Principi fotoakustičnog snimanja

Principi fotoakustičnog snimanja

Fotoakustično snimanje (PAI) je medicinska tehnika snimanja koja kombiniraoptikai akustiku za generiranje ultrazvučnih signala korištenjem interakcijesvjetlos tkivom za dobivanje slika tkiva visoke rezolucije. Široko se koristi u biomedicinskim područjima, posebno u otkrivanju tumora, vaskularnom snimanju, snimanju kože i drugim područjima.

Načelo:
1. Apsorpcija svjetlosti i toplinsko širenje: – Fotoakustično snimanje koristi toplinski učinak koji nastaje apsorpcijom svjetlosti. Molekule pigmenta u tkivu (npr. hemoglobin, melanin) apsorbiraju fotone (obično svjetlost bliskog infracrvenog zračenja), koji se pretvaraju u toplinsku energiju, uzrokujući porast lokalne temperature.
2. Toplinsko širenje uzrokuje ultrazvuk: – Porast temperature dovodi do malog toplinskog širenja tkiva, što proizvodi tlačne valove (tj. ultrazvuk).
3. Ultrazvučna detekcija: – Generirani ultrazvučni valovi šire se unutar tkiva, a te signale potom primaju i bilježe ultrazvučni senzori (kao što su ultrazvučne sonde).
4. Rekonstrukcija slike: prikupljeni ultrazvučni signal izračunava se i obrađuje kako bi se obnovila slika strukture i funkcije tkiva, što može pružiti karakteristike optičke apsorpcije tkiva. Prednosti fotoakustičnog snimanja: Visoki kontrast: Fotoakustično snimanje oslanja se na karakteristike apsorpcije svjetlosti tkiva, a različita tkiva (poput krvi, masti, mišića itd.) imaju različite sposobnosti apsorpcije svjetlosti, tako da može pružiti slike visokog kontrasta. Visoka rezolucija: Korištenjem visoke prostorne rezolucije ultrazvuka, fotoakustično snimanje može postići milimetarsku ili čak submilimetarsku točnost snimanja. Neinvazivno: Fotoakustično snimanje je neinvazivno, svjetlost i zvuk neće uzrokovati oštećenje tkiva, vrlo je pogodno za medicinsku dijagnostiku kod ljudi. Mogućnost dubinskog snimanja: U usporedbi s tradicionalnim optičkim snimanjem, fotoakustično snimanje može prodrijeti nekoliko centimetara ispod kože, što je pogodno za snimanje dubokog tkiva.

Primjena:
1. Vaskularno snimanje: – Fotoakustično snimanje može detektirati svojstva hemoglobina u krvi koja apsorbira svjetlost, tako da može točno prikazati strukturu i status oksigenacije krvnih žila za praćenje mikrocirkulacije i procjenu bolesti.
2. Otkrivanje tumora: – Angiogeneza u tumorskim tkivima obično je izuzetno obilna, a fotoakustično snimanje može pomoći u ranom otkrivanju tumora otkrivanjem abnormalnosti u vaskularnoj strukturi.
3. Funkcionalno snimanje: – Fotoakustično snimanje može procijeniti opskrbu tkiva kisikom detektiranjem koncentracije oksigenacije i deoksihemoglobina u tkivima, što je od velikog značaja 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: Fotoakustično snimanje može dobiti informacije o protoku krvi u mozgu na neinvazivan način za proučavanje bolesti mozga poput moždanog udara i epilepsije.

Izazovi i smjerovi razvoja fotoakustičnog snimanja:
Izvor svjetlostiOdabir: Prodiranje svjetlosti različitih valnih duljina je različito, pa je odabir prave ravnoteže valnih duljina, rezolucije i dubine prodiranja izazov. Obrada signala: Prikupljanje i obrada ultrazvučnih signala zahtijevaju brze i točne algoritme, a razvoj tehnologije rekonstrukcije slike također je ključan. Multimodalno snimanje: Fotoakustično snimanje može se kombinirati s drugim modalitetima snimanja (kao što su MRI, CT, ultrazvučno snimanje) kako bi se pružile sveobuhvatnije biomedicinske informacije.

Fotoakustično snimanje je nova i višenamjenska biomedicinska tehnologija snimanja koja ima karakteristike visokog kontrasta, visoke rezolucije i neinvazivnosti. Razvojem tehnologije, fotoakustično snimanje ima široke mogućnosti primjene u medicinskoj dijagnostici, istraživanjima osnovne biologije, razvoju lijekova i drugim područjima.