Принципи на фотоакустично снимање

Принципи на фотоакустично снимање

Фотоакустичната обработка на слика (PAI) е техника на медицинско снимање која комбинираоптикаи акустика за генерирање на ултразвучни сигнали користејќи ја интеракцијата насветлинасо ткиво за добивање слики од ткиво со висока резолуција. Широко се користи во биомедицинските области, особено во откривањето на тумори, васкуларното снимање, снимањето на кожата и други области.

Принцип:
1. Апсорпција на светлина и термичка експанзија: – Фотоакустичното снимање го користи термичкиот ефект произведен со апсорпција на светлина. Молекулите на пигментот во ткивото (на пр., хемоглобин, меланин) апсорбираат фотони (обично светлина во близу инфрацрвено зрачење), кои се претвораат во топлинска енергија, предизвикувајќи локално зголемување на температурите.
2. Термичката експанзија предизвикува ултразвук: – Зголемувањето на температурата доведува до мало термичко ширење на ткивото, што произведува притисочни бранови (т.е. ултразвук).
3. Ултразвучно откривање: – Генерираните ултразвучни бранови се шират во ткивото, а овие сигнали последователно се примаат и снимаат од ултразвучни сензори (како што се ултразвучни сонди).
4. Реконструкција на слика: собраниот ултразвучен сигнал се пресметува и обработува за да се обнови сликата за структурата и функцијата на ткивото, што може да ги обезбеди оптичките апсорпциони карактеристики на ткивото. Предности на фотоакустичното снимање: Висок контраст: Фотоакустичното снимање се потпира на карактеристиките на апсорпција на светлина на ткивата, а различните ткива (како што се крвта, масното ткиво, мускулите итн.) имаат различни способности за апсорпција на светлина, па затоа може да обезбеди слики со висок контраст. Висока резолуција: Користејќи ја високата просторна резолуција на ултразвукот, фотоакустичното снимање може да постигне милиметарска или дури и субмилиметарска точност на снимање. Неинвазивно: Фотоакустичното снимање е неинвазивно, светлината и звукот нема да предизвикаат оштетување на ткивото, што е многу погодно за медицинска дијагноза кај луѓето. Можност за длабинско снимање: Во споредба со традиционалното оптичко снимање, фотоакустичното снимање може да навлезе неколку сантиметри под кожата, што е погодно за длабоко ткиво.

Апликација:
1. Васкуларно снимање: – Фотоакустното снимање може да ги детектира својствата на хемоглобинот во крвта што апсорбира светлина, така што може прецизно да ја прикаже структурата и статусот на оксигенација на крвните садови за следење на микроциркулацијата и проценување на болести.
2. Детекција на тумор: – Ангиогенезата во туморските ткива е обично исклучително обилна, а фотоакустичната обработка на слики може да помогне во раното откривање на тумори со откривање на абнормалности во васкуларната структура.
3. Функционално снимање: – Фотоакустното снимање може да го процени снабдувањето со кислород во ткивата со откривање на концентрацијата на оксигенација и деоксихемоглобин во ткивата, што е од големо значење за функционалното следење на болести како што се ракот и кардиоваскуларните заболувања.
4. Сликање на кожа: – Бидејќи фотоакустичната слика е многу чувствителна на површинското ткиво, таа е погодна за рано откривање на рак на кожа и анализа на абнормалности на кожата.
5. Сликање на мозокот: Фотоакустното снимање може да добие информации за церебралниот крвен проток на неинвазивен начин за проучување на мозочни заболувања како што се мозочен удар и епилепсија.

Предизвици и насоки за развој на фотоакустичното снимање:
Извор на светлинаселекција: Пенетрацијата на светлината на различни бранови должини е различна, но како да се избере вистинскиот баланс на брановата должина, резолуцијата и длабочината на пенетрација е предизвик. Обработка на сигнали: Аквизицијата и обработката на ултразвучни сигнали бараат брзи и прецизни алгоритми, а развојот на технологијата за реконструкција на слики е исто така клучен. Мултимодално снимање: Фотоакустичното снимање може да се комбинира со други модалитети на снимање (како што се МРИ, КТ, ултразвучно снимање) за да се обезбедат посеопфатни биомедицински информации.

Фотоакустичната обработка на слики е нова и мултифункционална биомедицинска технологија за обработка на слики, која има карактеристики на висок контраст, висока резолуција и неинвазивност. Со развојот на технологијата, фотоакустичната обработка на слики има широки перспективи за примена во медицинската дијагностика, истражувањето на основната биологија, развојот на лекови и други области.