高磁场小动物活体成像系统

何为电子共振成像（ERI）？电子顺磁共振（EPR）是当今材料表征手段之一，该技术通过检测样品中的未成对电子在磁场线圈中的跃迁所产生的顺磁图谱来研究物质结构信息和动态信息。初这种技术主要用于研究复杂原子的电子结构、晶体结构、原子偶矩及分子结构等问题。在随后的发展中逐渐向化学和生物学领域扩展，主要用于阐明复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及动植物中存在自由基等问题。随着医学的发展，生物组织内的氧含量被发现与诸多疾病有着直接关系，而EPR能够很好地应用于这一检测。在EPR基础上研发的电子共振成像（ERI）是一种使用特定磁场对外部注射的自旋探针进行成像的技术。这种技术使用的自旋探针往往基于一个孤电子的氮氧化物或三苯基类化合物，能够在生物体内因内环境的不同而发出不同的信号。因此能够用于活体实时监测生物体内的组分含量信息，诸如氧含量、氧化还原水平，pH变化，氧化应激水平等。 ERI的制造一直是一个难题，相较于传统的磁共振成像（MRI）来说，ERI需要的磁体更大，冷却技术要求难度更高，因此实现大尺度样品的成像十分困难。目前市面上的ERI设备腔体难以容纳一整只动物，因此难以实现小动物活体顺磁成像。近期Novilet公司研发的全新一代顺磁成像系统ERI TM 600成功攻克了ERI大样品活体成像的难题。将样品腔的直径扩大到了5 cm，其体积与传统顺磁共振波谱仪相当，为ERI活体成像技术扫清了障碍。电子共振成像有何优势？随着自旋探针的开发，现在已经有多种可用于成像的自旋探针问世，使得ERI也可用于生物成像。这种成像技术相较于荧光成像来说具有许多优势：自旋探针具有高度特异性，在成像中具有很高的信噪比，不易受到生物本身的影响；自旋探针代谢速度快、毒性低，对活体影响小；顺磁技术成像速度快、检测精度高（可达亚微米的分辨率），具有更好的时间、空间分辨率。 电子共振成像有何应用？● 肿瘤成像和监测● 神经退行性疾病的诊断● 监测缺氧和氧浓度区域及其机制● ROS成像和氧化应激反应的研究● 基于自旋探针的小动物成像● 脑部病变中的氧化应激水平检测

3D小动物活体成像系统3D小动物活体成像系统ERI TM 600是一台用于对小鼠等动物进行完整活体顺磁成像的仪器，采用基于电子顺磁共振（EPR）技术开发的电子共振成像（ERI）方法，能够以高空间和时间分辨率监测生物体内的绝对氧含量，氧化还原态，氧化应激和pH等参数，并实时生成2D/3D图像，配置有温度控制与呼吸监测仪，保证生物体的生理活动正常。应用领域+ 肿瘤实时监测成像+ 神经退行性疾病诊断+ 脑神经系统疾病氧化还原状态成像+ 缺氧区域氧浓度监测与缺氧机制研究+ 活性氧成像和氧化应激ERI TM 600工作原理向小动物体内注射含未成对电子的自旋探针，小鼠内的生理环境会影响自旋探针的波谱特性，当施加一个磁场时，仪器可检测未成对电子在外加磁场中的跃迁，进而获得探针在每个位置的含量，摄取及排出速率和转化速率等数据并构建图像。ERI TM 600设备参数+ 主磁体磁感应强度：0.022T+ 梯度磁感应强度：13 Gs/cm+ 调制幅度：40 Gs+ 检测体积：20 cm3+ 检测直径：38 mm+ 空间分辨率：600 μm+ 时间分辨率：最高300 ms温控检测室&麻醉器软件ERI TM 600应用实例■ 小鼠整体3D动态电子共振成像向小鼠体内注射自旋探针后，仪器检测探针信号强度：探针先散布至全身，随着时间推移在膀胱中聚集。每张三维图像成像间隔4.5 s，由225张投射图像组合而成。图1 自旋探针在小鼠体内的空间分布■ 4D肿瘤血氧定量 裸鼠植入LNCap（人前列腺癌）12天后，注射自旋探针，整体检测氧分压。肿瘤病灶区域相比其他区域氧分压显著降低。三维图像成像间隔8 min，由8000张投射图像组合而成。部分发表文章1. Elas, Martyna, et al. "Electron Paramagnetic Resonance Imaging-Solo and Orchestra." Medical Imaging Methods. Springer, Singapore, 2019. 1-42.2. Gonet, Michal, Boris Epel, and Martyna Elas. "Data processing of 3D and 4D in-vivo electron paramagnetic resonance imaging co-registered with ultrasound. 3D printing as a registration tool." Computers & Electrical Engineering 74 (2019): 130-137.3. Elas, M. "Martyna Elas, Martyna Krzykawska-Serda, Micha? Gonet, Anna Kozińska, and Przemys?aw M. P?onka." Medical Imaging Methods: Recent Trends (2019): 14. Czechowski, T., et al. "Adaptive Modulation Amplitude in 2D Spectral-Spatial EPR Imaging." Acta Physica Polonica A 133.3 (2018): 710-712.5. Penkala, Krzysztof, et al. "Graphene-based electrochemical biosensing system for medical diagnostics." 2017 IEEE 37th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). IEEE, 2017.6. Chlewicki, Wojciech, et al. "Performance of image reconstrucion algorithms in electron paramagnetic resonance tomography with multiharmonic analysis." 2017 IEEE 37th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). IEEE, 2017.创新点：1、基于电子共振成像技术（一种使用特定磁场对外部注射的自旋探针进行成像的技术），实时监测活体动物体内绝对氧含量、氧化还原态、氧化应激和pH等参数信息。 2、空间分辨率最高可达600μ m,保证采集的图像足够清晰；仅需2s时间即可完成一次3D分布测量（225个投影）。 3、ERI TM 600灵敏度极高，即使自选探针的浓度很低也能够探测到，十分有利于活体观测。 4、样品舱直径38mm，能轻松容纳一整只小鼠。 3D小动物活体成像系统

