Фотоакустикалық бейнелеудің принциптері

Фотоакустикалық бейнелеудің принциптері

Фотоакустикалық бейнелеу (PAI) - біріктіретін медициналық бейнелеу әдісіоптикаөзара әрекеттесу арқылы ультрадыбыстық сигналдарды генерациялау үшін акустикажарықжоғары ажыратымдылықтағы тіндік кескіндерді алу үшін тінмен. Ол биомедициналық салаларда, әсіресе ісіктерді анықтауда, тамырларды бейнелеуде, тері визуализациясында және басқа салаларда кеңінен қолданылады.

Принцип:
1. Жарықтың жұтылуы және термиялық кеңеюі: – Фотоакустикалық бейнелеу жарықты сіңіру нәтижесінде пайда болатын жылу әсерін пайдаланады. Ұлпадағы пигмент молекулалары (мысалы, гемоглобин, меланин) фотондарды (әдетте жақын инфрақызыл сәуле) сіңіреді, олар жылу энергиясына айналады, бұл жергілікті температураның жоғарылауына әкеледі.
2. Термиялық кеңею ультрадыбысты тудырады: – Температураның жоғарылауы қысым толқындарын (яғни ультрадыбысты) тудыратын тіннің шамалы термиялық кеңеюіне әкеледі.
3. Ультрадыбыстық анықтау: – Жасалған ультрадыбыстық толқындар тіннің ішінде таралады және бұл сигналдар кейіннен ультрадыбыстық сенсорлар арқылы қабылданады және жазылады (мысалы, ультрадыбыстық зондтар).
4. Кескінді қайта құру: жиналған ультрадыбыстық сигнал тіннің оптикалық сіңіру сипаттамаларын қамтамасыз ете алатын тіннің құрылымы мен функционалдық бейнесін қалпына келтіру үшін есептеледі және өңделеді. Фотоакустикалық бейнелеудің артықшылықтары: Жоғары контраст: Фотоакустикалық бейнелеу тіндердің жарықты сіңіру сипаттамаларына сүйенеді және 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 пайдалана отырып, фотоакустикалық бейнелеу миллиметрлік немесе тіпті миллиметрден төмен бейнелеу дәлдігіне қол жеткізе алады. Инвазивті емес: фотоакустикалық бейнелеу инвазивті емес, жарық пен дыбыс тіндердің зақымдануын тудырмайды, адамның медициналық диагностикасы үшін өте қолайлы. Тереңдікте бейнелеу мүмкіндігі: Дәстүрлі оптикалық бейнелеумен салыстырғанда, фотоакустикалық бейнелеу тері астына бірнеше сантиметрге ене алады, бұл терең тіндерді бейнелеуге жарамды.

Қолдану:
1. Тамырларды бейнелеу: – Фотоакустикалық бейнелеу қандағы гемоглобиннің жарық сіңіретін қасиеттерін анықтай алады, осылайша микроциркуляцияны бақылау және ауруларды анықтау үшін қан тамырларының құрылымы мен оттегімен қамтамасыз ету күйін дәл көрсете алады.
2. Ісікті анықтау: – Ісік тіндеріндегі ангиогенез әдетте өте көп және фотоакустикалық бейнелеу тамырлар құрылымындағы ауытқуларды анықтау арқылы ісіктерді ерте анықтауға көмектеседі.
3. Функционалды бейнелеу: – Фотоакустикалық бейнелеу тіндердегі оттегі мен дезоксигемоглобин концентрациясын анықтау арқылы тіндердің оттегімен қамтамасыз етілуін бағалай алады, бұл қатерлі ісік және жүрек-тамыр аурулары сияқты ауруларды функционалды бақылау үшін үлкен маңызға ие.
4. Теріні бейнелеу: – Фотоакустикалық бейнелеу үстіңгі тіндерге өте сезімтал болғандықтан, тері ісігін ерте анықтауға және тері ауытқуларын талдауға қолайлы.
5. Миды бейнелеу: Фотоакустикалық бейнелеу инсульт және эпилепсия сияқты ми ауруларын зерттеу үшін инвазивті емес түрде церебральды қан ағымы туралы ақпаратты ала алады.

Фотоакустикалық бейнелеудің қиындықтары мен даму бағыттары:
Жарық көзітаңдау: Әр түрлі толқын ұзындығындағы жарықтың енуі әр түрлі, дұрыс толқын ұзындығы балансының ажыратымдылығын және ену тереңдігін қалай таңдау қиын. Сигналдарды өңдеу: Ультрадыбыстық сигналдарды алу және өңдеу жоғары жылдамдықты және дәл алгоритмдерді қажет етеді, сонымен қатар кескінді қайта құру технологиясын дамыту да өте маңызды. Мультимодальді бейнелеу: Толық биомедициналық ақпаратты қамтамасыз ету үшін фотоакустикалық бейнелеу басқа бейнелеу әдістерімен (МРТ, КТ, ультрадыбыстық бейнелеу сияқты) біріктірілуі мүмкін.

Фотоакустикалық бейнелеу – жоғары контраст, жоғары ажыратымдылық және инвазивті емес сипаттамалары бар жаңа және көп функциялы биомедициналық бейнелеу технологиясы. Технологияның дамуымен фотоакустикалық бейнелеу медициналық диагностикада, іргелі биологиялық зерттеулерде, дәрілік заттарды әзірлеуде және басқа салаларда кең қолдану перспективаларына ие.