第六章　切連科夫光學(xué)成像

切連科夫光學(xué)成像（Cerenkov luminescence imaging，CLI）是分子影像學(xué)領(lǐng)域的新成員。CLI結(jié)合了傳統(tǒng)核素成像和光學(xué)成像，利用光學(xué)成像設(shè)備檢測(cè)放射性核素探針產(chǎn)生的光學(xué)信號(hào)，對(duì)傳統(tǒng)放射性核素顯像進(jìn)行了新的詮釋。自從2009年CLI被首次報(bào)道用于動(dòng)物體內(nèi)成像以來，世界各地的研究人員相繼開發(fā)出CLI的新應(yīng)用和圖像重建方法。CLI的迅速發(fā)展使其成為一種非常有價(jià)值和能被廣泛應(yīng)用的小動(dòng)物分子顯像模式，并有望在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。

第一節(jié)　切連科夫輻射

當(dāng)介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子速度超過該介質(zhì)中的光速時(shí)產(chǎn)生的以短波長為主的電磁輻射，稱為切連科夫輻射。1934年，蘇聯(lián)物理學(xué)家帕維爾·阿列克謝耶維奇·切連科夫（Pavel Alekseyevich Cerenkov）首次觀察到放射性液體發(fā)出藍(lán)色輝光，因此這種現(xiàn)象以他的名字命名。隨后蘇聯(lián)理論物理學(xué)家伊利亞·米哈伊洛維奇·弗蘭克（Il’ja Mikhailovich Frank）和伊戈?duì)枴と~夫根耶維奇·塔姆（Igor Yevgenyevich Tamm）成功地解釋了這種現(xiàn)象。以他們名字命名的弗蘭克-塔姆公式能夠計(jì)算切連科夫輻射的強(qiáng)度和帶電粒子頻率的關(guān)系。由于切連科夫輻射在核物理和天體物理學(xué)等領(lǐng)域的重要應(yīng)用，這三位科學(xué)家一同被授予1958年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

切連科夫輻射與超音速物體發(fā)出的音爆和快船掠過水面時(shí)產(chǎn)生的弓形震波類似。不同的是，切連科夫輻射是由速度接近光速的帶電粒子產(chǎn)生的。根據(jù)狹義相對(duì)論，物體運(yùn)動(dòng)速度不能超過真空中的光速c。但介質(zhì)中的光速與折射率呈反比（公式6-1）。

例如水在室溫的折射率約為1.33，光在水中僅以0.75c的速度傳播。放射性核素衰變或回旋加速器可以把帶電粒子加速到超過介質(zhì)中的光速。通常帶電粒子在介質(zhì)中運(yùn)行時(shí)，其自身電場(chǎng)可使沿途的原子發(fā)生短暫的極化和去極化。雖然去極化過程中有能量以光子形式釋放，但通常無法被檢測(cè)到。當(dāng)帶電粒子速度超過介質(zhì)中的光速時(shí)，粒子會(huì)超過所產(chǎn)生的光，導(dǎo)致光在粒子周圍堆積疊加產(chǎn)生共振，這時(shí)可以被儀器檢測(cè)到。

切連科夫輻射發(fā)生的條件為粒子的速度超過介質(zhì)中的光速，即放射性核素產(chǎn)生切連科夫輻射的主要粒子為正電子和負(fù)電子。利用公式6-2可以算出電子在介質(zhì)中產(chǎn)生切連科夫輻射的能閾。

其中E為粒子能量，m為粒子質(zhì)量，v為粒子運(yùn)行速度，c為光速。

生物組織的折射系數(shù)為1.36～1.45，可以計(jì)算得出正電子和負(fù)電子產(chǎn)生切連科夫輻射的能閾為0.263MeV。醫(yī)學(xué)常用正電子和發(fā)射負(fù)電子的核素最高能量多超過這個(gè)閾值，例如氟-18的最高能量為0.635MeV，釔-90為2.284MeV等，它們的能量均滿足切連科夫輻射發(fā)生的條件。因此切連科夫輻射可以并且已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于核物理、核化學(xué)及核醫(yī)學(xué)檢測(cè)。切連科夫輻射的強(qiáng)度還與帶電粒子的速度和數(shù)量成比例關(guān)系。放射性核素的能量越高，其放出的帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度越快，切連科夫輻射也越強(qiáng)。

