Zasady obrazowania fotoakustycznego

Zasady obrazowania fotoakustycznego

Obrazowanie fotoakustyczne (PAI) to technika obrazowania medycznego, która łączyoptykai akustyka do generowania sygnałów ultradźwiękowych za pomocą interakcjiświatłoz tkanką w celu uzyskania obrazów tkankowych o wysokiej rozdzielczości. Jest szeroko stosowany w polach biomedycznych, szczególnie w wykrywaniu nowotworu, obrazowaniu naczyniowym, obrazowaniu skóry i innych polach.

Zasada:
1. Absorpcja światła i rozszerzenie cieplne: - Obrazowanie fotoakustyczne wykorzystuje efekt termiczny wytwarzany przez absorpcję światła. Cząsteczki pigmentowe w tkance (np. Hemoglobina, melanina) absorbują fotony (zwykle światło w pobliżu podczerwieni), które są przekształcane w energię cieplną, powodując wzrost temperatur lokalnych.
2. Rozszerzenie cieplne powoduje ultradźwięki: - wzrost temperatury prowadzi do niewielkiej rozszerzalności cieplnej tkanki, która wytwarza fale ciśnieniowe (tj. Ultradźwięki).
3. Wykrywanie ultradźwiękowe: - Wygenerowane fale ultradźwiękowe propagują 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 struktury i funkcji obrazu tkanki, co może zapewnić charakterystykę absorpcji optycznej tkanki. Zalety obrazowania fotoakustycznego: Wysoki kontrast: Obrazowanie fotoakustyczne opiera się na charakterystyce wchłaniania światła tkanek i różnych tkankach (takich jak krew, tłuszcz, mięśnie itp.) Mają różne zdolności do wchłaniania światła, dzięki czemu może zapewnić obrazy o wysokim kontraście. Wysoka rozdzielczość: Zastosowanie wysokiej rozdzielczości przestrzennej ultradźwięków obrazowanie fotoakustyczne może osiągnąć dokładność obrazowania milimetrowego, a nawet sublimetrowego. Nieinwazyjne: obrazowanie fotoakustyczne nie jest inwazyjne, światło i dźwięk nie spowoduje uszkodzenia tkanek, bardzo odpowiednie do diagnozy medycznej na ludziach. Zdolność obrazowania głębokości: W porównaniu z tradycyjnym obrazowaniem optycznym obrazowanie fotoakustyczne może przenikać kilka centymetrów pod skórę, która jest odpowiednia do obrazowania głębokiego tkanki.

Aplikacja:
1. Obrazowanie naczyniowe:-Obrazowanie fotoakustyczne może wykryć właściwości hemoglobiny hemoglobiny, dzięki czemu może dokładnie pokazać strukturę i stan natleniania naczyń krwionośnych do monitorowania mikrokrążenia i oceniania chorób.
2. Wykrywanie guza: - Angiogeneza w tkankach nowotworowych jest zwykle wyjątkowo obfita, a obrazowanie fotoakustyczne może pomóc wczesnemu wykryciu guzów poprzez wykrywanie nieprawidłowości w strukturze naczyniowej.
3. Obrazowanie funkcjonalne: - Obrazowanie fotoakustyczne może ocenić podaż tlenu tkanek poprzez wykrycie stężenia natleniania i deoksyhemoglobiny w tkankach, co ma ogromne znaczenie dla funkcjonalnego monitorowania chorób takich jak rak i choroby sercowo -naczyniowe.
4. Obrazowanie skóry: - Ponieważ obrazowanie fotoakustyczne jest bardzo wrażliwe na tkankę powierzchowną, nadaje się do wczesnego wykrywania raka skóry i analizy nieprawidłowości skóry.
5. Obrazowanie mózgu: Obrazowanie fotoakustyczne może uzyskać informacje mózgowe przepływu krwi w sposób nieinwazyjny w badaniu chorób mózgu, takich jak udar i padaczka.

Wyzwania i kierunki rozwoju obrazowania fotoakustycznego:
Źródło światłaWybór: Penetracja światła różnych długości fali jest inna, jak wybrać rozdzielczość równowagi i głębokości penetracji prawej długości fali, jest wyzwaniem. Przetwarzanie sygnału: akwizycja i przetwarzanie sygnałów ultradźwiękowych wymaga szybkich i dokładnych algorytmów, a opracowanie technologii rekonstrukcji obrazu jest również kluczowe. Obrazowanie multimodalne: obrazowanie fotoakustyczne można łączyć z innymi metodami obrazowania (takimi jak MRI, CT, obrazowanie ultradźwiękowe), aby dostarczyć bardziej kompleksowych informacji biomedycznych.

Obrazowanie fotoakustyczne to nowa i wielofunkcyjna technologia obrazowania biomedycznego, która ma charakterystykę wysokiego kontrastu, wysokiej rozdzielczości i nieinwazyjnej. Wraz z rozwojem technologii obrazowanie fotoakustyczne ma szerokie perspektywy zastosowania w diagnozie medycznej, podstawowe badania biologii, opracowywanie leków i inne dziedziny.