，则需准备动物旋转系统（MARS），动物旋转系统的准备需要在不开拍摄软件和MARS控制器按钮打到manual的情况下，先按要求将旋转器安装到暗箱中，然后将按钮打到auto，完成之后即可打开MI软件【拍照】1、将实验对象摆放到托盘中，拍照部位朝下，如拍摄腹部影像，需将实验对象腹部朝下，并将四肢伸展开，然后将托盘放⼊暗箱拍摄位置，放置是托盘缺⼝朝右侧摆放；2、双击桌⾯MI图标，打开MI软件，单击“Capture”按钮，打开拍摄参数设置界⾯；1）：拍摄界⾯顶部显⽰仪器型号。

MI软件提供同时拍摄两张图像的功能，即第⼀张图像是Foreground，主图像，第⼆张图像是Background，背景图像。

点击Foreground和Background按钮进⾏切换，对两张图像的拍摄程序分别进⾏编辑。

2）：左边第⼀部分File⾥可以执⾏和创建、编辑修改⼀个Protocol，同时，Protocol还可以通过点击软件顶部的⼯具栏中Protocol按钮打开。

小动物活体成像技术的原理及操作方法小动物活体成像技术是一种用于非侵入性的观察小动物体内活动的技术。

它可以通过显影小动物的生物分子、细胞、组织、器官以及整体结构，从而获取关于它们的形态、功能和代谢信息。

在医学研究、药物研发和临床诊断中，小动物成像技术具有重要的应用价值。

1.光学成像：光学成像是利用光线通过生物组织时的散射和吸收特性来观察和记录组织的形态和功能。

这种技术包括荧光成像、双光子显微镜、光声成像等。

其中，荧光成像是利用特定的分子标记物与目标分子结合后的荧光信号进行成像，而双光子显微镜则采用长波长激光来更深入地穿透生物组织进行成像。

2. 核磁共振成像（MRI）：MRI利用静磁场和脉冲磁场来获取生物组织的形态和功能信息。

其原理是通过对核自旋在静磁场中的预cession以及脉冲磁场的激发和接收来获取信号，并通过计算重建成图像。

3.正电子发射断层扫描（PET）：PET利用放射性同位素标记的生物分子来观察和记录生物组织的代谢、功能和分布情况。

其原理是标记荧光物质与目标分子发生放射性衰变并释放正电子，然后通过正电子与电子相遇并发生湮灭反应，产生两个光子，再通过和PET仪器接收器相遇并形成探测信号，最终通过计算重建出成像。

1.选择合适的动物模型：根据实验目的和需要，选择适合的小动物模型，例如小鼠、大鼠等。

确保动物的健康和生理状况符合实验要求。

2.准备适当的标记物：根据研究需求，选择合适的标记物。

标记物可以是荧光染料、放射性同位素、磁共振对比剂等，用于标记目标分子或组织。

3.标记物注射或给药：将选择的标记物进行注射或给药，使其能够与目标分子或组织结合。

4.成像设备设置：根据实验要求，将成像设备进行适当的设置，例如调整光源、控制磁场强度等。

5.成像操作：对标记物注射或给药后的小动物进行成像操作。

操作过程中可以根据需要调整成像参数，如曝光时间、扫描时间等。

6.数据分析和解释：对成像结果进行数据分析和解释，提取关键信息，评估实验效果，并与其他实验数据进行比较和验证。

五种常见的小动物活体成像技术01前言动物活体成像技术是指应用影像学方法，在不损伤动物的前提下，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。

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，涌现出了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。

小动物活体成像技术主要分为五大类：可见光成像(Optical)、核素成像(PET/SPECT)、计算机断层摄影成像 (CT)、核磁共振成像(MRI)、超声成像（Ultrasound)。

02小动物活体成像设备特点、应用及优缺点1.可见光成像设备体内可见光成像包括生物发光与荧光两种技术。

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。

1.1生物发光设备：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。

标记后的荧光素酶只有在活细胞内才会产生发光现象，并且发光强度与标记细胞的数目呈线性相关。

1.2荧光设备：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。

可见光成像优势与应用：使用低能量、无辐射、对信号检测灵敏度高、实时监测标记的活体生物体内的细胞活动和基因行为，被广泛应用到监控转基因的表达、基因治疗、感染的进展、肿瘤的生长和转移、器官移植、毒理学、病毒感染和药学研究中。

