前言

腫瘤學(xué)是小動(dòng)物PET/CT分子影像技術(shù)的應(yīng)用熱點(diǎn)之一，主要在評(píng)估腫瘤模型的建立、進(jìn)行腫瘤模型篩選、腫瘤檢測(cè)及藥效評(píng)價(jià)方面發(fā)揮著重要作用。除了在腫瘤方面的應(yīng)用外，PET還在大鼠的腸道方面有重要應(yīng)用。

 案例一、小鼠肺部腫瘤

本案例選用的是20g肺部腫瘤小鼠，尾靜脈注射FDG260μci,代謝60分鐘，采集10分鐘。從圖像中看出左側(cè)肺部有一明顯腫瘤區(qū)域。

案例二、FDG在大鼠腸道的顯像

鹽酸二甲雙胍是一線降糖藥，本類藥物不刺激胰島β細(xì)胞，對(duì)正常人幾乎無作用，而對(duì)2型糖尿病人降血糖作用明顯。它不影響胰島素分泌，主要通過促進(jìn)外周組織攝取葡萄糖、控制葡萄糖異生、降低肝糖原輸出、延遲葡萄糖在腸道吸收，由此達(dá)到降低血糖的作用。

本案例使用的是238g糖尿病大鼠，在使用了二甲雙胍藥物后，尾靜脈注射FDG270μCi，代謝半小時(shí)后掃描，采集10分鐘。從圖像可以看出，腸道內(nèi)FDG聚集，推測(cè)二甲雙胍可能刺激葡萄糖從血液循環(huán)到腸腔內(nèi)空間的轉(zhuǎn)移。

案例三：大鼠胃切除后的炎癥反應(yīng)

本案例選用的是251g大鼠，胃部切除手術(shù)后尾靜脈注射FDG  370μci,代謝一個(gè)小時(shí)，采集十分鐘。從圖像可以看出胃部切除部分的邊緣有更多的FDG攝取，提示炎癥的發(fā)生。胃部切除的部分也可以通過軟件自動(dòng)計(jì)算切除部分的體積等。

結(jié)尾：小動(dòng)物pet/ct是當(dāng)今醫(yī)藥領(lǐng)域及生物工程方面的領(lǐng)先技術(shù)。通過對(duì)小型嚙齒動(dòng)物(小鼠或大鼠)進(jìn)行活體狀況下的功能及解剖成像，獲得該動(dòng)物身體功能成像、藥物分布等情況，能對(duì)腫瘤、神經(jīng)、心血管等疾病以及遺傳基因研究及藥物臨床前篩選等提供先進(jìn)的技術(shù)支持。

一、研究背景

在嚙齒動(dòng)物中，BAT（Brown Adipose Tissue，棕色脂肪）是一個(gè)新陳代謝組織。不同于白色脂肪，棕色脂肪因含有豐富的血管和大量的線粒體，而呈現(xiàn)棕紅色的外觀，可以在寒冷或饑餓環(huán)境下分解線粒體、為生物體提供能量。長(zhǎng)久以來，棕色脂肪被認(rèn)為只存在于小型哺乳動(dòng)物和嬰幼兒中，而近期的研究發(fā)現(xiàn)，棕色脂肪同樣存在于成人體內(nèi)，并在能量平衡調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要的功能。由此，棕色脂肪在能量代謝相關(guān)疾病如肥胖、Ⅱ型糖尿病以及代謝紊亂等ZL領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛能，關(guān)于棕色脂肪的功能和應(yīng)用也迅速成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)[1]。

如何測(cè)量棕色脂肪一直是困擾科研人員的一個(gè)問題，早期的研究可能需要把實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處理，剝離脂肪進(jìn)行測(cè)量，但這種方法并不精確，且無法對(duì)棕色脂肪的變化情況進(jìn)行追蹤；研究發(fā)現(xiàn)，棕色脂肪對(duì)葡萄糖有高攝取，使得18F-FDG（18F標(biāo)記的葡萄糖類似物）可反映棕色脂肪的能量代謝情況[2][3]，因而小動(dòng)物PET/CT可以有效評(píng)價(jià)棕色脂肪的活動(dòng)，提供棕色脂肪在機(jī)體中活動(dòng)的直觀數(shù)據(jù)，是研究小動(dòng)物棕色脂肪的一種有效方法和重要工具。

