做對(duì)了實(shí)驗(yàn)，卻錯(cuò)在單位上？小動(dòng)物活體成像4個(gè)單位一次講清

同一只動(dòng)物、同一張圖上，把顯示單位從“熒光效率”切到“P/S”，數(shù)值立刻就換了一個(gè)量級(jí)；再切到“灰度值”，結(jié)果又完全不同。別急著懷疑自己做錯(cuò)了，其實(shí)這些差異都合理——因?yàn)槊總�(gè)單位關(guān)注的物理量不一樣。那報(bào)告里該寫哪一個(gè)呢？答案取決于你到底想比較什么。接下來，文章會(huì)先把四個(gè)常見單位的作用說清楚，再逐個(gè)展開。

 

 

一句話速覽

灰度值：就是相機(jī)里看到的亮暗數(shù)字。受曝光和增益影響特別大，只能用來看有沒有信號(hào)，但不能拿它做統(tǒng)計(jì)。

P/S：指每秒收集到的總光子數(shù)。適合用來回答“總體有多少”，但記得要用同樣大小的ROI才能比。

輻亮度（P/S·cm-2·sr-1）：可以理解成“單位面積有多亮”。適合做像素級(jí)或單位面積的比較，對(duì)距離不算太敏感，不過會(huì)受離焦和遮擋影響。

熒光效率（[P/S·cm-2·sr-1]/[µW·cm-2]）：發(fā)光強(qiáng)度/照在樣品上的光強(qiáng)。只在熒光實(shí)驗(yàn)里用，尤其適合做跨天、跨動(dòng)物的對(duì)比。

灰度值（Gray value/ADU）

是什么：就是相機(jī)把明暗程度轉(zhuǎn)成的數(shù)字。

看什么：主要用來確認(rèn)有沒有信號(hào)、調(diào)對(duì)焦和取景。

怎么比：別拿它做統(tǒng)計(jì)，不同曝光/增益下無法橫向比較。

常見誤區(qū)：直接用灰度值來量化，甚至還橫向比。

 

P/S（photons per second，光子總通量）

是什么：選中的ROI里，每秒收集到的總光子數(shù)。

看什么：整體信號(hào)有多少。比如生物發(fā)光看“總負(fù)荷/總細(xì)胞量”，熒光看“總體強(qiáng)度”。

怎么比：一定要先把ROI的大小和位置固定，再做組間或縱向比較。

常見誤區(qū)：ROI 變大，P/S自然變大，不同大小的ROI拿來直接比會(huì)嚴(yán)重誤導(dǎo)。

 

P/S·cm-2·sr-1（Radiance，輻亮度）

是什么：單位面積、單位立體角的亮度，可以理解成“每塊有多亮”。

看什么：信號(hào)分布、熱點(diǎn)在哪、單位面積的差異（像素級(jí)熱圖）。

怎么比：同樣的成像參數(shù)下，可以跨動(dòng)物、跨天對(duì)比。但要小心離焦和飽和。

常見誤區(qū)：以為輻亮度跟距離完全無關(guān)，其實(shí)還會(huì)受散射、吸收、離焦、遮擋的影響。很多異常波動(dòng)往往是成像條件不同。

 

[P/S·cm-2·sr-1]/[µW·cm-2]（Radiant Efficiency，“熒光效率”）

是什么：發(fā)射輻亮度除以打在樣品上的光強(qiáng)，可以理解成把“打光不均”校正掉。

看什么：最適合做跨動(dòng)物、跨天、跨位置的公平比較。

怎么比：在同一濾片和相機(jī)參數(shù)下最靠譜，對(duì)高度差、中心/邊緣差也更不敏感。

常見誤區(qū)：誤用在生物發(fā)光，因?yàn)闆]有外部激發(fā)，分母是零；另外，相機(jī)一旦飽和，這個(gè)數(shù)值就沒意義了。

 

選擇建議

只是想確認(rèn)有沒有信號(hào)：先把曝光和焦距調(diào)好，這時(shí)候看“灰度值”就夠了。

例：新熒光探針第一次上機(jī)，先看看有沒有熒光、要不要延長曝光；生物發(fā)光第一次加底物，也只是確認(rèn)燈亮沒亮。

要做報(bào)告、統(tǒng)計(jì)或畫生長曲線：選P/S（總通量）。

例：皮下接種Luc細(xì)胞后，連續(xù)7天追蹤“腫瘤總負(fù)荷”；或者在敗血癥模型里，比較三組小鼠的“全身菌量變化”。
 

生物發(fā)光的實(shí)驗(yàn)原理與流程

圖源生物器材網(wǎng)http://m.tstsny.cn/showarticle453137025.html

 

生物發(fā)光里想看分布/熱點(diǎn)：用輻亮度（P/S·cm⁻²·sr⁻¹）。

例：同一只動(dòng)物里，區(qū)分原發(fā)灶和肺轉(zhuǎn)移灶哪個(gè)更活躍；或者在同一張圖里比較肝、脾局部亮點(diǎn)。

熒光實(shí)驗(yàn)里只看單張圖的空間分布和邊界：同樣用輻亮度。

例：用ICG看器官紋理；腫瘤手術(shù)導(dǎo)航時(shí)觀察邊界清不清楚；或者給藥 30分鐘后，看腫瘤內(nèi)外分布是不是均一。

熒光實(shí)驗(yàn)里要做跨天/跨動(dòng)物/不同高度的公平比較：選熒光效率。

例：三組小鼠靜脈注射相同劑量的近紅外納米探針，24小時(shí)后比較腫瘤攝取的強(qiáng)弱；哪怕不同批次動(dòng)物高度不一，或者成像位置在視野中心/邊緣，這個(gè)指標(biāo)都更穩(wěn)。

