用于小动物疾病模型研究的活体光声-超声多模态成像系统，是当前生物医学研究领域的核心工具，其通过融合光学成像的高灵敏度与超声成像的高分辨率，实现了对小动物活体组织结构、功能及分子信息的非侵入性、实时动态监测。以下从技术原理、核心优势、功能模块、应用场景及典型系统型号五个维度展开分析：
一、技术原理：光声与超声的协同成像
1.光声成像：基于光声效应，当脉冲激光照射生物组织时，内源性（如血红蛋白、黑色素）或外源性（如荧光染料、纳米颗粒）生色基团吸收光能，转化为热能使组织发生热弹性膨胀，进而发射超声波。超声探头接收这些超声波信号，经处理后形成光声图像，反映组织的光吸收特性及功能信息（如血氧饱和度、代谢率）。
2.超声成像：通过高频超声探头（频率可达70MHz）发射超声波，利用组织界面反射的回声形成结构图像。超声模块支持多种模式（如B模、M模、彩色多普勒、脉冲多普勒等），可量化心脏收缩舒张功能、血流速度及方向，并实现1mm以下微血管的三维重建。
二、核心优势：突破传统成像技术瓶颈
1.高分辨率与高灵敏度：超声模块分辨率达30μm，光声模块分辨率达45μm，可清晰区分血管壁三层显微结构及微小肿瘤（直径<1mm）。光声成像对微量物质（如纳米药物载体）的检测灵敏度远超传统光学成像，避免光散射导致的信号衰减。
2.非侵入性与实时动态监测：无需放射性试剂或电离辐射，可长期跟踪同一动物个体，消除个体差异对实验数据的影响。实时成像帧率超500帧/秒，支持心脏跳动、血流动力学等高速动态过程的观测。
3.多深度与多尺度成像：超声穿透深度>30mm，光声成像深度达4cm，覆盖从浅表血管到深部器官（如肝脏、脾脏）的观测需求。支持从细胞器到器官的多尺度成像，适用于肿瘤微环境、神经退行性疾病等复杂机制研究。
三、功能模块：全维度数据采集与分析
1.超声模块：
成像模式：B模（结构成像）、M模（运动分析）、彩色多普勒（血流方向/速度粗测）、脉冲多普勒（血流速度/方向精测）、三维成像（体积量化）、组织多普勒（心肌组织运动分析）等。
高级功能：线性/非线性造影成像（微泡造影剂增强反射信号）、弹性成像（组织硬度评估）、图像引导注射（显微操作控制装置实现精准干预）。
2.光声模块：
激光系统：脉冲可调式激光器，支持近红外一区（680-970nm）和近红外二区（1200-2000nm）双波段成像，覆盖血红蛋白、黑色素及多种外源性造影剂的吸收峰。
功能分析：血氧饱和度测定、血红蛋白总量分析、光谱成像（多波长复合成像提升信噪比）、三维光声成像（实时反映探针分布）。
造影剂支持：内源造影剂（血红蛋白、黑色素）无需额外注射；外源造影剂（如吲哚菁绿、金纳米棒）可增强特定波段吸收，实现分子级别成像。
3.辅助系统：
生理监护：实时监测心电图、血压、呼吸频率等12项参数，与成像数据毫秒级同步。
恒温平台：维持动物核心体温，确保生理状态稳定。
气体麻醉系统：支持异氟烷等麻醉剂，保障实验安全性。
四、应用场景：覆盖生物医学研究全领域
1.肿瘤研究：监测肿瘤生长、血管生成及转移过程，评估抗肿瘤药物疗效（如纳米粒子药物体内递送成像）。定量分析肿瘤内血氧饱和度、血红蛋白浓度变化，为放疗/化疗方案提供依据。
2.心血管疾病研究：研究心肌梗死、血栓形成、动脉粥样硬化等疾病的血流动力学变化。评估心脏功能（如左心室射血分数）、血管弹性及心肌组织运动速度。
3.神经科学研究：脑部血氧饱和度监测，辅助脑卒中、阿尔茨海默病等神经退行性疾病研究。观察基因表达及治疗反应（如光声成像标记Reporter Gene）。
4.药物研发与纳米材料研究：实时追踪药物在体内的动态分布及代谢路径（如ICG造影剂药代动力学成像）。评估纳米材料的生物安全性及靶向性（如金纳米棒在肿瘤部位的富集成像）。
5.发育生物学研究：斑马鱼等模式动物的器官发育过程观测，支持多物种成像需求。
五、典型系统型号：市场主流产品对比
1.Vevo LAZR-X：
生产商：加拿大VisualSonics公司。
技术特点：集成光声与超声模块，支持680-970nm及1200-2000nm双波长激光成像。超声分辨率达30μm，光声分辨率达45μm，成像深度1cm。配备MX250（14-28 MHz）和MX550D（26-52 MHz）超声探头，适配大鼠、小鼠等实验动物。
应用场景：肿瘤血管生成监测、心肌梗死模型左心室功能评估、纳米药物载体体内分布研究。
2.LOIS-3D：
生产商：美国TomoWave公司。
技术特点：近红外二区3D成像系统，激发波长覆盖660-2300nm，3D分辨率150μm，成像深度超4.5cm。支持快速扫描（2.5x2.5x2.5cm空间区域扫描仅需3秒），适用于深部组织成像。
应用场景：脑部功能成像、肿瘤深部转移监测、血管瘤体积测算。
3.EndraNexus128：
生产商：美国Endra公司。
技术特点：全球首款完全3D光声成像系统，配备128个立体式螺旋排列的超声信号接收器，实现等向性分辨率（各方向分辨率相同）。激光调谐范围680-950nm，脉冲频率20Hz，符合ANSI激光安全标准。
应用场景：肿瘤形态学研究、探针吸收动态扫描、血红蛋白浓度与血氧饱和度测量。
