Fotoakustisen kuvantamisen periaatteet

Fotoakustisen kuvantamisen periaatteet

Photoakustinen kuvantaminen (PAI) on lääketieteellinen kuvantamistekniikka, joka yhdistääoptiikkaja akustiikka ultraäänisignaalien tuottamiseksi käyttämällä vuorovaikutustavalaistuskudoksella korkearesoluutioisten kudoskuvien saamiseksi. Sitä käytetään laajasti biolääketieteellisissä kentissä, etenkin tuumorin havaitsemisessa, verisuonikuvantamisessa, ihon kuvantamisessa ja muissa kentissä.

Periaate:
1. Valon absorptio ja lämmön laajeneminen: - Fotoakustinen kuvantaminen käyttää kevyen absorption aiheuttamaa lämpövaikutusta. Kudoksen pigmenttimolekyylit (esim. Hemoglobiini, melaniini) absorboivat fotoneja (yleensä lähellä infrapunavaloa), jotka muuttuvat lämpöenergiaksi, aiheuttaen paikallisten lämpötilojen nousun.
2
3. Ultraäänien havaitseminen: - Tuotetut ultraääniaallot etenevät kudoksessa, ja nämä signaalit vastaanottavat ja tallentavat myöhemmin ultraäänianturit (kuten ultraäänikoettimet).
4 Fotoakustisen kuvantamisen edut: Korkea kontrasti: fotoakustinen kuvantaminen riippuu kudosten valon imeytymisominaisuuksista, ja eri kudoksilla (kuten veri, rasva, lihakset jne.) On erilaisia ​​kykyjä absorboida valoa, joten se voi tarjota korkean kontrastikuvia. Korkearesoluutio: Ultraäänen korkean alueellisen resoluution avulla fotoakustinen kuvantaminen voi saavuttaa millimetrin tai jopa ala-millimetrin kuvantamisen tarkkuuden. Ei-invasiivinen: fotoakustinen kuvantaminen ei ole invasiivista, kevyt ja ääni eivät aiheuta kudosvaurioita, jotka ovat erittäin sopivia ihmisen lääketieteelliseen diagnoosiin. Syvyyskuvauskyky: Verrattuna perinteiseen optiseen kuvantamiseen, fotoakustinen kuvantaminen voi tunkeutua useisiin senttimetreihin ihon alle, mikä sopii syvälle kudoksen kuvantamiselle.

Sovellus:
1. Verisuonikuvaus:-Fotoakustinen kuvantaminen voi havaita veressä hemoglobiinin valoa absorboivia ominaisuuksia, joten se voi tarkasti näyttää verisuonten rakenteen ja hapetustilan mikroverenkierron ja arviointitaudien seuraamiseksi.
2. Kasvaimen havaitseminen: - Angiogeneesi kasvainkudoksissa on yleensä erittäin runsasta, ja fotoakustinen kuvantaminen voi auttaa kasvainten varhaista havaitsemista havaitsemalla verisuonirakenteen poikkeavuudet.
3. Funktionaalinen kuvantaminen: - fotoakustinen kuvantaminen voi arvioida kudosten happea tarjonnan havaitsemalla kudoksissa hapetuksen ja deoksihemoglobiinin pitoisuuden, jolla on suuri merkitys sairauksien, kuten syövän ja sydän- ja verisuonisairauksien, toiminnalliselle seurannalle.
4. Ihon kuvantaminen: - Koska fotoakustinen kuvantaminen on erittäin herkkä pinnalliselle kudokselle, se sopii ihosyövän varhaiseen havaitsemiseen ja ihon poikkeavuuksien analysointiin.
5. Aivojen kuvantaminen: fotoakustinen kuvantaminen voi saada aivojen verenvirtausta koskevia tietoja ei-invasiivisella tavalla aivosairauksien, kuten aivohalvauksen ja epilepsian, tutkimiseksi.

Fotoakustisen kuvantamisen haasteet ja kehitysohjeet:
ValonlähdeValinta: Eri aallonpituuksien valon tunkeutuminen on erilainen, kuinka valita oikea aallonpituuden tasapainon resoluutio ja tunkeutumissyvyys ovat haaste. Signaalinkäsittely: ultraäänisignaalien hankkiminen ja käsittely vaativat nopeaa ja tarkkoja algoritmeja, ja myös kuvan rekonstruointekniikan kehittäminen on ratkaisevan tärkeää. Multimodaalinen kuvantaminen: fotoakustinen kuvantaminen voidaan yhdistää muihin kuvantamismuodoihin (kuten MRI, CT, ultraäänikuvaus) kattavamman biolääketieteen tiedon tarjoamiseksi.

Fotoakustinen kuvantaminen on uusi ja monitoiminen biolääketieteellinen kuvantamistekniikka, jolla on korkean kontrastin, korkean resoluution ja ei-invasiivisen ominaisuudet. Teknologian kehityksen myötä fotoakustisella kuvantamisella on laajat soveltamisnäkymät lääketieteellisessä diagnoosissa, biologian perustutkimuksessa, lääkkeiden kehittämisessä ja muissa aloissa.