Načela fotoakustičnega slikanja

Načela fotoakustičnega slikanja

Fotoakustično slikanje (PAI) je tehnika medicinskega slikanja, 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, vaskularnem slikanju, slikanju kože in drugih področjih.

Načelo:
1. Absorpcija svetlobe in toplotna ekspanzija: – Fotoakustično slikanje uporablja toplotni učinek, ki ga povzroči absorpcija svetlobe. Pigmentne molekule v tkivu (npr. hemoglobin, melanin) absorbirajo fotone (običajno bližnjo infrardečo svetlobo), ki se pretvorijo v toplotno energijo, kar povzroči dvig lokalne temperature.
2. Toplotna ekspanzija povzroči ultrazvok: – Dvig temperature povzroči majhno toplotno ekspanzijo tkiva, ki proizvaja tlačne valove (tj. ultrazvok).
3. Ultrazvočno odkrivanje: – Ustvarjeni ultrazvočni valovi se širijo v tkivu, te signale pa nato sprejmejo in posnamejo ultrazvočni senzorji (kot so ultrazvočne sonde).
4. Rekonstrukcija slike: zbrani ultrazvočni signal se izračuna in obdela za ponovno izgradnjo strukture in funkcionalne podobe tkiva, kar lahko zagotovi značilnosti optične absorpcije tkiva. Prednosti fotoakustičnega slikanja: Visok kontrast: Fotoakustično slikanje se opira na značilnosti absorpcije svetlobe v tkivih, različna tkiva (kot so kri, maščoba, mišice itd.) pa imajo različne sposobnosti absorbiranja svetlobe, zato lahko zagotovijo slike z visokim kontrastom. Visoka ločljivost: z uporabo visoke prostorske ločljivosti ultrazvoka lahko fotoakustično slikanje doseže milimetrsko ali celo podmilimetrsko natančnost slikanja. Neinvazivno: Fotoakustično slikanje je neinvazivno, svetloba in zvok ne bosta povzročila poškodb tkiva, zelo primerno za medicinsko diagnozo ljudi. 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. Vaskularno slikanje: – Fotoakustično slikanje lahko zazna lastnosti hemoglobina v krvi, ki absorbirajo svetlobo, tako da 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 bogata in fotoakustično slikanje 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 velikega pomena za funkcionalno spremljanje bolezni, kot so rak in bolezni srca in ožilja.
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 pridobi informacije o cerebralnem krvnem pretoku na neinvaziven način za preučevanje možganskih bolezni, kot sta možganska kap in epilepsija.

Izzivi in ​​razvojne smeri fotoakustičnega slikanja:
Vir svetlobeizbira: Prodiranje svetlobe različnih valovnih dolžin je različno, kako izbrati pravo ločljivost ravnovesja valovnih dolžin in globino prodiranja je izziv. Obdelava signalov: Zajem in obdelava ultrazvočnih signalov zahtevata hitre in natančne algoritme, ključnega pomena pa je tudi razvoj tehnologije rekonstrukcije slike. Multimodalno slikanje: Fotoakustično slikanje je mogoče kombinirati z drugimi načini slikanja (kot so MRI, CT, ultrazvočno slikanje) za zagotavljanje celovitejših biomedicinskih informacij.

Fotoakustično slikanje je nova in večnamenska tehnologija biomedicinskega slikanja, ki ima značilnosti visokega kontrasta, visoke ločljivosti in je neinvazivna. Z razvojem tehnologije ima fotoakustično slikanje široke možnosti uporabe v medicinski diagnostiki, osnovnih bioloških raziskavah, razvoju zdravil in na drugih področjih.