第二節(jié)　切連科夫光學(xué)成像特點(diǎn)

放射性核素成像是分子影像學(xué)的核心組成部分之一，在科研和臨床診斷中有著廣泛的應(yīng)用。然而，核醫(yī)學(xué)儀器的高成本往往限制了其普及。CLI作為核素成像領(lǐng)域的新成員，其特點(diǎn)是使用光學(xué)成像儀器對(duì)放射性核素成像，架起了核醫(yī)學(xué)和光學(xué)顯像間的橋梁。

CLI享有許多屬于光學(xué)成像的優(yōu)勢(shì)，如成本低、易用性強(qiáng)、敏感性高、采集時(shí)間短等。這些特質(zhì)使CLI在研究藥物體內(nèi)分布和藥代動(dòng)力學(xué)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。特別是在篩查化學(xué)及生物治療藥物、開發(fā)顯像探針和放射性核素治療藥物方面，CLI可以作為初篩手段顯著降低成本，選出滿足一定標(biāo)準(zhǔn)的分子藥物及探針，再進(jìn)行較為昂貴的其他顯像模式（如PET、MRI等）評(píng)估。

目前光學(xué)成像在臨床應(yīng)用的主要困難之一是缺乏已經(jīng)批準(zhǔn)用于臨床的光學(xué)探針，而CLI具有能利用臨床核醫(yī)學(xué)探針的先天優(yōu)勢(shì)。核素成像方式如PET和SPECT等通過檢測(cè)放射性核素發(fā)出的γ射線進(jìn)行顯像。在這個(gè)過程中，很多核素衰變時(shí)會(huì)同時(shí)釋放正或負(fù)電子并滿足發(fā)生切連科夫輻射的能閾。這些PET和SPECT探針都有望使用CLI進(jìn)行檢測(cè)。另外，特別是對(duì)基于純?chǔ)滤プ兊闹委熜院怂兀玑?90和磷-32等，目前仍缺乏有效的成像手段。CLI可以填補(bǔ)這個(gè)空白，對(duì)含有純?chǔ)滤プ兒怂氐奶结樳M(jìn)行顯像并監(jiān)測(cè)其體內(nèi)分布、藥代動(dòng)力學(xué)等。

CLI與傳統(tǒng)的光學(xué)成像相比具有自身的優(yōu)勢(shì)。雖然切連科夫輻射主要分布在紫外/藍(lán)光區(qū)域，它也有顯著的紅光和近紅外光發(fā)射（圖6-1）。近紅外區(qū)間的光線穿透組織的能力較強(qiáng)，因此CLI可以用于深部組織的顯像。切連科夫輻射的連續(xù)譜使CLI比傳統(tǒng)的熒光和生物發(fā)光成像擁有更寬的成像窗口和不同的波長及波段選擇，有利于對(duì)光學(xué)圖像進(jìn)行三維重建。此外，傳統(tǒng)熒光和生物發(fā)光探針的毒性仍有待研究，而很多可用于CLI的探針已在臨床普遍應(yīng)用，不存在這方面的擔(dān)憂。與熒光染料相比，放射性核素往往擁有較小的分子結(jié)構(gòu)，因此用于標(biāo)記時(shí)，對(duì)靶標(biāo)生物分子的影響也較小。值得指出的是，由于CLI是利用放射性核素的自發(fā)光，因此不需要外部的激發(fā)光。這種特性具有雙重優(yōu)點(diǎn)：切連科夫輻射的自發(fā)光既可以被用來直接用作切連科夫顯像，也可以作為光源去激發(fā)其他的熒光物質(zhì)或光敏化學(xué)鍵，從而產(chǎn)生新的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，也可能提高CLI的敏感性。由于不使用外部激發(fā)光，CLI可以不受自體熒光的干擾，可能獲得更好的圖像信噪比。

