Fotoakustilise pildistamise põhimõtted

Fotoakustilise pildistamise põhimõtted

Fotoakustiline kujutis (PAI) on meditsiiniline pilditehnika, mis ühendaboptikaja akustika, et genereerida ultraheli signaale, kasutades interaktsioonikergekoega, et saada kõrge eraldusvõimega koepilte. Seda kasutatakse laialdaselt biomeditsiinilistes valdkondades, eriti kasvaja tuvastamisel, veresoonte kuvamisel, naha kuvamisel ja muudes valdkondades.

Põhimõte:
1. Valguse neeldumine ja soojuspaisumine: – Fotoakustiline pildistamine kasutab valguse neeldumisel tekkivat soojusefekti. Koes olevad pigmendimolekulid (nt hemoglobiin, melaniin) neelavad footoneid (tavaliselt lähi-infrapunavalgust), mis muundatakse soojusenergiaks, põhjustades kohaliku temperatuuri tõusu.
2. Soojuspaisumine põhjustab ultraheli: – Temperatuuri tõus viib koe väikese soojuspaisumiseni, mis tekitab rõhulaineid (st ultraheli).
3. Ultraheli tuvastamine: – Loodud ultrahelilained levivad kudedes ning need signaalid võetakse seejärel vastu ja salvestatakse ultraheliandurite (nt ultrahelisondidega).
4. Kujutise rekonstrueerimine: kogutud ultrahelisignaal arvutatakse ja töödeldakse, et taastada koe struktuur ja funktsionaalne kujutis, mis võib anda koe optilise neeldumisomadused. Fotoakustilise pildistamise eelised: kõrge kontrastsus: fotoakustiline pildistamine tugineb kudede valguse neeldumisomadustele ja erinevatel kudedel (nt veri, rasv, lihas jne) on erinev võime valgust neelata, nii et see võib anda suure kontrastsusega pilte. Kõrge eraldusvõime: kasutades ultraheli kõrget ruumilist eraldusvõimet, võib fotoakustiline pildistamine saavutada millimeetri või isegi allamillimeetrise pildistamise täpsuse. Mitteinvasiivne: fotoakustiline pildistamine on mitteinvasiivne, valgus ja heli ei põhjusta koekahjustusi, sobib väga hästi inimeste meditsiiniliseks diagnoosimiseks. Sügavuskuvamise võimalus: Võrreldes traditsioonilise optilise pildistamisega võib fotoakustiline pildistamine tungida mitme sentimeetri sügavusele naha alla, mis sobib sügavate kudede pildistamiseks.

Rakendus:
1. Veresoonte kuvamine: – Fotoakustiline pildistamine võimaldab tuvastada hemoglobiini valgust neelavaid omadusi veres, nii et see suudab mikrotsirkulatsiooni jälgimiseks ja haiguste hindamiseks täpselt kuvada veresoonte struktuuri ja hapnikusisalduse seisundit.
2. Kasvaja tuvastamine: – Angiogenees kasvajakudedes on tavaliselt äärmiselt rikkalik ja fotoakustiline pildistamine võib aidata kasvajaid varakult avastada, tuvastades kõrvalekaldeid veresoonte struktuuris.
3. Funktsionaalne pildistamine: – Fotoakustilise pildistamise abil saab hinnata kudede hapnikuga varustatust, tuvastades kudedes hapnikuga varustatuse ja desoksühemoglobiini kontsentratsiooni, mis on väga oluline selliste haiguste funktsionaalse jälgimise seisukohalt nagu vähk ja südame-veresoonkonna haigused.
4. Nahapildistamine: – Kuna fotoakustiline pildistamine on pindmiste kudede suhtes väga tundlik, sobib see nahavähi varaseks avastamiseks ja nahaanomaaliate analüüsiks.
5. Aju pildistamine: fotoakustilise pildistamise abil saab mitteinvasiivsel viisil saada teavet aju verevoolu kohta ajuhaiguste, nagu insult ja epilepsia, uurimiseks.

Fotoakustilise pildistamise väljakutsed ja arengusuunad:
Valgusallikasvalik: Erinevate lainepikkuste valguse läbitung on erinev, kuidas valida õige lainepikkuse tasakaalu eraldusvõime ja läbitungimissügavus on väljakutse. Signaalitöötlus: Ultraheli signaalide hankimine ja töötlemine nõuab kiireid ja täpseid algoritme, samuti on ülioluline kujutise taastamise tehnoloogia arendamine. Multimodaalne pildistamine: põhjalikuma biomeditsiinilise teabe saamiseks võib fotoakustilist pildistamist kombineerida muude pildistamisviisidega (nt MRI, CT, ultrahelikujutis).

Fotoakustiline pildistamine on uus ja multifunktsionaalne biomeditsiiniline pilditehnoloogia, millel on kõrge kontrastsuse, kõrge eraldusvõime ja mitteinvasiivsed omadused. Tehnoloogia arenguga on fotoakustilisel pildistamisel laialdased väljavaated meditsiinilises diagnoosimises, bioloogia alusuuringutes, ravimite väljatöötamises ja muudes valdkondades.