小動物活體成像系統(tǒng)作為一種在生命科學(xué)研究中廣泛應(yīng)用的影像設(shè)備，能夠?qū)崟r、非侵入性地追蹤小動物體內(nèi)的生物學(xué)過程和疾病發(fā)展的動態(tài)信息。然而，在實際應(yīng)用中，成像穩(wěn)定性是影響實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵因素。本文將從硬件準(zhǔn)備、實驗操作、環(huán)境控制及后期處理等多個方面，探討小動物活體成像系統(tǒng)成像穩(wěn)定性提升的方法。

一、硬件準(zhǔn)備與調(diào)試

（一）選擇合適的成像系統(tǒng)

小動物活體成像系統(tǒng)應(yīng)具備高靈敏度和高分辨率的特點，能夠支持多種成像模式，如生物發(fā)光成像（BLI）、熒光成像（FLI）等。在選擇系統(tǒng)時，應(yīng)確保系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集、圖像處理和定量分析功能，以滿足不同實驗需求。

（二）優(yōu)化成像設(shè)備配置

相機選擇

在成像系統(tǒng)中，相機是捕捉光信號的關(guān)鍵部件。對于小動物活體成像而言，應(yīng)選擇具有高靈敏度和低噪聲的相機，如采用CCD傳感器或CMOS傳感器的相機。CCD傳感器相機在圖像質(zhì)量和穩(wěn)定性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，適用于對圖像質(zhì)量要求較高的實驗。

鏡頭與光圈調(diào)整

鏡頭的選擇應(yīng)與相機的像素相匹配，確保成像清晰。同時，在實驗過程中，應(yīng)根據(jù)信號強度靈活調(diào)整光圈大小。當(dāng)信號強度較高時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)小光圈，以更好地抑制背景信號，提高成像質(zhì)量。

濾光片選擇

濾光片的選擇對于熒光成像尤為重要。應(yīng)根據(jù)熒光染料的激發(fā)和發(fā)射波長，選擇合適的激發(fā)濾光片和發(fā)射濾光片對，以有效過濾掉背景熒光信號，提高信噪比。

（三）確保設(shè)備穩(wěn)定運行

定期維護

定期對成像設(shè)備進(jìn)行清潔和維護，確保鏡頭表面無油污和灰塵，以免影響成像效果。同時，應(yīng)檢查設(shè)備的連接線路是否正常，如有損壞或老化應(yīng)及時更換。

校準(zhǔn)與調(diào)試

在實驗前，應(yīng)對成像設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保設(shè)備的各項性能指標(biāo)達(dá)到最佳狀態(tài)。這包括相機的靈敏度、鏡頭的焦距和光圈大小等參數(shù)的調(diào)整。

二、實驗操作優(yōu)化

（一）實驗動物準(zhǔn)備

動物品系選擇

盡可能使用無毛、白化或Hr突變的動物品系進(jìn)行實驗，以減少毛發(fā)光吸收和光散射對成像的影響。如果由于動物模型的遺傳背景或免疫能力狀況不允許，可以在成像前對動物進(jìn)行脫毛處理。脫毛處理應(yīng)在成像前24小時前進(jìn)行，以避免脫毛過程引起的皮膚炎癥對實驗結(jié)果的干擾。

飲食控制

在熒光成像中，應(yīng)避免給動物喂食富含葉綠素的植物苜蓿等可能產(chǎn)生自發(fā)熒光的飲食。至少在成像前一周開始給動物喂食不含苜蓿的飲食，以減少腸道自發(fā)熒光對成像的干擾。

（二）成像前處理

清潔實驗動物

在成像前，應(yīng)仔細(xì)擦拭凈動物爪子、清潔成像平臺等可能產(chǎn)生背景熒光信號的部位。最好使用浸透70%乙醇的紙巾進(jìn)行擦拭。

確定動物體位

實驗動物體內(nèi)的光學(xué)信號會被組織干擾從而發(fā)生衰減。在動物模型中，信號源越深，信號衰減越大。為了達(dá)到最大的模型靈敏度，應(yīng)確定能夠發(fā)出最高信號強度的動物體位和方向。研究者可以從多個位置拍攝圖像，以確定最佳的動物體位和方向。同時，在動物之間使用分隔板，以防止信號的反射和互相干擾。

（三）成像參數(shù)設(shè)置

像素合并與曝光時間

圖像的信噪比（SNR）可以通過調(diào)整像素合并和曝光時間來優(yōu)化。在BLI中，通常使用適當(dāng)?shù)南袼睾喜ⅲㄈ?×4）和短曝光時間（如5秒）拍攝初始圖像。如果沒有檢測到信號，則使用更高的像素合并（如8×8或16×16）以及更長的曝光時間（從60秒開始，必要的話可以延長到600秒）。對于FLI，則通常是通過從中到高的像素合并（如4×4或8×8）和從短到中的曝光時間（如5到30秒）來實現(xiàn)最好的SNR。要避免在FLI中進(jìn)行長時間曝光，因為這可能導(dǎo)致來自組織自體熒光所造成的背景噪音升高。