二、研究?jī)?nèi)容

提醒事項(xiàng)：因在肥胖研究中，白色脂肪棕色化、棕色脂肪激活具有重要意義，因而動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中常會(huì)用到肥胖體型的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，所以對(duì)PET設(shè)備的動(dòng)物艙尺寸以及有效視野有較高的要求。

小知識(shí)點(diǎn)：被掃描動(dòng)物的橫向直徑（動(dòng)物體寬）＜動(dòng)物艙內(nèi)徑＜PET橫向有效視野，滿足此條件才能重建成像。

本實(shí)驗(yàn)使用的設(shè)備為平生公司的小動(dòng)物PET/CT（型號(hào)：Super Nova?），該設(shè)備的大號(hào)動(dòng)物艙內(nèi)徑為89mm，橫向有效視野為100mm，該尺寸滿足實(shí)驗(yàn)用肥胖大鼠、鼠兔、豚鼠的體寬。

研究者將高原鼠兔作為研究對(duì)象，利用Super Nova PET/CT系統(tǒng)（平生YL），觀察高原鼠兔在低溫環(huán)境下，其體內(nèi)的肩胛骨處棕色脂肪激活狀態(tài)。高原鼠兔是一種生活于海拔3200~5200米土坡上的嚙齒動(dòng)物，體態(tài)渾圓，是青藏高原的特有物種。有研究表明，高海拔地區(qū)的鼠兔較低海拔鼠兔皮下脂肪會(huì)表現(xiàn)出脂肪代謝能力的適應(yīng)性改變：棕色脂肪的含量增加，以及棕色脂肪的產(chǎn)熱能力的增加。

研究者將實(shí)驗(yàn)組高原鼠兔始終置于低溫環(huán)境中，再與常溫環(huán)境下的對(duì)照組高原鼠兔一起，注射18F-FDG后進(jìn)行PET/CT掃描，結(jié)果顯示對(duì)照組的肩胛骨處棕色脂肪無明顯攝取，而實(shí)驗(yàn)組的肩胛骨處棕色脂肪有明顯攝取。

實(shí)驗(yàn)注明：因棕色脂肪在肩胛骨分布較多，本實(shí)驗(yàn)主要探究高原鼠兔實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組在肩胛骨處棕色脂肪激活狀態(tài)。Super Nova? PET/CT系統(tǒng)擁有130mm單床位軸向掃描視野范圍，可在一個(gè)床位下完成鼠兔軀體掃描，能夠及時(shí)有效獲取脂肪代謝動(dòng)態(tài)圖像信息。

三、結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)表明，在寒冷刺激下，高原鼠兔肩胛區(qū)棕色脂肪激活顯著增加，可以利用小動(dòng)物PET/CT系統(tǒng)進(jìn)行活體持續(xù)性的研究。

鳴謝：青海大學(xué)在使用平生公司的小動(dòng)物PET/CT設(shè)備后提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖片分享。

文中注釋：

[1].     Cypess, A.M. & Kahn, C.R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-84 (2010).

[2].     Baba S, Tatsumi M, Ishimori T, et al. Effect of nicotine and ephedrine on the accumulation of 18F-FDG in brown adipose tissue[J]. Journal of Nuclear Medicine, 2007, 48(6): 981-986.

[3].     Borga M, Virtanen KA, Romu T, et al. Brown adipose tissue in humans: detection and functional analysis using PET (positron emission tomography), MRI (magnetic resonance imaging), and DECT (dual energy computed tomography) [J]. Methods Enzymol, 2014, 537: 141-159.

