Fotoakustinio vaizdavimo principai

Fotoakustinio vaizdavimo principai

Fotoakustinis vaizdavimas (PAI) yra medicininio vaizdavimo technika, kuri apjungiaoptikair akustika ultragarsiniams signalams generuoti, naudojant sąveikąšviesasu audiniais, siekiant gauti didelės skiriamosios gebos audinių vaizdus. Jis plačiai naudojamas biomedicinos srityse, ypač navikų nustatyme, kraujagyslių vaizdavime, odos vaizdavime ir kitose srityse.

Principas:
1. Šviesos sugertis ir šiluminis plėtimasis: – Fotoakustiniame vaizdavime naudojamas šviesos sugerties sukeliamas šiluminis efektas. Audinių pigmento molekulės (pvz., hemoglobinas, melaninas) sugeria fotonus (dažniausiai artimojo infraraudonojo spektro šviesą), kurie paverčiami šilumos energija, todėl pakyla vietinė temperatūra.
2. Ultragarsą sukelia šiluminis plėtimasis: – Temperatūros kilimas sukelia nedidelį audinio šiluminį plėtimąsi, dėl kurio susidaro slėgio bangos (t. y. ultragarsas).
3. Ultragarsinis aptikimas: – Sukurtos ultragarso bangos sklinda audinyje, o šiuos signalus vėliau priima ir registruoja ultragarsiniai jutikliai (pvz., ultragarsiniai zondai).
4. Vaizdo rekonstrukcija: surinktas ultragarsinis signalas apskaičiuojamas ir apdorojamas, siekiant atkurti audinio struktūros ir funkcijos vaizdą, kuris gali pateikti audinio optinės sugerties charakteristikas. Fotoakustinio vaizdavimo privalumai: Didelis kontrastas: Fotoakustinis vaizdavimas remiasi audinių šviesos sugerties savybėmis, o skirtingi audiniai (pvz., kraujas, riebalai, raumenys ir kt.) turi skirtingą gebėjimą sugerti šviesą, todėl gali suteikti didelio kontrasto vaizdus. Didelė skiriamoji geba: Naudojant didelę ultragarso erdvinę skiriamąją gebą, fotoakustinis vaizdavimas gali pasiekti milimetro ar net submilimetrinį vaizdo tikslumą. Neinvazinis: Fotoakustinis vaizdavimas yra neinvazinis, šviesa ir garsas nepažeidžia audinių, labai tinka žmonių medicininei diagnostikai. Giluminio vaizdavimo galimybės: Palyginti su tradiciniu optiniu vaizdavimu, fotoakustinis vaizdavimas gali prasiskverbti kelis centimetrus po oda, o tai tinka giliųjų audinių vaizdavimui.

Taikymas:
1. Kraujagyslių vaizdinimas: – Fotoakustinis vaizdavimas gali aptikti kraujyje esančio hemoglobino šviesą sugeriančias savybes, todėl gali tiksliai parodyti kraujagyslių struktūrą ir deguonies būseną, kad būtų galima stebėti mikrocirkuliaciją ir spręsti apie ligas.
2. Naviko aptikimas: – Naviko audiniuose angiogenezė paprastai yra itin gausi, o fotoakustinis vaizdinimas gali padėti anksti aptikti navikus, nustatant kraujagyslių struktūros sutrikimus.
3. Funkcinis vaizdavimas: – Fotoakustinis vaizdavimas gali įvertinti audinių aprūpinimą deguonimi, nustatant deguonies ir deoksihemoglobino koncentraciją audiniuose, o tai yra labai svarbu funkciniam tokių ligų kaip vėžys ir širdies ir kraujagyslių ligos stebėjimui.
4. Odos vaizdinimas: – Kadangi fotoakustinis vaizdinimas yra labai jautrus paviršiniams audiniams, jis tinka ankstyvai odos vėžio diagnostikai ir odos anomalijų analizei.
5. Smegenų vaizdinimas: fotoakustinis vaizdinimas gali neinvaziniu būdu gauti smegenų kraujotakos informaciją, skirtą smegenų ligoms, tokioms kaip insultas ir epilepsija, tirti.

Fotoakustinio vaizdavimo iššūkiai ir plėtros kryptys:
Šviesos šaltinispasirinkimas: skirtingų bangos ilgių šviesos prasiskverbimas yra skirtingas, todėl tinkamo bangos ilgio balanso, skiriamosios gebos ir prasiskverbimo gylio pasirinkimas yra iššūkis. Signalų apdorojimas: ultragarso signalams gauti ir apdoroti reikalingi didelės spartos ir tikslūs algoritmai, todėl labai svarbu sukurti vaizdo rekonstrukcijos technologiją. Multimodalinis vaizdavimas: fotoakustinį vaizdavimą galima derinti su kitais vaizdavimo būdais (pvz., MRT, KT, ultragarsiniu vaizdavimu), siekiant gauti išsamesnės biomedicininės informacijos.

Fotoakustinis vaizdavimas yra nauja ir daugiafunkcinė biomedicininio vaizdavimo technologija, pasižyminti dideliu kontrastu, didele skiriamąja geba ir neinvaziniu poveikiu. Tobulėjant technologijoms, fotoakustinis vaizdavimas turi plačias taikymo perspektyvas medicininėje diagnostikoje, fundamentiniuose biologijos tyrimuose, vaistų kūrime ir kitose srityse.