Princípy fotoakustického zobrazovania

Princípy fotoakustického zobrazovania

Fotoakustické zobrazovanie (PAI) je lekárska zobrazovacia technika, ktorá kombinujeoptikaa akustika na generovanie ultrazvukových signálov pomocou interakcieosvetlenies tkanivom na získanie tkanivových snímok s vysokým rozlíšením. Všeobecne sa používa v biomedicínskych poliach, najmä pri detekcii nádoru, vaskulárnom zobrazovaní, zobrazovaní kože a iných polí.

Princíp:
1. Absorpcia svetla a tepelná expanzia: - Fotoakustické zobrazovanie používa tepelný efekt produkovaný absorpciou svetla. Pigmentové molekuly v tkanive (napr. Hemoglobín, melanín) absorbujú fotóny (zvyčajne blízko infračerveného svetla), ktoré sa premieňajú na tepelnú energiu, čo spôsobuje nárast miestnych teplôt.
2. Termálna expanzia spôsobuje ultrazvuk: - Zvýšenie teploty vedie k malej tepelnej expanzii tkaniva, ktoré vytvára tlakové vlny (tj ultrazvuk).
3. Ultrazvuková detekcia: - Generované ultrazvukové vlny sa šíria v tkanive a tieto signály sa následne prijímajú a zaznamenávajú ultrazvukovými senzormi (ako sú ultrazvukové sondy).
4. Rekonštrukcia obrazu: Zhromaždený ultrazvukový signál sa vypočíta a spracuje na prestavbu štruktúry a funkčného obrazu tkaniva, ktorý môže poskytnúť optické absorpčné charakteristiky tkaniva. Výhody fotoakustického zobrazovania: Vysoký kontrast: Fotoakustické zobrazovanie sa spolieha na vlastnosti absorpcie svetla tkanív a rôzne tkanivá (ako je krv, tuk, sval atď.) Majú rôzne schopnosti absorbovať svetlo, takže môže poskytovať vysoké kontrastové obrazy. Vysoké rozlíšenie: Použitie vysokého priestorového rozlíšenia ultrazvuku môže fotoakustické zobrazovanie dosiahnuť presnosť zobrazovania milimetra alebo dokonca submilimetra. Neinvazívne: Fotoakustické zobrazovanie je neinvazívne, svetlo a zvuk nespôsobia poškodenie tkaniva, ktoré je veľmi vhodné na lekársku diagnózu. Schopnosť zobrazovania hĺbky: V porovnaní s tradičným optickým zobrazovaním môže fotoakustické zobrazovanie preniknúť do kože niekoľko centimetrov, čo je vhodné na zobrazovanie hlbokého tkaniva.

Aplikácia:
1. Vaskulárne zobrazovanie:-Fotoakustické zobrazovanie dokáže zistiť vlastnosti hemoglobínu absorbujúce svetlo v krvi, takže môže presne vykazovať štruktúru a stav okysličenia krvných ciev na monitorovanie mikroplnenia a posudzovania chorôb.
2. Detekcia nádoru: - Angiogenéza v nádorových tkanivách je zvyčajne extrémne hojná a fotoakustické zobrazovanie môže pomôcť včasnej detekcii nádorov detekciou abnormalít vo vaskulárnej štruktúre.
3. Funkčné zobrazovanie: - Fotoakustické zobrazovanie môže vyhodnotiť prívod kyslíka tkanív detekciou koncentrácie okysličenia a deoxyhemoglobínu v tkanivách, čo má veľký význam pre funkčné monitorovanie chorôb, ako je rakovina a kardiovaskulárne ochorenie.
4. Zobrazovanie kože: - Pretože fotoakustické zobrazovanie je veľmi citlivé na povrchové tkanivo, je vhodné na včasnú detekciu rakoviny kože a analýzu abnormalít kože.
5. Zobrazovanie mozgu: Fotoakustické zobrazovanie môže získať informácie o prietoku krvi mozgom neinvazívnym spôsobom na štúdium mozgových chorôb, ako je mozgová príhoda a epilepsia.

Výzvy a smery vývoja fotoakustického zobrazovania:
Svetelný zdrojVýber: Prenikanie rôznych vlnových dĺžok je odlišné, ako zvoliť správnu rozlíšenie rovnováhy vlnovej dĺžky a hĺbka penetrácie je výzva. Spracovanie signálu: Získanie a spracovanie ultrazvukových signálov vyžaduje vysokorýchlostné a presné algoritmy a vývoj technológie rekonštrukcie obrazu je tiež rozhodujúci. Multimodálne zobrazovanie: Fotoakustické zobrazovanie sa dá kombinovať s inými zobrazovacími spôsobmi (ako je MRI, CT, ultrazvukové zobrazovanie), aby sa poskytlo komplexnejšie biomedicínske informácie.

Fotoakustické zobrazovanie je nová a multifunkčná biomedicínska zobrazovacia technológia, ktorá má charakteristiky vysokého kontrastu, vysokého rozlíšenia a neinvazívneho. S vývojom technológie má fotoakustické zobrazovanie široké vyhliadky na aplikáciu v lekárskej diagnostike, základnom výskume biológie, vývoji liekov a ďalších oblastiach.