Principer för fotoakustisk avbildning

Principer för fotoakustisk avbildning

Photoacoustic Imaging (PAI) är en medicinsk avbildningsteknik som kombineraroptikoch akustik för att generera ultraljudssignaler med hjälp av interaktion avljusmed vävnad för att få högupplösta vävnadsbilder. Det används ofta inom biomedicinska områden, särskilt inom tumördetektering, vaskulär avbildning, hudavbildning och andra områden.

Princip:
1. Ljusabsorption och termisk expansion: – Fotoakustisk bildbehandling använder den termiska effekt som produceras av ljusabsorption. Pigmentmolekylerna i vävnaden (t.ex. hemoglobin, melanin) absorberar fotoner (vanligtvis nära-infrarött ljus), som omvandlas till värmeenergi, vilket får lokala temperaturer att stiga.
2. Termisk expansion orsakar ultraljud: – Temperaturstegring leder till liten termisk expansion av vävnaden, vilket producerar tryckvågor (dvs. ultraljud).
3. Ultraljudsdetektering: – De genererade ultraljudsvågorna fortplantar sig i vävnaden, och dessa signaler tas sedan emot och registreras av ultraljudssensorer (som ultraljudsonder).
4. Bildrekonstruktion: den insamlade ultraljudssignalen beräknas och bearbetas för att återuppbygga vävnadens struktur och funktionsbild, vilket kan ge vävnadens optiska absorptionsegenskaper. Fördelar med fotoakustisk bildbehandling: Hög kontrast: Fotoakustisk bildåtergivning är beroende av vävnadernas ljusabsorptionsegenskaper, och olika vävnader (som blod, fett, muskler etc.) har olika förmåga att absorbera ljus, så det kan ge bilder med hög kontrast. Hög upplösning: Genom att använda den höga rumsliga upplösningen av ultraljud kan fotoakustisk bildåtergivning uppnå millimeter eller till och med submillimeter avbildningsnoggrannhet. Icke-invasiv: Fotoakustisk bildbehandling är icke-invasiv, ljus och ljud kommer inte att orsaka vävnadsskada, mycket lämplig för human medicinsk diagnos. Djupavbildningsförmåga: Jämfört med traditionell optisk avbildning kan fotoakustisk avbildning penetrera flera centimeter under huden, vilket är lämpligt för djupvävnadsavbildning.

Ansökan:
1. Vaskulär avbildning: – Fotoakustisk avbildning kan upptäcka de ljusabsorberande egenskaperna hos hemoglobin i blodet, så att den exakt kan visa blodkärlens struktur och syresättningsstatus för att övervaka mikrocirkulationen och bedöma sjukdomar.
2. Tumördetektering: – Angiogenes i tumörvävnader är vanligtvis extremt rikligt, och fotoakustisk avbildning kan hjälpa till att tidigt upptäcka tumörer genom att upptäcka abnormiteter i vaskulär struktur.
3. Funktionell avbildning: – Fotoakustisk avbildning kan bedöma syretillförseln i vävnader genom att detektera koncentrationen av syresättning och deoxihemoglobin i vävnader, vilket har stor betydelse för den funktionella övervakningen av sjukdomar som cancer och hjärt- och kärlsjukdomar.
4. Hudavbildning: – Eftersom fotoakustisk avbildning är mycket känslig för ytlig vävnad är den lämplig för tidig upptäckt av hudcancer och analys av hudavvikelser.
5. Hjärnavbildning: Fotoakustisk avbildning kan erhålla information om cerebralt blodflöde på ett icke-invasivt sätt för studier av hjärnsjukdomar som stroke och epilepsi.

Utmaningar och utvecklingsriktningar för fotoakustisk bildbehandling:
Ljuskällaurval: Ljuspenetration av olika våglängder är olika, hur man väljer rätt våglängdsbalansupplösning och penetrationsdjup är en utmaning. Signalbehandling: Förvärvet och bearbetningen av ultraljudssignaler kräver höghastighets- och noggranna algoritmer, och utvecklingen av bildrekonstruktionsteknik är också avgörande. Multimodal avbildning: Fotoakustisk avbildning kan kombineras med andra avbildningsmetoder (såsom MRT, CT, ultraljudsavbildning) för att ge mer omfattande biomedicinsk information.

Fotoakustisk bildbehandling är en ny och multifunktionell biomedicinsk avbildningsteknik, som har egenskaperna hög kontrast, hög upplösning och icke-invasiv. Med utvecklingen av teknologi har fotoakustisk bildbehandling breda tillämpningsmöjligheter inom medicinsk diagnostik, grundläggande biologisk forskning, läkemedelsutveckling och andra områden.