Princípios de imagem fotoacústica

Princípios de imagem fotoacústica

A imagem fotoacústica (PAI) é uma técnica de imagem médica que combinaópticae acústica para gerar sinais ultrassônicos usando a interação deluzcom tecido para obter imagens de tecido de alta resolução. É amplamente utilizado em campos biomédicos, especialmente na detecção de tumores, imagem vascular, imagem da pele e outros campos.

Princípio:
1. Absorção de luz e expansão térmica: - A imagem fotoacústica usa o efeito térmico produzido pela absorção da luz. As moléculas de pigmento no tecido (por exemplo, hemoglobina, melanina) absorvem fótons (geralmente a luz do infravermelho próximo), que são convertidos em energia térmica, fazendo com que as temperaturas locais aumentem.
2. A expansão térmica causa ultrassom: - O aumento da temperatura leva a uma pequena expansão térmica do tecido, que produz ondas de pressão (ou seja, ultrassom).
3. Detecção ultrassônica: - As ondas ultrassônicas geradas se propagam dentro do tecido, e esses sinais são posteriormente recebidos e registrados por sensores ultrassônicos (como sondas ultrassônicas).
4. Reconstrução da imagem: O sinal ultrassônico coletado é calculado e processado para reconstruir a estrutura e a função da imagem do tecido, que pode fornecer as características de absorção óptica do tecido. Vantagens da imagem fotoacústica: Alto contraste: a imagem fotoacústica depende das características de absorção de luz dos tecidos e tecidos diferentes (como sangue, gordura, músculo etc.) têm habilidades diferentes para absorver a luz, para que possa fornecer imagens de alto controle. Alta resolução: Usando a alta resolução espacial do ultrassom, a imagem fotoacústica pode atingir a precisão de imagens de milímetro ou até o sub-milímetro. Não invasivo: A imagem fotoacústica é não invasiva, a luz e o som não causarão danos nos tecidos, muito adequados ao diagnóstico médico humano. Capacidade de imagem em profundidade: comparada à imagem óptica tradicional, a imagem fotoacústica pode penetrar em vários centímetros sob a pele, que é adequado para imagens de tecidos profundos.

Aplicativo:
1. Imagem vascular:-A imagem fotoacústica pode detectar as propriedades de absorção de luz da hemoglobina no sangue, para que possa exibir com precisão a estrutura e o status de oxigenação dos vasos sanguíneos para monitorar a microcirculação e julgar doenças.
2. Detecção de tumores: - A angiogênese nos tecidos tumorais é geralmente extremamente abundante, e a imagem fotoacústica pode ajudar a detecção precoce de tumores, detectando anormalidades na estrutura vascular.
3. Imagem funcional: - A imagem fotoacústica pode avaliar o suprimento de oxigênio dos tecidos, detectando a concentração de oxigenação e desoxihemoglobina nos tecidos, o que é de grande significado para o monitoramento funcional de doenças como câncer e doenças cardiovasculares.
4. Imagem da pele: - Como a imagem fotoacústica é muito sensível ao tecido superficial, é adequado para a detecção precoce de câncer de pele e análise de anormalidades da pele.
5. Imagem cerebral: A imagem fotoacústica pode obter informações de fluxo sanguíneo cerebral de maneira não invasiva para o estudo de doenças cerebrais, como derrame e epilepsia.

Desafios e instruções de desenvolvimento da imagem fotoacústica:
Fonte de luzSeleção: A penetração de luz de diferentes comprimentos de onda é diferente, como escolher a resolução correta do equilíbrio de comprimento de onda e profundidade de penetração é um desafio. Processamento de sinal: A aquisição e processamento de sinais ultrassônicos requerem algoritmos de alta velocidade e precisão, e o desenvolvimento da tecnologia de reconstrução de imagens também é crucial. Imagem multimodal: A imagem fotoacústica pode ser combinada com outras modalidades de imagem (como ressonância magnética, CT, imagem por ultrassom) para fornecer informações biomédicas mais abrangentes.

A imagem fotoacústica é uma nova e multifuncional tecnologia de imagem biomédica, que possui as características de alto contraste, alta resolução e não invasivas. Com o desenvolvimento da tecnologia, a imagem fotoacústica possui amplas perspectivas de aplicação em diagnóstico médico, pesquisa básica de biologia, desenvolvimento de medicamentos e outros campos.