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 骨質(zhì)疏松研究

顯微CT成像對(duì)骨質(zhì)疏松癥的研究尤為重要，特別是疾病進(jìn)展和治LX果，因?yàn)樗巧贁?shù)能夠提供骨礦物質(zhì)含量和密度信息的成像技術(shù)之一。通過高分辨率的顯微CT測(cè)量這些變化，有助于開發(fā)ZL劑并理解控制這些過程的分子機(jī)制。 

在骨質(zhì)疏松的動(dòng)物研究中，雌性鼠雙側(cè)卵巢摘除是一個(gè)較成熟的模型，可以成功建立模擬雌激素缺乏而導(dǎo)致的骨質(zhì)疏松癥狀。 

例：有A-F編號(hào)的6個(gè)實(shí)驗(yàn)大鼠離體股骨樣本，其中A是正常對(duì)照組，B到F為骨質(zhì)疏松組（去卵巢造模）使用不同抗骨質(zhì)疏松藥物干預(yù)。分割處理如圖1所示；感興趣區(qū)骨小梁的展示如圖2；ROI骨小梁和ROI皮質(zhì)骨的相關(guān)骨參數(shù)計(jì)算如表1.

 骨再生材料研究

有關(guān)材料植入物的骨骼研究中，通常的目標(biāo)是檢查骨整合，即植入物周圍的骨骼狀態(tài)。顯微CT可以提供植入物和周圍骨骼的3D圖像數(shù)據(jù)，并提供相關(guān)分析。

 骨關(guān)節(jié)炎研究

建立骨關(guān)節(jié)炎（OA）動(dòng)物模型是尋找關(guān)節(jié)炎疾病有效ZL措施的重要途徑。因顯微CT可探測(cè)骨皮質(zhì)的微小結(jié)構(gòu)改變，與其他影像學(xué)方法相比，在評(píng)估小關(guān)節(jié)中有很大的優(yōu)勢(shì)。利用顯微CT可以評(píng)估骨性關(guān)節(jié)炎進(jìn)展中軟骨骨質(zhì)的微小變化，評(píng)估骨密度以及軟骨骨化情況來研究骨性關(guān)節(jié)炎的病理生理，以及軟骨中的鈣質(zhì)沉積變化。 

骨關(guān)節(jié)炎是以關(guān)節(jié)軟骨下骨硬化或囊性變，關(guān)節(jié)邊緣骨質(zhì)增生，滑膜增生，關(guān)節(jié)間隙變窄為主要特征。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：VENUS? Micro-CT 

            中文名：桌面型高分辨顯微CT

            型號(hào)：VNC-100

引子:

Micro CT（Micro Computed Tomography，微計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)），又稱微型CT、顯微CT，是一種非破壞性的3D成像技術(shù)，可以在不破壞樣本的情況下清楚了解樣本的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)。微型CT一般使用的是錐束CT技術(shù)（Cone Beam CT），簡(jiǎn)稱CBCT，它與普通臨床的CTZ大的差別在于分辨率極高，可以達(dá)到微米（μm）級(jí)別。 

正文：

提到Micro CT，Z受人關(guān)注的還是它的分辨率指標(biāo)。但是一提到分辨率，不同廠家的說辭表述上會(huì)有所差異，尤其是國(guó)外廠家的資料經(jīng)過一些代理的翻譯后，更是呈現(xiàn)出五花八門的表述，難免會(huì)出現(xiàn)誤導(dǎo)性，比如把體素尺寸等同于空間分辨率。如因關(guān)鍵指標(biāo)的錯(cuò)誤理解，導(dǎo)致了研究不能按預(yù)期目的進(jìn)行，對(duì)設(shè)備采購(gòu)者將是莫大的損失。小編覺得有必要整理一下分辨率的那些事兒，供大家能快速簡(jiǎn)單地理解。 

1.空間分辨率(Spatial resolution) 

