Фотоакустикалық бейнелеу принциптері

Фотоакустикалық бейнелеу принциптері

Фотоакустикалық бейнелеу (PAI) - бұл біріктірілген медициналық бейнелеу әдісіоптикажәне өзара әрекеттесуін пайдаланып ультрадыбыстық сигналдарды генерациялау үшін акустикажарықжоғары ажыратымдылықтағы тіндердің кескіндерін алу үшін тіндерді пайдалану. Ол биомедициналық салаларда, әсіресе ісіктерді анықтауда, тамырларды бейнелеуде, тері бейнелеуде және басқа да салаларда кеңінен қолданылады.

Принцип:
1. Жарықтың жұтылуы және жылулық кеңею: – Фотоакустикалық бейнелеу жарықтың жұтылуынан пайда болатын жылулық әсерді пайдаланады. Тіндегі пигмент молекулалары (мысалы, гемоглобин, меланин) фотондарды (әдетте жақын инфрақызыл жарық) сіңіреді, олар жылу энергиясына айналады, бұл жергілікті температураның жоғарылауына әкеледі.
2. Термиялық кеңею ультрадыбысты тудырады: – Температураның жоғарылауы тіннің аздаған термиялық кеңеюіне әкеледі, бұл қысым толқындарын (яғни ультрадыбысты) тудырады.
3. Ультрадыбыстық анықтау: – Түзілген ультрадыбыстық толқындар тін ішінде таралады, және бұл сигналдар кейіннен ультрадыбыстық сенсорлармен (мысалы, ультрадыбыстық зондтар) қабылданады және жазылады.
4. Кескінді қалпына келтіру: жиналған ультрадыбыстық сигнал тіннің құрылымы мен функциясының кескінін қалпына келтіру үшін есептеледі және өңделеді, бұл тіннің оптикалық сіңіру сипаттамаларын қамтамасыз ете алады. Фотоакустикалық бейнелеудің артықшылықтары: Жоғары контраст: Фотоакустикалық бейнелеу тіндердің жарық сіңіру сипаттамаларына негізделген, ал әртүрлі тіндердің (мысалы, қан, май, бұлшықет және т.б.) жарықты сіңіру қабілеті әртүрлі, сондықтан ол жоғары контрастты кескіндерді бере алады. Жоғары ажыратымдылық: Ультрадыбыстың жоғары кеңістіктік ажыратымдылығын қолдана отырып, фотоакустикалық бейнелеу миллиметрлік немесе тіпті субмиллиметрлік бейнелеу дәлдігіне қол жеткізе алады. Инвазивті емес: Фотоакустикалық бейнелеу инвазивті емес, жарық пен дыбыс тіндерге зақым келтірмейді, бұл адамның медициналық диагнозы үшін өте қолайлы. Тереңдік бейнелеу мүмкіндігі: Дәстүрлі оптикалық бейнелеумен салыстырғанда, фотоакустикалық бейнелеу терінің астына бірнеше сантиметрге ене алады, бұл тіндердің терең бейнелеуіне жарамды.

Қолдану:
1. Тамырларды бейнелеу: – Фотоакустикалық бейнелеу қандағы гемоглобиннің жарықты сіңіру қасиеттерін анықтай алады, сондықтан микроциркуляцияны бақылау және ауруларды бағалау үшін қан тамырларының құрылымы мен оттегімен қанығу күйін дәл көрсете алады.
2. Ісікті анықтау: – Ісік тіндерінде ангиогенез әдетте өте көп болады, ал фотоакустикалық бейнелеу тамыр құрылымындағы ауытқуларды анықтау арқылы ісіктерді ерте анықтауға көмектеседі.
3. Функционалды бейнелеу: – Фотоакустикалық бейнелеу тіндердегі оттегімен қамтамасыз етілуін және дезоксигемоглобин концентрациясын анықтау арқылы бағалай алады, бұл қатерлі ісік және жүрек-қан тамырлары аурулары сияқты ауруларды функционалдық бақылау үшін өте маңызды.
4. Теріні бейнелеу: – Фотоакустикалық бейнелеу беткі тіндерге өте сезімтал болғандықтан, тері қатерлі ісігін ерте анықтауға және терінің ауытқуларын талдауға жарамды.
5. Миды бейнелеу: Фотоакустикалық бейнелеу инсульт және эпилепсия сияқты ми ауруларын зерттеу үшін ми қан ағымы туралы ақпаратты инвазивті емес түрде алуға мүмкіндік береді.

Фотоакустикалық бейнелеудің қиындықтары мен даму бағыттары:
Жарық көзітаңдау: Әртүрлі толқын ұзындықтарындағы жарықтың енуі әртүрлі, толқын ұзындығының тепе-теңдігінің ажыратымдылығы мен ену тереңдігін қалай таңдау керектігі қиындық тудырады. Сигналды өңдеу: Ультрадыбыстық сигналдарды алу және өңдеу жоғары жылдамдықты және дәл алгоритмдерді қажет етеді, ал кескінді қалпына келтіру технологиясын әзірлеу де өте маңызды. Мультимодальды бейнелеу: Фотоакустикалық бейнелеуді биомедициналық ақпараттың кеңірек болуын қамтамасыз ету үшін басқа бейнелеу әдістерімен (мысалы, МРТ, КТ, ультрадыбыстық бейнелеу) біріктіруге болады.

Фотоакустикалық бейнелеу - жоғары контраст, жоғары ажыратымдылық және инвазивті емес сипаттамаларға ие жаңа және көп функциялы биомедициналық бейнелеу технологиясы. Технологияның дамуымен фотоакустикалық бейнелеу медициналық диагностикада, биологияның негізгі зерттеулерінде, дәрі-дәрмектерді әзірлеуде және басқа да салаларда кең қолдану перспективаларына ие.