底物注射途徑

對于BLI而言，底物注射途徑的選擇應(yīng)考慮病變部位因素。最常用的是經(jīng)IP（腹膜腔注射）途徑注射D-熒光素，對于全身和皮下疾病模型非常理想。然而，對于腹膜腔疾病模型，經(jīng)SC（皮下）注射被證明可以給出最好的圖像，因為IP注射可能導(dǎo)致人為地提高腹膜腔生物發(fā)光信號。此外，IP注射也增加了無意中將底物注入內(nèi)臟器官而非腹膜腔的風(fēng)險。鑒于SC注射的失敗率較低，可以考慮將此法作為底物注射的默認(rèn)路徑。IV（靜脈注射）方法可產(chǎn)生更明亮的圖像，但它也可能很難捕捉，因為峰值信號的窗口通常僅在注射后2-5分鐘出現(xiàn)。

三、環(huán)境控制與干擾排除

（一）溫度與濕度控制

溫度控制

儀器工作時須保證室內(nèi)溫度≤26℃。溫度過高會增加成像系統(tǒng)的損耗，影響成像穩(wěn)定性。因此，在實驗過程中應(yīng)確保實驗室內(nèi)的溫度控制在適宜的范圍內(nèi)。

濕度控制

室內(nèi)相對濕度須小于60%。濕度過高可能導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部結(jié)露或鏡頭表面起霧，影響成像效果。因此，在實驗前應(yīng)檢查實驗室內(nèi)的濕度情況，并采取相應(yīng)的除濕措施。

（二）減少外部干擾

避免光線干擾

在實驗過程中，應(yīng)避免強光直射成像系統(tǒng)或?qū)嶒瀯游?，以免對成像結(jié)果產(chǎn)生干擾。同時，應(yīng)確保實驗室內(nèi)的光線均勻穩(wěn)定，以減少光線波動對成像的影響。

減少震動與噪聲

震動和噪聲可能對成像設(shè)備的穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響。因此，在實驗過程中應(yīng)確保實驗室內(nèi)的環(huán)境安靜穩(wěn)定，避免產(chǎn)生過大的震動和噪聲。

四、后期處理與分析

（一）圖像校正與增強

幾何畸變校正

由于鏡頭和成像系統(tǒng)的技術(shù)因素，原始圖像中可能存在一定的幾何畸變誤差。這種誤差值不能通過優(yōu)化硬件配置來解決，但可以通過使用校準(zhǔn)軟件系統(tǒng)優(yōu)化算法來削弱。通過攝像機標(biāo)定等方法，可以構(gòu)造出三維坐標(biāo)與圖像坐標(biāo)的映射關(guān)系，進(jìn)而對原始畸變圖像進(jìn)行校正。

信噪比提升

在圖像后期處理過程中，可以通過圖像濾波、邊緣檢測等優(yōu)化算法來降低采集圖像中的噪聲，提高信噪比。這有助于更清晰地顯示實驗動物體內(nèi)的生物學(xué)過程和疾病發(fā)展的動態(tài)信息。

（二）數(shù)據(jù)分析與挖掘

定量分析

利用成像系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)分析軟件或第三方數(shù)據(jù)分析軟件，對采集到的圖像進(jìn)行定量分析。通過測量生物發(fā)光或熒光信號的強度、分布和動態(tài)變化等參數(shù)，可以深入了解實驗動物體內(nèi)的生物學(xué)過程和疾病發(fā)展的動態(tài)信息。

數(shù)據(jù)挖掘

在定量分析的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)背后的生物學(xué)意義。通過對比不同實驗組之間的數(shù)據(jù)差異，可以揭示特定基因、細(xì)胞或藥物在生物體內(nèi)的作用機制和效果。

小動物活體成像系統(tǒng)作為一種重要的生命科學(xué)研究工具，在腫瘤治療、感染性疾病治療、免疫學(xué)研究、細(xì)胞追蹤和藥物研發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而，成像穩(wěn)定性是影響實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵因素。通過優(yōu)化硬件準(zhǔn)備與調(diào)試、實驗操作、環(huán)境控制及后期處理等多個方面，可以有效提升小動物活體成像系統(tǒng)的成像穩(wěn)定性。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，小動物活體成像系統(tǒng)將在生命科學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用，為揭示生物體內(nèi)的奧秘提供更加精準(zhǔn)和可靠的實驗數(shù)據(jù)支持。

總之，小動物活體成像系統(tǒng)成像穩(wěn)定性的提升是一個涉及多個方面的系統(tǒng)工程。只有在硬件準(zhǔn)備、實驗操作、環(huán)境控制及后期處理等多個方面都做到精益求精，才能確保成像結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，為生命科學(xué)研究提供更加有力的支持。