在生命科學(xué)領(lǐng)域，活體成像技術(shù)是揭示疾病機(jī)制、評估藥物療效及探索生理過程的核心工具。然而，傳統(tǒng)單一模態(tài)成像常受限于穿透深度、分辨率或功能信息單一性，難以滿足復(fù)雜生物學(xué)問題的研究需求。小動物活體多模態(tài)光聲成像系統(tǒng)通過融合光聲、超聲、熒光及X光等多種成像技術(shù)，突破了傳統(tǒng)方法的局限，為腫瘤學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、心血管疾病及藥物研發(fā)等領(lǐng)域提供了前所未有的研究維度。

一、技術(shù)原理：多模態(tài)融合的“協(xié)同效應(yīng)”

小動物活體多模態(tài)光聲成像系統(tǒng)的核心在于將光聲成像的高靈敏度與超聲成像的高分辨率相結(jié)合，同時整合熒光、X光等模態(tài)，實(shí)現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)與功能信息的同步獲取。光聲成像基于光吸收產(chǎn)生的熱彈性膨脹效應(yīng)，通過檢測超聲波信號重建組織圖像，無需外源性染料即可對血紅蛋白、黑色素等內(nèi)源性物質(zhì)成像，穿透深度可達(dá)4.5厘米以上。超聲成像則通過高頻探頭（如21 MHz、40 MHz）提供毫米級分辨率的解剖結(jié)構(gòu)信息。多模態(tài)融合后，系統(tǒng)可同時顯示腫瘤血管分布（光聲）、組織形態(tài)（超聲）及分子標(biāo)記（熒光），為研究者提供“結(jié)構(gòu)-功能-分子”三維全景圖。

二、前沿應(yīng)用：從基礎(chǔ)研究到臨床轉(zhuǎn)化的橋梁

1. 腫瘤學(xué)：精準(zhǔn)解析腫瘤異質(zhì)性與治療響應(yīng)

在腫瘤研究中，多模態(tài)光聲成像系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)測腫瘤生長、轉(zhuǎn)移及血管新生過程。例如，利用近紅外二區(qū)（NIR-II，1000-1700 nm）激光穿透深層組織，結(jié)合光聲標(biāo)記物（如納米顆粒、抗體偶聯(lián)染料）追蹤藥物載體在腫瘤組織的富集與釋放，動態(tài)測量藥物濃度-時間曲線，優(yōu)化給藥方案。在黑色素瘤模型中，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)PD-1抑制劑治療早期腫瘤血氧飽和度升高，與長期生存率正相關(guān)，揭示免疫治療響應(yīng)的早期生物標(biāo)志物。此外，多參數(shù)光聲成像（血氧、脂質(zhì)、代謝物聯(lián)合分析）結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可構(gòu)建腫瘤分子圖譜，指導(dǎo)個體化治療策略。

2. 神經(jīng)生物學(xué)：無創(chuàng)追蹤腦功能與疾病進(jìn)展

神經(jīng)科學(xué)研究對成像技術(shù)提出極高要求：需穿透顱骨、避免信號衰減，同時捕捉神經(jīng)活動的動態(tài)變化。多模態(tài)光聲成像系統(tǒng)通過NIR-II激光實(shí)現(xiàn)深部腦組織成像，結(jié)合熒光標(biāo)記追蹤神經(jīng)元活動或膠質(zhì)細(xì)胞遷移。例如，在阿爾茨海默病模型中，系統(tǒng)可定量分析腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白沉積與血管異常的關(guān)聯(lián)性，為疾病機(jī)制研究提供新視角。此外，光聲血氧成像技術(shù)可無創(chuàng)監(jiān)測腦缺血模型的血流恢復(fù)過程，評估神經(jīng)保護(hù)藥物的療效。

3. 心血管疾?。簞討B(tài)評估心臟功能與血管病變

心血管研究需同時獲取心臟結(jié)構(gòu)、血流動力學(xué)及分子水平信息。多模態(tài)系統(tǒng)通過超聲模塊提供高分辨率心臟解剖圖像（如心肌厚度、瓣膜運(yùn)動），光聲模塊測量血氧飽和度及血紅蛋白含量，熒光模塊追蹤炎癥因子或纖維化標(biāo)志物表達(dá)。例如，在心肌梗死模型中，系統(tǒng)可同步顯示梗死區(qū)域的心肌萎縮（超聲）、血氧降低（光聲）及炎癥細(xì)胞浸潤（熒光），全面評估疾病進(jìn)展與治療干預(yù)效果。

4. 藥物研發(fā)：高效篩選與安全性評價

藥物研發(fā)需在活體動物中長期追蹤藥物代謝、分布及毒性。多模態(tài)光聲成像系統(tǒng)通過熒光標(biāo)記實(shí)現(xiàn)藥物分子在體內(nèi)的實(shí)時定位，結(jié)合光聲成像監(jiān)測靶器官（如肝臟、腎臟）的功能變化。例如，在抗腫瘤藥物研發(fā)中，系統(tǒng)可同時觀察藥物在腫瘤組織的蓄積（熒光）、血管抑制效果（光聲）及肝毒性（超聲彈性成像檢測纖維化），顯著縮短研發(fā)周期并提高成功率。

三、未來展望：智能化與臨床轉(zhuǎn)化的新方向

隨著技術(shù)發(fā)展，多模態(tài)光聲成像系統(tǒng)正朝著智能化、便攜化及臨床轉(zhuǎn)化方向邁進(jìn)。下一代系統(tǒng)將集成人工智能算法，實(shí)現(xiàn)圖像自動分割、異常檢測及數(shù)據(jù)挖掘，減少人工干預(yù)并提升研究效率。此外，柔性光聲探頭的開發(fā)可實(shí)現(xiàn)自由活動小動物的長期監(jiān)測，模擬人類疾病動態(tài)變化；大型動物模型（如犬、非人靈長類）的驗證將推動技術(shù)向早期臨床篩查和術(shù)中導(dǎo)航應(yīng)用拓展。

小動物活體多模態(tài)光聲成像系統(tǒng)已成為生命科學(xué)研究的“多維鑰匙”，其通過整合多模態(tài)信息，為研究者提供了前所未有的研究工具。隨著技術(shù)不斷突破，這一領(lǐng)域?qū)⒃诩膊C(jī)制探索、精準(zhǔn)治療及藥物研發(fā)中發(fā)揮更大作用，最終推動人類健康事業(yè)的進(jìn)步。