Principi fotoakustičnog snimanja

Principi fotoakustičnog snimanja

Fotoakustično snimanje (PAI) je medicinska tehnika snimanja koja kombinujeoptikai akustiku za generiranje ultrazvučnih signala korištenjem interakcijesvjetlos tkivom za dobijanje slika tkiva visoke rezolucije. Široko se koristi u biomedicinskim oblastima, posebno u detekciji tumora, vaskularnom snimanju, snimanju kože i drugim oblastima.

Princip:
1. Apsorpcija svjetlosti i termičko širenje: – Fotoakustično snimanje koristi termalni efekat koji nastaje apsorpcijom svjetlosti. Molekule pigmenta u tkivu (npr. hemoglobin, melanin) apsorbuju fotone (obično svjetlost bliskog infracrvenog zračenja), koji se pretvaraju u toplotnu energiju, uzrokujući porast lokalne temperature.
2. Termičko širenje uzrokuje ultrazvuk: – Porast temperature dovodi do malog termičkog širenja tkiva, što proizvodi talase pritiska (tj. ultrazvuk).
3. Ultrazvučna detekcija: – Generisani ultrazvučni talasi se šire unutar tkiva, a te signale potom primaju i snimaju ultrazvučni senzori (kao što su ultrazvučne sonde).
4. Rekonstrukcija slike: prikupljeni ultrazvučni signal se izračunava i obrađuje kako bi se rekonstruirala slika strukture i funkcije tkiva, što može pružiti karakteristike optičke apsorpcije tkiva. Prednosti fotoakustičnog snimanja: Visok kontrast: Fotoakustično snimanje se oslanja na karakteristike apsorpcije svjetlosti tkiva, a različita tkiva (kao što su krv, masnoća, mišići itd.) imaju različite sposobnosti apsorpcije svjetlosti, tako da može pružiti slike visokog kontrasta. Visoka rezolucija: Koristeći visoku prostornu rezoluciju ultrazvuka, fotoakustično snimanje može postići milimetarsku ili čak submilimetarsku tačnost snimanja. Neinvazivno: Fotoakustično snimanje je neinvazivno, svjetlost i zvuk neće uzrokovati oštećenje tkiva, vrlo pogodno za medicinsku dijagnostiku kod ljudi. Mogućnost dubinskog snimanja: U poređenju s tradicionalnim optičkim snimanjem, fotoakustično snimanje može prodrijeti nekoliko centimetara ispod kože, što je pogodno za snimanje dubokog tkiva.

Primjena:
1. Vaskularno snimanje: – Fotoakustično snimanje može detektovati svojstva hemoglobina u krvi koja apsorbuju svjetlost, tako da može precizno prikazati strukturu i status oksigenacije krvnih sudova za praćenje mikrocirkulacije i procjenu bolesti.
2. Detekcija tumora: – Angiogeneza u tumorskim tkivima je obično izuzetno obilna, a fotoakustično snimanje može pomoći u ranom otkrivanju tumora otkrivanjem abnormalnosti u vaskularnoj strukturi.
3. Funkcionalno snimanje: – Fotoakustično snimanje može procijeniti opskrbu tkiva kisikom detekcijom koncentracije oksigenacije i deoksihemoglobina u tkivima, što je od velikog značaja za funkcionalno praćenje bolesti poput raka i kardiovaskularnih bolesti.
4. Snimanje kože: – Budući da je fotoakustično snimanje vrlo osjetljivo na površinsko tkivo, pogodno je za rano otkrivanje raka kože i analizu abnormalnosti kože.
5. Snimanje mozga: Fotoakustično snimanje može dobiti informacije o cerebralnom protoku krvi na neinvazivan način za proučavanje bolesti mozga poput moždanog udara i epilepsije.

Izazovi i pravci razvoja fotoakustičnog snimanja:
Izvor svjetlostiIzbor: Prodiranje svjetlosti različitih talasnih dužina je različito, pa je odabir prave ravnoteže talasnih dužina, rezolucije i dubine prodiranja izazov. Obrada signala: Akvizicija i obrada ultrazvučnih signala zahtijevaju brze i precizne algoritme, a razvoj tehnologije rekonstrukcije slike je također ključan. Multimodalno snimanje: Fotoakustično snimanje može se kombinovati s drugim modalitetima snimanja (kao što su MRI, CT, ultrazvučno snimanje) kako bi se pružile sveobuhvatnije biomedicinske informacije.

Fotoakustično snimanje je nova i multifunkcionalna biomedicinska tehnologija snimanja, koja ima karakteristike visokog kontrasta, visoke rezolucije i neinvazivnosti. Razvojem tehnologije, fotoakustično snimanje ima široke mogućnosti primjene u medicinskoj dijagnostici, istraživanjima osnovne biologije, razvoju lijekova i drugim oblastima.