小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)作為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要工具，能夠在實(shí)時(shí)和非侵入性的條件下追蹤小動(dòng)物體內(nèi)的生物學(xué)過(guò)程和疾病發(fā)展的動(dòng)態(tài)信息。然而，成像速度的提升一直是科研人員關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。本文將探討幾種有效提升小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)成像速度的方法，以期為該領(lǐng)域的研究提供參考。

一、優(yōu)化成像參數(shù)與設(shè)置

調(diào)整像素合并與曝光時(shí)間

在生物發(fā)光成像（BLI）中，圖像的信噪比（SNR）可以通過(guò)調(diào)整像素合并和曝光時(shí)間來(lái)優(yōu)化。通常，使用適當(dāng)?shù)南袼睾喜ⅲㄈ?×4）和短曝光時(shí)間（如5秒）拍攝初始圖像。如果沒(méi)有檢測(cè)到信號(hào)，則可以考慮使用更高的像素合并（如8×8或16×16）以及更長(zhǎng)的曝光時(shí)間（從60秒開(kāi)始，必要時(shí)可延長(zhǎng)至600秒）。這種調(diào)整策略有助于在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，盡可能縮短成像時(shí)間。

在熒光成像（FLI）中，通常通過(guò)從中到高的像素合并（如4×4或8×8）和從短到中的曝光時(shí)間（如5到30秒）來(lái)實(shí)現(xiàn)最好的SNR。要避免在FLI中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致來(lái)自組織自體熒光所造成的背景噪音升高，從而影響成像速度和圖像質(zhì)量。

選擇合適的熒光標(biāo)記物與濾光片

在FLI中，選擇合適的熒光標(biāo)記物對(duì)于成像速度的提升至關(guān)重要。近紅外區(qū)（NIR，690nm至1000nm）熒光報(bào)告子具有較長(zhǎng)的波長(zhǎng)，與組織的相互作用最小（主要指光吸收率較低），因而具有優(yōu)越的組織穿透性（>1cm）和相對(duì)較好的SNR。使用這類熒光標(biāo)記物可以減少成像所需的曝光時(shí)間，從而提升成像速度。

同時(shí)，選擇合適的激發(fā)/發(fā)射濾光片對(duì)也是提高成像速度的關(guān)鍵。通過(guò)優(yōu)化濾光片的選擇，可以減少雜散光的干擾，提高信噪比，從而縮短成像時(shí)間。

二、改進(jìn)成像技術(shù)與方法

引入先進(jìn)的成像算法

在硬件條件有限的情況下，通過(guò)引入先進(jìn)的成像算法可以在一定程度上提升成像速度。例如，采用軟件算法可在減少采樣數(shù)據(jù)的情況下提高重建圖像分辨率。這種方法可以用較低的成本，重建出高效的圖像，從而在不影響圖像質(zhì)量的前提下縮短成像時(shí)間。

此外，針對(duì)熒光光譜分離等復(fù)雜成像任務(wù)，可以采用手動(dòng)或自動(dòng)的光譜分離算法。通過(guò)優(yōu)化算法參數(shù)和流程，可以提高光譜分離的速度和準(zhǔn)確性，從而為后續(xù)的成像分析節(jié)省時(shí)間。

開(kāi)發(fā)新型成像技術(shù)

近年來(lái)，隨著光學(xué)成像技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新型成像技術(shù)逐漸嶄露頭角。例如，超靈敏加權(quán)受激拉曼散射（URV-SRS）技術(shù)就是一種具有高分辨率和無(wú)標(biāo)記成像能力的新型振動(dòng)納米成像技術(shù)。雖然該技術(shù)目前主要應(yīng)用于細(xì)胞水平的成像研究，但其高靈敏度和高分辨率的特點(diǎn)為小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)成像速度的提升提供了新的思路。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷成熟和優(yōu)化，URV-SRS等技術(shù)有望在小動(dòng)物活體成像領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

三、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與成像環(huán)境

選擇合適的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物品系

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的選擇對(duì)于成像速度的提升也具有一定的影響。盡可能使用無(wú)毛、白化或Hr突變的動(dòng)物品系可以減少毛發(fā)光吸收和光散射對(duì)成像的影響。這些品系的動(dòng)物具有更高的皮膚透光性，使得成像設(shè)備能夠更快速地捕捉到體內(nèi)的光信號(hào)。

