Prinsip pencitraan fotoakustik

Prinsip pencitraan fotoakustik

Pencitraan Photoacoustic (PAI) adalah teknik pengimejan perubatan yang menggabungkanoptikdan akustik untuk menjana isyarat ultrasonik menggunakan interaksicahayadengan tisu untuk mendapatkan imej tisu resolusi tinggi. Ia digunakan secara meluas dalam bidang biomedikal, terutamanya dalam pengesanan tumor, pengimejan vaskular, pengimejan kulit dan bidang lain.

Prinsip:
1. Penyerapan cahaya dan pengembangan haba: - Pencitraan fotoAcoustic menggunakan kesan terma yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya. Molekul pigmen dalam tisu (contohnya, hemoglobin, melanin) menyerap foton (biasanya cahaya inframerah berhampiran), yang ditukar menjadi tenaga haba, menyebabkan suhu tempatan meningkat.
2. Pengembangan haba menyebabkan ultrasound: - Peningkatan suhu membawa kepada pengembangan haba kecil tisu, yang menghasilkan gelombang tekanan (iaitu ultrasound).
3. Pengesanan ultrasonik: - Gelombang ultrasonik yang dihasilkan menyebarkan dalam tisu, dan isyarat -isyarat ini kemudiannya diterima dan direkodkan oleh sensor ultrasonik (seperti probe ultrasonik).
4. Pembinaan semula imej: Isyarat ultrasonik yang dikumpulkan dikira dan diproses untuk membina semula struktur dan fungsi imej tisu, yang dapat memberikan ciri -ciri penyerapan optik tisu. Kelebihan Pencitraan Photoacoustic: Kontras Tinggi: Pencitraan Photoacoustic bergantung pada ciri-ciri penyerapan cahaya tisu, dan tisu yang berbeza (seperti darah, lemak, otot, dan lain-lain) mempunyai kebolehan yang berbeza untuk menyerap cahaya, sehingga dapat memberikan imej kontras tinggi. Resolusi Tinggi: Menggunakan resolusi spatial tinggi ultrasound, pencitraan photoacoustic dapat mencapai milimeter atau bahkan ketepatan pengimejan sub-milimeter. Bukan invasif: Pencitraan photoacoustic tidak invasif, cahaya dan bunyi tidak akan menyebabkan kerosakan tisu, sangat sesuai untuk diagnosis perubatan manusia. Keupayaan pengimejan kedalaman: Berbanding dengan pengimejan optik tradisional, pencitraan fotoakustik dapat menembusi beberapa sentimeter di bawah kulit, yang sesuai untuk pengimejan tisu yang mendalam.

Permohonan:
1. Pencitraan vaskular:-Pencitraan photoacoustic dapat mengesan sifat penyerap cahaya hemoglobin dalam darah, jadi ia dapat memaparkan status struktur dan pengoksigenan saluran darah dengan tepat untuk memantau peredaran mikro dan menghakimi penyakit.
2. Pengesanan tumor: - Angiogenesis dalam tisu tumor biasanya sangat banyak, dan pencitraan fotoakustik dapat membantu pengesanan awal tumor dengan mengesan keabnormalan dalam struktur vaskular.
3. Pencitraan berfungsi: - Pencitraan fotoakustik dapat menilai bekalan oksigen tisu dengan mengesan kepekatan pengoksigen dan deoxyhemoglobin dalam tisu, yang sangat penting untuk pemantauan fungsi penyakit seperti kanser dan penyakit kardiovaskular.
4. Pencitraan Kulit: - Kerana pencitraan fotoakustik sangat sensitif terhadap tisu cetek, ia sesuai untuk mengesan awal kanser kulit dan analisis keabnormalan kulit.
5. Pencitraan Otak: Pencitraan Photoacoustic boleh mendapatkan maklumat aliran darah serebrum secara tidak invasif untuk mengkaji penyakit otak seperti strok dan epilepsi.

Cabaran dan Arahan Pembangunan Pencitraan Photoacoustic:
Sumber cahayaPemilihan: Penembusan cahaya panjang gelombang yang berbeza adalah berbeza, bagaimana memilih resolusi keseimbangan panjang gelombang yang betul dan kedalaman penembusan adalah satu cabaran. Pemprosesan Isyarat: Pengambilalihan dan pemprosesan isyarat ultrasonik memerlukan algoritma berkelajuan tinggi dan tepat, dan pembangunan teknologi pembinaan semula imej juga penting. Pencitraan multimodal: Pencitraan fotoakustik boleh digabungkan dengan modaliti pengimejan lain (seperti MRI, CT, pengimejan ultrasound) untuk memberikan maklumat biomedikal yang lebih komprehensif.

Pencitraan Photoacoustic adalah teknologi pengimejan biomedikal yang baru dan pelbagai fungsi, yang mempunyai ciri-ciri kontras yang tinggi, resolusi tinggi dan tidak invasif. Dengan perkembangan teknologi, pencitraan fotoakustik mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam diagnosis perubatan, penyelidikan biologi asas, pembangunan dadah dan bidang lain.