在肿瘤基础机制探索与临床前药物研发中，小动物模型（如小鼠、大鼠）是连接细胞实验与人体临床研究的关键桥梁。传统肿瘤研究依赖病理切片、组织匀浆等侵入性手段，需处死动物才能获取数据，无法实现对同一模型的长期动态追踪，且难以反映肿瘤在活体微环境中的真实生长、转移及药物响应过程。小动物活体成像技术的出现，以 “无创、实时、多维度” 为核心优势，打破了这一局限，可在活体状态下监测肿瘤的形态、活性、代谢及微环境变化，成为推动肿瘤研究向精准化、动态化发展的核心技术支撑。

主流小动物活体成像技术及肿瘤研究应用

当前肿瘤研究中，小动物活体成像技术已形成多技术协同的体系，不同技术基于原理差异，适用于不同研究场景，共同覆盖肿瘤研究的全流程需求。

生物发光成像：高灵敏度的肿瘤活性追踪工具

生物发光成像依托 “酶促发光” 原理，通过向小动物体内导入表达荧光素酶（如萤火虫荧光素酶、海肾荧光素酶）的肿瘤细胞或病毒载体，当注射荧光素底物后，底物在荧光素酶催化下发生氧化反应，释放波长 400-700nm 的可见光。该技术无需外源激发光，几乎无组织自体荧光干扰，灵敏度极高，可检测到体内少至 10 个肿瘤细胞的微小病灶。

在肿瘤研究中，其核心应用集中于肿瘤转移追踪与微小病灶监测。例如，构建稳定表达荧光素酶的肺癌细胞肺转移模型后，通过生物发光成像可每周无创监测小鼠肺部转移灶的形成过程 —— 早期（接种后 1-2 周）即可捕捉到肺部微弱的发光信号，动态记录转移灶从单个细胞定植到形成肉眼可见结节的全过程，且发光强度与肿瘤细胞数量呈线性相关，可量化评估转移效率。此外，在肿瘤干细胞研究中，该技术还能追踪荧光素酶标记的肿瘤干细胞在体内的定植、增殖能力，为解析肿瘤复发机制提供直接证据。

荧光成像：分子特异性的肿瘤靶向观测手段

荧光成像通过外源激发光（如紫外光、可见光、近红外光）照射小动物体内的荧光探针（如荧光染料、量子点、荧光蛋白），探针吸收能量后发射特定波长的荧光，通过检测荧光信号实现肿瘤定位。相比生物发光，荧光成像无需基因改造，可通过选择靶向肿瘤标志物（如 EGFR、CD44）的荧光探针，实现对天然肿瘤模型的特异性成像。

近红外光（700-900nm）荧光成像是当前肿瘤研究的主流选择，因该波段光在组织中散射与吸收较弱，穿透深度可达数毫米，能清晰观测皮下及浅层器官（如乳腺、肝脏）的肿瘤。例如，在乳腺癌原位模型研究中，将靶向 HER2 的近红外荧光探针注射到小鼠体内，探针与肿瘤细胞表面的 HER2 特异性结合，通过荧光成像可清晰区分肿瘤组织与正常乳腺组织，实时监测肿瘤体积变化；同时，通过分析荧光信号强度，可量化肿瘤细胞表面 HER2 的表达水平，为靶向药物（如曲妥珠单抗）的疗效评估提供分子层面的依据。

光声成像：兼顾结构与功能的肿瘤微环境分析技术

光声成像融合光学分子特异性与超声穿透性，其原理是脉冲激光照射组织时，肿瘤区域的吸收体（如血红蛋白、靶向探针）吸收能量后升温膨胀，产生超声压力波，通过检测超声信号并重建三维影像。该技术既具备光学技术的分子特异性，又拥有超声技术的深层穿透能力（可达厘米级），且无电离辐射，可同时获取肿瘤的解剖结构与功能信息。

在肿瘤血管生成与微环境研究中，光声成像表现突出。例如，在结直肠癌肝转移模型中，通过检测肿瘤区域血红蛋白的光声信号，可清晰显示肿瘤血管的分支形态、密度分布，区分功能性血管与畸形血管；同时，通过分析氧合血红蛋白与去氧血红蛋白的信号比值，可量化肿瘤组织的氧饱和度，评估肿瘤缺氧程度 —— 这一功能对研究肿瘤耐药机制至关重要，因缺氧环境会导致肿瘤细胞对放化疗敏感性下降，光声成像可实时监测缺氧区域的变化，为优化治疗方案提供参考。

微型计算机断层扫描（Micro-CT）与微型磁共振成像（Micro-MRI）：高分辨率的肿瘤结构成像技术

Micro-CT 基于 X 射线衰减差异成像，空间分辨率可达微米级（5-10μm），能清晰显示肿瘤的解剖结构、边界及与周围器官的毗邻关系；Micro-MRI 则依托磁共振信号差异，软组织对比度优异，可区分肿瘤实质、坏死区与水肿区，且无电离辐射，适合长期动态监测。

两者在肿瘤模型验证与药物疗效评估中不可或缺。例如，在胰腺癌原位模型中，Micro-CT 可精准测量肿瘤体积，评估肿瘤对周围胰腺导管、血管的侵犯情况；而 Micro-MRI 能更清晰地显示肿瘤内部的坏死区域，通过对比治疗前后坏死区的变化，判断药物是否有效诱导肿瘤细胞凋亡。此外，在骨转移模型研究中，Micro-CT 可灵敏检测肿瘤导致的骨小梁破坏、骨密度降低，为抗骨转移药物的疗效评估提供直观的结构证据。

技术挑战与未来发展方向

尽管小动物活体成像技术已广泛应用于肿瘤研究，仍面临三大核心挑战：一是穿透深度与分辨率的平衡 —— 荧光成像虽分子特异性强，但近红外光穿透深度有限，难以观测深层器官（如脑、腹腔）的肿瘤；二是运动伪影干扰 —— 小动物呼吸、心跳等生理运动易导致影像模糊，影响肿瘤体积测量、血管形态分析的准确性；三是探针的特异性与安全性 —— 部分荧光探针存在非特异性结合、体内代谢缓慢等问题，可能干扰实验结果，且部分放射性探针（如用于 PET 成像的探针）存在辐射风险，限制长期使用。

未来，技术发展将围绕 “突破局限、强化协同” 展开：在成像性能方面，近红外 II 区（1000-1700nm）荧光成像将成为主流，该波段光穿透深度是传统近红外光的 2-3 倍，可实现深层肿瘤的高分辨率成像；在运动校正方面，AI 驱动的实时图像配准算法将广泛应用，通过捕捉呼吸相位信号，自动抵消运动伪影，提升数据准确性；在多技术协同方面，“光声 - MRI”“生物发光 - Micro-CT” 等多模态成像系统将成为趋势，既能获取肿瘤的分子功能信息（如活性、缺氧），又能获取高分辨率结构信息，实现 “功能 - 结构” 一体化分析；在探针研发方面，智能响应型探针（如对肿瘤酸性微环境、特定酶敏感的探针）将进一步发展，提升肿瘤靶向特异性，同时降低对正常组织的毒性。

小动物活体成像技术通过 “无创动态监测”，彻底改变了肿瘤研究的范式，从 “静态切片分析” 转向 “动态活体追踪”，为解析肿瘤生长转移机制、筛选靶向药物、优化治疗方案提供了不可替代的工具。随着技术的不断突破，该技术将进一步缩小小动物模型与人体临床研究的差距，加速肿瘤研究成果向临床应用的转化。