Fotoakustinio vaizdavimo principai

Fotoakustinio vaizdavimo principai

Fotoakustinis vaizdavimas (PAI) yra medicininio vaizdo gavimo technika, kuri sujungiaoptikair akustika ultragarsiniams signalams generuoti naudojant sąveikąšviesasu audiniu, kad gautumėte didelės raiškos audinių vaizdus. Jis plačiai naudojamas biomedicinos srityse, ypač navikų aptikimo, kraujagyslių vaizdavimo, odos vaizdavimo ir kitose srityse.

Principas:
1. Šviesos sugertis ir šiluminis plėtimasis: – Fotoakustiniam vaizdavimui naudojamas šiluminis efektas, atsirandantis dėl šviesos sugerties. Pigmento molekulės audinyje (pvz., hemoglobinas, melaninas) sugeria fotonus (dažniausiai artimą infraraudonąją šviesą), kurie paverčiami šilumos energija, todėl vietinė temperatūra pakyla.
2. Šiluminis plėtimasis sukelia ultragarsą: – Temperatūros kilimas sukelia nedidelį audinio šiluminį plėtimąsi, o tai sukuria slėgio bangas (ty ultragarsą).
3. Ultragarsinis aptikimas: – Sugeneruotos ultragarso bangos sklinda audinyje, o vėliau šiuos signalus priima ir įrašo ultragarsiniai jutikliai (pvz., ultragarsiniai zondai).
4. Vaizdo atkūrimas: surinktas ultragarso signalas apskaičiuojamas ir apdorojamas, kad būtų atkurta audinio struktūra ir funkcinis vaizdas, kuris gali suteikti optinės audinio sugerties charakteristikas. Fotoakustinio vaizdo privalumai: didelis kontrastas: fotoakustinis vaizdavimas priklauso nuo audinių šviesos sugerties charakteristikų, o skirtingi audiniai (pvz., kraujas, riebalai, raumenys ir kt.) turi skirtingus gebėjimus sugerti šviesą, todėl gali gauti didelio kontrasto vaizdus. Didelė skiriamoji geba: naudojant didelę erdvinę ultragarso skiriamąją gebą, fotoakustinis vaizdas gali pasiekti milimetro ar net submilimetro vaizdo tikslumą. Neinvazinis: fotoakustinis vaizdas yra neinvazinis, šviesa ir garsas nepažeis audinių, labai tinka žmonių medicininei diagnozei. Gylio vaizdavimo galimybė: Palyginti su tradiciniu optiniu vaizdavimu, fotoakustinis vaizdas gali prasiskverbti kelis centimetrus po oda, o tai tinka giliųjų audinių vaizdavimui.

Taikymas:
1. Kraujagyslių vaizdavimas: – Fotoakustinis vaizdas gali aptikti hemoglobino šviesą sugeriančias savybes kraujyje, todėl gali tiksliai parodyti kraujagyslių struktūrą ir deguonies būseną, kad būtų galima stebėti mikrocirkuliaciją ir spręsti apie ligas.
2. Naviko aptikimas: – Angiogenezė naviko audiniuose paprastai būna itin gausi, o fotoakustinis vaizdas gali padėti anksti aptikti navikus, nes nustatoma kraujagyslių struktūros anomalija.
3. Funkcinis vaizdavimas: – Fotoakustiniu vaizdavimu galima įvertinti audinių aprūpinimą deguonimi, nustatant deguonies ir deoksihemoglobino koncentraciją audiniuose, o tai labai svarbu funkcinei ligų, tokių kaip vėžys ir širdies ir kraujagyslių ligos, stebėjimui.
4. Odos vaizdavimas: – Kadangi fotoakustinis vaizdas yra labai jautrus paviršiniam audiniui, jis tinka ankstyvam odos vėžio nustatymui ir odos anomalijų analizei.
5. Smegenų vaizdavimas. Fotoakustinis vaizdas gali gauti informacijos apie smegenų kraujotaką neinvaziniu būdu smegenų ligų, tokių kaip insultas ir epilepsija, tyrimui.

Fotoakustinio vaizdavimo iššūkiai ir plėtros kryptys:
Šviesos šaltinispasirinkimas: Skirtingų bangų ilgių šviesos skverbtis yra skirtinga, kaip pasirinkti tinkamą bangos ilgio balanso skiriamąją gebą ir prasiskverbimo gylį yra iššūkis. Signalų apdorojimas: norint gauti ir apdoroti ultragarsinius signalus, reikalingi greiti ir tikslūs algoritmai, o vaizdo atkūrimo technologijos plėtra taip pat yra labai svarbi. Daugiarūšis vaizdavimas: fotoakustinis vaizdas gali būti derinamas su kitais vaizdo gavimo būdais (pvz., MRT, KT, ultragarsu), kad būtų galima gauti išsamesnės biomedicininės informacijos.

Fotoakustinis vaizdavimas yra nauja ir daugiafunkcinė biomedicininio vaizdo technologija, pasižyminti didelio kontrasto, didelės skiriamosios gebos ir neinvazinio poveikio savybėmis. Tobulėjant technologijoms, fotoakustinis vaizdavimas turi plačias taikymo perspektyvas medicinos diagnostikos, pagrindinių biologijos tyrimų, vaistų kūrimo ir kitose srityse.