Fotoakustiskās attēlveidošanas principi

Fotoakustiskās attēlveidošanas principi

Fotoakustiskā attēlveidošana (PAI) ir medicīniskās attēlveidošanas metode, kas apvienooptikaun akustiku, lai ģenerētu ultraskaņas signālus, izmantojot mijiedarbībugaismaar audiem, lai iegūtu augstas izšķirtspējas audu attēlus. To plaši izmanto biomedicīnas jomās, īpaši audzēju noteikšanā, asinsvadu attēlveidošanā, ādas attēlveidošanā un citās jomās.

Princips:
1. Gaismas absorbcija un termiskā izplešanās: – Fotoakustiskajā attēlveidošanā tiek izmantots gaismas absorbcijas radītais termiskais efekts. Audos esošās pigmenta molekulas (piemēram, hemoglobīns, melanīns) absorbē fotonus (parasti tuvu infrasarkano staru gaismu), kas tiek pārvērsti siltumenerģijā, izraisot lokālu temperatūras paaugstināšanos.
2. Termiskā izplešanās izraisa ultraskaņu: – Temperatūras paaugstināšanās izraisa nelielu audu termisko izplešanos, kas rada spiediena viļņus (t. i., ultraskaņu).
3. Ultraskaņas noteikšana: – Ģenerētie ultraskaņas viļņi izplatās audos, un šos signālus pēc tam uztver un reģistrē ultraskaņas sensori (piemēram, ultraskaņas zondes).
4. Attēla rekonstrukcija: savāktais ultraskaņas signāls tiek aprēķināts un apstrādāts, lai atjaunotu audu struktūras un funkcijas attēlu, kas var sniegt audu optiskās absorbcijas raksturlielumus. Fotoakustiskās attēlveidošanas priekšrocības: Augsts kontrasts: Fotoakustiskā attēlveidošana balstās uz audu gaismas absorbcijas īpašībām, un dažādiem audiem (piemēram, asinīm, taukiem, muskuļiem utt.) ir atšķirīgas spējas absorbēt gaismu, tāpēc tā var nodrošināt augsta kontrasta attēlus. Augsta izšķirtspēja: Izmantojot ultraskaņas augsto telpisko izšķirtspēju, fotoakustiskā attēlveidošana var sasniegt milimetra vai pat submilimetra attēlveidošanas precizitāti. Neinvazīva: Fotoakustiskā attēlveidošana ir neinvazīva, gaisma un skaņa nebojā audus, ļoti piemērota cilvēku medicīniskai diagnostikai. Dziļuma attēlveidošanas iespējas: Salīdzinot ar tradicionālo optisko attēlveidošanu, fotoakustiskā attēlveidošana var iekļūt vairākus centimetrus zem ādas, kas ir piemērota dziļo audu attēlveidošanai.

Pielietojums:
1. Asinsvadu attēlveidošana: – Fotoakustiskā attēlveidošana var noteikt hemoglobīna gaismu absorbējošās īpašības asinīs, tāpēc tā var precīzi attēlot asinsvadu struktūru un skābekļa statusu, lai uzraudzītu mikrocirkulāciju un spriestu par slimībām.
2. Audzēja noteikšana: – Angioģenēze audzēja audos parasti ir ārkārtīgi bagātīga, un fotoakustiskā attēlveidošana var palīdzēt agrīni atklāt audzējus, atklājot asinsvadu struktūras anomālijas.
3. Funkcionālā attēlveidošana: – Fotoakustiskā attēlveidošana var novērtēt audu skābekļa piegādi, nosakot skābekļa un deoksihemoglobīna koncentrāciju audos, kam ir liela nozīme tādu slimību kā vēzis un sirds un asinsvadu slimības funkcionālajā uzraudzībā.
4. Ādas attēlveidošana: – Tā kā fotoakustiskā attēlveidošana ir ļoti jutīga pret virspusējiem audiem, tā ir piemērota ādas vēža agrīnai atklāšanai un ādas anomāliju analīzei.
5. Smadzeņu attēlveidošana: Fotoakustiskā attēlveidošana var iegūt smadzeņu asinsrites informāciju neinvazīvā veidā, lai pētītu smadzeņu slimības, piemēram, insultu un epilepsiju.

Fotoakustiskās attēlveidošanas izaicinājumi un attīstības virzieni:
Gaismas avotsatlase: dažādu viļņu garumu gaismas caurlaidība ir atšķirīga, tāpēc pareizā viļņu garuma līdzsvara, izšķirtspējas un caurlaidības dziļuma izvēle ir izaicinājums. Signālu apstrāde: ultraskaņas signālu iegūšanai un apstrādei nepieciešami ātrdarbīgi un precīzi algoritmi, un attēlu rekonstrukcijas tehnoloģijas attīstība ir arī ļoti svarīga. Multimodāla attēlveidošana: fotoakustisko attēlveidošanu var apvienot ar citām attēlveidošanas metodēm (piemēram, MRI, CT, ultraskaņas attēlveidošanu), lai sniegtu visaptverošāku biomedicīnisko informāciju.

Fotoakustiskā attēlveidošana ir jauna un daudzfunkcionāla biomedicīniskās attēlveidošanas tehnoloģija, kam piemīt augsts kontrasts, augsta izšķirtspēja un neinvazīva iedarbība. Attīstoties tehnoloģijai, fotoakustiskajai attēlveidošanai ir plašas pielietojuma iespējas medicīniskajā diagnostikā, fundamentālajos bioloģijas pētījumos, zāļu izstrādē un citās jomās.