Principes van foto-akoestische beeldvorming

Principes van foto-akoestische beeldvorming

Photoacoustic Imaging (PAI) is een medische beeldvormingstechniek die combineertoptieken akoestiek om ultrasone signalen te genereren met behulp van de interactie vanlichtmet weefsel om weefselbeelden met hoge resolutie te verkrijgen. Het wordt veel gebruikt op biomedische gebieden, vooral bij tumordetectie, vasculaire beeldvorming, huidbeeldvorming en andere gebieden.

Beginsel:
1. Lichtabsorptie en thermische uitzetting: – Foto-akoestische beeldvorming maakt gebruik van het thermische effect dat wordt geproduceerd door lichtabsorptie. De pigmentmoleculen in het weefsel (bijvoorbeeld hemoglobine, melanine) absorberen fotonen (meestal nabij-infraroodlicht), die worden omgezet in warmte-energie, waardoor de lokale temperatuur stijgt.
2. Thermische uitzetting veroorzaakt ultrageluid: – Temperatuurstijging leidt tot een kleine thermische uitzetting van het weefsel, waardoor drukgolven (dwz 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 het structuur- en functiebeeld van het weefsel opnieuw op te bouwen, wat de optische absorptie-eigenschappen van het weefsel kan verschaffen. Voordelen van foto-akoestische beeldvorming: Hoog contrast: Foto-akoestische beeldvorming is afhankelijk van de lichtabsorptie-eigenschappen van weefsels, en verschillende weefsels (zoals bloed, vet, spieren, enz.) hebben verschillende capaciteiten om licht te absorberen, zodat het beelden met hoog contrast kan opleveren. Hoge resolutie: Met behulp van de hoge ruimtelijke resolutie van echografie kan fotoakoestische beeldvorming millimeter- of zelfs submillimeter-beeldnauwkeurigheid bereiken. Niet-invasief: fotoakoestische beeldvorming is niet-invasief, licht en geluid veroorzaken geen weefselschade, zeer geschikt voor medische diagnoses bij mensen. Dieptebeeldvormingsvermogen: 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: – Foto-akoestische beeldvorming kan de lichtabsorberende eigenschappen van hemoglobine in het bloed detecteren, zodat het de structuur en oxygenatiestatus van bloedvaten nauwkeurig kan weergeven voor het monitoren van de microcirculatie en het beoordelen van ziekten.
2. Tumordetectie: – Angiogenese in tumorweefsels is doorgaans zeer overvloedig aanwezig, en fotoakoestische beeldvorming kan helpen bij de vroege detectie van tumoren door afwijkingen in de vasculaire structuur op te sporen.
3. Functionele beeldvorming: – Fotoakoestische beeldvorming kan de zuurstoftoevoer van weefsels beoordelen door de concentratie van oxygenatie en deoxyhemoglobine in weefsels te detecteren, wat van groot belang is voor de functionele monitoring van ziekten zoals kanker en hart- en vaatziekten.
4. Beeldvorming van de huid: – Omdat fotoakoestische beeldvorming zeer gevoelig is voor oppervlakkig weefsel, is het geschikt voor het vroegtijdig opsporen van huidkanker en het analyseren van huidafwijkingen.
5. Beeldvorming van de hersenen: Foto-akoestische beeldvorming kan op een niet-invasieve manier informatie over de bloedstroom van de hersenen verkrijgen voor de studie van hersenziekten zoals beroerte en epilepsie.

Uitdagingen en ontwikkelingsrichtingen van fotoakoestische beeldvorming:
Lichtbronselectie: 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 vereisen snelle en nauwkeurige algoritmen, en de ontwikkeling van beeldreconstructietechnologie is ook van cruciaal belang. Multimodale beeldvorming: Foto-akoestische beeldvorming kan worden gecombineerd met andere beeldvormingsmodaliteiten (zoals MRI, CT, echografie) om uitgebreidere biomedische informatie te verschaffen.

Foto-akoestische beeldvorming is een nieuwe en multifunctionele biomedische beeldvormingstechnologie, die de kenmerken heeft van hoog contrast, hoge resolutie en niet-invasief. Met de ontwikkeling van de technologie heeft foto-akoestische beeldvorming brede toepassingsmogelijkheden op het gebied van medische diagnose, fundamenteel biologisch onderzoek, de ontwikkeling van geneesmiddelen en andere gebieden.