Principi di imaging fotoacustico

Principi di imaging fotoacustico

L'imaging fotoacustico (PAI) è una tecnica di imaging medico che combinaotticae acustica per generare segnali ultrasonici utilizzando l'interazione dileggerocon il tessuto per ottenere immagini tissutali ad alta risoluzione. È ampiamente utilizzato in campi biomedici, in particolare nel rilevamento di tumori, nell'imaging vascolare, nell'imaging cutaneo e in altri campi.

Principio:
1. Assorbimento della luce ed espansione termica: – L'imaging fotoacustico utilizza l'effetto termico prodotto dall'assorbimento della luce. Le molecole di pigmento nel tessuto (p. es., emoglobina, melanina) assorbono fotoni (solitamente luce nel vicino infrarosso), che vengono convertiti in energia termica, provocando un aumento della temperatura locale.
2. La dilatazione termica provoca gli ultrasuoni: – L'aumento della temperatura porta ad una piccola dilatazione termica del tessuto, che produce onde di pressione (cioè ultrasuoni).
3. Rilevamento ad ultrasuoni: – Le onde ultrasoniche generate si propagano all'interno del tessuto e questi segnali vengono successivamente ricevuti e registrati da sensori ad ultrasuoni (come le sonde ad ultrasuoni).
4. Ricostruzione dell'immagine: il segnale ultrasonico raccolto viene calcolato ed elaborato per ricostruire l'immagine della struttura e della funzione del tessuto, che può fornire le caratteristiche di assorbimento ottico del tessuto. Vantaggi dell'imaging fotoacustico: Contrasto elevato: l'imaging fotoacustico si basa sulle caratteristiche di assorbimento della luce dei tessuti e diversi tessuti (come sangue, grasso, muscoli, ecc.) hanno capacità diverse di assorbire la luce, quindi possono fornire immagini ad alto contrasto. Alta risoluzione: utilizzando l'elevata risoluzione spaziale degli ultrasuoni, l'imaging fotoacustico può raggiungere una precisione dell'immagine millimetrica o addirittura submillimetrica. Non invasivo: l'imaging fotoacustico non è invasivo, la luce e il suono non causano danni ai tessuti, molto adatti per la diagnosi medica umana. Capacità di imaging in profondità: rispetto all'imaging ottico tradizionale, l'imaging fotoacustico può penetrare diversi centimetri sotto la pelle, il che è adatto per l'imaging dei tessuti profondi.

Applicazione:
1. Imaging vascolare: – L'imaging fotoacustico può rilevare le proprietà di assorbimento della luce dell'emoglobina nel sangue, quindi può visualizzare con precisione la struttura e lo stato di ossigenazione dei vasi sanguigni per monitorare la microcircolazione e valutare le malattie.
2. Rilevamento del tumore: – L'angiogenesi nei tessuti tumorali è solitamente estremamente abbondante e l'imaging fotoacustico può aiutare la diagnosi precoce dei tumori rilevando anomalie nella struttura vascolare.
3. Imaging funzionale: – L'imaging fotoacustico può valutare l'apporto di ossigeno ai tessuti rilevando la concentrazione di ossigenazione e deossiemoglobina nei tessuti, il che è di grande importanza per il monitoraggio funzionale di malattie come il cancro e le malattie cardiovascolari.
4. Imaging cutaneo: – Poiché l'imaging fotoacustico è molto sensibile al tessuto superficiale, è adatto per la diagnosi precoce del cancro della pelle e per l'analisi delle anomalie cutanee.
5. Imaging cerebrale: l'imaging fotoacustico può ottenere informazioni sul flusso sanguigno cerebrale in modo non invasivo per lo studio di malattie cerebrali come ictus ed epilessia.

Sfide e direzioni di sviluppo dell’imaging fotoacustico:
Sorgente luminosaselezione: la penetrazione della luce di diverse lunghezze d'onda è diversa, come scegliere la giusta risoluzione del bilanciamento della lunghezza d'onda e la profondità di penetrazione è una sfida. Elaborazione del segnale: l'acquisizione e l'elaborazione dei segnali ultrasonici richiedono algoritmi accurati e ad alta velocità e anche lo sviluppo della tecnologia di ricostruzione delle immagini è cruciale. Imaging multimodale: l'imaging fotoacustico può essere combinato con altre modalità di imaging (come risonanza magnetica, TC, imaging ecografico) per fornire informazioni biomediche più complete.

L'imaging fotoacustico è una tecnologia di imaging biomedico nuova e multifunzionale, che presenta le caratteristiche di elevato contrasto, alta risoluzione e non invasività. Con lo sviluppo della tecnologia, l’imaging fotoacustico ha ampie prospettive di applicazione nella diagnosi medica, nella ricerca biologica di base, nello sviluppo di farmaci e in altri campi.