在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，近紅外二區(qū)（NIR-II，900-1880nm）熒光成像技術(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢，正逐漸成為研究人員探索生命奧秘的得力工具。今天，就讓我們一起來深入了解一下近紅外二區(qū)熒光壽命成像系統(tǒng)。

一、近紅外二區(qū)熒光成像技術(shù)優(yōu)勢

傳統(tǒng)的熒光成像多位于可見光波段（400-760nm），生物組織存在嚴(yán)重自身熒光，對光子吸收和散射作用強(qiáng)，導(dǎo)致信噪比和穿透深度較低，難以獲取深層組織生物信息。當(dāng)熒光成像窗口擴(kuò)展到近紅外一區(qū)（NIR-I，760-900nm），情況雖有改善，但仍無法滿足臨床應(yīng)用需求。 

而近紅外二區(qū)熒光成像技術(shù)，由于光子波長更長，極大地抑制了光在生物組織內(nèi)傳播時(shí)的吸收和散射作用，生物組織自身熒光也顯著下降。這使得NIR-II熒光成像深度大大提高，分辨率和信噪比更高，能更清晰地呈現(xiàn)活體動(dòng)物體內(nèi)深層組織的生物信息，為生物醫(yī)學(xué)研究帶來了新的契機(jī)。 

二、近紅外二區(qū)熒光壽命成像系統(tǒng)原理

熒光是一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。熒光物質(zhì)受外界光源激發(fā)，核外電子吸收能量躍遷到高能級(jí)，處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)，隨后通過非輻射躍遷快速降落至激發(fā)單重態(tài)最低振動(dòng)能級(jí)，再通過輻射躍遷返回基態(tài)，以光子形式釋放能量，發(fā)射出熒光信號(hào)。

近紅外二區(qū)熒光壽命成像系統(tǒng)，就是基于上述熒光成像原理，采用反射型成像方式搭建。系統(tǒng)主要由激發(fā)光源、發(fā)射濾光片、鏡頭、探測器和電腦等部分組成。活體小動(dòng)物被固定在恒溫臺(tái)上并持續(xù)麻醉，體內(nèi)注射熒光試劑或染料后，受外界激發(fā)光源照射發(fā)射熒光信號(hào)。熒光信號(hào)經(jīng)生物組織吸收和散射到達(dá)組織表面，再經(jīng)發(fā)射濾光片和鏡頭被探測器接收，最后傳入電腦處理得到熒光圖像。

圖1：近紅外二區(qū)熒光壽命成像系統(tǒng)

與普通的近紅外二區(qū)熒光成像系統(tǒng)不同，熒光壽命成像系統(tǒng)不僅能獲取熒光強(qiáng)度信息，還能測量熒光壽命。熒光壽命是指熒光物質(zhì)在激發(fā)態(tài)的平均停留時(shí)間，不同熒光物質(zhì)或同一熒光物質(zhì)在不同微環(huán)境下，熒光壽命會(huì)有所差異。通過分析熒光壽命，可獲取更多關(guān)于熒光物質(zhì)所處微環(huán)境的信息，為生物醫(yī)學(xué)研究提供更豐富的數(shù)據(jù)支持。

三、近紅外二區(qū)熒光壽命成像系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

1.腫瘤研究：在腫瘤早期檢測中，該系統(tǒng)可利用高靈敏度和高分辨率，精準(zhǔn)識(shí)別微小腫瘤病灶，實(shí)現(xiàn)腫瘤的早發(fā)現(xiàn)、早診斷。在腫瘤手術(shù)中，實(shí)時(shí)成像能清晰顯示腫瘤邊界及周圍組織情況，輔助醫(yī)生更精準(zhǔn)地切除腫瘤，降低殘留風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，還可用于監(jiān)測腫瘤治療效果，評估藥物對腫瘤細(xì)胞的作用，為個(gè)性化治療方案制定提供依據(jù)。

圖2：多指標(biāo)腫瘤標(biāo)志物及腫瘤微環(huán)境定量檢測

2.心血管疾病研究：可以對心血管系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)成像，清晰觀察血管結(jié)構(gòu)和血液流動(dòng)情況。例如，檢測血管狹窄、堵塞部位，研究心肌缺血、心肌梗死等疾病的發(fā)病機(jī)制和治療效果評估，助力心血管疾病的診斷和治療研究。

3.神經(jīng)科學(xué)研究：能夠深入大腦深層組織，對神經(jīng)元活動(dòng)進(jìn)行成像，研究神經(jīng)信號(hào)傳導(dǎo)、神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)退行性疾病等，為揭示大腦奧秘和攻克神經(jīng)疾病提供重要技術(shù)手段。

4.藥物研發(fā)：在藥物研發(fā)過程中，可用于監(jiān)測藥物在體內(nèi)的分布、代謝和靶向情況，評估藥物療效和安全性，加速藥物研發(fā)進(jìn)程。 

四、未來展望

隨著科技的不斷進(jìn)步，近紅外二區(qū)熒光壽命成像系統(tǒng)也在不斷發(fā)展創(chuàng)新。未來，我們期待看到更緊湊、成本更低廉的成像系統(tǒng)出現(xiàn)，使其能夠更廣泛地應(yīng)用于科研機(jī)構(gòu)和臨床實(shí)踐。

同時(shí)，開發(fā)更特異、性能更優(yōu)越的熒光探針，進(jìn)一步提高成像分辨率和深度，拓展成像功能，也是未來的重要研究方向。此外，與人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的融合，將為圖像分析和數(shù)據(jù)挖掘帶來新的突破，使我們能從海量成像數(shù)據(jù)中獲取更多有價(jià)值的信息。