Fotoakustilise pildistamise põhimõtted

Fotoakustilise pildistamise põhimõtted

Fotoakustiline pildistamine (PAI) on meditsiiniline pilditehnika, mis ühendaboptikaja akustika ultraheli signaalide genereerimiseks kasutadeshelekoega, et saada kõrgresolutsiooniga kudede pilte. Seda kasutatakse laialdaselt biomeditsiinilistes põldudes, eriti kasvaja tuvastamises, veresoonte kuvamises, nahakujunduses ja muudes väljades.

Põhimõte:
1. valguse neeldumine ja soojuspaisumine: - fotoakustiline pildistamine kasutab valguse neeldumisel tekitatud termilist efekti. Koes sisalduvad pigmendimolekulid (nt hemoglobiin, melaniin) neelavad footoneid (tavaliselt infrapuna-valgust), mis muudetakse soojusenergiaks, põhjustades kohalike temperatuuride tõusu.
2. soojuspaisumine põhjustab ultraheli: - temperatuuri tõus põhjustab koe pisikest soojuspaisumist, mis tekitab rõhulaineid (st ultraheli).
3. ultraheli tuvastamine: - genereeritud ultrahelilained levivad kudedes ning need signaalid võetakse hiljem vastu ja registreeritakse ultraheli andurite abil (näiteks ultraheli sondid).
4. Kujutise rekonstrueerimine: kogutud ultraheli signaal arvutatakse ja töödeldakse koe struktuuri ja funktsiooni pildi taastamiseks, mis võib pakkuda koe optilisi imendumisomadusi. Fotoakustiliste pildistamise eelised: kõrge kontrastsus: fotoakustiline pildistamine tugineb kudede valguse imendumise omadustele ja erinevatele kudedele (näiteks veri, rasv, lihas jne) on erinevad võimed valguse imamiseks, nii et see võib pakkuda kõrge kontrastsusega pilte. Kõrge eraldusvõime: ultraheli kõrge ruumilise eraldusvõime abil saab fotoakustiline pildistamine saavutada millimeetri või isegi alammeetri kuvamise täpsuse. Mitteinvasiivne: fotoakustiline pildistamine on mitteinvasiivne, kerge ja heli ei põhjusta kudede kahjustusi, mis sobivad väga inimese meditsiiniliseks diagnoosimiseks. Sügavuse kujutise võime: võrreldes traditsioonilise optilise pildistamisega võib fotoakustiline pildistamine tungida naha all mitme sentimeetrini, mis sobib sügava kudede kuvamiseks.

Rakendus:
1. veresoonte kujutamine:-fotoakustiline pildistamine suudab tuvastada hemoglobiini hemoglobiini valgust neelavaid omadusi, nii et see võib täpselt näidata veresoonte veresoonte struktuuri ja hapnikuga varustamise seisundit mikrotsirkulatsiooni ja haiguste hindamiseks.
2. Kasvaja tuvastamine: - angiogenees kasvajakudedes on tavaliselt äärmiselt rikkalik ja fotoakustiline pildistamine võib aidata kasvajate varajasel tuvastamisel, tuvastades veresoonte struktuuri kõrvalekalded.
3. Funktsionaalne kuvamine: - fotoakustiline pildistamine võib hinnata kudede hapnikuvarustust, tuvastades kudedes hapniku ja deoksühemoglobiini kontsentratsiooni, millel on suur tähtsus selliste haiguste nagu vähk ja kardiovaskulaarsete haiguste funktsionaalsel jälgimisel.
4. nahakujundus: - Kuna fotoakustiline pildistamine on pealiskaudse koe suhtes väga tundlik, sobib see nahavähi varaseks avastamiseks ja nahahäirete analüüsimiseks.
5. Aju pildistamine: fotoakustiline pildistamine võib ajuhaiguste nagu insuldi ja epilepsia uurimiseks saada aju verevooluteavet mitteinvasiivsel viisil.

Fotoakustilise pildistamise väljakutsed ja arengusuunad:
ValgusallikasValik: erinevate lainepikkuste kerge läbitungimine on erinev, kuidas valida õige lainepikkuse tasakaalu eraldusvõime ja läbitungimise sügavus on väljakutse. Signaalitöötlus: ultraheli signaalide omandamine ja töötlemine nõuab kiireid ja täpseid algoritme ning ka pildi rekonstrueerimise tehnoloogia väljatöötamine on ülioluline. Multimodaalne pildistamine: fotoakustilist pildistamist saab kombineerida muude pildistamise moodustega (näiteks MRI, CT, ultrahelipildistamine), et saada põhjalikumat biomeditsiinilist teavet.

Fotoakustiline pildistamine on uus ja multifunktsionaalne biomeditsiiniline pilditehnoloogia, millel on kõrge kontrasti, kõrge eraldusvõime ja mitteinvasiivne omadused. Tehnoloogia arenguga on fotoakustilistel pildistamisel laialdased rakenduse väljavaated meditsiinilise diagnoosimisel, põhibioloogia uurimisel, ravimite väljatöötamisel ja muud valdkonnad.