Principer för fotoakustisk avbildning

Principer för fotoakustisk avbildning

Photoacoustic Imaging (PAI) är en medicinsk avbildningsteknik som kombinerasoptikoch akustik för att generera ultraljudssignaler med hjälp av interaktionen mellanljusmed vävnad för att erhålla högupplösta vävnadsbilder. Det används ofta i biomedicinska fält, särskilt vid tumördetektering, vaskulär avbildning, hudavbildning och andra fält.

Princip:
1. Lätt absorption och termisk expansion: - Fotoakustisk avbildning använder den termiska effekten som produceras genom ljusabsorption. Pigmentmolekylerna i vävnaden (t.ex. hemoglobin, melanin) absorberar fotoner (vanligtvis nästan infrarött ljus), som omvandlas till värmeenergi, vilket gör att lokala temperaturer stiger.
2. Termisk expansion orsakar ultraljud: - Temperaturökning leder till liten termisk expansion av vävnaden, vilket producerar tryckvågor (dvs ultraljud).
3. Ultraljudsdetektering: - De genererade ultraljudsvågorna förökas i vävnaden, och dessa signaler tas därefter in och registreras av ultraljudssensorer (t.ex. ultraljudssonder).
4. Bildrekonstruktion: Den insamlade ultraljudssignalen beräknas och bearbetas för att återuppbygga vävnadens struktur och funktionsbild, vilket kan ge vävnadens optiska absorption. Fördelar med fotoakustisk avbildning: Hög kontrast: Fotoakustisk avbildning förlitar sig på ljusabsorptionsegenskaperna hos vävnader och olika vävnader (som blod, fett, muskler etc.) har olika förmågor att absorbera ljus, så det kan ge bilder med hög kontrast. Hög upplösning: Med hjälp av den höga rumsliga upplösningen av ultraljud kan fotoakustisk avbildning uppnå millimeter eller till och med sub-millimeter avbildningsnoggrannhet. Icke-invasiv: Fotoakustisk avbildning är icke-invasiv, lätt och ljud kommer inte att orsaka vävnadsskador, mycket lämpliga för mänsklig medicinsk diagnos. Djupavbildningskapacitet: Jämfört med traditionell optisk avbildning kan fotoakustisk avbildning tränga igenom flera centimeter under huden, vilket är lämpligt för djup vävnadsavbildning.

Ansökan:
1. Vaskulär avbildning:-Fotoakustisk avbildning kan upptäcka de ljusabsorberande egenskaperna hos hemoglobin i blodet, så att det exakt kan visa strukturen och syresättningsstatusen för blodkärl för övervakning av mikrocirkulation och bedömning av sjukdomar.
2. Tumördetektering: - Angiogenes i tumörvävnader är vanligtvis extremt rikligt, och fotoakustisk avbildning kan hjälpa tidig upptäckt av tumörer genom att upptäcka avvikelser i vaskulär struktur.
3. Funktionell avbildning: - Fotoakustisk avbildning kan bedöma syretillförseln av vävnader genom att upptäcka koncentrationen av syresättning och deoxyhemoglobin i vävnader, vilket är av stor betydelse för funktionell övervakning av sjukdomar såsom cancer och hjärt -kärlsjukdom.
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 få information om cerebral blodflöde på ett icke-invasivt sätt för att studera hjärtsjukdomar som stroke och epilepsi.

Utmaningar och utvecklingsanvisningar för fotoakustisk avbildning:
LjuskällaVal: Lätt penetration av olika våglängder är annorlunda, hur man väljer rätt våglängdsbalansupplösning och penetrationsdjup är en utmaning. Signalbehandling: Förvärv och bearbetning av ultraljudssignaler kräver höghastighets- och exakta algoritmer, och utvecklingen av bildrekonstruktionsteknik är också avgörande. Multimodal avbildning: Fotoakustisk avbildning kan kombineras med andra avbildningsmetoder (såsom MRI, CT, ultraljudsavbildning) för att ge mer omfattande biomedicinsk information.

Fotoakustisk avbildning är en ny och multifunktionell biomedicinsk bildteknik, som har egenskaperna för hög kontrast, hög upplösning och icke-invasiv. Med utvecklingen av teknik har fotoakustisk avbildning breda tillämpningsmöjligheter inom medicinsk diagnos, grundläggande biologiforskning, läkemedelsutveckling och andra områden.