Принципи на фотоакустични изображения

Принципи на фотоакустични изображения

Фотоакустичното изображение (PAI) е медицинска техника за изображения, която се комбинираоптикаи акустика за генериране на ултразвукови сигнали, използвайки взаимодействието насветлинас тъкан за получаване на тъканни изображения с висока разделителна способност. Той се използва широко в биомедицинските полета, особено при откриване на тумори, съдови изображения, изобразяване на кожата и други полета.

Принцип:
1. Абсорбция на светлина и термично разширение: - Фотоакустичното изображение използва термичния ефект, произведен чрез абсорбция на светлина. Пигментните молекули в тъканта (напр. Хемоглобин, меланин) абсорбират фотони (обикновено близо до инфрачервена светлина), които се превръщат в топлинна енергия, което води до повишаване на местните температури.
2. Термичното разширение причинява ултразвук: - Повишаването на температурата води до мъничко термично разширение на тъканта, което произвежда вълни под налягане (т.е. ултразвук).
3. Ултразвуково откриване: - Генерираните ултразвукови вълни се разпространяват в тъканта и тези сигнали впоследствие се получават и записват от ултразвукови сензори (като ултразвукови сонди).
4. Реконструкция на изображението: Събраният ултразвуков сигнал се изчислява и обработва за възстановяване на структурата и функционалния изображение на тъканта, което може да осигури характеристиките на оптичната абсорбция на тъканта. Предимства на фотоакустичното изображение: Високи контраст: Фотоакустичното изображение разчита на характеристиките на абсорбция на светлината на тъканите, а различни тъкани (като кръв, мазнини, мускули и т.н.) имат различни способности да абсорбират светлина, така че може да осигури изображения с висок контраст. Висока разделителна способност: Използването на високата пространствена разделителна способност на ултразвука, фотоакустичното изображение може да постигне милиметър или дори подмилиметър точност на изображения. Неинвазивно: Фотоакустичното изображение е неинвазивно, светлият и звукът няма да причини увреждане на тъканите, много подходящ за човешка медицинска диагноза. УПОТРЕБА НА ДЪЛЖИТЕЛНАТА ИМЕНТИРАНЕ: В сравнение с традиционното оптично изображение, фотоакустичното изображение може да проникне в няколко сантиметра под кожата, което е подходящо за дълбоки тъканни изображения.

Приложение:
1. Съдово изображение:-Фотоакустичното изображение може да открие светлинните абсорбиращи свойства на хемоглобина в кръвта, така че то може точно да покаже структурата и състоянието на оксигенацията на кръвоносните съдове за наблюдение на микроциркулацията и съдийството.
2. Откриване на тумор: - Ангиогенезата в туморните тъкани обикновено е изключително изобилно и фотоакустичното изображение може да помогне за ранно откриване на тумори чрез откриване на аномалии в съдовата структура.
3. Функционално изображение: - Фотоакустичното изображение може да оцени снабдяването с кислород на тъканите чрез откриване на концентрацията на оксигенация и дезоксихемоглобин в тъканите, което има голямо значение за функционалния мониторинг на заболявания като рак и сърдечно -съдови заболявания.
4. Кожно изображение: - Тъй като фотоакустичното изображение е много чувствително към повърхностната тъкан, то е подходящо за ранно откриване на рак на кожата и анализ на аномалии на кожата.
5. Мозъчно изображение: Фотоакустичното изображение може да получи информация за церебралния кръвен поток по неинвазивен начин за изследване на мозъчни заболявания като инсулт и епилепсия.

Предизвикателства и указания за развитие на фотоакустични изображения:
Източник на светлинаИзбор: Проникването на светлина с различни дължини на вълната е различно, как да изберете правилната разделителна способност на баланса на дължината на вълната и дълбочината на проникване е предизвикателство. Обработка на сигнала: Придобиването и обработката на ултразвукови сигнали изискват високоскоростни и точни алгоритми, а разработването на технология за реконструкция на изображения също е от решаващо значение. Мултимодално изображение: Фотоакустичното изображение може да се комбинира с други модалности за изображения (като ЯМР, КТ, ултразвуково изображение), за да се предостави по -цялостна биомедицинска информация.

Фотоакустичното изображение е нова и многофункционална технология за биомедицински изображения, която има характеристиките на висок контраст, висока разделителна способност и неинвазивна. С развитието на технологиите фотоакустичните изображения имат широки перспективи за приложение в медицинската диагностика, основни изследвания на биологията, разработване на лекарства и други области.