Principi fotoakustičkog snimanja

Principi fotoakustičkog snimanja

Fotoakustična slika (PAI) je medicinska tehnika snimanja koja kombinujeoptikai akustika za generiranje ultrazvučnih signala korištenjem interakcijesvjetlosa tkivom za dobijanje slika tkiva visoke rezolucije. Široko se koristi u biomedicinskim poljima, posebno u detekciji tumora, vaskularnom snimanju, snimanju kože i drugim poljima.

princip:
1. Apsorpcija svjetlosti i toplinska ekspanzija: – Fotoakustično snimanje koristi termalni efekat koji nastaje apsorpcijom svjetlosti. Molekuli pigmenta u tkivu (npr. hemoglobin, melanin) apsorbiraju fotone (obično blizu infracrvene svjetlosti), koji se pretvaraju u toplinsku energiju, uzrokujući porast lokalnih temperatura.
2. Toplotna ekspanzija uzrokuje ultrazvuk: – Porast temperature dovodi do malog toplinskog širenja tkiva, što proizvodi valove pritiska (tj. ultrazvuk).
3. Ultrazvučna detekcija: – Generisani ultrazvučni talasi se šire unutar tkiva, a ovi signali se naknadno primaju i snimaju ultrazvučnim senzorima (kao što su ultrazvučne sonde).
4. Rekonstrukcija slike: prikupljeni ultrazvučni signal se izračunava i obrađuje kako bi se obnovila struktura i funkcija slike tkiva, koja može pružiti karakteristike optičke apsorpcije tkiva. Prednosti fotoakustičkog snimanja: Visok kontrast: Fotoakustičko snimanje se oslanja na karakteristike apsorpcije svjetlosti tkiva, a različita tkiva (kao što su krv, masnoća, mišići, itd.) imaju različite sposobnosti da apsorbuju svjetlost, tako da mogu pružiti slike visokog kontrasta. Visoka rezolucija: Koristeći visoku prostornu rezoluciju ultrazvuka, fotoakustična slika može postići milimetarsku ili čak submilimetarsku tačnost slike. Neinvazivno: Fotoakustično snimanje je neinvazivno, svjetlo i zvuk neće uzrokovati oštećenje tkiva, vrlo pogodno za ljudsku medicinsku dijagnozu. Mogućnost snimanja dubine: U poređenju sa tradicionalnim optičkim snimanjem, fotoakustično snimanje može prodrijeti nekoliko centimetara ispod kože, što je pogodno za snimanje dubokog tkiva.

primjena:
1. Snimanje krvnih sudova: – Fotoakustično snimanje može otkriti svojstva hemoglobina u krvi da apsorbira 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. Funkcionalni imidžing: – Fotoakustično snimanje može proceniti snabdevanje tkiva kiseonikom detekcijom koncentracije oksigenacije i deoksihemoglobina u tkivima, što je od velikog značaja za funkcionalno praćenje bolesti kao što su rak i kardiovaskularne bolesti.
4. Snimanje kože: – Pošto je fotoakustično snimanje veoma osetljivo 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 kao što su moždani udar i epilepsija.

Izazovi i pravci razvoja fotoakustičkog snimanja:
Izvor svjetlostiizbor: Prodor svjetlosti različitih talasnih dužina je različit, kako odabrati pravu rezoluciju balansa talasne dužine i dubinu prodiranja je izazov. Obrada signala: Akvizicija i obrada ultrazvučnih signala zahtijevaju velike brzine i tačne algoritme, a razvoj tehnologije rekonstrukcije slike je također ključan. Multimodalno snimanje: Fotoakustično snimanje se može kombinovati sa drugim modalitetima snimanja (kao što su MRI, CT, ultrazvučno snimanje) kako bi se pružile sveobuhvatnije biomedicinske informacije.

Fotoakustično snimanje je nova i multifunkcionalna tehnologija biomedicinskog snimanja, koja ima karakteristike visokog kontrasta, visoke rezolucije i neinvazivnosti. S razvojem tehnologije, fotoakustična slika ima široku perspektivu primjene u medicinskoj dijagnostici, osnovnim biološkim istraživanjima, razvoju lijekova i drugim poljima.