心血管疾病小動物成像系統(tǒng)是針對小鼠、大鼠等模式動物設(shè)計(jì)的集成化成像平臺，通過整合多模態(tài)成像技術(shù)（超聲、CT、MRI、光聲等），實(shí)現(xiàn)對小動物心臟結(jié)構(gòu)、血管形態(tài)、血流動力學(xué)及心肌功能的無創(chuàng)、高分辨率動態(tài)監(jiān)測。該系統(tǒng)核心價值在于精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)動脈粥樣硬化、心肌梗死、心力衰竭等疾病的病理進(jìn)程，為心血管疾病機(jī)制研究、候選藥物療效評估提供 “從結(jié)構(gòu)到功能” 的全面數(shù)據(jù)支撐，是連接基礎(chǔ)研究與臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)橋梁。
一、核心成像模態(tài)與技術(shù)特點(diǎn)
針對心血管疾病研究的核心需求（如血管解剖、心功能量化、缺血監(jiān)測），主流成像模態(tài)各有側(cè)重，且均針對小動物生理特性（如小鼠心率 500-600 次 / 分、心臟體積僅幾十毫克）進(jìn)行專項(xiàng)優(yōu)化：
1. 小動物超聲成像系統(tǒng)（Micro-Ultrasound）
作為心血管研究最常用的模態(tài)，其核心優(yōu)勢是實(shí)時動態(tài)監(jiān)測與無輻射損傷，原理基于聲波反射差異成像，技術(shù)優(yōu)化集中于 “高幀頻” 與 “心率同步”：
配備高頻探頭（20-70MHz），空間分辨率達(dá) 30-50μm，可清晰顯示小鼠心室壁結(jié)構(gòu)（如左心室前壁、室間隔）、主動脈根部及冠狀動脈分支；
集成 “心率門控” 技術(shù)，通過同步捕捉心電圖（ECG）信號，消除心臟快速搏動導(dǎo)致的圖像模糊，精準(zhǔn)獲取 M 型心動圖（測量左心室舒張末期內(nèi)徑、收縮末期內(nèi)徑）與脈沖波多普勒（評估主動脈血流速度、二尖瓣反流情況）；
典型應(yīng)用包括：監(jiān)測心力衰竭模型小鼠的左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）變化（正常小鼠 LVEF 約 65%-75%，心衰時可降至 40% 以下）、評估動脈粥樣硬化小鼠的主動脈血流動力學(xué)參數(shù)（如峰值流速、阻力指數(shù)）。
2. 小動物顯微 CT（Micro-CT）
以高空間分辨率為核心優(yōu)勢，原理基于 X 射線衰減差異重建三維結(jié)構(gòu)，適合血管解剖與斑塊形態(tài)分析，針對心血管的優(yōu)化體現(xiàn)在 “低劑量” 與 “血管造影”：
空間分辨率可達(dá) 5-10μm，能清晰重建小鼠主動脈弓、腎動脈分支的三維血管樹，量化動脈粥樣硬化斑塊的體積、脂質(zhì)核心占比及纖維帽厚度；
采用 “低劑量掃描方案”（單次劑量 < 100mGy），避免輻射對小動物長期生存與心臟功能的影響，支持縱向研究（如連續(xù) 12 周追蹤同一小鼠斑塊進(jìn)展）；
結(jié)合碘基造影劑（經(jīng)尾靜脈注射），可增強(qiáng)血管顯影效果，區(qū)分正常血管與狹窄病變（如小鼠頸動脈狹窄模型中，狹窄處造影劑充盈缺損明顯），為血管介入治療研究提供解剖學(xué)依據(jù)。
3. 小動物磁共振成像（Micro-MRI）
以多參數(shù)功能成像為特色，原理基于質(zhì)子磁共振信號差異，可同時獲取結(jié)構(gòu)與代謝信息，技術(shù)優(yōu)化聚焦 “高軟組織對比度” 與 “心肌功能量化”：
利用 T2 加權(quán)成像區(qū)分正常心肌與缺血區(qū)域（心肌梗死模型中，梗死區(qū)因水腫呈高信號），通過延遲增強(qiáng)掃描（注射釓造影劑）精準(zhǔn)定位梗死范圍，量化瘢痕組織體積；
采用 “電影 MRI” 技術(shù)，動態(tài)捕捉心臟收縮 - 舒張過程，計(jì)算左心室短軸縮短率（FS）、每搏輸出量（SV）等心功能參數(shù)，分辨率達(dá) 100-200μm，適合評估心肌梗死后的心功能重構(gòu)；
可通過磁共振波譜（MRS）檢測心肌代謝物（如肌酸、乳酸），反映心肌能量代謝狀態(tài)（如缺血時乳酸水平升高），為研究心血管疾病的代謝機(jī)制提供獨(dú)特視角。
4. 小動物光聲成像系統(tǒng)
兼顧功能特異性與深層成像，原理基于光吸收信號轉(zhuǎn)化為超聲信號，核心優(yōu)勢是無標(biāo)記監(jiān)測血氧與血管功能：
