Principy fotoakustického zobrazování
Fotoakustické zobrazování (PAI) je technika lékařského zobrazování, která se kombinujeoptikaa akustika pro generování ultrazvukových signálů pomocí interakcesvětlos tkáni k získání tkáňových obrazů s vysokým rozlišením. Obecně se používá v biomedicínských polích, zejména v detekci nádoru, vaskulárním zobrazování, zobrazování kůže a dalších polích.
Princip:
1. Absorpce světla a tepelná roztažení: - Fotoakustické zobrazování používá tepelný efekt vytvořený absorpcí světla. Molekuly pigmentu v tkáni (např. Hemoglobin, melanin) absorbují fotony (obvykle téměř infračervené světlo), které jsou přeměněny na tepelnou energii, což způsobuje vzrůst lokálních teplot.
2. Tepelná roztažnost způsobuje ultrazvuk: - Zvýšení teploty vede k malé tepelné roztažení tkáně, která produkuje tlakové vlny (tj. Ultrazvuk).
3. ultrazvuková detekce: - Generované ultrazvukové vlny se šíří uvnitř tkáně a tyto signály jsou následně přijímány a zaznamenány ultrazvukovými senzory (jako jsou ultrazvukové sondy).
4. Rekonstrukce obrazu: Shromážděný ultrazvukový signál se vypočítá a zpracováván pro přestavbu struktury a funkčního obrazu tkáně, což může poskytnout optické absorpční charakteristiky tkáně. Výhody fotoakustického zobrazování: Vysoký kontrast: fotoakustické zobrazování se spoléhá na vlastnosti absorpce světla tkání a různé tkáně (jako je krev, tuk, sval atd.), Které mají různé schopnosti absorbovat světlo, takže může poskytovat vysoké kontrastní obrazy. Vysoké rozlišení: Použití vysokého prostorového rozlišení ultrazvuku může fotoakustické zobrazování dosáhnout přesnosti milimetru nebo dokonce pod-milimetru. Neinvazivní: fotoakustické zobrazování je neinvazivní, světlo a zvuk nezpůsobí poškození tkáně, velmi vhodné pro lidskou lékařskou diagnózu. Hloubková zobrazovací schopnost: Ve srovnání s tradičním optickým zobrazováním může fotoakustické zobrazování proniknout do několika centimetrů pod kůží, což je vhodné pro hluboké tkáňové zobrazování.
Aplikace:
1. Vaskulární zobrazování:-Fotoakustické zobrazování může detekovat vlastnosti hemoglobinu absorbující světlo v krvi, takže může přesně zobrazit strukturu a oxygenační stav krevních cév pro monitorování mikrocirkulace a posouzení onemocnění.
2. Detekce nádoru: - Angiogeneze v nádorových tkáních je obvykle extrémně hojná a fotoakustické zobrazování může pomoci včasné detekci nádorů detekováním abnormalit ve vaskulární struktuře.
3. Funkční zobrazování: - Fotoakustické zobrazování může posoudit přísun tkání kyslíku detekcí koncentrace oxygenace a deoxyhemoglobinu v tkáních, což má velký význam pro funkční monitorování onemocnění, jako je rakovina a kardiovaskulární onemocnění.
4. Zobrazování kůže: - Protože fotoakustické zobrazování je velmi citlivé na povrchovou tkáň, je vhodné pro včasnou detekci rakoviny kůže a analýzu abnormalit kůže.
5. Zobrazování mozku: fotoakustické zobrazování může získat informace o mozkovém průtoku krve neinvazivním způsobem pro studium mozkových onemocnění, jako je mrtvice a epilepsie.
Výzvy a směry rozvoje fotoakustického zobrazování:
Světelný zdrojVýběr: Průnik světla různých vlnových délek je odlišný, jak zvolit rozlišení rovnováhy vlnové délky a hloubka penetrace je výzvou. Zpracování signálu: Získání a zpracování ultrazvukových signálů vyžadují vysokorychlostní a přesné algoritmy a rozvoj technologie rekonstrukce obrazu je také zásadní. Multimodální zobrazování: Fotoakustické zobrazování lze kombinovat s jinými zobrazovacími modalitami (jako je MRI, CT, Ultrazvukové zobrazování), aby poskytovaly komplexnější biomedicínské informace.
Fotoakustické zobrazování je nová a multifunkční biomedicínská zobrazovací technologie, která má vlastnosti vysokého kontrastu, vysokého rozlišení a neinvazivní. S vývojem technologie má fotoakustické zobrazení široké vyhlídky na aplikaci v lékařské diagnóze, výzkumu základní biologie, vývoji léčiv a dalších oblastech.
Čas příspěvku: září 23-2024