Principios de imágenes fotoacústicas

Principios de imágenes fotoacústicas

La imagen fotoacústica (PAI) es una técnica de imagen médica que combinaópticay acústica para generar señales ultrasónicas utilizando la interacción deluzcon tejido para obtener imágenes de tejido de alta resolución. Se usa ampliamente en campos biomédicos, especialmente en la detección de tumores, imágenes vasculares, imágenes de la piel y otros campos.

Principio:
1. Absorción de luz y expansión térmica: - La imagen fotoacústica utiliza el efecto térmico producido por la absorción de la luz. Las moléculas de pigmento en el tejido (p. Ej., Hemoglobina, melanina) absorben fotones (generalmente luz infrarroja cercana), que se convierten en energía térmica, lo que hace que aumenten las temperaturas locales.
2. La expansión térmica causa ultrasonido: - El aumento de la temperatura conduce a una pequeña expansión térmica del tejido, lo que produce ondas de presión (es decir, ultrasonido).
3. Detección ultrasónica: - Las ondas ultrasónicas generadas se propagan dentro del tejido, y estas señales se reciben y registran posteriormente mediante sensores ultrasónicos (como sondas ultrasónicas).
4. Reconstrucción de la imagen: la señal ultrasónica recolectada se calcula y procesa para reconstruir la imagen de estructura y función del tejido, lo que puede proporcionar las características de absorción óptica del tejido. Ventajas de la imagen fotoacústica: alto contraste: la imagen fotoacústica se basa en las características de absorción de luz de los tejidos, y diferentes tejidos (como sangre, grasa, músculo, etc.) tienen diferentes habilidades para absorber la luz, por lo que puede proporcionar imágenes de alto contenido. Alta resolución: el uso de la alta resolución espacial de la ecografía, la imagen fotoacústica puede lograr la precisión de la imagen del milímetro o incluso el sub-milímetro. No invasivo: la imagen fotoacústica no es invasiva, la luz y el sonido no causarán daño tisular, muy adecuado para el diagnóstico médico humano. Capacidad de imagen de profundidad: en comparación con las imágenes ópticas tradicionales, las imágenes fotoacústicas pueden penetrar varios centímetros debajo de la piel, que es adecuado para imágenes de tejido profundo.

Solicitud:
1. Imágenes vasculares:-La imagen fotoacústica puede detectar las propiedades que absorben la luz de la hemoglobina en la sangre, por lo que puede mostrar con precisión la estructura y el estado de oxigenación de los vasos sanguíneos para monitorear la microcirculación y juzgar enfermedades.
2. Detección tumoral: - La angiogénesis en los tejidos tumorales suele ser extremadamente abundante, y las imágenes fotoacústicas pueden ayudar a la detección temprana de tumores al detectar anormalidades en la estructura vascular.
3. Imágenes funcionales: - La imagen fotoacústica puede evaluar el suministro de oxígeno de los tejidos detectando la concentración de oxigenación y desoxihemoglobina en los tejidos, lo cual es de gran importancia para el monitoreo funcional de enfermedades como el cáncer y la enfermedad cardiovascular.
4. Imágenes de la piel: - Debido a que la imagen fotoacústica es muy sensible al tejido superficial, es adecuado para la detección temprana del cáncer de piel y el análisis de las anormalidades de la piel.
5. Imágenes cerebrales: las imágenes fotoacústicas pueden obtener información del flujo sanguíneo cerebral de manera no invasiva para el estudio de enfermedades cerebrales como el accidente cerebrovascular y la epilepsia.

Desafíos e instrucciones de desarrollo de imágenes fotoacústicas:
Fuente de luzSelección: la penetración de luz de diferentes longitudes de onda es diferente, cómo elegir la resolución de balance de longitud de onda derecha y la profundidad de la penetración es un desafío. Procesamiento de señal: la adquisición y procesamiento de señales ultrasónicas requiere algoritmos de alta velocidad y precisos, y el desarrollo de la tecnología de reconstrucción de imágenes también es crucial. Imágenes multimodales: las imágenes fotoacústicas se pueden combinar con otras modalidades de imágenes (como MRI, CT, imágenes de ultrasonido) para proporcionar información biomédica más completa.

La imagen fotoacústica es una tecnología de imagen biomédica nueva y multifuncional, que tiene las características de alto contraste, alta resolución y no invasivo. Con el desarrollo de la tecnología, la imagen fotoacústica tiene amplias perspectivas de aplicación en el diagnóstico médico, investigación de biología básica, desarrollo de medicamentos y otros campos.