Prinsip pengimejan fotoakustik

Prinsip pengimejan fotoakustik

Pengimejan Fotoakustik (PAI) ialah teknik pengimejan perubatan yang menggabungkanoptikdan akustik untuk menghasilkan isyarat ultrasonik menggunakan interaksicahayadengan tisu untuk mendapatkan imej tisu beresolusi tinggi. Ia digunakan secara meluas dalam bidang bioperubatan, terutamanya dalam pengesanan tumor, pengimejan vaskular, pengimejan kulit dan bidang lain.

Prinsip:
1. Penyerapan cahaya dan pengembangan haba: – Pengimejan fotoakustik menggunakan kesan haba yang dihasilkan oleh penyerapan cahaya. Molekul pigmen dalam tisu (contohnya, hemoglobin, melanin) menyerap foton (biasanya cahaya inframerah dekat), yang ditukarkan menjadi tenaga haba, menyebabkan suhu tempatan meningkat.
2. Pengembangan haba menyebabkan ultrasound: – Kenaikan suhu membawa kepada pengembangan haba yang kecil pada tisu, yang menghasilkan gelombang tekanan (iaitu ultrasound).
3. Pengesanan ultrasonik: – Gelombang ultrasonik yang dihasilkan merambat di dalam tisu, dan isyarat ini kemudiannya diterima dan dirakam oleh sensor ultrasonik (seperti prob ultrasonik).
4. Pembinaan semula imej: isyarat ultrasonik yang dikumpul dikira dan diproses untuk membina semula imej struktur dan fungsi tisu, yang boleh memberikan ciri-ciri penyerapan optik tisu. Kelebihan pengimejan fotoakustik: Kontras tinggi: Pengimejan fotoakustik bergantung pada ciri-ciri penyerapan cahaya tisu, dan tisu yang berbeza (seperti darah, lemak, otot, dll.) mempunyai keupayaan yang berbeza untuk menyerap cahaya, jadi ia boleh memberikan imej kontras tinggi. Resolusi tinggi: Menggunakan resolusi spatial ultrasound yang tinggi, pengimejan fotoakustik boleh mencapai ketepatan pengimejan milimeter atau sub-milimeter. Bukan invasif: Pengimejan fotoakustik adalah bukan invasif, cahaya dan bunyi tidak akan menyebabkan kerosakan tisu, sangat sesuai untuk diagnosis perubatan manusia. Keupayaan pengimejan kedalaman: Berbanding dengan pengimejan optik tradisional, pengimejan fotoakustik boleh menembusi beberapa sentimeter di bawah kulit, yang sesuai untuk pengimejan tisu dalam.

Permohonan:
1. Pengimejan vaskular: – Pengimejan fotoakustik dapat mengesan sifat hemoglobin yang menyerap cahaya dalam darah, jadi ia dapat memaparkan struktur dan status pengoksigenan saluran darah dengan tepat untuk memantau peredaran mikro dan menilai penyakit.
2. Pengesanan tumor: – Angiogenesis dalam tisu tumor biasanya sangat banyak, dan pengimejan fotoakustik dapat membantu pengesanan awal tumor dengan mengesan keabnormalan dalam struktur vaskular.
3. Pengimejan berfungsi: – Pengimejan fotoakustik boleh menilai bekalan oksigen tisu dengan mengesan kepekatan pengoksigenan dan deoksihemoglobin dalam tisu, yang sangat penting untuk pemantauan fungsi penyakit seperti kanser dan penyakit kardiovaskular.
4. Pengimejan kulit: – Oleh kerana pengimejan fotoakustik sangat sensitif terhadap tisu superfisial, ia sesuai untuk pengesanan awal kanser kulit dan analisis keabnormalan kulit.
5. Pengimejan otak: Pengimejan fotoakustik boleh mendapatkan maklumat aliran darah serebrum dengan cara yang tidak invasif untuk kajian penyakit otak seperti strok dan epilepsi.

Cabaran dan hala tuju pembangunan pengimejan fotoakustik:
Sumber cahayaPemilihan: Penembusan cahaya bagi panjang gelombang yang berbeza adalah berbeza, cara memilih keseimbangan panjang gelombang yang betul, resolusi dan kedalaman penembusan adalah satu cabaran. Pemprosesan isyarat: Pemerolehan dan pemprosesan isyarat ultrasonik memerlukan algoritma berkelajuan tinggi dan tepat, dan pembangunan teknologi pembinaan semula imej juga penting. Pengimejan multimodal: Pengimejan fotoakustik boleh digabungkan dengan modaliti pengimejan lain (seperti MRI, CT, pengimejan ultrasound) untuk memberikan maklumat bioperubatan yang lebih komprehensif.

Pengimejan fotoakustik merupakan teknologi pengimejan bioperubatan baharu dan pelbagai fungsi, yang mempunyai ciri-ciri kontras tinggi, resolusi tinggi dan tidak invasif. Dengan perkembangan teknologi, pengimejan fotoakustik mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam diagnosis perubatan, penyelidikan biologi asas, pembangunan ubat dan bidang lain.