Načela fotoakustičnega slikanja

Načela fotoakustičnega slikanja

Fotoakustično slikanje (PAI) je medicinska slika, ki združujeoptikain akustiko za ustvarjanje ultrazvočnih signalov z interakcijosvetlobas tkivom, da dobimo slike tkiva z visoko ločljivostjo. Široko se uporablja na biomedicinskih poljih, zlasti pri odkrivanju tumorjev, žilnih slikah, slikanju kože in drugih poljih.

Načelo:
1. Absorpcija svetlobe in toplotna ekspanzija: - Fotoakustično slikanje uporablja toplotni učinek, ki nastane z absorpcijo svetlobe. Molekule pigmenta v tkivu (npr. Hemoglobin, melanin) absorbirajo fotone (običajno v bližini infrardeče svetlobe), ki se pretvorijo v toplotno energijo, zaradi česar se dvignejo lokalne temperature.
2. Termična ekspanzija povzroči ultrazvok: - dvig temperature vodi do drobne toplotne ekspanzije tkiva, ki proizvaja tlačne valove (tj. Ultrazvok).
3. Ultrazvočno odkrivanje: - Usmerjeni ultrazvočni valovi se širijo znotraj tkiva, ti signali pa se pozneje prejemajo in beležijo ultrazvočni senzorji (kot so ultrazvočne sonde).
4. Rekonstrukcija slike: Zbrani ultrazvočni signal se izračuna in obdela, da obnovi strukturo in funkcijsko sliko tkiva, ki lahko zagotavlja optično absorpcijsko značilnosti tkiva. Prednosti fotoakustičnega slikanja: Visok kontrast: fotoakustično slikanje se opira na značilnosti absorpcije svetlobe in različna tkiva (kot so kri, maščoba, mišica itd.) Imajo različne sposobnosti, da absorbirajo svetlobo, tako da lahko zagotavlja slike z visokim kontrastom. Visoka ločljivost: Uporaba visoke prostorske ločljivosti ultrazvoka lahko fotoakustično slikanje doseže milimeter ali celo natančnost slikanja s podmilimetrom. Neinvazivno: fotoakustično slikanje je neinvazivno, svetloba in zvok ne bo povzročila poškodb tkiv, kar je zelo primerno za človeško medicinsko diagnozo. Sposobnost globinskega slikanja: V primerjavi s tradicionalnim optičnim slikanjem fotoakustično slikanje lahko prodre nekaj centimetrov pod kožo, kar je primerno za globoko slikanje tkiv.

Vloga:
1. Vaskularno slikanje:-Fotoakustično slikanje lahko zazna lastnosti hemoglobina, ki absorbira svetlobo v krvi, tako da lahko natančno prikaže strukturo in status oksigenacije krvnih žil za spremljanje mikrocirkulacije in presojo bolezni.
2. Zaznavanje tumorja: - Angiogeneza v tumorskih tkivih je običajno izjemno obilna, fotoakustično slikanje pa lahko pomaga zgodnjem odkrivanju tumorjev z odkrivanjem nepravilnosti v žilni strukturi.
3. Funkcionalno slikanje: - Fotoakustično slikanje lahko oceni oskrbo s kisikom tkiv z odkrivanjem koncentracije oksigenacije in deoksihemoglobina v tkivih, kar je zelo pomembno za funkcionalno spremljanje bolezni, kot sta 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 neinvazivno pridobi podatke o možganskem pretoku za preučevanje možganskih bolezni, kot sta možganska kap in epilepsija.

Izzivi in ​​razvojne usmeritve fotoakustičnega slikanja:
Svetlobni virIzbira: Prodor svetlobe različnih valovnih dolžin je drugačen, kako izbrati pravo ločljivost ravnotežja valovne dolžine in globina penetracije je izziv. Obdelava signalov: Pridobitev in obdelava ultrazvočnih signalov zahtevata visoke in natančne algoritme, ključnega pomena pa je tudi razvoj tehnologije za obnovo slik. Multimodalno slikanje: Fotoakustično slikanje je mogoče kombinirati z drugimi načini slikanja (kot so MRI, CT, ultrazvočno slikanje), da zagotovimo bolj celovite biomedicinske informacije.

Fotoakustično slikanje je nova in večfunkcijska tehnologija biomedicinskega slikanja, ki ima značilnosti visokega kontrasta, visoke ločljivosti in neinvazivne. Z razvojem tehnologije ima fotoakustično slikanje široke možnosti uporabe pri medicinski diagnozi, osnovnih bioloških raziskavah, razvoju zdravil in drugih področjih.