Principes van fotoakoestische beeldvorming

Principes van fotoakoestische beeldvorming

Fotoakoestische beeldvorming (PAI) is een medische beeldvormingstechniek dieoptieken akoestiek om ultrasone signalen te genereren met behulp van de interactie vanlichtmet weefsel om weefselbeelden met hoge resolutie te verkrijgen. Het wordt veel gebruikt in de biomedische sector, met name bij tumordetectie, vaatbeeldvorming, huidbeeldvorming en andere gebieden.

Beginsel:
1. Lichtabsorptie en thermische uitzetting: – Fotoakoestische beeldvorming maakt gebruik van het thermische effect dat ontstaat door lichtabsorptie. De pigmentmoleculen in het weefsel (bijv. hemoglobine, melanine) absorberen fotonen (meestal nabij-infrarood licht), die worden omgezet in warmte-energie, waardoor de temperatuur lokaal stijgt.
2. Thermische uitzetting veroorzaakt ultrageluid: – Temperatuurstijging leidt tot een kleine thermische uitzetting van het weefsel, waardoor drukgolven (d.w.z. ultrageluid) ontstaan.
3. Ultrasone detectie: – De gegenereerde ultrasone golven planten zich voort in het weefsel en deze signalen worden vervolgens ontvangen en geregistreerd door ultrasone sensoren (zoals ultrasone sondes).
4. Beeldreconstructie: het verzamelde ultrasone signaal wordt berekend en verwerkt om de structuur en functie van het weefsel te reconstrueren, wat de optische absorptie-eigenschappen van het weefsel kan bepalen. Voordelen van fotoakoestische beeldvorming: Hoog contrast: Fotoakoestische beeldvorming is afhankelijk van de lichtabsorptie-eigenschappen van weefsels. Verschillende weefsels (zoals bloed, vet, spieren, enz.) hebben verschillende mogelijkheden om licht te absorberen, waardoor het contrastrijke beelden kan opleveren. Hoge resolutie: Door de hoge ruimtelijke resolutie van ultrageluid kan fotoakoestische beeldvorming een nauwkeurigheid van millimeters of zelfs submillimeters bereiken. Niet-invasief: Fotoakoestische beeldvorming is niet-invasief; licht en geluid veroorzaken geen weefselschade, wat het zeer geschikt maakt voor medische diagnose bij mensen. Dieptebeeldvorming: Vergeleken met traditionele optische beeldvorming kan fotoakoestische beeldvorming enkele centimeters onder de huid doordringen, wat geschikt is voor beeldvorming van diep weefsel.

Sollicitatie:
1. Vasculaire beeldvorming: – Fotoakoestische beeldvorming kan de lichtabsorberende eigenschappen van hemoglobine in het bloed detecteren, zodat de structuur en zuurstofstatus van bloedvaten nauwkeurig kunnen worden weergegeven voor het bewaken van de microcirculatie en het beoordelen van ziekten.
2. Tumordetectie: – Angiogenese in tumorweefsels is gewoonlijk extreem overvloedig, en fotoakoestische beeldvorming kan helpen bij de vroege detectie van tumoren door het detecteren van afwijkingen in de vaatstructuur.
3. Functionele beeldvorming: – Met fotoakoestische beeldvorming kan de zuurstofvoorziening van weefsels worden beoordeeld door de concentratie van zuurstofvoorziening en deoxyhemoglobine in weefsels te detecteren, wat van groot belang is voor de functionele bewaking van ziekten zoals kanker en hart- en vaatziekten.
4. Huidbeeldvorming: – Omdat fotoakoestische beeldvorming zeer gevoelig is voor oppervlakkig weefsel, is het geschikt voor vroege detectie van huidkanker en analyse van huidafwijkingen.
5. Hersenbeeldvorming: Met fotoakoestische beeldvorming kan op niet-invasieve wijze informatie over de bloedstroom in de hersenen worden verkregen voor onderzoek naar hersenziekten zoals beroertes en epilepsie.

Uitdagingen en ontwikkelingsrichtingen van fotoakoestische beeldvorming:
LichtbronSelectie: De lichtpenetratie van verschillende golflengten is verschillend, het kiezen van de juiste golflengtebalans, resolutie en penetratiediepte is een uitdaging. Signaalverwerking: De acquisitie en verwerking van ultrasone signalen vereist snelle en nauwkeurige algoritmen, en de ontwikkeling van beeldreconstructietechnologie is eveneens cruciaal. Multimodale beeldvorming: Fotoakoestische beeldvorming kan worden gecombineerd met andere beeldvormingsmodaliteiten (zoals MRI, CT, echografie) om uitgebreidere biomedische informatie te verkrijgen.

Fotoakoestische beeldvorming is een nieuwe en multifunctionele biomedische beeldvormingstechnologie met kenmerken als hoog contrast, hoge resolutie en niet-invasieve technologie. Met de ontwikkeling van de technologie heeft fotoakoestische beeldvorming brede toepassingsmogelijkheden in medische diagnose, fundamenteel biologisch onderzoek, geneesmiddelenontwikkeling en andere gebieden.