在高對(duì)比度情況下，能區(qū)分相臨Z小物體的能力，所以也稱高對(duì)比度分辨率，受系統(tǒng)幾何參數(shù)的影響，決定了影像的清晰度。 

空間分辨率 = 高對(duì)比度分辨率 

顯微CT系統(tǒng)能夠達(dá)到的空間分辨率，常常被引述為Z小的像素尺寸（也命名為“標(biāo)稱分辨率”）。但是，真實(shí)的空間分辨率不僅取決于圖像中的像素大小，還受到X射線源焦點(diǎn)尺寸、平板探測(cè)器像素大小、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)機(jī)械精度和重建校正算法處理等因素的影響。

2. 密度分辨率( Density resolution)

在低對(duì)比度情況下能區(qū)分物體的能力，也稱低對(duì)比度分辨率，受影像清晰度和噪聲影響。

3. 體素尺寸( Voxel size) 

空間分辨率常常受體素尺寸混淆！

體素尺寸的具體意義是重建圖像中一個(gè)像素的尺寸大小。

體素尺寸又常被稱為重建尺寸、重建分辨率、重建像素。 

CT系統(tǒng)采集到圖像是2D的投影圖像，如果要看到空間的3D結(jié)構(gòu)，必須通過重建的手段來還原。重建是一種3D圖像的重塑手段，重建的尺寸大小在算法上可以人為地去設(shè)置。理論上，重建尺寸設(shè)置得越小，能得到越高清的圖像，但是如果將重建尺寸設(shè)置的小于系統(tǒng)的空間分辨率，并沒有意義，也不能進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量，只是將圖像增大。所以實(shí)際上重建尺寸根據(jù)系統(tǒng)的分辨率以及樣本掃描目的著情設(shè)置就好，比如離體樣本時(shí)重建尺寸偏小設(shè)置，活體樣本時(shí)重建尺寸可偏大設(shè)置。 

有關(guān)圖像分辨率和重建尺寸的關(guān)系

（見下圖a、b詳解）

好比一張攝影的照片，人為得可以分割成許多小方塊。如果照片本身很清晰，那么分割得越小，放大同樣倍數(shù)后，看到的細(xì)節(jié)也會(huì)越多；但是如果照片本身不是很清晰的，分割得再小，放大后也是看不清細(xì)節(jié)的。分割的大小對(duì)應(yīng)重建尺寸，而圖像本身是否清楚對(duì)應(yīng)的是圖像分辨率。

4. QRM測(cè)試-真實(shí)空間分辨率的證據(jù) 

前面提到，空間分辨率受系統(tǒng)幾何參數(shù)的影響，決定了影像的清晰度。 

為證實(shí)真實(shí)的空間分辨率，德國(guó)QRM公司專為評(píng)估顯微CT系統(tǒng)的空間分辨率而設(shè)計(jì)了一種模體作為掃描和重建的對(duì)象。它含有處于正交取向的兩個(gè)完全相同的硅芯片，各自帶有若干不同粗細(xì)的校準(zhǔn)線和圖案。掃描和重建這樣一個(gè)模體可證明真實(shí)的空間分辨率。

尾聲：

求實(shí)、求真，愿良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境督促各科研設(shè)備廠家不斷前進(jìn)。

更愿我們國(guó)產(chǎn)設(shè)備廠家能勵(lì)志前行，不忘初心！

    “碳達(dá)峰”和“碳中和”一直都是能源領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題，作為助力“雙碳”戰(zhàn)略的生力軍，光伏產(chǎn)業(yè)具有舉足輕重的地位。目前光伏的主力是硅太陽能電池，它們具有效率高、穩(wěn)定性好、產(chǎn)業(yè)鏈完備、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。然而，晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率到達(dá)瓶頸，且從硅料到組件至少經(jīng)過4 道工序，單位制程需要3 天以上，同時(shí)還需要大量人力、運(yùn)輸成本等。為了讓太陽能的利用更加便捷、高效且廉價(jià)，科學(xué)界和工業(yè)界正在研制新型太陽能電池；鈣鈦礦太陽能電池就是備受關(guān)注的后起之秀，鈣鈦礦疊層效率極限可達(dá)50%，而鈣鈦礦組件在單一工廠完成生產(chǎn)，原材料經(jīng)過加工后直接成組件，沒有傳統(tǒng)的“電池片”工序，大大縮短制程耗時(shí)。但是，如何制備大面積且能保持較高效率的鈣鈦礦太陽能電池，依然是難題，也成了制約其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的瓶頸。

