Принципи фотоакустичког снимања

Принципи фотоакустичког снимања

Фотоакустично снимање (PAI) је медицинска техника снимања која комбинујеоптикаи акустику за генерисање ултразвучних сигнала користећи интеракцијусветлостса ткивом за добијање слика ткива високе резолуције. Широко се користи у биомедицинским областима, посебно у детекцији тумора, васкуларном снимању, снимању коже и другим областима.

Принцип:
1. Апсорпција светлости и термичко ширење: – Фотоакустично снимање користи термички ефекат који настаје апсорпцијом светлости. Молекули пигмента у ткиву (нпр. хемоглобин, меланин) апсорбују фотоне (обично блиску инфрацрвену светлост), који се претварају у топлотну енергију, што узрокује пораст локалне температуре.
2. Термичко ширење узрокује ултразвук: – Пораст температуре доводи до ситног термичког ширења ткива, што производи таласе притиска (тј. ултразвук).
3. Ултразвучна детекција: – Генерисани ултразвучни таласи се шире унутар ткива, а ове сигнале потом примају и снимају ултразвучни сензори (као што су ултразвучне сонде).
4. Реконструкција слике: прикупљени ултразвучни сигнал се израчунава и обрађује како би се реконструисала слика структуре и функције ткива, што може пружити карактеристике оптичке апсорпције ткива. Предности фотоакустичног снимања: Висок контраст: Фотоакустично снимање се ослања на карактеристике апсорпције светлости ткива, а различита ткива (као што су крв, масноћа, мишићи итд.) имају различите способности апсорпције светлости, тако да може пружити слике високог контраста. Висока резолуција: Користећи високу просторну резолуцију ултразвука, фотоакустично снимање може постићи милиметарску или чак субмилиметарску тачност снимања. Неинвазивно: Фотоакустично снимање је неинвазивно, светлост и звук неће изазвати оштећење ткива, веома погодно за људску медицинску дијагнозу. Могућност дубинског снимања: У поређењу са традиционалним оптичким снимањем, фотоакустично снимање може продрети неколико центиметара испод коже, што је погодно за снимање дубоких ткива.

Примена:
1. Васкуларно снимање: – Фотоакустично снимање може да детектује својства хемоглобина у крви која апсорбују светлост, тако да може прецизно приказати структуру и статус оксигенације крвних судова за праћење микроциркулације и процену болести.
2. Детекција тумора: – Ангиогенеза у туморским ткивима је обично изузетно обилна, а фотоакустично снимање може помоћи у раном откривању тумора откривањем абнормалности у васкуларној структури.
3. Функционално снимање: – Фотоакустично снимање може проценити снабдевање ткива кисеоником детекцијом концентрације оксигенације и деоксихемоглобина у ткивима, што је од великог значаја за функционално праћење болести као што су рак и кардиоваскуларне болести.
4. Снимање коже: – Пошто је фотоакустично снимање веома осетљиво на површинско ткиво, погодно је за рано откривање рака коже и анализу кожних абнормалности.
5. Снимање мозга: Фотоакустично снимање може добити информације о церебралном протоку крви на неинвазиван начин за проучавање болести мозга као што су мождани удар и епилепсија.

Изазови и правци развоја фотоакустичког снимања:
Извор светлостиизбор: Продор светлости различитих таласних дужина је различит, како одабрати праву резолуцију баланса таласних дужина и дубину продора је изазов. Обрада сигнала: Аквизиција и обрада ултразвучних сигнала захтевају брзе и прецизне алгоритме, а развој технологије реконструкције слике је такође кључан. Мултимодално снимање: Фотоакустично снимање може се комбиновати са другим модалитетима снимања (као што су МРИ, ЦТ, ултразвучно снимање) како би се пружиле свеобухватније биомедицинске информације.

Фотоакустично снимање је нова и мултифункционална биомедицинска технологија снимања, која има карактеристике високог контраста, високе резолуције и неинвазивности. Са развојем технологије, фотоакустично снимање има широке могућности примене у медицинској дијагностици, основним биолошким истраживањима, развоју лекова и другим областима.