利用血紅蛋白的光吸收特性（氧合 Hb 與去氧 Hb 吸收峰差異），量化心肌組織的血氧飽和度（sO?），在心肌缺血模型中，缺血區(qū)域 sO?可從正常的 60%-70% 降至 30% 以下，實(shí)現(xiàn)缺血早期診斷；
支持三維血管成像，清晰顯示小鼠耳廓微動脈、心肌毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，評估血管新生情況（如心肌梗死后梗死周邊區(qū)毛細(xì)血管密度變化）；
無電離輻射，可長期動態(tài)監(jiān)測（如連續(xù) 4 周追蹤高血壓小鼠的心肌血氧變化），避免反復(fù)輻射對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。
二、系統(tǒng)核心技術(shù)要求
小動物心血管成像需突破 “器官小、心率快、動態(tài)范圍廣” 三大挑戰(zhàn)，因此系統(tǒng)需滿足三項(xiàng)核心技術(shù)要求：
心率同步與運(yùn)動偽影抑制：通過 ECG 或呼吸門控技術(shù)，將成像觸發(fā)信號與心臟搏動周期（如舒張末期）同步，消除小鼠快速心率導(dǎo)致的圖像模糊，例如 Micro-Ultrasound 的幀頻需達(dá) 200-500 幀 / 秒，才能捕捉心臟瞬時運(yùn)動；
高時空分辨率平衡：既要保證空間分辨率（如 Micro-CT 達(dá) 10μm 級，看清血管細(xì)節(jié)），又需滿足時間分辨率（如 Micro-MRI 的電影成像幀率≥10 幀 / 秒，追蹤心功能動態(tài)），避免 “分辨率犧牲動態(tài)監(jiān)測” 或 “動態(tài)優(yōu)先導(dǎo)致細(xì)節(jié)丟失”；
功能參數(shù)量化能力：需具備專用分析模塊，自動計(jì)算心血管關(guān)鍵參數(shù)，如左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）、主動脈血流峰值速度（Vmax）、心肌血氧飽和度（sO?）等，減少人工測量的主觀性，確保數(shù)據(jù)可重復(fù)性。
三、典型應(yīng)用場景
該系統(tǒng)已成為心血管疾病研究的核心工具，典型應(yīng)用包括：
動脈粥樣硬化研究：用 Micro-CT 追蹤小鼠主動脈斑塊體積變化，結(jié)合光聲成像分析斑塊內(nèi)血氧分布，評估降脂藥物對斑塊穩(wěn)定性的改善效果；
心肌梗死研究：用 Micro-MRI 定位梗死區(qū)域、量化瘢痕體積，用 Micro-Ultrasound 動態(tài)監(jiān)測梗死后 LVEF 變化，評價干細(xì)胞移植的心肌修復(fù)效果；
心力衰竭研究：用 Micro-Ultrasound 長期追蹤高血壓小鼠的左心室重構(gòu)過程（如心室壁增厚、心腔擴(kuò)大），結(jié)合 Micro-MRI 的代謝成像，解析心衰的能量代謝機(jī)制；
血管新生研究：用光聲成像評估缺血心肌周邊區(qū)毛細(xì)血管密度，或用 Micro-CT 觀察下肢缺血模型的側(cè)支循環(huán)形成，驗(yàn)證促血管生成藥物的療效。
四、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來方向
當(dāng)前技術(shù)仍面臨瓶頸：Micro-CT 的輻射劑量限制長期縱向研究頻次，光聲成像的深層組織（如小鼠心臟深部）分辨率不足，多模態(tài)數(shù)據(jù)融合（如超聲與 MRI 的圖像配準(zhǔn)）精度有待提升。未來發(fā)展將聚焦三方面：
1.多模態(tài)融合技術(shù)：整合超聲的實(shí)時動態(tài)、MRI 的功能代謝、光聲的血氧監(jiān)測，實(shí)現(xiàn) “一次掃描獲取多維數(shù)據(jù)”，如超聲 - MRI 融合系統(tǒng)，同步提供心功能參數(shù)與心肌代謝信息；
2.AI 輔助分析：利用深度學(xué)習(xí)算法自動分割心臟結(jié)構(gòu)（如左心室腔、心肌層）、量化斑塊特征與心功能參數(shù)，減少人工操作，提升分析效率與準(zhǔn)確性；
3.微型化與活體長期監(jiān)測：開發(fā)可植入式微型成像探頭，實(shí)現(xiàn)對自由活動小動物的連續(xù)心血管監(jiān)測，更真實(shí)反映生理狀態(tài)下的疾病進(jìn)展，避免麻醉對心臟功能的干擾。
綜上，心血管疾病小動物成像系統(tǒng)通過 “高分辨率結(jié)構(gòu)成像 + 多參數(shù)功能監(jiān)測”，為心血管疾病的機(jī)制研究與藥物評價提供了不可替代的可視化工具。隨著技術(shù)的不斷迭代，其將進(jìn)一步縮小小動物模型與臨床疾病的研究差距，加速心血管新藥的研發(fā)與轉(zhuǎn)化進(jìn)程。
