Principy fotoakustického zobrazování
Photoacoustic Imaging (PAI) je lékařská zobrazovací technika, která kombinujeoptikaa akustika pro generování ultrazvukových signálů pomocí interakcesvětlos tkání, abyste získali snímky tkáně s vysokým rozlišením. Je široce používán v biomedicínských oborech, zejména při detekci nádorů, vaskulárním zobrazování, zobrazování kůže a dalších oborech.
Princip:
1. Absorpce světla a tepelná roztažnost: – Fotoakustické zobrazování využívá tepelný efekt produkovaný absorpcí světla. Molekuly pigmentu ve tkáni (např. hemoglobin, melanin) absorbují fotony (obvykle blízké infračervené světlo), které se přeměňují na tepelnou energii, což způsobuje zvýšení místní teploty.
2. Tepelná expanze způsobuje ultrazvuk: – Zvýšení teploty vede k nepatrné tepelné expanzi tkáně, která vytváří tlakové vlny (tj. ultrazvuk).
3. Ultrazvuková detekce: – Generované ultrazvukové vlny se šíří tkání a tyto signály jsou následně přijímány a zaznamenávány ultrazvukovými senzory (jako jsou ultrazvukové sondy).
4. Rekonstrukce obrazu: shromážděný ultrazvukový signál je vypočítán a zpracován za účelem obnovení struktury a funkčního obrazu tkáně, který může poskytnout optické absorpční charakteristiky tkáně. Výhody fotoakustického zobrazování: Vysoký kontrast: Fotoakustické zobrazování závisí na vlastnostech absorpce světla tkání a různé tkáně (jako je krev, tuk, svaly atd.) mají různé schopnosti absorbovat světlo, takže mohou poskytovat vysoce kontrastní obrazy. Vysoké rozlišení: Pomocí vysokého prostorového rozlišení ultrazvuku může fotoakustické zobrazování dosáhnout milimetrové nebo dokonce submilimetrové přesnosti zobrazení. Neinvazivní: Fotoakustické zobrazování je neinvazivní, světlo a zvuk nezpůsobí poškození tkáně, velmi vhodné pro humánní 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. Cévní zobrazování: – Fotoakustické zobrazování dokáže detekovat vlastnosti hemoglobinu v krvi pohlcující světlo, takže může přesně zobrazit strukturu a stav okysličení krevních cév pro sledování mikrocirkulace a posuzování onemocnění.
2. Detekce nádoru: – Angiogeneze v nádorových tkáních je obvykle extrémně hojná a fotoakustické zobrazování může pomoci včasné detekci nádorů tím, že odhalí abnormality ve struktuře cév.
3. Funkční zobrazování: – Fotoakustické zobrazování může hodnotit zásobení tkání kyslíkem pomocí detekce koncentrace okysličení a deoxyhemoglobinu ve tkáních, což má velký význam pro funkční sledování onemocnění, jako je rakovina a kardiovaskulární onemocnění.
4. Zobrazování kůže: – Protože je fotoakustické zobrazování velmi citlivé na povrchovou tkáň, je vhodné pro včasnou detekci rakoviny kůže a analýzu kožních abnormalit.
5. Zobrazování mozku: Fotoakustické zobrazování může získat informace o průtoku krve mozkem neinvazivním způsobem pro studium onemocnění mozku, jako je mrtvice a epilepsie.
Výzvy a směry vývoje fotoakustického zobrazování:
Světelný zdrojvýběr: Průnik světla různých vlnových délek je odlišný, jak zvolit správné rozlišení vyvážení vlnových délek a hloubku průniku je problém. Zpracování signálu: Získávání a zpracování ultrazvukových signálů vyžaduje vysokorychlostní a přesné algoritmy a zásadní je také vývoj technologie rekonstrukce obrazu. Multimodální zobrazování: Fotoakustické zobrazování lze kombinovat s jinými 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 neinvazivní. S rozvojem technologie má fotoakustické zobrazování široké možnosti uplatnění v lékařské diagnostice, základním biologickém výzkumu, vývoji léků a dalších oblastech.
Čas odeslání: 23. září 2024