小動(dòng)物活體成像技術(shù)是現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究的核心工具之一，尤其在腫瘤學(xué)、心血管疾病、神經(jīng)科學(xué)及藥物研發(fā)領(lǐng)域，其非侵入性、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的能力為疾病機(jī)制解析和療效評(píng)估提供了關(guān)鍵支持。傳統(tǒng)成像技術(shù)（如MRI、CT、PET）雖具有高分辨率或功能代謝分析能力，但存在輻射損傷、成本高昂或無(wú)法實(shí)時(shí)觀測(cè)等局限。相比之下，光聲成像（Photoacoustic Imaging, PAI）作為一種新興的多模態(tài)成像技術(shù)，通過(guò)結(jié)合光學(xué)激發(fā)與超聲檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了高對(duì)比度、高穿透深度（可達(dá)數(shù)厘米）的活體組織成像，同時(shí)可量化血氧飽和度、血紅蛋白濃度等生理參數(shù)，成為小動(dòng)物研究中的理想選擇。

一、系統(tǒng)研制背景與核心技術(shù)

小動(dòng)物活體多模態(tài)光聲成像系統(tǒng)通過(guò)整合光聲成像、超聲成像、熒光成像及白光成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活體動(dòng)物組織結(jié)構(gòu)、功能代謝及分子事件的實(shí)時(shí)、無(wú)創(chuàng)、高分辨率監(jiān)測(cè)。其核心技術(shù)包括：

1.光聲-超聲雙模態(tài)成像

光聲成像：利用脈沖激光照射生物組織，組織吸收光能后產(chǎn)生熱彈性膨脹，發(fā)射超聲波，通過(guò)超聲探頭接收信號(hào)并重建圖像。該技術(shù)結(jié)合了光學(xué)成像的高對(duì)比度與超聲成像的高穿透深度，可清晰顯示血管、腫瘤及功能代謝信息（如血氧飽和度）。

超聲成像：提供解剖學(xué)結(jié)構(gòu)信息，與光聲圖像共配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的雙重驗(yàn)證。例如，Vevo?LAZR-X系統(tǒng)通過(guò)高頻超聲探頭（30-70 MHz）實(shí)現(xiàn)30μm分辨率，支持大鼠、小鼠及斑馬魚(yú)的實(shí)時(shí)成像。

2.多光譜熒光與白光成像

熒光成像：支持綠光至近紅外（415-760nm）多光譜檢測(cè)，兼容熒光蛋白、量子點(diǎn)等標(biāo)記物，用于追蹤分子事件（如基因表達(dá)、藥物分布）。

白光成像：提供動(dòng)物矢狀面及冠狀面解剖參考，輔助精準(zhǔn)定位。

3.三維成像與快速掃描

全光譜激光器（660-2300nm）：支持標(biāo)準(zhǔn)掃描36秒完成三維成像，TomoWave系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)2.5×2.5×2.5cm空間區(qū)域3秒快速掃描。

真正的3D成像：如EndraNexus128系統(tǒng)采用128個(gè)立體式螺旋排列超聲接收器，實(shí)現(xiàn)等向性分辨率（各方向分辨率一致），避免切片式掃描的模糊問(wèn)題。

二、關(guān)鍵性能指標(biāo)與評(píng)估

1.分辨率與靈敏度

空間分辨率：Vevo?LAZR-X系統(tǒng)達(dá)30μm（高頻超聲），EndraNexus128系統(tǒng)等向性分辨率優(yōu)于切片式掃描，確保深層組織成像清晰度。

靈敏度：TomoWave系統(tǒng)靈敏度達(dá)1pmole/L，可檢測(cè)低濃度納米探針；EndraNexus128系統(tǒng)靈敏度15nM（ICG，36秒掃描），滿足微量生物標(biāo)志物檢測(cè)需求。

2.穿透深度與成像深度

穿透深度：系統(tǒng)穿透深度均超過(guò)4cm，如LOIS-3D系統(tǒng)成像深度達(dá)4.5cm，支持大鼠等大型動(dòng)物的深層組織成像。

成像深度驗(yàn)證：通過(guò)小鼠背部皮下注射1064nm造影劑實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)深層腫瘤的成像能力。

3.成像速度與通量

快速掃描：EndraNexus128系統(tǒng)3秒完成2.5cm3體積掃描，TomoWave系統(tǒng)支持高通量檢測(cè)，顯著提升實(shí)驗(yàn)效率。

動(dòng)物處理速度：EndraNexus128配備兩套動(dòng)物托盤(pán)，可同時(shí)處理兩只動(dòng)物，減少緩沖時(shí)間。

4.多模態(tài)融合與定量分析

共配準(zhǔn)技術(shù)：光聲與超聲圖像自動(dòng)對(duì)齊，如Vevo?LAZR-X系統(tǒng)提供B模、M模、彩色多普勒等多模式超聲，與光聲圖像同步顯示。

定量分析軟件：支持血氧飽和度、血紅蛋白含量測(cè)定及光譜分析，如Kuant 2.5軟件可批量處理圖像并導(dǎo)出發(fā)表級(jí)數(shù)據(jù)。

三、應(yīng)用場(chǎng)景與科研價(jià)值

1.腫瘤學(xué)研究

腫瘤形態(tài)與灌注成像：監(jiān)測(cè)腫瘤生長(zhǎng)、血管新生及治療響應(yīng)。例如，通過(guò)光聲成像觀察抗腫瘤藥物對(duì)腫瘤血氧飽和度的影響。

納米探針定量：追蹤納米材料在腫瘤中的分布及代謝，評(píng)估靶向效率。

2.心血管疾病研究

血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)：利用脈沖多普勒模式測(cè)量血流速度，結(jié)合光聲成像分析心肌血氧供應(yīng)，研究心肌炎、血栓等疾病的機(jī)制。

3.神經(jīng)生物學(xué)與腦功能研究

功能成像：無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)腦部血氧變化，揭示神經(jīng)活動(dòng)與代謝的關(guān)聯(lián)。例如，通過(guò)光聲成像觀察癲癇發(fā)作時(shí)的腦部血流動(dòng)態(tài)。

4.藥物研發(fā)與代謝研究

藥物分布與療效評(píng)估：實(shí)時(shí)追蹤藥物在活體中的分布及代謝途徑，優(yōu)化給藥方案。例如，利用熒光成像監(jiān)測(cè)化療藥物在腫瘤中的蓄積情況。

四、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)與局限性

1.優(yōu)勢(shì)

非侵入性與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：避免傳統(tǒng)組織切片法的損傷，支持長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀察。

多尺度信息融合：結(jié)合光學(xué)與超聲成像，提供從分子到器官的多層次數(shù)據(jù)。

高靈敏度與分辨率：可檢測(cè)低濃度生物分子及微小結(jié)構(gòu)變化。

2.局限性

設(shè)備成本與操作復(fù)雜度：高端系統(tǒng)價(jià)格昂貴，需專業(yè)培訓(xùn)方可操作。

成像深度與分辨率的平衡：深層組織成像時(shí)，分辨率可能略有下降。

探針依賴性：部分功能（如血氧飽和度測(cè)量）需外源性造影劑支持。