Mga prinsipyo ng photoacoustic imaging

Mga prinsipyo ng photoacoustic imaging

Ang Photoacoustic Imaging (PAI) ay isang medikal na pamamaraan ng imaging na pinagsasamaoptikaat acoustics upang makabuo ng mga ultrasonic signal gamit ang interaksyon ngliwanagna may tissue para makakuha ng high-resolution na mga imahe ng tissue. Ito ay malawakang ginagamit sa mga biomedical na larangan, lalo na sa pagtuklas ng tumor, vascular imaging, skin imaging at iba pang larangan.

Prinsipyo:
1. Light absorption at thermal expansion: – Ginagamit ng photoacoustic imaging ang thermal effect na ginawa ng light absorption. Ang mga molekula ng pigment sa tissue (hal., hemoglobin, melanin) ay sumisipsip ng mga photon (karaniwan ay malapit sa infrared na ilaw), na na-convert sa enerhiya ng init, na nagiging sanhi ng pagtaas ng mga lokal na temperatura.
2. Ang thermal expansion ay nagdudulot ng ultrasound: – Ang pagtaas ng temperatura ay humahantong sa maliit na thermal expansion ng tissue, na gumagawa ng mga pressure wave (ie ultrasound).
3. Ultrasonic detection: – Ang nabuong ultrasonic waves ay kumakalat sa loob ng tissue, at ang mga signal na ito ay natatanggap at naitala ng mga ultrasonic sensors (tulad ng ultrasonic probes).
4. Pagbubuo ng imahe: ang nakolektang ultrasonic signal ay kinakalkula at pinoproseso upang muling itayo ang istraktura at function na imahe ng tissue, na maaaring magbigay ng optical absorption na katangian ng tissue. Mga kalamangan ng photoacoustic imaging: Mataas na kaibahan: Ang photoacoustic imaging ay umaasa sa mga katangian ng pagsipsip ng liwanag ng mga tisyu, at ang iba't ibang mga tisyu (tulad ng dugo, taba, kalamnan, atbp.) ay may iba't ibang kakayahan na sumipsip ng liwanag, kaya maaari itong magbigay ng mga larawang may mataas na contrast. Mataas na resolution: Gamit ang mataas na spatial resolution ng ultrasound, ang photoacoustic imaging ay maaaring makamit ang millimeter o kahit sub-millimeter imaging accuracy. Non-invasive: Ang photoacoustic imaging ay hindi invasive, ang liwanag at tunog ay hindi magdudulot ng pinsala sa tissue, napaka-angkop para sa medikal na diagnosis ng tao. Kakayahang depth imaging: Kung ikukumpara sa tradisyonal na optical imaging, ang photoacoustic imaging ay maaaring tumagos ng ilang sentimetro sa ilalim ng balat, na angkop para sa deep tissue imaging.

Application:
1. Vascular imaging: – Maaaring makita ng photoacoustic imaging ang light-absorbing properties ng hemoglobin sa dugo, kaya tumpak nitong maipakita ang structure at oxygenation status ng blood vessels para sa pagsubaybay sa microcirculation at paghusga sa mga sakit.
2. Pagtuklas ng tumor: – Ang angiogenesis sa mga tisyu ng tumor ay kadalasang napakarami, at ang photoacoustic imaging ay makakatulong sa maagang pagtuklas ng mga tumor sa pamamagitan ng pagtuklas ng mga abnormalidad sa vascular structure.
3. Functional imaging: – Maaaring tasahin ng photoacoustic imaging ang supply ng oxygen ng mga tissue sa pamamagitan ng pag-detect ng konsentrasyon ng oxygenation at deoxyhemoglobin sa mga tissue, na may malaking kahalagahan para sa functional monitoring ng mga sakit tulad ng cancer at cardiovascular disease.
4. Skin imaging: – Dahil ang photoacoustic imaging ay napakasensitibo sa mababaw na tissue, ito ay angkop para sa maagang pagtuklas ng kanser sa balat at pagsusuri ng mga abnormalidad sa balat.
5. Brain imaging: Ang photoacoustic imaging ay maaaring makakuha ng cerebral blood flow information sa isang non-invasive na paraan para sa pag-aaral ng mga sakit sa utak tulad ng stroke at epilepsy.

Mga hamon at direksyon ng pagbuo ng photoacoustic imaging:
Banayad na pinagmulanpagpili: Iba't ibang mga wavelength ang pagtagos ng liwanag, kung paano pumili ng tamang resolution ng balanse ng wavelength at ang lalim ng pagtagos ay isang hamon. Pagproseso ng signal: Ang pagkuha at pagproseso ng mga ultrasonic signal ay nangangailangan ng mataas na bilis at tumpak na mga algorithm, at ang pagbuo ng teknolohiya sa muling pagtatayo ng imahe ay mahalaga din. Multimodal imaging: Ang photoacoustic imaging ay maaaring isama sa iba pang mga imaging modalities (tulad ng MRI, CT, ultrasound imaging) upang magbigay ng mas kumpletong biomedical na impormasyon.

Ang photoacoustic imaging ay isang bago at multi-functional na biomedical imaging na teknolohiya, na may mga katangian ng mataas na contrast, mataas na resolution at non-invasive. Sa pag-unlad ng teknolohiya, ang photoacoustic imaging ay may malawak na mga prospect ng aplikasyon sa pagsusuring medikal, pangunahing pananaliksik sa biology, pagpapaunlad ng droga at iba pang larangan.