Principis de la imatge fotoacústica

Principis de la imatge fotoacústica

La imatge fotoacústica (PAI) és una tècnica d'imatge mèdica que combinaòpticai acústica per generar senyals ultrasònics mitjançant la interacció dellumamb teixit per obtenir imatges de teixit d'alta resolució. S'utilitza àmpliament en camps biomèdics, especialment en la detecció de tumors, imatges vasculars, imatges de la pell i altres camps.

Principi:
1. Absorció de llum i expansió tèrmica: – La imatge fotoacústica utilitza l'efecte tèrmic produït per l'absorció de llum. Les molècules de pigment del teixit (per exemple, hemoglobina, melanina) absorbeixen fotons (normalment llum infraroja propera), que es converteixen en energia calorífica, cosa que fa que les temperatures locals augmentin.
2. L'expansió tèrmica provoca ultrasons: – L'augment de temperatura provoca una petita expansió tèrmica del teixit, que produeix ones de pressió (és a dir, ultrasons).
3. Detecció ultrasònica: les ones ultrasòniques generades es propaguen dins del teixit i aquests senyals són posteriorment rebudes i registrades per sensors ultrasònics (com ara sondes ultrasòniques).
4. Reconstrucció d'imatges: el senyal ultrasònic recollit es calcula i processa per reconstruir la imatge estructural i funcional del teixit, que pot proporcionar les característiques d'absorció òptica del teixit. Avantatges de la imatge fotoacústica: Alt contrast: la imatge fotoacústica es basa en les característiques d'absorció de llum dels teixits, i els diferents teixits (com la sang, el greix, el múscul, etc.) tenen diferents capacitats per absorbir la llum, de manera que poden proporcionar imatges d'alt contrast. Alta resolució: utilitzant l'alta resolució espacial dels ultrasons, la imatge fotoacústica pot aconseguir una precisió d'imatge mil·limètrica o fins i tot submil·limètrica. No invasiva: la imatge fotoacústica no és invasiva, la llum i el so no causen danys als teixits, molt adequada per al diagnòstic mèdic humà. Capacitat d'imatge de profunditat: en comparació amb la imatge òptica tradicional, la imatge fotoacústica pot penetrar diversos centímetres sota la pell, cosa que és adequada per a la imatge de teixits profunds.

Aplicació:
1. Imatges vasculars: les imatges fotoacústiques poden detectar les propietats d'absorció de llum de l'hemoglobina a la sang, de manera que poden mostrar amb precisió l'estructura i l'estat d'oxigenació dels vasos sanguinis per controlar la microcirculació i jutjar malalties.
2. Detecció de tumors: l'angiogènesi en els teixits tumorals sol ser extremadament abundant i les imatges fotoacústiques poden ajudar a la detecció precoç de tumors detectant anomalies en l'estructura vascular.
3. Imatges funcionals: les imatges fotoacústiques poden avaluar el subministrament d'oxigen als teixits detectant la concentració d'oxigenació i desoxihemoglobina en els teixits, cosa que és de gran importància per al seguiment funcional de malalties com el càncer i les malalties cardiovasculars.
4. Imatges de la pell: – Com que les imatges fotoacústiques són molt sensibles al teixit superficial, són adequades per a la detecció precoç del càncer de pell i l'anàlisi d'anomalies de la pell.
5. Imatges cerebrals: Les imatges fotoacústiques poden obtenir informació sobre el flux sanguini cerebral de manera no invasiva per a l'estudi de malalties cerebrals com l'ictus i l'epilèpsia.

Reptes i direccions de desenvolupament de la imatge fotoacústica:
Font de llumselecció: la penetració de la llum a diferents longituds d'ona és diferent, triar la resolució adequada per a l'equilibri de longitud d'ona i la profunditat de penetració és tot un repte. Processament del senyal: l'adquisició i el processament de senyals ultrasònics requereixen algoritmes d'alta velocitat i precisió, i el desenvolupament de tecnologia de reconstrucció d'imatges també és crucial. Imatges multimodals: les imatges fotoacústiques es poden combinar amb altres modalitats d'imatge (com ara ressonància magnètica, TC, ecografia) per proporcionar informació biomèdica més completa.

La imatge fotoacústica és una tecnologia d'imatge biomèdica nova i multifuncional, que té les característiques d'alt contrast, alta resolució i no invasiva. Amb el desenvolupament de la tecnologia, la imatge fotoacústica té àmplies perspectives d'aplicació en el diagnòstic mèdic, la investigació en biologia bàsica, el desenvolupament de fàrmacs i altres camps.