随着科学技术的飞速发展，现代医学已进入了分子医学时代。在分子医学时代，人类对生物分子的功能和作用机制有了更深的理解，对疾病的产生原因与产生过程有了更本质的认识，从而实现了对疾病更高效的诊断和治疗。

但分子很小，如何才能让我们直观准确且快速的发现细胞和生命体中分子的异常呢？

这就不得不说说生物光学成像在分子医学领域的大作用了。

生物光学成像（Optical imaging）是指利用光学的探测手段结合光学探测分子对细胞或者组织甚至生物体进行成像，来获得其中的生物学信息的方法。

如果把生物光学成像限定在可见光和近红外光范围，依据探测方式的不同生物光学成像可分为荧光成像、生物/化学发光成像、光声成像等。

（资源来源于360百科）

注意，这里的“成像”并不是指获得生物分子的细致全貌，而是利用分子与光的作用信号来获取分子的各种信息，从而形成可视化的图像。

以荧光成像为例：荧光成像技术主要是借助荧光探针，以荧光物质为指示剂，通过荧光信号变化用于特定分子的标记与检测。1924年，科学家们发现，在紫外线的照射下，肿瘤中的内源性分子卟啉会发出较强烈的荧光信号（卟啉代谢异常），而卟啉作为人体中一种能发射荧光的微量代谢产物，正常细胞不会有如此强烈的荧光现象。因此，这些荧光信号便能有效区分正常细胞与异常细胞，形成关于肿瘤的可视化的图像，对肿瘤进行成像定位，在手术中有效分辨肿瘤边界，手术后实时监测细胞情况。

荧光纳米粒子有助于分辨脑部肿瘤的位置

荧光成像技术的出现极大推动了微观、介观和宏观成像系统，并且推动了成像探针、微型化光纤方法等的发展。如今，荧光成像技术已成为生命科学和医学领域发展最快以及适应能力最强的成像技术之一。

不同于荧光成像技术，生物/化学成像则无需外部光源照明即可直接收集物体内部产生的光信号，避免了组织中固有荧光背景的影响，成像对比度高，同时，相对于荧光成像而言具有更大的组织穿透潜力。

化学发光是指某些物质在参加化学反应的过程中由于吸收了反应产生的化学能而被激发，并向外辐射光能量的过程。

生物发光属于特殊类型的化学发光，是指生物体发出的光辐射。利用荧光素酶基因标记细胞或DNA，培养出能稳定表达荧光素酶的细胞并接种到动物体内，再外源性给予荧光素，在氧气，三磷酸腺苷的作用下，荧光素酶和荧光素反应，生成氧化荧光素并发光，就能利用光学检测器直接成像，监测活体中细胞活动和基因行为。

通过该技术，可以观测活体内肿瘤的生长与转移、疾病的发展以及特定基因表达等生物学过程。

小鼠皮下移植单个4T1-luc2细胞的成像结果。利用IVIS成像系统并结合BiowareUltra 生物发光肿瘤细胞株，可在活体水平观测肿瘤的生长及转移，IVIS系统所具备的高灵敏度使得研究者在肿瘤发展早期即可检测到肿瘤信号，并观测肿瘤初期的发展变化。（图文来源于分析测试百科网）

化学/生物发光成像无需外部光源照明，避免了背景组织信号对检测信号的影响，在深层成像领域中具有良好的应用前景。但是其适用范围也存在一些限制，例如有些物质无法进行生物发光标记，如抗体、多肽等。

除了荧光成像、生物/化学成像，生物光学成像技术还有光声成像（PAI），拉曼成像，光学断层层析成像等等。

与传统医学成像方法(CT、MRI、X射线等)相比，光学成像的优势主要体现在以下几个方面：

1. 具有特异性，且在分子水平上具有很高的灵敏度和选择性，能够表征生物体的结构或功能信息。

2. 光学成像的对比度多样，利用透射、反射、散射、吸收、荧光和光谱信息中的一种或几种，可进行多维/多模态成像。

3. 具有较好的生物安全性，光学成像采用电磁波作为激发源，避免了电离辐射对人体的危害。

4. 时空分辨率高，成像尺寸范围从几十纳米到宏观物体，成像速度快、可调。

5. 成像范围广，体内外的成像均可实现。

6. 设备简单，操作简便，成像成本低。

（资料来源于参考文献）

通过光学成像，科学家们和医学家们就可以实时观察和研究生物分子在细胞和生物体内的活动过程，深入理解生物分子的作用机理，及时发现病因，并从分子水平上高效准确的治疗疾病，甚至做到有效预测和疾病。

【资料来源参考】

张玉敏,王富,林俐等.生物光学成像技术在组织穿透性方面的研究进展[J].分析测试学报,2024,43(01):19-31. DOI：10.12452/j.fxcsxb.23070406.

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王荣. 基于卟啉荧光的癌症诊断方法的研究[D].中国海洋大学,2005.

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