近年来，光学成像技术如荧光分子成像、光声成像和生物发光成像等广泛应用于小动物活体成像。同时，多模态成像技术的兴起将多种成像技术结合，为小动物活体成像提供了更精确和信息丰富的工具。为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别制作【小动物活体成像技术创新突破进行时】专题（查看专题），并策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。本期邀请苏州纽迈分析仪器股份有限公司市场总监杨翼，就小动物成像技术流派中的核磁成像技术特点以及发展方向进行介绍。——01——核磁成像技术地位及难点 众所周知，磁共振成像在众多小动物活体成像技术中，不受环境光和成像样品深度限制，可呈现多平面、高对比度的原位图像，尤其在软组织成像中具有无法比拟的效果。但到目前为止，磁共振成像技术的广泛应用受到传统超导磁共振成像系统高昂的采购成本，以及系统选址、安装、运行和日常维护成本的制约。此外，操作超导磁共振成像系统存在重大的安全问题和复杂性，这需要具有特定磁共振物理专业知识的专业技术人员来操作仪器及其复杂序列和成像协议。对于需要对小动物进行成像的实验室人员来说，这些难点形成了技术采用的重重阻碍。——02——用户友好型的低场磁共振成像（Low-Field MRI） 为使核磁成像技术更好普及，也为了带给客户更好的成像效果，以纽迈为代表的核磁设备厂商引入了低场核磁共振（Low-Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）。低场核磁共振成像（Low-Field MRI）是指在相对较低的磁场强度下进行的核磁共振技术或成像技术。相对于传统的高场核磁共振技术（如1.5T或3T），低场核磁共振通常指磁场强度在0.1T到1.5T范围内的系统。在降低成本和增加稳定性的同时，更友好地面向非核磁专业的实验室人员。 纽迈低场核磁设备独特之处 例如搭载了苏州纽迈最新低场核磁技术的NM42-060H-I就是一款1.0T的小动物核磁共振成像仪，具有以下特点：● 高强度永磁体，磁场强度达到1.0T,无维护费用 —》 降低购置与维护成本● 紧凑小巧，便于安装 –》 节省空间，无需建造屏房● 功能强大，配套齐全 –》 降低使用门槛● 操作简单，软件功能齐全 –》 心电监护、呼吸门控、气体麻醉可选● 纽迈核磁厂家独家服务团队，提供专业、优质、快捷的技术支持服务纽迈核磁动物疾病模型成像分析仪NM42-060H-I品牌：纽迈分析型号：NM42-060H+受益客户群体低场核磁成像最适用的小动物为大鼠和小鼠，一些对此类模式动物成像有典型需求的客户，例如高校、研究所的转化医学实验室，医院中的临床实验室，以及药物研发机构等，通过研究脑组织结构病变，肿瘤识别、生长、治疗过程研究，关节软骨损伤、治疗研究，血管和软组织（脑、肝、肾等）形态等，用以验证药效及治疗手段。在病变识别-发展-治疗的研究方向上，与纽迈生命科学领域的百余用户共同受益。——03——低场核磁成像技术的发展方向在体内（In Vivo）成像领域，多模态是必然趋势。由于是多维尺度的成像技术，需要每种模态的技术共同进步，并非简单的混合成像。对于研发厂商来说，硬件上，需要对不同成像模式下进行传感器的整合及排除相互干扰；软件上，则需要应对信号衰减，对图像进行融合和配准。然而，真正能够实现“1+12”，还需要客户在成像探针的开发上与厂商共同努力。令人欣慰的是，很多纽迈的用户已经开始了多模态探针的探索尝试：纳米材料由于良好的功能特性，被合成为多模态探针，并在纽迈小动物核磁共振成像仪上得到证明，例如介孔二氧化硅、纳米气泡、SPIO（超顺磁氧化铁纳米颗粒）等。既可以凸显核磁在肿瘤模型如脑胶质瘤、乳腺瘤、畸胎瘤等成像中的优势，又可以借助细胞追踪、光热效应等技术将核磁带入新的成像领域。关于纽迈苏州纽迈分析仪器股份有限公司已成立21年，在几乎被国外企业垄断的市场中不断壮大，树立了良好的业界口碑，作为低场磁共振科学仪器设备国内领军品牌，纽迈分析为推动国内低场磁共振行业可持续发展，成为“低场磁共振整体解决方案专家”不懈努力。——The End——小动物活体成像技术专题征稿进行中！为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。投稿邮箱liuld@instrument.com.cn征稿提纲：https://www.instrument.com.cn/news/20230925/685455.shtml会议推荐仪器信息网将于2024年6月6日举办“第一届小动物活体成像技术与前沿应用”主题网络研讨会（iSAI2024），围绕创新活体成像技术、在肿瘤研究中的应用展开探讨与交流，为科研工作者和相关从业人员搭建一个即时、高效的交流和学习的平台。14位嘉宾报告方向从小动物活体成像技术研发、科研应用到成像数据分析全面覆盖。覆盖分子成像探针开发、PET成像、MRI成像、PAI光声成像、NIR-II成像、拉曼成像在肿瘤等疾病中的应用，还特别分享小动物活体成像数据分析技术经验，干货满满。日程报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/sai240606.html