與PET成像原理比較，CLI檢測(cè)到的光學(xué)信號(hào)比正電子湮滅事件發(fā)生的更早，因此CLI有潛力實(shí)現(xiàn)比PET更準(zhǔn)確的定位和更高的空間分辨率。下文將介紹的CLI在微流控芯片中的應(yīng)用即是一個(gè)例子。因此CLI可應(yīng)用于高分辨率組織顯像和其他微觀尺度設(shè)備的成像。

CLI在享有眾多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也受制于一些內(nèi)在缺點(diǎn)。首先，切連科夫輻射強(qiáng)度與波長的平方成反比，因此在紅光和近紅外光譜部分的信號(hào)強(qiáng)度較弱，導(dǎo)致CLI仍然受到光學(xué)信號(hào)穿透力弱的困擾。與此相比PET檢測(cè)的511keV光子則具有極小的組織吸收和散射，因此CLI對(duì)于較深組織的敏感性和定量評(píng)價(jià)能力明顯弱于PET。當(dāng)然，對(duì)于淺表性疾病的臨床顯像和科學(xué)研究，CLI可以實(shí)現(xiàn)高敏感性和良好的定量分析能力。此外，在體內(nèi)高血器官，如肝臟，腎臟和脾臟等，CLI的檢測(cè)能力較弱。這是因?yàn)檠褐械难t蛋白濃度高，顏色較深，吸收了大部分的光學(xué)信號(hào)。最后，由于使用放射性核素，CLI也存在輻射和放射性污染的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，CLI不但可以作為傳統(tǒng)核素成像方式如PET、SPECT的有益補(bǔ)充，還必將有力推動(dòng)光學(xué)成像在生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究和臨床診斷上的應(yīng)用。

第三節(jié)　切連科夫光學(xué)成像技術(shù)進(jìn)展

一、放射性核素直接CLI成像

（一）β⁺核素用于CLI成像

放射性核素衰變時(shí)發(fā)出正電子的稱為正電子衰變，也稱為β⁺衰變。正電子是電子的反粒子，性質(zhì)不穩(wěn)定，遇到電子會(huì)與之發(fā)生湮滅，從而產(chǎn)生反方向的兩個(gè)能量為511keV的γ光子。證實(shí)CLI可行性的最早動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是發(fā)表于2009年的直接用正電子核素來進(jìn)行CLI成像。在這些早期的報(bào)道中，研究者們都選擇了正電子核素作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，這與正電子核素特別是氟-18在臨床上廣泛應(yīng)用因而容易獲得有關(guān)。例如2-氟-2-脫氧-D-葡萄糖（［¹⁸F］FDG）是目前臨床上PET成像應(yīng)用最普遍的顯像劑。作為一種葡萄糖類似物，［¹⁸F］FDG會(huì)被腦、心臟及癌細(xì)胞等葡萄糖利用率高的組織細(xì)胞攝取。由于2位氧被氟取代，［¹⁸F］FDG進(jìn)入細(xì)胞后無法進(jìn)行糖酵解代謝，在細(xì)胞內(nèi)不斷蓄積，從而反映出體內(nèi)組織對(duì)葡萄糖的攝取和磷酸化情況。

