Zasady obrazowania fotoakustycznego

Zasady obrazowania fotoakustycznego

Obrazowanie fotoakustyczne (PAI) to technika obrazowania medycznego, która łączy w sobie różne elementyoptykai akustyki do generowania sygnałów ultradźwiękowych za pomocą interakcjiświatłoz tkanką w celu uzyskania obrazów tkanek o wysokiej rozdzielczości. Jest szeroko stosowany w dziedzinach biomedycznych, zwłaszcza w wykrywaniu nowotworów, obrazowaniu naczyń, obrazowaniu skóry i innych dziedzinach.

Zasada:
1. Absorpcja światła i rozszerzalność cieplna: – W obrazowaniu fotoakustycznym wykorzystuje się efekt termiczny powstający w wyniku absorpcji światła. Cząsteczki pigmentu w tkance (np. hemoglobina, melanina) absorbują fotony (zwykle światło bliskiej podczerwieni), które przekształcają się w energię cieplną, powodując lokalny wzrost temperatury.
2. Rozszerzalność cieplna powoduje ultradźwięki: – Wzrost temperatury prowadzi do niewielkiej rozszerzalności cieplnej tkanki, która wytwarza fale ciśnienia (tj. ultradźwięki).
3. Detekcja ultradźwiękowa: – Wygenerowane fale ultradźwiękowe rozchodzą się w tkance, a sygnały te są następnie odbierane i rejestrowane przez czujniki ultradźwiękowe (takie jak sondy ultradźwiękowe).
4. Rekonstrukcja obrazu: zebrany sygnał ultradźwiękowy jest obliczany i przetwarzany w celu odbudowy obrazu struktury i funkcji tkanki, co może zapewnić właściwości absorpcji optycznej tkanki. Zalety obrazowania fotoakustycznego: Wysoki kontrast: Obrazowanie fotoakustyczne opiera się na właściwościach absorpcji światła przez tkanki, a różne tkanki (takie jak krew, tłuszcz, mięśnie itp.) mają różną zdolność pochłaniania światła, dzięki czemu może zapewnić obrazy o wysokim kontraście. Wysoka rozdzielczość: Dzięki wysokiej rozdzielczości przestrzennej ultradźwięków obrazowanie fotoakustyczne może osiągnąć milimetrową lub nawet submilimetrową dokładność obrazowania. Nieinwazyjne: obrazowanie fotoakustyczne jest nieinwazyjne, światło i dźwięk nie spowodują uszkodzenia tkanek, bardzo odpowiednie do diagnostyki medycznej ludzi. Możliwość obrazowania głębokości: W porównaniu z tradycyjnym obrazowaniem optycznym, obrazowanie fotoakustyczne może wnikać kilka centymetrów pod skórę, co jest odpowiednie do obrazowania głębokich tkanek.

Aplikacja:
1. Obrazowanie naczyń: – Obrazowanie fotoakustyczne pozwala wykryć właściwości hemoglobiny we krwi pochłaniające światło, dzięki czemu można dokładnie wyświetlić strukturę i stan natlenienia naczyń krwionośnych w celu monitorowania mikrokrążenia i oceny chorób.
2. Wykrywanie nowotworu: – Angiogeneza w tkankach nowotworowych jest zwykle niezwykle obfita, a obrazowanie fotoakustyczne może pomóc we wczesnym wykryciu nowotworów poprzez wykrycie nieprawidłowości w strukturze naczyń.
3. Obrazowanie funkcjonalne: – Obrazowanie fotoakustyczne umożliwia ocenę dopływu tlenu do tkanek poprzez wykrywanie stężenia utlenowania i deoksyhemoglobiny w tkankach, co ma ogromne znaczenie w monitorowaniu funkcjonalnym chorób takich jak nowotwory i choroby układu krążenia.
4. Obrazowanie skóry: – Ponieważ obrazowanie fotoakustyczne jest bardzo czułe na tkanki powierzchniowe, nadaje się do wczesnego wykrywania raka skóry i analizy nieprawidłowości skórnych.
5. Obrazowanie mózgu: Obrazowanie fotoakustyczne pozwala w nieinwazyjny sposób uzyskać informacje o przepływie krwi w mózgu na potrzeby badania chorób mózgu, takich jak udar i epilepsja.

Wyzwania i kierunki rozwoju obrazowania fotoakustycznego:
Źródło światławybór: Penetracja światła o różnych długościach fal jest różna, wyzwaniem jest dobranie właściwej rozdzielczości balansu długości fali i głębokości penetracji. Przetwarzanie sygnału: Pozyskiwanie i przetwarzanie sygnałów ultradźwiękowych wymaga szybkich i dokładnych algorytmów, a rozwój technologii rekonstrukcji obrazu jest również kluczowy. Obrazowanie multimodalne: Obrazowanie fotoakustyczne można łączyć z innymi metodami obrazowania (takimi jak MRI, CT, obrazowanie ultradźwiękowe), aby zapewnić bardziej wszechstronne informacje biomedyczne.

Obrazowanie fotoakustyczne to nowa i wielofunkcyjna technologia obrazowania biomedycznego, która charakteryzuje się wysokim kontrastem, wysoką rozdzielczością i nieinwazyjnością. Wraz z rozwojem technologii obrazowanie fotoakustyczne ma szerokie perspektywy zastosowania w diagnostyce medycznej, podstawowych badaniach biologicznych, opracowywaniu leków i innych dziedzinach.