Principper for fotoakustisk billeddannelse

Principper for fotoakustisk billeddannelse

PhotoAcoustic Imaging (PAI) er en medicinsk billeddannelsesteknik, der kombinereroptikog akustik til at generere ultralydssignaler ved hjælp af interaktionen aflysmed væv til at opnå vævsbilleder i høj opløsning. Det er vidt brugt i biomedicinske felter, især i tumordetektion, vaskulær billeddannelse, hudafbildning og andre felter.

Princip:
1. lysabsorption og termisk ekspansion: - Fotoakustisk billeddannelse bruger den termiske effekt, der er produceret af lysabsorption. Pigmentmolekylerne i vævet (f.eks. Hæmoglobin, melanin) absorberer fotoner (normalt næsten infrarødt lys), som omdannes til varmeenergi, hvilket får lokale temperaturer til at stige.
2. termisk ekspansion forårsager ultralyd: - temperaturstigning fører til lille termisk ekspansion af vævet, der producerer trykbølger (dvs. ultralyd).
3. ultralyddetektion: - De genererede ultralydsbølger forplantes i vævet, og disse signaler modtages og registreres derefter af ultralydssensorer (såsom ultralydsprober).
4. Billedopbygning: Det indsamlede ultralydssignal beregnes og behandles for at genopbygge strukturen og funktionsbilledet af vævet, som kan tilvejebringe de optiske absorptionsegenskaber af vævet. Fordelene ved fotoakustisk billeddannelse: Høj kontrast: Fotoakustisk billeddannelse er afhængig af lysabsorptionsegenskaberne i væv, og forskellige væv (såsom blod, fedt, muskler osv.) Har forskellige evner til at absorbere lys, så det kan give høje kontrastbilleder. Høj opløsning: Brug af den høje rumlige opløsning af ultralyd, fotoakustisk billeddannelse kan opnå millimeter eller endda sub-millimeter billeddannelsesnøjagtighed. Ikke-invasiv: Fotoakustisk billeddannelse er ikke-invasiv, let og lyd vil ikke forårsage vævsskade, meget velegnet til human medicinsk diagnose. Dybdeafbildningsevne: Sammenlignet med traditionel optisk billeddannelse kan fotoakustisk billeddannelse trænge ind i flere centimeter under huden, hvilket er velegnet til dybt vævsafbildning.

Anvendelse:
1. Vaskulær billeddannelse:-Fotoakustisk billeddannelse kan detektere de lysabsorberende egenskaber ved hæmoglobin i blodet, så det kan nøjagtigt vise strukturen og iltningsstatus for blodkar til overvågning af mikrocirkulation og bedømmelsessygdomme.
2. tumordetektion: - Angiogenese i tumorvæv er normalt ekstremt rigelig, og fotoakustisk billeddannelse kan hjælpe med at påvise tumorer ved at detektere abnormiteter i vaskulær struktur.
3. funktionel billeddannelse: - Fotoakustisk billeddannelse kan vurdere iltforsyningen af ​​væv ved at påvise koncentrationen af ​​iltning og deoxyhemoglobin i væv, hvilket er af stor betydning for funktionel overvågning af sygdomme, såsom kræft og hjerte -kar -sygdom.
4. hudafbildning: - Fordi fotoakustisk billeddannelse er meget følsom over for overfladisk væv, er det velegnet til tidlig påvisning af hudkræft og analyse af hud abnormiteter.
5. HJERNEBAGERING: Fotoakustisk billeddannelse kan få cerebral blodgennemstrømningsinformation på en ikke-invasiv måde til undersøgelse af hjernesygdomme såsom slagtilfælde og epilepsi.

Udfordringer og udviklingsretninger ved fotoakustisk billeddannelse:
LyskildeValg: Let penetration af forskellige bølgelængder er forskellig, hvordan man vælger den rigtige bølgelængdebalanceopløsning og penetrationsdybde er en udfordring. Signalbehandling: Erhvervelse og behandling af ultralydssignaler kræver højhastigheds og nøjagtige algoritmer, og udviklingen af ​​billedopbygningsteknologi er også afgørende. Multimodal billeddannelse: fotoakustisk billeddannelse kan kombineres med andre billeddannelsesmetoder (såsom MRI, CT, ultralydafbildning) for at give mere omfattende biomedicinsk information.

Fotoakustisk billeddannelse er en ny og multifunktionel biomedicinsk billeddannelsesteknologi, der har egenskaberne ved høj kontrast, høj opløsning og ikke-invasiv. Med udviklingen af ​​teknologi har fotoakustisk billeddannelse brede anvendelsesudsigter inden for medicinsk diagnose, grundlæggende biologi -forskning, lægemiddeludvikling og andre områder.