在氟-18敏感性成像實(shí)驗(yàn)中，小動(dòng)物活體光學(xué)儀器對(duì)3.7kBq（0.1μCi）氟-18顯像可獲得高于20的信噪比（圖6-2A）。［¹⁸F］FDG在每個(gè)患者的應(yīng)用劑量可達(dá)到 370～740MBq（10～20mCi），因此CLI的敏感性使其具備用于臨床顯像的可能。對(duì)氟-18的CLI顯像能夠清晰地辨別直徑1.2mm的小孔分辨率模型（圖6-2B），CLI對(duì)氟-18成像的分辨率極限仍有待測(cè)定。在荷瘤動(dòng)物模型的活體成像實(shí)驗(yàn)中，研究者們驗(yàn)證了多種腫瘤模型和氟-18探針。如圖6-2C，腫瘤組織由于攝取了大量［¹⁸F］FDG，其產(chǎn)生的切連科夫輻射能夠清晰地揭示出腫瘤的所在位置和輪廓。圖6-2C顯示了CLI與PET兩種顯像方式對(duì)同一模型動(dòng)物的成像對(duì)比。CLI圖像為平面圖，可以提供體表的高分辨率信息。PET則能揭示體內(nèi)深部器官的圖像，但分辨率較低。兩者存在一定互補(bǔ)性，可以用于多模態(tài)顯像。

（二）β^-核素用于CLI成像

放射性核素釋放出電子的衰變，稱為β^-衰變。放出的電子與組織發(fā)生碰撞產(chǎn)生電離作用，直接破壞DNA分子或產(chǎn)生自由基損傷生物大分子，因此β^-衰變核素通常在臨床上作為治療性核素使用（圖6-3）。

對(duì)β^-衰變核素的傳統(tǒng)成像方式是利用衰變時(shí)伴生的γ射線進(jìn)行SPECT成像。例如銦-111和碘-131等。但釔-90，磷-32等純?chǔ)?sup>-衰變核素衰變時(shí)不產(chǎn)生γ射線，只能利用軔致輻射（bremsstrahlung）產(chǎn)生的高能光子來進(jìn)行SPECT顯像。但該方法成像效果差，敏感性低，在生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究和臨床上的應(yīng)用有限。由于CLI的成像原理是基于電子發(fā)射產(chǎn)生的切連科夫輻射，因此可以有效地對(duì)這些核素顯像。

在甲狀腺中蓄積的碘-131可以被CLI清晰地顯像，圖6-4為β^-衰變核素動(dòng)物活體CLI成像實(shí)驗(yàn)。該結(jié)果同時(shí)也得到了SPECT成像的驗(yàn)證。在另外一篇報(bào)道中，研究者對(duì)CLI和SPECT圖像的定量分析表明兩者非常一致，充分肯定了CLI的定量分析能力。釔-90標(biāo)記的RGD-BBN多肽的腫瘤CLI顯像實(shí)驗(yàn)結(jié)果和定量分析，更加證明了CLI對(duì)純?chǔ)?sup>-核素成像的巨大潛力（圖6-4）。

（三）α核素用于CLI顯像

α粒子是電荷數(shù)為2，質(zhì)量數(shù)為4的氦核，具有很強(qiáng)的電離能力，放射性核素衰變產(chǎn)生的α粒子在組織中射程比高能β粒子小很多。由于在很短的行程內(nèi)將能量消耗掉，往往對(duì)組織造成較大的損傷。人們利用α粒子的這些特點(diǎn)設(shè)計(jì)了靶向放射性藥物殺傷腫瘤細(xì)胞。在理論上，α粒子也可以產(chǎn)生切連科夫輻射，有的核素如錒-225也被試用于CLI成像實(shí)驗(yàn)。但α衰變核素衰變產(chǎn)生的子核素通常發(fā)生后繼的β^-衰變，因此難以判斷CLI檢測(cè)到光子的確切來源。雖然機(jī)制尚不明確，在實(shí)踐中利用CLI監(jiān)測(cè)α衰變核素是可行的。

二、切連科夫光學(xué)斷層掃描

與生物發(fā)光斷層掃描（bioluminescence optical tomography）和熒光斷層掃描（fluorescence optical tomography）類似，使用逆算法可以從CLI表面圖像重建出放射性核素的三維空間位置，這種成像方式稱為切連科夫發(fā)光斷層掃描（Cerenkov luminescence tomography，CLT）。CLT 的難點(diǎn)在于數(shù)學(xué)模擬的精確性，需要考慮的因素包括不同組織的散射和吸收、組織的均一性、不同波長光線穿透組織的能力等。目前的CLT重建較為精確的方法是在CT的輔助下對(duì)主要內(nèi)臟器官進(jìn)行估算，得到的放射源位置與CT圖像很接近，誤差約在2mm以內(nèi)。

