Принципы фотоакустической визуализации
Фотоакустическая визуализация (ПАИ) — это метод медицинской визуализации, который сочетает в себеоптикаи акустики для генерации ультразвуковых сигналов с использованием взаимодействиясветс тканями для получения изображений тканей высокого разрешения. Этот метод широко используется в биомедицинских областях, особенно для диагностики опухолей, визуализации сосудов, кожи и других областях.
Принцип:
1. Поглощение света и тепловое расширение: – Фотоакустическая визуализация использует тепловой эффект, возникающий при поглощении света. Молекулы пигмента в ткани (например, гемоглобин, меланин) поглощают фотоны (обычно в ближнем инфракрасном диапазоне), которые преобразуются в тепловую энергию, вызывая локальное повышение температуры.
2. Тепловое расширение вызывает ультразвук: – Повышение температуры приводит к небольшому тепловому расширению ткани, что создает волны давления (т. е. ультразвук).
3. Ультразвуковое обнаружение: – Генерируемые ультразвуковые волны распространяются внутри ткани, и эти сигналы впоследствии принимаются и регистрируются ультразвуковыми датчиками (например, ультразвуковыми зондами).
4. Реконструкция изображения: собранный ультразвуковой сигнал рассчитывается и обрабатывается для восстановления структуры и функции изображения ткани, что может предоставить характеристики оптического поглощения ткани. Преимущества фотоакустической визуализации: Высокая контрастность: фотоакустическая визуализация основана на характеристиках поглощения света тканями, а разные ткани (например, кровь, жир, мышцы и т. д.) обладают разной способностью поглощать свет, поэтому она может обеспечивать высококонтрастные изображения. Высокое разрешение: используя высокое пространственное разрешение ультразвука, фотоакустическая визуализация может достигать миллиметровой или даже субмиллиметровой точности изображения. Неинвазивность: фотоакустическая визуализация неинвазивна, свет и звук не вызывают повреждения тканей, что очень подходит для медицинской диагностики человека. Возможность глубинной визуализации: по сравнению с традиционной оптической визуализацией фотоакустическая визуализация может проникать на несколько сантиметров под кожу, что подходит для глубокой визуализации тканей.
Приложение:
1. Сосудистая визуализация: – Фотоакустическая визуализация позволяет обнаружить светопоглощающие свойства гемоглобина в крови, благодаря чему она может точно отображать структуру и уровень оксигенации кровеносных сосудов для мониторинга микроциркуляции и оценки заболеваний.
2. Обнаружение опухолей: – Ангиогенез в опухолевых тканях обычно чрезвычайно обширен, и фотоакустическая визуализация может помочь в раннем выявлении опухолей путем обнаружения аномалий в сосудистой структуре.
3. Функциональная визуализация: – Фотоакустическая визуализация позволяет оценить снабжение тканей кислородом путем определения концентрации оксигенации и дезоксигемоглобина в тканях, что имеет большое значение для функционального мониторинга таких заболеваний, как рак и сердечно-сосудистые заболевания.
4. Визуализация кожи: – Поскольку фотоакустическая визуализация очень чувствительна к поверхностным тканям, она подходит для раннего выявления рака кожи и анализа кожных аномалий.
5. Визуализация мозга: фотоакустическая визуализация позволяет получить информацию о мозговом кровотоке неинвазивным способом для изучения заболеваний мозга, таких как инсульт и эпилепсия.
Проблемы и направления развития фотоакустической визуализации:
Источник светаВыбор: Проникновение света разных длин волн различается, поэтому выбор правильного баланса длин волн, разрешения и глубины проникновения является сложной задачей. Обработка сигналов: Получение и обработка ультразвуковых сигналов требуют высокоскоростных и точных алгоритмов, а разработка технологий реконструкции изображений также имеет решающее значение. Мультимодальная визуализация: Фотоакустическая визуализация может сочетаться с другими методами визуализации (такими как МРТ, КТ, УЗИ) для получения более полной биомедицинской информации.
Фотоакустическая визуализация — это новая многофункциональная технология биомедицинской визуализации, отличающаяся высокой контрастностью, высоким разрешением и неинвазивностью. С развитием технологий фотоакустическая визуализация находит широкое применение в медицинской диагностике, фундаментальных биологических исследованиях, разработке лекарственных препаратов и других областях.
Время публикации: 23 сентября 2024 г.