生物医学工程
光学分子成像的特点是什么？可用于活体小动物光学成像的技术主要有哪几种？主流的分子成像技术有哪些？结合自己的研究方向，描述分子成像在本领域的应用及其发展前景。
题目
光学分子成像的特点是什么？可用于活体小动物光学成像的技术主要有哪几种？主流的分子成像技术有哪些？结合自己的研究方向，描述分子成像在本领域的应用及其发展前景。
参考答案和解析
正确答案:
光学成像具有分辨率高、灵敏度高、价格低等优点，特别是近红外线（near infrared，NIR）荧光成像分辨率1~2mm，可以穿透厚8 cm的组织，荧光成像信号强，可直接发出明亮的信号。此外，光学对比剂发展迅速，特别是随着纳米技术的深入，基于纳米颗粒、纳米壳和量子点研发出各种生物特异的分子探针。这些都使得光学分子影像学在生物学、医学和药学领域中有广泛的应用。
活体小动物体内光学成像主要采用生物发光与荧光两种技术。生物发光是用荧光素酶（luciferase）基因标记细胞或DNA，而荧光技术则采用荧光报告基团（GFP、RFP、Cyt及dyes等）进行标记。利用灵敏的光学检测仪器，可以直接检测活体生物体内的细胞活动和基因行为。
分子影像技术主要有磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、核医学成像和光学成像三种成像方法。近年来，光学分子影像学被用来研究在体情况下胚胎发育过程中的细胞和分子变化，通过揭示这些变化，可以直观地看到胚胎在经历细胞迁移和细胞分化过程中的细胞分子层面的变化。一些自发荧光蛋白已经被用作报告基因来跟踪发育过程中的表达类型。一个荧光蛋白家族可以被激发发射出各种不同波长的光从而可以实现多标记。另外荧光染料和量子点等也被用来在这些研究中提供对比。转基因检测可利用分子成像技术开发合适的新探针，对转基因动物体内的转基因表达或内源性基因的活性和功能进行检测，可以对启动子或增强子的组织特异性及可诱导性进行评价。
活体小动物体内光学成像主要采用生物发光与荧光两种技术。生物发光是用荧光素酶（luciferase）基因标记细胞或DNA，而荧光技术则采用荧光报告基团（GFP、RFP、Cyt及dyes等）进行标记。利用灵敏的光学检测仪器，可以直接检测活体生物体内的细胞活动和基因行为。
分子影像技术主要有磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、核医学成像和光学成像三种成像方法。近年来，光学分子影像学被用来研究在体情况下胚胎发育过程中的细胞和分子变化，通过揭示这些变化，可以直观地看到胚胎在经历细胞迁移和细胞分化过程中的细胞分子层面的变化。一些自发荧光蛋白已经被用作报告基因来跟踪发育过程中的表达类型。一个荧光蛋白家族可以被激发发射出各种不同波长的光从而可以实现多标记。另外荧光染料和量子点等也被用来在这些研究中提供对比。转基因检测可利用分子成像技术开发合适的新探针，对转基因动物体内的转基因表达或内源性基因的活性和功能进行检测，可以对启动子或增强子的组织特异性及可诱导性进行评价。
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相似问题和答案
第1题：
MRI水成像技术的临床特点是什么？MRI水质子成像技术的临床应用有哪些？
正确答案: M.RI水成像技术是近年来发展的体内静态或缓慢流动液体的MRI成像技术。此技术的信号强度高、对比度大，在暗黑背景中含液体的解剖结构如管道、囊腔间隙等呈亮高信号，结石则表现为高信号液内的充盈缺损。水成像不需要任何对比剂，对比源在重T2加权，突出显示具有长T2驰豫时间的含液结构。磁共振水质子成像技术的临床应用有：
1.MRI胰胆管成像对胆道梗阻的检出敏感，达91%～100%；对诊断胆总管结石的准确度也很高，图像可以和ERCP媲美。
2.MRI尿路造影对发现肾盂肾盏输尿管扩张很敏感，可发现结石引起的梗阻，表现为无信号的充盈缺损。输
尿管水成像还可确定急性输尿管梗阻引起的肾周积液，并很容易鉴别是急性还是慢性梗阻。
3.MRI脊髓成像。
4.MRI迷路成像。
5.MRI脑脊液电影成像。
6.MRI涎管成像。
第2题：
目前，临床上应用最为成熟的分子影像技术是（）
- A、fMRI成像
- B、18F-FDGPET／CT显像
- C、PerfusionCT显像
- D、近红外光学成像
- E、超声分子成像
正确答案:B