 

 

實(shí)操與踩坑

▷ 統(tǒng)一口徑：濾片、位深、bin、曝光、增益、動(dòng)物高度都要記錄好。只有把這些條件統(tǒng)一，跨天實(shí)驗(yàn)的結(jié)果才有可比性。

▶ 脫毛/裸鼠：最好用裸鼠。如果是有毛小鼠，要提前12-24小時(shí)脫毛，并沖掉殘留，主要是為了減少散射和自發(fā)熒光。

▷ 姿態(tài)和高度：動(dòng)物要攤平，別讓目標(biāo)區(qū)被擋住。做縱向?qū)嶒?yàn)時(shí)，固定在同一高度檔，先對(duì)好焦再拍。

▶ 飽和與自檢：看直方圖，避免飽和。如果亮點(diǎn)隨著高度變化很大，或者邊緣發(fā)虛，多半不是生物學(xué)信號(hào)，而是相機(jī)飽和了。

▷ 色階與偽信號(hào)：注意直方圖和色階。如果最高值很低、峰值靠左，或者重復(fù)拍也復(fù)現(xiàn)不了，多半是偽信號(hào)或自發(fā)熒光。

▶ 反光與雜散光：金屬夾、濕表面、透明膠都容易反光，要去掉。底下最好鋪黑色、低自發(fā)熒光的墊材。

▷ 熒光定量：做濃度或批次對(duì)比時(shí)，在同一視野放一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，方便畫標(biāo)準(zhǔn)曲線。如果只是看分布，可以不用做。

▶ 數(shù)據(jù)留存：別忘了導(dǎo)出原始實(shí)驗(yàn)結(jié)果和參數(shù)日志，一起保存下來，后續(xù)分析或復(fù)現(xiàn)都要靠它。

圖注：去毛能顯著提升表面熒光成像信號(hào)；毛發(fā)同時(shí)阻擋激發(fā)與發(fā)射光，腹部去毛后注射點(diǎn)熒光明顯增強(qiáng)。

圖源https://resources.revvity.com/pdfs/tch-ivis-spectrumct-general-and-technical-considerations-for-2D-and-3D-imaging.pdf（Figure 6）

 

常見問答

Q：我把顯示單位從“熒光效率”切成“P/S”，結(jié)果數(shù)值差很多，誰對(duì)？

A：都對(duì)。它們本來就描述的是不同的東西：熒光效率已經(jīng)除以照度，而P/S沒有。只要報(bào)告時(shí)把單位寫清楚、圖例標(biāo)好，就沒問題。

 

Q：為什么同一位置，Radiance幾乎不隨高度變，但P/S會(huì)變？

A：輻亮度是“每面積每立體角”的量，幾何伸縮對(duì)它影響��；P/S是面積積分，成像幾何或ROI面積變化會(huì)直接改變總量。

Q：生物發(fā)光能用“熒光效率”嗎？

A：不能。生物發(fā)光沒有外部激發(fā)，分母就是0，所以算不出來。

 

Q：同一張圖，同樣的單位，單圖分析和多圖分析的結(jié)果為什么不同？

A：這也是正常的。多圖分析里軟件會(huì)做時(shí)間歸一化，讓每張圖可比；這樣單位時(shí)間發(fā)生了變化，數(shù)值會(huì)有偏移，但比值和趨勢(shì)不受影響。

 

關(guān)于我們的活體成像系統(tǒng)

前面講了這么多單位的區(qū)別和使用場(chǎng)景，可能有人會(huì)想：實(shí)際操作時(shí)要怎么才能又快又準(zhǔn)地拿到這些指標(biāo)？這正是我們的活體成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)——不僅能拍清楚，還能幫你比得放心、復(fù)現(xiàn)得出來。
核心亮點(diǎn)

▷ 雙模成像：支持生物發(fā)光＋熒光，一鍵切換顯示單位（P/S、輻亮度、熒光效率、灰度值）。

▶ 熒光效率直算：內(nèi)置激發(fā)照度標(biāo)定與位置校正，熒光實(shí)驗(yàn)可以直接輸出熒光效率，跨動(dòng)物、跨天對(duì)比更省心。

▷ 視野與溫控：電動(dòng)升降臺(tái)預(yù)設(shè)3檔高度，切換視野快；載樣臺(tái)恒溫加熱，并兼容吸入麻醉接口。

▶ 定量友好軟件：ROI框選、背景自動(dòng)扣除即可出結(jié)果；支持批量分析、參數(shù)模板復(fù)用，原始數(shù)據(jù)和報(bào)告圖可同時(shí)導(dǎo)出。

▷ 光學(xué)擴(kuò)展：基礎(chǔ) 400-800nm 標(biāo)配，多通道濾片可擴(kuò)展到近紅外（900-1700nm），還可加裝X光模塊，滿足光譜分離和多色成像需求。

▶ 自動(dòng)記錄：曝光、增益、濾片和幾何信息都會(huì)自動(dòng)保存，保證實(shí)驗(yàn)口徑一致，復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)更安心。

 

獲取與試用

支持線上演示；如需方案書（含選型建議與SOP），請(qǐng)聯(lián)系020-28212728。

——把“單位”這件看似小事處理好，后面的數(shù)據(jù)才真的可比、可復(fù)現(xiàn)，也才敢放心發(fā)表。