A fotoakusztikus képalkotás alapelvei

A fotoakusztikus képalkotás alapelvei

A fotoakusztikus képalkotás (PAI) egy orvosi képalkotó technika, amely ötvözi a következőket:optikaés akusztika ultrahangos jelek előállítására a következők kölcsönhatásának felhasználásávalfényszövetekkel nagy felbontású szöveti képek készítése céljából. Széles körben használják az orvosbiológiai területeken, különösen a daganatok kimutatásában, az érrendszeri képalkotásban, a bőr képalkotásában és más területeken.

Alapelv:
1. Fényelnyelés és hőtágulás: – A fotoakusztikus képalkotás a fényelnyelés által létrehozott hőhatást használja ki. A szövetben lévő pigmentmolekulák (pl. hemoglobin, melanin) elnyelik a fotonokat (általában közeli infravörös fényt), amelyek hőenergiává alakulnak, ami a helyi hőmérséklet emelkedését okozza.
2. A hőtágulás ultrahangot okoz: – A hőmérséklet-emelkedés a szövet apró hőtágulásához vezet, ami nyomáshullámokat (azaz ultrahangot) hoz létre.
3. Ultrahangos detektálás: – A keletkezett ultrahanghullámok a szövetben terjednek, majd ezeket a jeleket ultrahangos érzékelők (például ultrahangos szondák) veszik és rögzítik.
4. Képrekonstrukció: a begyűjtött ultrahangos jelet kiszámítják és feldolgozzák a szövet szerkezeti és funkciós képének rekonstruálásához, amely megadhatja a szövet optikai abszorpciós jellemzőit. A fotoakusztikus képalkotás előnyei: Nagy kontraszt: A fotoakusztikus képalkotás a szövetek fényelnyelési jellemzőin alapul, és a különböző szövetek (például vér, zsír, izom stb.) eltérő fényelnyelő képességgel rendelkeznek, így nagy kontrasztú képeket képes biztosítani. Nagy felbontás: Az ultrahang nagy térbeli felbontását kihasználva a fotoakusztikus képalkotás milliméteres vagy akár milliméter alatti képalkotási pontosságot is elérhet. Nem invazív: A fotoakusztikus képalkotás nem invazív, a fény és a hang nem okoz szövetkárosodást, így nagyon alkalmas emberi orvosi diagnózishoz. Mélységi képalkotási képesség: A hagyományos optikai képalkotással összehasonlítva a fotoakusztikus képalkotás több centiméter mélyen a bőr alá is behatolhat, ami alkalmas a mélyszöveti képalkotásra.

Alkalmazás:
1. Érrendszeri képalkotás: – A fotoakusztikus képalkotás képes kimutatni a vérben lévő hemoglobin fényelnyelő tulajdonságait, így pontosan megjelenítheti az erek szerkezetét és oxigénellátási állapotát a mikrokeringés monitorozása és a betegségek megítélése érdekében.
2. Daganatkimutatás: – A daganatos szövetekben az angiogenezis általában rendkívül jelentős, és a fotoakusztikus képalkotás segíthet a daganatok korai felismerésében az érrendszeri rendellenességek kimutatásával.
3. Funkcionális képalkotás: – A fotoakusztikus képalkotás a szövetek oxigénellátásának és a dezoxihemoglobin koncentrációjának kimutatásával képes felmérni a szövetek oxigénellátását, ami nagy jelentőséggel bír olyan betegségek funkcionális monitorozásában, mint a rák és a szív- és érrendszeri betegségek.
4. Bőrvizsgálat: – Mivel a fotoakusztikus képalkotás nagyon érzékeny a felszíni szövetekre, alkalmas a bőrrák korai felismerésére és a bőrelváltozások elemzésére.
5. Agyvizsgálat: A fotoakusztikus képalkotás nem invazív módon képes agyi véráramlási információkat nyerni olyan agyi betegségek tanulmányozásához, mint a stroke és az epilepszia.

A fotoakusztikus képalkotás kihívásai és fejlesztési irányai:
Fényforráskiválasztás: A különböző hullámhosszú fény behatolása eltérő, a megfelelő hullámhossz-egyensúly, felbontás és behatolási mélység kiválasztása kihívást jelent. Jelfeldolgozás: Az ultrahangos jelek rögzítése és feldolgozása nagy sebességű és pontos algoritmusokat igényel, és a képrekonstrukciós technológia fejlesztése is kulcsfontosságú. Multimodális képalkotás: A fotoakusztikus képalkotás kombinálható más képalkotó modalitásokkal (például MRI, CT, ultrahangos képalkotás) az átfogóbb biomedicinális információk biztosítása érdekében.

A fotoakusztikus képalkotás egy új és multifunkcionális biomedicinális képalkotó technológia, amely nagy kontraszttal, nagy felbontással és non-invazív tulajdonságokkal rendelkezik. A technológia fejlődésével a fotoakusztikus képalkotás széles körű alkalmazási lehetőségeket kínál az orvosi diagnosztikában, az alapbiológiai kutatásban, a gyógyszerfejlesztésben és más területeken.