小动物活体三维成像系统是基于分子影像技术的临床前研究设备，通过生物发光、荧光、切伦科夫辐射及CT/MRI等多模态成像，实现活体动物体内光学信号的精确定量与三维重构，广泛应用于肿瘤学、干细胞研究及药物开发等领域。

一、技术原理与核心功能

1.多模态成像技术

生物发光成像：利用荧光素酶（如萤火虫、海肾荧光素酶）与底物反应产生光信号，无需激发光，背景噪声低，灵敏度极高（可检测皮下少于50个细胞）。

荧光成像：通过特定波长激发光激发荧光探针（如荧光蛋白、量子点），实现浅层与深层信号的双重检测，支持多光谱扫描和光谱分离技术，去除组织自发荧光干扰。

切伦科夫辐射成像：基于放射性同位素衰变产生的切伦科夫光，用于特异性成像放射性药物分布。

CT/MRI融合成像：集成X光、激光或LED光源，结合CT扫描数据，实现光学信号与解剖结构的精准匹配，三维重构精度达±0.5mm。

2.三维重构与定量分析

激光扫描与断层重建：通过三维激光扫描仪或旋转生物反应器获取动物体表拓扑结构，结合光学信号深度信息，重构体内信号源的三维模型。

定量输出：软件可分析目标区域的绝对光子数量、空间分布热图、信号深度、发光体积及细胞数量，为实验数据提供量化支撑。

3.高灵敏度与低噪声设计

超低温CCD相机：采用背照式、背部薄化科学一级CCD芯片，工作温度达绝对-90℃（部分型号低至-100℃），暗电流极低，信噪比高。

大光圈定焦镜头：f/0.95-f/1大光圈设计，提高光透过性，增强感光效率。

高效滤光片组：配置12-28组窄带宽滤光片（覆盖415-850nm波段），支持多光谱成像与光谱分离。

二、关键技术参数

1.检测灵敏度

生物发光成像：可检测皮下少于50个发光细胞（需SCI文献验证）。

荧光成像：支持荧光蛋白、纳米颗粒等多类探针，动态范围超过6个数量级。

切伦科夫辐射成像：用于放射性同位素特异性成像。

2.成像视野与分辨率

最大成像视野：250mm×250mm（部分型号达260mm×260mm），可同时成像5只小鼠。

空间分辨率：20-600μm（依赖成像模式与设备型号）。

深度检测：通过透射荧光光源与数学模拟分析，实现体内信号深度定位。

3.光谱覆盖与滤光片

波长范围：400-1700nm（全光谱成像能力）。

滤光片配置：10-18组激发光滤片（30-50nm带宽）与18组发射光滤片（20nm带宽），支持多光谱扫描。

4.环境控制与麻醉系统

温度控制：室温-40℃智能热风循环系统，减少动物应激反应。

麻醉系统：三通道气体麻醉（如异氟烷），配备尾静脉辅助注射功能，确保动物生理状态稳定。

三、应用场景与科学价值

1.肿瘤学研究

肿瘤生长与转移监测：通过生物发光标记肿瘤细胞，实时追踪癌细胞在体内的动态分布及转移过程。

药物疗效评估：量化分析药物处理后肿瘤信号强度的变化，评估候选药物的靶向性与代谢特征。

肿瘤微环境研究：结合荧光成像，观察肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）、免疫细胞（如T细胞）的相互作用。

2.干细胞与基因治疗

干细胞移植追踪：利用荧光蛋白标记干细胞，监测其在体内的存活、分化及迁移路径。

基因表达实时监控：通过生物发光报告基因系统，动态分析治疗基因的表达水平及调控机制。

3.药物开发与代谢研究

药物靶向性验证：利用荧光或放射性同位素标记药物，观察其在靶器官的分布与蓄积情况。

药代动力学分析：结合切伦科夫辐射成像，定量测量药物在体内的代谢速率与排泄途径。

4.代谢性疾病与免疫学研究

脂肪组织分布定量：通过荧光成像测量脂肪组织体积，误差率<3%，用于肥胖与糖尿病研究。

免疫细胞动态监测：标记免疫细胞（如CAR-T细胞），观察其在体内的扩增、浸润及杀伤效应。

四、典型设备型号与性能对比

设备型号 核心优势 应用领域

IVIS Spectrum 28组高效滤光片、光谱分离算法、支持CT/MRI融合成像 肿瘤学、药物开发、基因治疗

AniView Kirin 超低温CCD（-90℃）、f/0.95大光圈镜头、三通道气体麻醉、智能热风循环系统 肿瘤转移监测、干细胞追踪

MILabs小动物活体三维多模式成像系统 分辨率20μm、23×23cm成像视野、支持3只小鼠同步三维扫描、CT扫描功能 骨相关研究、代谢性疾病分析

PerkinElmer IVIS Lumina 高灵敏度生物发光成像、荧光反射/透射成像、支持切伦科夫辐射成像 传染病学、神经疾病研究