第3题：
生物成像研究是未来医疗仪器研发的主要方向,下列哪些是未来生物成像研究的重要技术()。
A.高空间和时间分辨率、高穿透性的生物成像技术
B.新型的分子标记技术和非标记的成像技术
C.纳米量级、三维、多标记和活细胞高分辨率的成像技术
D.功能核磁成像技术
答案：ABCD
解析：生物成像是了解生物体组织结构，阐明生物体各种生理功能的一种重要研究手段。它利用光学或电子显微镜直接获得生物细胞和组织的微观结构图像，通过对所得图像的分析来了解生物细胞的各种生理过程。近年来，随着光学成像技术的发展，尤其是数字化成像技术和计算机图像分析技术的引进，生物成像技术已经成为细胞生物学研究中不可或缺的方法。
未来生物成像技术的发展除了进一步提高图像的分辨率外，还需要增强成像的实时性和连续性，以期实现对单个生物功能分子的体内连续追踪，详细地记录其生理过程，从而完全揭示其生物学功能。另外，生物成像技术在临床医学诊断中的应用也越来越受到重视，发展无损伤的体内成像技术是其在疾病诊断中广泛应用的重要前提。选项ABCD都是未来生物成像研究的重要技术。
第4题：
简述常用的光学成像技术。
正确答案: 目前的光学成像技术主要包括荧光（fluorescence）和生物发光（bioluminescence）两种技术。
荧光成像技术常用GFP、RFP及等近红外线（NIR）荧光素基因为报告基因。NIR荧光素是目前荧光成像研究的热点。将NIR荧光素与传送载体通过一段蛋白酶特异性肽段连接起来就形成了NIR探针。在原始状态由于存在荧光共振能量转移作用，NIR荧光素不发出荧光信号。当出现靶向蛋白水解酶将特异性肽底物降解时，荧光素与传送载体分离，荧光淬灭作用消失，NIR荧光素即释放出高达几百倍的荧光。通过这类探针能活体无创性检测多种蛋白酶的活性及疾病早期的病理现象，还能评价治疗效果。有点是组织穿透能力较强（可达数cm），影像信噪比较高。
生物发光成像技术主要有两类报告基因：虫荧光素酶基因和Renilla虫荧光素酶基因，底物分别为虫荧光素和coelenterazine。通过分子克隆技术将荧光素酶基因插入靶基因，即可将所需研究的基因或细胞标记上荧光素酶，将标记好的细胞注入小鼠体内后， 观测前通过腹腔或静脉注射导入荧光素酶的底物—荧光素，即可在几分钟内产生发光现象。其优点是无自发荧光，所得影像的信噪比高，因此检测的敏感性与特异性均较高，目前被广泛应用于小动物全身成像。
第5题：
投影媒体利用的是什么原理（）
- A、化学成像
- B、光学成像
- C、化学方应
- D、实物成像
正确答案:B
第6题：
请论述纳米光学探针在活体动物成像中的应用？
正确答案:纳米光学探针中的如随着小动物成像技术的发展，成像探针种类越来越多，功能越来越强大。其中的量子点荧光标记是纳米技术和体内荧光成像技术结合的一种新技术，将直径只有15纳米的荧光粒子附着到DNA的特殊部分，随后分析荧光信号的强度以及其它特性。这些粒子称为量子点，具有独特的光电性质，使其比生物医学研究中常用的传统荧光标签更易检测到。NIST 的研究小组证明量子点释放的信号强度比另外两种传统荧光标签强2到11倍，暴露于光下时稳定性也更好。除了能够对活细胞进行长时间动态荧光观测与成像，对细胞间、细胞内及其细胞器间的各种相互作用的原位实时动态示踪外，还可以标记在其他需要研究的物质上，在长时间生命活动监测及活体示踪上有独到的应用优势。与传统的荧光标记方法比较，该方法在稳定性、灵敏度、应用范围等方面都有重要突破。
第7题：
目前分子影像学技术主要包含（）
- A、核医学分子成像、CT分子成像、磁共振分子成像
- B、核医学分子成像、CT分子成像、光学分子成像
- C、超声分子成像、磁共振分子成像、CT灌注成像
- D、核医学分子成像、磁共振分子成像、光学分子成像
- E、CT灌注成像、超声分子成像、光学分子成像
正确答案:D
第8题：
摄影技术的基本原理来自“（）”光学现象
- A、小孔成像
- B、凸透镜成像
- C、遥感成像
- D、针孔成像
正确答案:A
第9题：
投影媒体利用的是什么原理（）
- A、化学成像
- B、光学成像
- C、光化反应
- D、实物成像
正确答案:B
第10题：
目前，临床上应用最为成熟的分子影像技术是（）。
- A、fMRI成像
- B、F-FDGPET/CT显像
- C、PerfusionCT显像
- D、近红外光学成像
- E、超声分子成像
正确答案:B