可见光成像的主要缺点：二维平面成像、不能绝对定量。

发展前景：目前仅仅停留在仿体和小动物实验阶段,尚未进入临床应用，在许多方面仍需进一步改进和完善.寻找新的高量子效率荧光团，改进重建算法、拓展新型光学成像技术、提高图像分辨率是未来的重要任务。

2.核素成像设备PET、SPECT是核医学的两种显像技术，相同之处是都利用放射性核素的示踪原理进行显像，皆属于功能显像。

第７期 收稿日期：２０２０－０１－１４作者简介：赵小鸽（１９６７—），本科，实验师。

高校大型仪器小动物活体成像系统在研究生科研和实验教学中的运用赵小鸽，王晓霏，杨　阳（西安交通大学医学部生物医学研究实验中心，陕西西安　７１００６１）摘要：探讨高校大型仪器小动物活体成像系统在研究生科研和实验教学中的运用，总结现阶段小动物活体成像系统在本校教学和科研中的运用，提出更为合理的实验教学内容以及更好为广大师生科研提供服务的方法。

使小动物活体成像系统得到更为合理充分的利用。

关键词：小动物活体成像；大型仪器；科研；教学中图分类号：Ｇ６４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）０７－０１９１－０１ 大型仪器在高校中的运用越来越广泛，学校管理人员对大型仪器的管理越来越规范，使师生的合理实验要求基本能得到满足，尽可能使大型仪器的得到充分使用、使资源利用最大化。

大型仪器小动物活体成像系统在高校研究生的科研和实验教学中发挥着越来越重要的作用。

小动物活体成像系统是高等医学类院校常见的一种大型仪器，具有穿透一定厚度机体组织的特性，常用于肿瘤发生和转移、生物医学材料观测、药物代谢、示踪和疗效等领域。

具有操作简单、无创、连续、动态、成像直观等特点。

１　小动物活体成像系统在教学中的运用小动物活体成像系统隶属于生物医学研究实验中心，本中心承担医学部全体硕士博士研究生的选修课《高级生物医学技术》，此课程采用小班化教学，教学人数控制在１５～２０人，包括的实验内容分为基础实验篇和高级实验篇。

基础实验篇中包括常见的免疫组化技术，以及对免疫组化结果进行分析的图像信号采集系统，细胞培养技术，激光共聚焦显微镜、流式细胞仪的使用、ＷｅｓｔｅｒｎＢｌｏｔ、Ｒｅａｌ－ＴｉｍｅＰＣＲ等。

高级实验篇包括小动物活体成像系统、染色质免疫共沉淀（Ｃｈｉｐ）、ＤＮＡ甲基化分析、ＣＲＩＳＰ／ＣＡＳ９基因编辑系统等。

其中涉及到使用大型仪器小动物活体成像系统的实验为小动物活体成像技术原理、操作的讲解及演示。

Bruker In-Vivo Xtreme小动物活体成像系统标准操作规程【目的】通过制定本操作规程,规范小动物活体成像系统使用。

【准备】1、实验试剂(药物、染料、麻醉剂、水、脱毛膏等);2、实验对象(小鼠、大鼠、黑鼠、裸鼠等);3、如需要气体麻醉则要进行氧气准备,将麻醉剂倒入麻醉机中,并检查麻醉机检查窗中液位位于“min”与“Max”之间;气体麻醉前根据室内温度情况酌情打开动物空气加热器。

【开机】主机部分:1、打开X-Ray光源,将开关钥匙打到“ON”的位置;2、打开主机,将主机右后方的电源开关打到“ON”的位置。

接着打开电脑,等待网线图标出现一个黄色三角叹号后,将MI软件打开。

注意:仪器开机以后,需要大约20分钟的预冷时间。

附属部分:1、如需要进行气体麻醉,则需要打开麻醉机,并对实验对象进行预麻醉;2、如果需要进行三维旋转拍摄,则需准备动物旋转系统(MARS),动物旋转系统的准备需要在不开拍摄软件与MARS控制器按钮打到manual的情况下,先按要求将旋转器安装到暗箱中,然后将按钮打到auto,完成之后即可打开MI软件【拍照】1、将实验对象摆放到托盘中,拍照部位朝下,如拍摄腹部影像,需将实验对象腹部朝下,并将四肢伸展开,然后将托盘放入暗箱拍摄位置,放置就是托盘缺口朝右侧摆放;2、双击桌面MI图标,打开MI软件,单击“Capture”按钮,打开拍摄参数设置界面;1):拍摄界面顶部显示仪器型号。

