動(dòng)物小白鼠光聲 3D 成像系統(tǒng)是融合光學(xué)激發(fā)、聲學(xué)探測(cè)與三維重建技術(shù)的新型成像設(shè)備，通過捕捉生物組織內(nèi)源性光吸收信號(hào)實(shí)現(xiàn)無損傷立體成像，既保留了光學(xué)成像的高對(duì)比度優(yōu)勢(shì)，又突破了傳統(tǒng)光學(xué)的深度限制，成為腫瘤研究、心血管生物學(xué)等領(lǐng)域探索小鼠體內(nèi)生理病理過程的關(guān)鍵工具。

該系統(tǒng)的核心原理建立在光聲效應(yīng)與三維信號(hào)重構(gòu)的協(xié)同之上。納秒級(jí)脈沖激光照射小白鼠組織時(shí)，血紅蛋白、黑色素等內(nèi)源性發(fā)色團(tuán)選擇性吸收光能，通過熱彈性膨脹產(chǎn)生超聲波信號(hào)。與傳統(tǒng) 2D 成像不同，3D 系統(tǒng)采用半球形超聲陣列探測(cè)器（如 128 元素立體螺旋排列設(shè)計(jì)），無需移動(dòng)小鼠即可同步采集全角度光聲信號(hào)，經(jīng)濾波反投影或傅里葉變換算法重建為三維體積圖像，實(shí)現(xiàn)從 "平面切片" 到 "立體結(jié)構(gòu)" 的觀測(cè)升級(jí)。這種成像模式既避免了電離輻射損傷，又無需依賴外源造影劑，通過雙波長(zhǎng)技術(shù)還可量化血氧飽和度等功能參數(shù)，完美適配小白鼠活體長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)需求。

系統(tǒng)硬件由光源、探測(cè)、活體適配三大核心模塊構(gòu)成，均針對(duì)小白鼠生理特點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。光源模塊采用波長(zhǎng)可調(diào)脈沖激光器（500-1700nm），532nm 波長(zhǎng)可增強(qiáng)血紅蛋白信號(hào)，1064nm 波長(zhǎng)適配深部組織成像，重復(fù)頻率 1-10kHz 確保快速數(shù)據(jù)采集。探測(cè)模塊以超高頻超聲陣列為核心，類斐波那契排列的探測(cè)器陣列能均勻接收全體積信號(hào)，實(shí)現(xiàn)等向性分辨率達(dá) 250μm，體像素精度提升至 100μm?；铙w適配系統(tǒng)配備恒溫麻醉裝置與專用固定臺(tái)，預(yù)留呼吸通道避免成像中窒息風(fēng)險(xiǎn)，通過循環(huán)恒溫水耦合介質(zhì)減少信號(hào)衰減，保障小鼠生理狀態(tài)穩(wěn)定的同時(shí)提升成像質(zhì)量。

在科研應(yīng)用中，該系統(tǒng)展現(xiàn)出獨(dú)特的立體觀測(cè)價(jià)值。腫瘤研究領(lǐng)域，通過 3D 成像可清晰呈現(xiàn) 4T1 乳腺癌小鼠模型的血管網(wǎng)絡(luò)立體結(jié)構(gòu)，量化腫瘤外周與核心區(qū)域的血流灌注差異 —— 外周血管呈 "快升快降" 灌注曲線，核心區(qū)域則因缺氧表現(xiàn)為 "慢升緩降" 特征，為評(píng)估腫瘤惡性程度提供量化依據(jù)。心血管研究中，系統(tǒng)能重建小鼠主動(dòng)脈弓三維血管樹，精準(zhǔn)識(shí)別動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的脂質(zhì)核心分布，結(jié)合血氧分析可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)心肌缺血再灌注過程中的血流恢復(fù)規(guī)律。最新研究顯示，結(jié)合生成式 AI 算法后，即使在 16 投影的極稀疏采樣條件下，仍能實(shí)現(xiàn) PSNR 達(dá) 34.11dB 的高質(zhì)量 3D 重建，顯著提升成像效率。

當(dāng)前技術(shù)仍面臨挑戰(zhàn)：深層組織信號(hào)衰減導(dǎo)致分辨率下降，腹部氣體易產(chǎn)生成像偽影。未來發(fā)展將聚焦三大方向：開發(fā)近紅外 Ⅱ 區(qū)光源拓展成像深度，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法優(yōu)化稀疏數(shù)據(jù)重建質(zhì)量，整合超聲、熒光模塊實(shí)現(xiàn)多模態(tài)融合成像。隨著技術(shù)迭代，動(dòng)物小白鼠光聲 3D 成像系統(tǒng)將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) "高分辨率 - 深穿透 - 快成像" 的協(xié)同提升，為從基礎(chǔ)研究到臨床轉(zhuǎn)化的橋梁搭建提供更精準(zhǔn)的活體可視化支撐。