Principes van fotoakoestische beeldvorming

Principes van fotoakoestische beeldvorming

Fotoakoestische beeldvorming (PAI) is een medische beeldvormingstechniek die combineert...optieken akoestiek om ultrasone signalen te genereren door middel van de interactie vanlichtMet behulp van weefsel worden beelden met een hoge resolutie verkregen. Het wordt veel gebruikt in de biomedische sector, met name voor tumordetectie, vasculaire beeldvorming, 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 plaatselijke temperatuur stijgt.
2. Thermische uitzetting veroorzaakt ultrageluid: – Een temperatuurstijging leidt tot een kleine thermische uitzetting van het weefsel, waardoor drukgolven (oftewel ultrageluid) ontstaan.
3. Ultrasone detectie: – De gegenereerde ultrasone golven planten zich voort in het weefsel, waarna deze signalen worden 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, waardoor de optische absorptiekarakteristieken van het weefsel kunnen worden bepaald. Voordelen van fotoakoestische beeldvorming: Hoog contrast: Fotoakoestische beeldvorming is gebaseerd op de lichtabsorptiekarakteristieken van weefsels. Verschillende weefsels (zoals bloed, vet, spieren, enz.) hebben verschillende lichtabsorptievermogens, waardoor beelden met een hoog contrast kunnen worden verkregen. Hoge resolutie: Dankzij 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, waardoor het zeer geschikt is voor medische diagnostiek bij mensen. Dieptebeeldvorming: In vergelijking met traditionele optische beeldvorming kan fotoakoestische beeldvorming enkele centimeters onder de huid doordringen, waardoor het geschikt is voor beeldvorming van dieper gelegen weefsels.

Sollicitatie:
1. Vasculaire beeldvorming: – Fotoakoestische beeldvorming kan de lichtabsorberende eigenschappen van hemoglobine in het bloed detecteren, waardoor de structuur en de zuurstofstatus van bloedvaten nauwkeurig in beeld kunnen worden gebracht voor het monitoren van de microcirculatie en het vaststellen van ziekten.
2. Tumordetectie: – Angiogenese in tumorweefsel is meestal zeer overvloedig, 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 zuurstofvoorziening van weefsels beoordelen door de concentratie van zuurstof en deoxyhemoglobine in weefsels te detecteren. Dit is van groot belang voor de functionele monitoring van ziekten zoals kanker en hart- en vaatziekten.
4. Huidbeeldvorming: – Omdat fotoakoestische beeldvorming zeer gevoelig is voor oppervlakkig weefsel, is het geschikt voor de vroege opsporing van huidkanker en de analyse van huidafwijkingen.
5. Hersenscans: Fotoakoestische beeldvorming kan op een niet-invasieve manier informatie over de bloeddoorstroming in de hersenen verkrijgen voor het onderzoek naar hersenaandoeningen zoals beroerte en epilepsie.

Uitdagingen en ontwikkelingsrichtingen van fotoakoestische beeldvorming:
LichtbronSelectie: De lichtpenetratie van verschillende golflengten verschilt, het kiezen van de juiste golflengte die een balans biedt tussen 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 cruciaal. Multimodale beeldvorming: Fotoakoestische beeldvorming kan worden gecombineerd met andere beeldvormingsmodaliteiten (zoals MRI, CT en echografie) om uitgebreidere biomedische informatie te verkrijgen.

Fotoakoestische beeldvorming is een nieuwe en multifunctionele biomedische beeldvormingstechnologie met de kenmerken van hoog contrast, hoge resolutie en niet-invasieve toepassing. Dankzij de technologische ontwikkelingen heeft fotoakoestische beeldvorming brede toepassingsmogelijkheden in medische diagnostiek, fundamenteel biologisch onderzoek, geneesmiddelenontwikkeling en andere gebieden.