Принципы фотоакустической визуализации
Фотоакустическая визуализация (PAI) — это метод медицинской визуализации, сочетающий в себеоптикаи акустика для генерации ультразвуковых сигналов с использованием взаимодействиясветс тканью для получения изображений тканей с высоким разрешением. Он широко используется в биомедицинских областях, особенно при обнаружении опухолей, визуализации сосудов, визуализации кожи и других областях.
Принцип:
1. Поглощение света и тепловое расширение: – При фотоакустической визуализации используется тепловой эффект, создаваемый поглощением света. Молекулы пигмента в ткани (например, гемоглобин, меланин) поглощают фотоны (обычно ближний инфракрасный свет), которые преобразуются в тепловую энергию, вызывая локальное повышение температуры.
2. Тепловое расширение вызывает ультразвук: – Повышение температуры приводит к незначительному тепловому расширению ткани, что приводит к возникновению волн давления (т. е. ультразвука).
3. Ультразвуковое обнаружение: – Генерируемые ультразвуковые волны распространяются внутри ткани, и эти сигналы впоследствии принимаются и регистрируются ультразвуковыми датчиками (например, ультразвуковыми датчиками).
4. Реконструкция изображения: собранный ультразвуковой сигнал рассчитывается и обрабатывается для восстановления структуры и функционального изображения ткани, что может обеспечить 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 могут обеспечивать высококонтрастные изображения. Высокое разрешение. Используя высокое пространственное разрешение ультразвука, фотоакустическая визуализация может достигать точности изображения до миллиметра или даже субмиллиметра. Неинвазивность: фотоакустическая визуализация неинвазивна, свет и звук не вызывают повреждения тканей, что очень подходит для медицинской диагностики человека. Возможность визуализации глубины: по сравнению с традиционной оптической визуализацией, фотоакустическая визуализация может проникать на несколько сантиметров под кожу, что подходит для визуализации глубоких тканей.
Приложение:
1. Визуализация сосудов: – Фотоакустическая визуализация может обнаружить светопоглощающие свойства гемоглобина в крови, что позволяет точно отображать структуру и состояние оксигенации кровеносных сосудов для мониторинга микроциркуляции и оценки заболеваний.
2. Обнаружение опухолей: – Ангиогенез в опухолевых тканях обычно чрезвычайно обильен, и фотоакустическая визуализация может помочь в раннем обнаружении опухолей путем выявления аномалий сосудистой структуры.
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 головного мозга. Фотоакустическая визуализация позволяет неинвазивным способом получить информацию о мозговом кровотоке для изучения заболеваний головного мозга, таких как инсульт и эпилепсия.
Проблемы и направления развития фотоакустической визуализации:
Источник светаВыбор: Проникновение света разных длин волн различно, поэтому выбор правильного разрешения баланса длин волн и глубины проникновения является непростой задачей. Обработка сигналов. Для сбора и обработки ультразвуковых сигналов требуются высокоскоростные и точные алгоритмы, поэтому разработка технологии реконструкции изображений также имеет решающее значение. Мультимодальная визуализация: фотоакустическая визуализация может сочетаться с другими методами визуализации (такими как МРТ, КТ, ультразвуковая визуализация) для получения более полной биомедицинской информации.
Фотоакустическая визуализация — это новая многофункциональная технология биомедицинской визуализации, обладающая характеристиками высокой контрастности, высокого разрешения и неинвазивности. С развитием технологий фотоакустическая визуализация имеет широкие перспективы применения в медицинской диагностике, фундаментальных биологических исследованиях, разработке лекарств и других областях.
Время публикации: 23 сентября 2024 г.