IVIS Spectrum小動物活體光學(xué)成像系統(tǒng)

IVIS Spectrum 小動物活體光學(xué)成像技術(shù)代表了目前活體光學(xué)成像系統(tǒng)的。系統(tǒng)同時具備二維及三維斷層水平的生物發(fā)光、熒光、切倫科夫輻射成像功能，能夠傷地在活體動物水平對疾病的發(fā)生發(fā)展及治療、細胞的動態(tài)變化、基因的實時表達進行長期觀測。基于的硬件配置，系統(tǒng)具備了業(yè)內(nèi)靈敏度的生物發(fā)光及熒光成像性能，并且是目前同時具備生物發(fā)光和熒光三維成像性能的系統(tǒng)，因此能夠和其它模式的三維影像系統(tǒng)（如MRI、CT 及PET 等）聯(lián)合使用，將不同模式的三維影像進行融合，實現(xiàn)功能性成像與結(jié)構(gòu)性成像的結(jié)合。

主要性能

♦    高靈敏度生物發(fā)光及熒光成像

♦    3D 斷層掃描及重建

♦    精確定量

♦???????    高通量

♦???????    高分辨率（達20微米）

♦???????    28個高效濾光片，覆蓋430-850nm全波段

     –  實現(xiàn)基于多光譜掃描的高品質(zhì)光譜分離成像

     –  實現(xiàn)基于光譜分離成像而進行的背景去除及多探針成像

♦???????    多模式成像及影像融合

特點一：全面而*的熒光成像解決方案

熒光反射及透射成像功能

大多數(shù)活體光學(xué)成像系統(tǒng)均采用反射照明而激發(fā)體內(nèi)熒光信號，此方式由于是全身激發(fā)，故存在激發(fā)光能量分散且全身組織自發(fā)背景熒光強的缺陷，因而對體內(nèi)深層熒光信號的檢測效果較差。IVIS Spectrum在具備熒光反射激發(fā)模式的基礎(chǔ)上，開創(chuàng)性地整合了透射激發(fā)模式，即通過光纖將光源能量引至實驗動物底部，進而從動物底部進行多點透射激發(fā)掃描，在集中激發(fā)能量的同時，減少了自發(fā)背景熒光的產(chǎn)生，地解決了深層熒光成像的問題。

長壽命高透光率窄帶寬濾光片

為了實現(xiàn)品質(zhì)的熒光成像性能，IVIS Spectrum配置了豐富且優(yōu)質(zhì)的熒光濾光片，光譜覆蓋包括從藍光至近紅外光波段的全部區(qū)域，并且，所有濾光片的加工制作均采用的硬涂層技術(shù)，在保證高透光率（95%以上）的同時具備長壽命耐損傷品質(zhì)。

♦    標配10塊窄帶激發(fā)光濾片：415 nm – 760 nm (30 nm 帶寬)

♦    標配18塊窄帶發(fā)射光濾片：490 nm – 850 nm (20 nm 帶寬)

圖2. 窄帶寬激發(fā)光和發(fā)射光濾片

特點二：靈活可調(diào)的成像視野

圖3. IVIS Spectrum具備靈活的視野調(diào)節(jié)性能，可以實現(xiàn)從體外單個細胞的高分辨率成像至5只小鼠全身同時成像

特點三：業(yè)內(nèi)靈敏度的生物發(fā)光成像

基于-90℃ 制冷的CCD 相機、大尺寸高量子效率CCD 芯片及大光圈鏡頭，IVIS Spectrum 具備了的超高生物發(fā)光檢測靈敏度，可以實現(xiàn)對以螢火蟲熒光素酶、海腎熒光素酶、細菌熒光素酶等多種熒光素酶為報告探針的發(fā)光信號進行快速準確的成像檢測。這種超靈敏的檢測能力，使研究者能夠在活體動物水平觀測到低至個位數(shù)級別的細胞信號，進而幫助研究者盡早地對疾病的發(fā)生發(fā)展進行監(jiān)測和分析。

圖4. （上圖）在4T1-luc2腫瘤細胞皮下注射當(dāng)天的活體裸鼠上檢測到所注射5個細胞發(fā)出的信號，以及之后長期觀測的結(jié)果；（下圖）對左心室注射的MDA-MB-231-luc2腫瘤細胞在活體小鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)移的長期觀測。

圖 5. 長期觀測C57BL/6小鼠顱內(nèi)移植GL261-luc2膠質(zhì)瘤細胞在體內(nèi)的發(fā)展情況。

特點四：強大的熒光成像性能???????

