【摘要】 创新型实时双模态光声（PAI）与荧光（FLI）成像系统，深度融合深层组织高分辨率与实时动态追踪能力，适用于药物代谢、肿瘤研究、神经科学等领域，推动临床前研究技术升级。查看技术参数、应用案例及未来发展方向。

一、技术优势解析：双模态成像如何赋能生命科学研究

核心要点：

  • ​行业背景：啮齿类动物模型在临床前研究中占据核心地位，非侵入式成像技术需求持续增长。
  • ​FLI局限性：荧光成像（FLI）虽具备分子追踪优势，但深层组织分辨率受光散射限制。
  • ​PAI突破性：光声成像（PAI）融合光学吸收对比与超声检测，实现高分辨率深层成像（如血管结构与功能监测）。
  • ​双模态协同：FLI+PAI互补覆盖大视场灵敏度与深层分辨率，支持动态生理过程实时追踪（如药物代谢、肾脏灌注）。

 

二、系统核心参数与性能验证

硬件配置：

  • ​超声阵列：256元半环形换能器（中心频率5.0MHz，带宽80%），40mm焦距，覆盖直径100mm检测范围。
  • ​分辨率测试：使用人发样本（直径~90μm）验证空间分辨率达150μm（图2a-d）。
  • ​重建速度：GPU加速算法（RTX3060Ti）实现30ms内实时成像重建。

实时双模态成像系统结构示意图（半环形超声阵列与光学窗口协同工作）。

图1 双峰成像系统。（a）系统三维原理图;（b）光路和声路的图解。

 

光声成像系统分辨率测试结果（样本垂直放置于阵列中心，清晰显示微米级结构）。

图2 PAI-FI系统分辨率测试结果。（a）人的头发的光声图像;（b） X、Y轴示意图;（c） x向PA分辨率;（d） y方向PA分辨率;（e）荧光成像系统下相机分辨率图。

 

三、应用场景拓展：从基础研究到临床转化

典型场景：

1.动态药物代谢追踪：实时同步监测荧光标记药物全身分布与靶向富集（如肿瘤部位）。

2.​肿瘤研究：双模态分子探针标记癌细胞迁移路径，结合血管结构分析肿瘤微环境。

3.​神经科学：神经血管耦合机制研究，同步捕捉电生理信号与血氧变化。

4.​功能成像升级：未来计划整合多波长PAI，实现组织氧饱和度与成分定量分析。

 

四、技术迭代方向与行业价值

优化路径：

  • ​算法升级：引入AI辅助重建技术，减少半环结构导致的图像伪影。
  • ​系统扩展：兼容多光谱成像模块，提升分子特异性检测能力。
  • ​临床潜力：推动从实验室小动物模型向大型动物及人体浅表组织成像过渡。

行业意义：
该技术为癌症研究、药效评估、神经疾病机制探索提供全新工具，有望加速转化医学进程。

 

参考文献：1.&nbspSun, Y.;  Wang, Y.;  Li, W.; Li, C., Real-time dual-modal photoacoustic and fluorescence small animal imaging. Photoacoustics 2024, 36, 100593.

 

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