表1 主要成像技術及應用場合（Nature Reviews 2002）
成像方法 主要應用場合
磁共振成像（MRI） 高對比度，用于表型、生理成像和細胞跟蹤的最好的全方位成像系統。
計算機層析成像（CT） 肺和骨癌成像
超聲成像 血管和介入成像
正電子發射斷層成像PET 分子代謝，如葡萄糖，胸腺嘧啶核苷等的成像
單光子發射斷層成像SPECT 探針，如抗體，肽等的成像
熒光反射成像FRI 表面腫瘤分子事件的快速成像
熒光介導層析成像FMT 對深部腫瘤靶向標記或“靈活的”熒光染料標記進行定量成像
生物發光成像BLI 基因表達，細胞追蹤成像
活體顯微成像 以更高分辨率實現上述所有參數成像，但測量深度和范圍有限。
雖然在體光學成像技術在時/空分辨、實時、動態和多參數測量等方面有一定的優勢，但仍然有大量的技術問題需要研究。例如，從光學標記角度看，如何針對所要研究的體系和對象，為實現在活細胞和動物體內監測基因表達及蛋白質—蛋白質的相互作用，發展特異性更高、更易于光學測量的核酸和蛋白質探針，是當前要解決的關鍵技術問題之一。
表2 常用成像技術及參數比較（Nature Reviews 2002）
成像方法 空間分辨率 時間分辨率 測量深度 造影劑 價格
MRI 10-100?m Min/hrs 無限制 釓，鏑和氧化鐵離子 $$$
CT 50?m Min 無限制 碘 $$
超聲 50?m Min mm 微型氣泡 $$
PET 1-2mm Min 無限制 18F，11C，15O $$$
SPECT 1-2mm Min 無限制 99mTc（亞穩態锝）, 111In（銦） $$
熒光反射成像FRI 1-2mm Sec/min <1cm 熒光蛋白，近紅外熒光染料 $
熒光介導層析成像FMT 1-2mm Sec/min <10cm 近紅外熒光染料 $$
生物發光成像BLI 幾mm Min cm 螢光素 $$
活體顯微成像 1?m Sec/min <400?m 熒光蛋白，發光蛋白，近紅外熒光染料 $$$
其中：$表示價格<10萬美元；$$表示價格在10-30萬美元之間；$$$表示價格>30萬美元
表3簡要介紹了近幾年發展十分迅速、正受學術界高度關注的幾種研究活細胞內基因表達與分子間相互作用動力學過程的光學成像技術的基本原理與特點，主要包括熒光共振能量轉移（FRET）、熒光壽命成像（FLIM）、熒光漂白后恢復（FRAP）、熒光漂白后定位（FLAP）、熒光關聯譜（FCS）和成像關聯譜（ICS）等。如何發展和整合相關的成像方法，并應用于在體成像，為基因表達和蛋白質—蛋白質相互作用研究提供更先進的手段，也應是本項目研究的關鍵技術問題。
在數據處理與可視化研究方面，也存在重大的科學問題。例如，對于600微米左右的熒光，雖然可以穿透較厚的組織而被探測到，但由于經過了多次散射，如何定位發光位置，需要根據生物組織中的光子傳輸規律，通過圖像重建算法來實現，事實上這方面的研究已經成為學術界的研究熱點。例如，基于成像測量（包括光學成像）的分子與細胞事件動力學過程的可視化研究被評為2002年Science的十大突破之一（Science,
Dec.20, 2002）。
表3 活體細胞內基因表達與分子間相互作用動力學過程的實時在體光學成像技術
名稱 原理與應用
熒光共振能量轉移FRET—Fluorescence Resonance Energy Transfer
供體分子吸收一定頻率的光子后被激發到更高的電子能態，在該電子回到基態前，通過偶極子相互作用，實現了能量向鄰近的受體分子轉移。FRET可用于測量分子內部間距，或蛋白質的不同反應活性部位、模型系統中的蛋白質與脂質、或細胞表面蛋白質等分子之間的距離。即可測量分子間的接近度，距離，方位和動力學特性。由于FRET效率與供體受體間的距離成6次冪的關系，所以FRET效率對距離的變化非常靈敏，可以靈敏測量10?-100?范圍內的距離變化。
熒光壽命成像FLIM—Fluorescence Lifetime IMaging
熒光壽命成像顯微鏡和壽命測量與熒光濃度或激發強度的變化無關，FRET與FLIM的結合可提供高的空間（納米）和時間（納秒）分辨率。通過供體壽命測量和處理時間分辯圖像，可精確計算相互作用的蛋白質間的距離。由于只測量供體熒光壽命，在FRET—FLIM成像中，可不考慮光譜的交疊問題。
熒光漂白（后）恢復 FRAP—Fluorescence Recovery After Photobleaching
FRAP是研究蛋白質動力學的重要工具。在FRAP實驗中，利用激光脈沖有針對性對被熒光蛋白標記的細胞內的一個小區域快速、不可逆地漂白。該漂白區域完全沒有熒光信號。然后使用延遲顯微鏡測量熒光信號隨時間的恢復情況。熒光的恢復是由未漂白的分子流入被漂白區域所造成的。因此熒光信號恢復的動力學過程含有了被標記蛋白的表觀遷移信息。
熒光漂白（后）定位 FLAP—Fluorescence Localization After Photobleaching
FLAP是在活細胞內對特定分子的光學標記進行定位和跟蹤的新方法。被定位的分子包括兩個熒光基團：一個被漂白，另一個則作為參考標記。與熒光漂白后恢復（FRAP）和熒光漂白中的損耗（FLIP）技術不同，利用參考熒光基團，通過簡單的圖像差異，即可跟蹤光學標記分子自身的分布。因此，FLAP實際上可與光敏化方法相對比。與籠鎖熒光探針方法相比，其主要優點是可用于跟蹤細胞直接表達的嵌合熒光蛋白。