       原速ALD在鈣鈦礦電子傳輸層、空穴傳輸層、鈍化層、封裝阻水層等領(lǐng)域已取得了突破性進(jìn)展，獲得了業(yè)界的認(rèn)可。為了更高效地服務(wù)于世界光伏產(chǎn)業(yè)高地，原速也在上海建立了技術(shù)研發(fā)中心。截止目前，公司已形成服務(wù)于鈣鈦礦電池研發(fā)、中試、100MW、 GW級(jí)量產(chǎn)的產(chǎn)線ALD技術(shù)解決方案。

1、ALD-SnO2 應(yīng)用于鈣鈦礦電池電子傳輸層 

? ALD 相比于傳統(tǒng)沉積技術(shù)，在制備超薄膜時(shí)具有更優(yōu)異的均勻性和保形性，以及缺陷更少的優(yōu)點(diǎn)

2、ALD-NiO 應(yīng)用于鈣鈦礦電池空穴傳輸層 

? ALD 可用于制備性能優(yōu)異的超?。?10 nm）NiO 空穴傳輸層

3、ALD 應(yīng)用于鈣鈦礦電池鈍化層 

? ALD 超薄膜可以應(yīng)用于界面處，通過和懸掛鍵反應(yīng)的方式減少表面缺陷，或排斥載流子，達(dá)到鈍化的效果

4、ALD 應(yīng)用于鈣鈦礦電池封裝 

? 致密的 ALD 膜可達(dá)到有效的阻水氧的效果

       鋰離子電池在充放電過程中，鋰離子在正負(fù)極之間穿梭。在充電過程中，鋰離子從正極脫出經(jīng)過電解液和隔膜到達(dá)負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。在放電過程中鋰離子從負(fù)極返回正極嵌入正極材料。在循環(huán)過程中，正極材料面臨許多的問題如自身體積的變化，晶體結(jié)構(gòu)的改變，界面結(jié)構(gòu)的退化等導(dǎo)致的容量衰減。同樣的，負(fù)極材料也面臨著體積膨脹，枝晶的生長(zhǎng)導(dǎo)致的負(fù)極材料的粉碎溶解、從集流體表面剝離脫離、電接觸變差，短路等一系列問題，這些問題導(dǎo)致材料的容量和循環(huán)性能嚴(yán)重下降，甚至電池的起火爆炸。

       原子層沉積（ALD）薄膜沉積可以合成具有原子級(jí)精度的材料，基于自限的膜納米級(jí)的控制，可以實(shí)現(xiàn)多組分膜的化學(xué)成分控制、大面積的薄膜/工藝的可重復(fù)性，具備低溫處理以及原位實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)特征。該技術(shù)在鋰離子電池，太陽能電池，燃料電池以及超級(jí)電容器中都具有廣泛的應(yīng)用。

      ALD已經(jīng)被公認(rèn)是一種非常有前途的工具可以用來解決鋰離子電池以及其他電能儲(chǔ)存設(shè)備所面臨的問題。ALD在鋰離子電池中的應(yīng)用主要分為兩個(gè)方面：(1)高性能電池電極，隔膜，集流體材料等的制備；(2)表面修飾。其應(yīng)用主要總結(jié)在下圖：

1、ALD在電極材料及電解質(zhì)制備中的應(yīng)用

a、ALD 用于負(fù)極材料的制備

采用ALD技術(shù)制備的負(fù)極材料主要集中在過渡金屬氧化物(TMOs), 如RuO₂, SnO₂, TiO₂和ZnO. 其能量密度比傳統(tǒng)的石墨電極高。同時(shí)，為了解決TMOs負(fù)極材料所面臨的挑戰(zhàn)，如SnO₂在循環(huán)過程中較大的體積變化，TiO₂低的電子跟離子電導(dǎo)率，由超高電導(dǎo)率的碳基材料如石墨烯，碳納米管以及Mxenes與TOMs組成的復(fù)合負(fù)極材料可以很好的融合兩者的優(yōu)勢(shì)。