CLT在科研人員的推動(dòng)下正逐漸發(fā)展成為CLI技術(shù)的重要組成部分。由于深部組織對(duì)切連科夫輝光的散射和吸收，以及顯像儀器及圖像重建等原因，CLT的分辨率還有待進(jìn)一步的提高。目前對(duì)于深部組織的精確CLI成像寄望于CLI內(nèi)鏡等方法的應(yīng)用。

三、切連科夫輻射激發(fā)成像

切連科夫輻射可以作為光源激發(fā)熒光物質(zhì)成像。熒光物質(zhì)吸收短波長為主的切連科夫輻射能量，轉(zhuǎn)換發(fā)出組織穿透能力強(qiáng)的長波長光，這個(gè)過程稱為切連科夫能量轉(zhuǎn)換（Cerenkov radiation energy transfer imaging）。

切連科夫輻射具有連續(xù)光譜，因此可以適應(yīng)不同熒光物質(zhì)的需求，同時(shí)激發(fā)這些熒光物質(zhì)產(chǎn)生出各種不同波長的熒光。根據(jù)這個(gè)原理，可以制成自發(fā)光納米顆粒，并實(shí)現(xiàn)多元光學(xué)成像（multiplexing optical imaging），激發(fā)不同探針，從而對(duì)多個(gè)靶點(diǎn)進(jìn)行同時(shí)成像（圖6-5）。熒光成像需要外界光源的激發(fā)，但激發(fā)光通常導(dǎo)致自體熒光從而降低信噪比。而且，激發(fā)光也受到組織的散射和吸收，大大降低激發(fā)效率。自發(fā)光相對(duì)于外界激發(fā)，可以顯著減弱自體熒光和避免了組織的散射和吸收。更重要的是，這種方法可以在特定波段增強(qiáng)發(fā)光，顯著提高CLI成像敏感性。

四、CLI監(jiān)測(cè)治療

CLI不僅可以檢測(cè)放射性藥物或分子探針的體內(nèi)分布和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，還可借助許多放射性分子探針來監(jiān)測(cè)藥物的治療效果。在腫瘤類疾病的治療過程中，這種檢測(cè)尤為重要。很多分子探針如［¹⁸F］FDG、［¹⁸F］FLT等可以遠(yuǎn)在患者臨床體征變化之前對(duì)藥物的療效進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如當(dāng)藥物改變腫瘤組織的糖代謝時(shí)，可以使用［¹⁸F］FDG進(jìn)行成像，與治療前相比評(píng)價(jià)治療效果。再如腫瘤毒性藥物會(huì)抑制腫瘤細(xì)胞的生長，誘導(dǎo)凋亡的產(chǎn)生，可以利用凋亡分子探針檢測(cè)腫瘤組織的攝取變化。這些手段可以幫助醫(yī)生做出關(guān)鍵性的用藥決策，及時(shí)調(diào)整藥量或換用更有效的藥物。目前這類檢測(cè)常常需要使用大型核醫(yī)學(xué)儀器如PET和SPECT。CLI的出現(xiàn)為監(jiān)測(cè)治療提供了新的選擇。

在臨床前期的基礎(chǔ)研究中，研究者們同時(shí)利用CLI和PET兩種成像方式檢測(cè)治療腫瘤效果。在治療的不同時(shí)間點(diǎn)，對(duì)荷瘤小鼠模型［¹⁸F］FDG顯像，研究治療對(duì)腫瘤糖代謝的影響。對(duì)兩種成像方式的定量效果的對(duì)比表明，CLI與PET的定量結(jié)果非常一致（圖6-6），CLI可以作為PET的替代手段，在小鼠皮下荷瘤模型上有效地監(jiān)測(cè)治療。