使用IVIS Spectrum，研究者可以實現(xiàn)對熒光蛋白、熒光染料、納米顆粒、量子點、功能性熒光試劑等熒光類探針進行成像。另外，IVIS Spectrum由于配置了豐富且優(yōu)質(zhì)的熒光濾光片，以及業(yè)內(nèi)金標準的光譜分離分析算法，因而具備強大的光譜分離成像功能，能夠?qū)崿F(xiàn)組織自發(fā)背景熒光的去除，有效提高熒光成像的靈敏度和準確性，并滿足多探針成像的需求。

除了提供高性能儀器，PerkinElmer還為使用者研發(fā)出豐富的活體熒光成像配套試劑，以幫助研究者更便捷快速的獲取實驗數(shù)據(jù)。而IVIS Spectrum是與這些配套試劑結(jié)合使用的。

圖6. 在活體小鼠中，利用IVIS Spectrum及功能性熒光試劑MMPSense 680和ProSense750EX，監(jiān)測基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）和組織蛋白酶（cathepsin）在4T1-luc2腫瘤細胞發(fā)生骨轉(zhuǎn)移過程中的活性。

圖7. 在右下肢關(guān)節(jié)炎小鼠模型中，利用IVIS Spectrum觀測由VivoTrack680熒光染料標記的巨噬細胞對炎癥發(fā)生區(qū)域的靶向富集。

特點五：利用*的光譜分離技術(shù)實現(xiàn)多光譜成像

IVIS Spectrum配套的Living Image成像和分析軟件內(nèi)置了功能強大的光譜分離算法，憑借該算法，研究者在基于多光譜成像結(jié)果的基礎(chǔ)上，可以對不同探針信號的光譜信息進行繪制和拆分，而實現(xiàn)組織自發(fā)背景熒光去除及多探針成像。由于軟件內(nèi)置了Imaging Wizard成像及分析向?qū)K，一步步引導(dǎo)進行圖像獲取及分析，因此，研究者可以輕松便捷地完成包括上述多光譜分離在內(nèi)的所有成像及分析操作。

結(jié)合*的光譜分離算法及豐富的窄帶濾光片，組織自發(fā)背景熒光的干擾及多探針成像的困擾將不復(fù)存在。圖8展示了利用光譜分離功能實現(xiàn)的4種熒光探針同時成像的結(jié)果。

圖8. 利用光譜分離技術(shù)對4種熒光探針進行成像。4種探針分別為：肝臟中的VivoTag680、肺中的VivoTag750、腸道中的ICG以及綠色代表的組織自發(fā)背景熒光。

特點六：3D成像-對光學(xué)信號在體內(nèi)進行精確定量和定位

二維成像只能實現(xiàn)對光學(xué)信號的相對定位和定量，而三維成像是解決上述問題的途徑。IVIS Spectrum利用的生物發(fā)光和熒光三維成像技術(shù)對動物體內(nèi)的光學(xué)信號進行斷層掃描，并通過*的模型算法對成像結(jié)果進行三維重建。重建出的三維結(jié)果可利用軟件進行分析，獲得光學(xué)信號在體內(nèi)的深度、發(fā)光體積、發(fā)光強度、細胞數(shù)量、探針濃度等三維定量信息，以及結(jié)合數(shù)字器官圖而顯示的器官定位信息（圖9、10）。

圖9. 生物發(fā)光三維成像顯示GL261-luc2膠質(zhì)瘤在顱內(nèi)的定位

圖 10. 熒光三維成像顯示(a)tdTomato標記的P3CM前列腺癌細胞3D成像結(jié)果；(b)某750波段染料標記的抗體對P3CM細胞靶向3D成像結(jié)果；(c)上述腫瘤及抗體3D成像結(jié)果的融合影像

特點七：多模式影像融合

IVIS Spectrum 是當(dāng)今的活體光學(xué)成像系統(tǒng)，不僅是因為具備*的二維及三維成像功能，而且具備與其它模式活體成像系統(tǒng)聯(lián)合使用的能力（圖  11、12和13），以實現(xiàn)功能性與結(jié)構(gòu)性成像的融合，獲取更為全面和準確的研究結(jié)果。

圖11. 利用IVIS Spectrum對生物發(fā)光腫瘤MDA-MB-231-luc2進行三維成像（橙色），并與利用Quantum FX microCT對實驗小鼠骨架進行三維成像的結(jié)果融合。

圖 12. A)U-87MG-luc2膠質(zhì)瘤3D光學(xué)信號與實驗小鼠骨架microCT成像信號融合影像；B)生物發(fā)光肺炎鏈球菌3D光學(xué)信號與實驗小鼠骨架microCT成像信號融合影像。

圖 13. 生物發(fā)光腫瘤細胞MDA-MB-231-luc-D3H2ln在小鼠體內(nèi)轉(zhuǎn)移的3D信號與實驗小鼠骨架microCT成像信號融合影像。