在小动物成像研究中，二维光学活体成像因其操作简便、灵敏度高和成像速度快等优势，已被广泛应用于肿瘤、生物发光标记物追踪、药物分布等多种研究领域。然而，随着生命科学研究对空间分辨率与定量分析的需求日益提高，二维成像的局限性逐渐显现，促使小动物三维光学活体成像成为必要的发展方向。

• 缺乏深度信息，无法精准定位：二维光学成像仅记录从动物体表面特定角度投影得到的信号图像，而非对体内真实空间位置的还原，无法提供光信号在组织中的深度信息。

• 信号互相覆盖：在二维光学图像中，所有发光信号被压缩到一个平面，缺乏空间分离能力。多个发光源常出现信号重叠，导致无法区分其来源与位置，尤其在多靶点或转移灶研究中。

• 无法量化信号的体积：二维光学成像仅提供平面投影图像，无法准确反映信号在动物体内的三维分布，因此无法对信号的体积进行良好，限制了其在定量分析中的应用。

• 空间定位能力更强：三维成像可重建光学信号在动物体内的立体分布，精确定位信号来源，解决二维成像中信号重叠，位置不明确的问题。

• 信号体积与强度可量化：通过3D重建，可对信号的体积、位置、强度进行定量分析，支持肿瘤体积变化、感染范围扩散等动态研究。

• 支持多源信号分离：在多探针实验中，三维成像可实现不同信号源的分离与分析，提升整体研究深度。

• 更适合动态/纵向研究：三维成像结果更具重复性和可比性，适合肿瘤生长、转移、药效等时间序列研究。

三维光学活体成像的基本原理是基于对体表和光信号的多角度采集，结合光传播物理建模与数值反演算法，实现体内光源空间分布的重建。

1. 激发与信号采集

首先通过多个角度采集小动物体表的结构信息，然后再通过多个角度采集光信号的二维投影图像。

2. 体表重建

结合小动物体表结构信息，构建用于后续光信号计算及定位的小动物三维体表模型。

3. 光传播建模

基于小动物体内不同组织的光学属性，应用相应的传输及扩散模型，对光在体内的传播过程进行数值模拟。

4. 三维图像重建

通过反演算法，将采集到的二维投影图像数据重建为小动物体内光信号的三维空间分布图。

5.可视化与定量分析

将光信号重建结果与体表重建结果进行图像融合，进行信号的体积、强度、位置等定量分析。

综上所述，小动物三维光学活体成像作为一种更具空间解析力和定量能力的技术路径，是光学成像发展的必然趋势，也将在精准医学、药效评估及疾病机制研究中发挥越来越重要的作用。