MI软件提供同时拍摄两张图像的功能,即第一张图像就是Foreground,主图像,第二张图像就是Background,背景图像。

点击Foreground与Background按钮进行切换,对两张图像的拍摄程序分别进行编辑。

2):左边第一部分File里可以执行与创建、编辑修改一个Protocol,同时,Protocol还可以通过点击软件顶部的工具栏中Protocol按钮打开。

3):第二部分就是选择拍摄模式,共有5种,分别为Fluorescence荧光,Luminescence化学发光,Radioisotopix同位素,X-Ray X光,Reflectance反射光,另外可以Custom定制程序。

多模式小动物活体成像系统型号：DXS4000pro生产厂家：美国柯达成像功能：多波长荧光成像；生物学发光成像，X 光成像，同位素成像，兼容体外凝胶，蛋白胶分析等。

小动物活体成像操作步骤： 1、 开主机电源、除湿机电源2、 开X 光机电源3、 开电脑电源4、 等待20-30分钟，等仪器CCD 降温到-29℃-30℃度。

5、 打开拍照软件carestream MI ，点击下方File 下方的Capture In-Vivo FX Pro ，弹出曝光程序界面。

在setting 处输入自定义文件名，如果已保存曝光程序，请直接选择相应设置。

6、 在设置好参数后，点击Expose 进行曝光，也可以设定参数前通过Preview 来优化参数。

7、 麻醉动物，放透明垫片在动物托盘上，将动物放到托盘上，先白光调节，确定f-stop 、focus 、FOV 、binning 等值，各参数调节到最佳模式。

8、 选择想要的拍照模式（荧光成像、生物学发光、X 光、同位素），拍照。

9、 通过Image display 工具条进行处理，可进行反转色调整，饱和度显示，图像明暗度的调整。

点击简化界面上的+号，可将界面扩展，在扩展界面可以对图像进行更多的处理，包括对比度调节，伪彩添加，设置信号阈值，图像叠加等。

保存图片10、 图像伪彩添加：在扩展界面中点击display ，在下拉菜单中选择自己喜欢的伪彩格式。

11、 图像对比度调节：通过调节对比度的红绿蓝三个方块来调节图像对比度。

12、 图像信号阈值的设定：将鼠标放置到信号中央位置，观察下方信号强度数字显示，然后在信号边缘观察信号强度，然后手动输入信号的最大最小值，也可以点击Max 按钮，鼠标变成圆形，再将鼠标移动到信号最大区域位置，单击鼠标左键确定。

同样的放啊设定信号最小区域。

13、 图像的叠加：讲扩展界面的overlay 打勾，选择两张overlay 的图片，一般是将荧光、生物发光、同位素成像与X-ray 或者white 进行overlay ，先把钱一张图像设置为transparence ，再将overlay 打勾，还可以同时将blink 打勾，这样可以看到重叠图像不断闪烁。

