Прынцыпы фотаакустычнай візуалізацыі
Фотаакустычная візуалізацыя (ФАІ) — гэта метад медыцынскай візуалізацыі, які спалучаеоптыкаі акустыкі для генерацыі ультрагукавых сігналаў з выкарыстаннем узаемадзеяннясвятлоз тканінамі для атрымання малюнкаў тканін з высокім разрозненнем. Ён шырока выкарыстоўваецца ў біямедыцынскіх галінах, асабліва ў выяўленні пухлін, візуалізацыі сасудаў, візуалізацыі скуры і іншых галінах.
Прынцып:
1. Паглынанне святла і цеплавое пашырэнне: – Фотаакустычная візуалізацыя выкарыстоўвае цеплавы эфект, які ўзнікае пры паглынанні святла. Малекулы пігмента ў тканінах (напрыклад, гемаглабін, меланін) паглынаюць фатоны (звычайна блізкае інфрачырвонае святло), якія пераўтвараюцца ў цеплавую энергію, што прыводзіць да павышэння лакальнай тэмпературы.
2. Цеплавое пашырэнне выклікае ультрагук: – Павышэнне тэмпературы прыводзіць да нязначнага цеплавога пашырэння тканіны, што стварае хвалі ціску (г.зн. ультрагук).
3. Ультрагукавое выяўленне: – Згенераваныя ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца ўнутры тканіны, і гэтыя сігналы пасля прымаюцца і рэгіструюцца ультрагукавымі датчыкамі (напрыклад, ультрагукавымі зондамі).
4. Рэканструкцыя выявы: сабраны ультрагукавы сігнал разлічваецца і апрацоўваецца для аднаўлення структуры і функцыянальнага малюнка тканіны, што дазваляе атрымаць дадзеныя аб аптычных характарыстыках паглынання тканінай. Перавагі фотаакустычнай візуалізацыі: Высокая кантраснасць: Фотаакустычная візуалізацыя абапіраецца на характарыстыкі паглынання святла тканінамі, і розныя тканіны (напрыклад, кроў, тлушч, мышцы і г.д.) маюць розную здольнасць паглынаць святло, таму яна можа забяспечыць выявы з высокай кантраснасцю. Высокае разрозненне: Выкарыстоўваючы высокае прасторавае разрозненне ультрагуку, фотаакустычная візуалізацыя можа дасягнуць міліметровай або нават субміліметровай дакладнасці візуалізацыі. Неінвазіўнасць: Фотаакустычная візуалізацыя неінвазіўная, святло і гук не пашкоджваюць тканіны, вельмі падыходзіць для медыцынскай дыягностыкі чалавека. Магчымасці глыбокай візуалізацыі: У параўнанні з традыцыйнай аптычнай візуалізацыяй, фотаакустычная візуалізацыя можа пранікаць на некалькі сантыметраў пад скуру, што падыходзіць для візуалізацыі глыбокіх тканін.
Прымяненне:
1. Візуалізацыя сасудаў: – Фотаакустычная візуалізацыя можа выяўляць святлопаглынальныя ўласцівасці гемаглабіну ў крыві, таму яна можа дакладна адлюстроўваць структуру і стан аксігенацыі крывяносных сасудаў для маніторынгу мікрацыркуляцыі і ацэнкі захворванняў.
2. Выяўленне пухлін: – Ангіягенез у пухлінных тканінах звычайна надзвычай багаты, і фотаакустычная візуалізацыя можа дапамагчы ў раннім выяўленні пухлін шляхам выяўлення анамалій у сасудзістай структуры.
3. Функцыянальная візуалізацыя: – Фотаакустычная візуалізацыя дазваляе ацаніць забеспячэнне тканін кіслародам, выяўляючы канцэнтрацыю аксігенацыі і дэаксігемаглабіну 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 павярхоўных тканак, яна падыходзіць для ранняга выяўлення раку скуры і аналізу скурных анамалій.
5. Візуалізацыя мозгу: фотаакустычная візуалізацыя дазваляе атрымліваць інфармацыю аб мазгавым крывацёку неінвазіўным спосабам для вывучэння захворванняў мозгу, такіх як інсульт і эпілепсія.
Праблемы і напрамкі развіцця фотаакустычнай візуалізацыі:
Крыніца святлаВыбар: Пранікненне святла розных даўжынь хваль адрозніваецца, таму выбар правільнага балансу даўжынь хваль, раздзяляльнай здольнасці і глыбіні пранікнення з'яўляецца складанай задачай. Апрацоўка сігналаў: Для атрымання і апрацоўкі ультрагукавых сігналаў патрабуюцца высакахуткасныя і дакладныя алгарытмы, а таксама распрацоўка тэхналогіі рэканструкцыі малюнкаў. Мультымадальная візуалізацыя: Фотаакустычная візуалізацыя можа спалучацца з іншымі метадамі візуалізацыі (напрыклад, МРТ, КТ, ультрагукавая візуалізацыя) для атрымання больш поўнай біямедыцынскай інфармацыі.
Фотаакустычная візуалізацыя — гэта новая шматфункцыянальная тэхналогія біямедыцынскай візуалізацыі, якая валодае характарыстыкамі высокай кантраснасці, высокага разрознення і неінвазіўнасці. З развіццём тэхналогій фотаакустычная візуалізацыя мае шырокія перспектывы прымянення ў медыцынскай дыягностыцы, фундаментальных біялагічных даследаваннях, распрацоўцы лекаў і іншых галінах.
Час публікацыі: 23 верасня 2024 г.