Fotoakustilise pildistamise põhimõtted

Fotoakustilise pildistamise põhimõtted

Fotoakustiline pildistamine (PAI) on meditsiiniline pildistamistehnika, mis ühendab endasoptikaja akustika ultraheli signaalide genereerimiseks, kasutades interaktsioonivalguskoega, et saada kõrge eraldusvõimega koepilte. Seda kasutatakse laialdaselt biomeditsiini valdkonnas, eriti kasvajate tuvastamisel, veresoonte pildistamisel, naha pildistamisel ja muudes valdkondades.

Põhimõte:
1. Valguse neeldumine ja soojuspaisumine: – Fotoakustiline pildistamine kasutab valguse neeldumisest tulenevat termilist efekti. Koes olevad pigmendimolekulid (nt hemoglobiin, melaniin) neelavad footoneid (tavaliselt lähiinfrapunavalgust), mis muundatakse soojusenergiaks, põhjustades lokaalse temperatuuri tõusu.
2. Soojuspaisumine põhjustab ultraheli: – Temperatuuri tõus põhjustab koe imeväikese soojuspaisumise, mis tekitab rõhulaineid (st ultraheli).
3. Ultraheli tuvastamine: – Tekkivad ultrahelilained levivad koes ning need signaalid võetakse seejärel vastu ja salvestatakse ultraheliandurite (näiteks ultrahelisondide) abil.
4. Kujutise rekonstrueerimine: kogutud ultrahelisignaali arvutatakse ja töödeldakse, et taastada koe struktuuri ja funktsiooni kujutis, mis võimaldab saada koe optilise neeldumise omadused. Fotoakustilise pildistamise eelised: Kõrge kontrastsus: Fotoakustiline pildistamine tugineb kudede valguse neeldumise omadustele ja erinevatel kudedel (näiteks verel, rasval, lihastel jne) on erinev võime valgust neelata, seega saab see pakkuda suure kontrastsusega pilte. Kõrge eraldusvõime: Ultraheli kõrget ruumilist eraldusvõimet kasutades on fotoakustilisel pildistamisel võimalik saavutada millimeetri või isegi alla millimeetri pildistamistäpsus. Mitteinvasiivne: Fotoakustiline pildistamine on mitteinvasiivne, valgus ja heli ei põhjusta koekahjustusi, mistõttu sobib see väga hästi inimeste meditsiiniliseks diagnoosimiseks. Sügavuspildistamise võimalus: Võrreldes traditsioonilise optilise pildistamisega suudab fotoakustiline pildistamine tungida naha alla mitu sentimeetrit, mis sobib süvakudede pildistamiseks.

Rakendus:
1. Vaskulaarne pildistamine: – Fotoakustiline pildistamine võimaldab tuvastada veres oleva hemoglobiini valgust neelavaid omadusi, kuvades seega täpselt veresoonte struktuuri ja hapnikuga varustatuse seisundit, et jälgida mikrotsirkulatsiooni ja hinnata haigusi.
2. Kasvaja avastamine: – Angiogenees kasvajakoes on tavaliselt äärmiselt rikkalik ja fotoakustiline pildistamine aitab kasvajaid varakult avastada, tuvastades veresoonte struktuuri kõrvalekaldeid.
3. Funktsionaalne pildistamine: – Fotoakustilise pildistamise abil saab hinnata kudede hapnikuvarustust, tuvastades hapniku ja deoksühemoglobiini kontsentratsiooni kudedes, millel on suur tähtsus selliste haiguste nagu vähk ja südame-veresoonkonna haigused funktsionaalsel jälgimisel.
4. Naha pildistamine: – Kuna fotoakustiline pildistamine on pindmiste kudede suhtes väga tundlik, sobib see nahavähi varajaseks avastamiseks ja nahaanomaaliate analüüsimiseks.
5. Aju kuvamine: fotoakustilise pildistamise abil on võimalik saada aju verevoolu kohta teavet mitteinvasiivsel viisil, et uurida ajukahjustusi, näiteks insulti ja epilepsiat.

Fotoakustilise pildistamise väljakutsed ja arengusuunad:
Valgusallikasvalik: Erinevate lainepikkuste valguse läbitungivus on erinev, õige lainepikkuse tasakaalu, resolutsiooni ja läbitungimissügavuse valimine on keeruline. Signaalitöötlus: Ultraheli signaalide hankimine ja töötlemine nõuab kiireid ja täpseid algoritme ning samuti on ülioluline pildi rekonstrueerimise tehnoloogia arendamine. Multimodaalne pildistamine: Fotoakustilist pildistamist saab kombineerida teiste pildistamisviisidega (näiteks MRI, KT, ultraheli pildistamine), et saada põhjalikumat biomeditsiinilist teavet.

Fotoakustiline pildistamine on uus ja multifunktsionaalne biomeditsiiniline pildistamistehnoloogia, millel on kõrge kontrastsus, kõrge eraldusvõime ja mitteinvasiivsus. Tehnoloogia arenguga on fotoakustilisel pildistamisel laialdased rakendusvõimalused meditsiinilises diagnostikas, bioloogia alusuuringutes, ravimite väljatöötamises ja muudes valdkondades.