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 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 la llum. Les molècules de pigment del teixit (per exemple, l'hemoglobina, la melanina) absorbeixen fotons (generalment llum infraroja propera), que es converteixen en energia tèrmica, fent que les temperatures locals augmentin.
2. L'expansió tèrmica provoca ultrasons: – L'augment de la temperatura condueix a una petita expansió tèrmica del teixit, que produeix ones de pressió (és a dir, ultrasò).
3. Detecció d'ultrasons: – Les ones ultrasòniques generades es propaguen dins del teixit, i aquests senyals són posteriorment rebuts i registrats per sensors ultrasònics (com les sondes ultrasòniques).
4. Reconstrucció de la imatge: el senyal ultrasònic recollit es calcula i es processa per reconstruir l'estructura i la imatge 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 la llum dels teixits, i 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 submilimètrica. No invasiu: la imatge fotoacústica no és invasiva, la llum i el so no causaran danys als teixits, molt adequats per al diagnòstic mèdic humà. Capacitat d'imatge en profunditat: en comparació amb la imatge òptica tradicional, la imatge fotoacústica pot penetrar diversos centímetres sota la pell, la qual cosa és adequada per a la imatge de teixit profund.

Aplicació:
1. Imatge vascular: - La imatge fotoacústica pot detectar les propietats d'absorció de llum de l'hemoglobina a la sang, de manera que pot mostrar amb precisió l'estructura i l'estat d'oxigenació dels vasos sanguinis per controlar la microcirculació i jutjar les malalties.
2. Detecció de tumors: – L'angiogènesi als teixits tumorals sol ser extremadament abundant, i la imatge fotoacústica pot ajudar a la detecció precoç de tumors mitjançant la detecció d'anomalies en l'estructura vascular.
3. Imatge funcional: – La imatge fotoacústica pot avaluar l'aportació d'oxigen dels teixits mitjançant la detecció de la concentració d'oxigenació i desoxihemoglobina als teixits, la qual cosa és de gran importància per al seguiment funcional de malalties com el càncer i les malalties cardiovasculars.
4. Imatge de la pell: – Com que la imatge fotoacústica és molt sensible al teixit superficial, és adequada per a la detecció precoç del càncer de pell i l'anàlisi d'anomalies de la pell.
5. Imatges cerebrals: La imatge fotoacústica pot obtenir informació sobre el flux sanguini cerebral de manera no invasiva per a l'estudi de malalties del cervell com l'ictus i l'epilèpsia.

Reptes i direccions de desenvolupament de la imatge fotoacústica:
Font de llumselecció: la penetració de la llum de diferents longituds d'ona és diferent, com triar la resolució correcta de l'equilibri de longituds d'ona i la profunditat de penetració és un repte. Processament del senyal: l'adquisició i el processament de senyals ultrasònics requereixen algorismes precisos i d'alta velocitat, i el desenvolupament de la tecnologia de reconstrucció d'imatges també és crucial. Imatge multimodal: la imatge fotoacústica es pot combinar amb altres modalitats d'imatge (com ara la ressonància magnètica, la tomografia computada, l'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 bàsica en biologia, el desenvolupament de fàrmacs i altres camps.