Fotoakustiskās attēlveidošanas principi

Fotoakustiskās attēlveidošanas principi

Fotoakustiskā attēlveidošana (PAI) ir medicīnas attēlveidošanas tehnika, kas apvienooptikaun akustika, lai radītu ultraskaņas signālus, izmantojot mijiedarbību argaismasar 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: – Fotoakustiskā attēlveidošana izmanto siltuma efektu, ko rada gaismas absorbcija. Pigmenta molekulas audos (piemēram, hemoglobīns, melanīns) absorbē fotonus (parasti tuvu infrasarkano staru), kas tiek pārvērsti siltumenerģijā, izraisot vietējās temperatūras paaugstināšanos.
2. Termiskā izplešanās izraisa ultraskaņu: – Temperatūras paaugstināšanās izraisa nelielu audu termisko izplešanos, kas rada spiediena viļņus (ti, ultraskaņu).
3. Ultraskaņas noteikšana: – ģenerētie ultraskaņas viļņi izplatās audos, un pēc tam šos signālus uztver un reģistrē ultraskaņas sensori (piemēram, ultraskaņas zondes).
4. Attēla rekonstrukcija: savākto ultraskaņas signālu aprēķina un apstrādā, lai atjaunotu audu struktūru un funkciju attēlu, kas var nodrošināt audu optiskās absorbcijas īpašības. Fotoakustiskās attēlveidošanas priekšrocības: augsts kontrasts: fotoakustiskā attēlveidošana balstās uz audu gaismas absorbcijas īpašībām, un dažādiem audiem (piemēram, asinīm, taukiem, muskuļiem utt.) ir atšķirīga spēja absorbēt gaismu, tāpēc tā var nodrošināt augsta kontrasta attēlus. Augsta izšķirtspēja: izmantojot ultraskaņas augsto telpisko izšķirtspēju, fotoakustiskā attēlveidošana var sasniegt milimetru vai pat submilimetru attēlveidošanas precizitāti. Neinvazīva: fotoakustiskā attēlveidošana ir neinvazīva, gaisma un skaņa neizraisīs audu bojājumus, ļoti piemērota cilvēku medicīniskai diagnostikai. Dziļuma attēlveidošanas iespēja: Salīdzinot ar tradicionālo optisko attēlveidošanu, fotoakustiskā attēlveidošana var iekļūt zem ādas vairākus centimetrus, kas ir piemērota dziļu audu attēlveidošanai.

Pielietojums:
1. Asinsvadu attēlveidošana: – Fotoakustiskā attēlveidošana var noteikt hemoglobīna gaismu absorbējošās īpašības asinīs, tāpēc tā var precīzi parādīt asinsvadu struktūru un skābekļa stāvokli, lai uzraudzītu mikrocirkulāciju un novērtētu slimības.
2. Audzēja noteikšana: – Angioģenēze audzēja audos parasti ir ārkārtīgi bagātīga, un fotoakustiskā attēlveidošana var palīdzēt agrīni atklāt audzējus, atklājot asinsvadu struktūras novirzes.
3. Funkcionālā attēlveidošana: – Fotoakustiskā attēlveidošana var novērtēt audu apgādi ar skābekli, nosakot skābekļa un deoksihemoglobīna koncentrāciju audos, kam ir liela nozīme tādu slimību funkcionālajā uzraudzībā kā vēzis un sirds un asinsvadu slimības.
4. Ādas attēlveidošana: – Tā kā fotoakustiskā attēlveidošana ir ļoti jutīga pret virspusējiem audiem, tā ir piemērota agrīnai ādas vēža noteikšanai un ādas anomāliju analīzei.
5. Smadzeņu attēlveidošana. Fotoakustiskā attēlveidošana var iegūt informāciju par smadzeņu asins plūsmu neinvazīvā veidā smadzeņu slimību, piemēram, insulta un epilepsijas, izpētei.

Fotoakustiskās attēlveidošanas izaicinājumi un attīstības virzieni:
Gaismas avotsatlase: dažādu viļņu garumu gaismas caurlaidība ir atšķirīga, kā izvēlēties pareizo viļņu garuma līdzsvara izšķirtspēju un iespiešanās dziļumu ir izaicinājums. Signālu apstrāde: Ultraskaņas signālu iegūšanai un apstrādei ir nepieciešami ātrdarbīgi un precīzi algoritmi, un arī attēla rekonstrukcijas tehnoloģiju attīstība ir ļoti svarīga. Multimodāla attēlveidošana: fotoakustisko attēlveidošanu var apvienot ar citām attēlveidošanas metodēm (piemēram, MRI, CT, ultraskaņas attēlveidošanu), lai sniegtu visaptverošāku biomedicīnas informāciju.

Fotoakustiskā attēlveidošana ir jauna un daudzfunkcionāla biomedicīnas attēlveidošanas tehnoloģija, kurai piemīt augsta kontrasta, augstas izšķirtspējas un neinvazīvas īpašības. Attīstoties tehnoloģijām, fotoakustiskajai attēlveidošanai ir plašas pielietojuma iespējas medicīniskajā diagnostikā, bioloģijas pamatpētījumos, zāļu izstrādē un citās jomās.