光声超声活体小鼠成像系统结合了光声成像与超声成像技术，具有高灵敏度、高分辨率及深部组织成像能力，在生物医学研究领域应用广泛。
一、技术原理与优势
1.光声成像原理
当激光照射生物组织时，组织吸收光能产生热膨胀，进而发射超声波。通过检测超声波信号，可重建组织的光吸收分布图像。
优势：
深部组织成像：相比纯光学成像，光声成像穿透深度更深（可达数厘米），突破光散射限制。
高对比度：通过检测血红蛋白等内源性吸收体，可清晰显示血管结构及含氧量分布。
功能成像：利用双波长成像技术，可计算氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白比例，反映组织代谢状态。
分子成像：结合外源性造影剂（如纳米颗粒、有机染料），实现分子水平特异性成像。
2.超声成像原理
利用超声波在组织中的反射与散射特性，构建组织结构图像。
优势：
实时成像：支持动态监测，如心脏功能、血流速度等。
高分辨率：高频超声探头（如70MHz）可实现微米级分辨率，清晰显示肿瘤边界或神经束膜。
无创性：无需注射造影剂，适合长期跟踪研究。
3.多模态融合优势
互补性：光声成像提供功能与分子信息，超声成像提供解剖结构信息，两者结合可全面评估组织状态。
共定位精度：通过同步采集光声与超声信号，实现功能与结构的精准匹配，减少误差。
二、系统组成与核心技术
1.系统组成
激光模块：提供激发光（波长范围650-2300nm），支持双波长或多波长切换。
超声模块：配备高频超声探头（如14-70MHz），支持实时图像采集与血流动力学分析。
探测器：采用光纤负聚焦超声探测器或压电陶瓷换能器，优化灵敏度与接收角。
数据处理单元：基于深度学习算法（如FD U-net）实现图像重建与上采样，提升分辨率与信噪比。
2.核心技术突破
光纤负聚焦超声探测器：
通过弯曲光纤结合合成孔径算法，将超声接收角扩展至120°，最小可探测声压低至5.4 Pa。
实现7mm深层脑组织无损成像，分辨率达130μm，接近各向同性。
超快功能性光声显微镜（UFF-PAM）：
利用多边形扫描仪与双波长激光激发，在11×7.5×1.5mm³视场内实现2Hz三维成像频率，空间分辨率约10μm。
实时捕捉小鼠全脑血流动力学与氧饱和度变化，同步监测扩散性抑制（SD）波传播。
小动物光声超声多模成像系统：
集成MX250（14-28MHz）与MX550D（26-52MHz）超声探头，支持大鼠、小鼠等模式动物的全身扫描。
实现光声信号与超声影像的共定位，定量分析肿瘤血氧饱和度与体积变化。
三、应用领域与案例
1.肿瘤学研究
肿瘤生长与转移监测：通过生物发光成像技术标记肿瘤细胞，实时追踪皮下肿瘤或转移灶的动态变化。
抗血管生成治疗评价：利用光声成像检测肿瘤血管密度与血氧饱和度，评估药物疗效。
案例：在乳腺癌模型中，光声成像清晰显示纳米颗粒诱导的血管内皮渗漏现象，揭示肿瘤转移机制。
2.神经科学研究
脑功能成像：UFF-PAM系统实时监测小鼠全脑血流动力学与氧代谢率，研究脑卒中、阿尔茨海默病等疾病的病理机制。
脑深部结构成像：光纤负聚焦超声探测器实现7mm深层脑组织无损成像，清晰显示鼻侧静脉、上矢状窦等微细结构。
案例：在脑出血模型中，系统捕捉到活体鼠脑血栓形成过程，为临床诊断提供新工具。
3.心血管疾病研究
心脏功能评估：超声模块支持实时心脏图像采集（最高1000帧/秒），分析心肌收缩力与射血分数。
血管斑块检测：光声成像结合外源性造影剂，区分稳定斑块与易损斑块，预测心血管事件风险。
案例：Vevo 3100 LT机型在关节成像中区分200μm厚软骨层，为关节炎研究提供高精度工具。
4.药物研发与纳米材料分析
药物代谢动力学研究：通过荧光标记技术追踪药物在体内的分布与代谢途径。
纳米材料毒性评价：光声成像检测纳米颗粒在组织中的蓄积与分布，评估其生物安全性。
案例：TiO₂纳米颗粒被证实可诱导血管内皮渗漏，促进乳腺癌细胞转移，光声成像为这一发现提供了关键证据。
四、系统选型与操作建议
1.系统选型
研究需求：
若需深部组织成像（如脑、肿瘤），优先选择激发波长覆盖650-2300nm、成像深度>4.5cm的系统（如LOIS-3D）。
若需高分辨率成像（如细胞、血管），选择3D分辨率≤150μm的系统（如Vevo LAZR或UFF-PAM）。
预算与维护：
高端系统（如LOIS-3D）价格较高，但提供更长的保修服务与技术支持。
定期维护（如探头清洁、激光校准）可延长设备寿命，保障数据准确性。
2.操作规范
麻醉管理：使用异氟烷等气体麻醉剂维持小鼠麻醉状态，避免因动物移动导致图像伪影。
耦合剂使用：在超声探头与小鼠皮肤间涂抹适量耦合剂，确保超声波有效传输。
参数优化：根据实验需求调整激光脉冲能量（如120mJ）、脉冲重复率（如10Hz）等参数，平衡成像质量与生物安全性。
