Principi dell'imaging fotoacustico

Principi dell'imaging fotoacustico

L'imaging fotoacustico (PAI) è una tecnica di imaging medico che combinaotticae acustica per generare segnali ultrasonici utilizzando l'interazione dileggerocon i tessuti per ottenere immagini tissutali ad alta risoluzione. È ampiamente utilizzato in campo biomedico, in particolare nella diagnosi di tumori, nell'imaging vascolare, nell'imaging cutaneo e in altri campi.

Principio:
1. Assorbimento della luce ed espansione termica: – L'imaging fotoacustico sfrutta l'effetto termico prodotto dall'assorbimento della luce. Le molecole di pigmento presenti nei tessuti (ad esempio, emoglobina e melanina) assorbono fotoni (solitamente luce nel vicino infrarosso), che vengono convertiti in energia termica, causando un aumento della temperatura locale.
2. L'espansione termica provoca gli ultrasuoni: – L'aumento della temperatura provoca una piccola espansione termica del tessuto, che produce onde di pressione (ovvero ultrasuoni).
3. Rilevamento ultrasonico: – Le onde ultrasoniche generate si propagano all’interno del tessuto e questi segnali vengono successivamente ricevuti e registrati da sensori ultrasonici (come le sonde ultrasoniche).
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: Alto contrasto: l'imaging fotoacustico si basa sulle caratteristiche di assorbimento della luce dei tessuti e diversi tessuti (come sangue, grasso, muscoli, ecc.) hanno diverse capacità di assorbire la luce, quindi può fornire immagini ad alto contrasto. Alta risoluzione: utilizzando l'alta risoluzione spaziale degli ultrasuoni, l'imaging fotoacustico può raggiungere una precisione di imaging millimetrica o addirittura submillimetrica. Non invasivo: l'imaging fotoacustico è non invasivo, luce e suono non causeranno danni ai tessuti, molto adatto per la diagnosi medica umana. Capacità di imaging di 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 è in grado di rilevare le proprietà di assorbimento della luce dell'emoglobina nel sangue, in modo da poter visualizzare con precisione la struttura e lo stato di ossigenazione dei vasi sanguigni per monitorare la microcircolazione e diagnosticare le malattie.
2. Rilevamento del tumore: – L’angiogenesi nei tessuti tumorali è solitamente estremamente abbondante e l’imaging fotoacustico può aiutare nella 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 ai tessuti superficiali, 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 patologie cerebrali quali ictus ed epilessia.

Sfide e direzioni di sviluppo dell'imaging fotoacustico:
Fonte di luceSelezione: la penetrazione della luce a diverse lunghezze d'onda è diversa, scegliere il giusto equilibrio tra lunghezza d'onda, risoluzione e profondità di penetrazione è una sfida. Elaborazione del segnale: l'acquisizione e l'elaborazione dei segnali ultrasonici richiedono algoritmi ad alta velocità e accuratezza, e lo sviluppo di tecnologie di ricostruzione delle immagini è anch'esso cruciale. Imaging multimodale: l'imaging fotoacustico può essere combinato con altre modalità di imaging (come risonanza magnetica, TC, ecografia) per fornire informazioni biomediche più complete.

L'imaging fotoacustico è una nuova tecnologia di imaging biomedico multifunzionale, caratterizzata da 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 in biologia di base, nello sviluppo di farmaci e in altri campi.