如果由于動(dòng)物模型的遺傳背景或免疫能力狀況不允許使用無(wú)毛品系，可以在成像前對(duì)動(dòng)物進(jìn)行脫毛處理。然而，脫毛過(guò)程可能引起輕度的皮膚炎癥，因此最好在成像前24小時(shí)前進(jìn)行剃毛或脫毛處理，以確保皮膚炎癥對(duì)成像的影響降到最低。

控制成像環(huán)境

成像環(huán)境的溫度、濕度和清潔度等因素也會(huì)對(duì)成像速度產(chǎn)生影響。例如，儀器工作時(shí)須保證室內(nèi)溫度≤26℃（超過(guò)26℃會(huì)增加成像系統(tǒng)的損耗），室內(nèi)相對(duì)濕度須小于60%，室內(nèi)不得有明顯揚(yáng)塵。這些措施有助于保持成像設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，減少因環(huán)境因素導(dǎo)致的成像延遲。

此外，在成像前需要清潔實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和成像平臺(tái)。動(dòng)物襯墊、食物和皮屑都可以產(chǎn)生背景熒光信號(hào)，這些信號(hào)會(huì)干擾成像結(jié)果并延長(zhǎng)成像時(shí)間。因此，在成像前需要用70%乙醇浸濕的紙巾擦拭動(dòng)物口鼻、爪子和排尿處，并清潔成像平臺(tái)以去除可能的背景熒光信號(hào)。

四、優(yōu)化成像流程與操作

建立生物發(fā)光信號(hào)的動(dòng)力學(xué)曲線

在BLI研究中，建立生物發(fā)光信號(hào)的動(dòng)力學(xué)曲線對(duì)于優(yōu)化成像流程和提高成像速度具有重要意義。通過(guò)識(shí)別生物發(fā)光的峰值并比較其在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的經(jīng)時(shí)變化，可以確定注射熒光素底物和成像之間的最佳延遲時(shí)間。然后將此時(shí)間用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)以標(biāo)準(zhǔn)化成像數(shù)據(jù)，從而減少不必要的成像次數(shù)和時(shí)間浪費(fèi)。

通常，成像開(kāi)始于注射熒光素底物后5分鐘，每5-10分鐘重復(fù)一次成像操作，并在信號(hào)強(qiáng)度開(kāi)始下降時(shí)結(jié)束成像。通過(guò)這種方法可以快速地捕捉到生物發(fā)光信號(hào)的變化趨勢(shì)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供有力支持。

合理安排成像順序與批次

在進(jìn)行小動(dòng)物活體成像實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要合理安排成像順序與批次以提高成像速度。例如，對(duì)于需要連續(xù)動(dòng)態(tài)拍攝的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，可以先進(jìn)行初始成像以捕捉基線數(shù)據(jù)，然后在不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)成像以捕捉信號(hào)變化。同時(shí)，可以將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行分組并安排在不同的成像批次中進(jìn)行處理，以提高成像設(shè)備的利用率和成像速度。

此外，在成像過(guò)程中還需要注意避免像素傳感器飽和等問(wèn)題。大多數(shù)光學(xué)成像系統(tǒng)使用冷卻到-90℃的CCD傳感器來(lái)捕捉光信號(hào)，傳感器中的每個(gè)像素都有最大容量來(lái)存儲(chǔ)信號(hào)信息。如果信號(hào)強(qiáng)度過(guò)高超過(guò)像素的最大容量就會(huì)導(dǎo)致像素傳感器飽和現(xiàn)象的發(fā)生，從而影響成像質(zhì)量和速度。因此，在成像前需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求合理設(shè)置成像參數(shù)以避免像素傳感器飽和現(xiàn)象的發(fā)生。

小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)成像速度的提升是一個(gè)涉及多方面因素的系統(tǒng)工程。通過(guò)優(yōu)化成像參數(shù)與設(shè)置、改進(jìn)成像技術(shù)與方法、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與成像環(huán)境以及優(yōu)化成像流程與操作等措施的綜合應(yīng)用可以有效地提高成像速度并滿足科研工作的需求。然而需要注意的是，成像速度的提升不能以犧牲圖像質(zhì)量為代價(jià)。因此，在采取上述措施時(shí)需要權(quán)衡成像速度與圖像質(zhì)量之間的關(guān)系并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行合理的調(diào)整和優(yōu)化。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新相信未來(lái)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)的成像速度將得到進(jìn)一步提升并為生命科學(xué)研究領(lǐng)域帶來(lái)更多的便利和突破。