Αρχές της φωτοακουστικής απεικόνισης

Αρχές της φωτοακουστικής απεικόνισης

Η φωτοακουστική απεικόνιση (PAI) είναι μια τεχνική ιατρικής απεικόνισης που συνδυάζειοπτικήκαι ακουστική για τη δημιουργία υπερηχητικών σημάτων χρησιμοποιώντας την αλληλεπίδραση τουφωςμε ιστό για λήψη εικόνων ιστών υψηλής ανάλυσης. Χρησιμοποιείται ευρέως σε βιοϊατρικά πεδία, ειδικά στην ανίχνευση όγκου, στην αγγειακή απεικόνιση, στην απεικόνιση του δέρματος και σε άλλα πεδία.

Αρχή:
1. Απορρόφηση φωτός και θερμική διαστολή: - Η φωτοακουστική απεικόνιση χρησιμοποιεί το θερμικό αποτέλεσμα που παράγεται από την απορρόφηση φωτός. Τα μόρια της χρωστικής στον ιστό (π.χ. αιμοσφαιρίνη, μελανίνη) απορροφούν φωτόνια (συνήθως κοντά στο υπέρυθρο φως), τα οποία μετατρέπονται σε θερμική ενέργεια, προκαλώντας την αύξηση των τοπικών θερμοκρασιών.
2. Η θερμική επέκταση προκαλεί υπερηχογράφημα: - Η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μικρή θερμική διαστολή του ιστού, η οποία παράγει κύματα πίεσης (δηλαδή υπερηχογράφημα).
3. Η υπερηχητική ανίχνευση: - Τα παραγόμενα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται εντός του ιστού και αυτά τα σήματα στη συνέχεια λαμβάνονται και καταγράφονται από υπερηχητικούς αισθητήρες (όπως υπερηχητικοί ανιχνευτές).
4. Ανασυγκρότηση εικόνας: Το συλλεγόμενο σήμα υπερήχων υπολογίζεται και επεξεργάζεται για την ανοικοδόμηση της εικόνας δομής και λειτουργίας του ιστού, η οποία μπορεί να παρέχει τα χαρακτηριστικά οπτικής απορρόφησης του ιστού. Πλεονεκτήματα της φωτοακουστικής απεικόνισης: Η υψηλή αντίθεση: η φωτοακουστική απεικόνιση βασίζεται στα χαρακτηριστικά απορρόφησης φωτός των ιστών και διαφορετικοί ιστοί (όπως αίμα, λίπος, μυς κ.λπ.) έχουν διαφορετικές ικανότητες για να απορροφήσουν το φως, έτσι ώστε να μπορεί να προσφέρει εικόνες υψηλής σύγκρουσης. Υψηλή ανάλυση: Χρησιμοποιώντας την υψηλή χωρική ανάλυση της υπερηχογραφίας, η φωτοακουστική απεικόνιση μπορεί να επιτύχει χιλιοστόμετρο ή ακόμα και ακρίβεια απεικόνισης υπο-χιλιομέτρου. Μη επεμβατική: Η φωτοακουστική απεικόνιση είναι μη επεμβατική, ο ελαφρύς και ο ήχος δεν θα προκαλέσει βλάβη στον ιστό, πολύ κατάλληλο για ανθρώπινη ιατρική διάγνωση. Δυνατότητα απεικόνισης βάθους: Σε σύγκριση με την παραδοσιακή οπτική απεικόνιση, η φωτοακουστική απεικόνιση μπορεί να διεισδύσει σε αρκετά εκατοστά κάτω από το δέρμα, το οποίο είναι κατάλληλο για απεικόνιση βαθιάς ιστού.

Εφαρμογή:
1. Η αγγειακή απεικόνιση:-Η φωτοακουστική απεικόνιση μπορεί να ανιχνεύσει τις ιδιότητες απορρόφησης φωτός της αιμοσφαιρίνης στο αίμα, έτσι ώστε να μπορεί να εμφανίσει με ακρίβεια τη δομή και την κατάσταση οξυγόνωσης των αιμοφόρων αγγείων για την παρακολούθηση της μικροκυκλοφορίας και των ασθενειών κρίνοντας.
2. Ανίχνευση όγκου: - Η αγγειογένεση στους ιστούς του όγκου είναι συνήθως εξαιρετικά άφθονη και η φωτοακουστική απεικόνιση μπορεί να βοηθήσει την έγκαιρη ανίχνευση όγκων ανίχνευση ανωμαλιών στην αγγειακή δομή.
3. Λειτουργική απεικόνιση: - Η φωτοακουστική απεικόνιση μπορεί να αξιολογήσει την παροχή οξυγόνου των ιστών ανιχνεύοντας τη συγκέντρωση οξυγόνωσης και δεοξυαιμοσφαιρίνης σε ιστούς, η οποία έχει μεγάλη σημασία για τη λειτουργική παρακολούθηση των ασθενειών όπως ο καρκίνος και η καρδιαγγειακή νόσο.
4. Απεικόνιση του δέρματος: - Επειδή η φωτοακουστική απεικόνιση είναι πολύ ευαίσθητη στον επιφανειακό ιστό, είναι κατάλληλη για την έγκαιρη ανίχνευση του καρκίνου του δέρματος και την ανάλυση των ανωμαλιών του δέρματος.
5. Απεικόνιση εγκεφάλου: Η φωτοακουστική απεικόνιση μπορεί να αποκτήσει πληροφορίες εγκεφαλικής ροής αίματος με μη επεμβατικό τρόπο για τη μελέτη των εγκεφαλικών παθήσεων όπως το εγκεφαλικό επεισόδιο και η επιληψία.

Προκλήσεις και κατευθύνσεις ανάπτυξης της φωτοακουστικής απεικόνισης:
Ελαφριά πηγήΕπιλογή: Η διείσδυση του φωτός διαφορετικών μηκών κύματος είναι διαφορετική, πώς να επιλέξετε τη σωστή ανάλυση ισορροπίας μήκους κύματος και το βάθος διείσδυσης είναι μια πρόκληση. Επεξεργασία σήματος: Η απόκτηση και επεξεργασία υπερηχητικών σημάτων απαιτεί υψηλής ταχύτητας και ακριβείς αλγόριθμους και η ανάπτυξη της τεχνολογίας ανακατασκευής εικόνας είναι επίσης κρίσιμη. Πολυτροπική απεικόνιση: Η φωτοακουστική απεικόνιση μπορεί να συνδυαστεί με άλλες μεθόδους απεικόνισης (όπως MRI, CT, Impure -Olding Imaging) για την παροχή πιο ολοκληρωμένων βιοϊατρικών πληροφοριών.

Η φωτοακουστική απεικόνιση είναι μια νέα και πολυλειτουργική τεχνολογία βιοϊατρικής απεικόνισης, η οποία έχει τα χαρακτηριστικά της υψηλής αντίθεσης, της υψηλής ανάλυσης και της μη επεμβατικής. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, η φωτοακουστική απεικόνιση έχει ευρείες προοπτικές εφαρμογής στην ιατρική διάγνωση, βασική έρευνα βιολογίας, ανάπτυξη φαρμάκων και άλλους τομείς.