Principy fotoakustického zobrazování
Fotoakustické zobrazování (PAI) je lékařská zobrazovací technika, která kombinujeoptikaa akustiky pro generování ultrazvukových signálů pomocí interakcesvětlos tkání pro získání snímků tkání s vysokým rozlišením. Široce se používá v biomedicínských oblastech, zejména při detekci nádorů, cévním zobrazování, zobrazování kůže a dalších oblastech.
Princip:
1. Absorpce světla a tepelná roztažnost: – Fotoakustické zobrazování využívá tepelný efekt vznikající absorpcí světla. Molekuly pigmentu v tkáni (např. hemoglobin, melanin) absorbují fotony (obvykle blízké infračervené světlo), které se přeměňují na tepelnou energii, což způsobuje lokální zvýšení teploty.
2. Tepelná roztažnost způsobuje ultrazvuk: – Zvýšení teploty vede k malé tepelné roztažnosti tkáně, která vytváří tlakové vlny (tj. ultrazvuk).
3. Ultrazvuková detekce: – Generované ultrazvukové vlny se šíří v tkáni a tyto signály jsou následně přijímány a zaznamenávány ultrazvukovými senzory (například ultrazvukovými sondami).
4. Rekonstrukce obrazu: shromážděný ultrazvukový signál je vypočítán a zpracován za účelem rekonstrukce obrazu struktury a funkce tkáně, který může poskytnout optické absorpční charakteristiky tkáně. Výhody fotoakustického zobrazování: Vysoký kontrast: Fotoakustické zobrazování se spoléhá na charakteristiky absorpce světla tkáněmi a různé tkáně (jako je krev, tuk, svaly atd.) mají různou schopnost absorbovat světlo, takže může poskytovat vysoce kontrastní obrazy. Vysoké rozlišení: Díky vysokému prostorovému rozlišení ultrazvuku může fotoakustické zobrazování dosáhnout milimetrové nebo dokonce submilimetrové přesnosti zobrazení. Neinvazivní: Fotoakustické zobrazování je neinvazivní, světlo a zvuk nezpůsobují poškození tkání, velmi vhodné pro lékařskou diagnostiku. Schopnost hloubkového zobrazování: Ve srovnání s tradičním optickým zobrazováním může fotoakustické zobrazování proniknout několik centimetrů pod kůži, což je vhodné pro zobrazování hlubokých tkání.
Aplikace:
1. Zobrazování cév: – Fotoakustické zobrazování dokáže detekovat světloabsorpční vlastnosti hemoglobinu v krvi, takže dokáže přesně zobrazit strukturu a stav okysličení cév pro monitorování mikrocirkulace a posuzování onemocnění.
2. Detekce nádorů: – Angiogeneze v nádorových tkáních je obvykle extrémně hojná a fotoakustické zobrazování může pomoci s včasnou detekcí nádorů detekcí abnormalit v cévní struktuře.
3. Funkční zobrazování: – Fotoakustické zobrazování dokáže posoudit zásobení tkání kyslíkem detekcí koncentrace okysličení 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 povrchové tkáně, je vhodné pro včasnou detekci rakoviny kůže a analýzu kožních abnormalit.
5. Zobrazování mozku: Fotoakustické zobrazování umožňuje neinvazivním způsobem získat informace o průtoku krve mozkem pro studium mozkových onemocnění, jako je mrtvice a epilepsie.
Výzvy a směry vývoje fotoakustického zobrazování:
Zdroj světlaVýběr: Průnik světla různých vlnových délek je odlišný, takže výběr správného vyvážení vlnových délek, rozlišení a hloubky průniku je náročný. Zpracování signálu: Získávání a zpracování ultrazvukových signálů vyžaduje vysokorychlostní a přesné algoritmy a klíčový je také vývoj technologie rekonstrukce obrazu. Multimodální zobrazování: Fotoakustické zobrazování lze kombinovat s dalšími zobrazovacími modalitami (jako je MRI, CT, ultrazvukové zobrazování) a poskytovat tak komplexnější biomedicínské informace.
Fotoakustické zobrazování je nová a multifunkční biomedicínská zobrazovací technologie, která se vyznačuje vysokým kontrastem, vysokým rozlišením a neinvazivními vlastnostmi. S rozvojem technologie má fotoakustické zobrazování široké uplatnění v lékařské diagnostice, základním biologickém výzkumu, vývoji léčiv a dalších oblastech.
Čas zveřejnění: 23. září 2024