A fotoakusztikus képalkotás alapelvei

A fotoakusztikus képalkotás alapelvei

A fotoakusztikus képalkotás (PAI) egy olyan orvosi képalkotó technika, amely egyesítioptikaés az akusztika ultrahangos jelek generálására a kölcsönhatás segítségévelfényszövettel nagy felbontású szövetképek készítéséhez. 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 keltett hőhatást használja fel. A szövetben található pigmentmolekulák (pl. hemoglobin, melanin) fotonokat (általában közeli infravörös fényt) nyelnek el, amelyek hőenergiává alakulnak, ami a helyi hőmérséklet emelkedését okozza.
2. A hőtágulás ultrahangot okoz: – A hőmérséklet emelkedése a szövet apró hőtágulásához vezet, ami nyomáshullámokat (pl. ultrahangot) kelt.
3. Ultrahangos érzékelés: – A generált ultrahanghullámok a szövetben terjednek, majd ezeket a jeleket ultrahangos érzékelők (például ultrahangszondák) veszik és rögzítik.
4. Képrekonstrukció: az összegyűjtött ultrahangos jelet kiszámítják és feldolgozzák a szövet szerkezetének és működési képének újjáépítésére, amely képes biztosítani a szövet optikai abszorpciós jellemzőit. A fotoakusztikus képalkotás előnyei: Nagy kontraszt: A fotoakusztikus képalkotás a szövetek fényelnyelési jellemzőire támaszkodik, és a különböző szövetek (például vér, zsír, izom stb.) eltérően képesek elnyelni a fényt, így nagy kontrasztú képeket tud készíteni. Nagy felbontás: Az ultrahang nagy térbeli felbontását használva a fotoakusztikus képalkotás milliméteres vagy akár szub-milliméteres képalkotási pontosságot érhet el. Nem invazív: A fotoakusztikus képalkotás nem invazív, a fény és a hang nem okoz szövetkárosodást, nagyon alkalmas humán orvosi diagnózisra. Mélységi képalkotó képesség: A hagyományos optikai képalkotáshoz képest a fotoakusztikus képalkotás több centiméterre is behatol a bőr alá, ami alkalmas mélyszöveti képalkotásra.

Alkalmazás:
1. Érrendszeri képalkotás: – A fotoakusztikus képalkotás képes kimutatni a hemoglobin fényelnyelő tulajdonságait a vérben, így pontosan megjelenítheti az erek szerkezetét és oxigénellátási állapotát a mikrokeringés nyomon követésére és a betegségek megítélésére.
2. Daganatok kimutatása: – A tumorszövetekben az angiogenezis általában rendkívül bőséges, a fotoakusztikus képalkotás pedig az érszerkezeti eltérések kimutatásával segítheti a daganatok korai felismerését.
3. Funkcionális képalkotás: – A fotoakusztikus képalkotás a szövetek oxigénellátását képes felmérni a szövetekben található oxigenizáció és dezoxihemoglobin koncentrációjának kimutatásával, ami nagy jelentőséggel bír az olyan betegségek funkcionális monitorozásában, mint a rák és a szív- és érrendszeri betegségek.
4. Bőrképalkotás: – Mivel a fotoakusztikus képalkotás nagyon érzékeny a felületi szövetekre, alkalmas a bőrrák korai felismerésére és a bőrelváltozások elemzésére.
5. Agyi képalkotás: A fotoakusztikus képalkotás non-invazív módon nyerhet információt az agyi véráramlásról az agyi betegségek, például a stroke és az epilepszia vizsgálatához.

A fotoakusztikus képalkotás kihívásai és fejlesztési irányai:
Fényforráskiválasztás: A különböző hullámhosszú fényáteresztés eltérő, a megfelelő hullámhosszegyensúlyi felbontás és behatolási mélység kiválasztása kihívást jelent. Jelfeldolgozás: Az ultrahangos jelek beszerzése és feldolgozása nagy sebességű és pontos algoritmusokat igényel, valamint a képrekonstrukciós technológia fejlesztése is döntő jelentőségű. Multimodális képalkotás: A fotoakusztikus képalkotás kombinálható más képalkotó módszerekkel (például MRI, CT, ultrahang képalkotás), hogy átfogóbb orvosbiológiai információkat nyújtsanak.

A fotoakusztikus képalkotás egy új, többfunkciós orvosbiológiai képalkotó technológia, amely nagy kontrasztú, nagy felbontású és non-invazív tulajdonságokkal rendelkezik. A technológia fejlődésével a fotoakusztikus képalkotás széles körben alkalmazható az orvosi diagnosztikában, a biológiai alapkutatásban, a gyógyszerfejlesztésben és más területeken.