Principiile imaginii fotoacustice

Principiile imaginii fotoacustice

Imagistica fotoacustică (PAI) este o tehnică de imagistică medicală care combinăopticași acustică pentru a genera semnale ultrasonice folosind interacțiunea dintreaprindecu țesut pentru a obține imagini de țesut de înaltă rezoluție. Este utilizat pe scară largă în domeniile biomedicale, în special în detectarea tumorilor, imagistica vasculară, imagistica pielii și alte domenii.

Principiu:
1. Absorbția luminii și expansiunea termică: – Imaginile fotoacustice utilizează efectul termic produs de absorbția luminii. Moleculele de pigment din țesut (de exemplu, hemoglobina, melanina) absorb fotonii (de obicei lumina infraroșie apropiată), care sunt transformați în energie termică, determinând creșterea temperaturii locale.
2. Expansiunea termică provoacă ultrasunete: – Creșterea temperaturii duce la o dilatare termică minusculă a țesutului, care produce unde de presiune (adică ultrasunete).
3. Detectare cu ultrasunete: – Undele ultrasonice generate se propagă în țesut, iar aceste semnale sunt ulterior recepționate și înregistrate de senzori ultrasonici (cum ar fi sondele ultrasonice).
4. Reconstituirea imaginii: semnalul ultrasonic colectat este calculat și procesat pentru a reconstrui structura și imaginea funcțională a țesutului, care poate oferi caracteristicile de absorbție optică ale țesutului. Avantajele imaginii fotoacustice: Contrast ridicat: Imaginile fotoacustice se bazează pe caracteristicile de absorbție a luminii ale țesuturilor, iar diferitele țesuturi (cum ar fi sângele, grăsimea, mușchii etc.) au abilități diferite de a absorbi lumina, astfel încât să poată oferi imagini cu contrast ridicat. Rezoluție înaltă: folosind rezoluția spațială mare a ultrasunetelor, imagistica fotoacustică poate obține o precizie milimetrică sau chiar submilimetrică a imaginii. Non-invaziv: Imagistica fotoacustică este non-invazivă, lumina și sunetul nu vor provoca leziuni tisulare, foarte potrivite pentru diagnosticul medical uman. Capacitate de imagine în profunzime: în comparație cu imagistica optică tradițională, imagistica fotoacustică poate pătrunde la câțiva centimetri sub piele, ceea ce este potrivit pentru imagistica țesutului profund.

Aplicație:
1. Imagistica vasculară: – Imagistica fotoacustică poate detecta proprietățile de absorbție a luminii ale hemoglobinei din sânge, astfel încât să poată afișa cu precizie structura și starea de oxigenare a vaselor de sânge pentru monitorizarea microcirculației și aprecierea bolilor.
2. Detectarea tumorilor: – Angiogeneza în țesuturile tumorale este de obicei extrem de abundentă, iar imagistica fotoacustică poate ajuta la depistarea precoce a tumorilor prin detectarea anomaliilor structurii vasculare.
3. Imagistica funcțională: – Imagistica fotoacustică poate evalua aportul de oxigen al țesuturilor prin detectarea concentrației de oxigenare și deoxihemoglobină în țesuturi, ceea ce are o mare importanță pentru monitorizarea funcțională a bolilor precum cancerul și bolile cardiovasculare.
4. Imagistica cutanată: – Deoarece imagistica fotoacustică este foarte sensibilă la țesutul superficial, este potrivită pentru depistarea precoce a cancerului de piele și analiza anomaliilor pielii.
5. Imagistica creierului: Imagistica fotoacustică poate obține informații despre fluxul sanguin cerebral într-o manieră neinvazivă pentru studiul bolilor creierului, cum ar fi accidentul vascular cerebral și epilepsia.

Provocări și direcții de dezvoltare ale imaginii fotoacustice:
Sursa de luminaselecție: pătrunderea luminii de diferite lungimi de undă este diferită, cum să alegeți rezoluția corectă a echilibrului lungimii de undă și adâncimea de penetrare este o provocare. Prelucrarea semnalului: achiziția și procesarea semnalelor ultrasonice necesită algoritmi de mare viteză și precisi, iar dezvoltarea tehnologiei de reconstrucție a imaginii este, de asemenea, crucială. Imagistica multimodală: Imagistica fotoacustică poate fi combinată cu alte modalități de imagistică (cum ar fi RMN, CT, imagistica cu ultrasunete) pentru a oferi informații biomedicale mai cuprinzătoare.

Imagistica fotoacustică este o tehnologie de imagistică biomedicală nouă și multifuncțională, care are caracteristicile unui contrast ridicat, rezoluție înaltă și non-invazivă. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, imagistica fotoacustică are perspective largi de aplicare în diagnosticul medical, cercetarea în biologie de bază, dezvoltarea medicamentelor și în alte domenii.