Principi fotoakustičke slike

Principi fotoakustičke slike

Fotoakustička slika (PAI) je tehnika medicinskog snimanja koja kombiniraoptikai akustiku za generiranje ultrazvučnih signala korištenjem interakcijesvjetlotkivom za dobivanje slika tkiva visoke rezolucije. Široko se koristi u biomedicinskim poljima, posebno u otkrivanju tumora, vaskularnom oslikavanju, oslikavanju kože i drugim poljima.

Načelo:
1. Apsorpcija svjetla i toplinsko širenje: – Fotoakustičko snimanje koristi toplinski učinak koji nastaje apsorpcijom svjetla. Molekule pigmenta u tkivu (npr. hemoglobin, melanin) apsorbiraju fotone (obično svjetlo blisko infracrvenom), koji se pretvaraju u toplinsku energiju, uzrokujući porast lokalne temperature.
2. Toplinsko širenje uzrokuje ultrazvuk: – Porast temperature dovodi do malenog toplinskog širenja tkiva, što proizvodi tlačne valove (tj. ultrazvuk).
3. Ultrazvučna detekcija: – Generirani ultrazvučni valovi šire se unutar tkiva, a te signale naknadno primaju i bilježe ultrazvučni senzori (kao što su ultrazvučne sonde).
4. Rekonstrukcija slike: prikupljeni ultrazvučni signal izračunava se i obrađuje kako bi se ponovno izgradila slika strukture i funkcije tkiva, što može pružiti karakteristike optičke apsorpcije tkiva. Prednosti fotoakustičke slike: Visoki kontrast: Fotoakustička slika se oslanja na karakteristike apsorpcije svjetlosti tkiva, a različita tkiva (kao što su krv, masno tkivo, mišići itd.) imaju različite sposobnosti apsorbiranja svjetlosti, tako da mogu dati slike visokog kontrasta. Visoka razlučivost: korištenjem visoke prostorne razlučivosti ultrazvuka, fotoakustičko snimanje može postići milimetarsku ili čak submilimetarsku točnost slike. Neinvazivno: Fotoakustičko snimanje je neinvazivno, svjetlo i zvuk neće uzrokovati oštećenje tkiva, vrlo pogodno za medicinsku dijagnozu kod ljudi. Mogućnost dubinskog snimanja: U usporedbi s tradicionalnim optičkim snimanjem, fotoakustičko snimanje može prodrijeti nekoliko centimetara ispod kože, što je prikladno za snimanje dubokog tkiva.

Primjena:
1. Vaskularno oslikavanje: – Fotoakustičko oslikavanje može detektirati svojstva hemoglobina u krvi upijanja svjetlosti, tako da može točno prikazati strukturu i status oksigenacije krvnih žila za praćenje mikrocirkulacije i prosuđivanje bolesti.
2. Otkrivanje tumora: – Angiogeneza u tumorskim tkivima obično je iznimno obilna, a fotoakustička slika može pomoći u ranom otkrivanju tumora otkrivanjem abnormalnosti u vaskularnoj strukturi.
3. Funkcionalno snimanje: – Fotoakustičko snimanje može procijeniti opskrbljenost tkiva kisikom otkrivanjem koncentracije oksigenacije i deoksihemoglobina u tkivima, što je od velike važnosti za funkcionalno praćenje bolesti poput raka i kardiovaskularnih bolesti.
4. Snimanje kože: – Budući da je fotoakustično snimanje vrlo osjetljivo na površinsko tkivo, prikladno je za rano otkrivanje raka kože i analizu abnormalnosti kože.
5. Snimanje mozga: Fotoakustičko snimanje može dobiti informacije o cerebralnom protoku krvi na neinvazivan način za proučavanje bolesti mozga kao što su moždani udar i epilepsija.

Izazovi i pravci razvoja fotoakustičke slike:
Izvor svjetlostiodabir: Prodiranje svjetlosti različitih valnih duljina je različito, kako odabrati pravu rezoluciju ravnoteže valne duljine i dubinu prodiranja je izazov. Obrada signala: Akvizicija i obrada ultrazvučnih signala zahtijevaju brze i točne algoritme, a razvoj tehnologije rekonstrukcije slike također je ključan. Multimodalno snimanje: Fotoakustičko snimanje može se kombinirati s drugim načinima snimanja (kao što su MRI, CT, ultrazvučno snimanje) kako bi se pružile sveobuhvatnije biomedicinske informacije.

Fotoakustička slika je nova i višenamjenska biomedicinska tehnologija snimanja, koja ima karakteristike visokog kontrasta, visoke rezolucije i neinvazivne. S razvojem tehnologije, fotoakustička slika ima široke izglede za primjenu u medicinskoj dijagnostici, osnovnim biološkim istraživanjima, razvoju lijekova i drugim područjima.