Zasady obrazowania fotoakustycznego
Obrazowanie fotoakustyczne (PAI) to technika obrazowania medycznego łączącaoptykai akustyki do generowania sygnałów ultradźwiękowych przy użyciu interakcjiświatłoz tkanką w celu uzyskania obrazów tkanek o wysokiej rozdzielczości. Jest szeroko stosowany w dziedzinach biomedycznych, szczególnie w wykrywaniu nowotworów, obrazowaniu naczyń, obrazowaniu skóry i innych dziedzinach.
Zasada:
1. Absorpcja światła i rozszerzalność cieplna: – Obrazowanie fotoakustyczne wykorzystuje efekt cieplny wytworzony przez absorpcję światła. Cząsteczki pigmentu w tkance (np. hemoglobina, melanina) pochłaniają fotony (zwykle światło bliskiej podczerwieni), które są przekształcane w energię cieplną, powodując wzrost lokalnych temperatur.
2. Rozszerzalność cieplna powoduje powstawanie ultradźwięków: – Wzrost temperatury powoduje niewielką rozszerzalność cieplną tkanki, co powoduje powstawanie fal ciśnienia (czyli ultradźwięków).
3. Detekcja ultradźwiękowa: – Wytworzone fale ultradźwiękowe rozchodzą się w tkance, a następnie sygnały te są odbierane i rejestrowane przez czujniki ultradźwiękowe (takie jak sondy ultradźwiękowe).
4. Rekonstrukcja obrazu: zebrany sygnał ultradźwiękowy jest obliczany i przetwarzany w celu odtworzenia obrazu struktury i funkcji tkanki, co może zapewnić optyczne właściwości absorpcyjne tkanki. Zalety obrazowania fotoakustycznego: Wysoki kontrast: Obrazowanie fotoakustyczne opiera się na właściwościach absorpcyjnych tkanek, a różne tkanki (takie jak krew, tłuszcz, mięśnie itp.) mają różne zdolności pochłaniania światła, dzięki czemu może zapewnić obrazy o wysokim kontraście. Wysoka rozdzielczość: Wykorzystując wysoką rozdzielczość przestrzenną ultradźwięków, obrazowanie fotoakustyczne może osiągnąć dokładność obrazowania rzędu milimetra, a nawet submilimetra. Nieinwazyjne: Obrazowanie fotoakustyczne jest nieinwazyjne, światło i dźwięk nie powodują uszkodzeń tkanek, co jest bardzo odpowiednie do diagnostyki medycznej u ludzi. Możliwość obrazowania głębokości: W porównaniu z tradycyjnym obrazowaniem optycznym, obrazowanie fotoakustyczne może penetrować kilka centymetrów pod skórę, co jest odpowiednie do obrazowania głębokich tkanek.
Aplikacja:
1. Obrazowanie naczyń krwionośnych: – Obrazowanie fotoakustyczne pozwala wykryć właściwości pochłaniania światła przez hemoglobinę we krwi, dzięki czemu można dokładnie wyświetlić strukturę i stan natlenienia naczyń krwionośnych w celu monitorowania mikrokrążenia i oceny chorób.
2. Wykrywanie nowotworów: – Angiogeneza w tkankach nowotworowych jest zazwyczaj niezwykle obfita, a obrazowanie fotoakustyczne może pomóc we wczesnym wykrywaniu nowotworów poprzez wykrywanie nieprawidłowości w strukturze naczyniowej.
3. Obrazowanie funkcjonalne: – Obrazowanie fotoakustyczne pozwala ocenić zaopatrzenie tkanek w tlen poprzez wykrywanie stężenia utlenowania i deoksyhemoglobiny w tkankach, co ma ogromne znaczenie dla monitorowania funkcjonalnego takich chorób jak rak 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 na nieinwazyjne uzyskanie informacji o przepływie krwi w mózgu w celu badania chorób mózgu, takich jak udar mózgu i padaczka.
Wyzwania i kierunki rozwoju obrazowania fotoakustycznego:
Źródło światławybór: Penetracja światła o różnych długościach fal jest różna, wybór właściwej rozdzielczości balansu długości fal i głębokości penetracji stanowi wyzwanie. Przetwarzanie sygnału: Akwizycja i przetwarzanie sygnałów ultradźwiękowych wymagają szybkich i dokładnych algorytmów, a rozwój technologii rekonstrukcji obrazu ma również kluczowe znaczenie. Obrazowanie multimodalne: Obrazowanie fotoakustyczne można łączyć z innymi metodami obrazowania (takimi jak MRI, CT, obrazowanie ultradźwiękowe), aby zapewnić bardziej kompleksowe informacje biomedyczne.
Obrazowanie fotoakustyczne to nowa i wielofunkcyjna technologia obrazowania biomedycznego, która charakteryzuje się wysokim kontrastem, wysoką rozdzielczością i nieinwazyjnością. Dzięki rozwojowi technologii obrazowanie fotoakustyczne ma szerokie perspektywy zastosowania w diagnostyce medycznej, podstawowych badaniach biologicznych, rozwoju leków i innych dziedzinach.
Czas publikacji: 23-09-2024