Principiile imagisticii fotoacustice

Principiile imagisticii fotoacustice

Imagistica fotoacustică (PAI) este o tehnică de imagistică medicală care combinăopticăși 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: – Imagistica fotoacustică utilizează efectul termic produs de absorbția luminii. Moleculele de pigment din țesut (de exemplu, hemoglobina, melanina) absorb fotoni (de obicei, lumină în infraroșu apropiat), care sunt transformați în energie termică, determinând creșterea temperaturilor locale.
2. Expansiunea termică provoacă ultrasunete: – Creșterea temperaturii duce la o mică expansiune termică a țesutului, care produce unde de presiune (adică ultrasunete).
3. Detecție cu ultrasunete: – Undele ultrasonice generate se propagă în țesut, iar aceste semnale sunt ulterior recepționate și înregistrate de senzori cu ultrasunete (cum ar fi sondele cu ultrasunete).
4. Reconstrucția imaginii: semnalul ultrasonic colectat este calculat și procesat pentru a reconstrui imaginea structurii și funcției țesutului, ceea ce poate oferi caracteristicile de absorbție optică ale țesutului. Avantajele imagisticii fotoacustice: Contrast ridicat: Imagistica fotoacustică se bazează pe caracteristicile de absorbție a luminii ale țesuturilor, iar diferite țesuturi (cum ar fi sângele, grăsimea, mușchii etc.) au capacități diferite de a absorbi lumina, astfel încât poate oferi imagini cu contrast ridicat. Rezoluție înaltă: Folosind rezoluția spațială ridicată a ultrasunetelor, imagistica fotoacustică poate atinge o precizie a imagisticii milimetrice sau chiar submilimetrice. Neinvazivă: Imagistica fotoacustică este neinvazivă, lumina și sunetul nu vor provoca leziuni tisulare, foarte potrivită pentru diagnosticul medical uman. Capacitate de imagistică în profunzime: Comparativ cu imagistica optică tradițională, imagistica fotoacustică poate pătrunde câțiva centimetri sub piele, ceea ce este potrivit pentru imagistica țesuturilor profunde.

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

Provocări și direcții de dezvoltare ale imagisticii fotoacustice:
Sursă de luminăselecție: Penetrarea luminii la diferite lungimi de undă este diferită, alegerea echilibrului potrivit între rezoluție și adâncimea de penetrare reprezintă o provocare. Prelucrarea semnalelor: Achiziția și procesarea semnalelor ultrasonice necesită algoritmi de mare viteză și preciși, iar dezvoltarea tehnologiei de reconstrucție a imaginii este, de asemenea, crucială. Imagistică 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 nouă și multifuncțională de imagistică biomedicală, care are caracteristici de contrast ridicat, rezoluție înaltă și neinvazivă. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, imagistica fotoacustică are perspective largi de aplicare în diagnosticul medical, cercetarea biologică fundamentală, dezvoltarea de medicamente și alte domenii.