Prinsipper for fotoakustisk avbildning

Prinsipper for fotoakustisk avbildning

Fotoakustisk avbildning (PAI) er en medisinsk avbildningsteknikk som kombinereroptikkog akustikk for å generere ultralydsignaler ved å bruke samspillet mellomlysmed vev for å oppnå vevsbilder med høy oppløsning. Det er mye brukt i biomedisinske felt, spesielt i tumordeteksjon, vaskulær avbildning, hudavbildning og andre felt.

Prinsipp:
1. Lysabsorpsjon og termisk ekspansjon: - Fotoakustisk avbildning bruker den termiske effekten produsert ved lysabsorpsjon. Pigmentmolekylene i vevet (f.eks. Hemoglobin, melanin) absorberer fotoner (vanligvis nær infrarødt lys), som omdannes til varmeenergi, noe som får lokale temperaturer til å stige.
2. Termisk ekspansjon forårsaker ultralyd: - Temperaturstigning fører til liten termisk ekspansjon av vevet, som produserer trykkbølger (dvs. ultralyd).
3. Ultralyddeteksjon: - De genererte ultralydbølgene forplanter seg i vevet, og disse signalene blir deretter mottatt og registrert av ultralydsensorer (for eksempel ultralydprober).
4. Bilderekonstruksjon: Det innsamlede ultralydsignalet beregnes og behandles for å gjenoppbygge strukturen og funksjonsbildet av vevet, som kan gi de optiske absorpsjonsegenskapene til vevet. Fordeler med fotoakustisk avbildning: Høy kontrast: Fotoakustisk avbildning er avhengig av lysabsorpsjonsegenskapene til vev, og forskjellige vev (som blod, fett, muskel, etc.) har forskjellige evner til å absorbere lys, slik at det kan gi bilder med høy kontrast. Høy oppløsning: Ved å bruke den høye romlige oppløsningen av ultralyd, kan fotoakustisk avbildning oppnå millimeter eller til og med undermillimeter avbildningsnøyaktighet. Ikke-invasiv: Fotoakustisk avbildning er ikke-invasiv, lys og lyd vil ikke forårsake vevsskader, veldig egnet for menneskelig medisinsk diagnose. Dybdeavbildningsevne: Sammenlignet med tradisjonell optisk avbildning, kan fotoakustisk avbildning trenge gjennom flere centimeter under huden, som er egnet for dyp vevsavbildning.

Søknad:
1. Vaskulær avbildning:-Fotoakustisk avbildning kan oppdage de lysabsorberende egenskapene til hemoglobin i blodet, slik at det nøyaktig kan vise strukturen og oksygeneringsstatusen til blodkar for å overvåke mikrosirkulasjon og bedømmende sykdommer.
2. Tumordeteksjon: - Angiogenese i tumorvev er vanligvis ekstremt rikelig, og fotoakustisk avbildning kan bidra til tidlig påvisning av svulster ved å oppdage abnormiteter i vaskulær struktur.
3. Funksjonell avbildning: - Fotoakustisk avbildning kan vurdere oksygentilførsel av vev ved å oppdage konsentrasjonen av oksygenering og deoksyhemoglobin i vev, noe som er av stor betydning for funksjonell overvåking av sykdommer som kreft og hjerte- og karsykdommer.
4. Hudavbildning: - Fordi fotoakustisk avbildning er veldig følsom for overfladisk vev, er det egnet for tidlig påvisning av hudkreft og analyse av hudavvik.
5. Hjerneavbildning: Fotoakustisk avbildning kan få informasjon om cerebral blodstrøm på en ikke-invasiv måte for studiet av hjernesykdommer som hjerneslag og epilepsi.

Utfordringer og utviklingsretninger av fotoakustisk avbildning:
LyskildeValg: Lysgjennomtrengning av forskjellige bølgelengder er forskjellig, hvordan du velger riktig bølgelengdebalanseoppløsning og penetrasjonsdybde er en utfordring. Signalbehandling: Anskaffelse og prosessering av ultralydsignaler krever høyhastighets og nøyaktige algoritmer, og utviklingen av bildekonstruksjonsteknologi er også avgjørende. Multimodal avbildning: Fotoakustisk avbildning kan kombineres med andre bildemodaliteter (for eksempel MR, CT, ultralydavbildning) for å gi mer omfattende biomedisinsk informasjon.

Fotoakustisk avbildning er en ny og multifunksjonell biomedisinsk avbildningsteknologi, som har egenskapene til høy kontrast, høy oppløsning og ikke-invasiv. Med utvikling av teknologi har fotoakustisk avbildning brede applikasjonsutsikter innen medisinsk diagnose, grunnleggende biologiforskning, medikamentutvikling og andre felt.