Principi di imaging fotoacustico

Principi di imaging fotoacustico

L'imaging fotoacustico (PAI) è una tecnica di imaging medico che si combinaotticae acustica per generare segnali ad ultrasuoni usando l'interazione dileggerocon tessuto per ottenere immagini di tessuto ad alta risoluzione. È ampiamente usato nei campi biomedici, specialmente nella rilevazione tumorale, nell'imaging vascolare, nell'imaging della pelle 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 (ad es. Emoglobina, melanina) assorbono i fotoni (di solito luce del vicino infrarosso), che vengono convertite in energia termica, causando il aumento delle temperature locali.
2. L'espansione termica provoca ultrasuoni: - L'aumento della temperatura porta a una piccola espansione termica del tessuto, che produce onde di pressione (cioè ecografia).
3. Rilevamento ultrasonico: - Le onde ad ultrasuoni generate si propagano all'interno del tessuto e questi segnali vengono successivamente ricevuti e registrati da sensori ad ultrasuoni (come sonde ultrasoniche).
4. Ricostruzione dell'immagine: il segnale ad ultrasuoni raccolto viene calcolato ed elaborato per ricostruire la struttura e l'immagine della funzione del tessuto, che può fornire le caratteristiche di assorbimento ottico del tessuto. Vantaggi dell'imaging fotoacustico: elevato contrasto: l'imaging fotoacustico si basa sulle caratteristiche di assorbimento della luce dei tessuti e diversi tessuti (come sangue, grasso, muscolo, ecc.) Hanno diverse capacità di assorbire la luce, quindi può fornire immagini ad alto contrasto. Alta risoluzione: usando l'elevata risoluzione spaziale dell'ecografia, l'imaging fotoacustico può ottenere una precisione di imaging millimetro o persino sub-millimetro. Non invasivo: l'imaging fotoacustico non è invasivo, la luce e il suono non causano danni ai tessuti, molto adatti alla diagnosi medica umana. Capacità di imaging di profondità: rispetto al tradizionale imaging ottico, l'imaging fotoacustico può penetrare diversi centimetri sotto la pelle, che è adatto per l'imaging dei tessuti profondi.

Applicazione:
1. Imaging vascolare:-L'imaging fotoacustico può rilevare le proprietà che assorbono la luce dell'emoglobina nel sangue, in modo che possa mostrare accuratamente la struttura e lo stato di ossigenazione dei vasi sanguigni per monitorare la microcircolazione e giudicare le malattie.
2. Rilevazione tumorale: - L'angiogenesi nei tessuti tumorali è generalmente 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 dei tessuti rilevando la concentrazione di ossigenazione e deossiemoglobina nei tessuti, che è di grande significato per il monitoraggio funzionale delle malattie come il cancro e le malattie cardiovascolari.
4. Imaging della pelle: - Poiché l'imaging fotoacustico è molto sensibile al tessuto superficiale, è adatto per la diagnosi precoce del cancro della pelle e l'analisi delle anomalie della pelle.
5. Imaging cerebrale: l'imaging fotoacustico può ottenere informazioni sul flusso sanguigno cerebrale in modo non invasivo per lo studio delle malattie cerebrali come ictus ed epilessia.

Sfide e direzioni di sviluppo dell'imaging fotoacustico:
Fonte luminosaSelezione: la penetrazione della luce di diverse lunghezze d'onda è diversa, come scegliere la giusta risoluzione dell'equilibrio di lunghezza d'onda e la profondità di penetrazione è una sfida. Elaborazione del segnale: l'acquisizione e l'elaborazione dei segnali ad ultrasuoni richiedono algoritmi ad alta velocità e accurati e anche lo sviluppo della tecnologia di ricostruzione delle immagini è fondamentale. Imaging multimodale: l'imaging fotoacustico può essere combinato con altre modalità di imaging (come MRI, CT, imaging ad ultrasuoni) per fornire informazioni biomediche più complete.

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