如：ALD制備的TiO₂/CNF-CFP(carbon fiber paper)負(fù)極，具有高可逆容量（272 mAh g^?1 at 0.1 A g^?1），超高倍率性能(133 mAh g^?1 at 40 A g^?1) 以及超長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性（≈ 93%容量保持率在10000 圈 at 20 A g^?1）。

b、用于正極材料的制備

通過ALD技術(shù)制備的正極材料有非鋰化正極如V₂O₅, FePO₄; 鋰化正極如LiFePO₄, LiCoO₂以LixMn₂O₄。

如TiO₂/V₂O₅/@CNT paper正極在100 mA g^-1的電流密度下的放電比容量為400 mAh g^-1，達(dá)到了理論放電比容量。 同時(shí)，正極材料V2O5的溶解問題可以通過TiO₂層得到，同時(shí)不損失容量跟倍率性能。

c、SSEs固態(tài)電解質(zhì)的制備

歸功于其安全性及循環(huán)穩(wěn)定性，全固態(tài)鋰離子電池近來成為了研究的熱點(diǎn)。ALD可以解決全固態(tài)鋰離子電池所面臨的兩大關(guān)鍵性挑戰(zhàn)：a.高界面阻抗，b.低離子電導(dǎo)率。 最近采用ALD制備的固態(tài)電解質(zhì)有LiPON, Li7La₃Zr₂O₁₂, LixAlySizO, LixTayOz, LixAlyS and Li₂O-SiO₂.這些含鋰SSEs提供了一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)平臺(tái)來制備高能量密度，長(zhǎng)壽命以及安全的可充放電池。如下圖所示，ALD制備的LLZO為制備3D全固態(tài)鋰離子微電池提供了一條技術(shù)路線。

2、ALD在電池電極，隔膜，集流體等表面修飾領(lǐng)域的應(yīng)用

a、ALD對(duì)負(fù)極表面修飾的應(yīng)用

在負(fù)極材料中，ALD表面/界面修飾技術(shù)主要為了解決從SEI膜引發(fā)的系列問題。在循環(huán)過程中，SEI膜的大量形成以及體積變化會(huì)引起電極的破壞，從而引發(fā)新的暴露面導(dǎo)致容量的衰減。如在石墨負(fù)極表面沉積Al2O3可以在電池循環(huán)了200圈之后有效地保持98%的首圈容量。

鋰金屬作為負(fù)極材料的未來之星，在鋰金屬的沉積跟剝離過程中，鋰枝晶的生長(zhǎng)導(dǎo)致電池短路的問題亟待解決。采用ALD技術(shù)在鋰金屬表面構(gòu)建例如有機(jī)/無機(jī)復(fù)合人工SEI膜，可以有效地抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。

b、ALD對(duì)正極表面的修飾作用

為了解決正極材料表面所面臨的電解液分解，相變，析氧以及過渡金屬溶解等問題,采用ALD技術(shù)在正極材料表面沉積保護(hù)層可以作為物理阻擋層或者HF清除層，從而有效地提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性跟倍率性能。在正極材料（層狀結(jié)構(gòu)：LiCoO₂, LiNixMnyCozO₂,富鋰(Li-rich)xLi₂MnO₃·(1 ? x)LiMO₂(M = Mn, Ni, Co)，尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn₂O₄)表面沉積的ALD鍍層主要可以分為四類：a金屬氧化物：Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO, CeO₂, Ga₂O₃; b氟化物：AlF₃, AlWxFy; c磷化物：AlPO₄,FePO₄; d含鋰化合物：LiAlO₂, LiTaO₃, LiAlF₄。