小動物成像系統通過活體示蹤腫瘤細胞，為腫瘤研究提供了非侵入性、實時動態、高靈敏度的觀測手段，結合生物發光與熒光成像技術，可精準定位腫瘤位置、量化腫瘤大小，并深入探索其轉移機制，對腫瘤早期診斷、發生發展機制研究及藥物療效評估具有重要價值。以下從技術原理、系統優勢、應用場景三方面展開分析：

一、技術原理：生物發光與熒光成像的協同應用

1.生物發光成像

原理：通過基因編輯技術將熒光素酶（如Luciferase）基因整合到腫瘤細胞DNA中，使細胞表達熒光素酶。注射熒光素底物后，熒光素酶催化底物發光，發光強度與腫瘤細胞數量直接相關。

優勢：無需外部激發光，背景噪音低，信噪比高，可檢測數百個細胞的微弱信號，適用于早期微小腫瘤的監測。

案例：在多發性骨髓瘤小鼠模型中，通過生物發光成像發現JQ1分子可抑制骨髓腫瘤細胞生長，提高腫瘤小鼠存活率，且腫瘤發展與熒光強度呈線性相關。

2.熒光成像

原理：采用熒光報告基因（如GFP、RFP）或熒光染料（如Cy5、量子點）標記腫瘤細胞，通過外部激發光激發熒光，形成體內生物光源。

優勢：信號強度高，可同時標記多種分子，適用于多模態成像。但背景噪音較大，需優化濾光片組和成像參數以提高信噪比。

案例：在黑色素瘤小鼠模型中，通過熒光成像觀察到近紅外熒光分子吲哚菁綠（ICG）包載的納米熒光探針在腫瘤微環境弱酸性條件下釋放熒光，實現腫瘤靶向成像。

二、系統優勢：高靈敏度與多模態融合

1.非侵入性動態監測

系統通過高靈敏度制冷CCD相機（如NC320/NC100型）和特制成像暗箱，在活體狀態下對腫瘤細胞進行細胞和分子水平的定性和定量研究，避免傳統方法需多次宰殺實驗動物的局限性。

應用場景：跟蹤同一腫瘤模型在不同時間點的生長及轉移過程，獲取連續數據，提高研究效率。

2.多模態成像技術

三維重構與CT融合：部分系統（如銳視IMAGING 1000）集成X射線CT成像、生物發光成像、分子熒光成像三種模態，可在三維空間精準捕獲腫瘤轉移灶，并獲得高分辨率的解剖結構信息。

案例：在中國科學技術大學的前列腺腫瘤轉移模型中，通過三維多模態成像系統觀測到腫瘤入侵小鼠右側脛骨，成功重現前列腺腫瘤的骨轉移，并在病理學切片中得到驗證。

3.高靈敏度與定量分析

系統配備Peltier冷卻技術，將CCD溫度降至-90℃以下，降低背景噪聲，提高圖像信噪比。通過軟件自動分析圖像并計算光子數，可量化腫瘤大小及熒光強度，實現精準診斷。

案例：在肺癌伴淋巴結并肝轉移小鼠模型中，系統通過光學模塊靈敏捕獲原位和轉移腫瘤信號，結合CT模塊獲得解剖結構信息，實現微小轉移腫瘤的精準定位。

三、應用場景：腫瘤研究全流程覆蓋

1.腫瘤早期檢測與定位

系統可檢測早期微小腫瘤（直徑<1mm），并通過多模態成像技術將腫瘤精準定位到器官、組織水平。

案例：在乳腺癌小鼠模型中，通過生物發光成像定位乳腺腫瘤4T1，并結合熒光探針標記的PD-1抗體檢測抗體藥分布，實現腫瘤與藥物作用的同步觀測。

2.腫瘤發生發展機制研究

系統可實時監測腫瘤細胞的代謝變化、侵襲與遷移過程，為腫瘤轉移機制研究提供重要依據。

案例：在肺癌轉移模型中，系統觀測到原發腫瘤生長、癌細胞侵襲、淋巴結轉移及肝轉移的全過程，揭示腫瘤轉移的動態路徑。

3.藥物療效評估與個性化治療

系統可量化腫瘤大小變化及熒光強度，實時評估藥物對腫瘤生長的抑制效果，為藥物研發和個性化治療提供數據支持。

案例：在骨髓瘤小鼠模型中，通過生物發光成像發現JQ1分子可顯著抑制腫瘤細胞生長，為臨床治療提供理論依據。