五、CLI術(shù)中實(shí)時(shí)成像

手術(shù)中，醫(yī)生需要準(zhǔn)確判斷病灶的邊界，以便確保清除病變組織并最大限度保存正常組織。對(duì)于腫瘤手術(shù)，需要對(duì)腫瘤的局部浸潤做出準(zhǔn)確的判斷，確定有無衛(wèi)星病灶和跳躍病灶。如果全憑外科醫(yī)生的肉眼主觀判斷，難免會(huì)發(fā)生病變切除不徹底導(dǎo)致疾病復(fù)發(fā)，或過度切除正常組織引起嚴(yán)重并發(fā)癥。這種情況下迫切需要術(shù)中實(shí)時(shí)影像的指導(dǎo)。

目前光學(xué)成像的障礙之一是分子探針的開發(fā)。通過審批進(jìn)入臨床使用的光學(xué)分子探針寥寥無幾，而核醫(yī)學(xué)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的廣泛臨床應(yīng)用，擁有大量通過臨床驗(yàn)證的放射性分子探針，為CLI的開展提供了優(yōu)越的條件。

六、CLI多模態(tài)成像

由于本身使用核醫(yī)學(xué)示蹤劑進(jìn)行光學(xué)成像，CLI具有內(nèi)在的多模態(tài)成像能力。因此對(duì)于CLI成像，更容易設(shè)計(jì)三模態(tài)甚至四模態(tài)顯像，充分利用不同成像方式的互補(bǔ)，獲得更全面的成像信息。臨床前實(shí)驗(yàn)中嘗試了利用CLI/PET/MRI三種顯像探針檢測(cè)腫瘤前哨淋巴結(jié)。相比PET和MRI，CLI取得了更好的成像質(zhì)量和更低的背景。而PET圖像擁有最佳的定量效果，MRI成像能夠提供清晰的解剖結(jié)構(gòu)信息參考。

七、報(bào)告基因CLI成像

近年來基因治療（gene therapy）引起了研究者的廣泛關(guān)注，有望為腫瘤的治療開辟新的途徑。基因治療是指以適當(dāng)?shù)妮d體，把有功能的目的基因?qū)氚屑?xì)胞和宿主體內(nèi)，通過基因整合成為宿主遺傳物質(zhì)的一部分，以糾正遺傳缺陷或給予細(xì)胞新的功能，從而達(dá)到治療目的。報(bào)告基因成像能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)基因的靶向性及表達(dá)水平的監(jiān)測(cè)，促進(jìn)基因治療試驗(yàn)的開展。特別是同位素報(bào)告基因顯像能夠?qū)Π谢虻姆植疾课弧?shù)量及活性程度進(jìn)行可視化的定性和定量檢測(cè)，從而在治療前預(yù)測(cè)療效，治療中監(jiān)測(cè)基因表達(dá)，和治療后評(píng)價(jià)療效等方面發(fā)揮重要作用。CLI以其高敏感性和較好的分辨率也開始被用于報(bào)告基因研究。

研究者利用單純皰疹病毒胸腺嘧啶核苷激酶（herpes simplex virus l-thymidine kinase，簡(jiǎn)稱HSVl-TK）和9-［（4-氟）-3-羥基甲基丁基］鳥嘌呤（9-［（4-fluoro）-3-hydroxymethylbutyl］guanine，簡(jiǎn)稱［¹⁸F］FHBG）報(bào)告基因/報(bào)告探針系統(tǒng)，證實(shí)了CLI對(duì)報(bào)告基因成像的可行性（圖6-7）。作為相對(duì)廉價(jià)的成像方式，CLI可以與PET互為補(bǔ)充，降低同位素報(bào)告基因技術(shù)的成本，有力地推動(dòng)報(bào)告基因研究進(jìn)展。

