光聲超聲活體小鼠成像系統(tǒng)結(jié)合了光聲成像與超聲成像技術(shù)，具有高靈敏度、高分辨率及深部組織成像能力，在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
一、技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)
1.光聲成像原理
當(dāng)激光照射生物組織時(shí)，組織吸收光能產(chǎn)生熱膨脹，進(jìn)而發(fā)射超聲波。通過檢測(cè)超聲波信號(hào)，可重建組織的光吸收分布圖像。
優(yōu)勢(shì)：
深部組織成像：相比純光學(xué)成像，光聲成像穿透深度更深（可達(dá)數(shù)厘米），突破光散射限制。
高對(duì)比度：通過檢測(cè)血紅蛋白等內(nèi)源性吸收體，可清晰顯示血管結(jié)構(gòu)及含氧量分布。
功能成像：利用雙波長(zhǎng)成像技術(shù)，可計(jì)算氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白比例，反映組織代謝狀態(tài)。
分子成像：結(jié)合外源性造影劑（如納米顆粒、有機(jī)染料），實(shí)現(xiàn)分子水平特異性成像。
2.超聲成像原理
利用超聲波在組織中的反射與散射特性，構(gòu)建組織結(jié)構(gòu)圖像。
優(yōu)勢(shì)：
實(shí)時(shí)成像：支持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，如心臟功能、血流速度等。
高分辨率：高頻超聲探頭（如70MHz）可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)分辨率，清晰顯示腫瘤邊界或神經(jīng)束膜。
無創(chuàng)性：無需注射造影劑，適合長(zhǎng)期跟蹤研究。
3.多模態(tài)融合優(yōu)勢(shì)
互補(bǔ)性：光聲成像提供功能與分子信息，超聲成像提供解剖結(jié)構(gòu)信息，兩者結(jié)合可全面評(píng)估組織狀態(tài)。
共定位精度：通過同步采集光聲與超聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)匹配，減少誤差。
二、系統(tǒng)組成與核心技術(shù)
1.系統(tǒng)組成
激光模塊：提供激發(fā)光（波長(zhǎng)范圍650-2300nm），支持雙波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)切換。
超聲模塊：配備高頻超聲探頭（如14-70MHz），支持實(shí)時(shí)圖像采集與血流動(dòng)力學(xué)分析。
探測(cè)器：采用光纖負(fù)聚焦超聲探測(cè)器或壓電陶瓷換能器，優(yōu)化靈敏度與接收角。
數(shù)據(jù)處理單元：基于深度學(xué)習(xí)算法（如FD U-net）實(shí)現(xiàn)圖像重建與上采樣，提升分辨率與信噪比。
2.核心技術(shù)突破
光纖負(fù)聚焦超聲探測(cè)器：
通過彎曲光纖結(jié)合合成孔徑算法，將超聲接收角擴(kuò)展至120°，最小可探測(cè)聲壓低至5.4 Pa。
實(shí)現(xiàn)7mm深層腦組織無損成像，分辨率達(dá)130μm，接近各向同性。
超快功能性光聲顯微鏡（UFF-PAM）：
利用多邊形掃描儀與雙波長(zhǎng)激光激發(fā)，在11×7.5×1.5mm3視場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)2Hz三維成像頻率，空間分辨率約10μm。
實(shí)時(shí)捕捉小鼠全腦血流動(dòng)力學(xué)與氧飽和度變化，同步監(jiān)測(cè)擴(kuò)散性抑制（SD）波傳播。
小動(dòng)物光聲超聲多模成像系統(tǒng)：
集成MX250（14-28MHz）與MX550D（26-52MHz）超聲探頭，支持大鼠、小鼠等模式動(dòng)物的全身掃描。
實(shí)現(xiàn)光聲信號(hào)與超聲影像的共定位，定量分析腫瘤血氧飽和度與體積變化。
三、應(yīng)用領(lǐng)域與案例
1.腫瘤學(xué)研究
腫瘤生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移監(jiān)測(cè)：通過生物發(fā)光成像技術(shù)標(biāo)記腫瘤細(xì)胞，實(shí)時(shí)追蹤皮下腫瘤或轉(zhuǎn)移灶的動(dòng)態(tài)變化。
抗血管生成治療評(píng)價(jià)：利用光聲成像檢測(cè)腫瘤血管密度與血氧飽和度，評(píng)估藥物療效。
案例：在乳腺癌模型中，光聲成像清晰顯示納米顆粒誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮滲漏現(xiàn)象，揭示腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制。
2.神經(jīng)科學(xué)研究
腦功能成像：UFF-PAM系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小鼠全腦血流動(dòng)力學(xué)與氧代謝率，研究腦卒中、阿爾茨海默病等疾病的病理機(jī)制。
腦深部結(jié)構(gòu)成像：光纖負(fù)聚焦超聲探測(cè)器實(shí)現(xiàn)7mm深層腦組織無損成像，清晰顯示鼻側(cè)靜脈、上矢狀竇等微細(xì)結(jié)構(gòu)。
案例：在腦出血模型中，系統(tǒng)捕捉到活體鼠腦血栓形成過程，為臨床診斷提供新工具。
3.心血管疾病研究
心臟功能評(píng)估：超聲模塊支持實(shí)時(shí)心臟圖像采集（最高1000幀/秒），分析心肌收縮力與射血分?jǐn)?shù)。
血管斑塊檢測(cè)：光聲成像結(jié)合外源性造影劑，區(qū)分穩(wěn)定斑塊與易損斑塊，預(yù)測(cè)心血管事件風(fēng)險(xiǎn)。
案例：Vevo 3100 LT機(jī)型在關(guān)節(jié)成像中區(qū)分200μm厚軟骨層，為關(guān)節(jié)炎研究提供高精度工具。
4.藥物研發(fā)與納米材料分析
藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究：通過熒光標(biāo)記技術(shù)追蹤藥物在體內(nèi)的分布與代謝途徑。
納米材料毒性評(píng)價(jià)：光聲成像檢測(cè)納米顆粒在組織中的蓄積與分布，評(píng)估其生物安全性。
案例：TiO?納米顆粒被證實(shí)可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮滲漏，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，光聲成像為這一發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)鍵證據(jù)。
四、系統(tǒng)選型與操作建議
1.系統(tǒng)選型
研究需求：
若需深部組織成像（如腦、腫瘤），優(yōu)先選擇激發(fā)波長(zhǎng)覆蓋650-2300nm、成像深度>4.5cm的系統(tǒng)（如LOIS-3D）。
若需高分辨率成像（如細(xì)胞、血管），選擇3D分辨率≤150μm的系統(tǒng)（如Vevo LAZR或UFF-PAM）。
預(yù)算與維護(hù)：
高端系統(tǒng)（如LOIS-3D）價(jià)格較高，但提供更長(zhǎng)的保修服務(wù)與技術(shù)支持。
定期維護(hù)（如探頭清潔、激光校準(zhǔn)）可延長(zhǎng)設(shè)備壽命，保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
2.操作規(guī)范
麻醉管理：使用異氟烷等氣體麻醉劑維持小鼠麻醉狀態(tài)，避免因動(dòng)物移動(dòng)導(dǎo)致圖像偽影。
耦合劑使用：在超聲探頭與小鼠皮膚間涂抹適量耦合劑，確保超聲波有效傳輸。
參數(shù)優(yōu)化：根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求調(diào)整激光脈沖能量（如120mJ）、脈沖重復(fù)率（如10Hz）等參數(shù)，平衡成像質(zhì)量與生物安全性。
