基于光聲/超聲融合的小動(dòng)物活體多模態(tài)成像系統(tǒng)是一種結(jié)合光聲成像（PAI）與超聲成像（US）技術(shù)優(yōu)勢(shì)的先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)成像設(shè)備，能夠同時(shí)提供高分辨率解剖結(jié)構(gòu)信息與深層組織功能代謝數(shù)據(jù)，在活體小動(dòng)物研究中展現(xiàn)出顯著的技術(shù)突破與應(yīng)用價(jià)值。以下從技術(shù)原理、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用領(lǐng)域及典型設(shè)備四個(gè)方面展開(kāi)分析：
一、技術(shù)原理：光聲與超聲的協(xié)同互補(bǔ)
1.光聲成像（PAI）
原理：利用脈沖激光照射生物組織，組織中的光吸收體（如血紅蛋白、黑色素或外源性造影劑）吸收光能后產(chǎn)生瞬時(shí)熱膨脹，激發(fā)超聲波（光聲波）。通過(guò)超聲探頭接收這些信號(hào)并重建圖像，可反映組織的光吸收特性。
優(yōu)勢(shì)：
高對(duì)比度：對(duì)血管、腫瘤等光吸收差異顯著的組織敏感，無(wú)需注射外源性造影劑即可可視化血紅蛋白氧飽和度（sO?）和總血紅蛋白（HbT）。
深層穿透：近紅外激光（如680-970 nm）穿透深度可達(dá)數(shù)厘米，突破傳統(tǒng)光學(xué)成像的局限。
2.超聲成像（US）
原理：通過(guò)高頻聲波反射形成組織解剖結(jié)構(gòu)圖像，提供器官輪廓、血管走向等形態(tài)學(xué)信息。
優(yōu)勢(shì)：
實(shí)時(shí)性：幀頻高（如Vevo LAZR-X可達(dá)1000幀/秒），可捕捉動(dòng)態(tài)生理過(guò)程（如心臟搏動(dòng)、血流動(dòng)力學(xué)）。
無(wú)創(chuàng)性：無(wú)需輻射或侵入性操作，適合長(zhǎng)期跟蹤研究。
3.融合技術(shù)
多模態(tài)同步：光聲與超聲信號(hào)通過(guò)同一探頭或共定位系統(tǒng)采集，實(shí)現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)與功能代謝的精準(zhǔn)匹配（如腫瘤邊界與血氧分布的疊加顯示）。
互補(bǔ)增強(qiáng)：超聲提供深層結(jié)構(gòu)框架，光聲填充功能細(xì)節(jié)，解決單一模態(tài)的穿透深度與分辨率矛盾。
二、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：突破傳統(tǒng)成像瓶頸
1.高分辨率與深層成像的平衡
光聲成像分辨率可達(dá)30-100微米（依賴(lài)探頭頻率），超聲成像軸向分辨率通常為30-200微米，二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)分辨率下數(shù)厘米穿透深度，適用于乳腺、肝臟等深層器官研究。
2.功能與分子信息的全面獲取
血氧監(jiān)測(cè)：通過(guò)雙波長(zhǎng)激光（如750 nm與850 nm）計(jì)算氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白比例，評(píng)估組織氧代謝狀態(tài)。
血管生成分析：光聲成像可清晰顯示腫瘤新生血管網(wǎng)絡(luò)，超聲多普勒模式可量化血流速度與方向。
分子探針兼容性：支持納米顆粒、熒光染料等外源性造影劑，實(shí)現(xiàn)特定分子（如腫瘤標(biāo)志物、神經(jīng)遞質(zhì)）的靶向成像。
3.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力
