Principios de la imagen fotoacústica

Principios de la imagen fotoacústica

La imagen fotoacústica (PAI) es una técnica de imágenes médicas que combinaópticay acústica para generar señales ultrasónicas utilizando la interacción deluzCon tejido para obtener imágenes tisulares de alta resolución. Se utiliza ampliamente en el campo biomédico, especialmente en la detección de tumores, imágenes vasculares, imágenes cutáneas y otras áreas.

Principio:
1. Absorción de luz y expansión térmica: La imagen fotoacústica aprovecha el efecto térmico producido por la absorción de luz. Las moléculas de pigmento del tejido (p. ej., hemoglobina, melanina) absorben fotones (generalmente luz infrarroja cercana), que se convierten en energía térmica, lo que provoca un aumento de la temperatura local.
2. La expansión térmica provoca ultrasonidos: – El aumento de temperatura provoca una pequeña expansión térmica del tejido, que produce ondas de presión (es decir, ultrasonidos).
3. Detección ultrasónica: – Las ondas ultrasónicas generadas se propagan dentro del tejido, y estas señales son posteriormente recibidas y registradas por sensores ultrasónicos (como sondas ultrasónicas).
4. Reconstrucción de imágenes: la señal ultrasónica recopilada se calcula y procesa para reconstruir la imagen de la estructura y la función del tejido, lo que puede proporcionar las características de absorción óptica del tejido. Ventajas de las imágenes fotoacústicas: Alto contraste: Las imágenes fotoacústicas se basan en las características de absorción de luz de los tejidos, y diferentes tejidos (como la sangre, la grasa, el músculo, etc.) tienen diferentes capacidades para absorber la luz, por lo que pueden proporcionar imágenes de alto contraste. Alta resolución: Usando la alta resolución espacial del ultrasonido, las imágenes fotoacústicas pueden lograr una precisión de imagen milimétrica o incluso submilimétrica. No invasivo: Las imágenes fotoacústicas son no invasivas, la luz y el sonido no causarán daño tisular, muy adecuado para el diagnóstico médico humano. Capacidad de imágenes de profundidad: En comparación con las imágenes ópticas tradicionales, las imágenes fotoacústicas pueden penetrar varios centímetros bajo la piel, lo que es adecuado para la imagen de tejido profundo.

Solicitud:
1. Imágenes vasculares: – Las imágenes fotoacústicas pueden detectar las propiedades de absorción de luz de la hemoglobina en la sangre, por lo que pueden mostrar con precisión la estructura y el estado de oxigenación de los vasos sanguíneos para monitorear la microcirculación y evaluar enfermedades.
2. Detección de tumores: – La angiogénesis en los tejidos tumorales suele ser extremadamente abundante y la imagen fotoacústica puede ayudar a la detección temprana de tumores al detectar anomalías en la estructura vascular.
3. Imágenes funcionales: – Las imágenes fotoacústicas pueden evaluar el suministro de oxígeno a los tejidos detectando la concentración de oxigenación y desoxihemoglobina en los tejidos, lo que es de gran importancia para el seguimiento funcional de enfermedades como el cáncer y las enfermedades cardiovasculares.
4. Imágenes de la piel: – Debido a que las imágenes fotoacústicas son muy sensibles al tejido superficial, son adecuadas para la detección temprana del cáncer de piel y el análisis de anomalías de la piel.
5. Imágenes cerebrales: Las imágenes fotoacústicas pueden obtener información del flujo sanguíneo cerebral de forma no invasiva para el estudio de enfermedades cerebrales como los accidentes cerebrovasculares y la epilepsia.

Desafíos y direcciones de desarrollo de la imagen fotoacústica:
Fuente de luzSelección: La penetración de la luz en diferentes longitudes de onda varía, por lo que elegir el equilibrio adecuado entre la resolución y la profundidad de penetración es un desafío. Procesamiento de señales: La adquisición y el procesamiento de señales ultrasónicas requieren algoritmos de alta velocidad y precisión, y el desarrollo de la tecnología de reconstrucción de imágenes también es crucial. Imágenes multimodales: Las imágenes fotoacústicas pueden combinarse con otras modalidades de imagen (como resonancia magnética, tomografía computarizada y ecografía) para proporcionar información biomédica más completa.

La imagen fotoacústica es una nueva tecnología de imagen biomédica multifuncional, con características de alto contraste, alta resolución y no invasividad. Gracias al desarrollo de esta tecnología, la imagen fotoacústica tiene amplias posibilidades de aplicación en el diagnóstico médico, la investigación en biología básica, el desarrollo de fármacos y otros campos.