Прынцыпы фотаакустычнай візуалізацыі

Прынцыпы фотаакустычнай візуалізацыі

Фотаакустычная візуалізацыя (PAI) - гэта метад медыцынскай візуалізацыі, які спалучаеоптыкаі акустыка для генерацыі ультрагукавых сігналаў з дапамогай узаемадзеяннясвятлоз тканінай для атрымання малюнкаў тканіны з высокім дазволам. Ён шырока выкарыстоўваецца ў біямедыцынскіх галінах, асабліва пры выяўленні пухлін, візуалізацыі сасудаў, скуры і ў іншых галінах.

прынцып:
1. Паглынанне святла і цеплавое пашырэнне: – Фотаакустычная візуалізацыя выкарыстоўвае цеплавы эфект, які ўзнікае ў выніку паглынання святла. Малекулы пігмента ў тканінах (напрыклад, гемаглабін, меланін) паглынаюць фатоны (звычайна блізкае інфрачырвонае святло), якія пераўтвараюцца ў цеплавую энергію, выклікаючы павышэнне мясцовых тэмператур.
2. Цеплавое пашырэнне выклікае ультрагук: – Павышэнне тэмпературы прыводзіць да нязначнага цеплавога пашырэння тканіны, што стварае хвалі ціску (напрыклад, ультрагук).
3. Ультрагукавое выяўленне: – Сгенераваныя ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца ў тканіны, і гэтыя сігналы пасля прымаюцца і запісваюцца ультрагукавымі датчыкамі (напрыклад, ультрагукавымі зондамі).
4. Рэканструкцыя выявы: сабраны ультрагукавой сігнал разлічваецца і апрацоўваецца для аднаўлення структуры і функцыі выявы тканіны, што можа забяспечыць характарыстыкі аптычнага паглынання тканіны. Перавагі фотаакустычнай візуалізацыі: Высокая кантраснасць: фотаакустычная візуалізацыя абапіраецца на характарыстыкі паглынання святла тканінамі, а розныя тканіны (напрыклад, кроў, тлушч, мышцы і г.д.) валодаюць рознай здольнасцю паглынаць святло, таму могуць ствараць выявы з высокай кантраснасцю. Высокая раздзяляльнасць: выкарыстоўваючы высокае прасторавае раздзяленне ультрагуку, фотаакустычная візуалізацыя можа дасягнуць міліметровай ці нават субміліметровай дакладнасці выявы. Неінвазіўны: фотаакустычная візуалізацыя неінвазіўная, святло і гук не выклікаюць пашкоджання тканін, вельмі падыходзяць для медыцынскай дыягностыкі чалавека. Магчымасць візуалізацыі глыбіні: у параўнанні з традыцыйнай аптычнай візуалізацыяй, фотаакустычная візуалізацыя можа пранікаць на некалькі сантыметраў пад скуру, што падыходзіць для візуалізацыі глыбокіх тканін.

Ужыванне:
1. Візуалізацыя сасудаў: – Фотаакустычная візуалізацыя можа выявіць святлопаглынальныя ўласцівасці гемаглабіну ў крыві, таму яна можа дакладна адлюстроўваць структуру і стан аксігенацыі крывяносных сасудаў для маніторынгу мікрацыркуляцыі і вызначэння захворванняў.
2. Выяўленне пухліны: – Ангіягенез у опухолевых тканінах звычайна надзвычай багаты, і фотаакустычная візуалізацыя можа дапамагчы ранняму выяўленню пухлін шляхам выяўлення анамалій сасудзістай структуры.
3. Функцыянальная візуалізацыя: – Фотаакустычная візуалізацыя можа ацаніць забеспячэнне тканін кіслародам шляхам выяўлення канцэнтрацыі аксігенацыі і дэзаксігемоглабіну ў тканінах, што мае вялікае значэнне для функцыянальнага маніторынгу такіх захворванняў, як рак і сардэчна-сасудзістыя захворванні.
4. Візуалізацыя скуры: – Паколькі фотаакустычная візуалізацыя вельмі адчувальная да павярхоўнай тканіны, яна падыходзіць для ранняга выяўлення рака скуры і аналізу анамалій скуры.
5. Візуалізацыя галаўнога мозгу: фотаакустычная візуалізацыя можа неінвазіўным спосабам атрымаць інфармацыю аб мазгавым крывацёку для вывучэння захворванняў мозгу, такіх як інсульт і эпілепсія.

Праблемы і напрамкі развіцця фотаакустычнай візуалізацыі:
Крыніца святлавыбар: пранікненне святла розных даўжынь хваль адрозніваецца, як выбраць правільны баланс даўжыні хвалі, дазвол і глыбіню пранікнення - складаная задача. Апрацоўка сігналаў: Атрыманне і апрацоўка ультрагукавых сігналаў патрабуе высакахуткасных і дакладных алгарытмаў, і развіццё тэхналогіі рэканструкцыі выявы таксама мае вырашальнае значэнне. Мультымадальная візуалізацыя: фотаакустычная візуалізацыя можа спалучацца з іншымі метадамі візуалізацыі (напрыклад, МРТ, КТ, ультрагукавая візуалізацыя), каб атрымаць больш поўную біямедыцынскую інфармацыю.

Фотаакустычная візуалізацыя - гэта новая і шматфункцыянальная біямедыцынская тэхналогія візуалізацыі, якая мае характарыстыкі высокай кантраснасці, высокай раздзяляльнасці і неінвазіўнасці. З развіццём тэхналогій фотаакустычная візуалізацыя мае шырокія перспектывы прымянення ў медыцынскай дыягностыцы, фундаментальных біялагічных даследаваннях, распрацоўцы лекаў і іншых галінах.