光聲超聲系統(tǒng)通過(guò)整合光聲成像與超聲成像技術(shù)，為小動(dòng)物活體研究提供了高分辨率、高靈敏度、非侵入性的多模態(tài)成像平臺(tái)。其核心實(shí)現(xiàn)方式及優(yōu)勢(shì)如下：
一、技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理
1.光聲成像模塊
原理：利用光聲效應(yīng)，當(dāng)脈沖激光照射生物組織時(shí)，組織內(nèi)的生色基團(tuán)（如血紅蛋白、黑色素或外源造影劑）吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能，引發(fā)局部熱彈性膨脹，產(chǎn)生超聲波信號(hào)。超聲探頭接收這些信號(hào)后，通過(guò)重建算法生成高分辨率圖像。
波長(zhǎng)配置：系統(tǒng)配備脈沖可調(diào)式激光器，支持近紅外一區(qū)（680-970 nm）和近紅外二區(qū)（1200-2000 nm）成像，覆蓋內(nèi)源性生色基團(tuán)（如氧合/脫氧血紅蛋白）的吸收峰，同時(shí)兼容外源造影劑（如納米粒子、熒光染料）。
功能模式：
單波長(zhǎng)掃描：優(yōu)化成像條件（如時(shí)間增益補(bǔ)償）。
全光譜掃描：分析材料吸收光譜，確定最大吸收峰。
血氧掃描：定量檢測(cè)血氧飽和度（sO?）和總血紅蛋白（HbT），評(píng)估組織代謝狀態(tài)。
2.超聲成像模塊
原理：通過(guò)高頻超聲探頭（如14-70 MHz）發(fā)射超聲波，經(jīng)耦合劑傳遞至小動(dòng)物體內(nèi)。超聲波在組織界面反射后被探頭接收，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換生成結(jié)構(gòu)圖像。
成像模式：
灰階模式（B-Mode）：觀察組織結(jié)構(gòu)（如心臟、腫瘤形態(tài)）。
運(yùn)動(dòng)模式（M-Mode）：分析心臟或血管壁運(yùn)動(dòng)（如心肌收縮功能）。
多普勒模式：檢測(cè)血流方向與速度（彩色多普勒粗測(cè)，脈沖多普勒精測(cè)）。
三維成像（3D Mode）：量化腫瘤體積或血管結(jié)構(gòu)。
組織多普勒模式：評(píng)估心肌組織運(yùn)動(dòng)速度與方向。
二、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
1.多模態(tài)信息融合
光聲成像提供功能信息（如血氧、代謝），超聲成像提供結(jié)構(gòu)信息（如器官形態(tài)、血流動(dòng)力學(xué)），兩者共定位實(shí)現(xiàn)“結(jié)構(gòu)-功能”同步分析。
應(yīng)用場(chǎng)景：腫瘤研究中，光聲成像可區(qū)分腫瘤核心與外周的血管密度差異，超聲成像則量化腫瘤體積變化，綜合評(píng)估腫瘤侵襲性與治療響應(yīng)。
2.高分辨率與穿透深度
光聲成像結(jié)合光學(xué)對(duì)比度與超聲穿透性，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)分辨率（如280 μm）及數(shù)厘米成像深度（如大鼠胸腔）。
技術(shù)突破：非線性光聲效應(yīng)增強(qiáng)深部組織信號(hào)，解決傳統(tǒng)光聲成像深度限制問(wèn)題。
3.非侵入性與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
無(wú)需開(kāi)顱或組織取樣，可長(zhǎng)期追蹤疾病進(jìn)展（如腫瘤生長(zhǎng)、血管新生）。
案例：在神經(jīng)科學(xué)研究中，光聲成像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腦腫瘤血氧變化，為手術(shù)提供導(dǎo)航；超聲成像則觀察腦皮層血管網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)，研究神經(jīng)活動(dòng)與血流耦合機(jī)制。
4.靈活適配多物種研究
系統(tǒng)配備多種超聲探頭（如14-28 MHz、26-52 MHz、40-70 MHz），兼容小鼠、大鼠、斑馬魚(yú)等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，滿足不同研究需求。
三、典型應(yīng)用場(chǎng)景
1.心血管疾病研究
模型：心肌梗塞、高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化。
分析內(nèi)容：心臟結(jié)構(gòu)（灰階模式）、血管形態(tài)（三維成像）、血流動(dòng)力學(xué)（多普勒模式）、血氧飽和度（光聲血氧掃描）。
價(jià)值：評(píng)估心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)，指導(dǎo)個(gè)性化治療方案。
2.腫瘤研究
模型：乳腺癌、前列腺癌、直腸癌。
分析內(nèi)容：腫瘤形態(tài)（B-Mode）、血管生成（光聲成像）、代謝狀態(tài)（血氧/血紅蛋白濃度）、治療響應(yīng)（灌注曲線監(jiān)測(cè)）。
價(jià)值：早期篩查腫瘤，監(jiān)測(cè)抗血管生成藥物療效。
3.神經(jīng)科學(xué)研究
模型：腦腫瘤、癲癇、神經(jīng)退行性疾病。
分析內(nèi)容：腦皮層血管網(wǎng)絡(luò)（光聲成像）、腦血流速度（超聲多普勒）、神經(jīng)活動(dòng)關(guān)聯(lián)（如多巴胺釋放）。
價(jià)值：研究神經(jīng)血管耦合機(jī)制，為手術(shù)提供實(shí)時(shí)導(dǎo)航。
4.藥物研發(fā)
應(yīng)用：光聲成像監(jiān)測(cè)藥物代謝動(dòng)力學(xué)（如納米粒子在腫瘤內(nèi)的分布），超聲成像評(píng)估藥物對(duì)器官結(jié)構(gòu)的影響（如心臟毒性）。
優(yōu)勢(shì)：減少動(dòng)物使用量，加速藥物篩選進(jìn)程。
四、技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展方向
1.當(dāng)前挑戰(zhàn)
深層組織成像：超過(guò)5 cm深度的組織成像仍需更高靈敏度探測(cè)器或新型造影劑。
多模態(tài)整合：結(jié)合MRI或熒光成像實(shí)現(xiàn)多參數(shù)互補(bǔ)，提升診斷特異性。
臨床轉(zhuǎn)化：現(xiàn)有設(shè)備體積龐大，需微型化設(shè)計(jì)以適配臨床需求（如新生兒心臟成像）。
2.未來(lái)趨勢(shì)
智能算法優(yōu)化：利用深度學(xué)習(xí)提升圖像重建速度與分辨率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分析。
新型造影劑開(kāi)發(fā)：設(shè)計(jì)靶向性納米粒子，增強(qiáng)特定組織（如腫瘤）的光聲信號(hào)。
便攜式設(shè)備：開(kāi)發(fā)手持式光聲超聲探頭，拓展臨床應(yīng)用場(chǎng)景（如急診床旁成像）。
