Принципи фотоакустичного зображення

Принципи фотоакустичного зображення

Фотоакустична візуалізація (PAI) — це медичний метод візуалізації, який поєднуєоптикаі акустика для генерації ультразвукових сигналів за допомогою взаємодіїсвітлоз тканиною для отримання зображень тканини з високою роздільною здатністю. Він широко використовується в біомедичних галузях, особливо у виявленні пухлин, судинних зображень, зображень шкіри та інших областях.

принцип:
1. Поглинання світла та теплове розширення: – Фотоакустичне зображення використовує тепловий ефект, спричинений поглинанням світла. Молекули пігменту в тканині (наприклад, гемоглобіну, меланіну) поглинають фотони (зазвичай ближнє інфрачервоне світло), які перетворюються на теплову енергію, викликаючи підвищення місцевої температури.
2. Теплове розширення викликає ультразвук: – Підвищення температури призводить до незначного теплового розширення тканини, що створює хвилі тиску (тобто ультразвук).
3. Ультразвукове виявлення: – Генеровані ультразвукові хвилі поширюються всередині тканини, і ці сигнали згодом приймаються та реєструються ультразвуковими датчиками (такими як ультразвукові зонди).
4. Реконструкція зображення: зібраний ультразвуковий сигнал обчислюється та обробляється для відновлення структури та функціонального зображення тканини, що може забезпечити характеристики оптичного поглинання тканини. Переваги фотоакустичної візуалізації: висока контрастність: фотоакустична візуалізація базується на характеристиках поглинання світла тканинами, а різні тканини (такі як кров, жир, м’язи тощо) мають різну здатність поглинати світло, тому можуть створювати висококонтрастні зображення. Висока роздільна здатність: використовуючи високу просторову роздільну здатність ультразвуку, фотоакустичне зображення може досягти міліметрової або навіть субміліметрової точності зображення. Неінвазивність: фотоакустичне зображення є неінвазивним, світло та звук не призводять до пошкодження тканин, дуже підходить для медичної діагностики людини. Можливість отримання глибинного зображення: порівняно з традиційним оптичним зображенням, фотоакустичне зображення може проникати на кілька сантиметрів під шкіру, що підходить для глибокого зображення тканин.

застосування:
1. Зображення судин: – Фотоакустичне зображення може виявити світлопоглинальні властивості гемоглобіну в крові, тому воно може точно відображати структуру та стан оксигенації кровоносних судин для моніторингу мікроциркуляції та визначення захворювань.
2. Виявлення пухлин: – Ангіогенез у пухлинних тканинах зазвичай надзвичайно інтенсивний, і фотоакустичне зображення може допомогти ранньому виявленню пухлин шляхом виявлення аномалій у структурі судин.
3. Функціональне зображення: – Фотоакустичне зображення може оцінити постачання тканин киснем шляхом визначення концентрації оксигенації та дезоксигемоглобіну в тканинах, що має велике значення для функціонального моніторингу таких захворювань, як рак і серцево-судинні захворювання.
4. Зображення шкіри: – Оскільки фотоакустичне зображення дуже чутливе до поверхневих тканин, воно підходить для раннього виявлення раку шкіри та аналізу аномалій шкіри.
5. Візуалізація мозку: фотоакустична візуалізація може отримати інформацію про церебральний кровотік неінвазивним способом для дослідження захворювань мозку, таких як інсульт та епілепсія.

Проблеми та напрями розвитку фотоакустичної візуалізації:
Джерело світлаВибір: Проникнення світла різних довжин хвиль різне, тому як вибрати правильну роздільну здатність балансу довжини хвилі та глибину проникнення є проблемою. Обробка сигналів: отримання та обробка ультразвукових сигналів потребують високошвидкісних і точних алгоритмів, а розробка технології реконструкції зображень також має вирішальне значення. Мультимодальна візуалізація: фотоакустичну візуалізацію можна поєднувати з іншими методами візуалізації (такими як МРТ, КТ, ультразвукове зображення), щоб надати більш повну біомедичну інформацію.

Фотоакустична візуалізація — це нова багатофункціональна біомедична технологія візуалізації, яка має характеристики високого контрасту, високої роздільної здатності та неінвазивності. З розвитком технологій фотоакустична візуалізація має широкі перспективи застосування в медичній діагностиці, фундаментальних біологічних дослідженнях, розробці ліків та інших областях.