活體成像技術有哪些最新進展?；铙w成像技術作為生物醫(yī)學研究中的重要工具，近年來取得了顯著進展。這些進展不僅推動了基礎科學研究的深入，也為臨床診斷和治療提供了新的視角和方法。本文將探討活體成像技術領域的幾個最新進展，涵蓋高分辨率成像、無標記化學成像、生物動力學成像以及新型成像技術的應用等方面。

一、高分辨率活體成像技術

高分辨率是活體成像技術追求的重要目標之一。高分辨率成像能夠捕捉到生物體內細胞、組織和器官的精細結構，為研究人員提供更為詳細和準確的信息。近年來，隨著光學技術和計算方法的不斷進步，高分辨率活體成像技術取得了顯著進展。

例如，北京大學的研究團隊將共聚焦掃描成像與結構光超分辨技術巧妙結合，提出了一種多點晶格共聚焦圖像掃描顯微解決方案（MC-ISM）。該技術通過優(yōu)化針孔直徑和間距、消除離焦信號和引入減幀重建算法，克服了現有技術在時空分辨率平衡方面的局限性。MC-ISM技術實現了2倍的三維分辨率提升，并且成像速度比多焦點結構光照明顯微鏡提高了16倍。研究團隊利用MC-ISM技術對小鼠腎切片進行了三色3D超分辨成像，清晰分離了絲狀肌動蛋白、腎單位成分及核結構，橫向與軸向分辨率分別提升至131納米和336納米。

此外，一些研究團隊還致力于開發(fā)新型光學硬件和算法，以提高活體成像的分辨率。例如，通過采用更短波長的光源和先進的成像算法，可以實現納米尺度的活體成像。這些技術為揭示細胞內部結構和生物分子動態(tài)提供了前所未有的機會。

二、無標記化學成像技術

傳統(tǒng)的活體成像技術往往需要使用熒光染料或其他標記物對生物分子進行標記，但這可能會干擾生物分子的正常功能。因此，無標記化學成像技術成為了一個重要的研究方向。

美國波士頓大學的研究團隊成功實現了活體細胞內納米結構的無標記化學成像，分辨率達到了86納米。他們基于人工智能和先進儀器技術，提出了超靈敏加權受激拉曼散射（URV-SRS）技術。URV-SRS技術利用兩束波長不同的光同時聚焦在生物樣品內，當兩束光的能量差恰好與分子內的化學鍵振動能量匹配時，便會產生遠強于常規(guī)拉曼的相干拉曼信號，實現高速活體無標記化學成像。

與傳統(tǒng)近紅外SRS技術相比，URV-SRS技術在信號強度和靈敏度方面提高了50倍。該技術能夠在不引入偽影的情況下，放大原本微弱的高分辨率信號，首次實現了針對活體細胞內納米結構的無標記化學成像。URV-SRS技術適用于自然條件下無標記的樣品，可對細胞內代謝納米結構的多重檢測，因此在腫瘤代謝、神經科學與合成生物學等領域具有廣泛的應用前景。

三、生物動力學成像技術

生物動力學成像技術能夠實時監(jiān)測生物體內的生理過程，如血液循環(huán)、氧氣代謝等。這些信息對于理解生物體的生理和病理機制具有重要意義。

韓國浦項科技大學的科研團隊在光聲計算機斷層掃描（PACT）技術領域取得了創(chuàng)新性研究成果。他們開發(fā)了一種連續(xù)旋轉掃描PACT系統(tǒng)，該系統(tǒng)在小動物全身生物動力學成像方面展現出了卓越性能。PACT技術融合了光學和超聲成像的優(yōu)勢，基于光聲效應將吸收的光能轉化為聲波進行成像。該系統(tǒng)不僅能夠實現數百微米空間分辨率的結構成像，還可通過多波長光源捕捉血紅蛋白氧飽和度和代謝率等生理信息。

在連續(xù)旋轉掃描模式下，該系統(tǒng)盡管減少了換能器元件的數量，但所生成的圖像質量依然令人驚嘆。與步進掃描模式相比，連續(xù)掃描模式在保持較高成像質量的同時，顯著提高了成像速度。研究團隊通過一系列實驗驗證了該系統(tǒng)的可靠性和準確性，為生物醫(yī)學研究提供了一把強大而鋒利的工具。

四、新型成像技術的應用

除了上述幾種成像技術外，還有一些新型成像技術正在逐漸嶄露頭角。例如，短波紅外區(qū)域成像（SWIR）技術因其高時空分辨率和穿透深度而受到廣泛關注。生物組織在SWIR區(qū)域的最小自熒光會增加靈敏度，而由血液和其他結構散射和吸收造成的光衰減也顯著減少。這使得SWIR成像技術能夠在較深的組織層次中獲取清晰的圖像。

為了克服SWIR成像技術缺乏多功能和功能性發(fā)光材料的挑戰(zhàn)，美國麻省理工的研究團隊開發(fā)了一種高質量的SWIR發(fā)光量子點材料。這些量子點材料可以很容易地為各種功能成像應用進行修改，其發(fā)射范圍大小可調，并且比先前的SWIR探針具有更高的發(fā)射量子效率。研究團隊展示了這種SWIR量子點在小鼠體內的多種應用，如實時成像激活組織和器官的能量代謝、量化大腦血管中的血流等。

盡管活體成像技術取得了顯著進展，但仍然面臨一些挑戰(zhàn)。例如，如何提高成像技術的靈敏度和分辨率以滿足更精細的生物醫(yī)學研究需求；如何降低成像過程中的光毒性以減少對生物體的影響；如何開發(fā)更為便捷和經濟的成像設備以推動技術的廣泛應用等。

未來，隨著光學技術、計算機科學、材料科學等多學科的交叉融合，活體成像技術有望實現更多突破。例如，通過結合人工智能和機器學習算法，可以進一步提高成像技術的自動化和智能化水平；通過開發(fā)新型成像探針和標記物，可以實現更為精準和特異的生物分子成像；通過優(yōu)化成像設備的結構和性能，可以提高成像的效率和可靠性。

活體成像技術作為生物醫(yī)學研究中的重要工具，近年來取得了顯著進展。這些進展不僅推動了基礎科學研究的深入，也為臨床診斷和治療提供了新的視角和方法。隨著技術的不斷進步和完善，活體成像技術有望在更多領域發(fā)揮重要作用，為人類健康事業(yè)做出更大的貢獻。