小动物活体成像技术的应用进展李珂;赵光【摘要】动物活体内光学成像(optical in vivo imaging)主要采用生物发光(bioluminescence)与荧光(fluorescence)两种技术在活体动物体内进行生物标记,通过成像系统来监测被标记动物体内分子及细胞等的发展进程,以及进行相关的生物、药物治疗研究[1-3].目前,国内、外实验动物成像的主要手段包括结构成像(解剖成像)及功能成像(分子成像).以optical-imaging、micro-PET、micro-SPET为代表的动物功能成像技术不但能即时反映活体动物内的细胞分布及基因表达,还能动态观察活体动物体内分子生物学过程,活体光学成像与micro-CT、MRI、ultrasound等结构成像手段结合,能为动物实验提供更客观的数据、更确切的分子生物特性.结合笔者所在医院IVIS LuminaⅡ型活体成像设备(living image)以及LivingImage(R)Software分析软件系统,对活体动物光学成像技术的应用进展综述如下.【期刊名称】《实用医药杂志》【年(卷),期】2012(029)001【总页数】2页(P81-82)【关键词】活体成像;生物发光;荧光;应用【作者】李珂;赵光【作者单位】471031河南洛阳,150医院全军肛肠外科研究所中心实验室;471031河南洛阳,150医院全军肛肠外科研究所中心实验室【正文语种】中文【中图分类】R-332动物活体内光学成像（optical in vivo imaging）主要采用生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）两种技术在活体动物体内进行生物标记，通过成像系统来监测被标记动物体内分子及细胞等的发展进程，以及进行相关的生物、药物治疗研究[1-3]。

目前，国内、外实验动物成像的主要手段包括结构成像（解剖成像）及功能成像（分子成像）。

以optical-imaging、micro-PET、micro-SPET为代表的动物功能成像技术不但能即时反映活体动物内的细胞分布及基因表达，还能动态观察活体动物体内分子生物学过程，活体光学成像与micro-CT、MRI、ultrasound等结构成像手段结合，能为动物实验提供更客观的数据、更确切的分子生物特性。

小动物可见光活体成像技术在医学研究生技能教学中的应用作者：卢宏涛刘苏韩玲沈慧来源：《课程教育研究》2021年第07期【摘要】小动物可见光活体成像技术是一项技术应用广、实用性强的生物医学研究手段，但由于实验设备要求高，相关仪器贵重，目前尚缺乏相关课程应用到研究生技能教学中。

本课程利用国家级教学实验平台，系统性地针对医学研究生开展了小动物活体成像技术应用与操作这门课程，利用16个理论学时，14个实践学时全面系统地完成课程教育，最终达到研究生能够独立熟练地完成相关实验技能。

【关键词】小动物活体成像技能培训研究生教學【基金项目】海军军医大学重点课程建设项目“小动物活体成像技术与应用”。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）07-0014-02小动物可见光活体成像技术是采用生物发光与荧光两种方式，利用高灵敏度的光学检测仪器直接检测动物活体体内的细胞活动和基因行为，利用该技术可以检测活体动物体内肿瘤的生长和转移、炎症的发生、特定基因的表达和药物研究、细胞凋亡及流行病学等领域的研究。

但由于小动物可见光活体成像设备稀缺贵重，在高校的研究生课程中一般不设立该课程的理论和技能教学。

然而，随着生物医学研究的深入与发展，小动物可见光活体成像技术在科学研究中的应用越来越普遍，已成为一项常规的生物实验技术手段。

所以本课程通过利用国家级教学实验中心的平台设备，开展技术应用广泛、实用性强的小动物可见光活体成像技术的研究生技能教学。

目前，高等院校利用自身已有平台开展具有实践价值，能够快速促进研究生投入科研工作的技能教学课程已成为一项重要的研究生培养教育改革内容。

实验技能是医学研究生不可缺乏的基本技能，在研究生课程学习阶段推广深入技能实践培训有利于研究生快速进入科研状态。

小动物可见光活体成像技术的技能教学应用到研究生培养中，对高校研究生教育培养有积极的推动作用。

一、材料与方法1.仪器设备Bio-Real公司的Quickview 3000小动物活体成像系统;ESCO公司的细胞培养箱;BIOBASE 公司的生物安全柜。

小动物活体成像技术的应用小动物活体成像技术（Small Animal In Vivo Imaging）是一种现代的影像学方法，用于在活体动物中观察和研究生物过程的组织、细胞和分子水平的变化。

它通过小动物活体成像技术，使用各种成像技术来实时监测和量化动物体内的生物学活动，为疾病的研究和药物开发提供了重要的工具和信息。

小动物活体成像技术的发展，得益于影像学领域的不断创新与进步。

目前，常用的小动物活体成像技术主要包括可见光成像（Optical Imaging），核素成像（PET/SPECT），核磁共振成像（MRI），计算机断层扫描（CT）和超声成像（Ultrasound）等多种方法，每种方法都有其特点和适用范围。

