小動物光聲成像技術原理及應用（二）

Endra Nexus 128是目前市場上唯一一款完全的3-D光聲成像系統，能夠精確確定探針在組織中的分布，而其他的光聲系統是基于切片式的掃描系統。完全的3-D光聲成像系統從而決定了Nexus128在空間分辨率、靈敏度、動物處理速度、掃描速度和通量方面都優于其他同類產品，具體原因如下：

等向性分辨率 (Isotropic resolution)：完全的3-D系統在各個方向上具有相同的分辨率。而基于切片式的2-D成像在中心具有一種分辨率，而在外側就會是另外一種分比率，勢必造成分辨率不均一，組成3-D圖像就會產生模糊、圖像不均一的現象。

靈敏度：完全的3D系統在激光脈沖發生時就能從整個體積來檢測光聲信號。

通量 ( 掃描速度 ):  完全的3-D系統掃描整個體積僅需3秒鐘，而切片式的掃描則需要8分鐘或更長的時間來完成。

動物定位：在完全的3-D系統中動物掃描時位置是固定不動的，換能器和動物不發生接觸。Endra提供兩套動物托盤，因而可以加快動物處理的速度。

三、近紅外小動物光聲成像系統的應用

近紅外小動物光聲成像可廣泛應用于新型造影劑（探針）的研發、納米材料臨床應用分析、心血管、藥物代謝、疾病早期診斷、腫瘤療效觀察、基因表達研究、干細胞及免疫研究等領域。

3.1 光學造影劑應用

我們人體內有許多的成分都是內源性造影劑，例如血紅蛋白就是一個很好的內源性造影劑，而攜帶了氧的血紅蛋白在另外的波長會有較大的吸收，所以根據這個原理光聲就可以測量血紅蛋白濃度和血氧飽和度。體內的軟組織、腫瘤內的新生血管也是良好的造影劑，腫瘤的血管新生其原理也是基于血管活動十分活躍，因此含有的血紅蛋白濃度高于腫瘤內部結構，基于血紅蛋白檢測的光聲波長就可以實施腫瘤血管新生的分析。
 

外源性的造影劑，只要其吸收波長在680nm~950nm之間，都可以用光聲成像系統來實施檢測，例如常用的ICG、幾乎所有的納米材料等，都能在光聲系統中產生很好的檢測信號。

3.2 納米材料(新型造影劑)中的應用

納米材料由于其均一的分散性和納米級粒度而導致其在近紅外有較好的光吸收，這也是光聲成像的基礎。Endra Nexus 128由于其激發波長是處于680-950納米，因此所有納米材料包括碳納米管(carbon nanotubes)、金納米棒(gold nanorods)、金納米籠(gold nanocages)和金納米球(gold nanospheres)都可以在這個波長內有相應的光吸收，這對于新型納米探針研究十分有益。

由于Endra Nexus 128光聲系統具有非侵入性探測的特點，同時也因為它是真正的3-D成像，因此非常適合于對實驗動物的連續觀察。在探針被注入實驗動物體內后，可以間斷性地來掃描實驗動物，從而得到探針在體內被攝入、吸收、清除的動態信息。

例如為研究金納米棒在小鼠移植腫瘤中的動態分布過程，在注射納米探針后每隔15分鐘掃描一次動物，共掃描5次，總時間達到75分鐘。掃描后的光聲圖像可以在軟件內融合、并生成相應的動態曲線，方便我們的分析。

從軟件分析的界面可以看出，應用Nexus 128可以實現探針實驗研究的各個方面，這包括比較不同探針的吸收時間、比較腫瘤不同區域吸收時間、檢驗不同吸收時間探針濃度效果和檢驗靶向探針在腫瘤內部的3-D分布狀況等。這些應用對于探針研發、臨床前評估都是至關重要的。

3.3 解剖學應用

由于生物機體的肌肉、骨骼、蛋白質等在近紅外區域都有一定程度的吸收，作為內源性造影劑，在光聲掃描下可以呈現不同的光聲信號，因而可以作為解剖學成像的一個手段。在下圖的光聲成像中，我們可以清楚看到鼠的各個解剖學結構。