高速成像系統(tǒng)（如Vevo 3100 LT）可連續(xù)采集數(shù)據(jù)，支持心臟功能評(píng)估、藥物代謝追蹤等動(dòng)態(tài)研究。例如，在光動(dòng)力治療中，光聲成像可實(shí)時(shí)顯示腫瘤壞死范圍，超聲成像可同步監(jiān)測(cè)組織彈性變化。
4.無(wú)創(chuàng)性與安全性
避免輻射暴露（如X-ray CT）和放射性示蹤劑（如PET），適合長(zhǎng)期反復(fù)觀(guān)察同一動(dòng)物模型，減少個(gè)體差異對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
三、應(yīng)用領(lǐng)域：覆蓋基礎(chǔ)研究與臨床前研究
1.腫瘤研究
早期診斷：通過(guò)光聲成像檢測(cè)微小腫瘤（直徑<1 mm）及其血管特征，結(jié)合超聲成像評(píng)估腫瘤硬度（彈性成像）。
療效評(píng)估：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)化療、免疫治療等手段對(duì)腫瘤血供和氧代謝的影響，為治療方案優(yōu)化提供依據(jù)。
2.心血管研究
心肌灌注成像：光聲成像可視化心肌血流分布，超聲成像評(píng)估心室功能（如射血分?jǐn)?shù)、心肌應(yīng)變）。
動(dòng)脈粥樣硬化分析：結(jié)合多色光聲造影劑區(qū)分斑塊成分（如脂質(zhì)核心、纖維帽），預(yù)測(cè)破裂風(fēng)險(xiǎn)。
3.神經(jīng)科學(xué)研究
腦功能連接：利用鈣離子指示劑（如GCaMP）與熒光成像監(jiān)測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)，光聲成像評(píng)估腦血氧變化，揭示神經(jīng)-血管耦合機(jī)制。
神經(jīng)退行性疾病模型：追蹤β-淀粉樣蛋白沉積、tau蛋白病理變化及神經(jīng)元丟失過(guò)程。
4.發(fā)育生物學(xué)研究
胚胎成像：高頻超聲探頭（如MX700，30-70 MHz）可清晰顯示小鼠胚胎心臟、血管和腦部結(jié)構(gòu)，光聲成像監(jiān)測(cè)胚胎血流動(dòng)力學(xué)變化。
四、典型設(shè)備：技術(shù)參數(shù)與性能對(duì)比
1.Fujifilm Visualsonics Vevo LAZR-X
光聲模塊：
激光波長(zhǎng)：680-970 nm（近紅外一區(qū)） + 1200-2000 nm（近紅外二區(qū)）。
動(dòng)態(tài)范圍：70 dB，信噪比：30 dB ± 10 dB，靈敏度<100 nM（染料/納米材料）。
超聲模塊：
探頭配置：MX250（14-28 MHz，大鼠心臟/腹部）、MX550D（26-52 MHz，小鼠心血管/腫瘤）、MX700（30-70 MHz，小鼠胚胎/眼部）。
成像模式：B模、M模、彩色多普勒、能量多普勒、組織多普勒、4D成像。
應(yīng)用場(chǎng)景：腫瘤血管生成、心肌灌注、胚胎發(fā)育、藥物代謝動(dòng)力學(xué)研究。
2.TomoWave Lois 3D
光聲模塊：
激光波長(zhǎng)：660-2300 nm，成像深度≥4.5 cm。
掃描速度：2.5×2.5×2.5 cm3區(qū)域快速掃描僅需3秒。
超聲模塊：
超聲換能器：0.1-0.8 MHz，支持對(duì)比劑成像。
應(yīng)用場(chǎng)景：全身光聲成像、納米材料靶向性評(píng)估、大型動(dòng)物（如兔）心血管研究。
3.多模式融合創(chuàng)新
光聲-超聲-熒光三模態(tài)系統(tǒng)：結(jié)合熒光成像的高靈敏度（如追蹤GFP標(biāo)記的腫瘤細(xì)胞），實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)-功能-分子信息的同步獲取。
光開(kāi)關(guān)技術(shù)：通過(guò)控制光聲信號(hào)生成相關(guān)的屬性（如吸收系數(shù)），實(shí)現(xiàn)特定細(xì)胞或分子的高對(duì)比度成像，解決組織背景干擾問(wèn)題。
