Mga prinsipyo ng photoacoustic imaging

Mga prinsipyo ng photoacoustic imaging

Ang Photoacoustic Imaging (PAI) ay isang medikal na pamamaraan ng imaging na pinagsasama angoptikaat akustika upang makabuo ng mga ultrasonic signal gamit ang interaksyon ngliwanaggamit ang tisyu upang makakuha ng mga imahe ng tisyu na may mataas na resolusyon. Malawakang ginagamit ito sa mga larangang biomedikal, lalo na sa pagtuklas ng tumor, vascular imaging, skin imaging at iba pang mga larangan.

Prinsipyo:
1. Pagsipsip ng liwanag at pagpapalawak ng init: – Ginagamit ng photoacoustic imaging ang thermal effect na nalilikha ng pagsipsip ng liwanag. Ang mga molekula ng pigment sa tisyu (hal., hemoglobin, melanin) ay sumisipsip ng mga photon (karaniwan ay malapit-infrared na liwanag), na kino-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 tisyu, na lumilikha ng mga pressure wave (ibig sabihin, ultrasound).
3. Pagtukoy ng ultrasonic: – Ang mga nabuong ultrasonic wave ay kumakalat sa loob ng tisyu, at ang mga signal na ito ay kasunod na natatanggap at nairerekord ng mga ultrasonic sensor (tulad ng mga ultrasonic probe).
4. Rekonstruksyon ng imahe: ang nakolektang ultrasonic signal ay kinakalkula at pinoproseso upang muling buuin ang imahe ng istruktura at tungkulin ng tisyu, na maaaring magbigay ng mga katangian ng optical absorption ng tisyu. Mga Bentahe ng photoacoustic imaging: Mataas na contrast: Ang photoacoustic imaging ay umaasa sa mga katangian ng pagsipsip ng liwanag ng mga tisyu, at ang iba't ibang tisyu (tulad ng dugo, taba, kalamnan, atbp.) ay may iba't ibang kakayahan na sumipsip ng liwanag, kaya maaari itong magbigay ng mga imahe na may mataas na contrast. Mataas na resolution: Gamit ang mataas na spatial resolution ng ultrasound, ang photoacoustic imaging ay maaaring makamit ang katumpakan ng millimeter o kahit sub-millimeter imaging. Hindi invasive: Ang photoacoustic imaging ay hindi invasive, ang liwanag at tunog ay hindi magdudulot ng pinsala sa tisyu, na lubhang angkop para sa medikal na diagnosis ng tao. Kakayahan sa 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.

Aplikasyon:
1. Vascular imaging: – Natutukoy ng photoacoustic imaging ang mga katangiang sumisipsip ng liwanag ng hemoglobin sa dugo, kaya't tumpak nitong maipapakita ang istruktura at katayuan ng oksiheno ng mga daluyan ng dugo para sa pagsubaybay sa microcirculation at paghusga sa mga sakit.
2. Pagtuklas ng tumor: – Ang angiogenesis sa mga tisyu ng tumor ay karaniwang napakarami, at ang photoacoustic imaging ay makakatulong sa maagang pagtuklas ng mga tumor sa pamamagitan ng pagtuklas ng mga abnormalidad sa istruktura ng vascular.
3. Functional imaging: – Maaaring masuri ng photoacoustic imaging ang suplay ng oxygen sa mga tisyu sa pamamagitan ng pagtukoy sa konsentrasyon ng oxygenation at deoxyhemoglobin sa mga tisyu, na may malaking kahalagahan para sa functional monitoring ng mga sakit tulad ng kanser at sakit sa puso.
4. Pag-imaging ng balat: – Dahil ang photoacoustic imaging ay napakasensitibo sa mababaw na tisyu, angkop ito para sa maagang pagtuklas ng kanser sa balat at pagsusuri ng mga abnormalidad sa balat.
5. Pag-imaging ng Utak: Ang photoacoustic imaging ay maaaring makakuha ng impormasyon sa daloy ng dugo sa utak sa isang hindi nagsasalakay na paraan para sa pag-aaral ng mga sakit sa utak tulad ng stroke at epilepsy.

Mga hamon at direksyon ng pag-unlad ng photoacoustic imaging:
Pinagmumulan ng liwanagpagpili: Magkakaiba ang pagtagos ng liwanag sa iba't ibang wavelength, kaya isang hamon kung paano pipiliin ang tamang balanse ng wavelength, ang resolusyon at lalim ng pagtagos. Pagproseso ng signal: Ang pagkuha at pagproseso ng mga ultrasonic signal ay nangangailangan ng mabilis at tumpak na mga algorithm, at mahalaga rin ang pag-unlad ng teknolohiya sa muling pagbuo ng imahe. Multimodal imaging: Ang photoacoustic imaging ay maaaring pagsamahin sa iba pang mga modalidad ng imaging (tulad ng MRI, CT, ultrasound imaging) upang magbigay ng mas komprehensibong impormasyong biomedikal.

Ang photoacoustic imaging ay isang bago at multi-functional na teknolohiya sa biomedical imaging, na may mga katangian ng mataas na contrast, mataas na resolution at hindi invasive. Kasabay ng pag-unlad ng teknolohiya, ang photoacoustic imaging ay may malawak na posibilidad ng aplikasyon sa medikal na diagnosis, pananaliksik sa pangunahing biology, pagbuo ng gamot at iba pang larangan.