随着对较厚样品光学成像能力的增强，使用光学成像技术来观察活体内的生物过程正逐渐成为可能。
生物体都是三维结构的，即使活体状态下的细胞也很少会像它们在培养皿中那样呈现出单独的单层状态。不过，在进行活体研究时历来就存在技术困难，尤其是在活体成像技术方面更是没有什么突破。
生物组织大部分都是不透光的，而且对光的散射能力特别强，因此，观察较厚组织时很难获得质量较好的图像。例如，使用传统的共聚焦显微镜就无法观察厚度超过数百微米的样品，但果蝇幼虫（fruitfly larva）、哺乳动物的胚胎（mammalian embryo）或者组织切片等样品的厚度通常都要远远超过这个范围。另一方面，研究人员也希望能获得这些样品的整体图像，从而能对这些样品的组织结构和基因表达情况有个整体了解，不过这些要求对于传统的光学成像技术来说都难以达到。尽管现在有了核磁共振成像技术（magnetic resonance Imaging，MRI），在观察的深度方面有了一定的提高，但图像的分辨率还远远达不到要求。
因此，在类似共聚焦显微镜（confocal microscopy）这类高分辨率的成像技术和能进行活体观察但分辨率较低的成像技术（如MRI）之间就出现了一道分水岭。不过，最近几年间出现的几种新的光学成像技术有望消除这道鸿沟。
单层光显微技术（light sheet microscopy）这项最近获得改进的传统技术能对厚达数毫米的样品进行观察，并能进行荧光成像。该技术已经成功用于观察细小生物体和胚胎组织。去年，有科研工作者使用改进的单层光显微技术观察斑马鱼胚胎在24小时内的发育状况，并获得了数千个细胞的整体图像。
单层光显微镜结构示意图
相比之下，诸如光学投影层析成像技术（optical projection tomography，OPT）这类层析成象技术就需要先对样品进行多角度观察，然后再使用数字技术重建，才能获得三维图像。OPT可以对厚度达到10毫米的样品进行成像。去年，有人将OPT技术和体外器官培养技术结合起来，获得了发育中的小鼠肢芽（limb bud）组织迁移以及基因表达情况的图像。
虽然上述三维成像技术和其它的一些三维成像技术还没有被大众广泛接受，但人们相信，随着这些技术的不断改进，随着大家对这些技术的不断了解，它们很快就会得到广泛应用的。
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