Принципи фотоакустичного зображення

Принципи фотоакустичного зображення

Фотокустична візуалізація (PAI) - це техніка медичної візуалізації, яка поєднуєоптикаі акустика для створення ультразвукових сигналів за допомогою взаємодіїсвітлийз тканиною для отримання тканинних зображень з високою роздільною здатністю. Він широко використовується в біомедичних полях, особливо при виявленні пухлини, судинних візуалізаціях, візуалізації шкіри та інших полях.

Принцип:
1. Поглинання світла та теплове розширення: - Фотоакустичне зображення використовує тепловий ефект, що утворюється за допомогою поглинання світла. Молекули пігменту в тканині (наприклад, гемоглобін, меланін) поглинають фотони (зазвичай майже інфрачервоне світло), які перетворюються на теплову енергію, внаслідок чого місцеві температури піднімаються.
2. Теплове розширення викликає ультразвукове дослідження: - Підвищення температури призводить до крихітного теплового розширення тканини, яка виробляє хвилі тиску (тобто ультразвукове дослідження).
3. Ультразвукове виявлення: - Створені ультразвукові хвилі поширюються в тканині, і ці сигнали згодом отримані та реєструються ультразвуковими датчиками (наприклад, ультразвуковими зондами).
4. Реконструкція зображення: Зібраний ультразвуковий сигнал обчислюється та обробляється для відновлення структури та функціонального зображення тканини, що може забезпечити оптичні характеристики абсорбції тканини. Переваги фотоакустичної візуалізації: високий контраст: фотоакустична візуалізація покладається на характеристики тканин світла та різні тканини (наприклад, кров, жир, м’язи тощо) мають різні здібності до поглинання світла, щоб він міг забезпечити зображення високої контрастності. Висока роздільна здатність: Використання високої просторової роздільної здатності ультразвуку, фотоакустична візуалізація може досягти міліметрової або навіть субміліметрової точності візуалізації. Неінвазивний: фотоакустична візуалізація неінвазивна, легка та звук не спричинить пошкодження тканин, дуже придатна для медичної діагностики людини. Здатність зображень глибини: порівняно з традиційною оптичною візуалізацією, фотоакустична візуалізація може проникнути на кілька сантиметрів під шкірою, що підходить для глибокої тканинної візуалізації.

Застосування:
1. Судинна візуалізація:-Фотокустична візуалізація може виявити в крові світло-поглиблюючі властивості гемоглобіну, тому він може точно відображати структуру та оксигенацію судин для моніторингу мікроциркуляцій та суддівських захворювань.
2. Виявлення пухлин: - Ангіогенез у тканинах пухлини зазвичай надзвичайно рясно, а фотоакустична візуалізація може допомогти ранньому виявленню пухлин шляхом виявлення порушень у судинній структурі.
3. Функціональна візуалізація: - Фотокустична візуалізація може оцінити подачу тканин кисню шляхом виявлення концентрації кисня та дезоксигемоглобіну в тканинах, що має велике значення для функціонального моніторингу захворювань, таких як рак та серцево -судинні захворювання.
4. Зображення шкіри: - Оскільки фотоакустична візуалізація дуже чутлива до поверхневої тканини, вона підходить для раннього виявлення раку шкіри та аналізу шкірних порушень.
5. Зображення мозку: фотоакустична візуалізація може отримати інформацію про мозковий кровотік неінвазивно для вивчення захворювань мозку, таких як інсульт та епілепсія.

Виклики та напрямки розвитку фотоакустичного зображення:
Джерело світлаВибір: проникнення світла різних довжин хвиль різний, як вибрати резолюцію балансу правої довжини хвилі та глибина проникнення - це завдання. Обробка сигналів: Придбання та обробка ультразвукових сигналів потребують високошвидкісних та точних алгоритмів, а також розвиток технології реконструкції зображень також має вирішальне значення. Мультимодальна візуалізація: фотоакустичне зображення можна поєднувати з іншими способами візуалізації (такими як МРТ, КТ, ультразвукове зображення), щоб надати більш всебічну біомедичну інформацію.

Фотокустична візуалізація-це нова та багатофункціональна технологія біомедичної візуалізації, яка має характеристики високого контрасту, високої роздільної здатності та неінвазивної. З розвитком технологій фотоакустичне зображення має широкі перспективи застосування в медичній діагностиці, основних дослідженнях біології, розробки наркотиків та інших галузей.