八、其他應(yīng)用（植物、TLC、高分辨率成像）

隨著分子影像領(lǐng)域?qū)LI的認(rèn)識(shí)不斷加深，更多的研究者投入到CLI相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的開發(fā)中。CLI的新應(yīng)用層出不窮，例如在微流控芯片實(shí)驗(yàn)室（lab-on-a-hip，LoC）中的應(yīng)用。LoC能夠集成實(shí)驗(yàn)室職能，完成合成生物分子等復(fù)雜任務(wù)。LoC的重要應(yīng)用之一是放射性藥物和分子探針的合成。由于體積微小，LoC可以節(jié)省空間和反應(yīng)原料，并降低對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的要求。重要的是，LoC易于屏蔽，有利于保護(hù)操作人員。但這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展瓶頸之一是缺乏有效的成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，難以精確地調(diào)控放射性物質(zhì)的流動(dòng)。研究者發(fā)現(xiàn)CLI可以解決這個(gè)難題。事實(shí)上，研究者發(fā)現(xiàn)CLI圖像的分辨率非常高，對(duì)LoC成像的分辨率取決于為微流通道的寬度。例如檢測(cè)到從200μm寬的通道檢測(cè)到的CLI半峰全寬（full width at half maximum，F(xiàn)WHM）能夠精確到349.4μm。從這項(xiàng)工作我們也可以看到CLI在細(xì)胞，組織和其他小型設(shè)備的高分辨率成像的應(yīng)用潛力。

CLI還可以用于植物成像領(lǐng)域。同位素示蹤技術(shù)在植物研究領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。例如在植物營養(yǎng)生理的科研中，研究者應(yīng)用同位素示蹤技術(shù)研究光合作用、物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)速度、物質(zhì)代謝以及作物吸收等功能。與傳統(tǒng)的液體閃爍計(jì)數(shù)器相比，CLI能夠直觀地顯示出植物對(duì)同位素吸收和分布，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)觀察活體植物代謝等功能。

最后要提到的是放射化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，研究者常用到放射性薄層色譜法（radio thin layer chromatography，Radio TLC）對(duì)含放射性的標(biāo)記混合物進(jìn)行分析。CLI為Radio TLC分析提供了新的選擇。研究顯示，CLI可以作為工具顯像和測(cè)量放射化學(xué)純度，并具有使用方便、廉價(jià)和高通量等優(yōu)點(diǎn)。

第四節(jié)　切連科夫光學(xué)成像應(yīng)用前景

從目前的CLI科研進(jìn)展來看，CLI在放射性藥物和分子探針的研發(fā)和篩選上顯示了強(qiáng)大的應(yīng)用前景。由于儀器成本的顯著降低和光學(xué)成像的高通量，CLI有望加快新型放射性核素分子探針和治療藥物的開發(fā)。同時(shí)，CLI可以借助放射性分子探針來監(jiān)測(cè)藥物的治療效果，輔助藥物的研發(fā)和臨床應(yīng)用。

此外，在手術(shù)應(yīng)用中外科醫(yī)生使用手持式γ探測(cè)儀監(jiān)測(cè)放射性核素。這類儀器能夠把放射性核素發(fā)出的γ射線轉(zhuǎn)換成視聽信號(hào)或計(jì)數(shù)，用于術(shù)中尋找轉(zhuǎn)移的前哨淋巴結(jié)。CLI不但有可能能夠幫助確定同位素位置，還可能提供高分辨率的圖像，為外科醫(yī)生提供術(shù)中實(shí)時(shí)指導(dǎo)。配合內(nèi)鏡的使用，CLI也許能夠有效地對(duì)深部組織成像，為內(nèi)鏡手術(shù)提供有價(jià)值的指導(dǎo)。

應(yīng)當(dāng)指出，CLI仍遭受一些缺點(diǎn)的困擾，其中一點(diǎn)是切連科夫輻射的信號(hào)強(qiáng)度較低。隨著光學(xué)檢測(cè)技術(shù)敏感性的不斷提高，可以預(yù)見CLI在不久的將來，在生物醫(yī)學(xué)和臨床研究中發(fā)揮越來越重要的作用。

（劉宏光　程 震）

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