Принципы фотокустической визуализации

Принципы фотокустической визуализации

Фотоакустическая визуализация (PAI) - это метод медицинской визуализации, которая объединяетоптикаи акустика для генерации ультразвуковых сигналов с использованием взаимодействиясветс тканью для получения изображений тканей высокого разрешения. Он широко используется в биомедицинских полях, особенно при обнаружении опухоли, сосудистой визуализации, визуализации кожи и других полях.

Принцип:
1. Поглощение света и термическое расширение: - Фотоакустическая визуализация использует тепловой эффект, полученный при поглощении света. Пигментные молекулы в ткани (например, гемоглобин, меланин) поглощают фотоны (обычно в ближнем инфракрасном свете), которые преобразуются в тепловую энергию, вызывая растущие температуры.
2. Тепловое расширение вызывает ультразвук: - повышение температуры приводит к крошечному термическому расширению ткани, которая производит волны давления (то есть ультразвук).
3. Ультразвуковое обнаружение: - Сгенерированные ультразвуковые волны распространяются в ткани, и эти сигналы впоследствии получают и регистрируются ультразвуковыми датчиками (такими как ультразвуковые зонды).
4. Реконструкция изображения: собираемый ультразвуковой сигнал рассчитывается и обрабатывается для восстановления структуры и функционального изображения ткани, что может обеспечить оптические характеристики поглощения ткани. Преимущества фотоакустической визуализации: высокий контраст: фотоакустическая визуализация опирается на характеристики поглощения света и различных тканей (таких как кровь, жир, мышцы и т. Д.), Имеют разные способности для поглощения света, поэтому он может обеспечить высококонтрастные изображения. Высокое разрешение. Использование высокого пространственного разрешения ультразвука, фотоакустическая визуализация может достичь миллиметровой или даже субмиллиметровой точности визуализации. Неинвазивная: фотоакустическая визуализация неинвазивная, свет и звук не вызовет повреждения тканей, очень подходящих для медицинского диагноза человека. Возможность визуализации глубины: по сравнению с традиционной оптической визуализацией, фотоакустическая визуализация может проникнуть в несколько сантиметров под кожей, что подходит для глубокой визуализации тканей.

Приложение:
1. Сосудистая визуализация:-Фотоакустическая визуализация может обнаружить светолюбирующие свойства гемоглобина в крови, поэтому она может точно отображать структуру и статус оксигенации кровеносных сосудов для мониторинга микроциркуляции и оценки заболеваний.
2. Обнаружение опухоли: - Ангиогенез в опухолевых тканях обычно чрезвычайно распространен, а фотоакустическая визуализация может помочь в раннем обнаружении опухолей путем обнаружения аномалий в сосудистой структуре.
3. Функциональная визуализация: - Фотоакустическая визуализация может оценить подавление кислорода тканей, обнаруживая концентрацию оксигенации и дезоксигемоглобина в тканях, что имеет большое значение для функционального мониторинга заболеваний, таких как рак и сердечно -сосудистые заболевания.
4. Изображение кожи: - Поскольку фотоакустическая визуализация очень чувствительна к поверхностной ткани, она подходит для раннего выявления рака кожи и анализа аномалий кожи.
5. Визуализация мозга: фотоакустическая визуализация может получить информацию о церебральном кровотоке неинвазивным образом для изучения заболеваний мозга, таких как инсульт и эпилепсия.

Проблемы и направления развития фотокустической визуализации:
Источник светаВыбор: Проникновение света различных длин волн отличается, как выбрать правильное разрешение баланса длины волны, и глубина проникновения является проблемой. Обработка сигнала: получение и обработка ультразвуковых сигналов требуют высокоскоростных и точных алгоритмов, а также решающее значение технологии реконструкции изображений. Мультимодальная визуализация: фотоакустическая визуализация может быть объединена с другими методами визуализации (такими как МРТ, КТ, Ультразвуковая визуализация), чтобы предоставить более полную биомедицинскую информацию.

Фотоакустическая визуализация-это новая и многофункциональная технология биомедицинской визуализации, которая имеет характеристики высокого контраста, высокого разрешения и неинвазивного. С разработкой технологий фотоакустическая визуализация имеет широкие перспективы применения в медицинской диагностике, базовых биологических исследованиях, разработке лекарств и других областях.