Načela fotoakustičnega slikanja

Načela fotoakustičnega slikanja

Fotoakustično slikanje (PAI) je medicinska slikovna tehnika, ki združujeoptikain akustiko za ustvarjanje ultrazvočnih signalov z uporabo interakcijesvetlobas tkivom za pridobitev slik tkiva visoke ločljivosti. Široko se uporablja na biomedicinskih področjih, zlasti pri odkrivanju tumorjev, slikanju žil, slikanju kože in drugih področjih.

Načelo:
1. Absorpcija svetlobe in toplotno raztezanje: – Fotoakustično slikanje uporablja toplotni učinek, ki ga povzroča absorpcija svetlobe. Molekule pigmenta v tkivu (npr. hemoglobin, melanin) absorbirajo fotone (običajno bližnjo infrardečo svetlobo), ki se pretvorijo v toplotno energijo, kar povzroči dvig lokalnih temperatur.
2. Toplotno raztezanje povzroča ultrazvok: – Dvig temperature povzroči majhno toplotno raztezanje tkiva, ki povzroča tlačne valove (tj. ultrazvok).
3. Ultrazvočno zaznavanje: – Ustvarjeni ultrazvočni valovi se širijo znotraj tkiva, te signale pa nato sprejemajo in beležijo ultrazvočni senzorji (kot so ultrazvočne sonde).
4. Rekonstrukcija slike: zbrani ultrazvočni signal se izračuna in obdela za ponovni izgradnjo slike strukture in funkcije tkiva, ki lahko zagotovi optične absorpcijske značilnosti tkiva. Prednosti fotoakustičnega slikanja: Visok kontrast: Fotoakustično slikanje se opira na lastnosti absorpcije svetlobe tkiv, različna tkiva (kot so kri, maščoba, mišice itd.) pa imajo različne sposobnosti absorpcije svetlobe, zato lahko zagotovi slike z visokim kontrastom. Visoka ločljivost: Z visoko prostorsko ločljivostjo ultrazvoka lahko fotoakustično slikanje doseže milimetrsko ali celo submilimetrsko natančnost slikanja. Neinvazivno: Fotoakustično slikanje je neinvazivno, svetloba in zvok ne povzročata poškodb tkiva, zato je zelo primerno za diagnosticiranje v humani medicini. Zmogljivost globinskega slikanja: V primerjavi s tradicionalnim optičnim slikanjem lahko fotoakustično slikanje prodre več centimetrov pod kožo, kar je primerno za slikanje globokih tkiv.

Uporaba:
1. Slikanje žil: – Fotoakustično slikanje lahko zazna lastnosti hemoglobina v krvi, ki absorbira svetlobo, zato lahko natančno prikaže strukturo in stanje oksigenacije krvnih žil za spremljanje mikrocirkulacije in presojo bolezni.
2. Odkrivanje tumorjev: – Angiogeneza v tumorskih tkivih je običajno izjemno obilna, fotoakustično slikanje pa lahko pomaga pri zgodnjem odkrivanju tumorjev z odkrivanjem nepravilnosti v žilni strukturi.
3. Funkcionalno slikanje: – Fotoakustično slikanje lahko oceni oskrbo tkiv s kisikom z zaznavanjem koncentracije oksigenacije in deoksihemoglobina v tkivih, kar je zelo pomembno za funkcionalno spremljanje bolezni, kot so rak in srčno-žilne bolezni.
4. Slikanje kože: – Ker je fotoakustično slikanje zelo občutljivo na površinsko tkivo, je primerno za zgodnje odkrivanje kožnega raka in analizo kožnih nepravilnosti.
5. Slikanje možganov: Fotoakustično slikanje lahko na neinvaziven način pridobi podatke o možganskem pretoku krvi za preučevanje možganskih bolezni, kot sta možganska kap in epilepsija.

Izzivi in ​​smeri razvoja fotoakustičnega slikanja:
Vir svetlobeIzbira: Prodiranje svetlobe različnih valovnih dolžin je različno, zato je izbira prave ločljivosti in globine prodiranja izziv. Obdelava signalov: Pridobivanje in obdelava ultrazvočnih signalov zahteva hitre in natančne algoritme, ključnega pomena pa je tudi razvoj tehnologije rekonstrukcije slik. Multimodalno slikanje: Fotoakustično slikanje je mogoče kombinirati z drugimi slikovnimi metodami (kot so MRI, CT, ultrazvočno slikanje), da se zagotovijo celovitejše biomedicinske informacije.

Fotoakustično slikanje je nova in večnamenska biomedicinska slikovna tehnologija, ki ima značilnosti visokega kontrasta, visoke ločljivosti in neinvazivnosti. Z razvojem tehnologije ima fotoakustično slikanje široke možnosti uporabe v medicinski diagnostiki, temeljnih bioloških raziskavah, razvoju zdravil in drugih področjih.