可见光成像是小动物活体成像技术中应用较广泛的一种方法。

它包括生物发光和荧光成像两种技术。

生物发光是利用转基因技术，在实验动物体内植入荧光素酶基因，该基因与底物荧光素发生生化反应产生光信号，通过相应的成像仪器可以观察到发光信号。

荧光成像则是利用荧光探针或标记物，如荧光蛋白报告基因（如GFP、RFP）、荧光染料（如FITC、Cy5）或量子点（Quantum Dots），通过激发光和发射光的相互作用来实现成像。

生物体内的荧光信号可以被捕获和记录下来，并通过专业的成像软件进行分析和定量。

生物发光和荧光成像的步骤大致相似：在实验动物体内标记目标细胞或组织，可以通过注射荧光素酶基因、荧光蛋白报告基因等方法实现。

然后，对标记物进行筛选和鉴定，确保选择到有效的标记细胞或组织。

接下来，在适当的时间点注射相应的底物或荧光探针，观察并记录荧光信号的变化。

然后，使用相应的成像仪器进行成像，并通过图像分析软件对获得的图像进行处理和解读。

在小动物成像仪可见光成像分析中，除了生物发光和荧光成像外，还有一种常见的应用是反射式成像。

这种成像方法可以在实验动物皮肤表面捕获反射的光信号，并通过光学技术进行分析，提供组织深度、血液灌注、氧饱和度等信息。

多光谱小动物活体成像技术在骨性关节炎模型评价中的应用许世兵;单乐天;郭燕威;肖鲁伟;童培建【期刊名称】《中国骨伤》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】目的：利用多光谱小动物活体成像技术动态观察和评价大鼠骨性关节炎模型的应用价值。

方法：取3月龄SD雄性大鼠15只（180±20） g，利用碘乙酸关节腔注射法建立骨性关节炎模型：左膝关节腔注射碘乙酸50μl建立OA模型组，右膝关节腔注射等量无菌生理盐水做为正常对照。

分别于建模2、4周时进行X-ray活体成像观察，测算骨密度。

4周后处死大鼠，取双侧关节进行组织病理学观察，X线和组织病理学参考Kellgren-Lawrence和Collins进行分级。

结果：OA模型造模成功，活体成像观察发现与对照组相比，模型组出现关节面不平整、骨赘形成、关节变形、软骨缺损等典型骨性关节炎表型，并伴有股骨远端骨密度下降明显（P＜0．01），胫骨近端骨密度下降不明显（P＞0．05），病理学结果一致；2周后模型组膝关节接近Collins 1级、Kellgren-Lawrence 2级，4周后模型组膝关节接近Collins 4级、Kellgren-Lawrence 3级；对照组关节面平整，关节间隙正常，软骨未见明显缺损，Collins 及Kellgren-Lawrence 0级，股骨远段及胫骨近端骨密度正常。

结论：多光谱小动物成像技术可用于骨性关节炎模型的影像学活体动态观察及骨密度检测，对骨性关节炎模型评价和相关研究具有重要意义。

【总页数】5页(P466-470)【作者】许世兵;单乐天;郭燕威;肖鲁伟;童培建【作者单位】浙江中医药大学，浙江杭州 310053;浙江中医药大学，浙江杭州310053;浙江中医药大学，浙江杭州 310053;浙江中医药大学，浙江杭州310053;浙江省中医院，浙江杭州 310006【正文语种】中文【相关文献】1.针灸基础实验领域中小动物活体成像技术的应用与研究现状 [J], 韩科;孟智宏;杨咏红;王舒;樊小农;牟蛟;张俊清;赵帅;张超;焦洋2.小动物活体成像技术在结肠癌肝转移研究中的应用 [J], 朴春梅;刘旭霞;王绿娅;杜杰3.小动物活体成像技术在肿瘤研究中的应用 [J], 杨丽华;沈星凯;符丹;余玉春;赵渊;龚朝辉4.小动物活体成像技术的应用进展 [J], 李珂;赵光5.小动物活体生物发光成像技术在肿瘤转移研究中的应用 [J], 范临兰;李楠;席晓霞;罗旭飞;李娜;张建刚;魏虎来因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。