光聲超聲活體小鼠成像系統(tǒng)結合了光聲成像與超聲成像技術，具有高靈敏度、高分辨率及深部組織成像能力，在生物醫(yī)學研究領域應用廣泛。
一、技術原理與優(yōu)勢
1.光聲成像原理
當激光照射生物組織時，組織吸收光能產(chǎn)生熱膨脹，進而發(fā)射超聲波。通過檢測超聲波信號，可重建組織的光吸收分布圖像。
優(yōu)勢：
深部組織成像：相比純光學成像，光聲成像穿透深度更深（可達數(shù)厘米），突破光散射限制。
高對比度：通過檢測血紅蛋白等內(nèi)源性吸收體，可清晰顯示血管結構及含氧量分布。
功能成像：利用雙波長成像技術，可計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：結合外源性造影劑（如納米顆粒、有機染料），實現(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，構建組織結構圖像。
優(yōu)勢：
實時成像：支持動態(tài)監(jiān)測，如心臟功能、血流速度等。
高分辨率：高頻超聲探頭（如70MHz）可實現(xiàn)微米級分辨率，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，適合長期跟蹤研究。
3.多模態(tài)融合優(yōu)勢
互補性：光聲成像提供功能與分子信息，超聲成像提供解剖結構信息，兩者結合可全面評估組織狀態(tài)。
共定位精度：通過同步采集光聲與超聲信號，實現(xiàn)功能與結構的精準匹配，減少誤差。
二、系統(tǒng)組成與核心技術
1.系統(tǒng)組成
激光模塊：提供激發(fā)光（波長范圍650-2300nm），支持雙波長或多波長切換。
超聲模塊：配備高頻超聲探頭（如14-70MHz），支持實時圖像采集與血流動力學分析。
探測器：采用光纖負聚焦超聲探測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：基于深度學習算法（如FD U-net）實現(xiàn)圖像重建與上采樣，提升分辨率與信噪比。
2.核心技術突破
光纖負聚焦超聲探測器：
通過彎曲光纖結合合成孔徑算法，將超聲接收角擴展至120°，最小可探測聲壓低至5.4 Pa。
實現(xiàn)7mm深層腦組織無損成像，分辨率達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激光激發(fā)，在11×7.5×1.5mm3視場內(nèi)實現(xiàn)2Hz三維成像頻率，空間分辨率約10μm。
實時捕捉小鼠全腦血流動力學與氧飽和度變化，同步監(jiān)測擴散性抑制（SD）波傳播。
小動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、小鼠等模式動物的全身掃描。
實現(xiàn)光聲信號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、應用領域與案例
1.腫瘤學研究
腫瘤生長與轉(zhuǎn)移監(jiān)測：通過生物發(fā)光成像技術標記腫瘤細胞，實時追蹤皮下腫瘤或轉(zhuǎn)移灶的動態(tài)變化。
抗血管生成治療評價：利用光聲成像檢測腫瘤血管密度與血氧飽和度，評估藥物療效。
案例：在乳腺癌模型中，光聲成像清晰顯示納米顆粒誘導的血管內(nèi)皮滲漏現(xiàn)象，揭示腫瘤轉(zhuǎn)移機制。
2.神經(jīng)科學研究
腦功能成像：UFF-PAM系統(tǒng)實時監(jiān)測小鼠全腦血流動力學與氧代謝率，研究腦卒中、阿爾茨海默病等疾病的病理機制。
腦深部結構成像：光纖負聚焦超聲探測器實現(xiàn)7mm深層腦組織無損成像，清晰顯示鼻側靜脈、上矢狀竇等微細結構。
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
心臟功能評估：超聲模塊支持實時心臟圖像采集（最高1000幀/秒），分析心肌收縮力與射血分數(shù)。
血管斑塊檢測：光聲成像結合外源性造影劑，區(qū)分穩(wěn)定斑塊與易損斑塊，預測心血管事件風險。
案例：Vevo 3100 LT機型在關節(jié)成像中區(qū)分200μm厚軟骨層，為關節(jié)炎研究提供高精度工具。
4.藥物研發(fā)與納米材料分析
藥物代謝動力學研究：通過熒光標記技術追蹤藥物在體內(nèi)的分布與代謝途徑。
納米材料毒性評價：光聲成像檢測納米顆粒在組織中的蓄積與分布，評估其生物安全性。
案例：TiO?納米顆粒被證實可誘導血管內(nèi)皮滲漏，促進乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移，光聲成像為這一發(fā)現(xiàn)提供了關鍵證據(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（如細胞、血管），選擇3D分辨率≤150μm的系統(tǒng)（如Vevo LAZR或UFF-PAM）。
預算與維護：
高端系統(tǒng)（如LOIS-3D）價格較高，但提供更長的保修服務與技術支持。
定期維護（如探頭清潔、激光校準）可延長設備壽命，保障數(shù)據(jù)準確性。
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)，避免因動物移動導致圖像偽影。
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)實驗需求調(diào)整激光脈沖能量（如120mJ）、脈沖重復率（如10Hz）等參數(shù)，平衡成像質(zhì)量與生物安全性。
